LTE系统的切换技术分析详解

二.TD-LTE系统的切换流程

下面对上图的具体流程进行介绍。

步骤1：源eNode B对UE进行测量配置，UE的测量结果将用于辅助源eNode B进行切换判决。

步骤2：UE根据测量配置，进行测量上报。

步骤3：源eNode B参考UE的测量上报结果，根据自身的切换算法，进行切换判决。

步骤4：源eNode B向目标eNode B发送切换请求消息，该消息包含切换准备的相关信息，主要有UE的X2和S1信令上下文参考、目标小区标识、密钥KeNode B*、RRC上下文、AS配置、E-UTRAN无线接入承载(E-RAB，E-UTRAN Radio Access Bearer)上下文等。同时也包含源小区物理层标识和消息鉴权验证码，用于可能的切换失败后的恢复过程。UE的X2和S1信令上下文参考可以帮助目标eNode B找到源eNode B的位置。E-RAB上下文包括必要的无线网络层(RLN，Radio Network Layer)和传输层(TNL，Transport Network Layrer寻址信息以及E-RAB的服务质量(QoS，Quality of Service)信息等。切换准备信息有一部分是包含于接口消息本身的(例如目标小区标识)，另一部分存在于接口消息的RRC容器(RRC container)中(例如RRC上下文)。

步骤5：目标eNode B根据收到的E-RAB QoS信息进行接纳控制，以提高切换的成功率。接纳控制要考虑预留相应的资源、C-RNTI以及分配专用随机接入Preamble码等。目标小区所使用的AS配置可以是完全独立于源小区的完全配置，也可以是在源小区基础之上的增量配置(增量配置是指对相同的部分不进行配置，只通过信令重配不同的部分，UE对于没有收到的配置，将继续使用原配置)。

步骤6：目标eNode B进行L1/L2的切换准备，同时向源eNode B发送切换请求ACK消息。该消息中包含一个RRC container，具体内容是触发UE进行切换的切换命令。源eNode B切换命令采用透传的方式(不做任何修改)，发送给UE。切换命令中包含新的C-RNTI、目标eNode B的案例算法标识，有可能还携带随机接入专用Preamble码、接入参数、系统信息等。如果有必要，切换请求ACK消息中还有可能携带RNL/TNL信息，用于数据前转。当源eNode B收到切换请求ACK消息或者是向UE转发了切换命令之后，就可以开始数据前转了。

步骤7：切换命令(携带了移动性控制信息的RRC连接重配置消息)是由目标eNode B生成的，通过源eNode B将其透传给UE。源eNode B对这条消息进行必要的加密和完整性保护。当UE收到该消息之后，就会利用该消息中的相关参数发起切换过程。UE不需要等待低层向源eNode B发送的混合自动重传请求(HARQ，Hybrid Automatic Repeat reQuest)/自动重传请求(ARQ，Automatic Repeat reQuest)响应，就可以发起切换过程。

步骤8：源eNode B发送序列号(SN，Sequence Number)状态传输消息到目标eNode B，传送E-RAB(仅那些需要保留PDCP状态的E-RAB需要执行SN状态的转发，对应于RLC AM模式)的上行PDCP SN接收状态和下行PDCP SN发送状态。上行PDCP SN接收状态至少包含了按序接收的最后一个上行SDU的PDCP SN，也可能包含以比特映射的形式表示的那些造成接收乱序的丢失的上行SDU的SN(如果有这样的SDU的话，这些SDU可能需要UE在目标小区进行重传)。下午PDCP SN发送状态指示了在目标eNode B应该分配的下一个SDU序号。如果没有E-RAB需要传送PDCP的状态报告，源eNode B可以省略这条消息。

步骤9：UE收到切换命令以后，执行与目标小区的同步，如果在切换命令中配置了随机接入专用Preamble码，则使用非竞争随机接入流程接入目标小区，如果没有配置专用Preamble码，则使用竞争随机接入流程接入目标小区。UE计算在目标eNode B所需使用的密钥并配置网络选择好的在目标eNode B使用的安全算法，用于切换成功之后与目标eNode B进行通信。

步骤10：网络回复上行资源分配指示和定时提前。

步骤11：当UE成功接入目标小区后，UE发送RRC连接重配置完成消息，向目标eNode B确认切换过程完成。如果资源允许，该消息也可能伴随着一个上行缓存状态报告(BSR，Buffer Status Report)的改善。目标eNode B通过接收RRC连接重配置完成消息，确认切换成功。至此，目标eNode B可以开始向UE发送数据。

步骤12：目标eNode B向MME发送一个路径转换请求消息来告知UE更换了小区。此时空口的切换已经成功完成。

步骤13：MME向S-GW发送用户平面更新请求消息。

步骤14：S-GW将下行数据路径切换到目标eNode B侧。S-GW在旧路径上发送一个或多个"end marker包"到源eNode B，然后就可以释放源eNode B的用户平面资源。

步骤15：S-GW向MME发送用户平面更新响应消息。

步骤16：MME向目标eNode B发送路径转换请求ACK消息。步骤12～16就完成了路径转换过程，该过程的目的是将用户平面的数据路径从源eNode B转到目标eNode B。在S-GW转换了下行路径以后，前转路径和新路径的下行包在目标eNode B可能会交替到达。目标eNode B应该首先传递所有的前转数据包给UE，然后再传递从新路径接收的包。在目标eNode B使用这一方法可以强制性保证正确的传输顺序。为了辅助在目标eNode B的重排功能，S-GW在E-RAB转换路径以后，立即在旧路径发送一个或者多个"end marker包"。"end marker 包"内不含用户数据，由GTP头指示。在完成发送含有标志符的包以后，S-GW不应该在旧路径发送任何数据包。在收到"end marker包"以后，如果前转对这个承载是激活的，源eNode B应该将此包发送给目标eNode B。在察觉了"end marker包"以后，目标eNode B应该丢弃"end marker包"并发起任何必要的流程来维持用户的按序递交，这些数据是通过X2口前转的或者路径转换以后从S-GW通过S1口接收的。

步骤17：目标eNode B向源eNode B发送UE上下文释放消息，通知源eNode B切换的成功并触发源eNode B的资源释放。目标eNode B在收到从MME发回的路径转换ACK消息以后发送这条消息。

步骤18：收到UE上下文释放消息之后，源eNode B可以释放无线承载和与UE上下文相关的控制平面资源。任何正在进行的数据前转将继续进行。