TDS培训三讲.docx
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TDS培训三讲
2网络结构及接口
通用移动通信系统（UMTS：
UniversalMobileTelecommunicationsSystem）是IMT-2000的一种，它的网络结构由核心网（CN：
CoreNetwork）、UMTS陆地无线接入网（UTRAN：
UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork）和用户设备（UE：
UserEquipment）三部分组成。
本章将介绍UMTS的网络结构及其接口规范。
主要包括CN和无线网络控制器（RNC：
RadioNetworkController）之间的Iu接口、RNC之间的Iur接口、RNC和NodeB之间的Iub接口以及UTRAN和UE之间Uu接口（也称为无线接口）的结构和功能，同时简要地描述协议栈的分层结构，用户终端设备的主要任务，为使读者更好的理解，最后我们将以呼叫建立过程为例来阐述网络信令流过程。
网络结构
UMTS系统由CN、UTRAN和UE三部分组成，结构如图2-1所示。
CN和UTRAN之间的接口称为Iu接口，UTRAN和UE的之间接口称为Uu接口。
限于篇幅的原因，本节只对UTRAN部分的结构和功能作较为详细地描述，而对于CN和UE部分，在本章未作描述。
感兴趣者，可以参考相关的标准和协议。
UMTS的通用协议结构
UTRAN的Uu接口和Iu接口的协议分为用户平面协议和控制平面协议。
其中用户平面协议用于执行无线接入承载业务，而无线接入承载业务是通过接入层的业务接入点（SAP：
ServiceAccessPoint）来提供的。
图2-2是Uu接口和Iu接口的用户平面协议结构。
控制平面协议用于控制无线接入承载和UE与网络的连接，图2-3是Uu接口和Iu接口的控制平面协议结构。
UTRAN
一、UTRAN的结构
UTRAN由若干通过Iu接口连接到CN的无线网络子系统（RNS：
RadioNetworkSubsystem）组成。
其中一个RNS包含一个RNC和一个或多个NodeB，而NodeB通过Iub接口与RNC相连接。
NodeB应该可以支持FDD模式、TDD模式或者以上2个模式都支持。
并且，对TDD模式下的一个小区来说，应该支持码片速率为3.84Mchip/s或1.28Mchip/s的一种。
在UTRAN内部，RNCs通过Iur接口进行信息交互，Iu和Iur是逻辑接口，Iur接口可以是RNCs之间的直接物理连接，也可以通过任何合适传输网络的虚拟连接来实现。
UTRAN的内部结构参见图2-4所示。
图2-4UTRAN内部结构
每个RNS管理一组小区的资源。
在UE和UTRAN的每个连接中，其中一个RNS充当服务RNS（SRNS：
ServingRNS）。
如果需要，一个或多个漂移RNS（DRNS：
DriftRNS）通过提供无线资源来支持SRNS。
SRNS和DRNS的结构关系如图2-5所示。
二、UTRAN接口模型
UTRAN接口的通用协议模型如2-6所示。
从图中可以看出，UTRAN分为无线网络层和传输网络层。
其中UTRAN的逻辑节点和他们之间的接口被定义为无线网络层的一部分。
传输网络层为用户平面传输、信令传输和特定的运行与维护（O&M）传输提供服务，与UTRAN特定的功能无关。
其中，无线网络层分为用户平面和控制平面，传输网络层分为传输网络用户平面和传输网络控制平面。
控制平面包括应用协议和用于传输应用消息的信令承载，在Iu接口上的应用协议是无线接入网络应用部分（RANAP：
RadioAccessNetworkApplicationPart），负责CN和RNS之间的信令交互。
在Iur接口上的应用协议是无线网络子系统应用部分（RNSAP：
RadioNetworkSubsystemApplicationPart），负责2个RNS之间的信令交互。
Iub接口上的应用协议是NodeB应用部分（NBAP：
NodeBApplicationPart），负责RNS内部的RNC与NodeB之间的信令交互。
在传输网络层，以上3个接口都使用ATM传输技术，3GPP还建议可支持七号信令的SC-CP、MTP以及IP等技术。
用户平面包括数据流和用于数据流传输的数据承载。
传输网络控制平面只在传输层，不包含任何无线网络层的信息。
它包含用于用户平面建立传输承载（数据承载）所需的接入链路控制应用部分（ALCAP：
AccessLinkControlApplicationPart）协议和用于ALCAP的信令承载。
用户平面的数据承载和应用协议的信令承载都属于传输网络用户平面。
三、UTRAN的功能
1.用户数据传输
UTRAN提供在Uu和Iu参考点之间的用户数据传输功能。
2.系统接入控制
系统接入控制包含接入允许控制、拥塞控制和系统信息广播等功能。
其中接入允许控制功能用来控制允许或拒绝新的用户的接入、新的无线接入承载或新的无线连接（例如：
切换情况）的建立。
基于上行干扰和下行功率的接入准许控制功能位于控制无线网络控制器（CRNC：
ControllingRNC）中，在Iu接口中由服务RNC（SRNC：
ServingRNC）来执行接入准许控制功能；拥塞控制是当系统接近于满载或已经超载时用来监视、检测和处理阻塞情况，该功能尽量平滑地使系统返回到稳定的状态；系统信息广播提供了在其网络内运行的UE所需的接入层（AS：
AccessStratum）或非接入层（NAS：
NonAccessStratum）信息。
3.无线信道的加密和解密
该功能通过一定的加解密操作为发送的无线数据提供保护，加密功能位于UE和UTRAN中。
4.移动性管理功能
（1）切换管理
切换管理用于管理无线接口的移动性。
它基于无线测量，用来维持核心网要求的服务质量。
它可以由网络或者UE来控制。
另外，使用该功能，UE将可能直接切换到其他的系统，如从UMTS到GSM.
（2）SRNS重定位
当SRNS的功能被另外一个RNS替代时，SRNS重定位用来协调相关的操作和过程。
主要对从一个RNS到另一个RNS的Iu接口的连接移动性进行管理，该功能位于RNC和CN中。
（3）寻呼功能
该功能在UE处于空闲模式、CELL_PCH或URA_PCH状态下提供了请求UE和UTRAN建立连接的能力，也包含在单一RRC连接上不同的CN域的寻呼协调功能。
（4）UE的定位
该功能提供对UE所处地理位置的定位能力。
5.无线资源的管理和控制
无线资源管理包括对无线资源的分配和保持等相关功能，UMTS的无线资源应该能在电路交换业务和分组交换业务之间共享，无线资源管理和控制具体有下面的功能：
（1）无线资源的配置和操作
该功能执行无线网络资源的配置，即对小区和公共传输信道资源的配置和管理。
（2）无线环境的测量
无线环境的测量包括对当前服务小区和周围邻近小区的无线信道测量，并把测量结果作为无线信道质量的评估依据。
测量过程是在UE和UTRAN中执行的，主要包括对接收信号强度、估计的误比特率、传播环境的估计、发射距离、多谱勒偏移、同步状态、接收的干扰功率和每个小区下行发射的总功率等参数的测量和估计。
（3）合并/分离控制
该功能控制信息流的合并/分离，UTRAN可以合并通过多个物理信道（可能属于不同的小区）接收来自于同一移动终端的相同信息的信息流或分离通过多个物理信道（可能属于不同的小区）发送到同一移动终端的相同信息的信息流。
（4）连接的建立与释放
连接的建立与释放功能控制无线接入子网络的连接建立、保持和释放，该功能可以在UE和UTRAN中完成。
（5）无线承载的分配和重分配
该功能根据无线接入承载的QoS来执行连接建立（或释放）的请求单元到物理无线信道上的分配（或重分配）的转化过程，在CRNC和SRNC中实现。
（6）TDD动态信道分配（DCA：
DynamicChannelAllocation）
动态信道分配在TDD模式下使用，包含快速DCA和慢速DCA。
快速DCA把资源直接分配到无线承载上去。
慢速DCA则根据小区负载的变化把无线资源（包括时隙）分配到不同的TDD小区上去。
（7）无线协议功能
该功能通过把业务（根据RAB的QoS）适配到无线传输上，通过UMTS无线接口向用户提供数据和信令传输的能力，主要包含在无线承载上对业务和UE的复用、对数据分段和重组以及根据无线接入承载的QoS的确认/非确认模式的数据传递。
（8）RF功率控制
该功能控制发送功率的等级以降低干扰和保持高质量的连接。
功率控制包括上下行外环功率控制、上下行内环功率控制和上下行开环功率控制等类型。
（9）信道的编/解码
（10）初始随机接入的检测和处理
该功能使网络能检测从UE来的初始接入请求并对接入请求做适当的响应过程。
（11）对非接入层消息的CN域分配
在RRC协议中，来自于NAS的消息应该通过直接传输过程透明地传递到接入层内，而SRNC和UE将负责把携带CN域信息的NAS消息分配到对应的NAS实体中去。
（12）TDD的定时提前处理
该功能用来在上行方向处理从UE到UTRAN的无线信号的定时提前量。
定时提前量是基于NodeB的物理层对上行突发的时间测量得到的。
并通过下行链路把定时提前命令发送给UE。
（13）对非接入层消息业务的特定功能
（14）TDD的上行同步功能
该功能用于从UE到UTRAN的上行信号的同步。
同步过程是当NodeB检测到上行的突法时，估计所接收到的时间和功率，并且把基于估计的时间和功率参数而决定的时间和功率调整量返回给UE，让UE在下一次上行发送时做出相应时间和功率调整以实现上行同步。
6.广播和多播功能
（1）广播/多播信息的分配
把接收到的CBS（CellBroadcastService）消息分配到每个小区配置的广播/多播控制（BMC：
Broadcast/MulticastControl）实体中去，以便进一步处理，该功能是由RNC控制和处理的。
（2）广播/多播流量控制
该功能通过对数据源的控制来实现对RNC信息流量的控制，以防止信息拥塞。
（3）CBS状态的报告
RNC收集每个小区的状态数据，并对应到各自的服务区。
7.跟踪功能
UTRAN可以跟踪与UE的位置及其行为相关的各种事件。
8.流量报告
UTRAN可以向CN报告非确认数据的流量信息。
Iu接口
概述
一、Iu接口体系的结构
Iu接口的逻辑结构体系如图2-7所示。
连接到核心网电路交换（CS：
CircuitSwitched）域的Iu接口称为Iu-CS，连接到分组交换（PS：
PacketSwitched）域的Iu接口称为Iu-PS，连接到广播（BC：
Broadcast）域的称为Iu-BC。
区分Iu-CS和Iu-PS这两个接口意味着到电路交换和到分组交换有不同的信令和用户数据连接。
每个CN接入点可以连接到一个或多个UTRAN接入点。
对于PS域和CS域，每个UTRAN接入点只能连接到每个CN域的一个CN接入点。
对于BC域，每个UTRAN接入点可连接到一个或多个CN接入点。
二、Iu接口的支持能力
Iu接口可以支持的功能包括：
无线接入承载的建立、维护和释放过程；系统内切换、系统间切换和SRNS重定位过程；小区广播服务过程；与特定UE无关的一系列通用过程；为了用户特定信令管理，每个UE在协议等级上的分离过程；UE和CN之间NAS信令消息的传递过程；从CN到UTRAN请求的位置服务和从UTRAN到CN的位置信息的传递过程；提供单个UE同时接入到多个CN域和分组数据流的资源预留机制等。
三、Iu口协议结构
Iu接口协议栈的所有域可分为无线网络层和传输网络层。
在无线网络层中，对于PS域和CS域，Iu接口协议栈分为控制平面和用户平面。
对应的协议是RANAP和Iu接口用户平面（IuUP：
IuUserPlane）帧协议。
对于BC域，不区分控制平面和用户平面。
对应的协议是服务区广播协议（SABP：
ServiceAreaBroadcastProtocol）。
RANAP协议包括在CN和UTRAN之间所有过程的处理机制。
它能够在CN和UE之间透明地传输消息，而不需要UTRAN的解释或处理。
在Iu接口上，RANAP协议具有触发来自CN的UTRAN过程（如寻呼）、为移动专用信令管理的每个UE协议等级上的分离过程、非接入层信令的透明传输、通过专用的SAP对不同类型的UTRAN无线接入承载的请求和实现SRNS的重定位等功能。
而SABP用于BC域的数据和信令传输。
在传输网络层上，有不同的底层协议来支撑RANAP、IuUP和SABP协议。
在传输网络层上的的协议都是一些标准协议，本节不作描述，感兴趣者，可以参见相应的资料。
SABP协议结构如图2-8所示，RANAP的Iu-CS的协议结构如图2-9所示，RANAP的Iu-PS的协议结构如图2-10所示。
图2-9Iu-CS的协议结构
图2-10Iu-PS的协议结构
Iu接口协议的功能
Iu接口协议功能定义了核心网和UMTS无线接入网之间的功能。
在这些功能中，有些功能的完成仅涉及CN或UMTS实体，而有些功能的完成需要两者共同参与。
Iu接口的协议功能及其每一功能涉及到的实体如表2-1所示。
表中的“X”符号表示所对应的功能涉及到的UTRAN或CN实体。
表2-1Iu接口的功能及其划分
功能
UTRAN
CN
RAB管理功能:
RAB建立、修改和释放
X
X
RAB特性映射Iu传输承载
X
RAB特性映射Uu承载
X
RAB询问、占先和优先级
X
X
无线资源管理功能：
无线资源允许控制
X
广播信息
X
X
Iu链路管理功能：
Iu信令链路管理
X
X
ATMVC管理
X
X
AAL2建立和释放
X
X
AAL5管理
X
X
GTP-U隧道管理
X
X
TCP管理
X
X
缓冲区管理
X
Iu用户平面（RNL）管理:
Iu用户平面帧协议管理
X
Iu用户平面帧协议初始化
X
移动性管理功能:
位置信息报告
X
X
切换和重定位
Iur未使用或不可用时RNC之间硬切换
X
X
服务RNS重定位（MSC内/MSC之间）
X
X
系统间硬切换（UMTS-GSM）
X
X
寻呼触发
X
安全功能:
数据保密
无线接口加密
X
密钥管理
X
用户识别保密
X
X
数据完整性
完整性检查
X
完整性钥管理
X
业务和网络接入功能:
CN信令数据
X
X
数据量报告
X
UE跟踪
X
X
位置报告
X
X
Iu协调功能:
寻呼协调
X
X
一、无线接入承载（RAB：
RadioAccessBearer）管理功能
1.RAB建立、修改和释放功能
无线接入承载是根据签约、业务和被请求的QoS等参数在UE和CN之间建立时来定义的。
RAB的建立、修改和释放由CN启动和控制，而通过UTRAN来执行。
RAB的标识由CN分配。
2.映射到Uu承载的RAB特性
RAB在Uu接口上的映射功能是把RAB映射到Uu承载，在RAB建立期间完成映射，UTRAN将完成承载之间的映射。
3.映射到Iu传输承载的RAB特性
RAB在Iu接口上的映射特性功能是把RAB映射到Iu接口传输承载，映射是在RAB建立期间完成的。
若使用AAL2协议，连接的建立由UTRAN进行，因而UTRAN将完成承载之间的映射；对于PS域的RAB，UTRAN将完成无线接入承载和IP之间的映射。
4.RAB排队、占先和优先级功能
CN根据签约和QoS等信息来确定RAB的分配/保持优先级，并且使用RAB的优先级、占先能力以及排队指示等相应地请求RAB的建立或修改。
UTRAN将执行相应RAB的排队和资源占先过程。
二、Iu接口的无线资源管理
1.对无线资源的接入允许控制
UTRAN接收到来自CN的建立或修改无线接入承载请求时，将对当前无线资源的状况进行分析。
从而确定是接受或拒绝该接入请求。
这种功能称为“无线资源的接入允许控制”，它由UTRAN处理和完成。
如果需要对请求进行排队，那么由RAB排队、占先和优先级等功能进行处理。
2.广播信息管理
广播信息管理分为UTRAN广播信息管理和小区广播信息管理，所有的UTRAN广播信息管理将在本地的UTRAN内处理；所有小区广播信息管理由CN控制，由UTRAN执行。
三、Iu链路管理
1.Iu信令链路管理
Iu信令链路管理是在UTRAN和CN之间提供可靠的链路以传递无线网络信令，UTRAN和CN都具有该功能。
该Iu信令链路功能负责Iu信令连接的建立（可以由CN或RNC发起）和Iu信令连接的释放（可能是UTRAN请求，由CN控制的）。
2.ATM虚拟连接管理
该功能用来处理CN和UTRAN之间ATM虚拟连接，如建立、保持和释放ATM的虚拟连接（VC：
VirtualConnection）等，也包含为特定RAB选择虚拟电路。
3.AAL2连接建立和释放功能
该功能用来为Iu接口的RAB业务请求在CN和UTRAN之间建立和释放AAL（ATMAdaptationLayer）类型2的连接，CN和UTRAN都参与AAL2连接过程，而UTRAN发起AAL2的建立和释放过程。
4.AAL5管理功能
在系统初始化时要对CN和UTRAN之间ALL5的连接进行预配置。
基本配置是永久虚拟电路（PVC：
PermanentVirtualCircuit），对于用户数据，可能是交换虚拟电路（SVC：
SwitchedVirtualCircuit），AAL5的管理由CN和UTRAN共同完成。
5.GTP-U隧道管理
该功能用来为Iu接口的RAB业务请求在CN和UTRAN之间建立和释放GTP-U隧道，包括在每个方向分配一个隧道标识和创建一个包含隧道信息的上下文。
上行和下行隧道标识分别由CN和UTRAN分配。
6.TCP管理
该功能为Iu接口的BC域在CN和UTRAN之间建立和释放传输控制协议（TCP：
TransferControlProtocol）连接，该功能存在于CN和UTRAN中。
7.缓冲区的管理
在Iu接口上通过缓冲区的管理来执行Iu用户平面上的拥塞控制功能，该功能在UTRAN中完成。
四、Iu用户平面管理
Iu用户平面管理包括Iu用户平面帧协议模式选择功能和帧协议初始化。
协议的初始化一般由UTRAN发起，在有些情况下，也可由CN发起。
Iu用户平面的无线网络层提供基于RAB激活的运行模式选择。
对一个给定的RAB，帧协议模式有透明模式和支持模式2种类型，模式的选择及控制由CN进行。
五、移动性管理
1.位置信息更新
CN内的一些功能需要已激活UE的当前位置信息。
位置信息更新功能用于把UE的当前位置信息（位置区和路由区信息）从UTRAN传递到CN。
这种传递可以在连接建立的初始阶段和连接存在期间UE的位置信息发生变化时进行。
2.切换和重定位功能
当不使用Iur接口或Iur接口不可用时，Iu接口应支持RNC之间的切换过程。
连接在CN内进行交换。
SRNS的重定位功能是指服务RNS的功能可以从一个RNC移动到另一个RNC。
Iu接口还应支持不同系统间的切换和改变过程（例如，UTMS和GMS系统之间的切换和改变）。
3.触发寻呼
CN根据需要可以支持在UTRAN的位置区、路由区或RNC区域内发起寻呼过程。
六、安全性保障
安全性保障功能包含对数据的加密功能和对数据完整性的管理。
对无线接口的加密由CN请求并提供密钥和允许的加密算法供UTRAN选择。
数据的完整性管理由UTRAN进行以保证信令连接的连续性。
七、业务和网络接入
该功能主要包括核心网信令数据传递、到CN的未确认数据的数据量报告、对与UE相关的各种事件及其活动的跟踪（用于O&M功能）和位置报告等。
非接入层的CN信令数据，如呼叫控制（CC：
CallControl）、会话管理（SM：
SessionManagement）、移动性管理（MM：
MobilityManagement）、点到点短消息业务和补充业务（SS：
SupplementaryServices）等信令将在CN和UE之间透明地传递；
八、协调功能
协调功能目前仅包含对寻呼进行协调，这是由CN的双域结构（PS和CS）所决定的。
例如，当UE已经与一个CN节点存在着信令连接，而另一个CN节点又需要处理对该UE的寻呼时，就需要对寻呼进行协调。
Iu无线网络控制平面协议
RANAP提供UTRAN和CN的信令服务，基于业务接入点（SAP），RANAP服务分为三种：
1.通用控制服务：
它们与RNC和逻辑CN域之间的整个Iu接口实例有关，通过通用控制SAP接入CN，使用Iu信令承载提供的无连接信令来传递。
2.通告服务：
它们与特定的UE或规定区域的所有UE有关，通过通告SAP接入CN，使用Iu信令承载提供的无连接信令传递。
3.专用控制服务：
它们与一个特定的UE有关，通过专用控制SAP接入CN。
提供这些服务的RANAP功能与UE的Iu信令连接相关联，使用Iu信令承载提供的面向连接信令来实现。
信令传递将为RANAP提供两类不同的业务模式。
1.面向连接数据传递服务：
这种业务由RNC和CN域之间的信令连接来支持，根据需要动态地建立和释放信令连接，每个激活的UE都有自己的信令连接，信令连接提供按序传递RANAP消息的功能。
如果信令连接中断，RANAP将会被告知。
2.无连接数据传递服务：
在RANAP消息不能到达对等的RANAP实体的情况下，RANAP将会被告知。
一、RANAP协议主要功能
RANAP协议的主要功能参见表2-2
表2-2RANAP协议的主要功能
主要功能
功能描述
重定位服务RNC（SRNC：
ServingRNC）
将SRNC的功能和相关的Iu资源（RAB和信令连接）从一个RNC中转移到另一个RNC中
RAB管理
进行RAB的建立、修改和释放的管理
RAB的建立进行排队
将某些请求的RAB置于队列，并向等实体指示
请求释放RAB
当CN的功能中包括RAB管理时，RNC可以请求释放RAB
释放所有Iu资源
用于释放与一个Iu连接相关的所有资源
请求释放所有Iu资源
虽然Iu的释放是由CN管理的,UTRAN可以请求释放相应Iu连接中的所有Iu资源
Iu接口上的过载控制
允许调整Iu接口上的负载
复位Iu
用于对Iu接口复位
向RNC发送UE标识
CN可以给RNC发送UECommonId（永久的NASUE识别）
寻呼用户
CN具有寻呼UE的能力
控制对UE活动的跟踪
允许对一特定的UE设置跟踪模式，也可以去活以前建立的跟踪
UE和CN之间传送NAS消息
将初始NAS信令消息从UE透明传送给CN和在UE和CN之间透明地NAS信令消息
控制UTRAN中的安全模式
用于发送密钥给UTRAN，并设置安全操作模式
控制位置报告
允许CN设置模式使UTRAN报告UE的位置
位置报告
将实际的UE位置信息从RNC传送到CN
数据量报告
报告在UTRAN上对特定RAB未成功传送的DL数据量
一般错误状态的报告
允许报告一般的差错情况
这些功能由一个或多个RANAP基本过程来实现。
二、RANAP的基本过程
RANAP基本过程分为三类
类型1：
带响应的基本过程（成功或失败）
类型
升级会员 