5.3 跟踪区更新---5.3.1 跟踪区更新过程的触发/5.3.2 跟踪区更新过程/5.3.3 负载均衡

爱卫生

5.3 跟踪区更新

跟踪区（Tracking Area, TA）更新过程总是由UE发起，用于通知网络UE当前所在位置发生了改变。除此之外，TA更新过程同时还可以用于核心网节点的负载均衡，UE相关参数在核心网与接入网节点更新等作用。

5.3.1 跟踪区更新过程的触发

跟踪区更新过程总是由UE发起，但触发原因可由网络指示，即网络可根据某种原因要求UE发起跟踪区更新过程。

一般来说，连接状态的UE主要在切换完成后发起TA更新过程，与HSS交互更改UE的位置信息，这种TA更新过程嵌入在切换过程中完成。

而独立执行的TA更新过程主要针对空闲状态的UE，这些UE可能处于GPRS附着或E-UTRAN附着的状态。TA的更新过程的触发主要有以下几类原因。

（1） 进入新TA

UE在附着到网络后，网络为其分配了一组注册的TA，这些TA的标识组合即为TAI列表。空闲状态的UE在移动过程中，如果进入一个新的TA，并且这个TA的标识不在UE已注册的TAI列表中，则UE应发起TA更新过程请求网络重新分配TAI列表，并将新的位置信息登记在网络中。

（2） 周期性更新

同UMTS中的周期性LA/RA更新一样，TA也有周期性的更新。周期性TA更新的触发通过周期性TA更新定时器来监视，如果周期性TA更新定时器超时，则UE应触发TA更新过程。如果UE在周期性TA更新定时器没有超过的时候就触发了TA更新过程，就将这个周期性TA更新定时器复位，并在UE进入空闲状态时重新启动。

（3） URA PCH状态下进入E-UTRAN

UE在UTRAN中有一只特殊的PMM-CONNECTED状态，更确切的说，UE的RRC状态是URA PCH，这是个特殊的RRC连接状态。这个状态虽然属于RRC连接状态，但UE只工作在公共信道，没有任何专用连接。

当URA_PCH状态的UE选择了E-UTRAN时，应执行不同更新过程而不是切换过程。

（4） GPRS READY状态下进入E-UTRAN

处于GPRS READY状态下的UE没有激活的PDP上下文，当它执行小区重选进入E-UTRAN时应执行TA更新过程。

（5） TIN指示的TA更新

当ISR激活的空闲状态的UE进入E-UTRAN时，如果其TIN指示为“P-TMSI”，则UE应发起TA更新过程，使得MME从SGSN获得最新的UE上下文。类似的，如果UE的TIN指示为“GUTI”，则UE进入UTRAN时应发起RA更新过程，使得SGSN从MME获得最新的UE上下文。

（6） 负载重分配

TA更新还用于一种负载重分配的情况，当网络希望一个UE现有的连接改变到另一个MME上时，由网络发起释放UE的RRC连接，并要求UE随后发起TA更新过程，在TA更新过程中为UE重新选择服务的MME。

（7） RRC连接失败恢复

如果接入层发生了无线链路连接失败并且试图恢复无线链路的尝试也失败，则UE的RRC层将通知NAS层发生了RRC连接的失败，随后NAS层发起TA更新尝试恢复UE的连接。

（8） UE能力信息改变

若UE特定的DRX参数、UE网络能力或MS网络能力这几个参数中的一个或多个发生了改变，则UE发起TA更新过程通知网络更新后的信息。

（9） UE的CS能力信息改变

对于具有SRVCC能力的UE，当它的MS Classmark 2、MS Classmark 3以及UE所支持的编码方式等能力信息中的一个或多个发生改变时，应发起TA更新过程通知网络更新后的信息。

5.3.2 跟踪区更新过程

跟踪区更新过程如图5-2所示。

UE发送TA更新请求消息触发TA更新过程。如果在TA更新过程还想激活已保留的EPS承载（即核心网中的EPS承载仍然存在，只是释放了Uu接口的无线承载和S1接口的S1承载），则在消息里携带激活标志。

如果收到消息的新MME发现没有保存的UE上下文，则按照UE提供的临时标识符的指示，向UE先前注册的原SGSN或原MME获取UE上下文。如果UE先前注册的是MME，则这个MME还对TA更新请求消息进行完整性检查。

新MME获取UE上下文后，指示S-GW创建该UE激活的承载。新MME可决定是否发生S-GW的改变，比如为了使得UE的用户平面路径更加合理。如果发生S-GW改变，则还要通知P-GW更新GTP隧道。

如果TAU过程由RAT的改变而引起，则RAT的类型还需要告知P-GW，由P-GW的PCEF通知PCRF，以获取与RAT类型匹配的计费和QOS策略。

新MME与HSS交互，更新HSS中关于UE的位置信息。HSS向新MME插入用户签约数据，同时删除原来的CN节点中保存的用户数据。

以上步骤成功完成后，MME向UE发送TA更新接受消息，其中包含MME为UE分配的GUTI、TAI列表、EPS承载状态和安全性相关参数等。如果TA更新接受消息中包含了MME为UE分配的新GUTI，UE应返回TA更新完成消息，证实收到新的GUTI。

如果UE在TA更新请求中没有包含激活标志，或者TA更新过程不是由于切换而引起的，则MME可触发释放与UE之间的RRC连接和S1连接。

5.3.3 负载均衡

SAE在设计中，沿袭了UMTS的Iu多连接方式实现负载均衡，即一定范围内的MME可组成一个MME池，池中的多个MME可同时连接一个eNB并与其建立S1接口连接，在SAE中被称为S1-Flex。E-UTRAN中的每个eNB可与一个MME池中的多个MME建立连接。eNB在为UE选择MME时，要考虑池中每个MME的负载情况。一个理想的结果是，在一定数量的UE注册之后，一个MME池中的每个MME的负载都应是基本相当的。

此外，当UE在这些连接到同一个MME的eNB之间移动时，都不改变提供服务的MME节点，对于提高切换的性能有好处。

图5-3所示为SAE中的S1多连接示意图。其中每个eNB都与一个MME池中的所有MME进行了网状全连接。

例如，UE在eNB中由MME-1-2提供服务，当UE在MME池-1中不同eNB之间移动时，为UE提供服务的MME可不改变，直到UE移动到eNB4后必须改变为UE服务的MME池时，才改变服务的MME，由eNB4从MME池-2中重新选择一个提供服务的MME。

负载均衡和负载重分配功能的实现也基于这些网状连接的S1接口。虽然在理想状态下，一个MME池中的每个MME的负载都应该是基本相当的，但还要考虑一个新的MME加入MME池中时，如何将MME池中已有MME的负载均匀卸下一部分分到新的MME，使得MME池中的所有MME之间的负载均衡重新达到均衡状态，这个过程即为负载重均衡。例如，MME-1-2为新加入的MME，系统应要求同一个池中的其他MME将一部分负载转移到MME-1-2中。

负载重均衡有一个过程，而并不是一蹴而就的。一般情况下，为了尽量减少对用户以及系统负载的影响，先将处于激活状态的UE通过切换方式转移到其他MME。对于处于空闲状态的UE，一般等其发起TAU或服务请求过程时再对UE的连接请求进行重新定向，转移到其他MME提供S1连接服务。

同样，MME出现过载也是一种非理想的状态，也需要过载控制机制，将过载的MME的负载转移到同一个MME池的其他MME上，平均MME池中每个MME的负载情况。

1 空闲状态UE实现负载重分配和过载控制

针对空闲状态发起TA更新、附着请求和业务请求的UE，如果eNB为UE所选择的MME开始执行负载重均衡，应该采取何种方式将UE的请求重新定向到负载较小的MME呢？

方案之一，当UE执行TAU或者附着过程时，收到请求信令的MME想eNB返回一个重定向（Redirect）消息，通知eNB当前正在执行负载的重分配，请eNB为UE另外选择一个MME惊喜服务。这个重定向消息中包含NAS消息（即TAU请求或者附着请求消息），eNB在重新选择服务的MME时将这个NAS消息转发到新选择的MME，UE不需要再次发起TAU过程或附着过程，以减小对UE行为的影响。

方案提出者认为这个方法的好处是，能够基于每个UE执行重定向，并且可以仅仅从MME降低一定数量的负载，而不需要卸除所有的负载。但这个方法需要引入新的信令；并且同一条NAS消息会在重定向过程中在S1接口上多传递两次，即整个过程中在S1接口上传递三次。

方案之二，当MME发生过载需要降低负载时，MME向其所连接的eNB发送开始降低负载的命令，收到命令的eNB不再为发起执行TAU和附着过程的UE选择这个已经过载的MME提供服务。直至eNB再次收到这个MME发送的降低负载停止命令，才开始继续选择这个MME为UE提供服务。

这个方案对于UE来说是影响最小，最简单的，并且可以快速降低MME的负载。但这个方案对于后续发起TAU或附着过程的所有UE都会产生影响。

方案之三，发生过载的MME在收到TA更新请求或附着请求后，在附着接受或TA更新接受消息中附带一个指示，并且释放S1信令连接。收到指示的UE得知需要执行负载重均衡过程，重新发起一个TAU请求，并指示要求为UE重新选择MME。

这种方案不需要引入额外的信令消息。但MME需要为每个UE都触发一次重新执行TAU过程的行为；并且，如果UE发起的TAU是切换过程触发的，则UE不应该再次触发一个TAU过程。

方案之四，如果网络发现MME过载，则向该MME服务下的UE发送信息，要求UE从网络注销，并重新发起附着过程。

运营商认为，在降低MME负载的时候应该基于每个UE执行，这样可对从MME卸除的负载进行定量的控制；另外，为了对空闲状态和连接状态的UE采取一致的处理方式，采用了基于方案三的方法：对于发起执行TA更新和附着过程的UE，MME完成这个TAU或附着过程，并发起释放S1信令连接，在释放S1信令连接的消息中，指示“需要负载均衡的TAU”，指示收到消息的UE重新发起TAU，并且指示新发起的TAU是由于执行负载均衡而发起的。

2 连接状态的UE实现负载均衡

对比空闲状态的UE，连接态的UE所占用的网络资源更多，如果将连接状态的UE转移到其他核心网节点，应该对当前核心网节点负载的下降更加有效。但改变连接状态的UE的连接会影响用户的体验，这是提供业务的运营商所非常不愿意看到的。因此一般来说，负载充分配和过载控制在实现的过程中，总是最后改变连接状态UE的连接。

方案之一，当MME需要降低负载时，向连接状态的UE发送“GUTI重分配请求”消息，其中携带一个标识，要求UE触发一个TAU过程，从而执行MME节点的重选。

但一般来说，虽然GUTI重分配过程可单独发起，但GUTI重分配过程并没有触发TAU过程的功能，这个方案将带来对现有机制较大的修改。

方案之二，当MME需要降低负载时，向UE触发一个切换过程。

这个方案要求在当前的切换过程中做修改，除了RAN节点可触发切换之外，核心网节点MME还可因为需要执行负载重分配或过载控制而触发切换。这个方法不能保证空闲状态和连接状态的UE使用同一个方法实现负载重分配和过载控制。

因此，最终的方法是，对于连接状态的UE，当UE从连接状态往空闲状态迁移时，MME在S1信令连接释放的原因为“需要负载均衡的TAU”，并释放S1和RRC连接。收到指示的UE在RRC连接释放完成后，触发一个TAU过程并指示这个过程因为MME的负载均衡所引起，应为UE另外选择一个提供服务的MME。