关于多PLMN EUTRAN组网的移动性管理的探索

   作者：郑晓敏  

1  引言

    多PLMN组网通常见于多个运营商共享网络，在3GPP标准中，包括两种典型的场景，一种是只共享无线网络的场景，即MOCN（multi-operator core network）模型，此时，一个无线网被共享接人多个不同运营商的核心网：另外一种是，除共享无线网络以外．核心网网关也被共享，即GWCN (gateway core network)模型。这两种场景都需要共享无线网络，在eNode B小区中广播多个PLMN ID。

    本文将基于3GPP的标准，研究同一个运营商EUTRAN采用两个PLMN组网时的移动性管理流程，相关流程可以很容易推广应用到一个运营商采用多个PLMN组网的场景。

2场景分析

    一个运营商只有一个核心网络，不同的eNode B广播不同PLMN，比如eNode Bl广播PLMN1，eNode B2广播PLMN2，两个基站接入同一个核心网。具体而言，有两种场景：两个基站接入同一个MME或者两个基站接入不同的MME，分别如图1和图2所示。

    在图1和图2中，eNode Bl和eNode B2在小区系统信息广播中下发PLMN ID list．在协议中的定义为：PLMN-identitylist。eNode Bl广播的PLMN ID list中只含有一个PLMN ID．即PLMN1：eNode B2广播的PLMN list中也只含有一个PLMN ID，即PLMN2。

    对于网元编码：eNode Bl的Global eNode B ID编码中的PLMN identity字段为PLMN1，eNode B2的GlobaleNode B ID编码中的PLMN identity字段为PLMN2。对于

MME，MME1的CUMMEI可标识为PLMNl+MME ID1，MME2的GUMMEI可标识为PLMN2+MME ID2。

    在MME的配置中，应配置PLMN1和PLMN2为等效

的PLMN，目9对于PLMN1，等效的equivalent PLMN中应包

含PLMN2，对于PLMN2，等效的equivalent PLMN中应包含

PLMN1。

    图1中，同一个MME下两个不同PLMN前缀编码的eNode B仍然可以正常建立X2接口，如图3所示。

3  多PLMN组网中的移动性限制

    在多PLMN组网中，移动性限制功能(mobilityrestriction  functionality)在网络共享场景中可以帮助终端和网络从多PLMN中确定唯一的目标PLMN，该功能也适用于一个运营商采用两个或者多个PLMN组网，一个运营商的两个PLMN或多个PLMN应配置为equivalentPLMN。

    在ECM-idle的空闲状态下，移动性限制功能主要由终端执行，终端在TAU更新时会从核心网获得equivalentPLMN信息，这样，终端在跨PLMN移动时，会依据equivalent PLMN来选择目标的PLMN。

    在ECM-connected的连接状态下，移动性限制功能主要由核心网网络和无线网络执行，核心网络会为无线网络提供一个切换限制列表( handover  restriction  list)，切换限制列表中，含有equivalent PLMN信息，无线网络会依据handover restriction list中的equivalent PLMN来决策切换后的目标的服务PLMN。

    本文将在终端初始网络选择和注册的流程基础上，针对ECM-idle和ECM-connected两种状态来详细分析两种场景下的移动性管理流程。

4  网络选择和注册

    终端开机后，会进行网络选择，使用USIM卡，会优先在RPLMN（上次注册过的PLMN）或ePLMN（与上次注册的PLMN等效的PLMN）尝试注册，如果注册失败，终端会按以下排列顺序的PLMN自动地尝试接人与注册。

    ·HPLMN（归属PLMN）：终端支持的所有RAT（无线接人技术），但是从特定的RAT开始尝试。

    ·UPLMN:用户控制PLMN列表（使用特定的RAT）。

    ·OPLMN:运营商控制PLMN列表(使用特定的RAT)。

    ·其他有更高接收信号质量的随机顺序的PLMN。

    ·其他按信号质量降序排列的PLMN。

    这过程中终端不会尝试接入“禁用PLMN”列表中的PLMN。

    假定是运营商网络内的用户，用户的IMSI中的PLMN字段为PLMN1，如果在PLMN1的覆盖区域，由于PLMN1为用户的HPLMN，具有最高的网络选择优先级，因此将选择PLMN1的小区进行注册，终端会在RRC connection setup complete消息中上报selected PLMN-identity给eNode B，eNode B会根据终端上报的selected PLMN-identity为终端选择MME，此时，对于图1的场景，PLMN1和PLMN2共用同一个物理MME（即MME1），不管终端是选择了PLMN1还是选择了PLMN2，所有eNode B都会映射选择MME1作为注册的MME。对于图2的场景，终端如果选择了PLMN1，则对应的eNode B会映射选择MMEl;终端如果选择了PLMN2，则对应的eNode B会映射选择MME2作为注册的MME。

    终端发送attach request给选择的MME，在PLMN1进行注册，此时网络在attach accept消息回复equivalentPLMN给终端，equivalent PLMN应包含PLMN2，此时终端获取PLMN2为PLMN1的等效PLMN。在attach完成后，终端进入EMM-registered状态，注册的PLMN为PLMN1，隐含在获得的GUTI中。

    对于漫游用户或者IMSI PLMN为PLMN2的用户，网络选择和注册的流程是类似的。

5  ECM-idle状态下的移动性管理

    对于图1的场景，在ECM-idle状态，如果终端从PLMN1移动到PLMN2的覆盖区域，终端从小区广播消息中检测到PLMN发生改变，但如果两个PLMN下的TAI不属于同一个TAI list，则终端需要发起TA update流程。实际组网中，对于图1的场景，如果PLMN1和PLMN2覆盖重叠地理区域，比如混合组网中，在同一地理位置．TD-LTE基站广播PLMN1，LTE FDD基站广播PLMN2,则也可以考虑将两个PLMN的TAI配置在同一个TAI list,这样在跨PLMN间重选时，也不需要进行TA update。

    对于图2的场景，由于PLMN1和PLMN2 -般属于不同的区域（如不同的省），广播PLMN1的基站和广播PLMN2的基站一般会设置为不同的TAI list，此时，终端从PLMN1移动到PLMN2的覆盖区域时，会发生一次TAupdate。

6  ECM-connected状态下的移动性管理

    ECM-connected状态下的多PLMN的移动性限制，主要是由无线网络和核心网进行控制。终端在MME1下的eNode Bl通过service request从ECM-idle转换为ECM-connected的过程中，如图4所示，核心网MME1会通过initial context setup response消息中将handoverrestriction list IE发给eNode Bl，其中包含了serving PLMN和equivalent PLMN字段，serving PLMN为PLMN1，equivalent PLMN包括PLMN2。这个handover restriction listIE对于切换过程很关键，如果是基于X2接口的切换，handover restriction list IE将在X2接口传递，帮助目标基站决定该UE的serving PLMN。如果是基于Sl接口的切换handover restriction list IE将由MME在切换过程中下发给目标eNodeB。

    在ECM-connected状态，分图1和图2两个场景来分析eNode Bl和eNode B2间的切换过程。

    对于图1的场景，系统一般采用基于X2接口的切换方式．切换流程如图5所示，eNode Bl可对应图1中的源eNode B，eNode B2可对应图1中的目标eNode B。

    终端如上所述在MME1下通过attach或者TA更新获取PLMN2是PLMN1的等效PLMN。进入ECM-connected状态后，当终端测量满足某个事件（如A4事件）时，会在测量报告( measurement  report)中，将eNode B2目标小区的PCI上报到源eNode Bl，源eNode Bl可以在后台配置的邻区列表中找到目标小区PCI及关联的目标小区ECCI（其中包含目标小区PLMN2字段），此时，源eNode Bl可以获悉目标小区是PLMN2，但是与源小区PLMN1等效PLMN，因此．在eNode Bl向eNode B2发起的handover request消息中，eNode Bl将在消息的handover restriction list中的serving PLMN字段设定为PLMN2，将equivalent PLMN字段设为PLMN1，这样，服务PLMN和等效PLMN的关系在这种切换中得以传播。在切换完成后，eNode B2会将该UE的serving PLMN（包含在TAI字段：PLMN2+TAC)在pathswitch request消息中上报给MME，因此，UE切换后到目标小区后，在ECM-connected状态下，UE的servingPLMN为PLMN1，而MME为该UE选择的serving PLMN是PLMN2。

    如果切换前后的小区的TAI(PLMN+TAC)不在同一个TAI list里，则在ECM-connected状态下会触发TA update，MME可以将TAU accept消息中将新的GUTI (PLMN2+MMEGI+MMECode+M-TMSI)下发给UE，其中，包含了新的serving PLMN即PLMN2；如果切换前后小区的TAI在同一个TAI list中，则需等到UE进行周期性TAU时，MME可以在TAU accept消息中将新的GUTI (PLMN2+MMEGI+MMECode+M-TMSI)下发给UE．其中包含了新的servingPLMN，即PLMN2。

    对于图2的场景，eNode Bl和eNode B2应划分为不同的TAI list。切换的流程涉及MME间Sl0切换，切换流程如图6所示．eNode Bl/MMEl对应图6中的源eNode B／源MME，eNode B2/MME2对应图6中的目标eNode B／目标MME。在切换流程中，MME2会由handover request消息将handover restriction list IE下发给eNode B2，指示eNode B2该UE切换后的serving PLMN应为PLMN2，等效的PLMN为PLMN1。

    由于跨MME，eNode Bl和eNode B2应划分为不同的TAI list，从eNode Bl切换到eNode B2后，随即会发起一次TAU，MME2在TAU accept消息中将新的GUTI (PLMN2+MMEGI+MMECode+M-TMSI)下发给UE，其中包含了新的serving PLMN，即PLMN2。

7结束语

一般情况下，多PLMN组网应用在多个运营商共享网络的场景下，本文对一个运营商的的多PLMN组网的场景和配置以及移动性管理流程进行了分析，基于3GPP已有的协议，也可以实现一个运营商多PLMN组网，组网中可以实现正常的移动性管理，保证用户体验和业务的连续性。

8摘  要：

对一个运营商EUTRAN组网时采用两个或多个PLMN的场景进行了描述，并分场景重点分析了多PLMN EUTRAN组网中的移动管理流程。分析表明．基于3GPP的标准协议，一个运营商在多PLMN EUTRAN组网时可以实现正常的移动性管理，保证用户业务体验的连续性。