基于S1接口切换失败分析.docx

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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