제10장UMTS의 무선자원제어계층

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RRC 개요

g RRC (Radio Resource Control) 계층

4주로 단말과 UTRAN사이에서 Radio Bearer의 설정/재설정/해제 기능을 담당

4단말과 UTRAN 양단에 위치한 RRC계층은 무선자원관리에 필요한 설정정보를 교환하기 위하여 다양한 RRC절차들을 정의

4 RRC메시지에는 NAS (Non-Access Stratum) 프로토콜로부터 내려오는 제어 메시지들을 포함할 수 있음

g RRC 접속 (RRC Connection)4단말과 UTRAN 사이의 제어정보 교환을 위해 접속 초기에 RRC접속 설정

4 RRC접속은 일반적으로 단말의 전원이 켜지면서 설정되는데, 단말이 망에 연결되어 있는 동안에는 오직 하나의 RRC접속만이 존재

4 RRC접속을 설정하는 이유는 단말과 핵심망사이의 제어정보 교환이 필요하기 때문

g 시그널링 접속 (Signalling Connection)4단말과 핵심망 사이의 제어정보 교환을 위한 통로

4 RRC접속과 RANAP 시그널링 접속으로 구성

4단말과 연결된 핵심망 영역에 따라 여러 개의 시그널링접속이 존재할 수 있지만, 이들은 오로지 하나의 RRC접속만을 이용

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RRC계층의 구조

RRC

MAC

L1

BCFE PNFE DCFE

TME

RLC

TM-SAP AM-SAPUM-SAP

RFE RFE RFE

Non-Access Stratum

….. ….. …..GC-SAP Nt-SAP DC-SAP

RLC-Control

MAC-Control

L1-Control

4

RRC계층의 구조

g RRC 엔터티의 기능

시스템정보(System Information)의 방송에 사용

RNC의 각 셀에 대하여 적어도 하나의 BCFE가 존재

GC-SAP을 통해 NAS에 RRC서비스를 제공

TM-SAP 또는 UM-SAP을 이용하여 데이터를 전송

BCFE (Broadcast control function entity)

RRC접속이 없는 (Idle Mode) 단말을 호출

Nt-SAP을 통하여 NAS에 RRC서비스를 제공

CRNC가 제어하는 각 셀에 대하여 적어도 하나씩의 PNFE가 존재

TM-SAP 또는 UM-SAP을 통하여 메시지를 전송

PNFE (Paging and Notification control function entity)

특정 단말과 관련된 전용 시그널링을 관장

DC-SAP을 통해 NAS에 RRC서비스를 제공

RRC접속이 존재하는 경우 각 단말에 대하여 하나씩의 DCFE가 존재

전송할 메시지의 종류에 따라 다양한 Signalling Radio Bearer를 이용

AM-SAP, UM-SAP, TM-SAP 모두를 이용

DCFE (Dedicated Control Function Entity)

설명Entity

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RRC계층의 구조

g Signalling radio bearer

4 RRC접속이 설정되기 위해서는 RRC Connection Establishment 절차 필요

4이 절차를 통해 RRC메시지의 전송을 담당하는 Radio Bearer들이 설정 => Signalling Radio Bearer

4기본적으로 4개 또는 5개의 SRB가 설정

AM-SAP과 DCCH를 통해 NAS메시지를 전송

SRB#4보다 높은 우선순위를 갖음

SRB#3

AM-SAP과 DCCH를 통해 RRC메시지들을 전송할 때 사용

NAS메시지의 전송에 사용되는 “Direct Transfer”는 제외

RRC에서 정의된 대부분의 메시지들이 이 SRB를 통해 전송

SRB#2

SRB#3와 같이 NAS메시지의 전송에 사용 (선택사항)SRB#4

UM-SAP과 DCCH를 통해 RRC메시지들을 전송할 때 사용

Cell Update Confirm, RRC Connection Release 메시지

SRB#1

상향링크로는 TM-SAP, 하향링크로 UM-SAP을 통해 RRC메시지들을 전송 (CCCH 사용)메시지 예: Cell Update, URA Update, RRC Connection Request 메시지

SRB#0

설명SignallingRadio Bearer

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Interaction between RRC and lower layers

R R C R R C

R L C R L C

Radio ResourceAssignment[Code, Frequency,TS, TF Set, Mapping,etc.]

Measurement Report

RLC retransmissioncontrol

L 1 L 1

U T R A N U E

Con

trol

Mea

sure

men

ts

Con

trol

Mea

sure

men

ts

Con

trol

Mea

sure

men

ts

Con

trol

Mea

sure

men

ts

M A C M A C

Con

trol

Con

trol

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RRC상태

g 단말의 동작모드 및 통신상태를 구분

g Idle Mode와 Connected Mode로 구분

Idlemode

Connected Mode

Cell_DCH

Cell_FACH

Cell_PCH

URA_PCH

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RRC상태 (cont.)

g Idle Mode4단말과 UTRAN 사이의 RRC접속이 없으며, 망이 단말의 위치정보를 모르는 상태

4 Idle Mode에 있는 단말의 구별은 NAS 상에서 사용하는 단말의 식별정보인 IMSI (International Mobile Subscriber Identity), TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity), P-TMSI (Packet-TMSI) 등을 이용

g CELL_DCH4단말은 전용으로 할당된 물리채널들을 사용할 수 있음

4전송채널로는 DCH, DSCH, USCH 등이 사용

4단말의 위치를 셀 수준 또는 Active Set수준에서 알 수 있음

4고품질의 QoS가 요구되는 서비스에 대해서는 핸드오버를 지원

4고속의 데이터 전송 서비스의 지원, 실시간 서비스들의 지원에 적절

g CELL_FACH4단말에 전용물리채널이 할당되어 있지 않고, 공용전송채널들을 사용하는 상태

4전용논리채널을 통한 데이터의 전송 가능

4단말과 UTRAN사이에서 교환되는 트래픽의 양이 적은 경우에 사용

4 FACH와 RACH를 이용해 데이터를 교환

4 UTRAN은 셀 수준에서 단말의 위치정보를 알 수 있음

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RRC상태 (cont.)

g CELL_PCH4단말에 전용채널이 할당되어 있지 않고, 전용논리채널도 이용할 수 없음

4 Cell_FACH상태 또는 Cell_DCH상태에 있던 단말이 오랫동안 데이터를 전송하지않는 경우 Cell_PCH로 전이

4 PCH를 통해 호출정보를 수신하고 CELL_FACH상태보다 단말의 전력소모를 줄임

4단말의 위치정보를 셀 수준에서 알 수 있음

4 Cell Update의 수행: 단말은 일시적으로 CELL_FACH상태로 전이한 후 Cell Update절차를 진행한 후 CELL_PCH로 복귀

g URA_PCH4 CELL_PCH상태와 거의 유사

4단말의 이동성이 커서 셀 갱신과정에 따른 부담이 있는 경우 사용

4 URA (UTRAN Registration Area)• 하나 또는 여러 개의 셀들로 이루어진 영역

• UTRAN이 단말의 큰 이동성을 지원하기 위한 효율적인 방법을 제공

• URA는 UTRAN 내부적으로 알려져 있을 뿐이고, 핵심망에서는 URA의 구성을 모름

• 하나의 셀은 하나 또는 그 이상의 URA에 속할 수 있음

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시스템정보 방송

g 다양한 시스템정보(System Information)를 단말로 전달

g 시스템정보4 Idle Mode에 있는 단말이 망에 접속하기 위한 시스템 정보나, Connected

Mode에 있는 단말에 대한 이동성 지원, 측정(Measurement)정보 등 다양한정보 포함

4BCCH를 통해 전송되고, 전송채널로는 BCH 또는 FACH를 이용

g 방송 절차4TM-RLC 사용: RRC메시지의 분할 및 연결 기능 등이 RRC계층에서 수행

4UTRAN RRC계층으로부터 내려온 메시지들은 RLC계층에서 아무런 처리를 거치지 않고 단말로 전송

4RRC계층은 적절한 크기로 구성된 RRC PDU를 RLC계층으로 전달

4BCH 이용: • Node B에 위치한 MAC-b 부계층을 통해 전송

• No scheduling in MAC-b (Dummy MAC)4FACH 이용: MAC계층 자체적인 스케줄링이 필요

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시스템정보 방송 (cont.)

g System Information Block4비슷한 특성을 갖는 시스템정보의 집합

4서로 다른 SIB에 속한 시스템정보는 그 내용 뿐만 아니라 전송반복주기 등의 다른 특성에 있어서도 서로 다른 특성

4트리(Tree)의 구조

• 시스템정보의 종류에 따라 18 종류(1번에서 18번까지)의 SIB로 구성

• 보다 구체적인 시스템정보의 전송을 위하여 내부적으로 종속적인 SIB들이 포함

4SIB에는 실질적인 시스템정보가 포함

4SIB의 전송을 위한 스케줄링 정보는 MIB (Master Information Block) 또는SB(Scheduling Block)에 포함

g MIB4셀에서 방송되는 SIB들의 기준정보나 스케줄링 정보를 포함

4BCH를 통해 규칙적으로 전송되도록 하여 단말이 쉽게 시스템정보를 수신

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시스템정보 방송 (cont.)

g SIB의구조

MIBMIB

SB 1SB 1

SB 2SB 2 SIB #nSIB #n

SIB #1SIB #1

SIB #2SIB #2

SIB #3SIB #3

SIB #12SIB #12

SIB #13SIB #13

SIB #14SIB #14

SIB #15SIB #15

SIB #16SIB #16

SIB #17SIB #17

SIB #18SIB #18

SIB #nSIB #n

SIB #nSIB #n

SIB #nSIB #n

SIB #13.1SIB #13.1SIB #13.2SIB #13.2

SIB #13.3SIB #13.3SIB #13.4SIB #13.4SIB #15.1SIB #15.1

SIB #15.2SIB #15.2SIB #15.3SIB #15.3

SIB #15.4SIB #15.4

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시스템정보 방송 (cont.)

g SIB 분할/연결

4단말로 전송되기 위해 시스템정보 메시지의 형태로 구성

4 BCH 또는 FACH에서 사용되는 전송블록 의 크기에 맞도록 설정

4 SIB가 전송 가능한 크기보다 크다면 여러 개의 시스템정보 메시지로 분할

4 SIB가 전송 가능한 크기보다 작다면 여러 개의 SIB들이 하나의 시스템정보 메시지를 구성

4세그먼트(Segment)• SIB의 분할/연결 기능에 의한 SIB 정보의 일부

• SIB에서 차지하는 각 세그먼트의 위치에 따라, First Segment, Subsequent Segment, Last Segment, Complete로 구분

Subsequent Segment 또는 Last Segment에만 포함

해당 SIB내에서의 분할된 위치를 지시

Segment Index

시스템정보 메시지의 종류를 나타냄

메시지를 MIB, SB, SIB로 구분

SIB Type

해당 SIB내의 세그먼트 개수를 나타냄

First Segment에만 포함

SEG_COUNT

설명헤더정보

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시스템정보 방송 (cont.)

g SIB의 복구4단말 RRC에서는 수신한 세그먼트들을 재결합시켜 원래의 SIB로 복구

4각 MIB, SB, SIB에 속하는 모든 세그먼트들은 Segment Index에 따라 결합

4 SIB를 폐기: • 수신한 세그먼트 중 하나 이상이 소실된 경우

• 세그먼트가 순서가 맞지 않게 수신된 경우

• 중복 수신된 경우

g 시스템정보의 스케줄링4시스템정보의 스케줄링은 RRC계층에서 담당

4시스템정보의 스케줄링은 각 세그먼트별로 독립적으로 수행

SIB_POS(i)=SIB_POS(i-1)+SIB_OFF(i)SFN mod SIB_REP = SIB_POS(i)

g MIB의 수신4 MIB는 스케줄링과 관련된 기본적인 기준정보를 제공

4 MIB는 가변적이기 보다는 고정적으로 전송

4 FDD의 경우, MIB의 스케줄링 값은 고정, TDD의 경우 단말은 자신에게 맞는 적절한값을 찾을 때까지 값을 바꿔보면서 MIB를 수신

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RRC접속 관리절차

g 개요4단말과 UTRAN사이의 RRC접속을 설정/해제

4핵심망과 단말사이의 시그널링접속을 관리하는 역할

g Paging 절차4특정한 단말 또는 여러 단말들을 호출할 때 사용

4Paging 메시지는 PCCH 또는 DCCH를 사용해 단말로 전송

4Paging Type 1 메시지• PCCH를 사용하여 전송되는 경우

• Idle Mode, CELL_PCH상태, URA_PCH상태인 경우에 사용

• Paging Type 1 메시지는 수신 성공률을 높이기 위해 여러 차례 전송

4Paging Type 2메시지• DCCH를 통해 전송되는 경우

• 단말이 Cell_DCH상태 또는 Cell_FACH상태에 있는 경우에 사용

• 기존에 설정되어 있는 RRC접속을 통해 추가적으로 단말을 호출할 때 사용

• 기 설정된 RRC접속을 이용하므로 특정 단말에 대한 전용호출이 가능합니다.

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RRC접속 관리절차 (cont.)

g RRC Connection Establishment/Release 절차

UE UTRAN

RRC CONNECTION REQUEST

RRC CONNECTION SETUP

RRC CONNECTION SETUP COMPLETE

RRC CONNECTION RELEASE

RRC CONNECTION RELEASE COMPLETE

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RRC접속 관리절차 (cont.)

g RRC Connection Establishment/Release 절차 (cont.)4 RRC Connection Request 메시지

• RRC접속을 설정하기 위해서 단말이 UTRAN으로 전송하는 메시지

• 단말 상위계층의 요구나 핵심망으로부터 전송되는 호출명령에 의해 전송

• TM-RLC와 CCCH/RACH를 이용하여 전송

4 RRC Connection Setup 메시지

• RNC는 요구되는 서비스에 대한 QoS수준을 파악한 후, 예상되는 전송용량에 따라 단말기본정보, 전송채널정보, 물리채널 정보 등을 단말로 전송할 때 사용

• CCCH/FACH를 사용하여 단말로 전송

4 RRC Connection Setup Complete 메시지

• 단말이 RRC Connection Setup 메시지를 성공적으로 수신한 후, 지시에 따라 하위계층을설정을 마친 후, UTRAN으로 전송하는 메시지

• 단말의 USIM에 있는 보안관련 정보와, 단말 각 프로토콜 계층의 용량정보 등이 포함

4 RRC Connection Release 메시지

• RRC접속의 해제를 원하는 경우에는 RNC가 해당 단말로 전송

• 단말과 UTRAN사이에 존재하던 Radio Bearer, Signalling Radio Bearer• RRC접속, 시그널링 접속 해제

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RRC접속 관리절차 (cont.)

g Direct Transfer 절차4상위계층의 NAS 메시지들을 UTRAN을 통해 투명하게 전송하는 절차

4 Initial Direct Transfer: • NAS 메시지 전달을 위한 시그널링 접속을 설정하기 위하여 사용 (RRC접속 설정 이후)

4 Downlink Direct Transfer/Uplink Direct Transfer • 이미 맺어진 시그널링 접속을 통해 상위의 NAS 메시지를 하향링크로 전송할 때 사용

• 상위계층의 지시에 따라 SRB#3 또는 SRB#4를 사용할 수 있음

• Priority에 따라 SRB#3 또는 SRB#4가 사용될 수 있음

g Signalling Connection Release 절차4기존에 설정되어 있는 시그널링 접속들 중 하나를 해제하기 위하여 사용

4단말에서 시그널링 접속을 해제하는 경우, 단말내의 시그널링접속을 해제한 후UTRAN으로 Signalling Connection Release Indication 메시지를 전송

4 UTRAN에서 시그널링 접속을 해제하는 경우, 단말에 Signalling Connection Release 메시지를 전송하고, 해당 핵심망 영역에 대한 시그널링 접속을 해제

g UE Capability Update 절차4단말이 자신의 고유한 용량(Capability) 정보를 UTRAN으로 전송하기 위하여 사용

4 UE Capability Information 메시지를 통해 UTRAN으로 보고

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Radio Bearer 제어절차

g 개요4상위계층의 요구에 의해 Radio Bearer의 설정, 재설정 및 해제 기능을 수행

4UTRAN은 단말 Capability를 고려하여 적절히 Radio Bearer의 동작을 제어

g Radio Bearer Establishment 절차4단말과 UTRAN 사이에서 새로운 Radio Bearer를 설정하는 절차

4UTRAN이 단말로 Radio Bearer Setup 메시지를 전송하는 것으로 시작

4암호화 관련 정보, RNTI 정보, 전송채널 및 물리채널의 설정 정보 포함

g Radio Bearer Reconfiguration 절차4기 설정된 Radio Bearer의 설정을 변경하기 위해 파라미터들을 재설정하는

절차

4Radio Bearer Reconfiguration 메시지를 단말로 전송하여 QoS 파라미터를변경

4MAC계층에서의 채널 맵핑 변경 가능

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Radio Bearer 제어절차 (cont.)g Radio Bearer Release 절차

4하나 또는 여러 개의 Radio Bearer를 해제하는 경우에 사용

4특정한 RB를 해제하기 위하여 Radio Bearer Release 메시지를 단말로 전송

4전송채널 및 물리채널의 설정을 변경할 수 있는 정보가 추가로 포함

g Transport Channel Reconfiguration 절차4전송채널의 설정 및 동작과 관련된 파라미터들을 재설정하는 경우에 사용

4 UTRAN은 Transport Channel Reconfiguration 메시지를 단말로 전송하며, 이 메시지에는 TFC Subset이나 물리채널 관련 파라미터들이 포함

g Physical Channel Reconfiguration 절차4물리채널의 설정/재설정/해제시에 사용

4 UTRAN은 단말에서 사용할 물리채널들을 할당하거나 대체 또는 해제를 위해Physical Channel Reconfiguration 메시지는 전송

g Transport Formation Combination Control 절차4단말에 할당된 TFCS (Transport Format Combination Set) 내에서 상향링크로 이용

가능한 TFC들을 알리기 위해 사용

4이 정보는 UTRAN이 Transport Format Combination Control 메시지를 통해 단말로알려주고, 이 메시지에는 단말에서 상향링크로 사용 가능한 TFC 정보 및 사용이 가능하지 않은 TFC 정보가 포함

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보안 절차

g UMTS 보안 개요4악의적인 목적을 가진 사용자로부터 자신의 데이터를 보호

4무선환경은 유선망에서 보다 더욱 견고한 보안 기술이 요구

4L2계층과 RRC계층의 데이터 전송에 사용

4암호화(Ciphering)• RLC계층 또는 MAC계층에서 사용

• 전송할 데이터와 암호화 마스크(MASK)를 비트단위로 더하여 암호화

4무결성검사 (Integrity Protection)• RRC계층에서 RRC 메시지의 전송시에 사용

• RRC 메시지의 앞부분에 MAC-I (Message Authentication Code for Integrity Protection)라는 필드를 첨부

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보안 절차 (cont.)g Ciphering

PLAINTEXT BLOCK

f8

COUNT-C DIRECTION

BEARER LENGTH

CK

MASK

CIPHERTEXT BLOCK

COUNT-C DIRECTION

BEARER LENGTH

CK

MASK

PLAINTEXT BLOCK

송신측 (단말/RNC)

수신측 (RNC/단말)

f8

23

보안 절차 (cont.)g Integrity Protection

f 9

COUNT-I DIRECTION

MESSAGE FRESH

IK

MAC -I

f 9

COUNT-I DIRECTION

MESSAGE FRESH

IK

XMAC -I

SenderUE or RNC

ReceiverRNC or UE

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보안 절차 (cont.)g Security Mode Control 절차4용도

• 특정 핵심망 영역과 연결된 모든 RB에 대하여 Ciphering의 시작 또는 중지 지시

• 새로운 Ciphering설정을 적용하여 Ciphering을 재시작하도록 명령

• 모든 SRB들에 대하여 Integrity Protection을 시작하거나 설정을 변경할 때 사용

4방법• 핵심망이 RNC로 전송되는 Security Mode Command (RANAP) 메시지 전달

• RNC는 단말에 Security Mode Command (RRC) 메시지를 통해 관련 파라미터전달

• UTRAN은 Security Mode Command 메시지를 전송하기 전에, 동작하고 있는모든 AM-RLC 또는 UM-RLC의 동작을 중지

• 셀의 변경이나 RB의 재설정 등의 이유로 관련 RRC메시지에 보안 관련 파라미터가 포함

4START (20 비트)• USIM에 저장된 COUNT-C와 COUNT-I 값• 단말이 Idle Mode로 들어갈 때에는 COUNT-C와 COUNT-I값 중에서 큰 값의 상

위 20비트를 START값으로 결정하여 USIM에 저장

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측정 절차

g 개요4무선환경을 위한 망관리/자원할당 위해 필요한 다양한 정보를 RNC에 제공

4RRC메시지를 통해 제어되는 측정은 단말에서 수행하게 될 측정 관련 정보

4RNC 또는 Node B 내의 측정은 RRC메시지를 통해 제어되지 않음

g 방식4단말은 Measurement Report 메시지를 통해 주기적 또는 특정한 사건이 발

생했을 때 UTRAN으로 측정 결과를 보고

4한 단말에서 여러 측정이 동시에 수행될 수 있으며, 각 측정과정은 독립적으로 동작

g 측정제어정보의 수신4 Idle모드: BCH로 전송된 SIB#11를 수신

4Cell_FACH, Cell_PCH, URA_PCH상태: 단말은 SIB#12 이용

4Cell_DCH상태: DCCH를 통해 Measurement Control 메시지를 수신

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이동성 관리 절차

g 개요

4무선망은 단말의 이동성을 지원하기 위한 다양한 방법을 지원

4 UMTS에서는 단말의 이동성 지원과 관련된 핵심망의 기능 중 일부가 RNC로 이관

g Cell Update 절차

4이 절차는 Cell_FACH 또는 Cell_PCH상태의 단말이 셀 수준에서 자신의 위치정보를 UTRAN으로 알리기 위해 사용하는 절차

4단말은 Cell Update 메시지를 전송하여 자신의 위치정보를 갱신

g URA Update 절차

4 URA_PCH상태에 있는 단말이 URA 수준에서 자신의 위치정보를 UTRAN으로 알리기 위해 사용하는 절차

4 URA Update의 시작

• 타이머의 만료에 의해 주기적으로 URA영역을 갱신하는 경우

• SIB#2로 전송한 URA식별정보 내에 단말에게 할당된 URA영역이 포함되지 않은 경우

• UTRAN이 전송한 SIB#2의 정보를 읽을 수 없는 경우

• SIB#2에 URA식별정보가 전혀 포함되어 있지 않은 경우

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이동성 관리 절차 (cont.)

g UTRAN Mobility Information 절차

4 Connected Mode의 단말에 새로운 RNTI값을 할당하거나, 기타 단말의 이동성과 관련된 정보를 전송할 때 사용

4 UTRAN은 UTRAN Mobility Information 메시지에 관련 정보를 단말로 전송

g Active Set Update 절차

4 FDD로 동작하는 경우에 대해서만 적용되는 절차로, Cell_DCH상태에 있는 단말의활성집합(Active Set)을 갱신할 때 사용

4단말이 무선링크(Radio Link)를 추가하거나, 교체 또는 삭제하는 기능을 포함

4 UTRAN이 단말로 Active Set Update 메시지를 전송하는 것으로 시작

g Hard Handover 절차

4단말과 UTRAN사이의 주파수 대역대(Frequency Band)가 변경되거나, 동일한 주파수 대역대에 있지만, Macro-diversity를 지원하지 않는 셀 로의 이동시에 적용

4 FDD와 TDD사이의 모드 전환시에도 사용

4 RRC 프로토콜에는 Hard Handover의 지원을 위한 RRC메시지들이 명시적으로 정의되어 있지는 않지만, 다양한 RRC메시지를 통해 구현