1-LTE网络下的4G业务流程浅析及案例分析

1、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 relatedknowledge 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 in

3、to 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 ：LT(E Long Term Evolution )；CS Fallback ( Circuit Switched Fallback)；Combined withattachment ； Bearing ；Word 资料1 概述随着 2G GSM 经过 2

4、.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3 LTE网络介绍3.1 LTE的网络结构长期演进 LTE( Long Term Evolution

5、 )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 S-GW 两种功能实体，它们提 供 GGSN 、SGSN 节点和 RNC 的部分功能， MME

6、和 S-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

7、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 3-2-1-1 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

8、参数指示 UE 具备 CS Fallback 能力。图 3-2-1-2AttachRequest 消息信元2、MME 发送 SGsAP-LOCATION-UPDATE-REQUEST 消息给 VLR，消息中包括 newLAI、IMSI、MME name 和 EPS location 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 SGsAP

9、-LOCATION-UPDATE-ACCEPT 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网络成功。其中 VLR TMSI信元会触发 UE执 行 TMSI 重分配流程。图 3-2-1-4TMSI 重分配完成消息7、附着成功后， MME 通过 S1AP-INITIAL-CONTEXT-SETUP-REQ 消息发起上下文建立 请求，

10、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-SPU-UE-CAPABILITY-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eN

11、odeB 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 3-2-2-1 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

12、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 3-2-2-2 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 3-2-2-3U

13、E 发起的 ServiceRequest 消息信元2、MME 向 MSC Server 发送 SGsAP-SERVICE-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 FallbackIndicator 。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

14、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

15、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 3-2-2-4LTE 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

16、 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 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-PAGING-REQUEST（ 携带 IMSI，TMSI， Service indicator ，CLI，LAC ，Channel needed信元 ）消息给 MME 。图 3-2-2-5 被叫时的 Paging 消息信元发起空口的 Paging 流程。5、 M

17、ME 发送 Paging 消息给 eNodeB 。 eNodeB6、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。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 Fallb

18、ack 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 IU-CS口回 Paging Response 消息给 MSC Server ， 伴随着空口、 A/Iu-CS 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。图 3-2-3-1 LTE 网络下的始发短消息流程具体流程如下：1、UE

19、 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 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 SGsAP-UPLINK-UNITDATA 消息中（等同 CS 域 CP_DATA 消息）发 给 MS

20、C 。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-DOWNLINK-UN

21、ITDATA 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 SGsAP-RELEASE-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

22、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 MSCSERVER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

23、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 “ invalid-mandatory-information（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

24、 USN V900R011C01SPC300 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

25、 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 servicerequest 流程， MME 收到后发起 Initial ContextSetup Request流程，但 eNodeB 初始上下文建立失败。打开 eNodeB 发给 MME 的 InitialContextSetup Failure 失 败 消 息 可 以 看 到 ， eNodeB返回失败原因值为failure-in-radio-interface-procedure26 ），