Передача соединения (хэндовер)

В сотовой сети радиоресурсы и фиксированные линии связи в процессе вызова не остаются занятыми постоянно. Хэндовер (передача соединения), или хэндофф (handoff), как его называют в Северной Америке, — это переключение каналов и линий по мере перемещения подвижного объекта по различным каналам или ячейкам сотовой сети. Обнаружение и измерение уровня радиосигналов для хэндовера составляют одну из основных функций уровня управления радиоресурсами RRM (Radio Resources Management).

Хэндовер принято разделять на четыре типа, указанных соответствующими цифрами на рисунке:

1. Смена каналов в пределах одной базовой станции.
2. Смена канала одной базовой станции на канал другой станции, находящейся под управлением того же BSC.
3. Переключение каналов между базовыми станциями, контролируемыми разными BSC, но одним MSC
4. Переключение каналов между базовыми станциями, за которые отвечают не только разные BSC, но и разные MSC.

В общем случае проведение хэндовера — задача MSC. Но в двух первых случаях, называемых внутренними хэндоверами, чтобы снизить нагрузку на коммутатор и служебные линии связи, процесс смены каналов управляется BSC, a MSC лишь информируется о результате.

Первые два типа передачи соединения охватывают только один контроллер базовой станции. Чтобы сохранять способность обмена сигналами, достаточно взаимодействия BSC без использования управления из центра коммутации мобильной связи (MSC). После завершения передачи соединения (хэндовера) необходимо уведомить об этом событии MSC.

Последние два типа передачи соединения называются внешними передачами соединения и обрабатываются MSC, участвующими в соединении.

Хэндовер может быть инициализирован мобильной станцией или MSC. Как указывалось, MS по широковещательному каналу управления (ВССН) проводит сканирование не менее 16 соседних сот. формируется список шести лучших кандидатов на возможную передачу соединения, основанную на полученной напряженности поля сигналов. Эта информация передается к BSC и MSC не менее одного раза в секунду для использования алгоритмом передачи соединения.

Алгоритм определения момента времени, когда должно быть принято решение о передаче соединения (хэндовер), не определен в рекомендациях GSM. Есть два основных используемых алгоритма, тесно связанных с управлением мощностью. Это объясняется тем, что базовая станция обычно «не знает», является ли плохое качество сигнала следствием замирания из-за многолучевости или следствием перемещения мобильной станции к другой ячейке, что особенно часто имеет место при небольших городских ячейках.

Алгоритм «минимально допустимая характеристика» отдает приоритет управлению мощностью, а не передаче соединения (хэндоверу): когда сигнал ухудшается до некоторого заданного уровня, уровень мощности мобильной станции увеличивается посредством управления. Если дальнейшие увеличение мощности не улучшает сигнал, то начинается передача соединения (хэндовер). Это — наиболее простой и наиболее общий метод, но он создает эффект «расплывчатой границы» соты, когда мобильная станция передает сигналы, используя пиковую мощность при проходе некоторого расстояния вне границы ячейки исходной соты в другую соту.

Алгоритм «бюджета мощности» предоставляет приоритет хэндоверу, при этом целью является поддержание или улучшение качества сигнала при том же самом или более низком уровне мощности. При этом методе отсутствует проблема «расплывчатой границы» соты, что уменьшает межканальные помехи, но это весьма усложняет алгоритм.

Рассмотрим процесс обмена сигналами, показанный на рисунке как хэндовер 4-го типа. Ниже приводится его описание.

1. Когда MS включена, она периодически извещает о качестве сигналов BTS1 с помощью сообщения об измерении. Это сообщение передается в каждом SACCH (низкоскоростной совмещенный канал управления) с периодичностью 480 мсек. Сообщение об измерении содержит характеристики качества сигналов соседних ячеек.
2. Если качество сигнала хорошее, то MS не предпринимает никаких действий. Когда MS достигает границы между зонами обслуживания MSC2 и MSC1, она извещает BTS1 о том, что получила слабый сигнал.
3. BTS1 принимает решение об инициализации процесса хэндовера для того, чтобы улучшить качество обслуживания MS, и передает результаты измерений, включая измерения качества сигналов соседних ячеек BSC1.
4. BSC1 проводит анализ результатов измерения для того, чтобы определить зону обслуживания с лучшим качеством.
5. Если BSC1 решает запросить хэндовер, то он передает MSC1 номер используемой соты, список целевых сот с лучшими показателями, чем у используемой соты. При этом станция BTS2 включена в список целевых сот. На BSC1 включается таймер для того, чтобы ограничить время ожидания начала хэндовера (поступления сигнала от MCS1 о начале процесса хэндовера).
6. MCS1 передает запрос на хэндовер к MSC2. При этом из регистра MSC1 (это может быть VLR или HLR) передаются данные для маршрутизации и аутентификации. На MSC1 включается таймер для того, чтобы ограничить время ожидания начала хэндовера в зоне обслуживания MSC2 (время ответа от BSC2).
7. Запрос на передачу соединения обрабатывается на MSC2 как новый исходящий вызов, и выбирается канал для нового вызова. Новые данные записываются в VLR MSC2, который обеспечивает присвоение номера «блуждающей» подвижной станции (MSRN — Mobile Station Roaming Number). Процедурами установления подлинности во время обработки вызова управляет VLR MSC2.
8. Передается подтверждение запроса хэндовера от MSC2 (начало хэндовера) к MSC1. На MSC1 отключается таймер, ограничивающий время ожидания начала хэндовера (см. п. 6), так как получена команда о начале хэндовера. Если MSC1 был центром визита, то данные на VLR MSC1 стираются. Если он был домашним центром, то текущий адрес VLR абонента, содержащийся в HLR, обновляется.
9. MSC1 передает BSC1 сообщение о том, что соединение закончено.
10. BSC1 освобождает канал, информирует MSC1 о том, что разъединение закончено.
11. MSC1 освобождает оборудование и передает MSC2 сигнал окончания процедуры.