謝沛榮，李路鵬

（中國(guó)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)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(jí)為eHRPD才能接入EPC，并實(shí)現(xiàn)與LTE的互操作。

LTE建網(wǎng)初期的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，由于成本、建設(shè)進(jìn)度等原因，必然難以提供全網(wǎng)的LTE覆蓋。對(duì)于CDMA運(yùn)營(yíng)商，實(shí)現(xiàn)LTE與eHRPD間數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的互操作功能，為用戶提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的無(wú)縫切換是十分必要的。

在3GPP標(biāo)準(zhǔn)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(luò)架構(gòu)如圖1所示[1]，優(yōu)化切換能提供切換時(shí)延小于1 s的優(yōu)異切換性能，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)的改造較大，需要新增S101信令接口與S103數(shù)據(jù)接口，運(yùn)營(yíng)商暫無(wú)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(duì)網(wǎng)絡(luò)影響較小，無(wú)新增接口與網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，其切換時(shí)延為6～7 s，可以基本滿足大部分的非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的需求，因此普遍被業(yè)界接受。

本文重點(diǎn)描述當(dāng)前業(yè)界普遍采用的非優(yōu)化切換方案，并在此基礎(chǔ)上著重分析進(jìn)一步提升切換性能的增強(qiáng)機(jī)制。

2 非優(yōu)化切換技術(shù)

2.1 非優(yōu)化切換的分類

按照切換方向與切換時(shí)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(biāo)準(zhǔn)狀況

由于LTE與eHRPD分屬兩個(gè)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(biāo)準(zhǔn)中分別進(jìn)行定義與標(biāo)準(zhǔn)化。只有3GPP與3GPP2都對(duì)各自接入系統(tǒng)的非優(yōu)化切換操作完成標(biāo)準(zhǔn)化工作，設(shè)備廠商才有可能實(shí)現(xiàn)非優(yōu)化切換。

目前在3GPP標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中，由于部分運(yùn)營(yíng)商認(rèn)為eHRPD至LTE的激活態(tài)切換場(chǎng)景無(wú)明顯需求，因此只定義了其他3種非優(yōu)化切換的過(guò)程。

2.3 非優(yōu)化切換的流程

在3GPP2的X.S0057中，對(duì)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(wú)HSGW上下文（null HSGW context）與無(wú)eHRPD會(huì)話場(chǎng)景（no existing eHRPD session）。

·部分上下文場(chǎng)景，是指終端曾在eHRPD上進(jìn)行過(guò)注冊(cè)，且HSGW上的UE上下文維護(hù)定時(shí)器未超時(shí)（即HSGW上的A10會(huì)話、LCP與鑒權(quán)會(huì)話信息還保存著），同時(shí)eAN/ePCF上還保存著終端的eHRPD空中接口會(huì)話信息。這時(shí)終端從LTE回到eHRPD，就可以繼續(xù)之前的eHRPD會(huì)話，從而省略掉eHRPD空中接口會(huì)話協(xié)商、LCP會(huì)話、鑒權(quán)等流程。

·無(wú)HSGW上下文場(chǎng)景，是指終端曾在eHRPD上進(jìn)行了注冊(cè)，eAN/ePCF上還保存著終端的eHRPD空中接口會(huì)話信息，但HSGW上該終端的HSGW上下文信息已不存在。這時(shí)終端從LTE回到eHRPD，只能省略eHRPD空中接口的會(huì)話協(xié)商過(guò)程。

·無(wú)eHRPD會(huì)話場(chǎng)景，是指終端在eHRPD系統(tǒng)中無(wú)eHRPD空中接口會(huì)話、LCP會(huì)話與鑒權(quán)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(chǎng)景的區(qū)別見表1。

表1 非優(yōu)化切換場(chǎng)景的區(qū)別

無(wú)論是哪種非優(yōu)化切換，其流程都主要分為3個(gè)階段：

·UE離開原服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中先進(jìn)行無(wú)線層面的網(wǎng)絡(luò)附著，如在從LTE網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)到eHRPD網(wǎng)絡(luò)時(shí)，要先創(chuàng)建一個(gè)eHRPD會(huì)話場(chǎng)景；

·進(jìn)行與原服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中正在使用的PDN網(wǎng)絡(luò)的切換附著過(guò)程；

·拆除原服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中占用的相關(guān)資源。

下面以部分HSGW上下文場(chǎng)景為例[1]，說(shuō)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(huì)話重新進(jìn)行連接；

（2）ePCF識(shí)別出與UE相關(guān)聯(lián)的A10會(huì)話還存在，向HSGW發(fā)送A11注冊(cè)請(qǐng)求；

（3）HSGW返回A11注冊(cè)應(yīng)答消息；

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

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

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

（7）HSGW與PCRF執(zhí)行網(wǎng)關(guān)控制會(huì)話建立流程；

（8）HSGW向PGW發(fā)送PMIP綁定更新消息，以更新注冊(cè)消息；

（9）PGW通過(guò)與PCRF的交互獲取QoS策略信息；

（10）PGW向HSGW返回PMIP綁定應(yīng)答消息；

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

（12）HSGW發(fā)送VSNCP配置請(qǐng)求消息；

（13）UE返回VSNCP配置確認(rèn)消息，可重復(fù)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(duì)應(yīng)的承載。

步驟（1）～（4）屬于切換第一階段的工作；步驟（5）～（12）將對(duì)UE需要重建的每個(gè)PDN連接重復(fù)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(qiáng)

由于現(xiàn)有非優(yōu)化切換的流程比較復(fù)雜，且切換前未對(duì)目標(biāo)側(cè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，即只能盲切，因此切換時(shí)延較長(zhǎng)，多達(dá)6～7 s，同時(shí)切換成功率也較低，對(duì)用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)帶來(lái)了較大的影響。事實(shí)上，非優(yōu)化切換可以通過(guò)一些機(jī)制進(jìn)行增強(qiáng)，縮短切換時(shí)延，提高切換成功率。

3.1 非優(yōu)化切換的增強(qiáng)機(jī)制

測(cè)試分析表明，部分上下文場(chǎng)景與無(wú)HSGW上下文場(chǎng)景的非優(yōu)化切換時(shí)延遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無(wú)eHRPD會(huì)話場(chǎng)景的切換時(shí)延。因此要想減少切換時(shí)延，就需要盡量使終端與網(wǎng)絡(luò)處于部分上下文場(chǎng)景或無(wú)HSGW上下文場(chǎng)景。部分上下文與無(wú)HSGW上下文場(chǎng)景的實(shí)質(zhì)都是終端曾經(jīng)附著eHRPD網(wǎng)絡(luò)，并且終端與網(wǎng)絡(luò)側(cè)仍保存著eHRPD會(huì)話或HSGW上下文信息。但對(duì)于LTE/eHRPD雙模終端，按照標(biāo)準(zhǔn)的選網(wǎng)流程，終端開機(jī)時(shí)只要有LTE信號(hào)，就會(huì)優(yōu)先選擇LTE網(wǎng)絡(luò)并駐留其上，因此第一次LTE至eHRPD非優(yōu)化切換只能是無(wú)eHRPD上下文場(chǎng)景的切換。

為了減少無(wú)eHRPD上下文場(chǎng)景的非優(yōu)化切換時(shí)延，提高用戶體驗(yàn)，中國(guó)電信在3GPP2中提出了非優(yōu)化切換增強(qiáng)方案。該方案要求雙模終端在開機(jī)完成LTE附著后，立刻搜尋eHRPD信號(hào)并在eHRPD網(wǎng)絡(luò)上完成預(yù)注冊(cè)流程，再返回LTE網(wǎng)絡(luò)。

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(huì)話；

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

（4）eAN/ePCF通過(guò)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(quán)流程；

（5b）終端在eHRPD接入上完成EAP-AKA’鑒權(quán)流程；

（5c）HSGW存儲(chǔ)從3GPP AAA/HSS收到的用戶信息；

（5d）終端不會(huì)發(fā)起后續(xù)的PDN連接建立過(guò)程，在終端完成鑒權(quán)后，PPP過(guò)程掛起，HSGW維持部分上下文狀態(tài)并啟動(dòng)相應(yīng)的定時(shí)器。

從圖3所示的流程可以看出，終端進(jìn)行eHRPD預(yù)注冊(cè)時(shí)，并沒(méi)有建立完整的eHRPD會(huì)話，只完成了LCP協(xié)商以及EAP-AKA’鑒權(quán)過(guò)程就把會(huì)話掛起。此時(shí)，eHRPD網(wǎng)絡(luò)并未建立PMIPv6隧道，同時(shí)也未給終端分配IP地址，但是用于縮短非優(yōu)化切換時(shí)延的eHRPD空中接口會(huì)話與HSGW上下文信息已經(jīng)生成，并且HSGW與終端將啟動(dòng)相應(yīng)的定時(shí)器以維護(hù)相關(guān)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(chǎng)景或無(wú)HSGW上下文場(chǎng)景。

目前該方案已被3GPP2標(biāo)準(zhǔn)組織接受，并已添加至最新的X.S0057 A版本中。

3.2 基于目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)搜索的優(yōu)化機(jī)制

目前3GPP標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量源側(cè)系統(tǒng)信號(hào)的強(qiáng)度，而不關(guān)注目標(biāo)側(cè)系統(tǒng)的信號(hào)強(qiáng)弱，當(dāng)源側(cè)系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度低到一定程度時(shí)，觸發(fā)系統(tǒng)間的切換，這種切換的實(shí)質(zhì)為盲切。

基于A2事件的切換條件是：

即eAN只要發(fā)現(xiàn)當(dāng)前LTE信號(hào)強(qiáng)度低于門限值，就會(huì)觸發(fā)終端的LTE至eHRPD切換，而不會(huì)管目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)側(cè)（即eHRPD網(wǎng)絡(luò)）的信號(hào)情況，因此可能造成切換失敗。同時(shí)由于A2事件觸發(fā)切換后，終端才重定向到eHRPD網(wǎng)絡(luò)，對(duì)eHRPD系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，因此也會(huì)加大非優(yōu)化切換的時(shí)延。

基于B2事件的切換不僅測(cè)試源側(cè)系統(tǒng)信號(hào)的強(qiáng)度，也要測(cè)量目標(biāo)側(cè)系統(tǒng)的信號(hào)強(qiáng)弱，只有當(dāng)源側(cè)系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度低到一定程度且目標(biāo)側(cè)系統(tǒng)信噪比高到一定程度時(shí)，才觸發(fā)系統(tǒng)間的切換。這種切換機(jī)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(dāng)前LTE信號(hào)強(qiáng)度低于門限值，同時(shí)終端還會(huì)上報(bào)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的信噪比，只有目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的信噪比也大于某門限值時(shí)，才會(huì)觸發(fā)切換。由于基于B2事件的切換是在確定目標(biāo)扇區(qū)質(zhì)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(shí)基于A2事件的切換需在重定向后才對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，而B2事件在重定向前已完成對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的測(cè)量，因此其切換時(shí)延小于基于A2事件的切換。

目前網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(shí)延過(guò)大且切換成功率無(wú)法保證。因此推動(dòng)終端開發(fā)，實(shí)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(jié)束語(yǔ)

本文介紹了eHRPD與LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)互操作的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，描述了當(dāng)前實(shí)現(xiàn)的LTE到eHRPD切換流程，針對(duì)現(xiàn)有方案切換時(shí)延較大的缺點(diǎn)，分析了相關(guān)的增強(qiáng)和優(yōu)化機(jī)制，應(yīng)用相關(guān)的增強(qiáng)機(jī)制后，可以有效地縮短切換時(shí)延，提高切換成功率，促進(jìn)LTE與eHRPD的網(wǎng)絡(luò)融合，提升用戶在融合網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

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)