LTE到eHRPD切换方案的优化与增强.doc

LTE到eHRPD切换方案的优化与增强专题:cdma2000与LTE融合网络的发展演进LTE到eHRPD切换方案的优化与增强谢沛荣.李路鹏(中国电信股份有限公司广东研究院广州510630)1引言LTE(1ongtermevolution)是目前移动网络演进的方向,其核心网EPC(evolvedpacketcore)支持HRPD,WLAN等非3GPP的接入,这为不同接人之间的互操作提供了可能.其中,HRPD需要升级为eHRPD才能接入EPC,并实现与LTE的互操作.LTE建网初期的很长一段时间内,由于成本,建设进度等原因,必然难以提供全网的LTE覆盖.对于CDMA运营商,实现LTE与eHRPD间数据业务的互操作功能,为用户提供数据业务的无缝切换是十分必要的.在3GPP标准中,eHRPD与LTE的互操作分为优化切换与非优化切换两种方式.优化切换的网络架构如图1所示_1_,优化切换能提供切换时延小于1s的优异切换性能,但对网络的改造较大,需要新增S101信令接口与S103数据接口,运营商暂无需求.目前大部分业界产品均未能支“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项基金资助项目(No.201ozxo3003一o0202)持优化切换方式;非优化切换由于对网络影响较小,无新增接口与网元,实现简单,其切换时延为67s,可以基本满足大部分的非实时业务的需求,因此普遍被业界接受.本文重点描述当前业界普遍采用的非优化切换方案.并在此基础上着重分析进一步提升切换性能的增强机制.2非优化切换技术2.1非优化切换的分类按照切换方向与切换时终端所处的状态.eHRPD与LTE间的非优化切换可以分为4类21:L11E至eHRPD的激活态切换;LTE至eHRPD的空闲态切换:eHRPD至LTE的激活态切换;eHRPD至LTE的空闲态切换.2.2非优化切换的标准状况由于LTE与eHRPD分属两个不同的接人系统,因此系统间的互操作需要在双方的标准中分别进行定义与标准化.只有3GPP与3GPP2都对各自接入系统的非优化切换操作完成标准化工作,设备厂商才有可能实现非优化切换.目前在3GPP标准中,已经完整定义了LTE与eHRPD图1LTE/CDMA优化切换的网络架构间的全部4种非优化切换流程.即包括了LTE与eHRPD双向,激活态与空闲态双向的非优化切换.而在3GPP2标准中,由于部分运营商认为eHRPD至LTE的激活态切换场景无明显需求.因此只定义了其他3种非优化切换的过程.2.3非优化切换的流程在3GPP2的X.S0057中.对于LTE至eHRPD的非优化切换流程又分为3种:部分上下文(partialcontext),无HSGW上下文(nullHSGWcontext)与无eHRPD会话场景(noexistingeHRPDsession).?部分上下文场景.是指终端曾在eHRPD上进行过注册,且HSGW上的UE上下文维护定时器未超时(即HSGW上的A10会话,LCP与鉴权会话信息还保存着).同时eAN/ePCF上还保存着终端的eHRPD空中接口会话信息.这时终端从LTE回到eHRPD.就可以继续之前的eHRPD会话.从而省略掉eHRPD空中接口会话协商,LCP会话,鉴权等流程.?无HSGW上下文场景,是指终端曾在eHRPD上进行了注册,eAN/ePCF上还保存着终端的eHRPD空中接口会话信息,但HSGW上该终端的HSGW上下文信息已不存在.这时终端从LTE回到eHRPD,只能省略eHRPD空中接口的会话协商过程.?无eHRPD会话场景,是指终端在eHRPD系统中无eHRPD空中接口会话,LCP会话与鉴权等信息缓存,需要重新做完整的eHRPD附着流程.3种非优化切换场景的区别见表1.表1非优化切换场景的区别无论是哪种非优化切换.其流程都主要分为3个阶段:?UE离开原服务网络,在目标网络中先进行无线层面的网络附着,如在从LTE网络移动到eHRPD网络时.要先创建一个eHRPD会话场景;?进行与原服务网络中正在使用的PDN网络的切换附着过程:?拆除原服务网络中占用的相关资源.下面以部分HSGW上下文场景为例.说明LTE至eHRPD的非优化切换流程,如图2所示.该流程主要包括:曩图2LTE至eHRPD的非优化切换(部分HSGW上下文场景)流程(1)UE与eAN使用已存在的eHRPD会话重新进行连接:(2)ePCF识别出与UE相关联的A10会话还存在,向HSGW发送All注册请求:(3)HSGW返回AI1注册应答消息:(4)HSGW从HSS/AAA检索出UE上下文信息,包括UE当前所有PDN连接使用的P.GW的IP地址:(5)UE在主业务连接上发送VSNCP配置请求消息,消息中包含PDN.ID,PDN类型:(6)设置APN,PDN地址,协议配置选项,附着类型为“HandoffAttach”;(7)HSGW与PCRF执行网关控制会话建立流程;(8)HSGW向PGW发送PMIP绑定更新消息,以更新注册消息:(9)PGW通过与PCRF的交互获取QoS策略信息;(10)PGW向HSGW返回PMIP绑定应答消息;(11)HSGW在主业务连接上向终端发送VSNCP配置确认消息:(12)HSGW发送VSNCP配置请求消息;(13)UE返回VSNCP配置确认消息,可重复执行,直到所需的专有承载都重新建立:(14)基于选择的承载控制模式,重新建立PDN连接对应的承载.步骤(1)一(4)属于切换第一阶段的工作;步骤(5)(12)将对UE需要重建的每个PDN连接重复执行,步骤(5)一(12)属于切换第二阶段的工作;阶段3的工作(即LTE资源释放)未在图2中画出.3非优化切换的优化与增强由于现有非优化切换的流程比较复杂,且切换前未对目标侧网络进行信号测量,即只能盲切.因此切换时延较长,多达67s,同时切换成功率也较低,对用户的业务体验带来了较大的影响.事实上,非优化切换可以通过一些机制进行增强,缩短切换时延,提高切换成功率.3.1非优化切换的增强机制测试分析表明,部分上下文场景与无HSGW上下文场景的非优化切换时延远远小于无eHRPD会话场景的切换时延.因此要想减少切换时延,就需要尽量使终端与网络处于部分上下文场景或无HSGW上下文场景.部分上下文与无HSGW上下文场景的实质都是终端曾经附着eHRPD网络,并且终端与网络侧仍保存着eHRPD会话或HSGW上下文信息.但对于LTE/eHRPD双模终端,按照标准的选网流程,终端开机时只要有LTE信号,就会优先选择LTE网络并驻留其上,因此第一次LTE至eHRPD非优化切换只能是无eHRPD上下文场景的切换.为了减少无eHRPD上下文场景的非优化切换时延.提高用户体验,中国电信在3GPP2中提出了非优化切换增强方案.该方案要求双模终端在开机完成LTE附着后,立刻搜寻eHRPD信号并在eHRPD网络上完成预注册流程,再返回LTE网络.该方案的具体流程如图3所示,介绍如下:(1)终端确定在eHRPD上发起部分上下文建立流程;(2)终端与eAN建立eHRPD空中接口会话:(3)可选的,终端可以与eAN/ePCF建立AN.PPP连接,并通过A12接口执行AN-AAA鉴权过程:(4)eAN/ePCF通过与HSGW交互A11-RRQ/RRP消息,以建立A10主连接,随后HSGW发起LCP协商与PPP连接建立流程:(5a)终端在eHRPD接人上完成EAPAKA鉴权流程:(5b)终端在eHRPD接人上完成EAPAKA鉴权流程:(5c)HSGW存储从3GPPAAMHSS收到的用户信息:(5d)终端不会发起后续的PDN连接建立过程,在终端完成鉴权后,PPP过程挂起,HSGW维持部分上下文状态并启动相应的定时器.从图3所示的流程可以看出,终端进行eHRPD预注册时,并没有建立完整的eHRPD会话.只完成了LCP协商以及EAP-AKA鉴权过程就把会话挂起.此时.eHRPD网络并未建立PMIPv6隧道,同时也未给终端分配IP地址,但是用于缩短非优化切换时延的eHRPD空中接口会话与HSGW上下文信息已经生成,并且HSGW与终端将启动相应的定时器以维护相关信息,因此可以保证终端下次的非优化切换处于部分上下文场景或无HSGW上图3非优化切换增强一预注册流程专髅:cdma2000蔫LTE麓蠹黼络豹发麓瓣下文场景.目前该方案已被3GPP2标准组织接受,并已添加至最新的X.S0057A版本中.3.2基于目标网络搜索的优化机制目前3GPP标准中定义的非优化切换支持基于A2事件与基于B2事件触发的两种切换.基于A2事件的切换只测量源侧系统信号的强度,而不关注目标侧系统的信号强弱,当源侧系统信号强度低到一定程度时,触发系统间的切换,这种切换的实质为盲切.基于A2事件的切换条件是:RSRP+Hys<Thresh(1)即eAN只要发现当前LTE信号强度低于门限值,就会触发终端的LTE至eHRPD切换,而不会管目标网络侧(即eHRPD网络)的信号情况,因此可能造成切换失败.同时由于A2事件触发切换后,终端才重定向到eHRPD网络,对eHRPD系统信号进行测量,因此也会加大非优化切换的时延.基于B2事件的切换不仅测试源侧系统信号的强度,也要测量目标侧系统的信号强弱,只有当源侧系统信号强度低到一定程度且目标侧系统信噪比高到一定程度时,才触发系统间的切换.这种切换机制能很好地保证异系统切换成功.基于B2事件的切换条件是:-RSRP+Hys<Thresh(2)SINR+Ofn-Hys>Thresh2(3)即cAN不仅要求当前LTE信号强度低于门限值,同时终端还会上报目标网络的信噪比,只有目标网络的信噪比也大于某门限值时,才会触发切换.由于基于B2事件的切换是在确定目标扇区质量较好后才决定的切换,因此其切换成功率高于基于A2事件的切换:同时基于A2事件的切换需在重定向后才对目标系统进行测试,而B2事件在重定向前已完成对目标系统的测量.因此其切换时延小于基于A2事件的切换.目前网络设备已普遍支持基于A2与B2事件的切换,但由于终端只能支持基于A2事件的切换,其切换的时延过大且切换成功率无法保证.因此推动终端开发,实现基于B2事件触发的切换将大大提高非优化切换的性能.4结束语本文介绍了eHRPD与LTE数据业务互操作的标准现状,描述了当前实现的LTE到eHRPD切换流程,针对现有方案切换时延较大的缺点,分析了相关的增强和优化机制,应用相关的增强机制后,可以有效地缩短切换时延,提高切换成功率,促进LTE与eHRPD的网络融合,提升用户在融合网络中的业务体验.参考文献13GPP2A.S00220.Interoperabilityspecification(IOS)forevolvedhighratepacketdata(eHRPD)radioaccessnetworkinterfacesandinterworkingwithenhanceduniversalterrestrialradioaccessnetwork(EUTRAN)23GPPTS23.402.Architectureenhancementsfornon一3GPPaccesses(R8)OptimizationandEnhancementonTechnologyofHandoverBetweeneHRPDandLTEXiePeirong,LiLupeng(GuangdongResearchInstituteofChinaTelecomCo.,Ltd.,Guangzhou510630,China)AbstractThispaperi