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5G切换如何实现0毫秒中断

2023-05-18 08:48 作者:余网优化  | 我要投稿

为了实现0ms 用户面中断,LTE就有在切换期间保持源eNB连接,这个也应考虑用于NR。而对于DC(NR-NR),如何将UE从MeNB重新配置为SeNB,以针对0ms 用户面中断。

在LTE中,以下示出了以切换执行阶段为重点的切换过程,即仅步骤7到步骤11。

根据上图,我们可以看到切换执行期间的时延主要包括以下几个方面:

在NR中,超过50ms的切换时延是不可接受的。NR内移动性的移动性中断时间目标应为0ms。因此,如何实现0ms的移动性中断?

在Rel-14中,3GPP研究了LTE的时延减少技术,并提供了两种潜在的解决方案来减少切换期间的时延。一种解决方案是无RACH切换。另一种解决方案是“先做后断(make before break)”,这要求UE在切换期间保持与源eNB的连接。

在无RACH切换解决方案中,可以在切换期间跳过RACH过程,因此可以减少上表中从步骤9.3到步骤10的中断时间,而且还引入了用于等待预配置周期UL资源的附加中断。然而,根据当前LTE讨论,仅当网络能够预先获得目标小区的TA值的内容并且目标小区的TA值为零或等于源小区的TA时,才使用无RACH切换。在大多数情况下,无法满足这些条件。

在针对LTE讨论的“先做后断”解决方案中,UE可以在接收到切换命令之后继续与源eNB进行数据传输,直到RACH被启动。在此解决方案中,可进一步分为以下两种情况:

Case 1:如果只使用“先通后断”,最多可减少35ms的中断时间,包括15ms(步骤7)和20ms(步骤9.2)。

Case 2:如果“先通后断”与“少RACH”相结合,则减少的中断时间最多为43.5ms减去预调度UL授权的时间,其中43.5ms包括15ms(步骤7中)和20ms(步骤9.2中)以及2.5ms(步骤9.3中)以及1ms(步骤9.4中)和5ms(步骤10中)。

无论使用上述哪种情况,都无法实现0ms移动性中断。此外,RLC和MAC将在切换时重置,这可能会增加数据传输的延迟。

NR内移动性的双连接

目前,由于具有DC能力的UE具有同时向MeNB和SeNB进行传输的能力,因此可以考虑使用DC框架来实现NR内移动性的0ms中断时间。详情如下所示。

步骤1:首先将S-gNB添加为SeNB。

当UE移动时,S-gNB可以通过SeNB添加过程被配置为到UE的SeNB。在LTE中,有两种可能的DC解决方案,或者在主eNB中的PDCP层拆分承载,或者由SGW通过不同的eNB路由单独的承载。对于分离承载,建立Xn上的数据路径,并在S-gNB中初始化RLC、MAC和PHY层,并作为UE中的辅助协议实例,这将避免在切换时重置这些协议的需要。因此,DC中的分离承载似乎更适合实现0ms移动性中断。

步骤2:在M-gNB和S-gNB之间执行“角色更改”。

随着UE向S-gNB移动,M-gNB和S-gNB之间的角色改变需要通过Xn接口上的信令交换发生。“角色改变”是LTE DC中添加的新操作,这意味着RRC、PDCP和CN连接从M-gNB重新定位到S-gNB。在这种情况下,UE不需要L2重置,并且M-gNB和S-gNB中的小区总是被激活的,因此数据传输可以继续并且不会发生中断。

图3说明了一种可能的程序。(源)M-gNB决定何时触发角色更改过程。一旦触发角色改变,(源)M-gNB可以向(源)S-gNB提供安全密钥,并且(源)S-MgNB经由(源)M-gNB向UE重新配置RRC和PDCP层。

在接收到RRC重新配置之后,在UE和(源)S-gNB之间建立新的RRC连接,并且维持UE和(目标)M-gNB之间的旧RRC连接。在这种情况下,尽管UE具有两个同时的RRC连接,但UE仅使用该新的RRC链接来与网络通信。在该步骤中,(源)S-gNB变为新的M-gNB,并触发与S-GW的路径切换。

当(源)M-gNB从SGW接收到结束标记分组时,它知道在结束标记分组之前有多少PDCP SN可用于缓冲数据,并向(源)S-gNB vis SN状态报告消息发送下一个PDCP SN。在此过程中,(源)M-gNB可以决定如何有效地处理其缓冲的数据传输,例如,如果其链路质量不差,则(源)M-gNB还可以将缓冲的数据拆分到UE,否则(源)M-gNB通过(源)S-gNB向UE发送所有缓冲的数据。当从(源)M-gNB接收到结束标记分组时,(源)S-gNB将使用新的安全密钥并启动PDCP层以直接处理来自S-GW的数据。

从UE的角度来看,它在角色更改期间具有两个安全密钥。一个密钥由(源)M-gNB用于分割数据,另一个密钥被(源)S-gNB用于直接来自SGW的数据。为了避免UE不知道在角色改变期间应该使用哪个安全密钥,可以同时使用两个安全密钥。

步骤3:释放S-gNB。

当UE离开(源)M-gNB的覆盖范围时,(源)S-gNB可以使用SeNB释放过程来释放(源)M-gNB。

此外,在某些情况下,此解决方案可以简化,也就是说,S-gNB添加和角色更改这两个步骤也可以合并为一个步骤。

与增强型LTE切换相比,由于UE与S-gNB之间预先建立了数据路径,并且UE可以同时与M-gNB和S-gNB传输数据,并且UE不需要L2重置,因此在切换期间可以继续数据传输。因此,可以减少上表中列出的所有中断时间,并且可以实现0ms的中断。

然而,为了支持0ms移动性中断,UE是否应该支持整个DC特性?

众所周知,在当前机制中,DC支持许多新功能,包括:

  • Split bearer/SCG bearer

  • PDCP reordering for split bearer

  • Flow control

  • New measurement events for PSCell

  • S-RLF

  • Bearer type change

  • SCG change

在切换期间,无论在源eNB还是目标eNB中,都只考虑一个小区,如果确定了目标小区,则不会改变。因此,如果DC框架用于切换,则仅涉及MCG中的PCell和SCG中的PSCell,因此可以简化DC特征,并且可能不需要SCell监视、PSCell的新测量事件(用于PSCell改变)、S-RLF、承载类型改变和SCG改变。

如上所述,为了实现0ms的移动性中断,需要将分离承载配置给UE,并且M-gNB基于其链路质量决定将缓冲数据分离给UE或者经由S-gNB将所有缓冲数据发送给UE。如果执行了拆分操作,则需要PDCP重新排序功能。如果来自M-gNB的数据是经由S-gNB传输的,则需要流控制特征来避免S-gNB中的网络拥塞。

基于以上分析,除了一些主要特征,例如分离承载、PDCP重新排序和流控制,UE不应该支持用于实现0ms移动性中断的全部DC特征。

NR间移动性的双连接

对于NR间移动性,由于eLTE和NR之间存在接口,并且eLTE和NR都可以连接到同一个新内核,因此可以实现0ms的中断时间。因此,eLTE NR移动性也应支持0ms中断。

为了实现eLTE NR移动性的0ms中断,可以重用具有NR内移动性角色变化的类似DC的解决方案。

与eLTE NR移动性不同,LTE-NR移动性可能具有不同的处理。如果LTE可以连接到新的核心,并且LTE和NR之间存在接口,则可以实现0ms的中断时间,这与eLTE NR移动性的情况类似。但如果LTE仅连接到EPC,这意味着LTE和NR不能共享核心网络,则需要在EPC和新核心之间进行数据转发,这很难实现0ms中断。


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