謝志剛,鮑偉華
(中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)上海有限公司 上海 201406)
LTE(long term evolution)網(wǎng)絡(luò)是全分組交換網(wǎng)絡(luò),但語(yǔ)音業(yè)務(wù)仍然是不可或缺的重要業(yè)務(wù)。為使LTE網(wǎng)絡(luò)上也能順利開展高質(zhì)量的語(yǔ)音業(yè)務(wù),必須采用一定的語(yǔ)音業(yè)務(wù)解決方案。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期,在LTE網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)VoLTE(voice over LTE)之前,目前得到廣泛認(rèn)可的4G語(yǔ)音解決方案主要可以分為兩類:一類是基于多模單待終端,如CSFB(circuit switched fallback),這需要對(duì)現(xiàn)有CS域設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造;另一類是基于多模雙待終端,終端有能力直接利用CS域網(wǎng)絡(luò)提供語(yǔ)音業(yè)務(wù),該方案只需要手機(jī)終端支持即可。
考慮到部分4G手機(jī)終端基于多模單待開發(fā),如iPhone,CSFB方案是現(xiàn)階段LTE語(yǔ)音過(guò)渡優(yōu)選方案。但是CSFB由于本身的技術(shù)原理和特點(diǎn),單純依靠CSFB技術(shù)為4G用戶提供語(yǔ)音服務(wù),在某些網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下會(huì)有一定的不足,這些不足之處就需要額外的網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行彌補(bǔ)和改進(jìn)。MTRF(移動(dòng)終端漫游地轉(zhuǎn)發(fā))作為一種重要的保障功能,可以幫助終端在MSC pool(移動(dòng)交換中心池)之間的區(qū)域提高CSFB語(yǔ)音呼叫的成功率,改善用戶體驗(yàn),增加用戶滿意度。
在建設(shè)LTE網(wǎng)絡(luò)初期,出于對(duì)CS投資的保護(hù),結(jié)合LTE網(wǎng)絡(luò)的部署策略,運(yùn)營(yíng)商可以采用原有的CS域語(yǔ)音方案來(lái)提供語(yǔ)音服務(wù),而LTE網(wǎng)絡(luò)僅處理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這種情況下,采用CSFB技術(shù),即LTE覆蓋下的UE在處理語(yǔ)音業(yè)務(wù)時(shí),終端先回退到CS域網(wǎng)絡(luò),由CS網(wǎng)絡(luò)處理語(yǔ)音業(yè)務(wù)。這樣就達(dá)到了重用現(xiàn)有的CS域設(shè)備為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)中的用戶提供傳統(tǒng)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)的目的。
考慮到CSFB只是LTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)過(guò)渡方案,所以CSFB建議部署在MSC pool基礎(chǔ)上。升級(jí)pool內(nèi)1~2個(gè)MSC支持CSFB功能,和MME(mobility management entity,移動(dòng)管理實(shí)體)建立SGs接口連接,實(shí)現(xiàn)CSFB功能。
在MSC pool的基礎(chǔ)上部署CSFB功能有以下優(yōu)點(diǎn)。
·MSC pool具備網(wǎng)絡(luò)冗余,當(dāng)一臺(tái)MSC發(fā)生故障時(shí),另外MSC會(huì)快速接管業(yè)務(wù),網(wǎng)絡(luò)安全性增強(qiáng)。
·需要升級(jí)的設(shè)備較少,每個(gè)pool只需要升級(jí)1~2個(gè)MSC即可,減少不必要投資。
·擴(kuò)大了2G/3G無(wú)線覆蓋范圍,減少2G/3G/4G無(wú)線覆蓋的邊界,增加了CSFB的成功率。
手機(jī)終端和網(wǎng)絡(luò)交互的第一步就是要完成網(wǎng)絡(luò)附著。CSFB用戶向MME請(qǐng)求附著時(shí)會(huì)上報(bào)CSFB指示。MME收到該指示后,根據(jù)TAI(tracking area identity,跟蹤區(qū)標(biāo)識(shí))—LAI(location area identity,位 置 區(qū) 識(shí) 別)—MSC的 映射關(guān)系選擇一個(gè)MSC,然后通過(guò)SGs口進(jìn)行CS域位置更新。MME發(fā)給MSC的位置更新請(qǐng)求消息中包括LAI、IMSI(international mobile subscriber identification number,國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼)、MME名字等信息。然后,MSC完成CS域位置更新,具體流程和2G用戶位置更新流程相同。最后,MSC分配TMSI(temporary mobile subscriber identity,臨 時(shí)移動(dòng)用戶標(biāo)識(shí)),并回復(fù)位置更新接收消息給MME,完成整個(gè)聯(lián)合位置更新流程。具體流程如圖1所示。
在CSFB實(shí)現(xiàn)上,網(wǎng)絡(luò)是否支持PS(packet switch,分組交換)切換以及終端所處狀態(tài)在信令流程上有所區(qū)別,但是與MSC相關(guān)的流程一致。CSFB主叫流程如圖2所示。
LTE終端用戶發(fā)起語(yǔ)音主叫業(yè)務(wù)首先回落到CS域,向MSC發(fā)送CM service request消息請(qǐng)求呼叫。這時(shí)MSC會(huì)發(fā)生兩種情況。如果MSC不是用戶原來(lái)聯(lián)合位置更新登記上的端局,則會(huì)下發(fā)service reject消息,讓手機(jī)終端進(jìn)行位置更新后繼續(xù)語(yǔ)音業(yè)務(wù),即流程上的(10a)和(10b)兩步。如果用戶返回的MSC即為原來(lái)聯(lián)合位置更新登記上的端局,則直接繼續(xù)業(yè)務(wù),即流程上的(10c)步驟。從以上流程可以看出,MSC處理CSFB主叫語(yǔ)音流程和2G、3G主叫時(shí)完全一致,不存在任何問(wèn)題。但是對(duì)于CSFB被叫語(yǔ)音流程,則有本質(zhì)上的區(qū)別。圖3為CSFB被叫語(yǔ)音流程。
圖1 聯(lián)合位置更新
圖2 CSFB主叫
圖3 CSFB被叫
首先,MSC通過(guò)SGs接口向MME下發(fā)paging request(尋呼請(qǐng)求)消息,由MME進(jìn)行被叫用戶尋呼。然后網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)CSFB流程,將被叫用戶回落到2G、3G網(wǎng)絡(luò)。手機(jī)終端完成回落后向MSC回復(fù)paging response(尋呼響應(yīng))消息,即第(9)步。當(dāng)MSC收到該消息后,存在以下兩種情況。
·如果用戶返回的MSC即為原來(lái)聯(lián)合位置更新登記上的端局,MSC則接續(xù)呼叫。即流程圖上第(9a)步。后續(xù)流程和2G、3G語(yǔ)音被叫流程相同。
·如果用戶沒(méi)有在返回的MSC上聯(lián)合登記,MSC拒絕這個(gè)paging response消息,并且釋放被叫無(wú)線側(cè)連接。即流程中的(9b)。呼叫結(jié)束后,被叫手機(jī)終端進(jìn)行位置更新或者聯(lián)合位置更新,重新注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)。從以上流程可以看出,CSFB被叫語(yǔ)音業(yè)務(wù)存在一個(gè)問(wèn)題,即用戶返回的MSC不是原來(lái)聯(lián)合位置更新時(shí)登記的端局時(shí),呼叫會(huì)失敗。該問(wèn)題的具體原因?qū)⒃谙鹿?jié)進(jìn)行具體分析。
CSFB聯(lián)合位置更新流程是CSFB的基礎(chǔ),而其中的關(guān)鍵點(diǎn)就是LTE網(wǎng)絡(luò)和2G/3G網(wǎng)絡(luò)有重疊覆蓋,這樣才能通過(guò)MME上建立TAI與LAI的映射,實(shí)現(xiàn)同一地理位置上的回落。但因?yàn)闊o(wú)線環(huán)境的復(fù)雜性,現(xiàn)實(shí)條件下無(wú)法做到TAI和LAI區(qū)域完全相同,TAI與LAI不能準(zhǔn)確映射。
如圖4所示,當(dāng)TAI和LAI不能準(zhǔn)確映射時(shí),就會(huì)有邊界出現(xiàn)。這將導(dǎo)致在被叫回落過(guò)程中,存在3種可能性。
·手機(jī)處于TAI-LAI準(zhǔn)確映射區(qū)域時(shí),即圖4除邊界1和邊界2外的其他區(qū)域,因?yàn)榛芈浜蟮腖AI和指定LAI相同,所以網(wǎng)絡(luò)將根據(jù)CSFB被叫流程完成通話。
·如果手機(jī)位于圖中邊界1區(qū)域,因?yàn)槭謾C(jī)回落后的LAI和指定LAI(原來(lái)制定的是LA=1)不同,所以這個(gè)時(shí)候需要進(jìn)行位置更新,然后完成被叫通話流程。這會(huì)增加呼叫建立時(shí)延,而通話不受影響。
·如果手機(jī)位于圖中邊界2區(qū)域,則會(huì)發(fā)生手機(jī)回落MSC與指定MSC不同,則將導(dǎo)致用戶被叫失敗。在MME上將TAI=1和2都映射到MSC區(qū)域1的MSC,當(dāng)手機(jī)終端在聯(lián)合位置更新時(shí)會(huì)注冊(cè)到MSC區(qū)域1的MSC。但是因?yàn)檫吔鐔?wèn)題,當(dāng)處于TA=2的用戶被叫回落時(shí)回到了MSC區(qū)域2的MSC,導(dǎo)致了這次呼叫的失敗。這個(gè)問(wèn)題是MSC區(qū)域邊界導(dǎo)致的。
通過(guò)MSC組pool雖然可以擴(kuò)大MSC區(qū)域,減少M(fèi)SC區(qū)域與區(qū)域間的邊界。在MSC pool區(qū)域內(nèi),用戶即便在LA邊界上出現(xiàn)TAI-LAI邊界不一致的情況,也不會(huì)影響語(yǔ)音回落的過(guò)程,因?yàn)橛脩羰冀K登記在同一個(gè)MSC上。但是pool邊界上TAI-LAI區(qū)域不重合的問(wèn)題仍然存在。也可以通過(guò)無(wú)線小區(qū)規(guī)劃減少回落后被叫失敗發(fā)生的概率,但是以上失敗場(chǎng)景依然無(wú)法避免,這必須通過(guò)其他方案解決。
在2011年3月的3GPP R10規(guī)范中,對(duì)MTRF有明確的定義和功能解釋。它的作用就是當(dāng)終端在兩個(gè)MSC或者M(jìn)SC pool之間移動(dòng)時(shí),正好有一個(gè)被叫電話,終端已經(jīng)移動(dòng)到new MSC(新的MSC)區(qū)域,但是被叫尋呼卻在old MSC上發(fā)出,只要兩個(gè)MSC或者M(jìn)SC pool都開啟了MTRF功能,就可以保證正常的被叫通話接續(xù)。如果沒(méi)有MTRF功能,在這種情況下,被叫就會(huì)失敗,影響用戶感知。
呼叫信令流程如圖5所示。主要環(huán)節(jié)如下。
(1)有一個(gè)被叫語(yǔ)音呼叫在old MSC(屬于MSC pool 1)內(nèi)的CSFB用戶,old MSC通過(guò)SGs口向用戶發(fā)起尋呼請(qǐng)求。
圖4 CSFB被叫問(wèn)題
圖5 MTRF流程
(2)CSFB用戶此時(shí)回落到了new MSC(屬于MSC pool2)的小區(qū)范圍。
(3)CSFB用戶向new MSC發(fā)起位置更新請(qǐng)求,上報(bào)了之前所在的LA信息。new MSC開始觸發(fā)MTRF功能。
(4)new MSC向HLR(home location register,歸屬位置寄存器)發(fā)起位置更新請(qǐng)求。
(5)old MSC根據(jù)從new MSC和HLR得到的消息,觸發(fā)MTRF。
(6)old MSC向new MSC發(fā)出PRN消息,索取MSRN(mobile station roaming number,移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼),然后將呼叫轉(zhuǎn)移到new MSC。
(7)new MSC上位置更新結(jié)束,呼叫建立。
相比于其他解決方案,MTRF是解決MSC區(qū)域邊界問(wèn)題的最佳解決方案。在MTRF現(xiàn)網(wǎng)部署上,按其部署范圍不同存在以下兩個(gè)方案。
MSC pool無(wú)線網(wǎng)元通過(guò)用戶TMSI(temporary mobile subscriber identity,臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼)中所帶的NRI(network resource identifier,網(wǎng)絡(luò)資源標(biāo)識(shí))值進(jìn)行MSC選擇。當(dāng)手機(jī)終端進(jìn)入到新的pool 2區(qū)域時(shí),pool 2下的無(wú)線網(wǎng)元不認(rèn)識(shí)TMSI所帶的NRI值,所以會(huì)按照容量因子算法往pool 2內(nèi)任何一個(gè)MSC-S進(jìn)行注冊(cè)。因此,在CSFB用戶被叫時(shí),pool下所有端局都有概率承載語(yǔ)音業(yè)務(wù),所以需要升級(jí)所有相關(guān)的MSC支持MTRF功能。
當(dāng)用戶結(jié)束語(yǔ)音業(yè)務(wù)后,會(huì)通過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)行聯(lián)合位置更新,登記到pool內(nèi)支持CSFB的端局上。因此,方案一就是保留現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不變,將LTE覆蓋區(qū)域所有MSC升級(jí)支持MTRF功能。
考慮到CSFB只是LTE語(yǔ)音方案的過(guò)渡方案,并且支持的終端類型有限,用戶規(guī)??煽兀詾榱藴p少投資,可以考慮在每個(gè)pool內(nèi)挑選一個(gè)MSC-S作為4G通話專用端局。具體方案如圖6所示。
·全網(wǎng)CSFB MSC刪除原來(lái)CS域NRI值,設(shè)置統(tǒng)一的NRI值——CSFB NRI。各個(gè)pool內(nèi)無(wú)線設(shè)備將該CSFB NRI指定到CSFB MSC上。如圖6中pool 1和pool 2下CSFB端 局MSC-S1和MSC-S2都設(shè) 置相同的CSFB NRI值。設(shè)置統(tǒng)一的CSFB NRI確保CSFB用戶回落到指定的MSC上。
·每個(gè)pool挑選一個(gè)特定MSC作為4G CSFB專用端局(CSFB MSC),在CS域無(wú)線設(shè)備上調(diào)整該MSC的容量因子為0,這個(gè)MSC不再承擔(dān)2G、3G業(yè)務(wù)。這項(xiàng)調(diào)整確保2G、3G用戶在pool間切換時(shí)不會(huì)因?yàn)镹RI重復(fù)造成MSC用戶登記不均。該方案原理如下:
圖6 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>
表1 兩個(gè)方案的比較
·對(duì)于2G、3G用戶或者LTE多模雙待終端用戶,通過(guò)CS域無(wú)線設(shè)備注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)時(shí),因?yàn)樵贑S域無(wú)線設(shè)備上設(shè)置CSFB MSC的容量因子是0,所以CS域無(wú)線設(shè)備會(huì)把用戶分配到pool內(nèi)其他端局下。
·對(duì)于CSFB用戶,當(dāng)用戶進(jìn)行聯(lián)合位置更新時(shí),MME會(huì)向pool內(nèi)CSFB MSC進(jìn)行注冊(cè),分配得到一個(gè)包含CSFB NRI的TMSI。
·當(dāng)用戶跨pool邊界進(jìn)行被叫時(shí),pool 2下無(wú)線設(shè)備根據(jù)TMSI中的CSFB NRI會(huì)指定該pool內(nèi)CSFB MSC進(jìn)行業(yè)務(wù)接續(xù),這保證了UE不會(huì)被隨機(jī)分配到pool的其他MSC。
·當(dāng)pool 2下CSFB MSC收到用戶的paging response時(shí),啟動(dòng)MTRF功能,接續(xù)呼叫。
相比于方案一,方案二只需要每個(gè)pool升級(jí)1個(gè)MSC支持MTRF功能即可。
兩個(gè)方案各有優(yōu)缺點(diǎn),對(duì)比見(jiàn)表1。
綜上所述,對(duì)于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小、用戶密度較高的網(wǎng)絡(luò)建議使用方案一,即LTE覆蓋區(qū)域的所有MSC升級(jí)支持MTRF功能。反之,則建議使用方案二,在pool內(nèi)挑選一個(gè)MSC作為4G通話專用端局。
CSFB作為L(zhǎng)TE語(yǔ)音過(guò)渡方案,是LTE網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分之一。通過(guò)MTRF功能,可以解決CSFB TAI內(nèi)LAI歸屬不同MSC造成的被叫失敗的問(wèn)題。根據(jù)部署范圍不同,本文提供了兩種MTRF部署方案,并對(duì)兩者的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較,運(yùn)營(yíng)商可以對(duì)照自身網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)選擇對(duì)應(yīng)的MTRF部署方案,提高CSFB回落成功率。
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