3GPP ISR设计原理简介

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1、3GPP ISR设计原理 简介2010年10月4日ISR ISR-Idle mode Signaling Reduction, 信令缩减，用于空闲状态的UE在进行系统 间的小区重选时减少与网络的信令交互。 空闲状态包括EPS中的ECM-IDLE、UMTS 中的PMM-IDLE和GPRS中的GPRS STANDBY。ISR的需求 信令缩减（Idle mode Signaling Reduction, ISR）的需求最初由运营商提 出。运营商提出在最初部署UMTS网络时， 由于GSM/GPRS网络已经基本全面覆盖， 并且UMTS的部署只能一步一步进行，使得 初始部署中在UMTS只能在GSM/GPR

2、S中 点状覆盖，如下图所示。ISR的需求ISR的需求 从上图可以看出，由于点状覆盖，空闲状态的UE在移动 的路径上如果进出UMTS网络，就需要执行位置更新的操 作。当UE频繁进入UMTS网络时，比如UMTS网络部署在 CBD或科技园区，有大量用户进出这个区域，位置更新的 操作就会发生特别多，并且会发生大量的乒乓重选。 运营商认为这种频繁的位置更新信令严重影响了系统的性 能。而对于手持这些空闲状态UE的用户来说，在移动的 过程中位置的改变对于用户并不可知。因而运营商希望能 够采取一种方法，使得空闲状态的UE在往返E-UTRAN和 UTRAN边界的时候，可以不用总执行TA更新或RA更新过 程，从而

3、减少网络设备处理位置更新过程而带来的负荷。 ISR被认为是E-UTRAN部署初期终端必须支持的功能， 网络设备可以可选支持。ISR 方案选择 针对已经确定的跟踪区概念，最初提出了以下9种候选方 案： （1）分离的路由区和跟踪区，不做任何优化； （2）公共的路由区以及公共的SGSN； （3）公共的RNC； （4）等效的路由区，通过SGSN转发； （5）UE总是驻留在最后使用的RAT中； （6）分组数据承载的转发； （7）RAT之间的资源分配； （8）用户的IP层互联互通； （9）MME/SGSN结合节点的方式。ISR的需求 显然，方案（1）不采用任何优化，不符合运营商 的需求，在ISR中是不会采

4、用的。 而方案（2）是将E-UTRAN的小区和UTRAN的 小区规划在一个RA中，并使用同一个SGSN。这 个想法来源于UMTS中将UTRAN小区和GSM小区 规划在一个RA中，并使用共同的 MSC/VLR/SGSN等核心网实体。但这种方案在 处理URA-PCH状态的时候有很大问题；并且一定 需要同时支持两种PS网络的核心网实体，如 SGSN和MME必须联合在一个节点中。ISR的需求 方案（5）建议UE总是驻留在最后使用的无线接 入网中，尤其在重叠覆盖的情况下，可以有效减 少系统间的小区重选而减少位置更新信令。但这 个方法违反了运营商在网络部署上的期望，一般 来说，运营商在E-UTRAN/EP

5、C的部署初期为了 吸引用户并且验证网络的成熟度，非常希望UE能 够优先驻留在E-UTRAN/EPC网络中。 因此方案（1）、方案（2）、方案（5）首先被 排除，方案（3）因为与E-UTRAN的体系架构明 显不一致，也被排除。ISR的需求 方案（8）建议在UE的IP层进行互联互通，即核 心网网关节点作为家乡代理（Home Agent）,为 UE同时分配一个用于UMTS的本地IP地址和一个 用于EPS的本地IP地址，并且分配一个全局IP地 址。UE在UMTS中分配的IP地址和SGSN总是注 册在网关中，这个IP地址被看做UE的默认IP地址 （即转交地址），UE保持在SGSN中的注册。通 过MIP机

6、制，UE在UTRAN和E-UTRAN间移动时 不需要任何更多的注册信令。但这个方案完全基 于IP层，对现有网络实体所需要的改造比较大， 同时与已经确定的移动性管理在IP层之上的原则 相违背，因此也不在EPS中考虑。ISR的需求 方案（9）基于结合的MME/SGSN节点。这个方案同样 基于等效RA的概念，即UE注册到SGSN时，收到SGSN 分配的P-TMSI和RAI以及等效RA；如果UE注册到MME ，则从MME中得到同样的临时标识和等效RA。这样UE只 要注册到UTRAN和E-UTRAN的其中一个，在空闲状态时 就可以在两个区域中自由移动而不需执行位置更新。当下 行数据到达时，如果UE驻留在

7、UTRAN，用户面结点就复 制数据并转发到UTRAN；如果UE驻留在E-UTRAN，用 户面结点就将数据直接转发到E-UTRAN。这个方案的前 提是SGSN和MME节点必须合并，并且EPC中的控制平面 节点和用户平面节点分离。因此该方案的使用范围和场景 有限，将在最终方案中考虑其中一部分优点，而不会过多 采用这个方案的优点。ISR的需求除了上述几个方案之外，方案（4）、方案（6）和方案（7）被认为 各有优缺点，可以结合成一个方案。 方案（4）的特点是引入了等效RA的概念，即E-UTRAN小区和 UTRAN小区分别按照各自的接入系统规划，规划到TA和RA中，但将 相邻或重叠的TA和RA看作是“等

8、效RA”。“等效RA”的特点就是，将 TA和RA看做是一个“大的”RA，空闲状态的UE在这个区域中移动时不 需要位置上的更新。这与等效PLMN的概念类似。 UE在网络中接入或执行位置更新后，收到两个系统分配的临时标识 和等效RA列表。UE在空闲状态移动时，就不需要执行位置更新过程 。 这个方案的主要缺点是：UE最初在两个网络中的RA和TA中都进行了 注册，虽然注册的位置区中移动不需要进行位置更新，但是没有考虑 到UE的移动性是不可预见的，例如，UE可能一直在UTRA的范围内 移动或者UE移动到其他TA，这种注册就比较浪费；此外，这种方案 使得UE总是要在UTRAN和E-UTRAN中一起寻呼，寻

9、呼区的范围被 扩大了。ISR的需求 解决方案（6）是个分组数据承载转发的方案。UE在 SGSN中注册，SGSN分配TMSI和RA，之后SGSN把相 关的参数注册到HSS。MME同时也保存SGSN分配的 TMSI和RA。如果UE接入到E-UTRAN，则MME分配 GUTI和TA列表给UE。在这个结构中，S-GW总是在用户 平面路径上（即SGSN与S-GW连接）。UE保持注册到 SGSN，且HSS中只注册SGSN。MME和SGSN各自保存 对方分配的临时标识，所以当终端在不同系统间移动时， 不需要和网络间建立额外的注册信令。 这个方案的缺点是用户与HSS之间的控制和注册可能都要 通过用户平面进行；

10、对现有的SGSN要做较大的修改； MME与HSS之间没有接口。ISR的需求 解决方案（7）主要考虑在不同接入系统间进行资源分配 。UE在MME中注册，获得相应的临时标识、TA和RA， MME再到HSS注册相关的标识。当终端在演进系统和 2G/3G系统间移动时，不需要和网络间建立额外的注册 信令。当下行数据到达时，S-GW同时要求MME和SGSN 寻呼UE。这个方案除了被认为对SGSN、RNC要做修改 外，其他的缺点并不严重。 ISR最终采用的方案是通过对上述多种方案结合而产生的 ，并且经过长期的讨论和优化，才最终形成目前所看到这 个完整的方案。在实现ISR的时候，充分考虑了位置更新 信令的缩减

11、、上下文和承载的同步以及联合的 SGSN/MME节点的问题。ISR原理 ISR机制遵循如下主要原理： （1）MME和SGSN都注册到HSS，HSS中同时保存两个系 统的PS注册，即双注册概念；当UE注册到Gn/Gp SGSN 时，HSS不保持MME和Gn/Gp SGSN的双注册。 （2）UE分别注册到MME和SGSN，即根据UE的移动决定 是否需要同时注册到两个系统。 （3）当ISR功能激活或取消时，核心网节点（SGSN和 MME）应通知UE这种变化。 （4）当UE在UTRAN中处于URA_PCH状态时，移动到E- UTRAN不能做空闲状态而不做任何处理，而是将它看做 激活状态，执行TAU完成

12、接入到E-UTRANISR原理（5）当ISR激活，空闲模式UE的下行数据用户平面终结点 是S-GW。 （6）当UE的ISR激活或取消时，应通知S-GW这种状态的 变化。 （7）在UE中分别针对两个系统运行个的周期性更新定时器 ，对SGSN河MME的更新分别进行；在缺少周期性更新时 ，应避免删除PDP上下文或EPS承载。 （8）当ISR激活时，一个无线接入技术的核心网保存另一 个无线接入技术的核心网节点的地址。 （9）空闲状态下有下行数据到达时，同时在E-UTRAN和 UTRAN/GERAN中寻呼UE。ISR原理 具体地说，当ISR激活时，意味着UE同时注册到 了MME和SGSN。SGSN和MM

13、E都与S-GW之间 有控制连接。MME和SGSN都注册到HSS。UE 同时保存从SGSN收到的移动性参数（例如P- TMSI和RA）和从MME收到的移动性参数（如 GUTI和TA列表），UE还保存会话管理（承载） 上下文，这些上下文对于E-UTRAN和 GERAN/UTRAN接入系统是公用的。在空闲状态 ，UE可以在已经注册的E-UTRAN和 GERAN/UTRAN小区之间进行重选，而不需要与 网络之间执行任何任何TA更新和RA更新过程。 当ISR激活时，SGSN和MME保存对方地址。ISR原理 当ISR激活时有下行数据到达，S-GW同时在SGSN和 MME发起寻呼过程。当UE响应寻呼或者需要

14、发送上行数 据时，在当前驻留的无限接入系统中执行普通的业务请求 过程。 UE和网络分别对GERAN/UTRAN和E-UTRAN运行周期 性更新定时器。当MME和SGSN没有收到周期性更新时， MME和SGSN可以各自决定执行隐式注销，从核心网节点 删除会话管理上下文，并删除与S-GW之间的控制连接。 当ISR激活所涉及的两个核心网节点中的一个执行了UE的 隐式注销后，网络中的ISR激活就被取消。当ISR激活时 ，UE中发生周期性更新定时器超时，UE将启动去激活 ISR定时器，当这个定时器也超时时，UE不再执行所需要 的更新过程，而是取消UE的ISR激活。TIN TIN-Temporary Id

15、entity used in Next update，下次更新用的临时标识。TIN是 保存在支持ISR功能的UE的一个参数。 UE中同时保存UMTS和EPS分配的临时标 识，当UE执行更新过程（如RA更新、TA 更新等）时，TIN为UE指示了应该使用哪 个系统分配的临时标识。除此之外，TIN还 向UE指示ISR的激活状态是什么。TIN TIN的取值有三个，分别是GUTI、P-TMSI和 RAT相关的TMSI。当TIN取值为GUTI时，UE在 更新过程中使用GUTI或由GUTI映射得到的P- TMSI和RAI；当TIN取值为P-TMSI时,UE在更新 过程中使用P-TMSI或由P-TMSI映射得

16、到的 GUTI；当TIN取值为RAT相关的TMSI时，如果 UE在UTRAN/GERAN中发起更新过程，就使用P -TMSI和RAI，如果UE在E-UTRAN发起更新过 程，就使用GUTI。 网络通过更新过程的响应消息，向UE指示ISR是 否激活，如果激活，则在消息中包含“ISR已激活 ”的指示。SGSN/MME结合节点 SAE中为核心网重新设计了MME、SGW和PGW节点，提 供与UMTS核心网中的SGSN和GGSN类似又不完全相同 的功能。 但在降低运营商的成本投入的出发点上，多个厂商提出可 将MME功能结合到SGSN中实现，对SGSN进行软、硬件 的升级即可满足SAE的要求。这种做法使得运营商可以少 采购设备就可获得支持SAE功能的核心网。 因这种需求，引出了SGSN/MME结合节点识别的问题。 例如，当UE先接入GERAN/UTRAN网络，SGSN为它分 配了P-TMSI和RAI；之后UE在移动的过程中进入了一个 SGSN/MME结合节点控制的E-UTRAN区域，此时，eNB 如何将UE的