PS域互操作双向切换失败问题的分析解决案例.doc

PS域2/3 G互操作双向切换失败问题的分析解决案例佛山公司苏燕、汕头公司马于飞、中山公司孔令兴摘要：2/3G实现互操作对TD发展非常重要，在TD初期可让用户享受TD的高速的同时享受成熟的2G网络；在TD成熟期，可以引导更多用户使用TD网络。本文针对广州TD网络中出现的PS域2/3 G互操作双向切换失败的典型问题，介绍了从无线侧到核心网详细的分析定位过程，并给出可行的解决方案。本文只是抛砖引玉，希望能对日后的2/3G互操作网优工作起参考之用。关键词：TD-SCDMA、GSM、互操作、PS域1 前言TD网建设是一种创新性的工作、一种革命性的工作，是运营商帮助整个产业逐渐完善、逐渐成熟的过程。TD还存在很多需要不断完善的地方，整体网络质量还达不到2G水平，仍然有待提高。TD/2G实现互操作对TD发展非常重要，一来可以用2G的资源和经验来建设和维护TD网路，二来可以实现“三不”（不换卡，不换号，不登记）从而大幅降低TD用户的门槛。在TD网络的建网初期，网络不可避免地存在一定的覆盖盲区。TD网络与GSM网络是共存互补的关系，开通2/3G互操作，利用GSM网络比较完善的网络覆盖，在TD的弱覆盖区用GSM作为过渡，是保证3G用户能够正常使用业务的重要手段。在TD成熟期，则可以引导更多用户使用TD网络。2/3G互操作可以让用户始终使用最好的网络。根据集团公司的指示，广州的TD网络近期开通了2/3G互操作，并开展专项性能优化工作。在测试中发现存在PS域双向切换完全失败的问题，这是PS域2/3G互操作中比较经典的问题，本文首次对该问题进行了准确的定位并提供了解决方案。在各地市即将大规模建设TD网络之际，现网TD网络维护优化经验的总结显得非常重要。本文只是抛砖引玉，希望能给2/3G互操作优化人员一些参考的价值。2 问题简述在进行PS业务时，无论是从TD切向G网，还是从G网切向TD，均因为路由更新不成功导致互操作失败。3 问题分析及处理3.1 从无线侧分析，检查网络参数以PS域TD切到GSM为例，切换流程如下图：1）当UE与RNC建立连接后，RNC会向UE发送测量控制，告诉UE需要测试哪些内容，且测量数据达到怎样的门限后UE需上报测量报告。若RNC侧打开了异系统间的切换开关，则会包括异系统间测量控制信息。查看RNC的配置可见，已经打开了异系统间的切换开关。2)UE在按照测量控制的要求进行测量的同时，对测量的数据进行计算，若达到门限则上报测量报告。系统间PS域切换的门限是：当前TD信号测量值低于绝对门限并且GSM信号测量值高于绝对门限，且这种情况持续一段时间UE上报测量报告。3)根据广州现网的配置策略，只要UE向RNC发送测量报告，那么RNC就判决可以进行测量。以下是现网PS域切换参数的配置情况：当TD的信号弱于（-90-5）=-95dBm且GSM的信号强于（-95+5）=-90dBm，并且持续2560ms时，UE开始从TD网络切换到GSM网络。这些参数是经过多次测试，对比了切换前后的无线环境，信号强度、BLER等指标，较为合理。故不存在参数设置不当而导致弱信号切换失败的情况。3.2 结合UU口信令，进行深入分析。以下是在测试软件Outum上抓到的UU口信令流程，如下图1、图2所示：图1：PS域TD向GSM切换图2：PS域GSM向TD切换失败从上面的信令过程可以看出，无论是TD切到GSM，还是GSM切到TD，UE都在目标小区成功地完成了位置更新过程，并且按照规范，发起路由更新请求。也就是说，UE成功地接入了目标小区，切换在无线上的过程是完全成功的。对于TD向GSM切换，UE在GSM发起位置更新和路由更新，位置更新成功，但路由更新无响应，UE在T3330计时器超时后，再次发起路由更新请求，最终得到网络下发的路由更新拒绝的消息，UE进行ATTACH，在网络重新注册。对于GSM向TD切换，UE在GSM发起位置更新和路由更新，位置更新成功，但路由更新无响应，UE再次发起路由更新请求，并最终成功，但业务中断。对比两个过程，失败的现象是不同的。作GSM向TD的切换做进一步分析，对比两次路由更新请求的内容，如图3、4所示：图3：第一次申请的详细内容图4：第二次申请的详细内容对比两次申请的详细内容，可以发现，第一次有携带一条消息：VERSION RELEASE 99，而第二次则没有。对比TD系统内部的路由更新请求，也没有这条消息，也就是说，第二次请求与普通的TD系统内的路由更新请求的格式是一样的，再加上业务中断这一现象，说明第二次请求是UE在TD网络重新进行登记的路由更新。也就是说，其实从TD切换到GSM，跟从GSM切换到TD是一样的，都是路由更新失败，UE在新的网络重新登记。因此，问题定位在核心网上，路由更新失败是切换失败的原因。3.3 直击核心网，小心求证以下是3GPP规范中PS域3G向2G切换的正常流程： 上图是3GPP协议中3G到2G的路由更新流程图，具体解释如下：1. MS（MS处于Idle状态）或UTRAN（MS处于Cell-DCH状态或者Cell-FACH状态）决定发起分组域的系统间切换。2. MS向新2-SGSN发起路由区更新请求（包括旧的RAI、旧的P-TMSI签名、MS的网络能力等信息），BSS在将消息送到SGSN之前将收到消息中加入新小区的CGI（包括LAC和RAC）。3. 新2-SGSN向老3-SGSN发送SGSN Context Request消息获取MS的MM和PDP上下文。老3-SGSN对MS的P-TMSI签名进行验证，如果SGSN不认识该MS，则会回应一个适当的错误原因。4. 如果切换之前MS处在CONNECTED状态（即正在进行数据业务时），老3-SGSN向SRNS发送SRNS Context Request消息，SRNS收到此消息后停止向MS发送数据PDU，并将数据进行缓存，同时向老3-SGSN返回SRNS Context Response。5. 老3-SGSN向新2-SGSN发送SGSN Context Response，其中包含MS的MM和PDP上下文。6. 若在第3步中老3-SGSN通过P-TMSI检验出MS无效，则在这步执行安全流程，通过HLR来检验MS是否有效；若第3步已经检验出MS有效，那么这一步不被执行。7. 新2-SGSN向老3-SGSN发送SGSN Context Acknowledge消息，通知老3-SGSN现在2-SGSN可以接受激活的PDP contexts的相关数据PDU。8. 如果手机处于CONNECTED状态，则老3-SGSN向SRNS发送数据转发命令（Data Forward Command）。SRNS在收到该命令后启动数据转发定时器，SRNS发送已缓存的数据PDU到老3-SGSN。9. 老3-SGSN将GTP PDU按隧道方式传送给新2-SGSN，GTP头中的序列号不改变。10. 新2-SGSN向GGSN发送Update PDP Context Request。GGSN更新PDP context后返回应答Update PDP Context Response。11. 新2-SGSN发送Update GPRS Location消息通知HLR修改MS所在的SGSN号和地址信息。12. HLR发送Cancel Location通知老3-SGSN删除该MS的MM和PDP Context信息。删除后，老3-SGSN以Cancel Location Ack消息应答。13. 如果MS处于CONNECTED时，老3-SGSN将向SRNC发出Iu Release Command消息，在第8步的数据转发定时器超时后SRNS通过Iu Release Complete消息回应。14. HLR发送Insert Subscriber Data消息给新2-SGSN，2-SGSN将用户签约数据插入MM上下文和PDP上下文并且回应Insert Subscriber Data Ack消息。15. HLR确认修改完成，发送Update GPRS Location ACK消息到新2-SGSN。16-18&21. 如果路由更新请求的类型是RA/LA时才被执行。一般RA与LA是分开独立进行的。19. 新2-SGSN验证MS在新路由区的合法性，如果所有检查成功，新2-SGSN给用户组建MM和PDP上下文，并向MS回应一个Routing Area Update Accept消息（包括给MS分配的新P-TMSI签名）。20. MS通过发送Routing Area Update Complete消息确认新分配的P-TMSI，并将在路由区更新发起之前所有成功发送给MS的PDU数发给新2-SGSN，从而告诉新2-SGSN要向MS Forward哪些PDU数据。22. 新2-SGSN和BSS执行BSS Packet Flow Context procedure。以上就是3GPP协议中3G到2G路由更新的详细流程，可以看出，整个过程主要分成三部分：1、 OLD SGSN根据NEW SGSN的请求，向NEW SGSN发送用户数据；2、 ODL SGSN 在收到NEW SGSN发来的SGSN CONTEXT ACKNOWLEDGE消息后，将缓冲区的数据包FORWARD到新的SGSN；3、 OLD SGSN、OLD GGSN、NEW SGSN及NEW GGSN之间的UPDATE PDP CONTEXT过程。这三个主要过程都有可能是路由更新失败的原因。刚好TD切到GSM有routing area update reject的消息，将该信令展开，可以看到拒绝的原因是网络无法获取UE的身份，如下图所示：因此，路由更新失败的原因定位为NEW SGSN无法从OLD SGSN获取用户数据。造成这种情况的可能原因有多种：NEW SGSN没有发请求，发出的请求对方收不到，对方收到后无响应，对方发回的数据无法识别等等都有可能，但不管怎样，故障可以定位在SGSN之间的接口上。通过检查核心网的数据，发现是SGSN防火墙的数据定漏。具体情况如下：现网中每个SGSN Gn接口处都有Gn防火墙，TD SGSN在Gn改造之后也增加了防火墙。在防火墙上必须定义规则，允许来自哪些IP地址段（每个SGSN对应一个IP地址段）的数据包通过。以广州为例，GSM网络有多个SGSN，而TD网络只有一个SGSN，因此，打开2/3G互操作的功能后，TD网络的唯一一个SGSN将有可能与所有GSM网络的SGSN产生信令交互，所有GSM网络的SGSN防火墙都必须定义：允许来自TD网络SGSN对应IP地址段的数据包通过，而TD网络的SGSN防火墙则必须定义：允许来自GSM网络所有SGSN对应IP地址段的数据包通过。这样，UE在PS域从TD切换到GSM后，GSM的SGSN所发出的SGSN CONTEXT REQUEST信令才能送达TD的SGSN，而TD的SGSN所发出的SGSN CONTEXT RESPONSE才能送达GSM的SGSN，接下来的一系列信令交互才能完成。UE从GSM切换TD也是同样的道理。3.4 修改防火墙，大功告成根据上面的分析，我们首先将每个GSM的SGSN都添加到TD的SGSN防火墙允许的IP段；同样的，将TD的SGSN添加到GSM的SGSN防火墙允许的IP段。经过各SGSN防火墙的数据修改后，PS域的2/3G切换功能正常，路由更新成功，且业务不中断，问题解决。另外要注意