浅析R16移动性增强那些事儿(DAPS/CHO/MRO)

R16移动性增强相关技术总结

Dual Active Protocol Handover

        Dual Active Protocol Handover意为双激活协议栈切换,下文简称DAPS切换,DAPS切换的核心思想是切换过程中,在UE成功连接到目标基站前继续保持和源基站的连接和数据传输,其中下行传输过程表现为UE继续从源基站接收下行用户数据直至成功切换至目标小区;上行传输过程表现为UE会继续向源基站进行上行用户数据传输直到UE完成到目标基站的RACH过程。同时,在目标基站同意DAPS Handover request后,源基站就会将用户数据转发到目标基站侧,这样当UE成功连接到目标小区时,目标基站就可以和UE传输数据,通过这种方式,DAPS切换下理论上用户面中断时延为0ms。

DAPS的整体流程介绍如下:

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步骤1:源基站配置UE进行测量,UE测量周围小区并上报测量报告;

步骤2:源基站决定是否使用DAPS切换,DAPS切换是一个per-DRB level的配置,源基站可以根据业务对时延的敏感度将UE的部分DRB配置为DAPS切换;

步骤3:若源基站决定针对某个/某些DRB使用DAPS切换,则发送切换请求信令给目标信令基站,切换请求信令中携带DRB level的DPAS请求信息;

步骤4~5:目标基站进行接入控制,若同意DAPS切换,则反馈给源基站;

步骤6:源基站通过RRC Reconfiguration消息配置UE进行DAPS切换,并携带DRB level DAPS相关配置信息;

步骤7:源基站将用户数据以及用户数据对应的SN状态信息转发到候选目标基站,SN状态信息中包含源基站转发给目标基站的第一个PDCP SDU的HFN和PDCP-SN;

步骤8~9:UE向目标基站发起随机接入过程,同时保持和源基站的连接和数据传输,直至成功接入到目标小区;

步骤10~11:目标基站发送Handover Success消息给源基站告知UE已经成功接入到目标小区,源基站反馈SN状态信息;

后续流程与传统切换相同。

        以上流程描述的是X2/Xn接口DAPS切换基本流程,在R16阶段,协议同样支持S1/NG接口DAPS切换流程。与X2/Xn接口类似,S1/NG接口DAPS切换流程同样需要支持Early Data Forwarding机制,因此增加了UPLINK RAN EARLY STATUS TRANSFER(源基站发给核心网)和DOWNLINK RAN EARLY STATUS TRANSFER(核心网发给目标基站)信令来携带PDCP SN状态信息。同样的,为了告知源基站UE已经成功和目标基站建立了连接,目标基站通过HANDOVER NOTIFY信令告知核心网,核心网通过新引入的Handover Success信令将该信息告知源基站。


Conditional Handover

        Conditional Handover意为条件切换,下文简称CHO,CHO的核心思想是让UE来根据测量结果选择目标基站并发起切换执行过程,向目标小区发起随机接入。这样可以避免在UE和源基站进行信令交互,以及源基站和目标基站进行信令交互的时间内,由于无线链路状态变化导致的UE切换失败的情况发生。通过这种方式,CHO提高了用户切换过程中的鲁棒性。

        当然,条件切换也避免不了UE和基站间的信令处理,只是流程相对于传统切换做了调整,详细流程如下:

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  • 步骤1:源基站配置UE进行测量,UE测量周围小区并上报测量报告;
  • 步骤2:源基站根据测量报告和RRM信息决定是否使用条件切换;
  • 步骤3:若源基站决定使用条件切换,则根据测量报告向满足条件切换条件的邻区基站发送CHO Request信令;
  • 步骤4~5:候选目标基站进行接入控制,若同意条件切换,则反馈CHO Request Ack给源基站;
  • 步骤6:源基站通过RRC Reconfiguration消息下发条件切换配置给UE,包含候选目标小区的切换执行条件,以及候选目标小区的配置参数;
  • 步骤7:UE发送RRCReconfigurationComplete消息给源基站,同时UE继续测量候选目标小区的状态;
  • 步骤7a:源基站决定本次切换使用early data forwarding还是late data forwarding,若决定使用early data forwarding,则将用户数据以及用户数据对应的SN状态信息转发到候选目标基站,SN状态信息中包含源基站转发给目标基站的第一个PDCP SDU的HFN和PDCP-SN;
  • 步骤8:UE测量候选目标小区,当某一候选目标小区满足切换条件后,直接开始切换执行过程,断开与源基站的连接,向该目标小区发起随机接入,并成功接入目标小区;
  • 步骤8a:目标基站发送Handover Success消息给源基站告知UE已经成功接入到目标小区;
  • 步骤8b:源基站反馈SN状态信息给目标基站,若源基站选择使用late data forwarding, 则将用户数据转发到目标基站侧;
  • 步骤8c:源基站给其他候选目标基站发送Handover Cancel消息告知其释放预留资源和缓存数据。

        从以上步骤不难看出,与传统切换相比,CHO通过让UE来根据测量结果选择目标基站并发起切换执行过程,改善由于信令传输时延或信令传输失败导致的切换失败的情况发生。但是相比于传统切换也增加了基站间信令交互,同时由于候选目标基站需要为UE预留资源,尤其在使用了early data forwarding的情况下,候选目标基站需要缓存用户数据,这无疑增大了基站负载。

Mobility Robustness Optimization 

        MRO (Mobility Robustness Optimization,移动鲁棒性优化) 是网络自优化的一个重要组成部分,主要用来解决由于网络参数设置不合理导致的切换失败,无线链路失败,乒乓切换等情况。MRO需要进行故障检测,其中移动性中的故障主要包含切换过晚、切换过早、切换到错误小区、乒乓切换:

切换过晚:UE在小区A停留较长时间后发生RLF;UE尝试在小区B发起重建流程。

切换过早:UE在小区A成功切换至小区B后不久出现RLF或切换过程中出现切换失败;UE尝试在小区A发起重建流程。

切换到错误小区:UE在小区A成功切换到小区B后不久出现RLF或切换过程中出现切换失败;UE尝试在小区C发起重建流程。

乒乓切换:UE在两个相邻小区之间短时间内频繁来回切换。

下面小编就以Handover to a wrong cell为例,介绍下MRO是怎么工作的:

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  • 步骤1:UE成功从gNB1切换到gNB2;
  • 步骤2:UE在切换到gNB2很短时间内发生了无线链路失败;
  • 步骤3:UE测量周围小区,成功与gNB3建立连接,并通过RRC消息发送RLF report给gNB3;
  • 步骤4:gNB3对RLF report中信息进行分析,若和UE发生RLF的小区不是自己的服务小区,则将RLF report通过RLF indication信令发送给gNB2;
  • 步骤5:gNB2根据收到的RLF report进行故障检测,分析出是一个Handover to a wrong cell故障;
  • 步骤6:gNB2将故障分析结果、RLF report及其他mobility相关信息通过Handover report信令发送给gNB1;
  • 步骤7:gNB1决定是否修改相关配置。

        MRO通过统计无线链路失败报告,切换报告以及UE移动性相关信息等,分析故障原因,进而调整网络参数,改善由于参数配置不合理导致移动性失败的问题,通过网络的这种自主分析自动调整的机制,可以减少网络优化和管理过程中人工的干预程度,节省人力资源。

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