【原】5G(SA)网络内部切换流程解析

和老康一起学5G 2022-05-26 发布于陕西

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切换(Hand over)是移动通信网络中保持业务连续性的一项重要功能;5G(SA)网络中的换过程与传统移动网络的流程相同:即终端(UE)将测量到的服务小区报告与相邻小区PCI和信号强度报告发送给源小区,源小区判定最佳目标小区后开始启动切换流程,最终终端(UE)在目标小区完成切换。

4G(LTE)网络系统内(LTE到LTE)切换，除基站内部小区间外还有基于X2和S1的切换；它们又分为频率间、频率内切换;

针对5G(NR)网络3GPP规范除定义了5G到5G)的系统内切换外,还分别定义了基于Xn,N2或NGAP的切换;切换也分为频率内和频率间。

鉴于无线网络中的DU和CU分离结构,5G网络还定义了一些基于gNB-DU和gNB-CU分离架构的切换类型。它们归纳为以下三类：

gNB-DU内部切换；
gNB-DU和gNB-CU内部切换(源和目标gNB-DU连接相同gNB-CU);
gNB-CU间切换(可以基于Xn或N2）

在5G(NR)DU和CU分离网络架构中gNB-DU和gNB-CU内的切换流程,正如下图所示,当终端(UE)在5G(NR)网络中经常会从一个gNB-DU移动到同一gNB-CU内的另一个gNB-DU覆盖区域。

在上图中描述了终端的移动场景,其中终端UE通过源小区#1(PCI:22 )连接到无线网络gNB-DU#1;移动(切换)到目标小区#2(PCI:21),gNB-DU#2的覆盖区域内。在此切换过程中其信令涉及通过F1接口使用的F1AP协议和通过E1接口使用的E1 AP协议消息传递。由于所有控制面和用户面上下文都由同一CU的CUCP和 CUUP管理，源和目标小区都在同一个CU下,所以不会产生与5G 核心网交换的信令。

5G(NR)内部切换流程(Handover Call Flow)

如下图所示终端在5G网络内部切换流程可分为14步进行；

以上切换各步消息分别解析如下：

Step#1(MeasurementReport):终端UE向源gNB-DU发送MeasurementReport消息，其中:包括服务小区和最佳邻区信号强度。

Step#2(UL RRCMessageTransfer):源gNB-DU向gNB-CUCP发送上行(UL) RRC MESSAGE TRANSFER消息以传达MeasurementReport信息。基于测量报告,CUCP决定切换。

Step#3(UEContextSetupRequest):然后gNB-CUCP向目标gNB-DU发送UE CONTEXT SETUP REQUEST消息以创建UE上下文并设置SRB和DRB承载。

Step#4(UEConextSetupResponse)目标gNB-DU用UE CONTEXT SETUP RESPONSE消息响应gNB-CUCP,其中新分配了C-RNTI,SRB和DRB设置列表。

Step#5-6(BearerModification):gNB-CUCP向gNB-CUUP发送BEARER CONTEXT MODIFICATION REQUEST,其中包含要修改的DRB列表,gNB-CUUP以MODIFICATION RESPONSE进行响应。

Step#7(UEContextModificationRequest):gNB-CUCP向源gNB-DU发送UE CONTEXT MODIFICATION REQUEST消息，其中包括生成的RRC Reconfiguration消息，指示停止UE的数据传输。源gNB-DU还发送下行链路数据传递状态帧,以通知gNB-CUUP未成功向UE发送的下行链路数据。

Step#8 (切换命令):源gNB-DU将接收到的具有HO命令的RRCReconfiguration消息转发给UE。

Step#9(UEContextModificationResponse):源gNB-DU用UE CONTEXT MODIFICATION RESPONSE消息指示RRCReconfiguration已发送到UE来响应gNB-CUCP。

Step#10(目标小区上的RACH):在目标gNB-DU处执行随机接入过程。目标 gNB-DU发送下行链路数据传输状态帧以通知gNB-CU。下行链路数据包可能包括未在源gNB-DU中成功传输的PDCP PDU,从gNB-CU发送到目标gNB-DU。注意:在接收到下行链路数据交付状态之前或之后，是否开始向gNB-DU 发送DL用户数据取决于gNB-CU实现。

Step#11(ReconfigurationComplete):UE通过RRCReconfigurationComplete消息响应目标gNB-DU。

Step#12(UL RRCMessageTransfer):目标gNB-DUgNB-CU发送UL RRC MESSAGE TRANSFER消息以传达接收到的RRCReconfigurationComplete消息。下行数据包被发送到UE。此外上行数据包从UE发送，通过目标gNB-DU转发到gNB-CU。