Inter-RAT Mobility in Connected State: CDMA2000 (eHRPD)

首先简单介绍一下  EPS + eHRPD网络的基本结构。


它分为两种，未优化的 和 优化的


EPS+eHRPD Network Architecture (Non-Optimized)





几个关键的接口
S2a Interface: 
    -    连接3GPP EPS 网络中PDN-GW 和 3GPP2 eHRPD网络中的HSGW。
    -    提供User Plane相关的控制，和eHRPD和PDN-GW间移动的支持。
    -    相关文档 3GPP TS 23.402，3GPP TS 29.275， 3GPP2X.S0057-0V1.0


Gxa Interface:
    -    连接3GPP网络中的Policyand Charging Rules Function(PCRF)和3GPP2 eHRPD网络中的HSGW。
    -    相关文档 3GPP TS 23.402， 3GPP TS 29.212， 3GPP TS 29.213


STa Interface:
    -    连接3GPP网络中的AAA 和 3GPP2 eHRPD网络中的 AAA
    -    相关文档3GPP TS 23.402， 3GPP TS 29.273。



EPS+eHRPD Network Architecture (Optimized)




S101 Interface:
    -    连接3GPP EPS网络中的MME 和 3GPP2 eHRPD网络eAN/ePCF。
    -    在UE和目的接入网间提供数据和信令的通道。
    -    相关文档3GPP TS 23.402， 3GPP TS 29.276


S103 Interface:
    -    连接3GPP EPS网络中的Serving S-GW 和 3GPP2 eHRPD网络的HSGW。
    -    在S-GW和HSGW间转发数据。
    -    相关文档3GPP TS 23.402，3GPP TS 23.276

E-UTRAN 和 eHRPD间 的 Handover Optimization

在E-UTRAN 和 eHRPD间支持4种 Optimization Handover。


S101 接口用来在MME 和 eAN间传递信令消息，S103接口用来在S-GW和HSGW间传递数据。


1) 如果网络中没有S101和S103接口，这时的Handover为Non-Optimized，这是第一种方式。


如果网络中有了S101和S103接口的支持，E-UTRAN中的SIB8 消息可以提供CDMA2000 1XRTT和EVDO的相关信息。
例如:Operation Band Class, Operating Frequency, Neighbor List, CDMA System Time, Search Window, Cell Reselection thrshlod,
EVDO Pre-Registration support, Pre-Registration Zone IDs等。


2) 如果网络中不支持pre-registration, E-UTRAN和EV-DO间的移动只是通过reselection进行的话，这是Non-Optimized，这是第二种方式


如果支持Pre-Registration，会有两种Handover。 


3) 如果Pre-Registration UE离开了 E-UTRAN的覆盖，并且请求EV-DO，这是一种Out of Coverage mobility。这是第三种Optimized方式。


4) 在Pre-Registration时，UE请求eHRPD资源的同时还仍然可以停留在E-UTRAN网络中，这是第四种方式，full optimized handover。

Optimized  与  Non-Optimized Handover 的比较

Pre-Registration

Pre-Registration 允许多模设备(LTE+eHRPD)当附着在LTE网络中时可以与eHRPD网络建立 Session。

The Key:  SIB 8 中 字段 PreRegistrationAllowed = TRUE

    -    Pre-Registration 允许设备在离开E-UTRAN前与eHRPD建立Session。
    -    Pre-Registration可能发生在E-UTRAN到eAN handover的任何时间。
    -    网络中必须有S101接口的支持。

Pre-Registration Call Flow

1-2)    假设UE与E-UTRAN有连接，并且E-UTRAN 通过SIB8消息告诉UE可以进行 pre-registration。

   3)    UE通过S101接口与EVDO建立通信。

   4)    如果UE没有UATI或者UATI需要改变，UE会向EV-DO请求UATI value。

   5)    UE 和 eAN通过S101接口配置EV-DO Session。

6.a)    如果需要鉴权，UE和eAN间会建立PPP连接，eAN通过A12接口进行鉴权，参加6.b, 6.c。

7a-7b)  eAN和HSGW通过A11消息建立A10连接。A11-RegistrationRequest消息包含pre-registration indication。基于这个标记，HSGW不会执行binding  establishment 或者更新 P-GW。

  8)    通过A10连接，UE与HSGW交换鉴权信息。HSGW可以获取PCRF中保存的用户信息，鉴权完成后，UE和HSGW会建立IP
服务上下文，包括IP地址，Qos 信息，Trafic Flow Template(TFT)等。

Idle Handover from E-UTRAN: With Pre-Registration

这种情况是对于UE有一个dormant的eHRPD session，这种Idle 的handover被认为是一种 Optimized Handover.因为已经通过Pre-Registration 过程建立了一个Session。

1-2)    UE 附着在E-UTRAN，并且处于Idle状态。UE收到SIB8消息，其中包含HRPD Idle Cell Reselection 参数和EVDO相邻小区信息。

   3)    基于SIB8中Idle Cell reselection thresholds，UE 决定执行handover 到目的eAN。

   4)    UE 返回 eHRPD并且通知eAN UE已经执行了inter-technology idle handover。

   5)    因为已经存在的eHRPD session在相同的subnet，A10连接已经存在，eAN为所有的A10发送A11-Registration Request。Pre-Reg=0表示发送 A11 Reg Req 是因为UEcong E-UTRAN转移到了EV-DO，而并不是因为Pre-Registration。

   6)    根据A11-Registration Request 消息，eHRPD session会有一个非0的 life timer，并且设置PMIP indicatoer = 0。HSGW会认为这个UE没有绑定PMIP，并且为这个UE进行绑定更新。此时User Plane已经由P-GW转换到了eHRPD。

   7)    A11-Registration Request消息会被验证，并且如果建立了A10 Connection，会返回A11-Registration Reply消息。

Idle Handover from E-UTRAN: Without Pre-Registration

  1)    初始化时，UE 附着在E-UTRAN，并且处于Idle model，并且没有执行Pre-Registration。


  2)    UE从eNB收到SIB8 消息，其中包含eHRPD 相邻小区的信息。


  3)    当UE满足了eHPRD相邻小区重选条件时，它的无线信号从LTE转换到eHRPD。


  4)    UE当到达eHRPD网络时，开始初始化Session Negotiation 。


  5)    根据eAN初始化的A12 Authentication Request，UE在3GPP2 AAA Server 执行 A12 CHAP Authentication。


  6)    eAN初始化同UE建立 A10 Session，并且发送A11-Registration Request到HSGW，HSGW返回A11-Registration Response。


  7)    作为PPP连接的一部分，UE 初始化LCP Sessiong 建立过程。


  8)    3GPP AAA Server执行网络初始化的EAP-AKA 鉴权。


  9)    UE 发送VSNCP Configure-Request到HSGW。消息中包括PDN-ID，APN, PDN Address，Protocol Configuration Options 和Attach Type。


 10)    HSGW同PCRF执行Gateway Control Session 建立过程，作为这步的结果，PCRF发送Qos结果到HSGW。


11a)    HSGW 发送 PMIP Binding Update 到P-GW来更新注册。


11b)    PGW 从PCRF取得Qos Policy 参数。


11c)    PGW 发送消息PMIP Binding Ack 来响应HSGW。


 12)    HSGW发送 VSNCP Configure-Ack到UE，其中包括(PDN-ID，APN，PDN Address，PCO，和 Attach Type)


 13)    HSGW发送VSNCP Configure-Request 来结束。


 14)    UE发送VSNCP Configure-Ack 来响应。


 15)    P-GW初始化EPS承载删除的过程。

 16)    UE可能发送Router Solicitation 消息到HSGW，来请求IPv6 prefix。

 17)    HSGW会返回Router Advertisement 其中包含IPv6 perfix。

 18)    UE可能会请求建立附加的Dedicated Bearer。
 
  
 

Non-Optimized Active Handover from E-UTRAN

在这个例子中，UE不支持IRAT相邻小区测量，它是通过LTE Serving Cell 册测量，然后有E-UTRAN redirected UE到eHRPD。


它可以看做是Blind Handover。


  1)    UE 通过PDCCH管理scheduling 信息，并且接受系统消息。


  2)    UE 收到A2 事件。


  3)    eNB 发送RRC Connection Reconfiguration Complete 来确认配置。


  4)    UE 检测到在Time to Trigger时间内 LTE Serving Cell的信道质量降低到A2 threshold以下。


  5)    UE发送Measurement Report 消息到E-UTRAN其中包含LTE serving cell RSRP 和 RSRQ。


  6)    E-UTRAN决定进行Blind handover到eHRPD。它向UE发送RRC Connection Release消息，其中包含目的eHRPDd Band Class和Channel 信息。


  7)    eNB发送消息 UE Context Release Request 到MME初始化UE Context Release，Cause=IRAT Relection。


  8)    MME发送Release Access Bearer Request到S-GW并且从S-GW接收Release Access Vearer Response。


  9)    MME 发送UE Context Release Command到eNB。


 10)    eNB 返回UE Context Release Complete消息。
  
 11)    根据E-UTRAN redirection，UE接入 eHRPD并且执行session negotiation。
  
 12)    eAN会发起并初始化A12 鉴权请求，UE在3GPP AAA server执行CHAP 鉴权过程。
  
 13)    eAN开始建立A10 Session，并且发送A11 Registration Request到HSGW。HSGW 返回A11 Registration Response。


 14)    作为PPP连接的一部分，UE 初始化LCP Sessiong 建立过程。


 15)    3GPP AAA Server执行网络初始化的EAP-AKA 鉴权。


 16)    UE 发送VSNCP Configure-Request到HSGW。消息中包括PDN-ID，APN, PDN Address，Protocol Configuration Options 和Attach Type。


 17)    HSGW同PCRF执行Gateway Control Session 建立过程，作为这步的结果，PCRF发送Qos结果到HSGW。


18a)    HSGW 发送 PMIP Binding Update 到P-GW来更新注册。


18b)    PGW 从PCRF取得Qos Policy 参数。


18c)    PGW 发送消息PMIP Binding Ack 来响应HSGW。


 19)    HSGW发送 VSNCP Configure-Ack到UE，其中包括(PDN-ID，APN，PDN Address，PCO，和 Attach Type)


 20)    HSGW发送VSNCP Configure-Request 来结束。


 21)    UE发送VSNCP Configure-Ack 来响应。


 22)    P-GW初始化EPS承载删除的过程。


 23)    UE可能发送Router Solicitation 消息到HSGW，来请求IPv6 prefix。


 24)    HSGW会返回Router Advertisement 其中包含IPv6 perfix。


 25)    UE可能会请求建立附加的Dedicated Bearer。

Optimized Active Handover from E-UTRAN

  1)    假设E-UTRAN和EV-DO间存在激活的pre-registration，并且S101已经建立起来了，UE执行测量。根据UE的measurement report，E-UTRAN决定handover到EV-DO，并且发送HandoverfromEURANPreparationRequest消息。


  2)    UE发送Connection Request消息到EV-DO 的eAN/ePCF来获取无线资源，因为这条消息是通过MME转发的，MME还会附加P-GW address，和Uplink GRE key在S101 Direct Transfer消息中。


  3)    eAN发送A11 Registration Request消息到HSGW。消息中包含P-GW address，和Uplink GRE key。同时它还会请求数据转发的地址。


  4)    HSGW返回A11-Registration Request。如果支持数据转发，其中会包含数据转发的地址。


  5)    eAN分配无线资源，并且通过管道发送TrafficChannelAssignmen(TCA)到UE。TCA消息是通过Direct Transfer消息承载的，并且先被发送到MME，由MME转发到eNB和UE。


  6)    如果支持数据转发，此时E-UTRAN会通过S-GW把数据转发到HSGW，转发的地址是HSGW IP Addressa和GRE key。


  7)    UE 接入EV-DO。


  8)    UE 发送Traffic Channel Complete (TCC)消息到eAN。


  9)    eAN 发送A11-Registration Request到HSGW，其中包含Active Start Air link Record。


 10)    HSGW 发送A11-Registration Reply进行响应。


 11)    HSGW创建了PMIP binding并且结束其他必要的过程。这步是由第9步触发的，并且基本和第10步同时发生。当HSGW和PDN-GW见的PMIP绑定完成后，P-GW可以直接向HSGW转发数据。同时，会停止其他的数据转发。


 12)    eAN 通知MME handover 结束。


 13)    MME确认 handover 结束。


 14)    E-UTRAN，MME，和S-GW释放资源。

Idle Handover from eHRPD

Idle 状态下从EV-DO到E-UTRAN的handover发生在UE 选择了一个E-UTRAN小区并进行Attach的过程。



1-2)    UE在EV-DO网络中，并处于Idle 状态，UE收到Other RAT Neighbor List消息，其中包含E-UTRAN小区信息。


  3)    根据Idle Cell Reselection的thresholds，UE决定执行reselection到E-UTRAN。
  
  4)    UE关闭EV-DO的连接，返回E-UTRAN网络。
  
  5)    UE执行E-UTRAN的接入过程，并附着在LTE网络。P-GW会分配相同的IP给UE。


6-7)    P-GW 通知HSGW释放PMIP绑定，并且释放其他资源。


  8)    HSGW在开始A10 释放过程前可能会等待一段时间，这根据具体实现的。主要为了防止产生乒乓现象。

S101 Tunnel Redirection

每个MME Pool都有一些Tracking Area, 每个TA会包含一些小区，每个eNB的小区只属于一个TA。当Idle model的UE在不同的TA间移动时，会产生Tracking Area Update 过程，如果移动时MME与eAN间存在S101接口，这时源MME就要把S101接口重定位到新的MME上。





  1)    初始化时UE执行pre-registration。 S101是在源MME和eHRPD接入网间。


  2)    当UE从一个TA转移到另一个属于其他MME的TA，UE开始Tracking Area Update过程。


  3)    UE的上下文环境从源MME转移到目的MME，其中包括eHRPD Access Network ID。


  4)    目的MME发送S101 Redirection Command消息到eHRPD Access Network。当eHRPD收到这个消息后，eHRPD会将S101的通道关联到新的目标MME 并释放和源MME相关的资源。

  5)    eHRPD会发送S101 Redirection Ack 作为响应到目的MME。