LTE到eHRPD切換方案的優化與增強*

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）是目前移動網絡演進的方向，其核心網 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，并實現與LTE的互操作。

LTE建網初期的很長一段時間內，由于成本、建設進度等原因，必然難以提供全網的LTE覆蓋。對于CDMA運營商，實現LTE與eHRPD間數據業務的互操作功能，為用戶提供數據業務的無縫切換是十分必要的。

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

本文重點描述當前業界普遍采用的非優化切換方案，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 非優化切換技術

2.1 非優化切換的分類

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

2.2 非優化切換的標準狀況

由于LTE與eHRPD分屬兩個不同的接入系統，因此系統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都對各自接入系統的非優化切換操作完成標準化工作，設備廠商才有可能實現非優化切換。

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

2.3 非優化切換的流程

在3GPP2的X.S0057中，對于LTE至eHRPD的非優化切換流程又分為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，就可以繼續之前的eHRPD會話，從而省略掉eHRPD空中接口會話協商、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空中接口的會話協商過程。

·無eHRPD會話場景，是指終端在eHRPD系統中無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種非優化切換場景的區別見表1。

表1 非優化切換場景的區別

無論是哪種非優化切換，其流程都主要分為3個階段：

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

·進行與原服務網絡中正在使用的PDN網絡的切換附著過程；

·拆除原服務網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相關聯的A10會話還存在，向HSGW發送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在主業務連接上發送VSNCP配置請求消息，消息中包含PDN-ID、PDN類型；

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

（7）HSGW與PCRF執行網關控制會話建立流程；

（8）HSGW向PGW發送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在主業務連接上向終端發送VSNCP配置確認消息；

（12）HSGW發送VSNCP配置請求消息；

（13）UE返回VSNCP配置確認消息，可重復執行，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 非優化切換的優化與增強

由于現有非優化切換的流程比較復雜，且切換前未對目標側網絡進行信號測量，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，對用戶的業務體驗帶來了較大的影響。事實上，非優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附著eHRPD網絡，并且終端與網絡側仍保存著eHRPD會話或HSGW上下文信息。但對于LTE/eHRPD雙模終端，按照標準的選網流程，終端開機時只要有LTE信號，就會優先選擇LTE網絡并駐留其上，因此第一次LTE至eHRPD非優化切換只能是無eHRPD上下文場景的切換。

為了減少無eHRPD上下文場景的非優化切換時延，提高用戶體驗，中國電信在3GPP2中提出了非優化切換增強方案。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網絡上完成預注冊流程，再返回LTE網絡。

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發起LCP協商與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）終端不會發起后續的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協商以及EAP-AKA’鑒權過程就把會話掛起。此時，eHRPD網絡并未建立PMIPv6隧道，同時也未給終端分配IP地址，但是用于縮短非優化切換時延的eHRPD空中接口會話與HSGW上下文信息已經生成，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 基于目標網絡搜索的優化機制

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

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

基于A2事件的切換條件是：

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

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

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絡的信噪比，只有目標網絡的信噪比也大于某門限值時，才會觸發切換。由于基于B2事件的切換是在確定目標扇區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進行測試，而B2事件在重定向前已完成對目標系統的測量，因此其切換時延小于基于A2事件的切換。

目前網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，實現基于B2事件觸發的切換將大大提高非優化切換的性能。

4 結束語

本文介紹了eHRPD與LTE數據業務互操作的標準現狀，描述了當前實現的LTE到eHRPD切換流程，針對現有方案切換時延較大的缺點，分析了相關的增強和優化機制，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的網絡融合，提升用戶在融合網絡中的業務體驗。

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)