CSFB組網(wǎng)應(yīng)用分析

0 前言

隨著移動通信的迅猛發(fā)展，用戶對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求越來越強(qiáng)烈，為此3GPP定義了面向分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的演進(jìn)UMTS技術(shù)——演進(jìn)分組系統(tǒng)（EPS）。EPS網(wǎng)絡(luò)中CS域消失，那么如何解決原來由CS域承載的傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)成為運(yùn)營商引入EPS面臨的重要問題之一。

目前業(yè)內(nèi)主流的EPS網(wǎng)絡(luò)中語音解決方案主要包括2種。方案一，與IMS網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，直接用PS域承載語音；方案二，利用原有的UMTS網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)EPS網(wǎng)絡(luò)中的用戶需要發(fā)起語音等CS域業(yè)務(wù)時，將用戶回退到原UMTS網(wǎng)絡(luò)的CS完成業(yè)務(wù)，即CSFB（CS fall back）技術(shù)。而CSFB作為引入IMS之前解決EPS語音的過渡方案，受到國內(nèi)外許多運(yùn)營商的青睞，本文將介紹CSFB技術(shù)的基本原理，對CSFB實際部署中面臨的關(guān)鍵問題進(jìn)行深入討論，并給出相應(yīng)的部署建議。

1 CSFB基本原理

1.1 CSFB簡介

CSFB是使用現(xiàn)有的CS域語音方案來提供語音服務(wù)。在E-UTRAN與UTRAN/GERAN的重疊覆蓋區(qū)域，用戶使用多模單待終端注冊在EPS上，當(dāng)用戶需要進(jìn)行語音業(yè)務(wù)時，終端先回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)再接續(xù)語音業(yè)務(wù)。

CSFB網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示，需要增加MME和MSC Server之間的SGs接口，用來完成UE在EPS和CS域之間的移動性管理和尋呼過程。

1.2 CSFB主要流程

1.2.1 聯(lián)合附著流程

根據(jù)EPS的TA和WCDMA的LA的重疊覆蓋情況，運(yùn)營商預(yù)先在MME中配置好各個TAI所對應(yīng)的LAI，當(dāng)支持CSFB功能的用戶在EPS網(wǎng)絡(luò)中注冊時，MME將根據(jù)該用戶所在的TAI按照之前在MME中配置好的TAI與LAI對應(yīng)關(guān)系為用戶分配一個對應(yīng)的LAI，為用戶分配一個對應(yīng)的LAI，同時通過SGs接口，完成該用戶在LAI所對應(yīng)的MSC/VLR上的注冊，具體流程如圖2所示，此時UE只通過LTE網(wǎng)絡(luò)的無線信號與核心網(wǎng)建立連接，并不接收3G無線信號。

1.2.2 呼叫流程

當(dāng)注冊在LTE網(wǎng)絡(luò)的用戶需要進(jìn)行語音業(yè)務(wù)時，MME收到相關(guān)CS業(yè)務(wù)請求之后（LTE用戶作為主叫時，MME將收到用戶發(fā)出的擴(kuò)展的Service Request消息，指示需要進(jìn)行語音業(yè)務(wù)；LTE用戶作為被叫時，MME會收到來自MSC的Paging Request消息），會告知終端進(jìn)行切換，終端從LTE切換到3G網(wǎng)絡(luò)，接續(xù)語音業(yè)務(wù)，若此時有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，則一同切回到3G網(wǎng)絡(luò)接續(xù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，具體流程如圖3所示。

2 CSFB關(guān)鍵問題分析

2.1 被叫回落到非注冊MSC

當(dāng)UE在LTE網(wǎng)絡(luò)中所處的TA位于LA1和LA2的邊界時，UE初始進(jìn)行LTE和3G的雙附著時根據(jù)MME內(nèi)配置的映射表，注冊在LA1對應(yīng)的MSC1上，而呼叫發(fā)生，UE作為被叫，回落到3G后，UE實際所處位置為LA2，對應(yīng)的服務(wù)MSC為MSC2時，如圖4所示。此時即需要網(wǎng)絡(luò)通過特定機(jī)制，將該呼叫重新路由到新的MSC2上，保證呼叫的正常進(jìn)行。

2.1.1 方案一：MTRR方案

如圖5所示，主叫MSC第一次向HLR取路由信息，獲得MSC1的地址，MSC1收到IAM消息后通過MME尋呼到用戶，由MME觸發(fā)用戶切換回3G，UE回到3G后，向MSC2發(fā)起位置更新消息，MSC再經(jīng)過HLR通知主叫MSC重新取路由信息，并由主叫MSC再次發(fā)送IAM消息至MSC2完成后續(xù)會叫流程。

2.1.2 方案二：MTRF方案

如圖6所示，與MTRR方案不同，當(dāng)UE回到3G向MSC2發(fā)起位置更新后，MSC2通知MSC1自己的地址，由MSC1將IAM消息轉(zhuǎn)發(fā)至MSC2，而避免了主叫MSC重新取路由信息及發(fā)送IAM的過程。

2.1.3 方案分析

從圖5和圖6的對比中可以明顯看出，MTRF較MTRR節(jié)省了3條信令消息，能夠縮短主叫用戶感受到的呼叫接續(xù)時間，給予用戶更好的業(yè)務(wù)體驗，且MTRR需要HLR和主叫MSC以及實際注冊的MSC2同時支持MTRR功能，而MTRF對于HLR沒有特殊要求，只需要MSC2支持即可。因此實際部署時，應(yīng)盡量選用MTRF方案。

2.2 CSFB組網(wǎng)方案

CSFB技術(shù)需要MSC支持到MME的SGs接口，來完成用戶在LTE和3G網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合附著。但運(yùn)營商實際部署時，全網(wǎng)MSC設(shè)備進(jìn)行升級支持SGs接口對于現(xiàn)網(wǎng)影響較大，且運(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)可能存在部分老版本MSC無法升級支持SGs接口及CSFB功能，因此，實際部署時可以考慮采取如下方案，升級部分MSC支持SGs接口即可。

2.2.1 方案一：MSC Pool方案

將3G網(wǎng)絡(luò)中的MSC利用A-Iu Flex技術(shù)形成MSC Pool，每個Pool內(nèi)，選定部分MSC進(jìn)行升級，建立SGs接口，支持CSFB功能（見圖7）。位于與該P(yáng)ool內(nèi)LA重疊覆蓋的TA區(qū)所有用戶的LTE回落語音業(yè)務(wù)都由該升級的MSC進(jìn)行處理，UE回落到3G后，在Pool內(nèi)始終選定該MSC為自己的服務(wù)MSC。

2.2.2 方案二：MSC Proxy方案

選取3G網(wǎng)絡(luò)中部分MSC或者新建一個MSC作為MSC Proxy，負(fù)責(zé)UE通過SGs口注冊到HLR/HSS中去，新建的代理MSC可以不與RNC相連，當(dāng)UE在LTE網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行LTE與3G聯(lián)合附著時，均附著到代理MSC下（見圖8）。當(dāng)UE回落到3G網(wǎng)絡(luò)后，再通過位置更新流程注冊到真正的MSC下。

2.2.3 方案分析

上述組網(wǎng)方案實際使用時需要根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備情況，以及對設(shè)備性能、用戶體驗的影響等方面綜合分析，選擇合適的方案。

考慮到現(xiàn)網(wǎng)MSC存在多個版本，對于CSFB的支持程度可能存在差異，可分為2種情況對3種方案進(jìn)行對比分析。

對于現(xiàn)網(wǎng)MSC可以至此后升級CSFB的情況，各方案對比情況如表1所示。

對于現(xiàn)網(wǎng)MSC不具備升級支持CSFB的情況，只能考慮使用MSC Pool方案或者Proxy MSC方案，方案對比情況如表2所示。

從上面的對比可以看出，MSC Pool方案發(fā)生MTRR/MTRF的概率最小，因此，產(chǎn)生的呼叫時延最小，用戶體驗最好，且MSC Pool方案對于CSFB來說，3G網(wǎng)絡(luò)的改造要求也最低，只要每個Pool內(nèi)部分MSC升級支持CSFB即可。

另一方面，該方案需要運(yùn)營商3G首先支持A/Iu Flex功能。另外MSC Pool方案中，對于LTE網(wǎng)絡(luò)用戶回落到3G后，只能注冊在制定的支持CSFB的MSC上，且在3G網(wǎng)絡(luò)Pool內(nèi)移動過程中，服務(wù)MSC不進(jìn)行更換，最終有可能導(dǎo)致LTE用戶更多地選擇Pool內(nèi)支持CSFB的MSC，從而使支持CSFB的MSC負(fù)載容量較高，Pool內(nèi)各MSC之間負(fù)載不均衡的問題。但該問題可以通過在Pool內(nèi)升級若干個MSC的方式得到緩解，這些支持CSFB的MSC之間可以實現(xiàn)負(fù)載均衡，另外，若3G MSC支持動態(tài)負(fù)載分配方式，也可以避免上述問題。

3 部署方案建議

通過對于CSFB技術(shù)的分析可以看到，LTE網(wǎng)絡(luò)部署初期，當(dāng)LTE覆蓋小于3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋時，可以采用CSFB技術(shù)來解決LTE語音問題。CSFB技術(shù)可以很好地利用運(yùn)營商原有3G網(wǎng)絡(luò)投資，對于3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)支持A/Iu Flex功能的情況，可以采用MSC Pool方案，而不必全網(wǎng)升級支持SGs接口，同時采用MTRF技術(shù)來處理異常的LTE語音被叫問題，從而減少呼叫接續(xù)試驗，改善用戶體驗。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 3GPP TS 23.272 Circuit Switched（CS）fallback in Evolved Packet System（EPS）；Stage 2［S/OL］. ［2013-01-10］. http://wenku.baidu.com/view/abb1aa0c844769eae009ed66.html.

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［3］ 3GPP TS 23.060 General Packet Radio Service（GPRS）［S/OL］. ［2013-01-10］. http://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/123000_123099/12 3060/10.09.00_60/ts_123060v100900p.pdf.

作者：陳婉珺