超密集的小区部署下，小区覆盖面积的进一步缩小为移动性管理带来了巨大的挑战，因此移动性管理是UDN在无线网络高层（例如MAC层以上）研究的重要内容之一。本节首先对UDN中移动性管理面临的挑战进行了分析，并回顾了4G系统中对异构网络移动性管理的增强，接着给出了5G超密集网络的移动性管理关键技术的潜在方向。

1.移动性管理面临的挑战

UDN场景下，移动性管理的挑战具体表现在以下几个方面。

（1）信令开销巨大

UDN中，用户的移动会导致切换频繁发生，若采用传统的切换方式支持用户移动将为网络带来巨大的信令开销负荷。以LTE系统为例，这种信令开销包括了空口信令消息、X2接口信令消息、S1接口信令消息以及核心网实体之间的信令消息，这为现有系统特别是核心网带来了巨大的信令负担。

由于任意两个微基站之间不一定能够保证存在X2接口，因此切换流程大多基于S1接口。对于一次基于S1接口的切换流程，至少需要S1-AP信令如下：

而对于一次基于X2接口的切换，仍旧需要以下S1-AP信令：

此外，密集部署还会带来一些非移动性相关的信令的大幅增长，例如寻呼消息、警告消息等等。寻呼消息与TA列表大小的设置，如果TA列表内包含的小区数目维持不变，则会导致TAU过程更加频繁；若TA列表内包含更多的小区，那么将会造成列表内的小区的寻呼消息信令显著增加。

（2）移动性性能变差

随着小区密度增加，微基站小区间干扰强度显著增大，导致无线链路失败和切换失败率发生的概率显著提升，并且由于小区覆盖面积变小以及形状不规则，导致乒乓（ping-pong）切换发生概率显著提升，后续章节给出相关的仿真评估结果。此外，3GPP TR 36.842也给出了相关的仿真结果，并且考虑了宏微异频部署的情况^[27]。如图5-36所示，图中四条曲线分别对应四个仿真场景：

1）Macro only：系统内仅部署宏基站小区。

2）Intra 10 cells：每个宏基站小区内部署1个微基站小区簇，簇内包括10个与宏基站小区同频的微基站小区。

3）Inter 10 cells：每个宏基站小区内部署1个微基站小区簇，簇内包括10个与宏基站小区异频的微基站小区。

4）Inter 20 cells：每个宏基站小区内部署2个微基站小区簇，簇内包括10个与宏基站小区异频的微基站小区。

图5-36 四个仿真场景下的切换失败性能

如图所示，由于宏基站小区和微基站小区之间干扰较低，宏基站小区与微基站小区异频部署（Inter 10 cells和Inter 20 cells）的切换失败率要远远低于宏基站小区与微基站小区同频部署（Intra 10 cells）。但是相对于仅部署宏基站小区（Macro only）的情况，宏基站小区与微基站小区异频部署（Inter 10 cells和Inter 20 cells）的切换失败率仍较高。这是由于微基站小区之间的干扰使得微-＞宏以及微-＞微之间的切换失败率较高。

总而言之，在微基站小区超密集部署下，对于宏基站小区与微基站小区同频或者异频的情况下，由于终端移动造成的切换性能都进一步恶化。

（3）用户体验下降

为了减小ping-pong切换，切换门限往往配置得较高，使得用户在切换时信道质量已经非常差，用户在移动中的服务质量变化巨大；此外切换过程中发生数据中断（失步、切换或者重连接），对实时性要求高的业务产生影响。

（4）终端耗电量增加

为了驻留或切换到最好的小区，终端需要进行大量的实时测量与处理上报，此过程显著增加了终端的耗电量。

2.4G系统中的移动性管理增强

（1）3GPP Release 12双连接

3GPP在Release 12中提出了一种宏基站与微基站双连接的方式，RRC连接一直由宏基站进行维护，仅在宏基站改变才进行切换，通过这种方式能够显著降低核心网节点间的信令交互，然而由于移动过程中仍需频繁进行辅小区的改变/添加/删除，依然需要大量信令交互，特别是RRC重配置信令。3GPP TR 36.839中指出，由于同时维持与宏基站和微基站的连接，相对于单连接需要额外多消耗20%的RRC重配置信令^[28]，并且短暂接入使得负载增益有限。并且网络中存在相当数量的Release 8～Release 11 UE无法使用双连接。

（2）3GPP Release 12异构网移动性增强工作项目

在2014年9月结束的3GPP Release 12中的移动性能提升工作项目中，对Release 11的移动性管理技术做了以下几点增强^[29]：

1）目标小区相关的TTT（Time To Trigger，触发时间）

基站侧依据终端切换的目标小区（宏基站/微基站）配置不同的TTT长度，通过这种方式能够有效地平衡切换失败率与Short ToS（Short Time of Stay，短停留时间）指标，达到提升移动性能指标的目的，其中Short ToS定义为UE在某小区的停留时间小于预先设置的最小停留时间（1s），体现了ping-pong效应的强度。(www.daowen.com)

2）终端的接入信息上报

终端在从空闲态变为连接态时，可向基站上报接入信息（包括Cell ID和ToS等），且可最大支持16个小区的接入信息。基站依据终端上报的接入信息以及基站侧记录的切换信息等，评估终端移动状态，进而通过调制参数或进行相应的切换决策来提升切换性能。

3）引入计时器T312

LTE原有RLF（Radio Link Failure，无线链路失败）的判决方式为终端处于失步状态（wideband CQI＜Qout）长达T310时间，这种方式使得终端在切换过程中发生失步后，仍要等待较长时间（T310的常规设置为1 s）才能判定发生RLF并进行重连接，这对如VoIP等时延要求严格的实时业务影响较大。Release 12中，引入了计时器T312，在TTT到时（触发测量报告）且T310开始计时的情况下，开启T312计时器（常规设置为160 ms），T312或者T310到时均认为发生RLF。通过这种方式，能够显著缩短切换过程中的业务中断时间，达到提升用户体验的目的。

3.5G移动性管理关键技术方向

虽然4G中对异构网络的移动性性能提升展开了研究，并已取得一定的结果与进展，然而这些提升工作在解决未来UDN部署中的移动性仍然有限。这里，我们认为5G对于UDN场景下的移动性管理关键技术主要集中在以下方向。

（1）进一步优化现有移动性管理技术

通过分析超密集微基站部署场景下现有移动性管理技术的不足，有针对性地开展优化与改进工作，达到移动性性能的目标，是解决UDN场景下移动性管理问题的最直接方法，且这种解决方式会涉及大量的标准化的相关工作。如下“切换准备提前”为一种可能的方案。

通过实际仿真结果可以发现，目前绝大多数的切换失败发生在State2，即HO CMD（Handover Command，切换请求）由于源基站的信道质量太差而无法正确送达。下面提供了一种将切换准备提前的方案，能够提升HO CMD的发送正确率^[30]。

基站为终端配置两个测量事件，两个测量事件的门限相同，但是TTT一短一长，长TTT与现有TTT长度相同，即图5-37中的TTT1（短）和TTT2（长）。在基站收到TTT1事件的测量结果上报后，就开始与目标基站开始进行切换准备过程，完成该过程后HO CMD存储在源基站侧暂不发送，当TTT2事件的测量结果上报后，基站立即发送HO CMD给终端，此时终端开始切换执行过程。如果基站在相应的时刻没有TTT2时间的测量结果上报，则源基站发送信令通知目标基站释放预留的资源。这种方式端侧不需任何改动。将这种方案进一步改进，即在基站收到TTT1事件的测量结果上报后，就开始与目标基站开始进行切换准备过程，并在切换准备过程完成后立即发送HO CMD给终端。终端收到HO CMD后不立即开始切换执行过程，而是在触发了TTT2事件的测量结果上报后才开始进行切换执行过程。若终端未成功触发TTT2事件，则终端侧释放HO CMD，源基站侧发送信令通知目标基站释放预留的资源。这种方案相对于前一种能够进一步提升HO CMD的发送成功率，然而需要对终端侧进行一定改动。

图5-37 切换提前方案时序示意图

a）现有切换流程时序 b）切换提前方案1的切换流程时序 c）切换提前方案2的切换流程时序

切换准备提前的方案使得HO CMD可以较早发送，提高了传输成功率而又不会因为TTT缩短导致的Short ToS概率提升。

（2）从网络架构上寻求突破

现有分布式的网络架构导致微基站在超密集部署下，难以集中式进行全局的移动性管理，且切换带来的巨大核心网信令负荷无法避免。突破现有网络架构的约束寻求解决方案，是一种从根本上入手解决超密集网络下的移动性问题的方式。然而，由于网络架构发生改变，5G网络将无法重用现有的移动性管理机制，架构改变的同时，现有移动性机制与流程的设计也将同时进行。以下介绍了一种受到广泛讨论的移动性锚点方案。

由于双连接方案的应用需要宏微异频部署以及存在宏覆盖的条件，因此不能适用于微基站小区部署场景#1和场景#3^[27]，此外Release 12以下的终端也无法使用双连接。因此，一种被称为移动性锚点的方案被提出，并且其可适用于微基站小区部署的所有场景以及无双连接功能的终端^[31]。

移动性锚点方案的网络架构如图5-38所示，本方案中将引入一个名为移动性锚点的逻辑实体。对于存在宏覆盖的场景，移动性锚点可以被部署于宏基站；对于无宏覆盖的场景，移动性锚点可以作为一个新的物理实体。移动控制器具体可以包括如下功能：

·终结S1接口的控制平面和用户平面。

·负责本地控制范围内的终端的位置管理、切换管理等。

图5-38 移动性锚点方案的网络架构图

图5-39给出了源微基站小区与目标微基站小区之间不存在X2接口的情况下，移动性锚点方案下的切换流程。可以发现，移动性锚点可以接收和处理切换过程中的相关信令，因此有效减轻了MME（Mobility Management Entity，移动管理实体）上的信令负担。

需要注意的是，在图5-39中，源小区和目标小区连接到同一个移动性锚点。对于源小区和目标小区属于不同移动性锚点的情况，还需要进行移动性锚点的重定向以及S-GW的下行路径转换。目标移动性锚点可以由MME决定，或者由源移动性锚点决定，需要进一步设计相应流程。为了进一步优化，移动性锚点之间可以引入接口，用户传输UE上下文、缓存数据以及其他切换过程中的信息，以进一步减轻MME的信令开销以及切换时延。

（3）结合其他技术

随着未来5G各项技术，乃至数据分析、互联网等技术的研究不断展开，越来越多的技术可以被引入进来，与现有移动性技术方案相结合，进一步提升超密集网络下的移动性性能。

图5-39 移动性锚点方案对应的切换流程

·干扰协调：通过引入干扰协调技术方案，源小区在发送HO CMD时，降低邻小区对源小区的同频干扰，提高HO CMD发送的成功率。具体来讲，切换过程中对HO CMD的干扰将主要来自目标小区，干扰协调方案可能为在切换命令发送时，配置目标小区为ABS子帧，或者邻小区采用ICIC方式在切换命令发送的频率资源上加以规避。

·大数据分析：大数据作为时下最火热的信息技术行业的词汇，随之而来的数据仓库、数据安全、数据分析、数据挖掘等围绕大数据的技术也越来越成熟。在UDN架构下，根据用户行为特性、大数据分析等进行用户行为预判，包括移动的方向以及目的小区、业务情况等，预先为用户配置资源等。通过这种方式可以进一步减小时延，达到提升用户体验的效果。