2/3G与LTE的互操作分析

使用4G的童鞋在上网的时候，可能经常会发现这么一个现象：手机网络会在LTE和2/3G之间发生切换，当LTE信号不佳时会自动切换到2/3G网络上；反之则又会从2/3G切回LTE。那么在这个切换的过程中，手机的数据在移动网中发生了什么？下面我们就以LTE->3G的情况来分析一下整个切换的流程。

切换分为两个阶段：准备阶段和执行阶段。

（1）准备阶段

图来自参考文档3GPP 23.401。

1源ENB决定要发起一个系统间切换到目的接入网——模式。这时候上下行数据仍在UE,源ENB，SGW,PGW之间传输。

2源ENB发一个包（包含,,CSGID,,er,）给源MME，请求核心网在目的RNC,SGSN,SGW上建立相应的资源。

S1mme接口，通过关联到流

3源MME从E中获取类型为到UTRAN的。源MME通过发送一个uest消息给目的SGSN（包含IMSI,,CSGID,ion,,,ne,plane,,,,,,)，向SGSN发起资源申请。

S3接口，基于GTP-C协议，此消息包含IMSI，可通过IMSI关联到接口建的流，且包含了S3接口的MME控制面隧道信息（teid+ip），可用做S3接口建流关联用。

4目的SGSN决定SGW是否要重定位（由于PLMN切换的关系）。如果要重定位，目的SGSN选择目的SGW，并发送一个消息（包含IMSI,ane,,(es),(s),(es),(s),5/S8,）给目的SGW。

S4接口，控制面GTP-C（v2），数据面GTP-U。此消息也包含IMSI，可以根据IMSI关联到LTE的流；并包含了S4接口的SGSN的控制面隧道，PGW的控制面+数据面隧道信息，可用作S4接口建流关联。S4接口的数据面隧道，在执行阶段步骤7中分配。

问题：切换尚未完成，SGSN如何知道PGW端的控制面，数据面隧道信息？

4a目的SGW分配本地资源，并返回一个（包含(es),(s),,）给目的SGSN。

S4接口，控制面GTP-C（v2），数据面GTP-U。此消息包含了S4接口的SGW的控制面隧道和数据面隧道。

5目的SGSN通过发送消息（包含,Cause,,(i.e.s),n(i.e.),,CSGID,ion,,），请求目的RNC建立无线网资源（RAB）。消息中对于每一个要建立的RAB，都包含RABID,RAB参数，传输层地址，on等。传输层地址就是用户面的SGW地址（），或者SGSN地址（非），on对应SGW或SGSN的上行TEID.

IUPS接口，控制面是SCCP+RANAP,数据面是GTPU。这里的里面会包含IMSI信息，可以关联到流。此信息包含了上行的数据面隧道信息，可用作建流关联。

5a目的RNC分配对应的资源，并回复一个消息（包含,,t）

发送完这个消息，目标RNC就准备好接收下行的了。每个建立好的ERAB都通过一个传输层地址，下行的TEID等标识。

IUPS接口，此信息包含了下行的数据面隧道信息，可用作建流关联。

6如果非直接转发，且SGW重定位了，且是的情况，目的SGSN发送(EID(s))给SGW；否则，目的SGSN发送((s))给.

S4接口，包含了下行的RNC(直接隧道)或SGSN（间接隧道）的数据面隧道信息。

6aSGW返回一个se(Cause,(es)(s))消息给目的SGSN。

S4接口，包含了上行的SGW的数据面隧道信息。

问题：第四步和第六步的区别是什么？6a和4a中的信息相同吗？

7目的SGSN发送(包含Cause,ane,,,Cause,,,(es)(s),ation)给源MME。ation标识选择了新的SGW。

'(es)(s)'IE标识了目的系统中使用的隧道信息，说明如下：

如果是直接发送，或非直接发送且SGW无重定位且使用了直接隧道的情况，这个IE包含步骤5a中收到的到RNC的GTPU隧道信息。

如果非直接发送且SGW重定位了，这个IE包含了步骤6分配的下行的发给SGW的GTPU隧道信息，这与是否使用了直接隧道无关。

如果非直接发送且没有使用直接隧道且SGW没有重定位，这个IE包含了给目的SGSN的下行的GTPU隧道。

S3接口，消息包含了SGSN控制面隧道及下行方向数据面隧道信息。S3接口的隧道信息已经全部拿到。

这里SGSN通知MME下行方向的数据面隧道信息，是为了后面第8步创建非直接发送隧道使用。

8如果使用了""，源MME发送((es)(s)())给用作.

8aSGW返回一个se(Cause,(es)(s)).

S11接口，如果是非直接转发，MME和SGW之间会发送这两个消息，建立非直接转发隧道。

说明：/

直接转发：切换发生时，上下行数据直接在源ENB/RNC和目的ENB/RNC之间传递；

非直接转发：切换发生时，上下行的数据通过源和目的SGW在源ENB/RNC和目的ENB/RNC之间传递

（2） 执行阶段

1源MME完成上一节准备阶段工作后，发送消息（包含,E-,）给ENB。消息中""IE包含了目的端的数据面的隧道信息（直接转发对应步骤7收到的，非直接转发对应步骤8a收到的）列表。ENB根据隧道信息发起数据传输。数据可以直接走目的RNC（,准备阶段步骤7）或者通过SGW传输（,准备阶段步骤8）。

S1MME接口，包含了数据面隧道信息。

2ENB给UE发一个指令，指示它切换到目的接入网。UE收到HO消息后，会暂停上行数据的发送。

3.Void.

4.UE移动到目的接入网（3G）系统。并执行。

这时候，如图中虚线所示，上下行的数据传输分两种情况：

直接转发:数据直接在ENB和RNC之间传递

非直接转发:数据到达源ENB，源ENB发给源SGW，通过源SGW发给目的SGW，然后再通过SGSN发给RNC。

5.RNC发送消息给目的SGSN。RNC用这个消息来表示从E-UTRAN切换到RNC完成。SGSN接收到这个消息时，应该准备好从RNC接收数据了。SGSN收到的每个上行的N-PDU，都直接发送给SGW。

IUPS接口。通过准备阶段建立的IUPS承载信息关联。

6.这时目的SGSN知道UE已经切换好，目的SGSN发送通知源MME。源MME会启动一个定时器，源ENB和源SGW上的资源会在定时器到时候释放。

S3接口，通过准备阶段建立的S3接口承载关联。

7.目的SGSN会通知SGW，目的SGSN已经接管了UE的EPS承载。对应的消息是(包含ane,NSAPI(s),,(es)(s)(sed)(es)(s)(),)。

S4接口，消息包括下行的SGSN控制面和数据面信息，可用作建流关联

8SGW会发送给PGW，通知PGW，例如SGW重定位。重定位的情况下，SGW会重新分配S5/S8接口上，下行的TEID信息。PGW回复（包含,等）消息给SGW。

S5接口，基于GTPV2，此过程分配S5的隧道信息

9SGW返回（包含Cause,,,）给SGSN，数据面切换到SGSN完成。到此为止，数据面通道已经在UE,RNC,SGSN（就是SGW），及PGW之间建立起来了。

S4接口，消息包括上行的SGW控制面信息，可用作建流关联

8.如果UE认出当前的路由区没有注册，或者UE的TIN码指示为GUTI，UE会发起路由区更新流程，通知UE已经在新的路由区。

9.如果步骤6中的定时器到时，源MME发送一个消息给源ENB。源ENB释放UE相关资源。

10.如果使用的非直接传输模式，定时器到时候，MME发送给SGW删除SGW上的临时资源。

11.如果非直接传输且SGW重定位了，定时器到时之后SGSN发送给目的SGSN，删除目的SGSN上的临时资源。