智能终端快速休眠特性分析

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1、智能终端快速休眠特性分析张 磊 康 乐 李 巍 孔繁俊江苏省邮电规划设计院有限责任公司和FD对移动网络的影响。引言智能终端的快速普及带动了无线网络业务情况下，手机不需要和网络建立RRC连接，任何数据传输需要重新建立连接。的快速发展，同时也给移动网络业务带来一定的影响。智能终端和上网卡产生同样的无线业 务数据流量，在智能终端上的连接次数，比通 过上网卡接入的连接次数要多得多。智能终端 信令流量大的一个重要原因是智能终端的快速 休眠特性，不论是3GPP还是3GPP2的系统，都 对分组数据业务传输定义了休眠态。在休眠态 中，智能终端保持低耗电，从而延长终端的待 机时间。2.2 UTRA RRC连接状

2、态（1）Cell_PCH状态在这种情况下，手机和网络的控制信道尚 未丢弃，手机仍然占用RRC连接，但是很少使 用。终端每接触一个新的小区就上报给网络。 如果需要上报Cell Update（小区更新消息）， 终端需要暂时切换到Cell_FACH状态。在这种 状态下，终端同时监听导频信道，如果系统指 示，也会监听寻呼信道。手机在每一个Cell_ PCH DRX周期（区别于Idle DRX周期）接收 数据。由于控制连接是保留的，任何新的数据 传输都可更加迅速地传递。（2）URA_PCH状态此状态下Cell Update只有遇到新的URA 时上报，而不是遇到新的Cell时上报。除此以 外，此状态和Ce

3、ll_PCH状态完全相同。因此， 在这种情况下，终端比在Cell_PCH状态下传输 的频度更低。（3）Cell_FACH状态在这种状态下，终端处在连接状态，但是 使用共享信道。此状态对于传输和接收短数据RRC状态与参数2.1 终端 Idle状态在空闲态手机几乎不传输数据或者很少 传输数据，仅仅传送位置更新或者路由更新数 据，传送的频率很低。在空闲态中，移动终端 监控无线资源环境，监听CPICH（Common Pilot Channel），并且和邻区进行对比。如果 系统指示手机需要监听寻呼信道，那么手机 也会监听寻呼信道。无线资源在大部分时间 内是不激活的，在每个DRX（Discontinuou

4、s Reception）的周期内，手机接收资源。在这种66 TELECOMMUNICATIONS TECHNOLOGY/ 20128介绍了智能终端快速休眠的特性、RRC状态和参数、R8之前的ASCR和R8规定的标准FD，重点比较了ASCR智能终端 快速休眠摘要的配置：Cell_PCH状态的电池消耗，大概是Idle状态的2倍。普遍设置是， C e l l_P C H的D R X周期是Idle的DRX 周期的一半，例如：Idle DRX time为1280ms，Cell_PCH DRX time为640ms 或者Idle DRX time为640ms，Cell_PCH DRX time为320ms

5、。Cell_PCH态下的电量消耗是Idle 态下的2倍，提高Cell_PCH态的DRX 周期使其和Idle DRX周期相同，则能 优化其性能。然而，增加Cell_PCH 态 的DRX周期会使终端较少响应网络发 起的连接（寻呼）。因为这个原因，3GPP R7中规定在PCH态下有两种可 以选择的D R X周期：在第一段时间 里，直到时间段终止前，终端使用短 的D R X周期来做出更多的响应，但 是当时间段终止时，终端使用较长的 DRX周期。包来说是理想的。上行链路传输使用RACH（Random Access Channel）， 下行链路传输使用FACH。在这种状态 下，终端经常传输R A C H消

6、息并解码 FACH。（4）Cell _DCH状态在这种状态下，终端处于连接状 态。在R99中使用专用信道，或者共 享HS-DSCH（High Speed Downlink Shared Channe l），也可能使用 E-DPCH（Enhanced Dedicated Physical Channel）。此种状态适用于传输和接 收大数据量。到Cell_FACH态。这段离开Cell_DCH状态的休止时间被叫做T1。T 2：当终端处于Cell_FACH状态 时，没有传输和接收短数据包，或者 是因为终端从Cell_DCH转移过来，网 络使用一个相似的休止时间来引导终 端转移到另一个耗电量较低的状态。

7、 这个时间被称为T 2。依据网络Cell_ P C H和U R A_P C H状态的可用性，终 端处于耗电量较低的状态，可能是 Cell_PCH、URA_PCH或者Idle状态。T3：对于支持Cell_PCH态或URA_ PCH态的网络，有第三个休止时间T 3， 它促使终端从PCH态转移到Idle态。从实际耗电量与理想耗电量的对 比分析可以看出，T 1和T 2时间的设定 对于设备电池使用时间有决定性的影 响，过长的T 1和T 2将极大地消耗电池 的电量。运营商正确设定网络参数可 以极大地提高电池的使用时间。终端从I d l e态转移到Cell_DCH 态需要激活R A B（ Radio Acc

8、ess Bearer），产生RAB激活时间。为了 避免RAB激活时的延时和相关联的信 令，很多网络采用了PCH态。终端从Cell_DCH转移到Idle状态 有时间间隔，因此每一次传输都会强 迫终端重新建立一次R R C连接，获取 专用信道或共享信道。然后在耗电量 高的状态停留一段时间（T 1+T 2），对 电池电量和网络资源造成浪费，并对 其他终端造成内部干扰。通过网络设置我们可以找到更优非标准快速休眠在3G P P R 8之前，智能终端 厂商已经给手机设置了一定的智能 休眠模式。这种模式被称为A S C R（Autonomous Signalling Connection Release）。

9、由于这是一种非标准的模 式，所以不同手机终端厂商之间采用 的机制也不尽相同。2.3 RRC状态的电量消耗不同的R R C状态的电量消 耗是不同的，假设终端在 Idle 状 态 下电量消耗为1，那么有： Cell _ P C H2Idle；URA_PCHCell_ PCH；Cell_FACH=40Idle；Cell_ DCH=100Idle。终端消耗的能量越 大，通信的速度就越快，因此，终端 需要传输和接收时，网络会使终端转 移到耗电量较高的状态。当没有下一 步的传输时，网络会使终端重新返回 到耗电量低的状态。3.1 ASCR的机制在ASCR机制中，终端不与要求其 改变状态的网络进行会话。相反地

10、， 终端自己决定释放连接，转移到Idle状 态，从而节省电量。终端通过发送一 个SCRI(Signalling Connection Release Indication)信息来完成这个过程，此消 息不用接收来自网络的任何应答。A S C R减少了电量的消耗，但是 ASCR使终端转移到Idle态，再次传输 时，需要2s的时间来激活RAB。2.4 RRC状态的主要参数T1：当终端处于Cell_DCH态，没 有数据传输或接收时，为了防止有新 的数据需要传输或接收，网络会使终 端保持在Cell_DCH态一段时间。在一 段时间休止后，网络才会将终端转移3.2 ASCR的缺点ASCR的主要缺点如下。 6

11、7表1 不同智能终端的快速休眠表现智能终端类型终端操作系统终端是否发送SCRI数据传输后终端发送SCRI的时间间隔Samsung360/否没有SonyEricssonX10R2BA013是510sBlack berryStorm是310sBold是大约3siPhonePre_comercial iPhone是大约10s3.1.2是大约10sNokia5800/否没有HTC g62.1是大约5s终端技术及应用的终端，此状态下DRX周期时间大于或者等于Idle状态下的DRX周期时间， 只会传输F D请求一次（新的计数器 V316就是用来实现这个目的）。为了防止终端在Cell_PCH或者 URA_P

12、CH状态下的DRX周期比Idle状 态下的DRX周期短，FD请求的传输次 数应该被限制（3或4次是一个合理的 限制），使其不影响电池的寿命和网 络的信令负载。快速休眠对网络的影响A S C R给用户感受带来了负面的影响，用户不得不等待RAB响应。从Idle状态激活RAB比从PCH状 态激活需要更庞大的信令。解释这一 原因的具体事实如下。传输一个来自 Cell_PCH或者URA_PCH的心跳消息 需要的信令如图1所示。信令交互过程如下： (1)终端发送Cell Update用户信息； (2)RNC回复Cell Update Accept； (3)终端发送心跳消息，通过RNC到SGSN； (4)S

13、GSN回复心跳确认消息，通过RNC到终端； (5)RRC状态转移到Cell_PCH态； (6)RRC状态转移接受。 然而，如果从Idle状态开始传输，则需要更多的信令，如图2所示。 信令交互过程如下： (1)终端向RNC发送服务请求； (2)RL设置；(3)RL设置完成； (4)AAL2建立请求； (5)AAL2设置完成； (6)RRC连接设置； (7)RL连接恢复； (8)RRC连接设置完成； (9)安全模式； (10)安全模式完成； (11)RAB设置； (12)RAB设置完成；（1）使用ASCR的时机依赖于制造商，不同的终端制造商不同时期的 终端表现不一致，见表1。（2）ASCR使终端转

14、换到Idle状 态，而不是P C H状态。这对不支持 PCH状态的网络没有影响，但对于支 持PCH的网络则会引起信令的增加。高的任何状态，如Idle、Cell_PCH、URA_PCH或者Cell_FACH，使终端和 网络间的对话成为可能。因此，解决 了ASCR的第二个缺点。4.2 FD的参数T323：R8后续的变更请求 （C R）定义了一个网络配置和标志 抑制时间T323。如果T323在系统信 息Block type 1上传播，则表示网络 支持R8的F D机制。T323可取数值为（0,5,10,20,30,60,90,120），单位为秒。 抑制时间开始于一个FD请求发送后，在 此时间内，终端不

15、能发送更多的FD请求 直到此时间结束。使用T323=0s表示没 有应用抑制时间；T323=120s表示终端 不能在前一个传输结束或者传输前一个 FD请求后的2min内，发送更多的FD请 求。标准快速休眠快速休眠（Fast Dormancy，FD）是在3GPP R8中定义的一种机制，其主要目的在于节约智能终端的耗电量。4.1 FD的机制快速休眠的机制可以这样描述： 终端发送SCRI，伴随IE消息（Signaling Connection Release Indication Cause），然后获得“终端请求PS数据 会话结束”。FD与ASCR的基本区别是：网络 响应终端的请求，通过接收I E消息

16、决 定触发R R C状态转移到电池效率更 4.3 FD的优化Cell_PCH或者URA_PCH状态下68 TELECOMMUNICATIONS TECHNOLOGY/ 20128图1 传输一个来自Cell_PCH或者URA_PCH的心跳消息需要的信令UEBTSRNCSGSN(1)(2)(3)(4)5s的延迟 (5)(6)结束语智能终端使用3GPP R8规定的标准快速休眠方法可以有效提高终端电池的使用时间，缩短终端再次传输或 接收数据的响应时间，减少终端对网 络造成的信令负载，从而提高智能终 端的使用时间和响应速度，给用户带 来新的体验。如对本文内容有任何观点或评论，请发E-mail至edito

17、r。（13）RL重新配置准备；（14）RL重新配置确认；（15）AAL2重新配置；（16）AAL2重新配置确认；（17）RL交托；（18）RB重新配置；（19）RB重新配置完成；（20）终端发送心跳消息，通过 RNC到SGSN；（21）SGSN回复心跳确认消息， 通过RNC到终端；（22）R R C状态转移到 Cell _ FACH态；（23）RRC状态转移接受；（24）RL释放；（25）RL链路释放完成；（26）AAL2重新配置确认；（27）RRC信令承载释放请求；（28）RRC信令承载释放；（29）RRC释放完成。 ASCR执行给支持PCH状态的网络造成严重的信令负载问题：PCH状 态特别

18、适合设备进行频繁连接，但是 如果设备使用ASCR在每一次连接后将 设备转移到Idle状态，那么就失去了支 持PCH状态减少信令负载的优点。使 用F D来代替A S C R能有效减少信令负 载对网络的影响。 69爱立信将为沃达丰埃及部署 最新无线网络技术沃达丰埃及与爱立信合作共同 为用户提供高速移动宽带服务，埃及 用户将可以享受到移动连接服务，包 括移动电视和上网，借助爱立信的 RBS6000系列基站，沃达丰的网络将 实现性能飞跃，并为适应未来技术做 好准备。根据双方新签订的协议，爱立 信将对沃达丰埃及的无线网络进行升 级改造，使用户从中受益。爱立信将 为沃达丰埃及的网络部署最新的RBS6000

19、系列基站，使其能够满足不断 增长的用户数量所带来的需求，并继 续在埃及全国范围内提供优质移动覆 盖。RBS 6000系列基站提供性能卓 越、高能效、节省空间的解决方案， 同时支持G S M/EDGE、WCDMA/ HSPA和LTE多模技术。多模无线基站RBS 6000系列不 仅能够确保沃达丰在未来顺利过渡到 新技术，还能最大化降低运营费用， 减少对环境的影响。部署爱立信这一 先进技术具备很高的成本经济性，同 时还能够发展全新高速移动宽带服 务、移动电视和网络应用。爱立信和沃达丰埃及的新协议 将使沃达丰用户继续受益于最新电信 技术，并体验到更好的通信服务。基 于改善埃及用户电信服务体验的共同 承诺，沃达丰和爱立信已建立起长期 稳定的合作关系。图2 从Idle状态开始传输的信令UEBTSRNCSGSN(1)(9)(2)(3)(4)(5)(6)(8)(7)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)(20)(21)(22)(23)(27)(24)(25)(26)(28)(29)