了解 RAC

RAC 的基本概念与定位

在现代移动通信技术中，有一个至关重要的部分如同交通指挥中心一般，默默调度着无线信号的往来，它就是 RAC（Radio Access Control，无线接入控制）。作为基站（eNB）软件中负责无线接入管理的关键模块，RAC 在 LTE 网络中扮演着不可或缺的角色。接下来，我们将以通俗易懂的方式，全面解读 RAC 的方方面面。

RAC 是基站软件中的一个重要层级，属于 L3（第三层）。它主要实现了 LTE 网络中的信令功能，同时，RAC 还承担了一些 3GPP 规范之外的功能，比如配置管理等。
打个比方，如果把 LTE 网络比作一个繁忙的城市交通系统，那么 RAC 就像是交通管理中心，负责指挥和协调各种交通流量，确保整个系统有序运行。

在 LTE 协议栈中，RAC 所处的位置十分关键。协议栈从上到下分为不同的层级，其中 RRC（无线资源控制）、PDCP（分组数据汇聚协议）、RLC（无线链路控制）、MAC（媒体接入控制）属于 Layer 2 和 Layer 3 的范畴，而 PHY（物理层）则是 Layer 1。

RAC 的整体架构与核心组件

逻辑层级划分

RAC 的逻辑架构可以分为多个层级，每个层级各司其职，共同保障 RAC 的正常运行：

平台（Platform）：是整个 RAC 运行的基础支撑，为上层提供必要的运行环境。
RBS 设备与资源控制（RBS Equipment &Resource Control）：负责管理基站设备以及相关的资源。
无线接入控制（Radio Access Control）：这是 RAC的核心部分，承担着无线接入的主要控制功能。
用户平面（User Plane）：包括用户平面的数据传输和相关控制。
操作与维护（Operation & Maintenance）：负责对 RAC 进行日常的操作和维护工作。

核心子系统

RAC 主要由两个核心子系统构成，它们就像 RAC 的左右臂膀，协同工作：

RNH（Radio Network Handling，无线网络处理）：

1. 负责一般的配置管理，比如创建、删除和配置小区。
2. 承担负载均衡的任务，确保网络中的负载分布均匀，避免某些区域过于拥挤。

UEH（UE Handling，用户设备处理）：

1、管理用户设备（UE）的上下文信息，就像记录每个用户的档案。
2、处理 UE 的连接和切换，当用户从一个小区移动到另一个小区时，保证连接不中断。
3、负责公共和专用 RRC 的终止，以及核心网络接口的终止。

架构设计原则

RAC 的架构设计遵循以下原则，这些原则确保了 RAC 的高效、稳定运行：

健壮性（Robustness）：采用简单的错误处理方式，重点关注正常情况；并发处理简单，对 UE 任务进行顺序处理；在不同功能间复用代码，提高效率。
简洁性（Simplicity）：采用事件驱动设计，而非定时器驱动；不进行内部审计，减少不必要的流程。
灵活性（Flexibility）：将性能管理 / 统计与流量处理分离；RAC 发送 “本地事件”，这些事件在 OMF 中聚合为外部可见的事件，本地事件与外部事件的映射在 “10/” 文档中定义。

RAC 的接口与协议

主要接口

RAC 涉及多种接口，确保信息的顺畅传递：

Uu 接口（空中接口）：是基站与用户设备（UE）之间进行通信的接口，所有的无线信号都通过这个接口传输。
S1 接口：连接基站（eNB）和核心网络的移动性管理实体（MME）以及服务网关（SGW），用于传递信令和用户数据。
X2 接口：用于连接相邻的基站，支持基站之间的信息交换，比如切换相关的信息。
O&M 接口：用于操作和维护，管理人员通过这个接口对 RAC 进行配置、监控等操作。

核心协议

RAC 终止多种协议，这些协议是信息传递的规则：
S1 AP 协议：在 SCTP（流控制传输协议）上传输 ASN.1 编码的消息。
X2 AP 协议：同样在 SCTP 上传输 ASN.1 编码的消息，用于相邻基站之间的通信。
RRC 协议：是 Layer 3 的协议，传输 ASN.1 编码的消息，负责无线资源的管理和控制。

UE 状态与 RAC 的关系

在 LTE 网络中，用户设备（UE）主要有两种状态，RAC 需要根据不同的状态进行相应的处理：
空闲模式（IDLE mode）：

此时 UE 与核心网络没有建立连接，在基站中也没有分配资源。
UE 会监听基站发送的小区广播信息，就像收听公共广播一样。
UE可以被寻呼，也可以通过随机接入过程进入连接模式。

连接模式（CONNECTED mode）：

UE 与核心网络建立了连接，在基站中分配了相应的资源。
在这种模式下，UE 和基站之间会有大量的信令交互，就像频繁的电话沟通。
基站可以释放UE 的连接，使其回到空闲模式。

RAC 的功能特点

RNH 的功能：

1. 处理在 RAC 中实现的配置数据结构（MOM）的相关部分。
2. 为 MOM 数据构建功能优化的视图，方便访问。
3. 为小区状态机添加功能。
4. 构建系统信息（SI）广播消息。
5. 向基带发送配置数据。

UEH 的功能

1. 理解 3GPP 规范。
2. 对核心网络接口上的 ASN.1 S1/X2 AP 消息进行编码 / 解码。
3. 对空中接口上向 UE 发送的 ASN.1 RRC 消息进行编码 / 解码。
4. 配置和处理 UE 测量报告。
5. 添加特定功能的内部 “UE 任务”。
6. 处理复杂的状态机。

RNH 与 UEH 协同功能

RNH 和 UEH 协同工作，实现一些更复杂的网络功能，这些功能通常针对大量的 UE：
ANR（Automatic Neighbour Relations，自动邻区关系）：根据 UE 的测量报告自动配置网络信息，就像自动更新邻居列表一样。
负载管理（Load Management）：基于 UE 的测量报告、基站的负载以及相邻基站的负载，通过算法命令 UE 切换到其他小区或基站，以平衡网络负载，避免某些区域过于繁忙。

RAC 的开发与运行环境

RSARTE 环境

RSARTE 是用于 RAC 软件开发的 IBM 建模工具，它基于 Eclipse，包含设计时工具和运行时环境：

提供图形化模型和状态机，让开发人员可以直观地进行设计。
动作代码使用 C++ 编写。
在构建过程中，从模型生成源代码，然后编译并链接到加载模块。
引入 “Capsule（胶囊）” 概念：状态机能够异步地向其他 Capsule
发送和接收 RSARTE “信号”。 在目标系统上需要 RSARTE 运行时组件。

执行环境

RAC 的执行环境有第一代（Gen 1）和第二代（Gen 2）之分：
Gen 1：
操作系统：实时操作系统 OSE，负责进程调度、内存管理等。
硬件：DUL20 MP 处理器（Power PC，1 核）和 DUS41 ACP 处理器（Power PC，4 核）。
服务框架：CPP，包含跟踪与错误处理、协议栈等。
运行时环境：TSL（Target Service Library），即 RSARTE 运行时环境。

Gen 2：
操作系统：带有 RT 补丁的 Linux，负责进程调度、内存管理等。
硬件：DUS52 AXM 处理器（ARM，12 核）。
服务框架：CS。
运行时环境：TSL。
无论是 Gen 1 还是 Gen 2，RAC 都包含 CellLM 和 CentralLM，其中 CellLM 上的功能主要是 UE 处理和一些小区处理，CentralLM 上的功能主要是配置、小区处理和核心网络接口。