浅谈TD Small Cell与宏网CS域双向切换的实现

    刘生定

    摘要：文章首先介绍了TD Small Cell与宏网互操作的必要性，从网络层面的宏观角度总结了TD Small Cell与宏网CS城实现双向切换的操作方法，其中重点分析了虚拟网关组网模式下cs域由宏切换的两种实现手段，并给出了相关应用建议。

    关键词：双向切换；CS域；虚拟网关；MSC POOL

    1引言

    TD Small Cell是近年来根据3G发展和移动宽带化趋势推出的超小型化移动基站，作为大网覆盖弱信号区和盲区的一种有效补充手段，其提供了一种区别于现网NodeB的全新的基站模式。从网络拓扑来看，TD Small Cell属于异系统，用户在Small Cell区域与宏网区域之间移动时，如何保证蜂窝网业务服务的连续性对Small Cell的成功应用至关重要。蜂窝网业务服务的连续性指实现终端的移动连续性，即Small Cell需良好地融入大网，实现与宏网的可靠互操作。互操作主要包含重选和切换两个部分，对于双向重选，由于重选是手机行为，只需要Small Cell和相关NodeB（BTS）各自互相配置了邻区关系，即可实现双向重选；对于双向切换，涉及小区间、RNC间甚至是MSC（SGSN）间的多方协助和配合，相对于重选配置复杂许多，如何实现微基站与宏基站的良好切换，提升用户感知，是本文研究的重点。

    本文着重介绍在TD Small CeIl广东建网模式下，与宏网实现CS域双向切换的思路，并侧重于描述TD Small Cell完成CS域双向切换于网络层面需要做的相关配置，从一个较为宏观的角度分析了厂家和运营商要做的工作。对于实现与宏网PS域的双向切换。现网一直存在问题，广分正与运营商做进一步研究，尚未有明确结论，文章暂不涉及Ps域切换研究。

    2广东移动TD Small Cell组网方集介绍7tCS域双向切换需求

    广东TD Small Cell现网建设以省为单位进行，即网关系统实体安装在广州，采用虚拟网关技术在全省21个地市共享网关、SeGW、网管、AAA/HLR鉴权服务器。网关luh接口接入广州IP城域网（CMNET），家庭网关或企业级eNB通过多种IP回传方式与网关互通，并使用1PSec加密传输；网关lu-CS（CS或）接口。

    通过CE（省级lP承裁网）连接各地市指定唯一的MSC，lu_-PS（PS域）接口通过cE连接广州大区指定唯一SGSN，即语音业务由各地市发起汇聚到广州再通过网关转发到指定各地核心交换，数据业务由各地发起汇聚到广州再通过网关统一送至广州大区指定SGSN；网管和AAA/HLR通过移动内部网络分别与省级网管、BOSSN通。

    TD Small Cell与传统TD宏网共用核心网。从网络架构来看，Small Ceil提供了一种新的RAN接入方式，为UE用户提供TD业务。由于Small Ceil小区覆盖范围较小，很容易发生uE用户通话进入或走出Small Cell小区现象，即而产生跨RNC的硬切换。因此，为保证Small Cell与大网的切实融合，真正将其规模应用子网络·广东移动要求Small Cell小区与宏网需优先实现cs域的双向切换。

    考虑到3G与2G网络的互操作，宏网要求支持TD语音到GSM语音的切换，对子2G语音切换至3G和2/3G数据业务双向切换，由子涉及GSM Nss和BSS网络升级和新增对TD目标小区触发算法及系列庞大的参数更新，投资巨大，且UE优先选择TD信号驻留原则，宏网不开启2G到3G的语音切换功能，其数据业务也仅满足2/3G系统间的双向重选。因此，对于TDSmall Cell小区来说，至少要实现的切换包括CS域与TD宏网的双向切换，与GSM宏网的单向切换。

    3CS域切换的实现方法

    广东移动采用虚拟网关方案，即Small Cell网关cs域通过核心网专用承载网以1P的方式接入各地唯一指定的MSC。

    3.1TD SmalI Cell小区向TD/GSM宏网的切换实现

    对子TD Small Cell小区向TD宏网的切换，需满足以下条件：

    （1）Small Cell的邻区列表中需要配置相应的向符合测量和判决条件的宏网切换所使用的频点和扰码。

    （2）当地连接的MSC Server中需定义Small Cell网关所用当地LAC为内部LAC，以用子系统网关向合适的MSC发送切换请求。

    由于TD Small Cell基站本身可通过SON自配置/手动添加的方式将周边TD宏网相关参数信息配置到自己的邻区列表，且通过邻区列表，在Msc定义了Small Cell当地使用的LAC区基础上，Small Cell可以告知核心网其需要和哪个小区互操作，核心网与宏小区无需再做任何配置即可实现向宏切换。

    对于TD Small Cell小区向GSM宏网的切换，需满足条件与向TD宏网切换类似。不同的是，由于TD Small Cell基站无法自动配置GSM邻区，需手动添加GsM宏网小区频点至其邻区列表。

    需要特别说明的是，以上切换的实现基于Small Ceil网关与RNC在同一MSC或MSC POOL内，若出现跨MSC或MSC POOL的局间切换，需运营商在另一MSC或MSC POOL中所有MSC上定文Small Cell当地LAC为外部小区。

    3.2TD宏网向TD Small Cell小区的切换实现

    TD宏网切向Small Ceil小区，NodeB配置Small Cell小区主频、扰码和cl等参数为先决条件，但由于广东虚拟网关组网于现网核心网采用MSC POOL组网有差异，导致NodeB无法添加Small Cell邻区参数。因此，实现由宏切换，需先解决MSC的切换数据配置。

    广东现网各地市核心网MSC均接入了POOL，“MSC POOL”基于3GPP TS23.236规范，是指将若干个和RNC相连的MSCServer放在一个池（P001）内，组成一个大的服务区域。对于RNC来说，每一个RNC都需要于POOL内的Server作信令面的连接，uE用户第一次进入池区，RNC节点按负荷均衡算法将其分配到池内的某个MSC节点，此节点称为用户的归属MSC或服务MSC。当用户在MSC池区内漫游时，始终由其归属MSC节点提供服务，直到该MSC节点故障失效或用户离开该池区。这样做的好处是，uE在整个POOL内服务区发生的切换，仅仅为局内切换（LAC切换），各NodeB之间做好邻区关系，POOL内的MSC之间无需再做数据配置，大大减少了核心网的开销和负担。

    对于small Cell来说，其仅仅连接了当地的一个MSCServer，而这个Server又同时属于当地核心网的一个POOL内网元，该Server定义的Small Cell内部LAC对于POOL内的其他Server不可见，POOL内的RNC无法向合适的MSC Server发送切换请求，也导致Node B无法添加Small Cell邻区参数。

    解决以上问题有两种方案，一是虚拟网关入POOL；二是在现有条件下，POOL内所有MSC Server对Small Ceil做POOL外小区配置。

    （1）虚拟网关入POOL。对于以IP方式接入核心网的虚拟网关来说，入POOL的关键点需实现NRl路由机制，并开发基于IU-Flex的NNSF代理功能。

    NRl指网络资源标识（Net work ResourceIdentifier），用于标识服务于一个特定uE的MSC节点。当UE初次注册到Msc POOL内的一个MSC时，这个MSC将分配含有本局NR1的TMS1（临时移动台标识）给uE。

    NNSF指非接入层节点选择功能（NAs Node SelectionFunction），具备该功能的实体下挂UE第一次注册到MSCPOOL中，根据负荷分担算法选择一个合适的归属MSC，当uE继续在MSC POOL移动和使用业务，NNSF实体解析初始的NAS层信令消息或LLC帧，提取NRl值，路由和选择管理归属MSC。也就是说，Small CelI虚拟网关实现NNSF功能主要是通过从TMSl中获取MSC POOL内的MSC Server的NR1值，然后通过读取网关内部根据NNSF负荷分担算法获取的预先配置好的MSC Server节点与NRl值的对应关系表，找到与获取的NRl值相对应MSC Server的地址、信令点和状态信息，即可实现用户于MSC POOL内相应的MSC Server节点的业务交互。

    另一方面，虚拟网关入POOL，除了考虑NNSF功能的实现，还应考虑网关所能承受的最大M3UA信令链路数量。由于网关入POOL需与POOL内所有Server～生逻辑连接，网关启用的M3UA链路数量由网关内部处理能力所决定。

    Small Cell网关M3UA能路由内部网络模块负责建立，影响网关处理能力的主要内部模块逻辑连接链路。每一条M3UA能路建立时，根据“名字服务通信流程”，Net网络模块会生成一个对象，使用UDP协议将其注册到名字服务器程序寄存，并广播到其他模块告知其状态的改变；其他模块也会发起注册，并广播至另外的模块告知其状态的改变，整个流程在很短的周期内周而复始，以便各个模块随时知道彼此工作状态正常与否，协同完成对每一条M3UA链路的处理。M3uA链路越多，各个模块的处理信息就越大，使得网关对基站业务接入能力就越饱和。根据实验室现有条件仿真测试结果，当M3UA链路达到100条时，存在基站接入网关进行业务在uE接入时延、通话质量等方面急剧恶化的较大风险。

    广东移动各个地市都实现了MSC POOL功能，且平均每个POOL内的Server数量为6个，虚拟网关若连接所有地市MSC POOL，需至少建立2×6×21=252条M3uA链路。因此，在广东现有网络中，虚拟网关即使开发了NNSF功能，也不建议入POOL，但对于其他地市较少的省份，在不大于100条M3UA链路建立的条件下，虚拟网关入POOL比较容易快速实现TD宏网切换回TD Small Cell小区。

    （2）POOL外小区配置。在虚拟网关仅连接地市移动唯一MSC server的组网条件下，要实现由宏切换，需先在当地核心网和RNC一侧进行相关POOL外配置，总结广东爱立信和华为两大核心网厂家的配置共性，主要有如下几步：

    ①在与Small Cell网关直连的server上定义网关所用LAC为内部LAC.。在其他server上定义网关所用LAC为外部LAC，在Pool内定义Server与Server间的相邻关系。

    ②在RNC上定义宏网RNC与网关全局邻区关系。

    ③在RNC上为宏基站添加Small Cell小区为切换邻区。

    因此，在未来深入推广TD Small Cell业务时，建议公司能优化网关处理能力，提升虚拟网关M3UA能路建立数量。保证网关的入POOL能力；另一方面，也可开发低成本小容量且具备NNSFX POOL功能的小网关产品，帮助分公司推动现有虚拟网关拆分到地市建设。

    4结语

    文章介绍了TD Small CeLL与宏网CS域双向切换在广东实际建设时于网络层面的实现方案。文章研究的内容，旨在摸索和完善TD Small Cell的工程的应用思路，希望能对还未开展TD Small Cell相关研究的分公司有所参考和帮助。