【3GPP】【核心网】【5G】5G核心网组网方案(超详细)

5G NR RRC协议总体介绍

UE入网过程包括几个子过程:

UE分为三种状态:空闲态,连接态和非活动态。

    1. 开机入网流程

    • 小区搜索与选择
                 UE开机选网,小区搜索并完成下行同步。

    • 系统消息广播
                 UE读取广播信息,选择合适小区进行驻留。

    • 随机接入
                 UE与gNB建立上行同步。

    • RRC连接建立
                 UE与gNB建立RRC连接。

    • 注册过程
                 UE注册到5G网络,网络侧开始维护该UE的上下文。

    1. UE状态 : UE分为三种状态:空闲态,连接态和非活动态。

UE开机时处于非连接模式/空闲模式,它可以转化为初始附着的RRC connected或连接建立。如果在短时间内没有来自UE的活动,它可以通过移至RRC Inactive状态来暂停其会话,并可以恢复其向RRC连接模式的会话。

UE可以从RRC connected或RRC Inactive状态进入RRC空闲模式。

RRC Inactive状态可保持UE在基站中的上下文,当有数据需要传输时,可马上转为connected状态,不需要去发起service request连接,保证了传输的低延迟。

       SRB表示RRC和NAS消息的传输的无线电承载,包含SRB0~SRB3。

       SRB0用于使用CCCH逻辑信道的RRC消息;

       SRB1用于RRC消息(其可以包括搭载的NAS消息)以及用于在建立SRB2之前的NAS消息,全部使用DCCH逻辑信道;

       SRB2用于NAS消息,全部使用DCCH逻辑信道。 SRB2的优先级低于SRB1,可以在AS安全激活后由网络配置;

       SRB3用于当UE处于(NG)EN-DC(EUTRA-NR Dual Connection)或NR-DC时的特定RRC消息,全部使用DCCH逻辑信道。

       在下行链路中,NAS消息的捎带仅用于一个从属(即,具有联合成功/失败)过程:承载建立/修改/释放。在上行链路中,NAS消息仅用于在连接建立和连接恢复期间传输初始NAS消息。

       一旦AS安全性被激活,SRB1,SRB2和SRB3上的所有RRC消息(包括那些包含NAS消息的RRC消息)都受到PDCP的完整性保护和加密。

4.1 上层服务

RRC为上层提供如下服务:

       广播公共的控制信息;

       RRC_IDLE状态下的UE通知,例如,移动终端接入呼叫;

       关于ETWS和/或CMAS的UE的通知;

       专用信令传输

4.2 底层服务

完整性保护,加密和无损失顺序传递信息

RRC协议包括以下主要功能:

5G-GUTI定义

        5G-GUTI(5G Globally Unique Temporary Identifier)是5G系统中全局唯一的临时UE标识,目的是提供在5G系统(5GS)中不泄露UE或用户永久身份的UE明确标识,提升安全性。它被用于接入、AMF和网络识别中,可以使用它在5GS中网络和UE之间的信令期间建立UE的身份。5G-GUTI由AMF进行分配,并且AMF可以在指定条件下随时为UE重新分配5G-GUTI。当UE处于CM-IDLE 时,AMF可能会延迟到发生下一次NAS事务时分配新的5G-GUTI。

https://developer.aliyun.com/article/945582?spm=a2c6h.24874632.expert-profile.126.757e73da43GiYa

5G-GUTI组成

5G-GUTI主要由两部分组成:1)第一部分标识是由哪个AMF分配的5G-GUTI,2)第二部分表示UE在AMF内唯一的id。

全局唯一AMF标识符(GUAMI)由MCC,MNC和AMF 标识符(AMFI)构成。AMFI由AMF Region ID,AMF Set ID和AMF Pointer构成。 AMF Region ID标识区域,AMF Set ID唯一标识AMF区域内的AMF集,AMF Pointer标识AMF集中的一个或多个AMF。

        AMF通过5G-TMSI来识别终端,TMSI在AMF内唯一。

        AMF Region ID可以使运营商在不同的区域内重复使用相同的AMF集合ID和AMF指针。运营商需要确保 AMF Set ID 和AMF Pointer的组合在一个AMF Region内是唯一的,并且如果使用重叠的AMF Region,则在重叠的AMF Region内也是唯一的。

        对于寻呼功能,AMF使用5G-S-TMSI来寻呼移动设备。5G-S-TMSI由AMF Set ID,AMF Pointer和5G-TMSI 构成。 5G-S-TMSI是GUTI的缩短形式,用于实现更有效的无线信令过程 (例如寻呼和服务请求)。

       5G-GUTI 的格式和大小如下:

    • NR-RRC CONNECTED

    • NR-RRC INACTIVE

    • NR-RRC IDLE

    1. SRB

    1. 服务

    1. RRC功能

    • 广播系统信息;

    • 包括NAS公共信息;

    • 适用于RRC_IDLE和RRC_INACTIVE中的UE的信息(例如,小区(重新)选择参数,相邻小区信息)和适用于RRC_CONNECTED中的UE的信息(也称为公共信道配置信息);

    • 包括ETWS通知,CMAS通知。

    • RRC连接控制:

    • Paging;

    • 建立/修改/暂停/恢复/释放RRC连接,包括例如分配/修改UE身份(C-RNTI,fullI-RNTI等),建立/修改/暂停/恢复/释放SRB(SRB0除外);

    • 初始AS安全激活,即AS完整性保护(SRB,DRB)和AS加密(SRB,DRB)的初始配置;

    • RRC连接移动性,包括例如频率内和频率间切换,相关的AS安全处理,即密钥/算法改变,在网络节点之间传送的RRC上下文信息的规范;

    • 建立/修改/暂停/恢复/释放携带用户数据(DRB)的RB;

    • 无线电配置控制包括例如分配/修改ARQ配置,HARQ配置,DRX配置;

    • 在DC的情况下,小区管理包括例如PSCell的变化,SCG      cell的添加/修改/释放;

    • 在CA的情况下,小区管理包括例如SCell的添加/修改/发布;

    • QoS控制,包括分别为DL和UL分配/修改半持久调度(SPS)配置和配置的授权配置,用于UE中的UL速率控制的参数的分配/修改,即优先级的分配和优先级比特率(每个RB的PBR)。

    • 从无线电链路故障中恢复。

    • RAT间移动性,包括例如AS安全激活,转发RRC上下文信息;

    • 测量配置和报告:

    • 建立/修改/释放测量配置(例如,频率内,频率间和RAT间测量);

    • 设置和释放测量间隙;

    • 测量报告。

    • 其他功能,包括例如通用协议错误处理,专用NAS信息的传送,UE无线电接入能力信息的传送。

 

<5G-GUTI> = <GUAMI><5G-TMSI>

其中,<GUAMI> = <MCC><MNC><AMF Identifier>

<AMF Identifier> = <AMF Region ID><AMF Set ID><AMF Pointer>

MCC 和 MNC均为12bit

5G-TMSI:长32bit,AMF内唯一

AMF Region ID:长8bit

AMF Set ID:长10bit

AMF Pointer:长6bit

5G NR Paging 寻呼

寻呼消息由PCCH逻辑信道承载,PCCH逻辑信道的数据块又是由PCH传输信道来承载,而PCH传输信道的数据块又是由PDSCH物理信道来承载的。

在38.331寻呼的目的描述为:

       发送寻呼消息给RRC_IDLE或RRC_INACTIVE状态的UE;

按照消息来源分,寻呼可以分为:

最终的寻呼消息下发都是由gNB通过空口下发给UE的。

    1. 5GC寻呼,来自于5GC,RRC_IDLE状态下,RRC_IDLE状态UE有下行数据到达时,5GC通过Paging寻呼消息通知UE;

    2. RAN寻呼,来自于gNB,RRC_INACTIVE状态UE有下行数据到达时,gNB通过RAN      Paging寻呼消息通知UE启动数传;

5G NR RRC连接控制

UE三种状态

        UE分为三种状态:空闲态,连接态和非活动态。处于空闲态的UE需要发起业务时,首先需要发起RRC建立请求。触发空闲态到连接态的过程,就是RRC建立过程。非活动态到连接态的过程,就是RRC恢复过程

RRC连接建立过程

连接建立   

        RRC连接建立包括SRB1的建立。网络在完成NG连接建立过程前,即在从5GC接收UE上下文信息之前完成RRC连接建立。因此,在RRC连接的初始阶段,不激活AS安全。在RRC连接的初始阶段期间,网络可以配置UE执行测量报告,但是UE仅在AS安全成功激活之后才发送相应的测量报告。当AS安全被激活后,UE才接收同步消息的重配。

        一旦UE从5GC接收到UE上下文后,RAN就使用初始AS安全激活过程来激活AS安全(加密和完整性保护)。用于激活AS安全(命令和成功响应)的RRC消息是有完整性保护的,而加密只有当安全激活过程完成后才开始。也就是说,响应激活AS安全的消息不加密,而后续消息(例如用于建立SRB2和DRB)既有完整性保护又有加密。初始AS安全激活过程启动以后,网络可以发起SRB2和DRB的建立,即网络可以在从UE接收到初始AS安全激活的确认之前执行此操作。在任何情况下,网络将对用于建立SRB2和DRB的RRC重新配置消息应用加密和完整性保护。如果初始AS安全激活和/或无线承载建立失败,则网络应释放RRC连接。

2.2 连接释放

        RRC连接的释放通常由网络发起。该过程可用于将UE重定向到NR频率或E-UTRA载波频率。

2.3 连接暂停        

        RRC连接的暂停由网络发起。当RRC连接被暂停时,UE存储UE非活动AS上下文和从网络接收的任何配置,并且转换到RRC_INACTIVE状态。暂停RRC连接的RRC消息是完整性保护和加密的。

2.4 连接恢复       

        当UE需要从RRC_INACTIVE状态转换到RRC_CONNECTED状态或者通过RRC层执行RNA更新或者通过来自NG-RAN的RAN寻呼时,上层启动暂停的RRC连接进行恢复。当RRC连接恢复时,网络基于存储的UE非活动AS上下文和从网络接收的任何RRC配置,根据RRC连接恢复过程来配置UE。 RRC连接恢复过程重新激活AS安全性并重新建立SRB和DRB。

        响应恢复RRC连接的请求,网络可以恢复暂停的RRC连接并且将UE转换到RRC_CONNECTED,或者拒绝恢复的请求并且将UE转换到RRC_INACTIVE,或者直接重新暂停RRC。连接并将UE发送到RRC_INACTIVE,或者直接释放RRC连接并将UE发送到RRC_IDLE,或者指示UE发起NAS级别恢复(在这种情况下,网络发送RRC建立消息)。

 

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