Procédure détaillée de Handover dans le réseau d'accès E-GPRS

Cette partie présente la procédure radio de handover, puis introduit les différentes pro- cédures qui permettent la reconfiguration du réseau d'accès dans le cas des handovers intra-cellulaires, intra et inter-BSC. Le cas du handover inter-SGSN et les solutions de mobilité inter-réseau font l'objet de l'annexe G.

4.4.1. Procédure radio

Les mécanismes de handover ont été introduits dans la release 6 de la norme [3GPP 44.060][3GPP 44.160][3GPP 43.129]. Leur implémentation est optionnelle (tant du coté mobile que du coté réseau).

Si le mobile est dans le mode NC2, la procédure de handover peut être déclenchée par le réseau. Quand le mobile travaille en mode NC0 ou NC1, la procédure de handover peut être initié suite à la réception d'un message « PACKET CELL CHANGE NOTIFICA- TION » envoyé par le mobile. Le réseau peut alors demander au mobile de basculer dans le mode NC2 via un message « PACKET MEASUREMENT ORDER ».

Une fois la décision de handover prise, le réseau doit envoyer les informations de confi- guration de la cellule cible au mobile. Cela est fait via des messages « PACKET NEIGHBOUR CELL DATA », dans lesquels sont encapsulés les messages « System Information » de la cellule cible. Une fois les informations de configuration transmises au mobile, le réseau peut lui envoyer la commande de handover : « PACKET HANDO- VER COMMAND ».

Le message de commande de handover contient le descriptif des ressources attribuées au mobile dans la cellule cible. Cette allocation contient forcément un TBF montant qui va permettre au mobile d'envoyer le message « PS HANDOVER ACCESS ». Ces mes- sages permettent au réseau de détecter l'arrivée du mobile dans la cellule cible.

Le message de commande de handover indique également si le mobile doit maintenir ses états de transmission RLC/MAC ou s'il doit créer une nouvelle machine à état (dans ce cas, les blocs RLC en cours de transmission dans l'ancienne cellule sont perdus). Compte tenu de l'absence d'interface entre deux BSC et de la difficulté que représente la synchronisation de deux automates distants, il est actuellement difficilement envisa- geable de maintenir l'état de la transmission au niveau RLC/MAC dans le cas d'un han- dover inter-BSC.

Pendant la phase de handover, le réseau doit ignorer toute nouvelle demande d'ouverture de TBF en provenance du mobile. Ceci permet d'éviter de générer des pertes en initiali- sant de nouvelles transmissions.

A la réception de la commande de handover, le mobile doit envoyer un acquittement au réseau si ce dernier le demande (via le champ RRBP). Le mobile doit ensuite suspendre toute activité dans la cellule courante puis basculer vers la cellule cible et y rétablir sa

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transmission en envoyant quatre fois le message « PS HANDOVER ACCESS » sur les ressources montantes qui lui ont été réservées. Au moment de l'envoi du premier mes- sage « PS HANDOVER ACCESS », le mobile doit par ailleurs démarrer le temporisa- teur T3216 (valeur par défaut 1 seconde). Si ce timer expire avant réception des informations de synchronisation envoyées par le réseau (message « PACKET PHYSI- CAL INFORMATION »), le mobile doit considérer que le handover a échoué. Il doit retourner dans son ancienne cellule et envoyer un message « PACKET CELL CHANGE FAILURE » contenant la cause de l'échec.

Quand le mobile reçoit le message « PACKET PHYSICAL INFORMATION », il doit considérer que le handover a réussi et que tous les TBF de son ancienne cellule ont été libérés. Les états de transmission RLC/MAC doivent être conservés ou réinitialisés, conformément aux directives contenues dans le message de commande de handover. Le mobile doit alors rétablir la transmission et effectuer les procédures GMM nécessaires à sa localisation.

Pendant le déroulement du basculement, tous les temporisateurs associés à la transmis- sion RLC/MAC continuent de s'écouler tout au long de la procédure. Si les temporisa- teurs T3180, T3190 ou T3192, liés à un TBF de l'ancienne cellule expirent, le mobile doit considérer que ces TBF ont été relâchés : ces TBF ne pourront alors pas être pour- suivis dans la nouvelle cellule.

4.4.2. Le handover intra-cellulaire

Le handover intra-cellulaire permet de reconfigurer les ressources attribuées à un mo- bile dans une cellule. Ce type de handover a toujours existé dans GPRS. Cela est réalisé très simplement via les messages qui permettent de reconfigurer les ressources attri- buées à un mobile : « PACKET TIMESLOT RECONFIGURE ».

4.4.3. Le handover intra BSS

Dans la norme, le BSS – Base Station Subsystem – est défini comme étant composé d'un contrôleur de station de base (BSC) et d'un ensemble de BTS. Les termes « intra- BSS » et « intra-BSC » sont donc ici synonymes.

Deux procédures de handover intra-BSS ont été définies. La procédure générale est ap- plicable à tout handover ayant lieu au sein du même BSS. Elle n'entraîne donc pas de changement de SGSN. La procédure optimisée s'applique lorsque le handover n'entraîne pas de changement de BSC, ni de zone de routage : le handover peut alors être contrôlé localement au niveau du BSC.

Optimisation des Réseaux d'Accès Mobiles pour les Systèmes E-GPRS et B3G

Phase de préparation du Handover

La phase de préparation de handover (Cf. figure 4.4.3.1) débute avec la prise de déci- sion du BSC de déclencher un handover _{. Le BSC contacte alors de SGSN  qui dé-} termine le type de handover dont il s'agit (intra BSC, inter-BSC, inter-SGSN...). Le SGSN répond par un message dans lequel il attribue un nouveau P-TMSI si la cellule cible se trouve dans une autre zone de routage _{. Le BSC  réserve alors des res-} sources dans la cellule cible et crée le contexte associé à la nouvelle transmission (contexte dénommé dans la norme et sur la figure 4.4.3.1 « Target BSS to Source BSS Transparent Container »). « Le BSC prévient alors le SGSN (5) – via une message « PS Handover Request Acknowledge» - qu'il est prêt pour effectuer le handover. Le SGSN peut alors dupliquer les trames LLC vers le BSS (1) : un datagramme à destination de l'ancienne cellule et un pour la nouvelle.

Phase d'exécution du Handover

La phase d'exécution du handover est représentée sur la figure 4.4.3.2. Si le BSC reçoit des données du SGSN à destination de la nouvelle cellule, il les transmet sans se préoc- cuper du fait que le mobile y est présent ou non (transmission « en aveugle ») _{. Le} SGSN déclenche ensuite le handover en envoyant un message « PS Handover Required Acknowledge » au BSC _{. A ce stade, le SGSN peut suspendre la transmission de tous} les contexte PDP associés au mobile, il peut également attendre que les piles de trans- mission du BSS soient vides avant de déclencher le handover.

On remarquera que le constructeur est libre d'implémenter différents comportements au niveau du SGSN. Ce dernier peut continuer ou non la transmission associée au contexte PDP. En cas de continuation, il peut dupliquer la transmission des trames. En cas de

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Figure 4.4.3.1. Phase de préparation du handover intra- BSS [3GPP 43.129]

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suspension, il peut attendre que les piles de transmission du BSS soient vides avant de déclencher le handover. On notera également que la duplication des trames par le SGSN n'est pas utile dans le cas où le BSC est capable de maintenir un contexte de transmis- sion unique, au niveau RLC, pour la cellule d'origine et la cellule cible.

Figure 4.4.3.2. Phase d'exécution du Handover Intra-BSS [3GPP 43.129]

A la réception du message , le BSC interrompt les flux uplink dont les trames doivent être délivrées en séquence. Les flux uplink qui n'ont pas cette contrainte de séquence- ment peuvent être maintenus. Le BSC envoie ensuite la commande de handover au mo- bile . Le BSC ayant dû, au préalable, transmettre au mobile les informations de confi- guration de la cellule cible qui sont nécessaires à l'exécution du handover (Cf. 4.4.1). Le BSC peut ensuite continuer sa transmission jusqu'à ce qu'il n'ai plus de trames LLC à transmettre.

A la réception de la commande de handover , le mobile doit stopper toutes ses activi- tés dans la cellule courante. Cependant d'après la norme [3GPP 44.060], le mobile peut quand même avoir à acquitter le message de handover avant de procéder au bascule- ment, ce n'est donc que lorsque ce message a été acquitté que le mobile peut réellement cesser toute activité dans la cellule courante.

Suivant la classe de qualité de service associée au flux de données, le mobile peut alors stocker ou supprimer les données qui deviennent éligibles à la transmission (la suppres- sion pouvant se révéler nécessaire pour assurer certains trafics temps réels). A noter ici que suivant le contenu de la commande de handover, les états de transmission au niveau RLC devront être préservés : il serait alors peu cohérent de préserver ces états tout en supprimant volontairement des données par ailleurs.

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Le mobile bascule ensuite vers la cellule et les ressources qui lui ont été attribuées dans la cellule cible (ces ressources sont indiquées dans le message de handover). Le mobile envoie ensuite un message d'accès au canal qui permet au réseau de détecter l'arrivée du mobile dans la nouvelle cellule _{. Ce message correspond en réalité à 4 burst d'accès.} Le réseau envoie ensuite au mobile les informations d'avance en temps qui vont lui permettre de se synchroniser avec le réseau _.

Il faut noter que les phases _{ et  ne sont pas nécessaires si les cellules sources et} cibles sont synchronisées entre elles. Dans ce cas, les informations de synchronisation avec la nouvelle cellule sont transmises dans la commande de handover.

Après s'être synchronisé avec le réseau, le mobile peut rétablir les transmissions pour lesquels des TBF ont été réservés. Il doit également mettre à jour sa localisation  (mise à jour de cellule ou de zone de routage). A la réception, dans la nouvelle cellule, des premiers blocs RLC/MAC correct, le BSC indique l'achèvement du handover au SGSN _.

Version optimisée du handover pour le cas intra-BSC / intra RA

L'implémentation de cette version optimisée du handover intra BSS (Figure 4.4.3.3) est optionnelle. Elle ne peut s'appliquer qu'au cas où le mobile ne change ni de BSC, ni de zone de routage. Elle conduit à une simplification du dialogue entre le BSC et le SGSN qui n'est prévenu du changement de cellule qu'une fois le handover réalisé.

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Figure 4.4.3.3. Handover optimisé : intra-BSC / intra RA [3GPP 43.129]

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Aprés avoir décidé du déclenchement du handover  et constaté qu'il était à même de le prendre lui même en charge , le BSC réserve des ressources pour le mobile dans la cellule cible (qui est sous son contrôle). Le BSC envoie ensuite la commande de hando- ver au mobile _{. Les mêmes options que dans le cas « non optimisé » peuvent être rete-} nues concernant la suspension de la transmission et le stockages des données. La station mobile bascule alors vers la cellule cible et indique son accession au canal _{. Le réseau} envoie au mobile alors les informations d'avance en temps et de contrôle de puissance . Le mobile rétablit sa transmission en envoyant des données . Il n'est pas nécessaire ici d'effectuer une mise à jour de zone de routage. Le BSC informe ensuite le SGSN qu'il vient de procéder à un handover intra-BSC _{. Le BSC indique également dans ce} message quelle est la cellule cible. Le BSC envoie également un acquittement au mobile afin de lui indiquer où en est la transmission . Le SGSN envoie alors les trames LLC à destination de la nouvelle cellule, identifiée par le BVCI – BSSGP Virtual Connection Identifier.

4.4.4. Handover inter-BSS / Intra-SGSN

Tout comme le handover intra-BSS, le handover inter-BSS est constitué d'une phase de préparation du handover (qui correspond à des échanges de signalisation entre les dif- férentes entités du réseau en vue de préparer l'accueil du mobile dans la nouvelle cellule et d'assurer le basculement de la communication) et une phase d'exécution (qui sert à déclencher le changement de cellule et effectuer le basculement).

Phase de préparation du Handover

La phase de préparation du handover inter-BSS, représentée sur la figure 4.4.4.1, est as- sez semblable à celle du handover intra-BSS. La seule différence réside dans le fait que le SGSN va contacter le BSC cible pour lui demander de préparer l'accueil du mobile  (le BSC source et le BSC cible étant cette fois différents). Le BSC cible réserve alors des ressources dans la cellule cible, puis crée un contexte associé au mobile, contexte décrit dans le « Target BSS to Source BSS Transparent Container » . Ce contexte est alors transmis au SGSN _.

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Phase d'exécution du Handover

La phase d'exécution du handover est fournie sur la figure 4.4.4.2. Après la phase de préparation, et avant de commander l'exécution du handover, le SGSN a la possibilité de suspendre la transmission et éventuellement attendre que les buffers du BSS source soient vides. Il peut également dupliquer la transmission vers les deux BSS.

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Figure 4.4.4.1. Phase de préparation du handover inter-BSS [3GPP 43.129]

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Le SGSN indique au BSC source que le BSC cible est prêt à accueillir le mobile. Il transmet pour cela un message « PS Handover Required Acknowledge » qui contient le descriptif du contexte associé au mobile dans le BSC cible (le « Target BSS to Source BSS Transparent Container ») _{. La procédure suit ensuite les mêmes principes que} ceux du handover intra-BSS (Cf. §4.4.3).