1LTE网络下的4G业务流程浅析及案例分析docxWord格式.docx

1、Combined with attachment；Bearing；1概述随着2G GSM经过2.5G GPRS演进到3G UMTS，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。1 LTE的网络结

2、构长期演进LTE（Long Term Evolution）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（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network）和SAE（System Architecture Evolution）组成。LTE的EPC网络组网架构如下：图 3-1-1 EPC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SGW两种功能实体，它们提供GGSN、SGSN节点和RNC的部分功能，MME和S

3、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、MSC SERVER、HSS采用平滑升级的方式支持2/3/4G网络的共同接入。3.2 LTE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/

4、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3-2-11 3、4G网络下的附着流程具体流程如下:1、UE（User Equipment）发起网络附着请求，向MME发送Attach Request消息。其中参数Attach Type指示这是一个联合的EPS/IMSI附着流程,并且参数指示UE具备CS Fallback能力。图3-21-2AttachRequest消息信元2、MME发送SGsAPLOCATI

5、ON-UPDATE-REQUEST消息给VLR，消息中包括new LAI、IMSI、MME name和EPS location update type等参数，其中MME name是MME的域名。图32-13LocationUpdateRequest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SGsAPLOCATION-UPDATEACCEPT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Attach Accept给U

6、E,消息中包括参数LAI和VLR TMSI。UE接收到信元LAI和VLR TMSI则表示附着CS域和LTE网络成功。其中VLR TMSI信元会触发UE执行TMSI重分配流程。图3-2-14TMSI重分配完成消息7、附着成功后，MME通过S1APINITIALCONTEXT-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-SPUUECAPABILITY-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

7、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。2。2 语音业务（1）主叫语音业务UE发起CS Fallback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322-1 LTE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

8、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322-1中流程5开始。在语音流程结束后，4G主叫语音流程中， MSC Server向主叫回落到的RNC发送IU_RELEASE_COMMAND消息，携带End Of CSFB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322-2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CS Fallback语音业务请求。Extended Service Request消息中,servicetype信元指示业务类型为始发CS

9、FB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32-23UE发起的ServiceRequest消息信元2、MME向MSC Server发送SGsAPSERVICEREQUEST消息,携带信元MO Fallback indicator,指示主叫侧UE回落。3、MME发送Initial Context Setup Request消息给eNodeB，包含CS Fallback Indicator。该消息指示eNodeB,UE因CS Fallback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

10、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CM Service Request。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。MSC Server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

11、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EUTRAN。图3-22-4LTE网络下的被叫语音流程具体被叫语音流程如下：1、 MSC/GMSC Server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old MSC Server获取漫游号码。3、 old MSC Server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

12、行号码分析，根据分析结果将呼叫路由到old MSC Server。6、MSC Server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-PAGINGREQUEST（携带IMSI，TMSI,Service indicator ,CLI,LAC，Channel needed信元）消息给MME.图3-225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Extended Service Request消息给MME.7、MME发送SGsAPSERVICEREQU

13、EST消息给MSC Server。MSC Server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，MSC Server收到包含空闲态指示的SGs Service Request消息，先通知主叫，呼叫正在接续过程中.8、MME发送Initial UE Context Setup消息给eNodeB,包含CS Fallback Indicator。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IUCS口回Paging Response消息给MSC Server,伴随着空口、A/Iu-CS接口连接的建

14、立，建立呼叫。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3231 LTE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Uplink NAS Transport消息给MME,相关的短消息信息CP DATA/RP DATA/TPDU/SMS SUBMI

15、T作为参数NAS message container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NAS message container信元将短消息打包在SGsAPUPLINK-UNITDATA消息中（等同CS域CP_DATA消息）发给MSC.图32-32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SGsAPDOWNLINK-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NAS message container通过

16、Downlink NAS Transport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SGsAPDOWNLINKUNITDATA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Downlink NAS Transport消息中发给UE。10、 UE将短消息报告接收响应通过Uplink NAS Transport发给MME.11、 MME通过SGsAP-UPLINKUNITDATA消息向MSC返回短消息报告接收响应。12、 MSC向MME发SGsAPRELEASE-RE

17、QUEST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323-3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MSC SERVER、HSS、MME上对该号码IMSI号打开信令跟踪，在MSC SERVER上跟到的消息如下:图41-1MSC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EUTRAN网络向MME发起ATTACH Request后，MME通过SGs接口向VLR

18、发起LOCATON UPDATE_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“invalidmandatoryinformation （9）”指示VLR返回给MME“必选消息单元差错”原因值，且MME name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MME name格式VLR无法识别，USN升级到USN V900R011C01SPC3

19、00版本后使用了新的R10协议版本来加密MME Name, 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MME name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_Ex31 Bit5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M

20、ME上跟到的消息如下：图4-21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service request流程，MME收到后发起Initial Context Setup Request流程,但eNodeB初始上下文建立失败。打开eNodeB发给MME的Initial Context Setup Failure失败消息可以看到,eNodeB返回失败原因值为failure-inradio-interfaceprocedure（26），为空口方面的失败，消息如下：图42-2初始化上下文失败消息信元根据返回原因值

21、，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42-3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424 EPS QCI参数和PreRel-8 QoS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

22、会被删除，此时如果Initial Context Setup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。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 CS FallBack解决方案 华为公司