5G RRC引入新状态，减少信令与功耗，一切为了万物互联

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5G RRC引入新状态，减少信令与功耗，一切为了万物互联

引自：https://www.sohu.com/a/206264377_120921

2017-11-23 22:445G/手机

手机和网络通过无线信道相互通信，彼此交换大量的信息，因此双方需要一种控制机制来交换配置信息并达成一致，这种控制机制就是RRC，即无线资源控制，我们可以把它理解为终端UE和网络相互沟通的共同语言。

在3G和4G网络中，RRC状态机和状态转换机制并不相同，对于5G NR，又会有什么不同吗？

是的，5G与3G/4G并不相同，相较于4G LTE只有RRC IDLE和RRC CONNECTED两种RRC状态，5G NR引入了一个新状态——RRC INACTIVE。

5G NR RRC状态转换

5G NR可以在RRC IDLE、RRC CONNECTED和RRC INACTIVE三种状态间转换，同时也能与LTE/UMTS/GSM实现交互的状态转换。

5G NR RRC与LTE RRC之间状态转换

如上图所示，当5G NR处于RRC INACTIVE和RRC IDLE状态时，可重选至LTE；LTE在RRC IDLE状态下也可重选至5G，但不能重选至5G NR RRC INACTIVE状态。

5G NR RRC与UMTS / GSM RRC之间状态转换

如上图所示，5G NR处于RRC INACTIVE和RRC IDLE状态时，均可重选至UMTS空闲状态；在空闲状态下的UMTS也能重选至5GRRC IDLE状态，但不能重选至5G NR RRC INACTIVE状态。同时，3G UMTS在CELL_FACH、CELL_PCH和URA_PCH状态下，均可重选至5G NR IDLE状态，但5G NR RRC INACTIVE状态下不能重选至3G UMTS的CELL_FACH、CELL_PCH和URA_PCH状态。

但在RRC INACTIVE状态下，5G NR并不支持与GSM之间的重选或CCO。

5G为何引入RRC INACTIVE状态？

原因很简单，为了减少信令和功耗。

5G要面向万物互联，要连接大量的依靠电池供电的终端，这些终端的电池寿命动辄需维持5-10年，否则维护成本太高。同时，关键任务型物联网要求超低的时延，任务触发时，首个数据包必须快速的传送到网络或终端。此外，在大规模物联网下，大量的设备零星传送少量的数据，会带来过高的信令开销。

一边是功耗，一边是快速接入，还要减少信令开销，要兼顾三者，5G就引入了RRC INACTIVE状态。

为了加深理解，我们来回顾一下3G和4G时代的RRC状态转移机制。

你会发现当手机设置为飞行模式时充电更快，这是因为影响手机耗电的主要原因是与网络的连接，因此，为了省电，通信工作者们在设计网络协议时，会想尽办法让手机“睡觉”，减少与网络连接，减少信号发射。

其中一个伟大的省电计划就是——RRC状态转移。

你用手机上网，无非就几个步骤：掏出手机—>刷朋友圈—>晒照片—>关闭屏幕—>放进裤袋，这个过程背后，手机至少要经历两种模式转换：空闲模式（待机）和连接模式（上网、通话）。同时，网络要响应你的每一步动作，也需要完成RRC状态的转移。

先以3G WCDMA为例，我们把手机状态主要分为三个状态：IDLE 、 CELL_DCH、CELL_FACH，下面这张图是WCDMA RRC状态转移图。

1）IDLE状态下，手机关闭无线发射，省电。当开始传送数据时，手机会开启无线发射，手机状态从IDLE转移到CELL_DCH状态，这一状态转移是有时延的。

2）手机处于CELL_DCH状态时，表示手机正在传送或接收数据。当数据传送结束，手机会保留CELL_DCH状态一段时间，以备还有后续数据要传。假如一段时间内没有续传数据，手机会转移至共享信道FACH，这叫CELL_FACH状态，这时候相对CELL_DCH模式更省电。CELL_FACH状态下，手机只传送信令或少量数据，如果有更多数据内容需要传送，手机会重新迁移至CELL_DCH状态，不过这个迁移过程同样有时延，只是这个时延相对于IDLE迁移至CELL_DCH要短。

3）在进入CELL_FACH状态一段时间后，如果没有数据传送，手机将迁移至IDLE状态，关闭无线发射，进入最省电的模式。如果又有数据传送，这时需要重新迁移至CELL_DCH状态。

至于LTE，RRC状态简化为只有两种：RRC_IDLE和RRC_CONNECTED。

由于基于包的数据流通常是突发性的，在没有数据传输的时候，可以通过关闭UE的接收电路来降低功耗，从而提升电池使用时间，为此，LTE采用DRX（Discontinuous Reception，不连续接收）技术。

下面是一张简化的LTE RRC状态转移图：

手机传送数据时处于连续接收（Continuous Reception）状态，如果手机停止数据传送（定时器终止）而进入等待数据传送，此时，由连续接收状态转移至short DRX 和 long DRX 。

手机处于连续接收状态，表明手机正在传送数据。当数据传送完成，手机转移至short DRX，等待传送数据，此时，如果还有后续数据要传，手机将返回连续接收状态。如果没有后续数据再传，手机将进一步转移至long DRX。

手机处于long DRX，就意味着准备进入RRC_IDLE状态，如果此时还有后续数据要传，同样也会返回到连续接收状态；如果没有，手机将转移至RRC_IDLE状态。

无论是连续接收状态，还是short DRX、long DRX，都需要去监听是否有数据传输，此时手机发射功率较高。 当手机进入RRC_IDLE状态，手机发射功率非常低，使用小于15毫瓦功率。

综上我们可知，RRC状态机制不仅影响功耗，而且影响时延。

再来看看5G NR引入的RRC INACTIVE状态。在RRC INACTIVE状态下，终端处于省电的“睡觉”状态，但它仍然保留部分RAN上下文（安全上下文，UE能力信息等），始终保持与网络连接，并且可以通过类似于寻呼的消息快速从RRC INACTIVE状态转移到RRC CONNECTED状态，且减少信令数量。

RRC是一个复杂的话题，它几乎涉及到整个协议栈。目前3GPP引入了新的状态，但更多细节还待进一步研究（FFS），协议38.331中将定义RRC规范，相信不用太久我们就会看到更多的细节