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LTE网络S1切换中ERAB管理的策略研究
摘要:面对频率资源越来越受限的情况,lte对无线资源管理要求更加苛刻。演进的无线接入承载(erab)与无线空口侧一起完成整个资源管理的过程。先分析正常业务建立时s1对erab的管理过程,然后对于采用硬切换机制的lte系统,提出了一套合理的erab管理机制。通过对s1切换控制面及用户面过程的深入研究,在保证用户服务质量前提下研究一种平滑切换的erab管理策略,使其能够合理利用调度资源,有效提高lte网络的整体性能。
  关键词:lte;s1切换;s1接口;erab 管理
  中图分类号:tn929.5文献标识码:a文章编号:10053824(2013)04002905
  0引言
  为了适应全球无线通信系统移动化、宽带化的发展趋势,2004年底,3gpp提出了长期演进技术(3g lte),lte技术应运而生,弥补了3g到4g发展过程中的一块空白。lte通信系统的性能指标包括:支持更快的峰值速率,上行100 mbit/s,下行50 mbit/s;提高小区容量;支持大范围的小区覆盖范围,小区半径达到100 km;提升小区边缘用户性能等。lte使用ofdma/scfdma多址接入技术, lte比3g网络架构更加扁平化。
  s1接口在lte技术中起着至关重要的作用,而s1接口对erab的管理又直接影响用户各种通信业务的服务质量。s1切换是lte技术中最复杂的研究点之一,直接影响lte网络的整体性能。erab的管理贯穿整个s1切换过程,无论是控制面还是用户面,erab管理都是切换过程中的核心部分。WWW.11665.coM
  因此,为了达到lte预期的性能指标,同时尽可能保证切换过程中用户的服务质量,在s1切换过程中提出一个合理的erab管理策略尤为重要。本文以lte技术中s1接口在s1切换过程中对erab的管理策略为研究目标,先描述用户正常建立业务时s1接口对erab的管理策略,再深入研究s1切换过程中的erab管理,最终提出基于切换性能优化的erab管理机制。1相关定义
  1.1s1接口框架
  s1接口[1]是lte技术中eutran与epc之间的逻辑接口,主要功能包括ue上下文管理、erab管理、s1连接管理、nas传输和s1切换等,此外s1接口还包括asn.1编解码模块,负责控制面信令的编解码任务,s1接口框架图如图1所示。
  图1s1接口框架图s1接口从功能又划分为s1mme控制面接口和s1u数据面接口2部分。s1mme帮助完成s1接口的控制面信令流程,其传输使用串流传输协议(sctp),sctp模块负责将asn.1编解码模块编码以后的消息发送到对端,也负责将接收到的消息递给asn.1编解码模块来进行解码;s1u则通过建立的gtp隧道完成s1接口的用户数据传输,使用的协议是gprs隧道协议(gtp),gtp隧道的创建、修改和删除是由erab管理模块来进行触发的,发生在正常业务请求以及切换过程。
  s1接口有自己的状态机(rrm),状态机发出事件通知来触发s1接口各个模块来进行工作,包括信令的收发以及用户数据的发送和接收,演进的基站(enb)和核心网(mme/sgw)都有自己的状态机。和s1接口相关的外部模块还有定时器管理模块以及本地配置管理模块等。
  1.2erab概念及其重要参数
  2.2erab管理策略
  lte网络中,由于erab的取值范围是0~15,所以每个用户理论上当资源足够时可以建立16个erab,现实中由于lte还处于快速发展阶段,基站侧的无线资源也没有想象的充足,所以资源紧张,决定资源配置时,enb将考虑所请求erab 的优先级。
  每个erab的arp可以用于决定是否无条件地马上执行该erab的建立。arp包含3个重要参数,优先级(priority level)、资源抢占能力指示(preemption capability)和资源被抢占能力指示(preemption vulnerability)。如果所请求的erab资源抢占能力指示标记为“may trigger preemption”,同时资源条件也要求如此,那么enb可以为其触发资源抢占过程,资源被抢占指示为“preemptable”且优先级低的erab 被迫释放掉,将其资源为请求抢占的erab所用。erab的抢占过程在enb是实时进行的,应该按如下方式处理:
  3.1s1接口控制面erab管理
  s1接口的切换是lte切换最重要的过程之一。我们只考虑在同一个核心网,ue在2个enb之间进行切换的情况[4]。从源基站发起切换,到ue正常接入目标基站,整个切换过程中每个步骤基本都要对erab进行管理。第二章中详细介绍了ue正常接入状态下erab建立过程中s1接口如何管理erab,当ue处于切换时,为了保证切换过程中用户的qos,如果采用完全释放再重新建立erab

的机制完全不可行,因为这样使得用户的服务质量会大幅度下降,切换对用户的影响太大。所以为保证切换过程中ue的qos[5],必须进行平滑的切换,使得用户在切换过程中感觉不到影响或者感觉影响很小,这就需要对s1切换过程中的erab进行管理,本章将提出一套基于平滑切换的erab管理方案。s1切换信令流程是s1切换的重要部分,其流程如图3所示。
  s1切换信令流程图3中第一步和第四步构成了切换的第一个模块,即切换准备模块,切换准备过程目的在于通过核心网告知目标enb进行ue切换的资源准备,在同一时间内,一个ue仅能进行一个切换准备过程,该过程的erab信息包含在handover required消息中,包含ue下行数据转发的信息;第二步和第三步为切换请求模块,切换是否执行及大部分工作都在此模块内进行,也是erab信息最丰富的模块,同时图中标记的erab代表erab管理的核心算法,决定了哪些erab可以从源基站直接继承过来,哪些出现重复、类型不一致等异常问题,继承的erab对用户影响非常小,只要确保切换过程空口的延时在可允许范围内,整个切换过程业务在逻辑上是平滑不间断的;第五、六、七步为切换的状态转移模块,在ue完全切换到目标enb过程中,源enb将erab的pdcp sn和hfn[6]转发给目标enb,为ue与目标enb间发送数据做好准备。此时切换控制面信令完成。   3.2s1接口用户面erab管理
  4结束语
  本文基于lte网络中s1接口对erab的管理为研究目标,先介绍了用户正常建立erab过程中的erab管理方案,再针对本文核心内容s1切换中的erab管理问题进行深入的研究与分析,通过对其控制面信令流程的细致分析得出一套合理的erab管理策略,使得用户服务质量得到很高的保障,同时切换效率得以提高。面临lte技术即将大规模商用的脚步,未来lte的问题研究不能只限于某个模块,而要从整个系统的角度去权衡,所以对于s1接口中erab的管理在以后的研究中仍需要继续完善与改进。
  参考文献:
  [1]3gpp. tr 36.413,evolved universal terrestrial radio access network (eutran);s1 application protocol (s1ap)[s].sophia antipolis,france:3gpp,2010.
  [2]刘丹丹,李小文,吴云梅.lte/sae系统中eps承载的研究与设计[j].邮电设计技术,2010(7):1518.
  [3]3gpp. ts 36.300,evolved universal terrestrial radio access (eutra) and evolved universal terrestrial radio access network (eutran) overall description[s]. sophia antipolis,france:3gpp,2010.
  [4]kurjenniemi j, henttonen t,kaikkonen j. suitability of rsrq measurement for quality based interfrequency handover in lte [c]// ieee international symposium on wireless communication systems 2008.reykjavik,iceland:ieee international symposium,2008:703707.
  [5]jansen t,balan i,stefanski s,et al.weighted performance based handover parameter optimization in lte [c]// 2011 ieee 73rd vehicular technology conference (vtc spring).budapest hungary:ieee,2011:15.
  [6]3gpp.ts 36.323 v9.0.0,evolved universalterrestrialradioaccess(eutra)packet data convergence protocol(pdcp)specification2010[s]. sophia antipolis,france:3gpp,2010.
  [7]3gpp.ts 23.401,technical specification group services and system aspects;gprs enhancements for eutran access[s]. sophia antipolis,france:3gpp,2009.
  [8]3gpp. tr 36.423,evolved universal terrestrial radio access network (eutran); x2 application protocol (x2ap)[s]. sophia antipolis,france:3gpp,2009.
  作者简介:
  杨春德(1964),男,重庆人,教授,主要研究方向为网络优化、算法分析,email:yangcd@cqupt.edu.cn;靳杰(1987),男,河南焦作人,硕士研究生,主要研究方向为lte家庭基站软件研发,email:297361358@qq.com。
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  •  更新时间:2013-09-29 09:53:38  作者:佚名 [标签: 流程 算法 ]
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