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。

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：；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：。