1、切换准备阶段:在源eNodeB和目的eNodeB之间会建立数据平面的通道。对每个E-RAB的上行和下行数据传输都会建立一个数据通道,用于在切换完成前传递来自源eNodeB的数据。目的eNodeB端在切换完成前会对来自源eNodeB端的数据进行缓存。
2、切换执行阶段:源eNodeB从EPC收到数据或者其数据缓存不为空,下行的用户数据就需要通过源eNodeB和目的eNodeB之间的数据通道传递给目标eNodeB。
3、 切换完成阶段:目的eNodeB通过PATH SWITCH REQUEST消息通知MME UE已经获得了接入,MME通过消息UPDATE USER PLANE REQUEST通知服务网关将UE的数据链路从源eNodeB切换到目的eNodeB;服务网关向源eNodeB发送数据结束标识后,将数据链路进行改变。
2.1.2终端切换处理流程介绍
UE端发生切换的前提条件:
1、接入网的安全性保护功能已被激活; 2、SRB2和至少一个DRB已被建立。
UE端的RRC模块收到带有mobilityControlInfo元素的重配消息时,认为接收到网络的切换指示,UE做如下流程处理:
1、如果T310定时器开启,将该定时器关闭。T310定时器为评定无线链路失败的定时器,切换时对服务小区无线链路不需要进行评估。
2、开启T304定时器。T304定时器为限制切换时间的定时器,该定时器超时认为切换失败。
3、如果移动性信息中包括了载频信息,则认为目标小区为移动性信息中标识的小区;否则目标小区为服务频点上被targetPhysCellId标识的小区。UE同步到目标小区的下行链路。
4、复位MAC层,该操作将MAC层的相关状态变量和定时器进行复位。 5、重建所有RB的PDCP和RLC实体,该操作用于处理切换执行时在层2的数据,保证数据要求的特性。
6、应用在移动性信息中携带的新的C-RNTI的值,将无线资源公共配置中的信息对底层进行配置。
7、如果重配置消息中包含radioResourceConfigDedicated信息,将该元素中无线资源专有配置对底层进行配置。
8、根据目前UE的安全上下文和重配置消息中携带的安全性参数,对AS的密
钥进行提取和更新。UE的安全性构架和密钥的提取过程分析见2.3.2描述。
9、执行测量相关行为,调整和处理测量列表及测量报告项。 10、如果在重配置消息中包含measConfig元素,对测量进行配置。 11、将重配置完成消息发送到底层进行传输。 12、MAC随机接入完成后,UE端的切换完成。
2.3切换相关子过程研究
2.3.1终端测量研究
2.3.1.1 LTE测量介绍
在LTE系统中的切换采用终端协助网络控制的方式。为了保证切换的准确性,在连接下的终端必须周期性的对周围的无线环境进行测量,并通过某种事件的评估准则向网络发送测量报告,以使网络能够准确的做出切换决定。网络根据终端发送的测量报告决定UE是否要进行切换以及切换到那个小区。
LTE的切换机制就决定了在连接下UE端测量机制的重要性。而测量的准确性主要体现在两个方面:测量的执行和测量评估。测量的执行主要是对测量规划和采样方案的要求,这个主要取决于物理层的采样方案和协议栈的测量规划。对于协议层而言,处理测量结果的好与坏也会直接影响到网络的切换决定。
连接状态下终端主要通过测量报告向网络提供切换的参考值,测量结果的评估是终端发送测量报告的先决条件。测量报告的触发类型主要分为事件触发和周期性触发,在用于LTE系统的切换情况下,终端测量评估主要依据评估事件A3来完成对测量结果的评估[4]。 2.3.1.2 LTE测量配置和结构
LTE系统中的测量由测量配置、测量执行、测量报告触发和测量上报几个环节构成。
在RRC层测量控制是通过下列几个元素来组织的:
Measurement objects:该元素定义了UE执行测量的对象。对于频内和频间测量,一个Measurement object就是一个LTE载频。和这个载频相关联的,UE会配置小区详细列表和黑名单小区列表。
Reporting configurations:该元素定义了测量时的一些报告配置,其中包括报告准则和报告格式。报告准则定义了触发UE发送一个报告的准则,报告格式则定义了UE应该报告那些测量量给网络。对于每一个测量报告配置中都会配置需要报告
的测量量、进行评估所用的测量量、需要报告的小区个数和需要报告的次数。其中每一个事件报告配置都会配置一个TTT定时器,该定时器用来限定评估测量的时间。
Measurement identities:该元素表示一个测量标识,该标识把一个Measurement objects和一个Reporting configurations联系在一起,构成了一个测量项。在本文中我们简称measId。
Quantity configurations:配置了用于层3过率的参数。
Measurement gaps:UE用于执行异频异系统测量的时间间隙,在该时间段内不可以进行任何上下行数据的传输。
图2.8描述了测量各个配置之间的关系:
Measure Object LTE carrier frequency 1 Object ID1 Object ID1 Measure ID Report ID11 Report ID1 Report ConfigurationEVENT A1LTE carrier frequency 222222EVENT A2REPORT STRONGEST CELLEVENT A3LTE carrier frequency 333333LTE carrier frequency 444434554 图2.8 测量配置关系图
如图2.8所示,在UE端的测量配置中,我们可以把每一项测量比做一个项目,Measurement identity就是这个项目的标识,这个项目的资源都得从Reporting configurations和Measurement objects列表这两个数据库中提取,而这两个数据库都是为所有项目的公用。每个测量项目的建立更新和删除都是通过测量配置来执行的,因为测量配置会更新UE所维护的三个列表。测量配置除了对这三个列表进行更新外,还会对测量间隙和测量量进行配置。 2.3.1.3 LTE测量执行
LTE系统的测量从规划的角度而言主要分为:同频测量和异频异系统测量。由于在本文中没有涉及异系统的切换,所以在此对异系统测量不做介绍。 1) 需要的测量:
在进入连接状态后,网络会通过重配置消息将测量信息配置给UE,其中measObject列表中包含了UE所要测量的频点信息。在网络配置的每个measObject信息中会包含一个该频点要测的小区列表和黑名单列表,黑名单列表在测量评估和上报时不需要被考虑。每个频点信息中要测小区列表中的小区称为被列小区。
在连接下网络配置给UE的小区列表中没有包含该频点上所有的小区信息,这需要UE要周期性的对该频点的小区进行检测,这个过程中被检测出的小区被称为被标识小区。
在连接模式下的UE需要对服务小区、各个频点的被列小区和被标识小区进行测量。
2) 可用的测量机会:
同频测量就是对服务频点上的被列小区和被标识小区进行测量。对于TD_LTE而言,每一个下行子帧都会带有服务频点的参考信号,这就决定了UE在任何下行子帧都可以进行同频小区的测量。
对于异频测量而言,终端需要同步到异频的临近小区,并测量这些小区的信号质量,在可能的情况下也会监测该小区的其他属性(例如小区的质量)。然而对于单接受能力的UE,终端不可能在进行服务小区业务的同时,来做其他频率的临近小区的测量。这就决定了系统必须规划出一段时间间隙来进行异频异系统的测量任务,这段用于异频异系统测量时间间隙就是本文中介绍的测量Gap[10]。 2.3.1.4 LTE测量报告的评估和上报
当底层递交上来测量结果后,要对测量结果进行评估。测量报告的评估有两种触发方式:事件触发和周期性触发。本节主要对事件触发的测量报告进行介绍, 事件触发在LTE系统内中有A1~A5五种事件类型,每种事件都会规定进入条件和离开条件的限制。在这五种事件触发类型中A3事件主要用于切换的参考。
事件触发类型评估时只有当某一个或者多个小区在被配置定时器限定时间内一直满足进入条件时,才会为该事件发送测量报告,且按网络规定的发送次数进行周期性的发送。当有新的小区再次满足进入条件一段时间后,将测量报告的上报次数清零并再次发送测量报告。周期性出发类型是一旦有小区测量结果可用就会立即发送测量报告。 1) 事件触发评估
与一个measId相关联的报告配置如果触发类型为事件触发时,对物理层传递上来的测量结果在经过层三过滤后,会依据相关规则对测量结果进行事件评估。层三过滤是将上次的测量结果和本次的测量值取一定的比例进行平滑。
在事件评估的条件中会包含两种条件:进入条件和离开条件。由于本文基于切换过程为背景介绍测量,在此以用于切换参考的A3事件为例进行介绍:A3事件的进入条件为邻近小区的质量比服务小区的质量高出一个偏移值,离开条件为邻近小区的质量比服务小区的质量低出一个偏移值,该偏移值由网络配置。 对于事件触发的测量报告发起有4种情况:
1、当该measId对应的测量结果中第一次存在一个或多个小区在TTT定时器一直满足进入条件,在UE侧为该measId创建一个测量报告的条目,在该条目中包含该measId、报告已发送的次数和被触发小区列表;初始化发送次数为0,将满足进入条件的小区放入被触发小区的列表中,并组装测量报告进行发送。
2、当该measId在UE侧存在对应的测量报告项,有一个或多个不在被触发列表中的小区在TTT定时器时间内一直满足进入条件,初始化发送次数为0,将满足进入条件的小区放入被触发小区的列表中,并为被触发列表中的小区组装测量报告进行发送。
3、对事件类型为A3事件,当该measId在UE侧存在对应的测量报告项,对在被触发列表中的小区在TTT定时器内一直满足离开条件,且配置为小区离开需进行测量报告时,将满足离开条件的小区从被触发列表中移除,并对被触发列表的小区进行测量报告组装和发送。
4、当该测量measId对应的报告配置中的报告次数大于1时,在第一次测量报告完成后会对为该measId开启周期性报告定时器,并将已发送次数加一。当定时器超时再次为该measId发送测量报告,此过程循环进行,直到报告次数达到最大次数。
2) 测量结果上报
当在测量评估确定要进行测量报告后,对于事件触发类型的measId,会将该measId对应的被触发列表中的小区按照评估时参考测量量递减的顺序进行排序,并按照网络配置的最大报告小区数组装入测量报告的邻近小区列表中。
当测量报告发送后,会判断已发送的测量报告数来确定是否为该measId开启周期性定时器。当周期性定时器超时会再次根据被触发列表的小区组装并发送测量报告。
2.3.2 切换过程安全性参数更新
2.3.2.1 LTE安全性架构和配置 1) LTE安全构架介绍
LTE的安全性架构主要功能是在UE和网络间建立一个安全的场景(EPS security context), 包括UE和网络间在安全方面所需要的密钥产生和维护更新。并且在该安全场景下投入使用,建立一个NAS和AS消息安全交互的场景,保护UE和网络间的数据及信令交互的安全性和可靠性。
安全场景主要是通过AKA健全、NAS SMC和AS SMC 过程来建立。其中AKA过程通过网络传递的信息和UE端USIM卡中的安全参数来提取公共的密钥。NAS