4g网络状态下csfb失败原因分析.docx
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4g网络状态下csfb失败原因分析
4G网络下CSFB失败原因分析
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梁万明
二〇一五年四月二十二日
…
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4G网络下CSFB失败原因分析
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随着重庆联通4G网络的逐步部署，4G网络上附着的用户逐步增多。
保证4G用户互联互通网络质量、提升用户的感知、提高LTE网络语音回来成功率，成为CS域核心网网络维护与优化的工作重心。
自从4G网络建设和部署开始，在调试过程中我们就遇到过多起4G用户无法做被叫的案例，结合后来4G用户逐渐增多，公司客服部门偶尔还会接到4G用户反映电话无法做被叫的现象。
加上设备供应商提供的维护案例、各省经验及现网相关情况，CSFB失败的原因总结主要有几类：
数据配置问题、弱覆盖或干扰、设备未开启CSFB功能、设备功能缺陷、终端原因、CSFB回落跨MSCPOOL核心网未开启MTRF功能。
一、专业名字解释
为了便于将后续描述清楚，先将主要专业名词解释如下：
LTE网络：
LTE（LongTermEvolution,长期演进）项目是3G的演进，始于2004年3GPP的多伦多会议。
LTE采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。
LTE网络有能力提供300Mbit/s的下载速率和75Mbit/s的上传速率。
在E-UTRA环境下可借助QOS技术实现低于5ms的延迟。
LTE可提供高速移动中的通信需求，支持多播和广播流。
LTE频段扩展度好，支持至20MHZ的时分多址和码分多址频段。
全IP基础网络结构，也被称作核心分组网演进，将替代原先的GPRS核心分组网，可向原先较旧的网络如GSM、UMTS和CDMA2000提供语音数据的无缝切换。
简化的基础网络结构可为运营商节约网路运营开支。
LTE网络包括FDD和TDD两种模式用于成对频谱和非成对频谱，联通公司4G网络采用FDD-LTE和TDD-LTE混合组网模式。
CSFB：
CSFB（电路域回落）是3GPPR8中CSoverPS研究课题的成果之一。
该研究课题提出的背景是LTE和CS双模终端的无线模块是单一无线模式，即具有LTE和UTRAN/GERAN接入能力的双模或者多模终端，在使用LTE接入时，无法收/发电路域业务信号。
为了使得终端在LTE接入下能够发起话音业务等CS业务，以及接收到话音等CS业务的寻呼，并且能够对终端在LTE网络中正在进行的PS业务进行正确地处理，产生了CSFB技术。
在建设LTE网络初期，如果运营商已经有成熟的UTRAN/GERAN网络，出于对CS投资的保护，结合LTE网络的部署策略，运营商可以采用原有的CS域语音方案来提供语音服务，而LTE网络仅处理数据业务（包括IMS数据业务）。
这种情况下，采用CSFB技术，即LTE覆盖下的UE在处理语音业务时，终端先回退到CS（电路域）网络，在CS网络处理语音业务;这样就达到了重用现有的CS域设备来为LTE网络中的用户提供传统的语音业务的目的。
MSCPool在3G中的应用称为Iu-Flex，在2G中的应用称为A-Flex。
其基本工作原理如下：
当用户进入到某个MSCPool的覆盖区域时，RAN节点会按照负载均衡的原则将用户的位置更新请求随机地分配给池组中的某一个MSC，这个MSC完成位置更新过程并给用户分配一个TMSI，这个TMSI里面携带了“网络资源标识（NRI）”字段，用来标识为这个用户服务的MSC编号。
该用户在MSCPool的服务区域内移动时，将一直由这个MSC为其服务，直到离开MSCPool的服务区域为止。
在这期间，如果用户有业务请求，那么RAN节点将根据请求消息中所带的TMSI中的NRI信息，将话务直接分配到对应的MSC进行处理。
在这种工作模式下，一个MSCPool中多个MSC节点可以看作是一个大容量的MSC，用户在Pool的移动，可以认为是在一个MSC管辖区域内移动，从而减少了MSC间的位置更新、切换和重定位，降低了C/D/E接口消息流量。
当MSCPool内某个MSC发生故障退出服务时，RAN节点将会把该MSC下用户的业务请求分配到Pool内其他有效的MSC（根据负荷均衡原则），从而实现对MSC的容灾。
…
MTRF：
MTRF（MobileTerminatingRoamingForwarding），被叫漫游前转特性。
CSFB用户附着到4G网络，同时联合附着到CS网络内的一个MSC上。
当用户做被叫进行语音业务时，UE需要向CS网络回落，如果此时用户处在两个位置区的交叠区域，回落后可能选择另外一个LA并向另外一个MSC发起注册并附着其上；这样联合附着时的MSC会因为寻呼无响应而导致呼叫失败。
MTRF通过在源MSC上将呼叫重新路由到目标侧MSC的方式，使呼叫能够继续接续，从而提高呼叫成功率。
二、失败原因分析
针对4G网络CSFB失败的各类原因，主要有数据配置问题、弱覆盖或干扰、设备未开启CSFB功能、设备功能缺陷、终端原因、CSFB回落跨MSCPOOL核心网未开启MTRF功能。
详细分析如下：
1.数据配置问题
CSFB流程较长，其中涉及无线网的ENODEB、BSC、RNC；EPC核心网的MME、DNS；CS域核心网的HLR、MSC等网元。
其中一个网元上的数据配置有误或不当，均会造成CSFB联合位置更新失败、主叫、被叫失败及无法返回LTE网络的问题。
由于目前大部分的CSFB失败仍与数据配置问题相关，在此对每个网元上需配置的数据进行梳理，并对有可能造成失败的数据配置问题进行总结：
1）ENODEB:
ENODEB上需开启CSFB功能，新增至2G小区的重选回落功能，配置相应的2G重选参数、邻区关系等。
2）BSC:
除原有的2/3G邻区关系外，在无3G有4G区域的设备上新增2G到4G的小区重选功能，并配置相应的重选参数、邻区关系等。
3）RNC:
针对2G-3G-4G桥接返回LTE，共用数据业务对3G、4G互操作的配置要求，新增连接态互操作功能。
【
4）MME:
MME上主要配置以下数据：
定义SGS物理接口；定义SGSIP层数据；定义SGSOSPF路由；定义SGSAP层及MSC数据；开启license功能；配置与对接的MSC的SCTP链路；激活CSFB、SMSoverSGS；TA与LA对应关系；LA与MSC对应关系；SGs接口触发寻呼参数。
与MSC对接的SGS接口的数据配置示例如下：
类别
参数名称
取值样例
获取方法
VLR相关配置
VLR号（VN）
11
全网规划
<
SGs链路配置参数
IP地址类型（IPTYPE）
IPV4
全网规划
本地IPv4地址1（LOCALIPV4_1）
全网规划
本地IPv4地址2（LOCALIPV4_2）
~
全网规划
VLR号（VN）
11
全网规划
VLRIPv4地址1（VLRIPV4_1）
全网规划
VLRIPv4地址2（VLRIPV4_2）
全网规划
SCTP协议参数索引（SCTPINDX）
0
全网规划
5）MSC:
MSC上主要配置以下数据：
对接MME的SGs接口实体配置；对接MME的SGs接口SCTP链路配置；MSCServerlicense开启；定义对端MMEhost数据；定义CSFB所用LA相关数据；配置SGspaging策略；LTE连接态和空闲态寻呼响应软参配置；回落定时器时长配置。
MSC上配置对接MME的SGS接口数据：
！
本局信息
VLR号码
38
该参数由运营商统一规划
本局VLR号码
本地IP地址
该参数由运营商统一规划
用于指定本局分发SGs接口协议消息的IP地址
本地端口号
29118
该参数由运营商统一规划
用于指定本局在SGs接口协议消息中的SCTP端口号
WBSG模块号
140
该参数由运营商统一规划
用于指定本局处理该SGs接口协议消息的WBSG模块号
\
对接数据
MME号码
3322
该参数由运营商统一规划
与本局对接的MME设备的号码
对端IP地址
该参数由运营商统一规划
用于指定与本局对接的MME设备的IP地址
对端端口号
29118
该参数由运营商统一规划
用于指定对接的MME设备在SGs接口协议消息中所使用的SCTP端口号
6）DNS：
在未开启FASTRETURN时，需支持GL小区重选，UE回落后将发起PS域的RAU流程，以及小区重选回LTE时的TAU流程，这时融合DNS或本地DNS上需配置正确的RAI和TAI对应关系数据，否则通过桥接方式2G->3G-4G返回LTE的过程将会失败。
7）HSS：
在默认前提：
MSC/SGSN和HLR对接基础配置已完成（包括数据配置，相关7号信令网配置等已完成）的情况下，将开户用户配置成2/3/4G融合用户即可。
根据以上需进行的数据配置，结合案例及各省经验，数据配置问题导致的CSFB失败主要有以下几类：
①、MME上SGS接口数据配置错误
由于MME上对接MSC的SGS接口数据配置错误，如：
VLR号配置错误、SGS链路配置参数错误（IP地址类型、IP地址、SCTP端口号）等造成CSFB联合注册失败。
！
一般情况下，该失败情况会出现在有新MME或新MSC入网时，并且出现问题时失败区域有共同特性，即ENODEB对接的MME相同且失败区域对应的LAI相同等。
失败区域一般范围较大。
②、MSC上SGS接口数据配置错误
由于MSC上对接MME的SGS接口数据配置错误，如：
MME号配置错误、对接协议类型配置错误等造成CSFB失败。
一般情况下，该失败情况会出现在有新MME或新MSC入网时，并且出现问题时失败区域有共同特性，即失败区域对应的LAI相同或LAI所属MSC相同或MME相同等。
③、MME上TA与LA对应关系、LA与MSC对应关系错误
用户附着时，进行联合位置更新，MME上存储TA（LTETrackingArea）与LA（2GLocationArea）的对应关系，根据TA将用户注册在LA对应的MSC上。
当TA对应错误的LA，会导致UE回落到不同的LAI甚至MSC时，将导致呼叫建立时延增加、用户被叫失败。
当两个LA属于相同的MSC，每次主叫、被叫前均需进行局内的LAU，增加呼叫建立时延约；当两个LA属于不同的MSC时，主叫：
每次主叫前需进行LAU、InsertSubscriberData，TMSI、reallocation等流程，增加呼叫时延约2s，而被叫寻呼失败，直接导致被叫不通。
CSFB要求同覆盖下的2G小区LAC和4G小区TAC配置一致，该数据配置由无线侧提供给核心网侧，核心网侧在MME上进行配置实现。
因此TA与LA对应关系错误有可能是最先无线侧提供的数据就是错误的，也有可能是MME上配置时人工出错。
当有该问题出现时，一般会集中在某个MME上或TA相同，具有区域性的特征。
④、MSC、MME的寻呼方式、寻呼次数、寻呼时间间隔等参数设置不合理
MSC、MME上寻呼方式、寻呼次数、寻呼时间间隔等参数设置不合理或有优化较大空间时，SGS接口的寻呼成功率不高，或出现被叫失败。
⑤、ENODEB、BSC或RNC上邻区关系、重选参数等错配或漏配
:
除2/3G、3/4G邻区关系外，还需要新增4G到2G的邻区配置关系以及局部地区（无3G有4G区域）2G到4G的邻区关系，全网邻区关系复杂，配置工作量大。
4G侧错配或漏配2G频点、3G侧错配或漏配3/4G互操作参数等问题均会导致CSFB失败。
当4G侧漏配2G频点时，会导致主叫时延增大甚至不通（取决于终端实现），被叫无法接通，类似于eNB未打开CSFB开关；当错配2G频点时，会导致主叫时延增加（回到2G后先位置更新）再接续，被叫接续时延增加（同Pool不同LAC时）或者失败（跨Pool）。
当3G侧错配或漏配3/4G互操作参数时，无自主FR能力或FR失败的终端CSFB通话结束，无法回到4G。
以下为4G配置2G重选参数不合理，导致终端不能在TD-LTE网络稳定驻留的案例：
⑥、其他核心网数据配置问题
由于核心网侧一些参数的配置与协议不符或参数配置不当，会导致CSFB过程时延增加甚至超过定时器时间失败。
2.相关网元未开启CSFB功能
①、核心网侧相关网元未开启CSFB功能
如果CSFB手机设置为语音优先模式，CSFB手机在尝试五次联合附着失败后（高通芯片），将关掉4G能力，降级为2/3G手机并在2G/3G网络驻留。
如果CSFB手机设置为数据优先模式，当驻留在LTE网络时，仅能进行数据业务，无法进行语音主被叫。
当有MME、MSC未开启CSFB功能时，该MME、MSC上的用户均会出现联合附着失败情况，问题较明显，影响范围较大，一般出现在有新的MME、MSC入网时。
②、无线侧相关网元未开启CSFB功能
/
当ENODEB未开启CSFB功能时，CSFB手机能够正常在LTE驻留，在进行主叫时，多数终端能够回落至TD-S建立通话但呼叫建立时间较长，部分厂家设备下无法进行被叫。
当回落2G后发生LAC改变，改变后的LAC所属BSC的GSM小区未开启CSFB功能，会导致主叫失败。
一般情况下，该类问题的CSFB失败会集中在同一个小区、同一个LAC或ENODEB上。
以下为GSM目标侧未开启CSFB功能导致CSFB跨LAC回落失败的案例：
3.无线侧弱覆盖或干扰
由于无线侧弱覆盖或干扰导致的CSFB失败均呈现局部情况，相同路径测试不同终端可能会有不同表现。
根据不同的问题现象，将失败原因大致归类如下：
I）语音主叫未回落到2G失败
该类情况主要是在4G网络下出现问题，可能由于主叫主服务小区以及所接收到邻区的RSRP较差，outofservice导致，基于弱覆盖引起。
该种情况采用多种终端多次测试均会出现无法回落情况。
II）语音主叫已回落至2G但仍失败
￥
该类情况有可能是主叫的4G网络对应的GSM网络拥塞（异常），也有可能是被叫4G或主服务小区及邻区SINR差、RSRP差、异频小区重选导致。
4.设备缺陷问题
当ENODEB、MME、MSC等CSFB流程中的主要网元存在分厂家的设备BUG或软件版本缺陷等造成CSFB主被叫失败甚至无法联合附着。
一般由于设备缺陷造成的CSFB失败需要对比不同厂家测试情况或结合信令消息中才能定位出问题。
5.终端原因或终端与网络兼容性不佳
部分终端有可能因为本身设置问题导致CSFB失败，例如：
手机终端设置黑名单或来电防火墙引起CSFB被叫失败等。
若是终端原因，则更换不同终端测试后问题消失。
可多次复测或查看信令消息后定位。
部分终端有可能与网络存在兼容性问题，会出现在某一款特定终端上，可通过信令消息分析定位。
6.CSFB回落跨MSCPOOL核心网未开启MTRF功能
CSFB用户在LTE覆盖区域跨MSCPOOL，可能回落到非联合位置更新登记的MSC，与收到MT呼叫响应的MSC不同，导致被叫无法成功。
主叫端局重试方案MTRR（RoamingRetry）和被叫端局前转方案MTRF（RoamingForward）均可以解决该问题，MTRR需要改造全网MSC和HLR；MTRF只需要改造LTE覆盖区及边界MSC。
针对目前的网络现状，结合MTRF只需要改造LTE覆盖区及边界MSC。
工作量较小，重庆联通选择了采用MTRF的方式对MSCPOOL升级改造，彻底解决CSFB回落跨MSCPOOL时失败问题
现象描述
…
根据用户投诉现象，在投诉地外场江北北城天街，使用两部4G终端互拨，主叫端发起呼叫后正常回落，被叫端也正常回落至2G,但一直没有来电显示，也未振铃；主叫端等待一段时间无回铃音，之后收到被叫用户无法接通的提示音。
问题分析
主被叫两部终端均可正确回落，说明终端在LTE网络侧的CSFB相关流程执行正常，被叫失败是在终端接入GSM网络后因某环节出现异常导致的。
通过跟踪两部终端回落后的各项操作，以及与GSM网络的信令交互过程，发现出现该问题的测试区域恰好位于MSCPooL边界。
其中终端开机初始执行LTE联合附着/位置更新时，根据MME配置的TA-LA映射表，注册在LA1对应的MSC1上，MSC1在MSCPooL1内。
而因终端拨打时位置在MSCPOOL边界，终端实际回落时选择接入的GSM小区为LA2，对应的MSC为MSC2，MSC2在MSCPooL2内。
如下图所示：
图4-1UE回落跨MSCPool示意图
由于联合注册在MSCPooL1的MSC1，被叫呼叫一定接续到PooL1的MSC1，之后用户回落到MSCPooL2的MSC2，导致被叫失败。
解决方案
通过优化无线规划，合理设置GSM小区归属MSCPooL，尽量保证终端回落接入的GSM小区归属于终端注册的MSCPooL，可解决多数场景下回落跨PooL的被叫失败问题。
但在边界区域由于无线信号漂移，无法保证用户在同一区域每次都选择相同小区接入；也不可能同时照顾到PooL边界范围内所有用户，因此无法彻底解决用户被叫失败的问题。
通过收集、整理目前通信界类似问题及研究成果，得出问题的原因如下：
采用CSFB技术，即LTE覆盖下的UE在处理语音业务时，终端先回退到CS（电路域）网络，在CS网络处理语音业务;这样就达到了重用现有的CS域设备来为网络中的4G用户提供传统的语音业务的目的。
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但是CSFB的使用是有前提条件的，那就是只有在E-UTRAN与UTRAN/GERAN的重叠覆盖区域，并且网络及用户具有CSFB功能的时候，才能使用电路域回落。
3GPP定义的MTRF（MobileTerminatingRoamingForwarding），即可解决这种特殊场景下的异常问题。
通过引入该功能，可实现oldMSC（联合位置更新附着的MSC）和newMSC（回落的MSC）之间的呼叫前转，让被叫成功接续。
该方案实施需LTE覆盖范围内全部MSC软件升级支持，影响范围广，改造量大，实施代价高.
MTRR需要改造全网MSC和HLR；MTRF只需要改造LTE覆盖区及边界MSC。
针对目前的网络现状，通过上述比较分析，结合MTRF只需要改造LTE覆盖区及边界MSC。
工作量较小，重庆联通选择了采用MTRF的方式对MSCPOOL升级改造，彻底解决CSFB回落跨MSCPOOL时失败问题通过被叫端局前转方案MTRF（RoamingForward）均可以解决该问题是比较合理的。
MTRF，需要对现网的LTE网络以及GSM网络进行改造升级，如下：
1.在LTE覆盖区域内，升级MSC支持SGs接口为SGsMSC；
2.升级LTE网络覆盖区的SGsMSC和相邻POOL内所有的MSC均支持MTRF；
3.配置MME的SGs接口，并连接所有POOL的SGsMSC；
4.配置MME覆盖范围内TA-LA-MSC的映射关系；
（
针对重庆联通现网情况，需对全网所有MSCPOOL升级。
具体实际网元如下：
主城Poool1
重庆SS5
照母山2层
中兴
所辖MGW
重庆MGW1
南方花园A3
中兴
重庆SS8
照母山2层
中兴
重庆MGW3
南方花园A4
中兴
重庆SS14
—
南方花园A3
中兴
重庆MGW4
南方花园A4
中兴
重庆SS4
红旗河沟8层
中兴
重庆MGW6
南方花园A3
中兴
重庆SS13
照母山2层
中兴
重庆MGW11
^
照母山3层
中兴
重庆MGW12
南方花园A4
中兴
重庆MGW13
南方花园A4
中兴
主城Poool2
重庆SS1
-
南方花园A3
中兴
所辖MGW
重庆MGW2
照母山2层
中兴
重庆SS3
南方花园A4
中兴
重庆MGW5
照母山2层
中兴
重庆SS15
照母山3层
中兴
重庆MGW7
》
照母山2层
中兴
重庆SS16
南方花园A4
中兴
重庆MGW8
南方花园A4
中兴
重庆SS2
红旗河沟8层
中兴
重庆MGW9
照母山2层
中兴
|
重庆MGW10
南方花园A3
中兴
万涪Pool
重庆SS9
照母山2层
中兴
，
所辖MGW
万州MGW1
万州综合楼4层
中兴
重庆SS10
南方花园A4
中兴
万州MGW2
*
万州综合楼4层
中兴
重庆SS11
南方花园A4
中兴
万州MGW3
万州综合楼4层
中兴
重庆SS12
照母山2层
中兴
万州MGW4
万州综合楼4层
中兴
$
涪陵MGW1
涪陵综合楼
中兴
涪陵MGW2
涪陵综合楼
中兴
我公司设备供应商中兴公司，协助我们完成以上所有网元的升级工作。
具体操作及升级工作如下：
经进多方努力，我们组织网优、网间等部门召开了MTRF功能改造会议，实施大的割接工作两次。
重庆本地网中兴设备MTRF功能改造割接：
重庆本地网华为设备MTRF功能改造割接：
三、效果检验与评价
1、指标对比分析
经进4个月的努力，完成了全网所有POOL的升级改造工作，取得了很好的效果。
CSFB成功率达到了%。
上升了个百分点。
以MTRF实施后的2015年2月14日为例，全天CSFB成功率如下：
2、跟踪检查
2015年1月10日，我们队2014年11月-2015年1月CSFB成功率进行了统计，CSFB成功率稳定上升，1月指标达%，超越考核目标值%。
MTRF改造实施前后目标值对比
总之，对于4G网络下造成CSFB失败的原因，相互之间的关系可以用下图来总结如下：
从上图可以看出，六大主要因素中，如何一个都会造成CSFB失败，其中数据配置问题、弱覆盖或干扰、设备未开启CSFB功能、设备功能缺陷、终端原因，可以通过加强规划、组织、管理、个人责任心方式得以解决。
对于目前流行的MSCPOOL组网的网络结构，在上述原因全部排查的基础上，如果仍有CSFB回落跨MSCPOOL核心网时的失败，最佳的方式就是通过全网筹划，通过升级改造开启POOL中各MSC的MTRF功能，彻底解决CSFB回落问题。
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