PS跨RNC切换失败-完整性保护

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摘要：

在移动通信系统中，切换是一个不可回避的问题。对TD-SCDMA系统来说，切换则显得尤为重要。它是实现连续覆盖、提高通信质量的最重要的手段之一。简而言之，切换就是将用户的连接从一个无线链路转换到另一个无线链路。切换的目的是处理由于移动而造成的越区、负载调整或其它原因使得需要引起无线链路改变。本文主要介绍切换原理及跨RNC间切换。

关键字：TD-SCDMA，接力切换，硬切换，软切换，跨RNC切换

1  切换概述

切换是当用户在蜂窝的覆盖区域中移动时，正在进行的呼叫从一个蜂窝转换到另一个蜂窝的过程。现在，无线移动网络已经成为通信基础网络中非常重要的部分。在无线移动网络中，严重的带宽限制已经迫使设计者将服务区域分为能够重复使用无线频谱的蜂窝。当移动设备从一个蜂窝移动到另一个蜂窝时，呼叫需要从一个基站切换到另一个基站。很显然，这样的切换可能造成通话的中断，从而影响蜂窝系统的设计和性能。

为了满足对无线通信飞速增长的需求，需要从根本上增加业务容量和服务区域的全球覆盖。一种方法是降低蜂窝的大小。通过重复使用资源，这些微蜂窝极大地提高了系统的容量，特别适用于有大业务量需求的区域。进一步分裂蜂窝可以获得更大的频率重用，但它也增加了与切换有关的问题。用户移动时所经过的蜂窝越多，切换的次数及引起的问题越多。另外一种更有效的增加系统容量和扩展覆盖的解决方法是将分层蜂窝结构(多层蜂窝结构)引入无线网络。它也给运营商提供了灵活性，选择合适的容量来满足业务流量的需求，同时可以更有效地使用可用频谱。分层蜂窝结构是一种最有效的用于调整无线环境来提供更大容量、减少无线干扰和改善业务质量的技术。但这种系统的网络控制非常复杂，需要更高级和灵活的移动性管理机制，它特别强调切换的设计。

在蜂窝通信系统的性能评价中，强迫中断正在进行的呼叫要比阻塞新的呼叫更令人反感，因此当用户从一个蜂窝移动到另一个蜂窝时，要做出很大的努力来保持当前正在进行的呼叫的连续性。

切换是一个重要的移动性管理功能，它是蜂窝系统所独有的功能，也是移动通信系统的一个关键特征。特别是对支持个人通信业务的全球漫游至关重要，因为它直接影响整个系统的性能。

1.1 切换测量和判决过程

切换典型过程：

在测量控制阶段，RNC通过发送测量控制消息告诉UE进行测量的参数。在测量报告阶段，UE给RNC发送测量报告消息。在切换判决阶段，RNC根据测量报告做出切换的判断。在切换执行阶段，UE和RNC走信令流程，并根据信令做出响应动作。

无论哪种切换UE 必须处于小区专用状态下才能进行，其流程一般是这样的：切换模块根据UE 所驻留的小区向UE 发送测量控制消息(MEASUREMENT CONTROL) ，在消息中可以指定UE 进行频内、频间或系统间三种切换中的一种测量（即测量类型）；指定测量上报方式是周期上报还是事件上报。如果是周期上报方式需要指定上报次数和间隔；如果是事件上报方式需要指定事件类型。除此之外消息中还包括一些切换参数的配置。UE 收到测量控制消息后，根据消息中的参数进行相应的测量，周期上报模式下UE 会周期性地上报测量结果；事件触发模式下UE 会根据测量进行相应的判断，如果满足事件触发的条件，UE上报事件号；切换模块收到UE 的测量报告消息(MEASUREMENT REPORT) 后，在周期上报的模式下其对测量结果进行存储，并由切换算法做出是否切换的判决。在事件上报模式直接由切换算法做出切换判决。如果判决需要发生切换，则向UE 发出切换命令。

1.2切换触发方式

在 RNC 侧切换算法的控制下，UE 可以工作在周期性上报模式或事件触发上报模式下。

事件触发上报测量报告模式相当于UE 侧做了测量、存储、平均和比较的工作。周期上报模式下UE 只做测量的工作， RNC 侧的切换算法负责对测量结果的存储和比较，因此将所有UE 都设置为周期上报模式，必将极大的增大 RNC 侧系统负担，增加空中接口消息的流量，降低系统的性能，这是我们所不能接受的。所以在实际的商用系统中，首选应该为事件触发模式，在UE 不支持事件触发的测量报告时， RNC 选择周期上报测量报告的模式。对于周期上报模式， RNC 侧的切换模块也按照事件触发模式下UE 侧使用的事件进行测量量的比较和切换判决。

2  切换分类

2.1 基本分类

不同的切换类型信令流程是不同的，但对于切换算法来说，其区别可能仅仅只是个别参数的不同，切换判决流程是完全相同的。

切换按测量类型划分为：

1) 频内切换

2) 频间切换

3) 系统间切换（指不同的通信系统之间的切换，例如GSM和TD系统之间的切换）

按照切换实现方式不同，可以划分为：

1) 接力切换（利用智能天线和上行同步技术，在对Ue的距离和方位进行定位的基础　　上根据Ue的距离方位等辅助信息来判断Ue是否移动到可进行切换的相邻小区）

2) 硬切换（在切换过程中移动台只与一台基站建立连接）

3) 软切换（指FDD中载波频率相同的小区之间的信道切换, 在软切换状态下，移动台需要与多于一个的基站建立连接,相当于一种宏分集。）

在第三代移动通信系统中， TD－SCDMA标准没有软切换，只有硬切换、接力切换。

通过何种方式实现切换才能获得最好的切换性能，即在增强UE通信质量的同时又能减小掉话风险，这对于保证整个系统的性能是极其重要的。

硬切换分为频内切换与频间切换。根据TD－SCDMA的特点，由于其频谱占用带宽窄，因此相邻小区更容易配备成不同频率，这将有利于消除小区间的干扰，有利于进行无线资源分配与管理。对于相互属于异频的相邻小区而言，在相邻小区中的切换将以频间切换为主。当然在实际情况中也可根据小区规划的不同情况选择不同的切换策略。

在实施硬切换之前，需要对各个不同载频（包括本载频）的小区信号质量进行综合评估，在条件合适的时候，及时将UE切换至质量最好的小区。由于硬切换有可能导致掉话，因此在切换方案中，减小掉话的风险是需要重点考虑的内容。

RNC内目前可以使用接力切换和硬切换，RNC间目前只有硬切换。

2.2 切换触发事件简介

1) 频内切换
 事件1G：最佳小区变化，若任何P-CCPCH变得优于先前的最佳P-CCPCH，触发该事件。UE上报1G事件，表明Ue测得有小区比当前使用小区的RSCP更好。
 事件1H： 低于某一门槛值的时隙ISCP
 事件1I： 高于某一门槛值的时隙ISCP

2) 频间切换
 事件 2A：最佳频率变化，当另一载频的质量值优于当前工作频率时，可考虑切换到另一载频上。
 事件2B：目前使用频率的估算质量低于确定门槛值和目前未使用频率的估算质量高于确定门槛值。
 事件2C ： 目前未使用频率的估算质量高于确定门槛值
 事件 2D： 目前使用频率的估算质量低于确定门槛值
 事件 2E： 目前未使用频率的估算质量低于确定门槛值
 事件 2F： 目前使用频率的估算质量高于确定门槛值

注意：RNC间切换也分为频内、频间，目前也使用的是1g，2a事件！

3) 系统间切换
 事件 3A：目前使用UTRAN频率的估算质量低于确定门槛值而其它系统的估算质量高于确定门槛值
 事件 3B： 其它系统的估算质量低于确定门槛值
 事件 3C： 其它系统的估算质量高于确定门槛值
 事件 3D： 在其他系统的最佳小区变化

3  切换流程

3.1硬切换（RNC内）流程

3.2 接力切换流程

3.3 跨RNC切换流程图

4 某地市PS跨RNC切换失败-完整性保护案例分析

4.1 PS业务RNC间无法回切现象描述

在某地市TD外场，发现在RNC2的小区8031和RNC5的小区10142之间无法进行PS域业务的RNC间切换回切。开始从10142小区PS业务成功切换到8031小区，然后从8031小区无法切回到10142小区。失败信令截图如下：

图4 切换失败信令

图5 跨RNC请求切换指令

4.2 现象分析

通过信令分析，如图4、5所示：发现CN给目标RNC5的10142小区发起Relocation  Request 消息后，目标RNC5 Relocation  Preparation 失败，由于CN等待目标RNC5进行Relocation  Preparation 完成超时，所以CN向源RNC2回复一条信令“Relocation Preparation Failure”重定位准备失败。

根据目标RNC侧的详细流程，发现“Relocation Request”是由CN向目标RNC的SCPI和UCI_C这2个实例发起的一条信令。由于SCPI是SCPM（信令连接处理模块）模块的一个实例，UCI_C是UCPMC（控制面UE呼叫处理模块）模块的一个实例，所以，为了进一步查明原因，就只需打开3G平台的打印模块SCPM和UCPMC，而不用打开RLMM模块等。打开2个打印模块后，采集到RNC2和RNC5的打印信息。

为了从大量的打印信息中，快速找到有用信息，采用如下方式：从图5的信令发现CN向目标RNC5发起“Relocation Request”消息，模块:RNLC_SCPM - tdScpm_SendRelocInToUc: SCPI 137 send RelocIn to UCPM_C.”，此信息说明SCPM模块处理“Relocation Request”没有问题，继续查找UCPMC模块的打印信息，发现模块:RNLC_UCPMC - --DUCIC-- : Inst 130 reloc from integrity protected CN to NO integrity protected CN is forbidden!”，此信息的含义是：RNC判断UE从一个打开了完整性保护的CN重定位到一个没有打开完整性保护的CN，所以拒绝了。此信息说明CN的PS域的完整性保护开关没有打开。

详细说明如下：通过信令发现，开始从RNC5的10142小区PS业务成功切换到RNC2的8031小区，CN的PS域的完整性保护开关没有打开，而CN的CS域的完整性保护开关打开，RNC向NodeB发起“Security Mode Command”的信令解开发现“cn_DomainIdentity”的值是“TRRC_cs_domain”,如图6所示。正常情况下，如果CN的PS域打开完整性保护，则cn_DomainIdentity”的值应该是“TRRC_ps_domain”。

图6 信令分析1

由于UE第一次由RNC5切换到RNC2时，做PS业务时触发过CS域的位置区更新过程，而CS域又打开了安全模式和完整性保护，这就使得UE第二次由RNC2切换到RNC5时，在Relocation Request中的Container中指示UE启动了完整性保护，如图7所示；但是在Relocation Request中的RelocationResquestMsg中指示CN没有启动完整性保护，如图8所示。

图7 信令分析2

图8 信令分析3

4.3 解决方法及验证

此为典型的PS域的完整性开关没有打开所导致，造成无法进行PS域业务的无损重定位，打开此开关后，一切正常。

5 总结

在TD建网期间，RNC，CN等设备需配置大量数据，对于数据准确率要求100％，否则会出现数据配置问题导致大量的复查工作，严重影响工作效率。在切换问题排查过程，需要熟悉切换流程后，再对问题环节进行逐一排查。