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4G-5G切換時延高達244毫秒，NSA組網(wǎng)太復雜
5G可以幫助運營商增加收入，但無線網(wǎng)絡管理太復雜。
近日，來自lightreading報道，韓國運營商SKT的高管表示，自4月份商用5G后，5G用戶每月使用數(shù)據(jù)流量約33.7GB，比4G用戶多65％。5G帶動了用戶流量消費提升，也阻止了SKT收入不斷下滑的趨勢。
這位高管表示，自推出5G服務后，SKT的ARPU值在經(jīng)歷了連續(xù)7個季度的下滑后，終于止跌回穩(wěn)。
但這位高管坦言，由于韓國三大運營商的5G早期部署均采用NSA（非獨立組網(wǎng)）模式，在NSA組網(wǎng)下需同時管理4G和5G，這導致無線網(wǎng)絡管理非常復雜。
比如，在NSA組網(wǎng)模式下，語音業(yè)務通過LTE承載，因為語音業(yè)務對時延和掉話非常敏感，而高速數(shù)據(jù)業(yè)務通過LTE和5G NR傳輸，但低時延業(yè)務僅由5G NR傳輸，因此，運營商必須根據(jù)不同的業(yè)務類型精準地管理和優(yōu)化網(wǎng)絡。
他還表示，在NSA組網(wǎng)下，網(wǎng)絡速率和時延不可兼得。如果你需要更低時延的服務，則意味著帶寬更低，網(wǎng)速更低。
無獨有偶，關于NSA組網(wǎng)的復雜性，最近感覺備受業(yè)界關注。不久前，網(wǎng)絡評級機構RootMetrics發(fā)布了一份韓國5G評測報告，其中，由于NSA組網(wǎng)復雜性導致的4G-5G的切換時延問題成為熱議的話題。
在NSA組網(wǎng)下，4G-5G切換時延高達244ms。
RootMetrics的報告表示，韓國5G速率非常快，但你要體驗超高速的5G連接，必須首先從LTE切換到5G NR，可這個切換過程卻要花費較長的時間。
RootMetrics實測顯示，在韓國三大運營商中，LTE到5G NR的切換時延最高達到了244ms。
沒有辦法，這是早期采用NSA組網(wǎng)必然要付出的代價。
眾所周知，在早期5G NSA組網(wǎng)下，5G NR控制面錨定于4G，并沿用4G核心網(wǎng)EPC，這一架構稱為EN-DC，即EUTRA-NR雙連接架構。
如上圖所示，在NSA組網(wǎng)下，4G基站（eNB）為主節(jié)點（Master Node），5G基站（gNB）為輔助節(jié)點（Secondary Node）。
在用戶面，也就是傳輸數(shù)據(jù)流量時，4G基站和5G基站均直連4G核心網(wǎng)網(wǎng)元S-GW；但在控制面，也就是為了傳輸數(shù)據(jù)而進行信令交互時，只有4G基站直接與4G核心網(wǎng)網(wǎng)元MME相連。
這意味著，手機要想通過5G基站傳輸高速數(shù)據(jù)，需首先連接4G基站進行信令交互，待4G基站分配完5G無線資源后，手機用戶才能享受5G高速上網(wǎng)。簡單的說，在NSA組網(wǎng)下，5G這條高速公路的指揮調度權掌握在4G手里。
正是這種雙連接架構極大地增加了無線接入網(wǎng)信令的復雜性，也影響了4G-5G的切換時延。
為什么4G-5G之間切換時延那么高？
先來看看在EN-DC模式下的5G無線資源添加流程...
在NSA組網(wǎng)（EN-DC雙連接）下，手機首先注冊4G網(wǎng)絡，然后再上報測量的5G信號強度和質量等，比如當手機移動到5G小區(qū)的覆蓋范圍時，檢測到5G信號強度和質量足以支持5G服務，則4G基站將與5G基站溝通以為手機分配5G資源。
接下來，4G基站通過RRC連接重配置（RRC Connection Reconfiguration）消息將5G NR分配的資源通知手機，完成RRC連接重新配置過程后，手機就同時連接到4G和5G網(wǎng)絡了。
具體步驟如下：
步驟1：主節(jié)點4G基站決定將5G基站添加為輔助節(jié)點，向5G基站發(fā)送SgNB添加請求（SgNB Addition Request）消息。
該消息攜帶RRC和無線承載配置、UE能力和安全信息等。
步驟2-3：5G基站響應請求，向4G基站發(fā)送SgNB添加請求確認（SgNB Addition Request Acknowlege）消息。
該消息包含了NR RRC配置消息（NR RRC Reconfiguration）消息，該消息將封裝在LTE RRC 連接重配置（RRC Connection Reconfiguration）消息里，并通過4G基站發(fā)送給手機，為手機分配5G無線資源。
步驟4：手機向4G基站回應RRC Connection Reconfiguration Complete消息，該消息攜帶了用于通知5G基站的NR RRC Reconfiguration Complete消息。
步驟5：4G基站通過sgNB Reconfiguration Complete消息告知5G基站RRC重配置完成。
該消息封裝了NR RRC Reconfiguration Complete消息。
接下來，手機將基于NR RRC Connection Configuration中包含的信息，檢測NR 同步塊，完成下行同步，獲取NR物理小區(qū)標識和廣播信道等，然后再向5G基站發(fā)起隨機接入過程，以連接5G基站。
完成以上步驟后，就意味著手機和5G基站已經(jīng)準備好了用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)?G無線資源。
但5G基站要傳輸數(shù)據(jù)還需要連接到核心網(wǎng)。
接下來，4G基站會通知核心網(wǎng)MME數(shù)據(jù)承載正從4G-LTE切換到5G-NR，MME通知SGW更新承載，SGW將數(shù)據(jù)傳輸路徑從4G基站切換到5G基站，再通過End Marker消息告知4G基站可以休息了，現(xiàn)在5G基站就可以傳輸數(shù)據(jù)了。
由以上流程可知，EN-DC雙連接明顯增加了信令流程的復雜性。
這好似在5G基站和手機之間多了一個“中轉站”，本來可以直接發(fā)送給手機的NR RRC Reconfiguration消息，需經(jīng)過4G多次封裝和轉發(fā)。
正是這種復雜性導致了4G LTE與5G NR的切換時延過大，理論上整個過程需耗費100ms，實際網(wǎng)絡中可達到300ms。
尤其是隨著用戶移動而發(fā)生主節(jié)點4G基站之間切換時，由于從屬于不同4G主節(jié)點的5G相鄰小區(qū)之間不能直接切換，需首先釋放源4G基站側的5G NR資源，再執(zhí)行源4G基站與目標4G基站之間的切換，切換完成后再在目標4G基站添加5G NR資源，這一過程花費的時間更長。
近日，來自lightreading報道，韓國運營商SKT的高管表示，自4月份商用5G后，5G用戶每月使用數(shù)據(jù)流量約33.7GB，比4G用戶多65％。5G帶動了用戶流量消費提升，也阻止了SKT收入不斷下滑的趨勢。
這位高管表示，自推出5G服務后，SKT的ARPU值在經(jīng)歷了連續(xù)7個季度的下滑后，終于止跌回穩(wěn)。
但這位高管坦言，由于韓國三大運營商的5G早期部署均采用NSA（非獨立組網(wǎng)）模式，在NSA組網(wǎng)下需同時管理4G和5G，這導致無線網(wǎng)絡管理非常復雜。
比如，在NSA組網(wǎng)模式下，語音業(yè)務通過LTE承載，因為語音業(yè)務對時延和掉話非常敏感，而高速數(shù)據(jù)業(yè)務通過LTE和5G NR傳輸，但低時延業(yè)務僅由5G NR傳輸，因此，運營商必須根據(jù)不同的業(yè)務類型精準地管理和優(yōu)化網(wǎng)絡。
他還表示，在NSA組網(wǎng)下，網(wǎng)絡速率和時延不可兼得。如果你需要更低時延的服務，則意味著帶寬更低，網(wǎng)速更低。
無獨有偶，關于NSA組網(wǎng)的復雜性，最近感覺備受業(yè)界關注。不久前，網(wǎng)絡評級機構RootMetrics發(fā)布了一份韓國5G評測報告，其中，由于NSA組網(wǎng)復雜性導致的4G-5G的切換時延問題成為熱議的話題。
在NSA組網(wǎng)下，4G-5G切換時延高達244ms。
RootMetrics的報告表示，韓國5G速率非常快，但你要體驗超高速的5G連接，必須首先從LTE切換到5G NR，可這個切換過程卻要花費較長的時間。
RootMetrics實測顯示，在韓國三大運營商中，LTE到5G NR的切換時延最高達到了244ms。
沒有辦法，這是早期采用NSA組網(wǎng)必然要付出的代價。
眾所周知，在早期5G NSA組網(wǎng)下，5G NR控制面錨定于4G，并沿用4G核心網(wǎng)EPC，這一架構稱為EN-DC，即EUTRA-NR雙連接架構。
如上圖所示，在NSA組網(wǎng)下，4G基站（eNB）為主節(jié)點（Master Node），5G基站（gNB）為輔助節(jié)點（Secondary Node）。
在用戶面，也就是傳輸數(shù)據(jù)流量時，4G基站和5G基站均直連4G核心網(wǎng)網(wǎng)元S-GW；但在控制面，也就是為了傳輸數(shù)據(jù)而進行信令交互時，只有4G基站直接與4G核心網(wǎng)網(wǎng)元MME相連。
這意味著，手機要想通過5G基站傳輸高速數(shù)據(jù)，需首先連接4G基站進行信令交互，待4G基站分配完5G無線資源后，手機用戶才能享受5G高速上網(wǎng)。簡單的說，在NSA組網(wǎng)下，5G這條高速公路的指揮調度權掌握在4G手里。
正是這種雙連接架構極大地增加了無線接入網(wǎng)信令的復雜性，也影響了4G-5G的切換時延。
為什么4G-5G之間切換時延那么高？
先來看看在EN-DC模式下的5G無線資源添加流程...
在NSA組網(wǎng)（EN-DC雙連接）下，手機首先注冊4G網(wǎng)絡，然后再上報測量的5G信號強度和質量等，比如當手機移動到5G小區(qū)的覆蓋范圍時，檢測到5G信號強度和質量足以支持5G服務，則4G基站將與5G基站溝通以為手機分配5G資源。
接下來，4G基站通過RRC連接重配置（RRC Connection Reconfiguration）消息將5G NR分配的資源通知手機，完成RRC連接重新配置過程后，手機就同時連接到4G和5G網(wǎng)絡了。
具體步驟如下：
步驟1：主節(jié)點4G基站決定將5G基站添加為輔助節(jié)點，向5G基站發(fā)送SgNB添加請求（SgNB Addition Request）消息。
該消息攜帶RRC和無線承載配置、UE能力和安全信息等。
步驟2-3：5G基站響應請求，向4G基站發(fā)送SgNB添加請求確認（SgNB Addition Request Acknowlege）消息。
該消息包含了NR RRC配置消息（NR RRC Reconfiguration）消息，該消息將封裝在LTE RRC 連接重配置（RRC Connection Reconfiguration）消息里，并通過4G基站發(fā)送給手機，為手機分配5G無線資源。
步驟4：手機向4G基站回應RRC Connection Reconfiguration Complete消息，該消息攜帶了用于通知5G基站的NR RRC Reconfiguration Complete消息。
步驟5：4G基站通過sgNB Reconfiguration Complete消息告知5G基站RRC重配置完成。
該消息封裝了NR RRC Reconfiguration Complete消息。
接下來，手機將基于NR RRC Connection Configuration中包含的信息，檢測NR 同步塊，完成下行同步，獲取NR物理小區(qū)標識和廣播信道等，然后再向5G基站發(fā)起隨機接入過程，以連接5G基站。
完成以上步驟后，就意味著手機和5G基站已經(jīng)準備好了用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)?G無線資源。
但5G基站要傳輸數(shù)據(jù)還需要連接到核心網(wǎng)。
接下來，4G基站會通知核心網(wǎng)MME數(shù)據(jù)承載正從4G-LTE切換到5G-NR，MME通知SGW更新承載，SGW將數(shù)據(jù)傳輸路徑從4G基站切換到5G基站，再通過End Marker消息告知4G基站可以休息了，現(xiàn)在5G基站就可以傳輸數(shù)據(jù)了。
由以上流程可知，EN-DC雙連接明顯增加了信令流程的復雜性。
這好似在5G基站和手機之間多了一個“中轉站”，本來可以直接發(fā)送給手機的NR RRC Reconfiguration消息，需經(jīng)過4G多次封裝和轉發(fā)。
正是這種復雜性導致了4G LTE與5G NR的切換時延過大，理論上整個過程需耗費100ms，實際網(wǎng)絡中可達到300ms。
尤其是隨著用戶移動而發(fā)生主節(jié)點4G基站之間切換時，由于從屬于不同4G主節(jié)點的5G相鄰小區(qū)之間不能直接切換，需首先釋放源4G基站側的5G NR資源，再執(zhí)行源4G基站與目標4G基站之間的切換，切換完成后再在目標4G基站添加5G NR資源，這一過程花費的時間更長。