3．1  UTRAN结构及其接口的通用协议模型
3.1  UTRAN结构
UTRAN是3G网络中的无线接入网部分，其结构如图3.1 所示。UTRAN由一组RNS（Radio Network Subsystems）组成，通过Iu接口和核心网相连。每一个RNS包括一个RNC和一个或多个Node B，Node B和RNC之间通过Iub接口进行通信。
在引入一些基本概念之前，这里先把通用的协议结构作以简单介绍，使读者从几个侧面入手，在整体上把握组成UTRAN的网络实体之间的关系。
Uu接口和Iu接口的协议栈结构被分为两个部分：
用户平面：传输通过接入网的用户数据。
控制平面：对无线接入承载及UE和网络之间的连接进行控制（包括业务请求、不同传输资源的控制和切换等等）；另外，控制平面也提供了非接入层消息透明传输的机制。
用户平面
接入层通过SAP（服务接入点）承载上层的业务，图3.2 说明了Uu接口和Iu接口提供无线接入承载业务的情况。
图3.2  Uu和Iu接口用户平面
注：Uu接口协议参见3GPP TS 25.2xx and TS 25.3xx；
Iu接口协议参见3GPP TS 25.41x。
控制平面
图3.3对Uu和Iu接口控制平面进行了简单的描述。
图3-.3Uu和Iu接口控制平面
注：Uu接口协议参见3GPP TS 25.2xx and TS 25.3xx；
Iu接口协议参见3GPP TS 25.41x；
CM，MM，GMM和SM是UE和CN之间的一组非接入层控制协议的集合，允许不同的非接入层控制协议并行的存在。
通常一个用户和UTRAN联接时，只涉及到一个RNS，此时这个RNS称为SRNS（Serving RNS）；但是当无线接口技术采用WCDMA的情况下，由于软切换的出现，可能会发生一个UE和UTRAN的连接使用多个RNS资源的情况，这时就引入了DRNS（Drift RNS）的概念。SRNS和DRNS的关系见图3.4。
图3.4 SRNS和DRNS
下面简要介绍组成UTRAN的主要网络元素：
RNC（Radio Network Controller）无线网络控制器
主要负责接入网无线资源的管理,包括接纳控制、功率控制、负载控制、切换和包调度等方面。通过RRC（无线资源管理）协议执行的相应进程来完成这些功能。
如上所述， RNC涉及以下几个概念：
  * SRNC：即服务RNC，主要是针对一个移动用户而言，SRNC负责启动/终止用户数据的传送、控制和CN的Iu联接以及通过无线接口协议和UE进行信令交互。SRNC执行基本的无线资源管理操作，如将无线接入承载（RAB）参数转化成Uu接口的信道参数、切换判决和外环功控等。
* DRNC：漂移RNC，是指除SRNC之外的其他RNC；控制UE使用的小区资源，可以进行宏分集合并、分裂。和SRNC不同的是，DRNC不对用户平面的数据进行层2的处理，而在Iub和Iur接口间进行透明的数据传输；一个UE可以有一个或多个DRNC。
    * CRNC：控制RNC，管理整个小区的资源；用户专用信道的数据调度由SRNC完成，而公共信道上的数据调度在CRNC中进行。
需要指出的是以上三个概念只是从逻辑上进行描述。在实际中，一个RNC通常可以包含SRNC、DRNC和CRNC的功能；另外，这几个概念是从不同层次上对RNC的一种描述。SRNC和DRNC是针对一个具体的UE和UTRAN的连接中，从专用数据处理的角度进行区分的；而CRNC却是从管理整个小区公共资源的角度出发派生的概念。
NodeB 节点B
主要功能是进行空中接口的物理层处理，如信道交织和编码、速率匹配和扩频等等。同时它也执行无线资源管理部分的内环功控。
3．2  UTRAN的主要功能
本节从以下几个方面来进行描述：主要功能列表、网络同步和O&M需求。
主要功能列表
传输用户数据；
系统消息调度；
数据的加/解密和信令的完整性保护；
切换、SRNS重定位及终端定位等的移动性方面；
整个接入网的无线资源管理；
网络同步；
广播/多播的消息调度及流控；
业务量报告。
网络同步
和二代的网络一样，在3G系统中，网络同步同样具有非常重要的作用，尤其是对TDD系统而言，系统的同步直接关系到整个系统的性能。
本节主要介绍现在的3GPP接入网节点的一些同步问题。其同步方式主要是通过传输线同步和GPS来完成；TDD系统除了以上两种方式外，还采用了空中接口的同步方式。其中，3.84Mcps TDD专门提供了一条用来进行空中接口同步的物理信道——PNBSCH (Physical Node B Synchronisation channel)，而TD-SCDMA由于其特殊的帧结构，通过专用的下行导频时隙（DwPTS）来完成空中接口同步的功能。
网络同步的概念主要涉及到以下几个方面：
网络同步；
节点同步；
传输信道同步；
无线接口同步；
定时对齐控制。
图3.5说明了涉及到上述概念的一些节点。
图3-5  同步模型
关于同步的其他详细描述有兴趣的读者请参见3GPP TS25.402 Network Synchronisation。
O&M需求
操作维护是保证任何一个系统正常工作必不可少的部分，并且和具体实现的方式关系密切。本节将从规范和实现两个角度出发，阐述O&M设计的几个重要的方面，给读者一个较为清晰
、明确的系统操作维护的概念。
系统结构
根据3GPP的第三代移动通信的概念，O&M的主要目的是对UTRAN进行操作维护,在系统的位置如图3.6所示。
图3-6 网络参考模型
O&M的设计应该突出其自身的可扩充性、对RNS系统的可维护性、对操作人员的易操作性、
全面反映网络运行质量，并能提供面向无线网络的系统优化。
O&M体系在结构上一般采用分布式结构，以增强系统的灵活性、稳定性以及数据的处理能力，模块的设计尽量结合系统关于业务处理的特点，合理划分功能区，保证各功能模块能够比较独立；同时模块间尽量采用通用接口，在保证各模块能很好地协同工作的同时减少复杂性，以利于系统功能的扩充。
O&M向用户提供的管理功能，可以向用户提供更为强大的网络运行的各种状态的监控功能和对网络故障的诊断以及隔离处理功能，方便用户对网络设备系统的操作，以利于设备的可维护性。
利用网络优化，选择最佳的网络配置，使系统能够提供最好的服务质量。
考虑到许多管理功能最终需要RNC和Node-B中相关软硬件的支持，所以在必要的地方，将考虑到RNC和Node-B的具体实现问题，从整个RNS的系统角度出发，比较全面地完成对操作维护系统的设计。
关于一些具体的实现方法，本节将不做描述。
O&M设计目标
一般情况下，一个操作维护系统必须完成的基本设计目标：
1. 协议包括分布式体系结构，软硬件配置灵活，可作为多个RNS的地区级操作维护中心；
2. 各操作维护功能模块独立性较强，接口简洁、清晰、通用，便于今后功能扩展；
3. 人机界面完整、统一，操作方便、灵活、高效；
4. 后台数据分析处理能力强，利于使用网络优化规划；
5. 具有很高的安全性、稳定性、可靠性；
6. 易于集成网络优化规划辅助系统；
7. 对上级网管提供标准Q3接口。
O&M系统功能
一般情况下，O&M将要完成下述的系统功能：
    配置管理
    故障管理
    性能管理
    状态管理
    测试管理
    安全管理
    软件管理
    日志管理
    帮助功能
NodeB操作维护
NodeB的操作维护功能，有时又称为本地维护终端，可以被分为两个部分，Implementation Specific O&M 和 logical O&M。其中，前者完成NodeB中的具体的操作维护功能，后者则是通过Iub接口与RNC相联系，交互相应的控制消息。其结构图如图3.7所示：
图3.7  标注O&M接口的RNS结构
注：上图仅仅是表明网络实体间的逻辑连接，并不涉及具体实现的物理接口。
    对本部分感兴趣的读者可以参见3GPP TS32 series。
3.3  UTRAN通用协议结构模型
对于UTRAN协议不但可以从UE到CN连接的方向进行描述，而且可以按照层次化进行说明。UTRAN的协议结构设计是根据相同的通用协议模型进行的，通常的设计思想是要保证各层几个平面在逻辑上彼此独立，这样便于后续版本的修改，使其影响最小化。图3.8为UTRAN协议模型的基本结构。
图3.8  UTRAN地面接口的通用协议模型
在这里ALCAP是Access Link Control Application Part的缩写，表示传输网络层控制平面相应协议的集合。
下面我们从水平和垂直两个方向对上图进一步说明：
水平方向
UTRAN从层次上可以分为无线网络层和传输网络层两部分。UTRAN涉及的内容都是相关无线网络层的；传输网络层使用标准的传输技术，根据UTRAN的具体应用进行选择。
垂直方向
    控制平面
控制平面包含应用层协议，如：RANAP、RASAP、NBAP和传输层应用协议的信令承载。
应用层协议和其他相关因素一起用于建立到UE的承载（Iu中的无线接入承载以及随后的无线
连接）。在层次化的结构中，应用协议的承载参数并不直接和用户平面的技术相联系，而是更一般化的描述参数，这样使得用户平面技术的选择更加灵活。
应用协议的信令承载可以和ALCAP的信令承载具有相同的类型，也可以是不同的类型；信令承载的建立是O&M行为。
    用户平面
用户收发的所有信息，例如话音和分组数据，都是经过用户平面传输。用户平面包括数据流和相应的承载，每个数据流的特征都由一个或多个接口的帧协议来描述。
传输网络层控制平面
传输网络层控制平面为传输层内的所有控制信令服务，不包含任何无线网络层信息。它包括为用户平面建立传输承载（数据承载）的ALCAP协议， 以及ALCAP需要的信令承载。
传输网络层控制平面位于控制平面和用户平面之间。它的引入使无线网络层控制平面的应用协议与在用户平面中为数据承载而采用的技术之间完全独立成为可能。使用传输网络层控制
平面的时候，无线网络层用户平面中数据承载的传输承载的建立方式如下：无线网络层控制平面的应用协议进行一次信令处理，它通过ALCAP协议建立数据承载，该ALCAP协议是针对用户平面技术而定的。
控制平面和用户平面的独立性要求必须进行一次ALCAP的信令处理。值得注意的是，ALCAP不一定用于所有类型的数据承载上，如果没有ALCAP的信令处理，传输网络层控制平面就没有存在的必要了。在这种情况下，我们采用预先配置的数据承载。另外，传输网络控制层的ALCAP协议不用于为应用协议或在实时操作期间的ALCAP建立信令承载。

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