【5G RRC】NR 小区接入控制

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本人就职于国际知名终端厂商,负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作,目前牵头6G算力网络技术标准研究。


博客内容主要围绕:
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NR 小区接入控制

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       无线接入控制是指通过限制移动设备与基站之间的连接请求来保障紧急呼叫等关键通信呼叫成功的一种流量拥塞控制机制。无线接入的控制可以分为以下两种方法:

  • 接入控制方法(移动终端控制)
    在向基站发送任何连接请求之前,移动设备应评估广播信息并识别呼叫类型,以确定是否禁止该呼叫的连接请求;
  • RRC连接拒绝方法(基站控制)
    基站识别移动终端发送的连接请求类型,并确定是否要使用 RRCConnectionReject 消息拒绝该服务请求;

具体使用哪一种,取决于移动运营商根据网络连接和流量情况来判断是使用一种或两种方法来进行接入控制。

       对于5G NR,3GPP已经标准化了一系列的接入控制机制来控制移动终端接入。下面是两种解决方案:

  • 使用广播信息标识某个小区是保留或者接入受限
  • 使用UAC(统一的接入控制,Unified Access Control)功能;

一、使用广播消息控制接入

       通过MIB、SIB1中的一些标志位来指示该小区是保留还是接入受限。

1.1 MIB中的标志

       在5G NR中,MIB消息使用IE cellBarred 来指示小区禁止信息,其取值可以是 blockednotblocked该标志允许在不需要终端接收和解码SIB1的情况下更早地检测小区状态如果小区被禁止,则不允许终端选择或重选该小区

       如果MIB指示一个小区被禁止,那么UE也将检查 intraFreqReselection 标志,该标志也包含在MIB中。如果此标志设置为 notAllowcd则标识不允许在相同频率上重新选择另一个小区。否则,如果此标志设置为 Allowed,则允许UE在相同频率上重新选择另一个小区。

       如果终端解码MIB失败,终端也会将该小区视为禁止的。在这种情况下,允许终端在同一频率上重新选择另一个小区。此外,如果UE无法解码SIB1,则UE将小区视为禁止的。在这种情况下,UE使用来自MIB的 intraFreqReselection 标志来确定是否允许在相同频率上重选到另一个小区。当解码MIB或SIB1失败时,UE将该小区视为禁止,最长可达300秒。

1.2 SIB1中的标志

       SIB1中的另一个标志 cellReservedForOtherUse 可以广播值为 true 或不存在此标志。当SIB1中广播这个标志时,所有UE都将该小区视为禁止的,即它在MIB中具有与 cellBarre 标志相同的效果。

       cellReservedForOtherUse 在3GPP R15 中没有特定的用途,引入的目的主要是考虑前向兼容性,考虑未来可能用到。例如,CSG(Closed Subscriber Group)小区就使用了这个标志。3GPP R15 中不支持CSG小区。如果R16 引入了对CSG小区的支持,那么R16的UE将理解接入CSG小区的规则(只有属于CSG的订阅者才被允许访问该小区)。R15 UE不知道这些规则,但是 cellReservedForOtherUse 标志可以用来确保R15 UE不尝试接入CSG小区。


二、UAC功能

       2G、3G和4G网络已经使用ACB (Access Class blocking)来控制接入。Access Class是由网络运营商分配给每个用户的标识符,用于指示其访问优先级,其存储在SIM卡中。大多数普通sim卡都提供了一个范围在0到9之间的Access Class。此外,可能会向某些用户组分配11至15范围内的特殊Access Class的SIM卡。下面列出了这些特殊的Access Class:

Access Class 含义
10 用于发起紧急呼叫
11 PLMN Use
12 安全服务
13 公共事务
14 紧急服务
15 运营商员工

随着时间的推移,各种Access Class限制解决方案不断发展,例如,限制范围为0至9的特定Access Class;指定Access Class为0至9的终端允许访问的概率;禁止特定服务和连接建立原因的访问。

2.1 Access Identities

       3GPP R15 引入了基于Access IdentitiesAccess Categories的统一接入控制(UAC,Unified Access Control)概念。UE根据可用的规则将自己与Access Identities相关联。下表显示了Access Identities的映射:

Access Identities UE配置
0 UE没有匹配该表中的任何参数
1 终端配置了多媒体优先业务
2 终端配置了关键任务服务
3-10 保留
11 等同于Access Class 11,PLMN Use
12 等同于Access Class 12,安全服务
13 等同于Access Class 13,公共事务
14 等同于Access Class 14,紧急服务
15 等同于Access Class 15,运营商员工

从表中可以看出,Access Identities 11~15直接从Access Class11~15映射。Access Identities 1和2映射到允许使用多媒体优先服务(MPS,Multimedia Priority Service)和关键任务服务(MCS,Mission Critical Service)的用户。当没有匹配到表中的任何UE配置时,使用Access Identitie 0。通常,Access Identities 0将对应于Access Class 0~9。

       NAS: Registration Accept 消息包括一个MPS Indicator,当提供使用MPS服务的权限时,可以将其设置为1,即该标志可用于分配 Access Identity 1。类似地,相同的字段包括一个MCS Indicator,当提供使用MCS服务的权限时,可以将其设置为1,即该标记可用于分配 Access Identity 2。或者,USIM中可用的文件EFUAC AIC可用于提供 Access Identity 1或2。

2.2 Access Category

       UE在进行连接尝试时,会使用下表所示的规则映射到特定的Access Category。如果匹配了多个规则,则选择Rule ID最小的Access Category

Rule Access Category 接入类型
1 0【MT接入】 1.Paging
2.non-3GPP接入通知
3. NR MM连接管理流程
2 2【紧急事件】 紧急事件
3 32~64【运营商定义】
4 1【时延容忍】 时延容忍服务
5 4【MO,多媒体电话语音】 面向移动的多媒体电话语音
6 5【MO,多媒体电话视频】 面向移动的多媒体电话视频
7 6【MO SMS以及SMSoIP】 面向移动的多媒体短信和IP短信
8 3【MO信令】 UE NAS发起的5G MM流程
9 7【MO 数据】 1.UE NAS发起的5G MM 连接管理流程
2.UE NAS发起的5G MM NAS传输流程
10 7【MO 数据】 上行用户平面PDU会话报文传输

       Access Category为0的终端不受接入限制,因为网络负责管理移动终端呼叫或寻呼终端,即如果不允许连接,则网络不应寻呼终端。Access Category为32 ~ 63可由运营商配置。AMF提供的NAS: Registration Accept 消息可以包含一个 Operator Defined Access Category Definitions 字段,该字段指定了一组映射规则。

       当终端发起从RRC Idle模式到RRC Connected模式的转换时,需要进行基于Access Identities和Access Category的接入控制检查。在RRC Connected和RRC Inactive模式下,当发生特定事件时,例如发起语音或视频呼叫、短信、使用上行NAS消息建立或修改PDU会话、上行数据传输时需要使用挂起的PDU会话,也需要对RRC Connected和RRC Inactive模式下的UE进行接入控制检查。

       SIB 1中的 uac-Barringlnfo 提供了一些参数,用于确定何时需要进行访问限制检查。接入限制检查是指终端生成一个0 ~ 1之间的均匀分布随机数。如果随机数小于uac-BarringFactor的值,则允许接入尝试。否则,接入尝试将被禁止。为uac-BarringFactor配置值0意味着所有检查都将导致禁止接入尝试。如果被禁止接入,终端会生成第二个分布在0 ~ 1之间的随机数。然后将T390的值设置为**(0.7 + 0.6 *rand) *uac- blocking Time**秒,其中rand为随机数。T390定义了UE在相应的Access Category下,将该小区视为禁止的持续时间。



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