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为什么4G-5G之间切换时延那么高?

2019-09-19 网优雇佣军 阅读:
为什么4G-5G之间切换时延那么高?
5G可以帮助运营商增加收入,但无线网络管理太复杂。

近日,来自lightreading报道,韩国运营商SKT的高管表示,自4月份商用5G后,5G用户每月使用数据流量约33.7GB,比4G用户多65%。5G带动了用户流量消费提升,也阻止了SKT收入不断下滑的趋势。G9aednc

这位高管表示,自推出5G服务后,SKT的ARPU值在经历了连续7个季度的下滑后,终于止跌回稳。G9aednc

但这位高管坦言,由于韩国三大运营商的5G早期部署均采用NSA(非独立组网)模式,在NSA组网下需同时管理4G和5G,这导致无线网络管理非常复杂。G9aednc

比如,在NSA组网模式下,语音业务通过LTE承载,因为语音业务对时延和掉话非常敏感,而高速数据业务通过LTE和5G NR传输,但低时延业务仅由5G NR传输,因此,运营商必须根据不同的业务类型精准地管理和优化网络。G9aednc

他还表示,在NSA组网下,网络速率和时延不可兼得。如果你需要更低时延的服务,则意味着带宽更低,网速更低。G9aednc

无独有偶,关于NSA组网的复杂性,最近感觉备受业界关注。不久前,网络评级机构RootMetrics发布了一份韩国5G评测报告,其中,由于NSA组网复杂性导致的4G-5G的切换时延问题成为热议的话题。G9aednc

在NSA组网下,4G-5G切换时延高达244ms。

RootMetrics的报告表示,韩国5G速率非常快,但你要体验超高速的5G连接,必须首先从LTE切换到5G NR,可这个切换过程却要花费较长的时间。G9aednc

RootMetrics实测显示,在韩国三大运营商中,LTE到5G NR的切换时延最高达到了244ms。G9aednc

没有办法,这是早期采用NSA组网必然要付出的代价。G9aednc

众所周知,在早期5G NSA组网下,5G NR控制面锚定于4G,并沿用4G核心网EPC,这一架构称为EN-DC,即EUTRA-NR双连接架构。G9aednc

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如上图所示,在NSA组网下,4G基站(eNB)为主节点(Master Node),5G基站(gNB)为辅助节点(Secondary Node)。G9aednc

在用户面,也就是传输数据流量时,4G基站和5G基站均直连4G核心网网元S-GW;但在控制面,也就是为了传输数据而进行信令交互时,只有4G基站直接与4G核心网网元MME相连。G9aednc

这意味着,手机要想通过5G基站传输高速数据,需首先连接4G基站进行信令交互,待4G基站分配完5G无线资源后,手机用户才能享受5G高速上网。简单的说,在NSA组网下,5G这条高速公路的指挥调度权掌握在4G手里。G9aednc

正是这种双连接架构极大地增加了无线接入网信令的复杂性,也影响了4G-5G的切换时延。G9aednc

为什么4G-5G之间切换时延那么高?

先来看看在EN-DC模式下的5G无线资源添加流程...G9aednc

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在NSA组网(EN-DC双连接)下,手机首先注册4G网络,然后再上报测量的5G信号强度和质量等,比如当手机移动到5G小区的覆盖范围时,检测到5G信号强度和质量足以支持5G服务,则4G基站将与5G基站沟通以为手机分配5G资源。G9aednc

接下来,4G基站通过RRC连接重配置(RRC Connection Reconfiguration)消息将5G NR分配的资源通知手机,完成RRC连接重新配置过程后,手机就同时连接到4G和5G网络了。G9aednc

具体步骤如下:G9aednc

步骤1:主节点4G基站决定将5G基站添加为辅助节点,向5G基站发送SgNB添加请求(SgNB Addition Request)消息。G9aednc

该消息携带RRC和无线承载配置、UE能力和安全信息等。G9aednc

步骤2-3:5G基站响应请求,向4G基站发送SgNB添加请求确认(SgNB Addition Request Acknowlege)消息。G9aednc

该消息包含了NR RRC配置消息(NR RRC Reconfiguration)消息,该消息将封装在LTE RRC 连接重配置(RRC Connection Reconfiguration)消息里,并通过4G基站发送给手机,为手机分配5G无线资源。G9aednc

步骤4:手机向4G基站回应RRC Connection Reconfiguration Complete消息,该消息携带了用于通知5G基站的NR RRC Reconfiguration Complete消息。G9aednc

步骤5:4G基站通过sgNB Reconfiguration Complete消息告知5G基站RRC重配置完成。G9aednc

该消息封装了NR RRC Reconfiguration Complete消息。G9aednc

接下来,手机将基于NR RRC Connection Configuration中包含的信息,检测NR 同步块,完成下行同步,获取NR物理小区标识和广播信道等,然后再向5G基站发起随机接入过程,以连接5G基站。G9aednc

完成以上步骤后,就意味着手机和5G基站已经准备好了用于数据传输的5G无线资源。G9aednc

但5G基站要传输数据还需要连接到核心网。G9aednc

接下来,4G基站会通知核心网MME数据承载正从4G-LTE切换到5G-NR,MME通知SGW更新承载,SGW将数据传输路径从4G基站切换到5G基站,再通过End Marker消息告知4G基站可以休息了,现在5G基站就可以传输数据了。G9aednc

由以上流程可知,EN-DC双连接明显增加了信令流程的复杂性。G9aednc

这好似在5G基站和手机之间多了一个“中转站”,本来可以直接发送给手机的NR RRC Reconfiguration消息,需经过4G多次封装和转发。G9aednc

正是这种复杂性导致了4G LTE与5G NR的切换时延过大,理论上整个过程需耗费100ms,实际网络中可达到300ms。G9aednc

尤其是随着用户移动而发生主节点4G基站之间切换时,由于从属于不同4G主节点的5G相邻小区之间不能直接切换,需首先释放源4G基站侧的5G NR资源,再执行源4G基站与目标4G基站之间的切换,切换完成后再在目标4G基站添加5G NR资源,这一过程花费的时间更长。G9aednc

(本文授权转载于网优雇佣军公众号,版权归作者所有,转载请联系作者)G9aednc

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