1LTE网络下的4G业务流程浅析及案例分析.docx

1LTE网络下的4G业务流程浅析及案例分析.docx

《1LTE网络下的4G业务流程浅析及案例分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1LTE网络下的4G业务流程浅析及案例分析.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

1LTE网络下的4G业务流程浅析及案例分析

LTE网络下的4G业务流程浅析及案例分析

摘　要

本文主要是在现网LTE网络下,以信令协议相关知识为基础，通过实际测试验证，对LTE网络下的联合附着、语音主被叫、短信始发终结流程进行研究和分析，对比3G业务流程，对用户在3/4G网络下进行业务的流程共同点和差异进行分析和阐述，同时运用相关业务流程知识对典型案例进行分析，解决实际遇到的网络问题。

关键词：

LTE（LongTermEvolution）；CSFallback（CircuitSwitchedFallback）；联合附着；承载；

ABSTRACT

ThispaperismainlyonthecurrentLTEnetwork,thesignalingprotocolrelatedknowledgeasthefoundation,throughtheactualtest,attachment,thecombinedLTEnetworkofvoicecalling,SMSoriginatingendresearchandanalysisprocessofthe3Gbusinessprocess,comparison,analysisandelaborationofcommonusertoflowintoservicein3/4Gnetworkunderanddifferences,andrelatedbusinessprocessknowledgefortypicalcaseanalysisusingthenetwork,solvingpracticalproblems.

KEYWORDS：

LTE（LongTermEvolution）；CSFallback（CircuitSwitchedFallback）；Combinedwithattachment；Bearing；

1概述

随着2GGSM经过2.5GGPRS演进到3GUMTS，移动通信逐步实现了广域覆盖、高速无线数据传输和与因特网的融合，能够为人们提供语音、数据、视频等丰富多彩的业务。

但随着目前业务的迅猛发展和需求的多元化，对网络质量及业务接入能力提出了更高的要求。

而3GPP提出的LTE标准，能够实现更高的数据传输速率、更短的时延、更低的成本，更高的系统容量以及改进的覆盖范围来满足市场需求。

因此，4G网络的发展及4G业务的应用将在近几年呈高速发展的态势，以满足下一代移动网络业务发展的要求。

2研究背景

3LTE网络介绍

3.1LTE的网络结构

长期演进LTE（LongTermEvolution）是3GPP主导的无线通信技术的演进，用于全面支撑高性能数据业务。

LTE网络由E-UTRAN（EvolvedUMTSTerrestrialRadioAccessNetwork）和SAE（SystemArchitectureEvolution）组成。

LTE的EPC网络组网架构如下：

图3-1-1EPC网络组网架构

LTE网络的基本架构分为分组核心网演进部分（EPC）和无线接入网络部分，形成高效的两层节点架构。

分组核心网演进（EPC）部分包含MME和S-GW两种功能实体，它们提供GGSN、SGSN节点和RNC的部分功能，MME和S-GW两类实体分别完成EPC的控制面和用户面功能。

在LTE系统架构中，将RAN演进成为E-UTRAN，而且只有eNodeB一种节点，完成无线接入部分的管理过程。

LTE的EPC网络支持多种网络共接入，实现了核心网的融合，从物理网元来讲，核心网侧MME、MSCSERVER、HSS采用平滑升级的方式支持2/3/4G网络的共同接入。

3.2LTE网络下关键业务分类及流程

与WCDMA网络一样，LTE网络同样提供包括移动性管理、语音业务、短消息业务、上网业务等。

但对于语音业务，目前的网络架构及LTE网络机制，暂无法实现语音业务的承载，而是通过语音回落（CSFB）的方式让用户回落到原2/3G网络，实现2/3/4G网络互操作以提供语音业务。

3.2.1联合位置更新

结合2/3G网络下的位置更新流程，在4G网络里，UE发起的位置更新为联合位置更新流程，简而言之就是UE需要在LTE与2G/3G网络中进行联合附着、去附着以及位置更新。

附着流程[1]：

图3-2-1-13、4G网络下的附着流程

具体流程如下：

1、UE（UserEquipment）发起网络附着请求，向MME发送AttachRequest消息。

其中参数AttachType指示这是一个联合的EPS/IMSI附着流程，并且参数指示UE具备CSFallback能力。

图3-2-1-2AttachRequest消息信元

2、MME发送SGsAP-LOCATION-UPDATE-REQUEST消息给VLR，消息中包括newLAI、IMSI、MMEname和EPSlocationupdatetype等参数，其中MMEname是MME的域名。

图3-2-1-3LocationUpdateRequest消息信元

3、VLR存储MME信息，并创建与MME下此用户的SGs关联。

4、VLR根据用户信息和位置区信息，发起到HLR的位置更新流程。

5、VLR返回SGsAP-LOCATION-UPDATE-ACCEPT给MME，如果VLR支持TMSI重分配，消息中包括参数LAI和TMSI，否则消息中包括参数LAI和IMSI。

6、MME发送AttachAccept给UE，消息中包括参数LAI和VLRTMSI。

UE接收到信元LAI和VLRTMSI则表示附着CS域和LTE网络成功。

其中VLRTMSI信元会触发UE执行TMSI重分配流程。

图3-2-1-4TMSI重分配完成消息

7、附着成功后，MME通过S1AP-INITIAL-CONTEXT-SETUP-REQ消息发起上下文建立请求，用于MME向eNodeB请求在无线侧建立资源，同时请求UE返回相关能力集。

UE则通过S1AP-SPU-UE-CAPABILITY-INFO-INDICATION消息返回UE相关的能力。

通过研究LTE网络的移动性管理过程，能够清楚的了解LTE网络与2G/3G网络之间的互操作，对比3G网络下的附着流程，可以发现联合附着就是UE通过一次附着请求完成在LTE网络及3G网上的注册，而UE注册在CS域网络的消息都是通过LTE网络新增的SGs接口来传递。

3.2.2语音业务

（1）主叫语音业务

UE发起CSFallback主叫语音业务，MME指示eNodeB将UE回落到GERAN/UTRAN网络，UE在GERAN/UTRAN网络发起主叫语音业务，在主叫语音业务之前有可能先发起位置更新流程。

图3-2-2-1LTE网络下的主叫语音流程

对比3G网络语音流程，在LTE网络下，由驻留在LTE网络中的UE发起主叫，向MME发送语音业务请求，通知网络发起语音呼叫需要进行语音回落过程提供语音业务。

随后LTE网络会选择要回落的网络并与其发生数据交互，使UE回落到该网络完成语音业务，回落到3G网络后的流程与3G语音流程基本一致，如图3-2-2-1中流程5开始。

在语音流程结束后，4G主叫语音流程中，MSCServer向主叫回落到的RNC发送IU_RELEASE_COMMAND消息，携带EndOfCSFB信元，指示RNC拆除空口连接并指示UE回到LTE网络。

现网跟踪到的回到LTE网络消息如下：

图3-2-2-2用户返回4G网络消息

主叫语音业务流程[2]具体如下：

1、UE发起CSFallback语音业务请求。

ExtendedServiceRequest消息中，service-type信元指示业务类型为始发CSFB语音业务，同时携带该UE在联合附着过程中CS域给它分配的TMSI。

图3-2-2-3UE发起的ServiceRequest消息信元

2、MME向MSCServer发送SGsAP-SERVICE-REQUEST消息，携带信元MOFallbackindicator，指示主叫侧UE回落。

3、MME发送InitialContextSetupRequest消息给eNodeB，包含CSFallbackIndicator。

该消息指示eNodeB，UE因CSFallback业务需要回落到UTRAN/GERAN。

4、eNodeB要求UE开始系统的小区测量，并获得UE上报的测量报告，确定重定向的目标系统小区。

然后向UE发送目标系统具体的无线配置信息，并释放连接。

5、UE接入目标系统小区，发起CS域的业务请求CMServiceRequest。

之后的呼叫建立流程与3G网络下主叫语音流程一致。

（2）被叫语音业务

当UE驻留在LTE网络中却发生语音被叫时，同样由于LTE网络无法提供CS域语音业务，要将语音业务回落到2G/3G网络的CS域进行。

MSCServer收到对UE的被叫语音请求，通过存在的SGs关联和MME信息，向该MME发起寻呼请求。

MME通过eNodeB在空口寻呼该UE，并指示UE回落到目标GERAN/UTRAN网络。

UE接入到目标网络后，在电路域继续进行语音呼叫，后续流程与3G网络下的被叫语音流程一致。

当MSC收到RNC的IU_RELEASE_COMPLETE消息表示呼叫结束。

接入侧在指示终端重选网络时只针对CSFB用户携带LTE频点，实现CSFB终端快速返回E-UTRAN。

图3-2-2-4LTE网络下的被叫语音流程

具体被叫语音流程如下：

1、MSC/GMSCServer向被叫用户归属HLR发送取路由信息请求。

2、HLR收到该SRI消息后，向被叫用户当前附着到的oldMSCServer获取漫游号码。

3、oldMSCServer为该次呼叫分配漫游号码MSRN1，并返回给HLR。

4、HLR将该漫游号码发送给MSC/GMSC。

5、MSC/GMSC收到该漫游号码后，进行号码分析，根据分析结果将呼叫路由到oldMSCServer。

6、MSCServer收到IAM入局（例如中继ISUP入局）消息后，根据存在的SGs关联和MME信息，发送SGsAP-PAGING-REQUEST（携带IMSI，TMSI，Serviceindicator，CLI，LAC，Channelneeded信元）消息给MME。

图3-2-2-5被叫时的Paging消息信元

5、MME发送Paging消息给eNodeB。

eNodeB发起空口的Paging流程。

6、UE建立连接并发送ExtendedServiceRequest消息给MME。

7、MME发送SGsAP-SERVICE-REQUEST消息给MSCServer。

MSCServer收到此消息，不再向MME重发寻呼请求消息。

为避免呼叫接续过程中，主叫等待时间过长，MSCServer收到包含空闲态指示的SGsServiceRequest消息，先通知主叫，呼叫正在接续过程中。

8、MME发送InitialUEContextSetup消息给eNodeB，包含CSFallbackIndicator。

该消息指示eNodeB，UE因CSFB业务需要回落到UTRAN/GERAN。

9、UE回落到CS域之后，UE通过IU-CS口回PagingResponse消息给MSCServer，伴随着空口、A/Iu-CS接口连接的建立，建立呼叫。

3.2.3短消息业务

与2/3G网络下的短消息业务流程不同的是，SGs短消息功能不管是短消息始发还是终结流程，均不需要将UE回落到GERAN/UTRAN网络，直接利用E-UTRAN网络为UE提供短消息业务。

当用户附着在LTE网络中，发起短消息业务时，触发SGs接口始发短消息流程。

图3-2-3-1LTE网络下的始发短消息流程

具体流程如下：

1、UE处于空闲态，则UE在发送短消息前需要先发起始发短消息业务请求流程，伴随着空口RRC连接和S1信令连接的建立。

2、UE发送UplinkNASTransport消息给MME，相关的短消息信息CPDATA/RPDATA/TPDU/SMSSUBMIT作为参数NASmessagecontainer打包在上行NAS消息里。

3、MME查询UE的SGs关联信息，确定目标MSC，MME通过NASmessagecontainer信元将短消息打包在SGsAP-UPLINK-UNITDATA消息中（等同CS域CP_DATA消息）发给MSC。

图3-2-3-2携带短消息内容的消息信元

4、MSC收到MME的SGsAP-UPLINK-UNITDATA消息，返回SGsAP-DOWNLINK-UNITDATA消息（等同CS域CP_Acknowledge消息），确认收到短消息，并向短消息中心转发短消息。

5、MME将其中的NASmessagecontainer通过DownlinkNASTransport消息传给UE。

6、MSC向短消息中心发送主叫短消息在CS核心网传递的过程。

7、MSC收到短消息中心的始发短消息响应。

8、MSC通过SGsAP-DOWNLINK-UNITDATA消息（等同CS域CP_DATA消息）将响应消息透传给MME。

9、MME将短消息报告打包到DownlinkNASTransport消息中发给UE。

10、UE将短消息报告接收响应通过UplinkNASTransport发给MME。

11、MME通过SGsAP-UPLINK-UNITDATA消息向MSC返回短消息报告接收响应。

12、MSC向MME发SGsAP-RELEASE-REQUEST消息结束始发短消息流程。

现网MSC下跟踪的短消息始发消息如下：

图3-2-3-3始发短消息流程信令消息

4典型案例

4.1案例一：

4G用户在LTE网络下开机无法正常登网

问题现象：

使用已开通4G功能的号码用支持LTE网络手机开机进行登网，手机上无4G信号，通过手动搜索选4G网络，提示登网失败。

问题定位：

在MSCSERVER、HSS、MME上对该号码IMSI号打开信令跟踪，在MSCSERVER上跟到的消息如下：

图4-1-1MSC上返回的失败消息

结合4G用户在LTE网络下正常的联合附着信令流程可以看出，UE通过E-UTRAN网络向MME发起ATTACHRequest后，MME通过SGs接口向VLR发起LOCATONUPDATE_REQUEST进行联合位置更新，VLR收到MME的请求后，正常流程下VLR此时应向HLR发起位置更新，但从跟踪的消息来看，VLR并未给HLR发位置更新消息，而是直接向MME回STATUS错误消息，如上图红色框所示，此消息携带SGs-cause信元值为“invalid-mandatory-information（9）”指示VLR返回给MME“必选消息单元差错”原因值，且MMEname为16进制数。

解决方法：

联合MME侧分析确认，产生此原因值的原因是MME发送的SGs消息中携带的MMEname格式VLR无法识别，USN升级到USNV900R011C01SPC300版本后使用了新的R10协议版本来加密MMEName,而MSC使用R8协议来解密，所以MSC无法解析导致流程无法继续。

华为MME通过修改软参可控制发给MSC消息的MMEname格式，MME中定义了长度标示格式（R10协议）、点分格式（R8协议）两种name格式，系统默认为第一种。

通过将MME的软参Byte_Ex31Bit5设置为点分格式后问题解决。

4.2案例二：

4G用户在LTE网络下无法做被叫

问题现象：

4G用户开机登网在LTE网络正常，当用户使用语音业务CSFB回落到2/3G网络后，用户再做被叫时提示“无法接通”，手机上无网络标志。

问题定位：

分别在MME、HLR、eNodeB跟踪用户消息，在MME上跟到的消息如下：

图4-2-1初始化上下文失败消息

用户附着在LTE网络上，由于CSFB或者其他原因重选到2/3G网络，且再次TAU到LTE网络成功，此时UE发起了servicerequest流程，MME收到后发起InitialContextSetupRequest流程，但eNodeB初始上下文建立失败。

打开eNodeB发给MME的InitialContextSetupFailure失败消息可以看到，eNodeB返回失败原因值为failure-in-radio-interface-procedure（26），为空口方面的失败，消息如下：

图4-2-2初始化上下文失败消息信元

根据返回原因值，MME侧判断为eNodeB侧不支持手机侧上报的QCI导致eNodeB返回失败。

查询MME上用户的签约信息发现，用户签约的流量等级为“Interactive”、发送控制优先级为“2”、信令指示为“No”，经MME映射处理后对应的QCI等级为7。

图4-2-3用户签约的QCI等级

因为用户从2/3G网络TAU到4G时，会先使用2/3G的签约信息映射4G的QoS，映射关系如下：

图4-2-4EPSQCI参数和Pre-Rel-8QoS参数的映射关系

目前现网使用的QCI均为6，进一步判断为eNodeB上不支持QCI为7的QoS导致初始上下文建立失败，由于用户TAU已经完成，故原先2/3G的PDP以及用户信息就会被删除，此时如果InitialContextSetup流程失败，MME会把用户置为隐式分离状态，并同时通过SGs接口向VLR发IMSI_DETACH_INDICATION消息指示VLR将用户置为隐式分离状态，从而影响用户被叫。

解决方法：

通过在HLR侧修改APN对应的“发送控制优先级”为1来解决，该参数从2修改为1后，QCI映射后就会从7变为6。

5结论

通过对LTE网络基本架构的深入了解和对LTE网络与2G/3G网络互连的接口以及各个功能实体的学习，研究LTE网络与2G/3G网络之间的附着过程、主被叫语音过程、始发/终结短消息过程，可以更好地理解用户业务在LTE网络与2G/3G网络的互操作，加深对各业务流程的深入理解，为以后在业务使用过程中解决遇到的问题提供扎实的理论依据。

6参考文献

1、华为技术公司《典型信令流程用户手册》华为公司

2、华为技术公司《CSFallBack解决方案》华为公司