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基于S1接口切换失败分析
基于S1接口切换失败分析
2014-09-25
一、概述
广州LTE网络的S1切换性能从9月18日开始,出现HOPrepareFail“切换出准备失败_目前侧准备失败”次数增加明显,总体切换成功率从98.9%恶化到98.5%左右。
失败切换的邻区关系,在小区和TAC维度存在聚类。
二、S1-BasedHandover信令流程
LTE网络S1接口的切换流程:
Ø源eNodeB决定进行基于S1的切换。
S1切换的原因可能是源eNodeB和目标eNodeB之间不存在X2连接,或者源eNodeB根据其他情况作出的判断。
Ø源eNodeB向源MME发送HandoverRequired消息,其中HandoverType在此时是intra-LTE,TargetID包含TargetCellID和TargetTAI两部分,源MME可以根据目标TAI来选定合适的目标MME。
DirectForwardingPathAvaliability用来指示在源和eNodeB之间是否存在存在直接转发的路径还是需要进行IndirectTunnelForwarding。
Ø源MME选定合适的目标MME,通过S10接口发送ForwardRelocationRequest消息给目标MME。
Ø目标MME选定相应的目标SGW,发送CreateSessionRequest消息给目标SGW,消息中包含每个承载的上下文。
目标SGW为数据承载分配上行GTP-U的地址和TEID值,返回CreateSessionResponse消息给源MME。
Ø目标MME发送HandoverRequest消息给目标eNodeB,其中包括要建立的EPS承载的列表等内容,每个EPS承载的信息包括SGW的地址,上行GTP-U的在SGW侧的TEID值,EPS承载的QoS等。
目标eNodeB收到上述消息后会建立UE上下文,包括承载的信息,安全上下文等。
目标eNodeB也回送HandoverRequestAck消息给目标MME,其中包含EPS承载建立结果的信息。
对于每个成功建立的EPS承载,其信息包括下行数据在目标eNodeB侧的GTP-U的TEID值。
Ø目标MME发送CreateIndirectDataForwardingTunnelRequest消息给目标SGW,将上述数据转发通道的TEID值通知目标SGW,转发通道的从目标SGW到目标eNodeB的部分可以建立。
Ø目标MME发送ForwardRelocationResponse消息给源MME,将EPSBearersSetupResult通知源MME。
在IndirectTunnel的情况下,转发通道在目标SGW侧的地址和TEID值也会在此消息中通知源MME。
在IndirectTunnel的情况下,源MME发送CreateIndirectDataForwardingTunnelRequest消息给源SGW,转发通道在目标SGW侧的地址和TEID值通知源SGW。
Ø源MME发送HandoverCommand消息给源eNodeB,将目标eNodeB分配的需要转发的EPSBearers的TEID值和目标eNodeB的地址通知源eNodeB。
Ø源eNodeB发送eNBStatusTransfer消息,此消息经源MME,目标MME,最终到达目标eNodeB。
此消息将无损切换的EPSBearer的PDCP的状态通知目标eNodeB。
源eNodeB此时可以经过IndirectDataForwardingTunnel将下行数据转发给目标eNodeB。
ØUE与目标eNodeB建立上,下行同步后,发送HandoverConfirm消息给目标eNodeB。
目标eNodeB发送HandoverNotify消息给目标MME。
Ø目标MME发送ForwardRelocationCompleteNotification消息给源MME。
源MME回应ForwardRelocationCompleteAcknowledge消息。
目标MME发送ModifyBearerRequest消息给目标SGW。
Ø目标SGW分配下行EPSBearer在SGW的TEID值,发送ModifyBearerRequest消息给PGW,这样切换后的下行数据通道在PGW到目标SGW之间的部分建立了起来。
这样整个的PGW到目标eNodeB之间的下行通道就建立完毕。
Ø目标SGW收到PGW的回应后,上行通道在SGW到PGW的部分可以建立,目标SGW返回ModifyBearerResponse消息给目标MME。
ØUE可以触发相应的TAU的过程,随后的步骤中,源MME和目标MME将触发相应的资源释放过程。
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三、S1口切换失败分析
3.1、S1口切换成功率
统计09月24日全天时段S1_HO成功率的趋势,在切换请求(HORequired)次数较少的情况下,切换成功率上升。
相反,当白天忙时切换请求次数增多时,切换成功率下降。
(以下分析涉及到的数据均采集9月24日全天统计)
S1_HO切换成功率与切换请求数量存在反比关系,可能与网络容量或干扰,隐性故障等原因有关。
3.2、S1口切换失败分析
在源eNodeB和源MME之间的S1接口切换失败消息有HOCancel和HOPrepareFail,在目标eNodeB和目标MME之间的S1接口切换失败消息只有HOFailure。
有一种情况是,即使返回HandoverRequestAcknowledge时,但在没有默认承载建立信息表时也会导致目标MME清除UE在目标MME和eNodeB所预留的信道资源。
统计09月24日全天切换失败消息,目标S1接口失败消息HOFailure会比源S1接口HOPrepareFail失败消息少,因为有可能切换请求确认后,但由于默认承载而导致失败。
S1接口
FAILURE_MSG
COUNT
失败占比
源S1接口
HOCancel
77045
0.08%
源S1接口
HOPrepareFail
178645
0.36%
目标S1接口
HOFailure
64542
0.13%
以下为S1接口消息占比的饼图:
3.3、S1口HOPrepareFail原因分析
出现HOPrepareFail切换的触发原因,主要触发原因为无线原因正常切换和S1接口间切换触发。
HO_CAUSE
COUNT
CAUSE_RATE
cell-not-available
3
0.00%
handover-desirable-for-radio-reason
92324
51.68%
s1-intra-system-handover-triggered
86318
48.32%
HOPrepareFail切换消息的失败原因值分布分析,其中unknown-targetID原因占比达32.08%,其次为“no-radio-resources-available-in-target-cell”原因占比达18.46%。
原因值分析:
Unknown-TargetID:
在用户发起切换请请求HandoverRequired消息,其中HandoverType在此时是intra-LTE,TargetID包含TargetCellID和TargetTAI两部分,源MME可以根据目标TAI来选定合适的目标MME。
当网络对用户请求的目标CELLID和TAI无法识别时,返回此失败原因值。
No-Radio-Resources-Available-In-Target-Cell:
当用户通过源MME向目标MME请求无线信道资源时,小区存在无线资源不足或拥塞时,网络返回此失败原因值。
以下为HOPrepareFail切换消息失败原因值占比的条形图:
3.4、S1口HOPrepareFail维度分析
能过以上切换失败的FAILURE_CAUSE可以定位到小区级和TAC级的问题,以下通过小区维度分析“no-radio-resources-available-in-target-cell”失败值,可以发现大部分切换失败聚类在小区级别上。
FAILURE_MSG
FAILURE_CAUSE
ORIGIN_CI->TARGET_CI
失败出现的次数
HOPrepareFail
no-radio-resources-available-in-target-cell
43447309->43424780
10785
44663565->43424780
1538
45022997->43424780
812
44463884->44494348
491
44494348->44463884
416
44494349->44463884
402
43447309->43424781
375
44644619->43424781
188
45023253->43424780
152
44844056->43410444
143
附件为“no-radio-resources-available-in-target-cell”切换失败原因值小区表:
对“Unknown-TargetID”切换失败原因值进行小区维度分析,以下为TOP10小区。
因为该切换失败原因值(TargetID)包括了目标CI的因素,还有目标TAC的因素影响。
FAILURE_MSG
FAILURE_CAUSE
TARGET_TAC
ORIGIN_CI->TARGET_CI
失败出现的次数
HOPrepareFail
unknown-targetID
42301
43425804-43470605
3483
42301
43470091-43470604
2513
42301
43470091-43470605
1289
9508
44238850-44166402
659
9508
44238851-44166402
657
42301
43425804-43470603
604
9426
44268033-43709955
508
42301
43470093-43470605
502
9483
43491341-44329731
499
10017
175633667-44145154
461
对“Unknown-TargetID”切换失败原因值进行TAC维度分析:
FAILURE_MSG
FAILURE_CAUSE
TARGET_TAC
失败出现的次数
HOPrepareFail
unknown-targetID
42301
9478
10017
2371
9508
2137
9426
766
9483
708
9427
687
42279
675
9442
596
42255
584
9484
153
由于用户在发起切换请求时,附带的信息有TargetID包含TargetCellID和TargetTAI两部分,源MME可以根据目标TAI(TAI =MCC+MNC+ TAC)来选定合适的目标MME。
附件为“unknown-targetID”切换失败原因值小区表:
以下为HOPrepareFail切换失败返回unknown-targetID原因值截图:
分析“unknown-targetID”切换失败的原因,有三种可能情况:
Ø用户切换请求的targetID(eNodeBID、TAI、CELLID)目标小区不存在(可能存在基站断链,基站板卡硬件故障)。
Ø用户切换请求的targetID(eNodeBID、TAI、CELLID)在现网中出现重复配置,冗余数据。
Ø目标小区在源小区的邻区信息表,与现网小区的信息不一致,导致上报的targetID无法被网络识别。
附件1为用户“unknown-targetID”切换失败的原因值,目标小区不存在的小区列表。
附件2为用户“unknown-targetID”切换失败的原因值,目标小区所带的(eNodeBID、CELLID)是否在现网有冗余数据,或外部邻区配置数据和现网不一致。
四、总结
通过对S1-BasedHandover切换失败的分析,重点对源小区向目标小区切换过程中,返回HOPrepareFail切换分析。
现网主要切换失败原因值可以具体定位到小区维度,“no-radio-resources-available-in-target-cell”网络返回的原因值明显指向目标小区无线资源不足,另外“unknown-targetID”的切换失败原因值是现网测试过程中常见的失败原因值,主要原因是切换目标小区信息不存在、目标小区硬件故障而断链、目标小区在现网有冗余数据、目标小区与源小区的邻区配置数据不一致。
目前LTE的网络优化已逐步完善,但网络中仍存在前期网络建设过程中数据匹配未达到最优的状态。
从基于S1切换角度出发,在现网无线环境允许条件下,通过提高X2切换的比例,尽量减少S1切换,来提高全网切换成功率,及提高用户4G网络的感知度。
五、参考3GPPTS23.401规范
根据3GPPTS23.4015.5.1.2S1-BasedHandover文档。
当基于X2接口切换不能使用时,触发基于S1接口的切换。
3GPPTS23.4015.5.1.2.3S1-BasedHandover,Reject.TheTargeteNodeBrejectstheuseoftheHandoverprocedureifnoneoftherequestedbearersintheHandoverRequestmessagecouldbeestablished.InthiscasenoUEcontextisestablishedinthetargetMME/eNodeBandnoresourcesareallocated.
S1-basedhandover,Reject切换失败的信令流程:
Ø6a.IftheTargeteNodeBfailstoallocateanyresourcesforanyoftherequestedEPSbearersitsendsaHandoverFailure(Cause)messagetotheTargetMME.TheTargetMMEclearsanyreservedresourcesforthisUEinthetargetMME.
Ø6b.IftheTargetMMEreceivesaHandoverRequestAcknowledgemessagefromtheTargeteNodeBbutnoneofthedefaultEPSbearersareintheEPSBearerSetuplistIE,theTargetMMEclearsanyreservedresourcesforthisUEinboththeTargetMMEandtheTargeteNodeB.
Ø7.ThisstepisonlyperformedforServingGWrelocation,i.e.ifsteps 4/4ahavebeenperformed.TheTargetMMEdeletestheEPSbearerresourcesbysendingDeleteSessionRequest(Cause)messagestotheTargetServingGW.TheTargetServingGWacknowledgeswithDeleteSessionResponse(Cause)messages.
Ø8.TheTargetMMEsendstheForwardRelocationResponse(Cause)messagetotheSourceMME.
Ø9.WhentheSourceMMEreceivestheForwardRelocationResponsemessage,itsendsaHandoverPreparationFailure(Cause)messagetotheSourceeNodeB
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- 基于 S1 接口 切换 失败 分析