LTE切换详解-04181

LTE切换过程详解

切换是指UE在连接状态下，由于在不同小区间移动UE需要通过一些列信令过程,从而完成UE上下文的倒换和更新过程。

切换目的往往有两类，比如基于覆盖的切换和基于负荷的切换。基于覆盖的切换往往是为了解决用户在移动的过程中业务的连续性。而基于负载的切换往往是基于负载状况触发的切换，以保证整个系统的性能最优。

一、LTE网络系统内切换分类（三种）

站内切换：连接态的UE从某基站的一个小区切换至另一个小区。整个切换过程全部封闭在一个基站内。

X2切换（站间）：连接态的UE从某基站的一个小区切换至另一个基站的一个小区，这两个基站存在并配置了X2接口。

S1切换（站间）：连接态的UE从某基站的一个小区切换至另一个基站的一个小区，这两个基站未配置X2接口。

二、切换三个阶段（准备、执行和完成）：

测量阶段：UE根据eNodeB下发的测量配置消息(RRC重配)进行相关测量，并将测量结果上报给eNodeB。

判决阶段：eNodeB根据UE上报的测量结果进行评估，决定是否触发切换。 执行阶段：eNodeB根据决策结果，控制UE切换到目标小区，并最终由UE完成切换。

LTE中整个切换流程采用UE辅助,网络控制的设计思路： a.基站下发测量控制； b.UE进行测量上报；

c.基站执行切换判决、资源准备、切换执行和原有资源释放。

当UE在CONNECTED模式下时，eNodeB可以根据UE上报的测量信息来判决是否需要执行切换;如果需要切换，则发送切换命令给UE，UE执行切换动作并切换至目标小区。根据频率属性，LTE系统内切换又分同频切换和异频切换。

三、 站内切换流程与信令解析

eNodeB站内小区切换（站内切换流程解析）：

??切换只是更新Uu口资源，源小区和目标小区的资源申请和资源释放

都通过eNodeB内部消息实现；

??没有eNodeB间的数据转发，同时也没有UE的随机接入过程，也不需要与核心网有信令交互。 站内小区间切换流程和信令流程如下图所示。

流程解析:站内小区间切换基本思路是当eNodeB源小区收到UE的测量上报,并判决UE向目标小区切换时，eNodeB自行调配资源，完成目标小区的资源准备;之后通过空口的重配消息通知UE向目标小区切换，在切换成功后，eNodeB通知源小区释放原来小区的无线资源。

UL allocation(定义ULinformationTransfer 将Bearer resource allocation Request （格式及内容）传递给eNB。(也可以是发送Bearer resource modification request消息)

1、Measurement Reports 方向：UE ——>eNodeB 解析：UE在执行测量过程中，如果发现测量环境满足Measurement Control中描述的事件时，则通过Measurement Report消息上报给eNodeB。

2、Handover Command 方向：eNodeB——> UE

解析：eNodeB接收到测量报告后，开始决策是否需要下发切换命令，如果确定要切换的话，就开始准备目标小区的准入和无线资源准备，然后通过RRC Connection Reconfiguration 消息向UE下发切换命令。 当eNodeB给UE发送携带mobilityControlInfo的“RRC连接重配置”消息（RRCConnectionReconfiguration）时，触发eNB内小区间（同频/异频）切换出准备成功次数进行采样统计。(RRC连接重配有5种作用)。 3、Handover Confirm 方向：UE ——>eNodeB 解析：UE接收到切换命令后，根据命令指示与目标小区完成同步，回复RRC Connection Reconfiguration Complete到目标切换小区告知Handover Confirm，并接入目标小区，释放源小区资源。 站内切换信令要点解析 信令字段解析

RRC Connection Reconfiguration信令reportConfigToAddModList消息携带的重要IE有：

reportConfigId，报告配置标识。该参数用于标识一个测量报告配置，下面的reportConfigEUTRA即为其内容，描述触发一个E-UTRA 测量报告事件的标准，E-UTRA测量报告事件标记为AN\\ BN，其中N等于1~6。

triggerType，触发类型。该参数标识触发测量报告类型，t=0为周期触发，示例中t=1为事件触发，其详细描述对应下面的event消息。

eventId，触发事件ID。该参数为触发报告的 E-UTRA事件索引，示例中t=3表示为A3事件，其详细描述对应下面的eventA3消息。

a3_Offset，A3偏移。该参数表示A3事件所使用的偏移，实际值=IE value * 0.5dB，示例中a3_Offset=3，则实际值为1.5dB。

reportOnLeave，离开报告。该参数表示cellsTriggeredList中的一个小区满足离开条件时，UE是否初始化测量上报过程，TURE表示需要初始化测量上报过程，示例中FALSE表示不需要。

hysteresis，滞后值。表示该事件的滞后值，实际值 =IE Value *0.5 dB，示例中hysteresis =3，则实际值为1.5dB。

timeToTrigger，触发时间。该参数为触发测量报告的事件需要满足特定条件的持续时间，取值范围为{ms0, ms40, ms64, ms80, ms100, ms128, ms160, ms256, ms320, ms480,ms512, ms640, ms1024, ms1280, ms2560,ms5120}，示例中timeToTrigger=ms320表示320ms。

triggerQuantity，触发量。该参数描述用于评估事件触发条件的量，其值rsrp和rsrq分别对应参考信号接收功率（RSRP）和参考信号接收质量（RSRQ）。 reportQuantity，报告量。该参数表示测量报告中包含的量，示例中both表示测量报告中既包含rsrp量，也包含rsrq量。

maxReportCells，最大报告小区数。该参数表示测量报告中上报最大小区数量。

reportInterval，报告间隔。该参数表示周期报告间的间隔，取值范围为{ms120, ms240, ms480, ms640, ms1024, ms2048, ms5120,

ms10240,min1,min6, min12, min30, min60, spare3, spare2, spare1}。如果UE执行周期性上报（即当reportAmount超过1时），该reportInterval适用于triggerType为‘event’以及triggerType为‘periodical’的情形。示例中值为ms1024 对应为1024ms，如果是min6 则对应6min等。

reportAmount，报告数量。该参数表示适用于触发类型为事件以及周期的测量报告数量，取值范围为{r1, r2, r4, r8, r16, r32, r64, infinity}。

RRC Connection Reconfiguration信令measIdToAddModList消息包含要添加或修改的测量标识列表，其中每个条目都有measId（用于识别一个测量配

置，即测量目标的连接以及报告的配置），相关的measObjectId（用于标识一个测量对象配置）以及相关的reportConfigId（用于标识一个测量报告配置）。 信令消息

RRCConnection Reconfiguration信令measObjectToAddModList消息，主要描述要添加或修改的测量对象列表、本小区与其他系统的邻区信息。其携带的重要IE有：

measObjectId，测量对象ID。该参数表示从下面的measObject中选择其中一组，示例中，measObjectId=1说明选择了measObject中t=1的一组。 carrierFreq，E-UTRAN承载频率。该参数表示测量小区的E_UTRA 载频，通常以EARFCN（E-UTRA AbsoluteRadio Frequency Channel Number）标识，取值范围0~65535，计算公式为（以下行为例，TDD上下行同频）：

NDL = 10* (FDL– FDL_low ) + NOffs-DL 其中NDL为EARFCN标识，FDL为实际中心频点（MHz），FDL_low为频点所在频段的下限，NOffs-DL为偏置起始值，相关取值如下表。也可通过NDL反推FDL，计算公式为：

FDL = FDL_low + 0.1(NDL– NOffs-DL)

四、 X2口切换流程与信令解析

X2口切换，由A3（或A4/A5)触发事件上报。当目标小区和源小区分别属于两个eNodeB时，且有X2链路时，此时会引发eNodeB间的X2切换。前提是2个eNodeB之间配置了X2关系，且X2切换使能。X2口切换流程和信令流程如下图所示。

流程解析:X2口切换的基本思路是，当源eNodeB收到UE的测量上报，并判决UE向目标eNodeB切换时，会直接通过X2接口向目标eNodeB申请资源，

完成目标小区的资源准备，之后通过空口的重配消息通知UE向目标小区切换，在切换成功后，目标eNodeB通知源eNodeB释放原来小区的无线资源。此外还要将源eNodeB未发送的数据转发给目标eNodeB，并更新用户平面和控制平面的节点关系。详细流程解析如下：

1、Measurement Reports

方向：UE ——> Source eNodeB 解析：UE在执行测量过程中，如果发现测量环境满足Measurement Control中描述的事件时，则通过Measurement Reports消息上报给eNodeB。

2、Handover Request

方向：Source eNodeB——> Target eNodeB

解析：源eNodeB参考UE上报的测量结果，根据自身切换算法，进行切换判决。判决切换后，向目标eNodeB发送切换请求Handover Request。触发eNB间X2口小区间(同频/异频)切换出准备请求次数进行采样统计。

5、SN Status Transfer

方向：Source eNodeB——> Target eNodeB

解析：源eNodeB发送序列号（SN，Sequence Number）状态传输消息到目标eNodeB。

6、Handover Confirm

方向：UE ——> Target eNodeB

解析：UE接到切换命令后，从源eNodeB中去附着，并执行与目标小区的同步。（与eNodeB内切换相同，如果在切换命令中配置了随机接入专用Preamble码，则使用非竞争随机接入流程接入目标小区，如果没有配置专用Preamble码，则使用竞争随机接入流程接入目标小区）。UE通过L1/L2消息获取目标eNodeB提供的相关上行资源分配和定时提前Time Advance信息后，开始发送RRC Connection Reconfiguration Complete消息，向目标eNodeB确认切换过程完成。

7、Path Switch Request

方向：Target eNodeB——> MME

解析：Handover Confirm步骤完成后，目标eNodeB开始将上行数据发送给SGW。但此时目标eNodeB并不知道此次切换是否要进行SGW的Relocation，只是将上行数据转发给从源eNodeB获取的SGW，此时由于到目标eNodeB的

下行隧道尚未建立，因而下行的数据仍然要通过源eNodeB转发到目标eNodeB，从而，需要MME和SGW之间进行路径确认。因此，目标eNodeB向MME发送一个路径转换请求消息来告知其UE更换了小区。此时空口已经切换完成。

8、User Plane UpdateRequest 方向：MME ——> S-GW 解析：MME根据Path Switch Request消息向S-GW发送用户平面更新请求消User Plane UpdateRequest，相当于Modify BearerRequest。

9、User Plane UpdateResponse 方向：S-GW ——> MME 解析：S-GW收到User Plane Update Request消息后，不再向源eNodeB发送UE的用户面数据，将下行数据路径切换到目标eNodeB侧（由于SGW保持不变，因此不需要SGW与PGW之间的信令交互）。S-GW在旧路径上发送一个或多个“end marker包”到源eNodeB，End Marker数据包不含有任何数据，在GTP的头部表明是End Marker数据包，指示对应的是GTP Tunnel上的数据传输结束。随后，S-GW就释放源eNodeB的用户平面资源，并发送User Plane Update Response消息给MME，表示用户平面更新的响应，即Modify Bearer Response。

10、Path Switch Request Ack

方向：MME ——> Target eNodeB

解析：MME发送Path Switch ACK消息给目标eNodeB，告知路径转换完成。

11、Release Resource

方向：Target eNodeB——> Source eNodeB

解析：目标eNodeB接收到从MME发回的路径转换ACK消息后，马上发送UE Context Release消息给源eNodeB，通知其切换成功并触发源eNodeB的资源释放（Release Resource）。

几个要点：

1. 步骤8到11完成了路径转换过程，该过程的目的是将用户平面的数据路径从源eNodeB转移到目标eNodeB上。在S-GW转换了下行路径之后，前转路径和新路径的下行包在目标eNodeB可能会交替到达，目标eNodeB应该先传递所有的前转数据包给UE，然后再传递从新路径接收到的数据包。在目标eNodeB使用这一方法可以强制性保证正确的传输顺序。为了辅助在目标

eNodeB的重排功能，S-GW在E-RAB转换路径后，立即在旧路径发送一个或多个“End Marker数据包”。“EndMarker数据包”内不包含用户数据，由GTP头部指示其为EndMarker包。在完成发送含有标识符的包以后，S-GW不应该在旧路径发送任何数据包。在收到“End Marker包”以后，如果前转对这个承载是激活的，源eNodeB应该将此包转发给目标eNodeB。在察觉了“End Mark包”以后，目标eNodeB应该丢弃“End Marker包”并发起任何必要的流程来

维持用户数据的按序递交，这些数据是通过X2口前转的或者路径转换后从S-GW通过S1接收的。

2. 源eNodeB收到UE上下文资源释放消息后，释放无线承载和与UE上下文相关的控制平面资源。不过，任何正在进行的数据前转将继续进行，直到完成。

3. 切换完成后，目标eNodeB重新下发测量控制信令（RRC Connection Reconfiguration）给UE，包含measConfig内容，UE也需回复RRC Connection Reconfiguration Complete消息给eNodeB。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xr13.html