网络移动3g和2g的区别

邮电设计技术/2020/06收稿日期:2020-04-025G网络NSA与SA模式互操作策略研究ResearchonInteroperabilityStrategiesforNSAModeandSAModein5GNetwork摘要:基于5G网络NSA与SA模式互操作策略开展深入研究,首先介绍5G网络下终端的不同RRC状态,根据不同的RRC状态引出互操作策略下的不同场景:空闲态重选和连接态互操作.
详细介绍了上述2种互操作场景的信令流程,给出了运营商面临的建设与优化挑战,并从网络建设、网络优化以及互操作策略层面分别给出了相关建议.
开展的互操作策略研究,一方面可以为5G网络NSA与SA模式互操作优化提供基本理论依据,另一方面指明了互操作策略发展的方向,可以有效指导网络的精准建设.
Abstract:Itconductsin-depthresearchontheNSAandSAmodeinteroperabilitystrategies.
Firstly,thedifferentRRCstatesoftheter-minalsin5Gnetworkareintroduced.
AccordingtothedifferentRRCstates,differentscenariosundertheinteroperabilitystrat-egyarepresented:reselectionforidlestateandinteroperationforconnectedstate.
Itintruducesthesignalingflowintwoin-teroperabilityscenariosindetail,givestheconstructionandoptimizationchallengesthatoperatorsface,andgivesrelevantrec-ommendationsfromtheaspectsofnetworkconstruction,networkoptimization,andinteroperabilitystrategies.
Theresearchoninteroperabilitystrategiescanprovidebasictheoreticalbasisfortheinteroperabilityoptimizationof5GnetworksNSAandSAmodelsontheonehand,ontheotherhand,itindicatesthedevelopmentdirectionofinteroperabilitystrategies,andcaneffec-tivelyguidethepreciseconstructionofthenetwork.
Keywords:NSA;SA;RRCstate;Interoperation;Strategiesresearch1概述2019年6月6日,工业和信息化部发放5G牌照,中国正式进入5G元年.
5G制式与已有2G/3G/4G制式有一个重要的区别:5G制式包含NSA与SA2种网络模式.
NSA模式复用4G核心网,以4G基站为信令锚点,通过与5G基站双连接方式传递用户数据.
SA模式下,5G基站直接接入5G核心网.
2种模式的主要优缺点如表1所示.
当前,4G网络技术已非常成熟,且现有规模庞大.
NSA模式以4G网络为基础,可以快速发展和普及5G网络.
这样不但极大地降低了5G技术不成熟带来的各种风险,还能够有效控制运营商付出的时间和资金成本.
因此5G网络建设初期,三大运营商为加快网络建设步伐、节约网络运营成本,纷纷采用NSA模式组关键词:NSA;SA;RRC状态;互操作;策略研究doi:10.
12045/j.
issn.
1007-3043.
2020.
06.
011文章编号:1007-3043(2020)06-0055-06中图分类号:TN929.
5文献标识码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):李一1,刘光海1,许国平2,龙青良2(1.
中国联通网络技术研究院,北京100048;2.
中国联合网络通信集团有限公司,北京100033)LiYi1,LiuGuanghai1,XuGuoping2,LongQingliang2(1.
ChinaUnicomNetworkTechnologyResearchInstitute,Beijing100048,China;2.
ChinaUnitedNetworkCommunicationsGroupCo.
,Ltd.
,Beijing100033,China)表1NSA模式与SA模式优缺点优点缺点NSA模式核心网改造难度小,易实现无线组网复杂,网络优化难度大;无法实现mMTC、uRLLC业务;终端上行受限SA模式组网简单,网络部署、优化相对容易;可实现mMTC、URLLC业务;终端上行速率显著提升新建5GC,工程周期长李一,刘光海,许国平,龙青良5G网络NSA与SA模式互操作策略研究网络优化NetworkOptimization引用格式:李一,刘光海,许国平,等.
5G网络NSA与SA模式互操作策略研究[J].
邮电设计技术,2020(6):55-60.
552020/06/DTPT网.
NSA是现在,SA却是未来.
如工业和信息化部部长苗圩所述:SA由于可运用场景更多,所以有着更大的商用想象空间.
NSA仅能支持eMBB业务场景,SA未来还可用于支持mMTC和uRLLC业务,从而改变工业和商业的生产管理方式.
也就是说,SA会是5G发展的最终形态.
由上可见,NSA和SA模式都会是5G网络的实际形态,而这2种模式也会在一段时间内共存.
那么NSA和SA模式之间如何互操作,是我们应该重点关注的问题.
2整体介绍当前NSA采用Option3x方式组网,以4G网络为信令锚点,只有进入连接态才会触发与NR网络的双连接.
因此,NSA与SA模式无法直接进行互操作,需要4G网络进行中转.
4G网络包含2种RRC连接状态:RRCIdle和RRCConnected.
5G网络为了减少信令和功耗,引入了一种新的RRC状态:RRCInactive.
即5G网络包含3种RRC连接状态:RRCIdle、RRCInactive和RRCConnected.
4G与5G网络之间的状态迁移如图1所示.
考虑RRCInactive主要应用于mMTC业务场景,本文主要基于空闲态和连接态开展NSA与SA模式互操作策略研究.
只有SA终端才会存在NSA与SA模式之间的互操作,本文所述终端均为SA终端.
3互操作场景与流程互操作场景主要包括空闲态NSASA重选、连接态NSASA互操作.
3.
1空闲态NSASA重选当终端在NSA模式下处于空闲态时,会删除NR双连接.
因此,空闲态的NSA模式实际为终端在4G网络的空闲态.
空闲态NSASA重选即为4GSA重选.
3.
1.
1NSA→SA重选当终端处于NSA模式下的空闲态,也就是4G网络的空闲态时,会接收4G网络的系统消息.
4G系统消息除MIB、SIB1、SIB2等一些常见的广播消息外,还包含SIB24消息.
SIB24消息为5GRAT重选消息,默认配置5G频点为最高优先级.
关于SIB24的详细描述可参见3GPPTS36.
331协议6.
3小节.
–SystemInformationBlockType24TheIESystemInformationBlockType24containsinformationrelevantonlyforinter-RATcellre-selectioni.
e.
informationaboutNRfrequenciesandNRneighbouringcellsrelevantforcellre-selection.
TheIEincludescellre-selectionparameterscommonforafrequency.
当处于NSA模式空闲态的终端进入SA网络覆盖区域并满足SANR信号质量大于某一门限时,会基于优先级的小区重选准则驻留到SA网络.
3.
1.
2SA→NSA重选SA网络默认配置5G频点为最高优先级,因此当终端处于SA模式空闲态时,只有当离开SA覆盖区域并进入4G网络覆盖区域,才会通过基于低优先级的小区重选准则,驻留到4G网络.
即当终端满足SA网络NR小区小于某一门限且4G小区高于某一门限,会离开SA网络而驻留4G网络.
若4G网络覆盖区域存在NSA单模式基站,终端在4G网络发起业务后会执行5G小区添加流程,与NR小区建立双连接,从而进入NSA模式.
3.
2连接态NSASA互操作连接态的互操作包含重定向和切换2种.
当4G核心网与5G核心网配置N26接口时,可通过切换和重定向2种方式进行互操作.
当4G核心网与5G核心网未配置N26接口时,只能通过重定向方式进行互操作.
其中,N26接口为连接4GMME与5GAMF之间的接口.
图2示出的是4G/5G融合互操作系统架构.
3.
2.
1NSA→SA互操作终端在连接态触发NSA→SA的互操作场景包括:a)覆盖触发:当前4G小区覆盖变差或NSA模式图14G与5G网络之间的状态迁移Resume/ReleasewithSuspendHandoverEstablish/ReleaseEstablish/ReleaseReselectionReselectionReselectionReleaseNRRRC-CONNECTEDEUTRARRC-CONNECTEDEUTRARRC-INACTIVENRRRC-INACTIVENRRRC-IDLEEUTRARRC-IDLE李一,刘光海,许国平,龙青良5G网络NSA与SA模式互操作策略研究网络优化NetworkOptimization56邮电设计技术/2020/06的NR小区覆盖弱于SA模式的NR小区,可以触发NSA→SA的连接态互操作.
b)UE能力触发:只要UE支持SA,即可触发NSA→SA的连接态互操作.
c)业务触发:SA建网初期,语音业务仍将由4G网络VoLTE承载,当VoLTE业务结束后,可通过FastReturn回到SA网络.
当前NSA模式为Option3x组网,4G基站接入4G核心网.
因此终端在连接态从NSA模式到SA模式时,须先删除NR小区进入4G网络,再在4G网络下发起向SA网络的互操作请求.
当未来NSA模式转换为Option7x组网时,4G基站接入5G核心网,那么终端在连接态从NSA模式到SA模式时,可以直接向SA网络发起互操作请求,再删除NR小区.
本文仍以Option3x组网方式进行互操作策略说明,并基于切换和重定向2种方式开展研究.
3.
2.
1.
1基于切换的NSA→SA互操作当4G核心网与5G核心网配置N26接口时,终端可在连接态从NSA模式切换到SA模式:网络先删除NSA模式下的NR小区,使终端进入4G网络,之后终端从4G网络切换到SA模式.
具体流程包括:a)切换触发.
b)删除NR小区:终端从NSA模式转入4G网络.
c)切换准备:源eNB向目标gNB发送切换请求,通知目标gNB做好资源预留工作.
d)切换执行:终端删除与源eNB的RRC连接,执行与目标gNB的随机接入过程.
e)切换完成:核心网完成相关资源转移,并释放4G网络MME的UE上下文.
图3示出的是基于切换的NSA→SA互操作流程.
图24G/5G融合互操作系统架构S6aN10N8N15N11N2N1N3N26S5-US11S1-MMES1-UN4N7UEE-UTRANMMEANAMFUEPGW-U+UPFS-GWS5-CHSS+UDMPCRF+PCFPGW-C+SMF图3基于切换的NSA→SA互操作流程⑤ForwardRelocationRequest⑧ForwardRelocationResponse切换准备⑦HandoverRequestAck⑥HandoverRequest④HandoverRequired⑩MobilityfromE-UTRAComandRRCReconfigurationComplete切换执行随机接入流程⑨HandoverCommandForwardRelocationCompleteUE上下文释放HandoverNotify切换完成①触发连接态NSA→SA互操作②SgNBReleaseRequest③SgNBReleaseRequestAcknowledge删除NR小区UES-eNBS-gNBT-gNBEPC5GC李一,刘光海,许国平,龙青良5G网络NSA与SA模式互操作策略研究网络优化NetworkOptimization572020/06/DTPT3.
2.
1.
2基于重定向的NSA→SA互操作图4示出的是基于重定向的NSA→SA互操作流程.
当4G核心网与5G核心网未配置N26接口时,终端在连接态只能通过重定向从NSA模式转换到SA模式:网络先删除NSA模式下的NR小区,使终端进入4G网络,之后终端从4G网络重定向到SA模式.
具体流程包括:a)触发互操作.
b)删除NR小区:终端从NSA模式转入4G网络.
c)重定向:源eNB下发RRCconnectionrelease,同时携带SA网络NR小区频点.
d)5G小区接入:终端收到RRCconnectionrelease消息后与4G网络断开连接,并进行NR小区搜索,读取NR广播消息,并接入SA网络.
3.
2.
2SA→NSA互操作终端在连接态触发SA→NSA的互操作场景包括:a)覆盖触发:当前SA网络NR小区覆盖变差,可以触发SA→NSA的连接态互操作.
b)业务触发:SA建网初期,语音业务仍将由4G网络VoLTE承载.
当发起语音呼叫请求时,终端执行EPSFallbackVoLTE从SA网络进入4G网络.
若此时4G网络有NSA基站,则终端进入NSA模式.
3GPP协议不支持SA直接互操作至NSA,终端在连接态从SA模式到NSA模式时,须先回落4G网络,再在4G网络发起NR双连接进入NSA模式.
3.
2.
2.
1基于切换的SA→NSA互操作基于切换的SA→NSA互操作流程包括:a)切换触发.
b)切换准备:源gNB向目标eNB发送切换请求,通知目标eNB做好资源预留工作.
c)切换执行:终端删除与源gNB的RRC连接,执行与目标eNB的随机接入过程.
d)切换完成:核心网完成相关资源转移,并释放SA网络AMF的UE上下文.
e)添加NR小区:目标eNB下发测控消息,终端执行NR小区添加流程进行双连接状态.
图5示出的是基于切换的SA→NSA互操作流程.
3.
2.
2.
2基于重定向的SA→NSA互操作图6示出的是基于重定向的SA→NSA互操作流程.
基于重定向的SA→NSA互操作流程包括:a)触发互操作.
b)重定向:源gNB下发RRCrelease,同时携带4G网络频点.
c)4G小区接入:终端收到RRCrelease消息后与SA网络断开连接,并进行4G小区搜索,读取4G广播消息,并接入4G网络.
d)添加NR小区:目标eNB下发测控消息,终端执行NR小区添加流程进行双连接状态.
4互操作策略研究5G网络NSA模式与SA模式共存是运营商在建设工程周期、网络运营成本与整体业务感知三者权衡后⑧RRCconnectionreleae(携带SA频点)重定向⑩5G小区接入⑨5G小区搜索、读取广播消息5G小区接入④RRCConnectionreconfiguration②SgNBReleaseRequest③SgNBReleaseRequestAcknowledge删除NR小区⑦UEContextRelease⑥PathUpdateprocedure⑤RRCConnectionreconfigurationcomplete①触发连接态NSA→SA互操作UES-eNBS-gNBT-gNB图4基于重定向的NSA→SA互操作流程网络优化NetworkOptimization李一,刘光海,许国平,龙青良5G网络NSA与SA模式互操作策略研究58邮电设计技术/2020/06图5基于切换的SA→NSA互操作流程①触发连接态SA→NSA互操作③ForwardRelocationRequest⑥ForwardRelocationResponse②HandoverRequired⑤HandoverRequestAck④HandoverRequest切换准备⑧MobilityfromE-UTRAComand⑩RRCReconfigurationComplete⑨随机接入流程⑦HandoverCommand切换执行ForwardRelocationCompleteHandoverNotifyUE上下文释放切换完成RRCconnectionreconfiguration(下发测控消息)MeasurementReport(B1事件)添加NR小区添加NR小区T-gNB5GCTAU流程UES-gNBT-eNBEPC图6基于重定向的SA→NSA互操作流程①触发连接态SA→NSA互操作②RRCrelease(携带4G频点)重定向RRCconnectionreconfiguration(下发测控消息)MeasurementReport(B1事件)添加NR小区添加NR小区UE③4G小区搜索,读取广播消息④4G小区接入4G小区接入S-gNBT-eNBT-gNB的必然选择.
运营商在NSA与SA模式互操作场景将面临如下挑战.
a)中国联通与中国电信5G网络采用共建共享方式组网,共建共享场景下的NSA与SA模式互操作场景过于繁多,流程过于复杂,网络感知难以保障.
b)终端在NSA模式与SA模式之间容易发生乒乓互操作.
c)5G网络初期5GC与EPC之间的接口打通难度大,若直接在连接态下采用切换方式互操作,复杂度高,实现难度大.
基于上述考量,本文从网络建设、网络优化和网络策略选择3个方面给出相关建议.
4.
1网络建设建议5G网络初期,三大运营商为加快网络建设步伐、李一,刘光海,许国平,龙青良5G网络NSA与SA模式互操作策略研究网络优化NetworkOptimization592020/06/DTPT作者简介:李一,毕业于北京邮电大学,工程师,硕士,主要从事无线网络研究工作;刘光海,毕业于西安电子科技大学,高级工程师,硕士,主要从事无线网络优化、规划工作;许国平,毕业于北京邮电大学,高级工程师,博士,主要从事网络优化工作;龙青良,毕业于西安电子科技大学,高级工程师,硕士,主要从事网络优化、规划工作.
节约网络运营成本,纷纷采用NSA模式组网.
随着网络建设的铺开以及工业和商业对于网络的更高需求,SA模式将会是一种必然.
考虑当前现网业务主要为eMBB业务,而该业务场景NSA模式与SA模式速率相当,因此在后续SA网络建设进程中,除重要口碑影响区域需NSA网络与SA网络共存,其他区域若已有NSA网络,建议新建5G基站向NSA未覆盖区域倾斜,从而在广度上保证5G用户的整体感知.
当5G网络步入发展成熟期,NSA终端占用比例较少甚至没有,全网可以统一升级到SA网络.
另外,考虑共建共享网络下互操作场景的复杂度,建议NSA模式的共建共享区域与SA模式的共建共享区域尽量避免重叠.
4.
2网络优化建议考虑NSA模式与SA模式互操作时容易存在乒乓现象,在网络优化过程中应开展以下工作.
a)NSA→SA与SA→NSA的触发电平设置须存在不小于3dB的偏置,以防止终端刚从模式A进入模式B便触发模式B向模式A的互操作.
b)NSASA模式转换的触发时间需满足不小于640ms.
c)NSA模式下的NR小区和SA模式下的NR小区须严格控制其覆盖区域,避免重叠覆盖度过高导致干扰严重.
4.
3互操作策略选择建议连接态下的互操作包含切换和重定向方式.
切换流程包含切换判决、切换准备和切换执行3个流程.
在终端执行切换前目标小区已完成资源预留、数据转发等工作,可以减少终端切换失败概率同时缩短业务中断时延.
但切换流程涉及源无线网、源核心网以及目标无线网、目标核心网等大量网元设备,并要求终端支持切换方式,复杂度高,影响范围广,实现难度大.
重定向流程没有切换准备过程,通过release消息携带目标网络频点,终端发起小区搜索接入目标网络.
该方案由于需要终端自行完成小区搜索且不确定目标小区资源情况,因此存在一定的失败风险,可靠性低.
另外,release消息下发同时源小区会删除用户所有资源,即使流程失败也不可再返回源小区.
综上所述,重定向通常为网络终端不支持切换或网络建设初期的一种过渡手段.
当网络逐渐成熟,建议使用基于切换的异系统互操作,既能提高成功率又可以缩短时延,有效保障用户感知.
5结束语在5G网络建设与发展的过程中,NSA模式和SA模式将会在一段时间内共存.
本文基于5G网络NSA与SA模式互操作策略开展深入研究,首先介绍5G网络下终端的不同RRC状态,根据不同的RRC状态,引出互操作策略下的不同场景:空闲态重选和连接态互操作.
本文详细介绍了2种互操作场景的信令流程,给出了运营商面临的建设与优化挑战,并从网络建设、网络优化以及互操作策略层面分别给出了相关建议.
本文开展的互操作策略研究,一方面可以为5G网络NSA与SA模式互操作优化提供基本理论依据,另一方面指明了互操作策略发展的方向,有效指导网络的精准建设.
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