LTE到eHRPD切換方案的優(yōu)化與增強*

謝沛榮，李路鵬

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州510630）

1 引言

LTE（long term evolution）是目前移動網(wǎng)絡演進的方向，其核心網(wǎng) EPC（evolved packet core）支持 HRPD、WLAN等非3GPP的接入，這為不同接入之間的互操作提供了可能。其中，HRPD需要升級為eHRPD才能接入EPC，并實現(xiàn)與LTE的互操作。

LTE建網(wǎng)初期的很長一段時間內，由于成本、建設進度等原因，必然難以提供全網(wǎng)的LTE覆蓋。對于CDMA運營商，實現(xiàn)LTE與eHRPD間數(shù)據(jù)業(yè)務的互操作功能，為用戶提供數(shù)據(jù)業(yè)務的無縫切換是十分必要的。

在3GPP標準中，eHRPD與LTE的互操作分為優(yōu)化切換與非優(yōu)化切換兩種方式。優(yōu)化切換的網(wǎng)絡架構如圖1所示[1]，優(yōu)化切換能提供切換時延小于1 s的優(yōu)異切換性能，但對網(wǎng)絡的改造較大，需要新增S101信令接口與S103數(shù)據(jù)接口，運營商暫無需求，目前大部分業(yè)界產(chǎn)品均未能支持優(yōu)化切換方式；非優(yōu)化切換由于對網(wǎng)絡影響較小，無新增接口與網(wǎng)元，實現(xiàn)簡單，其切換時延為6～7 s，可以基本滿足大部分的非實時業(yè)務的需求，因此普遍被業(yè)界接受。

本文重點描述當前業(yè)界普遍采用的非優(yōu)化切換方案，并在此基礎上著重分析進一步提升切換性能的增強機制。

2 非優(yōu)化切換技術

2.1 非優(yōu)化切換的分類

按照切換方向與切換時終端所處的狀態(tài)，eHRPD與LTE間的非優(yōu)化切換可以分為4類[2]：LTE至eHRPD的激活態(tài)切換；LTE至 eHRPD的空閑態(tài)切換；eHRPD至 LTE的激活態(tài)切換；eHRPD至LTE的空閑態(tài)切換。

2.2 非優(yōu)化切換的標準狀況

由于LTE與eHRPD分屬兩個不同的接入系統(tǒng)，因此系統(tǒng)間的互操作需要在雙方的標準中分別進行定義與標準化。只有3GPP與3GPP2都對各自接入系統(tǒng)的非優(yōu)化切換操作完成標準化工作，設備廠商才有可能實現(xiàn)非優(yōu)化切換。

目前在3GPP標準中，已經(jīng)完整定義了LTE與eHRPD間的全部4種非優(yōu)化切換流程，即包括了LTE與eHRPD雙向、激活態(tài)與空閑態(tài)雙向的非優(yōu)化切換。而在3GPP2標準中，由于部分運營商認為eHRPD至LTE的激活態(tài)切換場景無明顯需求，因此只定義了其他3種非優(yōu)化切換的過程。

2.3 非優(yōu)化切換的流程

在3GPP2的X.S0057中，對于LTE至eHRPD的非優(yōu)化切換流程又分為3種：部分上下文 （partial context）、無HSGW上下文（null HSGW context）與無eHRPD會話場景（no existing eHRPD session）。

·部分上下文場景，是指終端曾在eHRPD上進行過注冊，且HSGW上的UE上下文維護定時器未超時（即HSGW上的A10會話、LCP與鑒權會話信息還保存著），同時eAN/ePCF上還保存著終端的eHRPD空中接口會話信息。這時終端從LTE回到eHRPD，就可以繼續(xù)之前的eHRPD會話，從而省略掉eHRPD空中接口會話協(xié)商、LCP會話、鑒權等流程。

·無HSGW上下文場景，是指終端曾在eHRPD上進行了注冊，eAN/ePCF上還保存著終端的eHRPD空中接口會話信息，但HSGW上該終端的HSGW上下文信息已不存在。這時終端從LTE回到eHRPD，只能省略eHRPD空中接口的會話協(xié)商過程。

·無eHRPD會話場景，是指終端在eHRPD系統(tǒng)中無eHRPD空中接口會話、LCP會話與鑒權等信息緩存，需要重新做完整的eHRPD附著流程。

3種非優(yōu)化切換場景的區(qū)別見表1。

表1 非優(yōu)化切換場景的區(qū)別

無論是哪種非優(yōu)化切換，其流程都主要分為3個階段：

·UE離開原服務網(wǎng)絡，在目標網(wǎng)絡中先進行無線層面的網(wǎng)絡附著，如在從LTE網(wǎng)絡移動到eHRPD網(wǎng)絡時，要先創(chuàng)建一個eHRPD會話場景；

·進行與原服務網(wǎng)絡中正在使用的PDN網(wǎng)絡的切換附著過程；

·拆除原服務網(wǎng)絡中占用的相關資源。

下面以部分HSGW上下文場景為例[1]，說明LTE至eHRPD的非優(yōu)化切換流程，如圖2所示。

該流程主要包括：

（1）UE與eAN使用已存在的eHRPD會話重新進行連接；

（2）ePCF識別出與UE相關聯(lián)的A10會話還存在，向HSGW發(fā)送A11注冊請求；

（3）HSGW返回A11注冊應答消息；

（4）HSGW從HSS/AAA檢索出UE上下文信息，包括UE當前所有PDN連接使用的P-GW的IP地址；

（5）UE在主業(yè)務連接上發(fā)送VSNCP配置請求消息，消息中包含PDN-ID、PDN類型；

（6）設置APN、PDN地址、協(xié)議配置選項，附著類型為“Handoff Attach”；

（7）HSGW與PCRF執(zhí)行網(wǎng)關控制會話建立流程；

（8）HSGW向PGW發(fā)送PMIP綁定更新消息，以更新注冊消息；

（9）PGW通過與PCRF的交互獲取QoS策略信息；

（10）PGW向HSGW返回PMIP綁定應答消息；

（11）HSGW在主業(yè)務連接上向終端發(fā)送VSNCP配置確認消息；

（12）HSGW發(fā)送VSNCP配置請求消息；

（13）UE返回VSNCP配置確認消息，可重復執(zhí)行，直到所需的專有承載都重新建立；

（14）基于選擇的承載控制模式，重新建立PDN連接對應的承載。

步驟（1）～（4）屬于切換第一階段的工作；步驟（5）～（12）將對UE需要重建的每個PDN連接重復執(zhí)行，步驟（5）～（12）屬于切換第二階段的工作；階段3的工作 （即LTE資源釋放）未在圖2中畫出。

3 非優(yōu)化切換的優(yōu)化與增強

由于現(xiàn)有非優(yōu)化切換的流程比較復雜，且切換前未對目標側網(wǎng)絡進行信號測量，即只能盲切，因此切換時延較長，多達6～7 s，同時切換成功率也較低，對用戶的業(yè)務體驗帶來了較大的影響。事實上，非優(yōu)化切換可以通過一些機制進行增強，縮短切換時延，提高切換成功率。

3.1 非優(yōu)化切換的增強機制

測試分析表明，部分上下文場景與無HSGW上下文場景的非優(yōu)化切換時延遠遠小于無eHRPD會話場景的切換時延。因此要想減少切換時延，就需要盡量使終端與網(wǎng)絡處于部分上下文場景或無HSGW上下文場景。部分上下文與無HSGW上下文場景的實質都是終端曾經(jīng)附著eHRPD網(wǎng)絡，并且終端與網(wǎng)絡側仍保存著eHRPD會話或HSGW上下文信息。但對于LTE/eHRPD雙模終端，按照標準的選網(wǎng)流程，終端開機時只要有LTE信號，就會優(yōu)先選擇LTE網(wǎng)絡并駐留其上，因此第一次LTE至eHRPD非優(yōu)化切換只能是無eHRPD上下文場景的切換。

為了減少無eHRPD上下文場景的非優(yōu)化切換時延，提高用戶體驗，中國電信在3GPP2中提出了非優(yōu)化切換增強方案。該方案要求雙模終端在開機完成LTE附著后，立刻搜尋eHRPD信號并在eHRPD網(wǎng)絡上完成預注冊流程，再返回LTE網(wǎng)絡。

該方案的具體流程如圖3所示，介紹如下：

（1）終端確定在eHRPD上發(fā)起部分上下文建立流程；

（2）終端與eAN建立eHRPD空中接口會話；

（3）可選的，終端可以與eAN/ePCF建立AN-PPP連接，并通過A12接口執(zhí)行AN-AAA鑒權過程；

（4）eAN/ePCF通過與 HSGW 交互 A11-RRQ/RRP消息，以建立A10主連接，隨后HSGW發(fā)起LCP協(xié)商與PPP連接建立流程；

（5a）終端在eHRPD接入上完成EAP-AKA’鑒權流程；

（5b）終端在eHRPD接入上完成EAP-AKA’鑒權流程；

（5c）HSGW存儲從3GPP AAA/HSS收到的用戶信息；

（5d）終端不會發(fā)起后續(xù)的PDN連接建立過程，在終端完成鑒權后，PPP過程掛起，HSGW維持部分上下文狀態(tài)并啟動相應的定時器。

從圖3所示的流程可以看出，終端進行eHRPD預注冊時，并沒有建立完整的eHRPD會話，只完成了LCP協(xié)商以及EAP-AKA’鑒權過程就把會話掛起。此時，eHRPD網(wǎng)絡并未建立PMIPv6隧道，同時也未給終端分配IP地址，但是用于縮短非優(yōu)化切換時延的eHRPD空中接口會話與HSGW上下文信息已經(jīng)生成，并且HSGW與終端將啟動相應的定時器以維護相關信息，因此可以保證終端下次的非優(yōu)化切換處于部分上下文場景或無HSGW上下文場景。

目前該方案已被3GPP2標準組織接受，并已添加至最新的X.S0057 A版本中。

3.2 基于目標網(wǎng)絡搜索的優(yōu)化機制

目前3GPP標準中定義的非優(yōu)化切換支持基于A2事件與基于B2事件觸發(fā)的兩種切換。

基于A2事件的切換只測量源側系統(tǒng)信號的強度，而不關注目標側系統(tǒng)的信號強弱，當源側系統(tǒng)信號強度低到一定程度時，觸發(fā)系統(tǒng)間的切換，這種切換的實質為盲切。

基于A2事件的切換條件是：

即eAN只要發(fā)現(xiàn)當前LTE信號強度低于門限值，就會觸發(fā)終端的LTE至eHRPD切換，而不會管目標網(wǎng)絡側（即eHRPD網(wǎng)絡）的信號情況，因此可能造成切換失敗。同時由于A2事件觸發(fā)切換后，終端才重定向到eHRPD網(wǎng)絡，對eHRPD系統(tǒng)信號進行測量，因此也會加大非優(yōu)化切換的時延。

基于B2事件的切換不僅測試源側系統(tǒng)信號的強度，也要測量目標側系統(tǒng)的信號強弱，只有當源側系統(tǒng)信號強度低到一定程度且目標側系統(tǒng)信噪比高到一定程度時，才觸發(fā)系統(tǒng)間的切換。這種切換機制能很好地保證異系統(tǒng)切換成功。

基于B2事件的切換條件是：

即eAN不僅要求當前LTE信號強度低于門限值，同時終端還會上報目標網(wǎng)絡的信噪比，只有目標網(wǎng)絡的信噪比也大于某門限值時，才會觸發(fā)切換。由于基于B2事件的切換是在確定目標扇區(qū)質量較好后才決定的切換，因此其切換成功率高于基于A2事件的切換；同時基于A2事件的切換需在重定向后才對目標系統(tǒng)進行測試，而B2事件在重定向前已完成對目標系統(tǒng)的測量，因此其切換時延小于基于A2事件的切換。

目前網(wǎng)絡設備已普遍支持基于A2與B2事件的切換，但由于終端只能支持基于A2事件的切換，其切換的時延過大且切換成功率無法保證。因此推動終端開發(fā)，實現(xiàn)基于B2事件觸發(fā)的切換將大大提高非優(yōu)化切換的性能。

4 結束語

本文介紹了eHRPD與LTE數(shù)據(jù)業(yè)務互操作的標準現(xiàn)狀，描述了當前實現(xiàn)的LTE到eHRPD切換流程，針對現(xiàn)有方案切換時延較大的缺點，分析了相關的增強和優(yōu)化機制，應用相關的增強機制后，可以有效地縮短切換時延，提高切換成功率，促進LTE與eHRPD的網(wǎng)絡融合，提升用戶在融合網(wǎng)絡中的業(yè)務體驗。

1 3GPP2 A.S0022-0.Interoperability specification (IOS)for evolved high rate packet data (eHRPD)radio access network interfaces and interworking with enhanced universal terrestrial radio access network(EUTRAN)

2 3GPP TS 23.402.Architecture enhancements for non-3GPP accesses(R8)