移动网络简介与RRC

1.移动网络简介

1G：表示第一代移动通讯技术，以模拟技术为基础的蜂窝无线电话系统，如现在已经淘汰的模拟移动网。1G无线系统在设计上只能传输语音流量，并受到网络容量的限制。
2G：第二代手机通信技术规格，以数字语音传输技术为核心。一般定义为无法直接传送如电子邮件、软件等信息；只具有通话和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。不过手机短信在它的某些规格中能够被执行。在第二代移动通信技术中，GSM的应用最广泛。
GPRS：为了实现从传统语音业务到新兴数据业务的支持，GPRS在原GSM网络的基础上叠加了支持高速分组数据的网络，向用户提供WAP浏览（浏览因特网页面）、E-mail等功能，推动了移动数据业务的初次飞跃发展，实现了移动通信技术和数据通信技术（尤其是Internet技术）的完美结合。GPRS是介于2G和3G之间的技术，也被称为2.5G。它后面还有个弟弟EDGE，被称为2.75G。它们为实现从GSM向3G的平滑过渡奠定了基础。
3G：第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。3G是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，目前3G存在3种标准：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。
4G：第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术，外语缩写：4G。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式（严格意义上来讲，LTE只是3.9G，尽管被宣传为4G无线标准，但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced，因此在严格意义上其还未达到4G的标准。

HSPA+、LTE、LTE-Advanced对比

2.无线电资源控制器

在3G与4G网络中，有个独特的模块-无线电资源控制器（RRC）。RRC对无线资源进行分配并发送相关信令，UE和UTRAN之间控制信令的主要部分是RRC消息，RRC消息承载了建立、修改和释放媒介访问控制层和物理层协议实体所需的全部参数，同时也携带了NAS(非接入层）的一些信令，如MM、CM、SM等。

由于移动设备的电源电量是影响设备使用的一个关键因素，设备也不是所有的时刻都在传输数据，那么如果设备始终都处在高功率的连接状态无疑会消耗很大的电量，这就需要一个机制来调控设备的状态来节省电量。在传输数据时处在高功率状态，没有数据传输时处在空闲状态，这样就可以很好的节省设备电量。这个机制就是RRC状态机，在不同的网络标准里状态机的实现方式有所不同，下面是具体介绍：

LTE-RRC状态机

LTE-RRC状态机：3GPP标准定义了一个完备的状态机，它描述了连接到网络的每个设备的功率状态。

RRC空闲：设备的无线电模块处于低功率状态（<15mW），只监听来自网络的控制信号。运营商网络中的客户端没有无线电资源。
RRC连接：设备的无线电模块处于高分辨率状态（1000-3500mW），要么传输数据，要么等待数据。运营商网络中指定了数据承载方式，也分配了专用的无线电资源。

简单来说，设备要么处于空闲状态，要么处于连接状态。当设备处于空闲状态时，设备不能发送或接收任何数据。要接收数据，设备需要先通过监听网络让自己与网络同步，然后再向RRC发送一个将其切换到“已连接”状态的请求。当切换到连接状态后，无线信号塔与LTE设备之间的网络环境准备就绪，随时可传输数据。然而如果通信的一方结束了数据传输，那RRC怎么知道什么时候把设备切换到低功率状态呢？RRC状态机依赖于一组定时器来触发RRC状态切换。

由于连接状态需要的功率很高，w为了更有效地完成操作，就有了多个子状态：

连续接收：最高功率，网络环境就绪，已分配网络资源。
短不连续接收（短DRX）：网络环境就绪，未分配网络资源。
长不连续接收（长DRX）：网络环境就绪，未分配网络资源。

长DRX与短DRX的唯一的区别之处在于，被唤醒前的休眠时间不一样，其他的都相同。

当设备或网络处于短DRX或长DRX状态下需要传输数据时，设备和RRC需要先交换控制信息，以协商何时开始传输，何时监听无线电广播，这就有一个延时。

当设备或网络处于空闲状态时需要传输数据，设备需要先监听网络以求与网络同步，然后再和RRC交换控制信息，协商相关信息，切换到连接状态，网络环境准备就绪，等待数据传输，这也有一个延时。

RRC延时

延时	LTE	LTE Advanced
空闲到连接	<100ms	<50ms
DRX到连接	<50ms	<10ms
用户面单向	<5ms	<5ms

HSPA与HSPA+(UMTS)RRC状态机

在LTE之前3GPP网络也有类似的状态机，但早期的状态机要更为复杂一点，延时也更长。LTE的性能更好，延时更少，某种程度上就是因为它简化了状态机的架构，从而提升了状态切换的性能。

空闲：与LTE类似，无线电，模块处于低功率状态，只监听网络控制信号，客户端不占有无线电资源（如信道资源等）。
Cell DCH：连续接收时与连接状态的LTE类似。无线电模块处于高功率状态，为上行、下行数据传输分配网络资源。、
Cell FACH：设备无线电模块处于中等功率状态，比DCH状态消耗电量少不少。设备部占有专用网络资源，但可以通过共享的低速信道(<20Kbit/s)传输少量数据。

空闲和DCH状态与LTE中的空闲和连接状态基本相同。但，FACH是UMTS网络特有的，这个状态下可以通过公用信道传输少量数据--慢、稳定，消耗的电量只有DCH状态的一半。这个状态多用于处理非交互通信，如后台的轮询和状态检测。

DCH与FACH状态切换也是通过计时器完成的，每个设备都会缓存一些要发送的数据，只要数据不超过网络配置的阈值（一般为100-1000B），设备就会一直处于中间状态。在设备处于FACH一定时间后，仍然没有要传输的数据，则另一个计时器会把设备切换到空闲状态。早期的3G网络的状态切换延时要高于LTE，如表1所示。HSPA+对其进行了较大的改进，已经与LTE相差无几了。

注：UMTS设备只有一个中间状态。理论上来讲，LTE能够做到对电量的更好控制，但无线电模块本身也会消耗电量的。更高的吞吐量也需要更多的电量消耗，实际上，LTE设备的耗电量要高于3G设备。

EV-DO（CDMA）RRC状态机

虽然CDMA不是最新的技术，但其用户量也不可小觑。所有移动设备有其共有的局限性--电池容量的有限性。所以，CDMA网络也有RRC状态机，用来控制设备的无线电模块状态，以求节省电量。

空闲：与3GPP和LTE类似，设备无线电模块处于低功率状态，只监听来自网络的控制信号，客户端不占有无线电资源。
连接：设备无线电模块处于高功率状态，为上下行数据传输分配网络资源。

这种状态机比较简单，要么处于高功率状态，要么处于空闲状态。只要想进行数据传输，都要切换到连接状态，相应延时与HSPA差不多。它没有中间状态，向空闲状态的过渡也由运营商配置的超时时间控制。

低效的周期性传输

由超时时间控制的无线电状态切换都会带来严重的后果，必须要等待足够长的时间，才能让无线电模块切换到低功率状态，然后通过网络访问触发RRC状态切换。每一次传输，无论是多大的数据量，都需要切换到高功率状态。传输完成后，也必须等到计时器超时才可以切换到低功率状态，数据量的大小并不影响计时器的超时时长。状态切换都有一个延迟时间，然后传输开始，最终无线电模块空闲，白白的耗电，直到所有计时器超时，设备才切换到低功率状态。