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1、LTE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（Long Term Evolution）；CS Fallback(Circuit Switched Fallback）;联合附着；承载；ABSTRACTThis paper is mainly on the

2、 current LTE network， the signaling protocol related knowledge as the foundation， through the actual test， attachment， the combined LTE network of voice calling， SMS originating end research and analysis process of the 3G business process， comparison, analysis and elaboration of common user to flow

3、into service in 3/4G network under and differences， and related business process knowledge for typical case analysis using the network, solving practical problems。KEY WORDS：LTE（Long Term Evolution）;CS Fallback（Circuit Switched Fallback)；Combined with attachment；Bearing；1 概述随着2G GSM经过2。5G GPRS演进到3G U

4、MTS，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3 LTE网络介绍3.1 LTE的网络结构长期演进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

5、。LTE网络由EUTRAN（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SGW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

6、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2/3/4G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

7、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32-1-1 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3-2-1-2AttachRequest消息信元2、MME发送SGsAPLOCATIONUPDATE-REQUEST消息给VLR,消息中包括new LAI、IMSI、MME name和EPS locati

8、on update type等参数，其中MME name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SGsAPLOCATIONUPDATEACCEPT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UE，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

9、功。其中VLR TMSI信元会触发UE执行TMSI重分配流程。图3214TMSI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S1APSPU-UECAPABILITY-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

10、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

11、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, 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32-2-2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CS Fallback语音业务请求。Extended Service Request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3-2-23UE发起的Servi

12、ceRequest消息信元2、MME向MSC Server发送SGsAPSERVICE-REQUEST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

13、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

14、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3-2-24LTE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I

15、AM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SGsAPPAGINGREQUEST（携带IMSI，TMSI，Service indicator ，CLI，LAC，Channel needed信元）消息给MME。图322-5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Extended Service Request消息给MME.7、MME发送SGsAP-SERVICE-REQUEST消息给MSC Server。MSC Server收到此消息，不再向MME重发寻呼请求消息

16、。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/IuCS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

17、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32-3-1 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 SUBMIT作为参数NAS message container打包在上行NAS消息里。3、MME

18、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NAS message container通过Downlink NAS Transport消息传给UE.6、 MSC向短消息

19、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-DOWNLINKUNITDATA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-UPLINK-UNITDATA消息向MSC返回短消息报告接收响应。12、 MSC向MME发SGsAPRELEASE-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

20、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ATTACH Request后，MME通过SGs接口向VLR发起LOCATON UPDATE_REQUEST进行联合

21、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 V900R011C01SPC300版本后使用了新的R10协议版本来加密MME

22、 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-in-radiointerfa