NSA組網(wǎng)的復(fù)雜性將導(dǎo)致4G-5G的切換時(shí)延問題

5G可以幫助運(yùn)營(yíng)商增加收入，但無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理太復(fù)雜。

近日，來(lái)自lightreading報(bào)道，韓國(guó)運(yùn)營(yíng)商SKT的高管表示，自4月份商用5G后，5G用戶每月使用數(shù)據(jù)流量約33.7GB，比4G用戶多65％。5G帶動(dòng)了用戶流量消費(fèi)提升，也阻止了SKT收入不斷下滑的趨勢(shì)。

這位高管表示，自推出5G服務(wù)后，SKT的ARPU值在經(jīng)歷了連續(xù)7個(gè)季度的下滑后，終于止跌回穩(wěn)。

但這位高管坦言，由于韓國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商的5G早期部署均采用NSA（非獨(dú)立組網(wǎng)）模式，在NSA組網(wǎng)下需同時(shí)管理4G和5G，這導(dǎo)致無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理非常復(fù)雜。

比如，在NSA組網(wǎng)模式下，語(yǔ)音業(yè)務(wù)通過LTE承載，因?yàn)檎Z(yǔ)音業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延和掉話非常敏感，而高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過LTE和5G NR傳輸，但低時(shí)延業(yè)務(wù)僅由5G NR傳輸，因此，運(yùn)營(yíng)商必須根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型精準(zhǔn)地管理和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。

他還表示，在NSA組網(wǎng)下，網(wǎng)絡(luò)速率和時(shí)延不可兼得。如果你需要更低時(shí)延的服務(wù)，則意味著帶寬更低，網(wǎng)速更低。

無(wú)獨(dú)有偶，關(guān)于NSA組網(wǎng)的復(fù)雜性，最近感覺備受業(yè)界關(guān)注。不久前，網(wǎng)絡(luò)評(píng)級(jí)機(jī)構(gòu)RootMetrics發(fā)布了一份韓國(guó)5G評(píng)測(cè)報(bào)告，其中，由于NSA組網(wǎng)復(fù)雜性導(dǎo)致的4G-5G的切換時(shí)延問題成為熱議的話題。

在NSA組網(wǎng)下，4G-5G切換時(shí)延高達(dá)244ms。

RootMetrics的報(bào)告表示，韓國(guó)5G速率非?？?，但你要體驗(yàn)超高速的5G連接，必須首先從LTE切換到5G NR，可這個(gè)切換過程卻要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。

RootMetrics實(shí)測(cè)顯示，在韓國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商中，LTE到5G NR的切換時(shí)延最高達(dá)到了244ms。

沒有辦法，這是早期采用NSA組網(wǎng)必然要付出的代價(jià)。

眾所周知，在早期5G NSA組網(wǎng)下，5G NR控制面錨定于4G，并沿用4G核心網(wǎng)EPC，這一架構(gòu)稱為EN-DC，即EUTRA-NR雙連接架構(gòu)。

如上圖所示，在NSA組網(wǎng)下，4G基站（eNB）為主節(jié)點(diǎn)（Master Node），5G基站（gNB）為輔助節(jié)點(diǎn)（Secondary Node）。

在用戶面，也就是傳輸數(shù)據(jù)流量時(shí)，4G基站和5G基站均直連4G核心網(wǎng)網(wǎng)元S-GW；但在控制面，也就是為了傳輸數(shù)據(jù)而進(jìn)行信令交互時(shí)，只有4G基站直接與4G核心網(wǎng)網(wǎng)元MME相連。

這意味著，手機(jī)要想通過5G基站傳輸高速數(shù)據(jù)，需首先連接4G基站進(jìn)行信令交互，待4G基站分配完5G無(wú)線資源后，手機(jī)用戶才能享受5G高速上網(wǎng)。簡(jiǎn)單的說，在NSA組網(wǎng)下，5G這條高速公路的指揮調(diào)度權(quán)掌握在4G手里。

正是這種雙連接架構(gòu)極大地增加了無(wú)線接入網(wǎng)信令的復(fù)雜性，也影響了4G-5G的切換時(shí)延。

為什么4G-5G之間切換時(shí)延那么高？

先來(lái)看看在EN-DC模式下的5G無(wú)線資源添加流程...

在NSA組網(wǎng)（EN-DC雙連接）下，手機(jī)首先注冊(cè)4G網(wǎng)絡(luò)，然后再上報(bào)測(cè)量的5G信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量等，比如當(dāng)手機(jī)移動(dòng)到5G小區(qū)的覆蓋范圍時(shí)，檢測(cè)到5G信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量足以支持5G服務(wù)，則4G基站將與5G基站溝通以為手機(jī)分配5G資源。

接下來(lái)，4G基站通過RRC連接重配置（RRC Connection ReconfiguraTIon）消息將5G NR分配的資源通知手機(jī)，完成RRC連接重新配置過程后，手機(jī)就同時(shí)連接到4G和5G網(wǎng)絡(luò)了。

具體步驟如下：

步驟1：主節(jié)點(diǎn)4G基站決定將5G基站添加為輔助節(jié)點(diǎn)，向5G基站發(fā)送SgNB添加請(qǐng)求（SgNB AddiTIon Request）消息。

該消息攜帶RRC和無(wú)線承載配置、UE能力和安全信息等。

步驟2-3：5G基站響應(yīng)請(qǐng)求，向4G基站發(fā)送SgNB添加請(qǐng)求確認(rèn)（SgNB AddiTIon Request Acknowlege）消息。

該消息包含了NR RRC配置消息（NR RRC ReconfiguraTIon）消息，該消息將封裝在LTE RRC 連接重配置（RRC Connection Reconfiguration）消息里，并通過4G基站發(fā)送給手機(jī)，為手機(jī)分配5G無(wú)線資源。

步驟4：手機(jī)向4G基站回應(yīng)RRC Connection Reconfiguration Complete消息，該消息攜帶了用于通知5G基站的NR RRC Reconfiguration Complete消息。

步驟5：4G基站通過sgNB Reconfiguration Complete消息告知5G基站RRC重配置完成。

該消息封裝了NR RRC Reconfiguration Complete消息。

接下來(lái)，手機(jī)將基于NR RRC Connection Configuration中包含的信息，檢測(cè)NR 同步塊，完成下行同步，獲取NR物理小區(qū)標(biāo)識(shí)和廣播信道等，然后再向5G基站發(fā)起隨機(jī)接入過程，以連接5G基站。

完成以上步驟后，就意味著手機(jī)和5G基站已經(jīng)準(zhǔn)備好了用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)?G無(wú)線資源。

但5G基站要傳輸數(shù)據(jù)還需要連接到核心網(wǎng)。

接下來(lái)，4G基站會(huì)通知核心網(wǎng)MME數(shù)據(jù)承載正從4G-LTE切換到5G-NR，MME通知SGW更新承載，SGW將數(shù)據(jù)傳輸路徑從4G基站切換到5G基站，再通過End Marker消息告知4G基站可以休息了，現(xiàn)在5G基站就可以傳輸數(shù)據(jù)了。

由以上流程可知，EN-DC雙連接明顯增加了信令流程的復(fù)雜性。

這好似在5G基站和手機(jī)之間多了一個(gè)“中轉(zhuǎn)站”，本來(lái)可以直接發(fā)送給手機(jī)的NR RRC Reconfiguration消息，需經(jīng)過4G多次封裝和轉(zhuǎn)發(fā)。

正是這種復(fù)雜性導(dǎo)致了4G LTE與5G NR的切換時(shí)延過大，理論上整個(gè)過程需耗費(fèi)100ms，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中可達(dá)到300ms。

尤其是隨著用戶移動(dòng)而發(fā)生主節(jié)點(diǎn)4G基站之間切換時(shí)，由于從屬于不同4G主節(jié)點(diǎn)的5G相鄰小區(qū)之間不能直接切換，需首先釋放源4G基站側(cè)的5G NR資源，再執(zhí)行源4G基站與目標(biāo)4G基站之間的切換，切換完成后再在目標(biāo)4G基站添加5G NR資源，這一過程花費(fèi)的時(shí)間更長(zhǎng)。
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