UE在基站之间的切换信令流程
切换是由基站发起的,不同于小区重选,小区重选是由UE发起的。
基站利用移动性管理算法给UE下发测量任务,在RRC重配置消息中携带MeasConfig信元给UE下发测量配置
切换有三种场景:
- 同一基站内不同小区的切换
- 不同基站间基于X2的切换(MME不变)
- 不同基站间基于S1的切换(MME/SGW可能改变)
1. 同一基站内不同小区的切换(连接态的UE在一个基站的不同小区之间移动)
- UE上报合适的测量报告(Measure Reports),触发基站切换
- 基站下发切换命令给UE,即下发带有Mobility ControlInfo信元的RRC重配置消息(RRC Connection Reconfiguration),该信元标识此条消息为切换命令
- UE接收到Mobility ControlInfo信元后,采用消息中携带的配置接入目标小区,接入成功后在目标小区上报重配置完成信息(RRC Connection Configuration Complete),切换成功
- 基站收到切换成功的消息后,按照新小区的配置给UE重新下发测量配置,即带有Measurement Control信元的RRC重配置消息
- UE接收到新的测量配置后,回复RRC Connection Configuration Complete
2. 不同基站间基于X2的切换(连接态的UE在不同基站覆盖区之间移)
—切换准备—
- 当UE进入RRC连接态后,eNodeB通过RRC Connection Reconfiguration消息给UE下发测量控制消息(Measure Control),该消息携带测量ID、邻区列表、测量量、测量报告量以及报告模式等
- UE收到测量控制消息后进行测量,满足报告标准时进行测量上报
- 源eNodeB判决是否满足测量标准,若满足,发送Handover Request消息给目标eNOdeB,请求目标基站在目标小区给UE分配资源,并触发源eNodeB和目标eNodeB之间的X2逻辑链路的建立,用于转发源eNodeB缓存的用户数据以及相关信令
- 目标基站接收到切换消息会进行准入判断,如果允许此UE切换,会在目标小区给该UE分配包含临时标识等的无线资源,并向目标基站发送 Handover Request Acknowledge 指示,切换准备成功;同时,完成基站间X2逻辑通道的建立
—切换执行—
- 源基站通过RCC Connection Reconfiguration消息给UE发送切换命令,该消息携带目标小区给UE分配的资源信息,并停止发送下行数据;如果存在需要转发的 E-RAB 承载,则源基站启动转发流程,发送 SN Status Transfer 消息,回传缓存的数据给目标eNodeB
—切换完成—
- UE收到RCC Connection Reconfiguration消息后,按照切换命令的信息在目标基站发起随机接入过程(RA Preamble & RA Response),接入成功后会发送RCC Connection Reconfiguration Complete消息给目标基站
- 目标基站接收到完成消息后,向MME发送 Path Switch Request 消息,请求核心网切换用户面路径,将 S1-U接口 从 SGW-源基站 切换到 SGW-目标基站
- MME发送Modify Bear Request 消息给SGW,要求SGW切换用户面路径,SGW将S1-U接口从源eNodeB切换至目标eNodeB,并回复Modify Bear Response消息。至此,下行数据的路径为:SGW -> 目标eNodeB -> UE。SGW回复Path Switch Request Acknowledge消息给MME,表示S1-U接口已经切换成功
- 目标基站接收到Path Switch Request Acknowledge消息后,向源基站发送UE Connection Release消息,指示源基站删除用户,切换成功;源基站不会立即释放用户,等本端数据转发完再本地释放
3. 不同基站间基于S1的切换(连接态的UE在不同基站覆盖区之间移动,并且基站之间不存在X2接口)
—切换准备—
- 当UE进入RRC连接态后,eNodeB通过RRC Connection Reconfiguration消息给UE下发测量控制消息(Measure Control),该消息携带测量ID、邻区列表、测量量、测量报告量以及报告模式等
- UE收到测量控制消息后进行测量,满足报告标准时进行测量上报
- 源eNodeB判决是否满足测量标准,若满足,发送Handover Required消息给MME,该消息携带切换所需信息:MME UE S1AP ID、eNB UE S1AP ID、Handover type设置为IntraLTE、Intral-LTE HO Information ListRequest等。若在切换过程涉及两个不同的MME,该消息可通过MME侧的路由功能转发给目标基站的MME
- 目标eNodeB从目标MME收到 Handover Request消息后,开始做切换准备,如:为该用户在新小区建立新的SAE承载
- 目标eNodeB首先会进行准入控制,根据EPS承载的QoS信息进行准入控制。目标eNodeB根据EPS承载的QoS为用户分配资源,并且为用户预留一个C-RNTI以及一个RACH导码
- 目标小区根据EPS承载相关信息,在完成L1/L2层配置后向目标MME发送Handover Request Acknowledge消息,并通过路由功能转发给源MME
—切换执行—
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源MME从接收到的Handover Request Acknowledge消息中提取切换必要的信息(如new C-RNTI、目标eNodeB加密算法参数、SIB等),作为Handover Command消息的重点部分,并发送给源eNodeB
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源eNodeB收到源MME发送的Handover Command消息(S1-AP消息)说明目标eNodeB已经做好切换准备,因此源eNodeB需要向UE发送Handover Command消息(RRC消息),通知UE进行切换。同时,源eNodeB也需要做出对应动作
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源eNodeB产生并向UE发送Handover Command消息(RRC消息),并负责完成对消息必要的完整性保护以及加密
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源eNodeB向源MME发送的eNodeB SN Status Transfer消息(S1-AP消息),告知SAE承载的上行PDCP SN接收状态和下行PDCP SN接收状态
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源MME转发给目标MME后,目标MME向目标eNodeB发送MME SN Status Transfer消息(S1-AP消息),该消息与eNodeB SN Status Transfer消息结构及功能相同
—切换完成—
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UE收到Handover Command消息后,向目标eNodeB执行上行同步流程,通过RACH接入目标小区
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当UE成功接入目标小区后,UE向目标小区发送RRC Connection Reconfiguration Complete消息(应包含C-RNTI),指示目标eNodeB已经完成切换流程。目标eNodeB完成对C-RNTI的校验后,就可以向UE发送数据报文了
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目标小区接收到RRC Connection Reconfiguration Complete消息后向MME发送Handover Notify(TAI+ECGI)消息,告知MME该用户的服务小区改变了,需要改变用户面下行的(eNodeB端的)GTP-U到SGW的隧道终点(GTP TEID)
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MME向SGW发送Modify Bearer Request消息,SGW切换下行数据路径到目标侧
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SGW向MME发送一条Modify Bearer Response(携带发送上行数据需要的SGW IP和TEID)消息
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如果满足TAU触发的条件,那么UE会触发一次TAU过程
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切换完成后,MME知道该用户已经切换到目标eNodeB,释放UE在源eNodeB的S1接口资源
通信切换定义:指UE与基站进行信息传输时,由于各种原因,需要从源基站切换至一个更合适的基站进行信息传输。
站内切换
站内切换信令:
站内切换
步骤一:UE向基站上报测量报告
步骤二:gNB根据测量报告携带的PCI,判决切换的目标小区与源小区为通一个gNB并启动站内却换流程,目标小区根据源小区的上下文进行准入判决。
步骤三:gNB-CU发送UECONTEXT SETUP REQUEST给DU,向gNodeB-DU侧为目标小区新申请用户资源
步骤四:如果gNodeB-DU资源分配成功,回复UE CONTEXT SETUPRESPONSE消息给gNodeB-CU
步骤五:gNodeB-CU发送UE CONTEXT MODIFICATION REQUEST消息给gNodeB-DU,通知gNodeB-DU下发L2停止调度指示
步骤六:gNodeB-DU回复UE CONTEXT MODIFICATION RESPONSE消息给gNodeB-CU
步骤七:gNodeB给UE发送RRCReconfiguration消息携带切换的目标频点、PCI以及给UE配置的CRNTI和专用preamble
步骤八:UE在目标小区发起非竞争的随机接入MSG1,携带专用preamble
步骤九:gNodeB-DU侧回复MSG2 RAR消息
步骤十:UE给gNodeB回复RRCReconfigurationComplete,UE接入到目标小区
步骤十一:UE成功接入后释放源小区的上下文信息
二:XN切换
站间切换信令:
XN切换
gNodeB通过RRCReconfiguration向UE下发测量控制,包含测量对象(同频/异频),测量报告配置,GAP测量配置等;
UE回复RRCReconfigurationComplete给gNodeB;
UE根据收到的测量控制消息执行测量。UE测量并判定达到事件条件后,上报测量报告给gNodeB;
gNodeB收到测量报告后,根据测量结果进行切换策略和目标小区/频点判决;
源gNodeB向选择的目标小区所在的gNodeB发起切换请求;
目标gNodeB收到切换请求后,进行准入控制,允许准入后分配UE实例和传输资源。
目标gNodeB回复HANDOVER REQUEST ACKNOWLEDGE给源gNodeB,允许切换入。如果有部分PDU Session切换入失败,消息中需要携带失败的PDU Session列表;
源gNodeB发送RRCReconfiguration给UE,要求UE执行切换到目标小区;
源gNodeB通过SN STATUS TRANSFER将PDCP SN号发送给目标gNodeB;
UE发送RRCReconfigurationComplete给目标gNodeB,UE空口切换到目标小区完成;
目标gNodeB向AMF发送PATH SWITCH REQUEST消息通知UE已经改变小区,消息包含目标小区标识和所转换的PDUSession列表。核心网收到消息后,更新下行GTPU数据面,将RAN侧的GTPU地址修改为目标gNodeB;
AMF向目标gNodeB响应PATH SWITCH REQUESTACKNOWLEDGE消息。如果AMF在Path Switch Request Ack消息中指示核心网未能建立的PDU Session,则gNodeB删除未能建立的PDUSession。
目标gNodeB向源gNodeB发送UE CONTEXT RELEASE消息,源gNodeB释放已切换的用户;
切换到目标小区后,gNodeB下发新小区的测量控制信息给UE;
UE收到gNodeB下发新的测量控制后,回复RRCReconfigurationComplete
三:LNR切换
5-4切换信令:
LNR切换
步骤 1 源gNodeB向NGC发送HANDOVER REQUIRED消息请求切换,消息包含(Target eNB ID, Source to Target Transparent Container, inter system handover indication) 等;
步骤 2 NGC向发送EPC发送Relocation request;
步骤 3 EPC向指定的目标小区所在的eNodeB发起HANDOVER REQUEST切换请求;
步骤 4 目标eNodeB回复HANDOVER REQUEST ACKNOWLEDGE给NGC,允许切换入。如果有部分E-RAB承载切换入失败,消息中需要携带失败的E-RAB承载列表;
步骤 5 EPC回复Relocation response给NGC;
步骤 6 NGC向源gNodeB发送HANDOVER COMMAND消息,消息中包含地址和用于转发的TEID列表,包含需要释放的承载列表。
步骤 7 源gNodeB发送RRCReconfiguration给UE,要求UE执行切换到目标小区;
步骤 8 UE发送RRCReconfigurationComplete给目标gNodeB,UE空口切换到目标小区完成;
步骤 9 目标eNodeB发送HANDOVER NOTIFY 给EPC,通知UE已经接入到目标小区;
步骤 10 EPC收到HANDOVER NOTIFY后给NGC发送Relocation Complete Notification;
步骤 11 NGC收到Relocation Complete NotificationAck消息,向源gNodeB发送UE CONTEXT RELEASE COMMAND 消息,源gNodeB释放切换的用户
四:LNR重定向
5-4重定向信令
LNR重定向
NG RAN判断UE需要重定向到异频/异系统E-UTRAN,通过RRC Connection Release消息释放UE,同时在RRCConnectionRelease消息中携带的重定向目标频点(组)信息,指示UE到目标频点重新接入。
支持异频/异系统基于覆盖的重定向,包括基于测量的重定向和测量失败后的盲重定向:
盲重定向:UE移动到小区覆盖边缘时,gNodeB没有收到异系统测量报告消息并收到了盲A2的报告,需要尽快重定向到其他异系统小区中。
基于测量的重定向:UE移动到小区覆盖边缘时,gNodeB收到A2上报本小区信号质量差报告,启动异频/异系统测量,并在测量到异频/异系统邻区后,再向目标邻区发起重定向(切换开关关闭)。
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