CDMA網絡移動交換機系統間短消息尋呼技術研究及應用*

夏 雷，李 青，李東亮，陳思中

（1.中國電信股份有限公司上海研究院 上海200122；2.中國電信集團公司 北京100031）

1 引言

短消息業務作為中國電信集團公司（以下簡稱中國電信）CDMA網絡的基礎業務之一，其服務質量的優劣將對中國電信企業品牌形象、市場競爭力等產生重要影響。為確保CDMA網絡移動基礎業務質量穩步提升，持續改進其短消息業務的用戶體驗，中國電信在為期一年多的無線網優排查工作過程中發現，當出現“短消息首發失敗”時，用戶所在位置分布在基站邊界區域的比例非常高，有些城市部分交換機在臨界小區的“短消息首發失敗率”竟高達42%以上，對中國電信CDMA網絡用戶短消息業務體驗帶來明顯的負面影響。

以圖1為例，“短消息首發失敗”頻繁的基站大多分布在MSC（mobile switching center，移動交換中心）邊界區域（見圖1中五角星標注的位置）。隨后的信令跟蹤及問題分析表明，由于網絡不支持跨MSC系統的短消息尋呼而導致首發失敗的占比頗高。針對此問題，本文對中國電信跨廠商、跨MSC的系統間短消息擴展尋呼技術進行了研究，提出了關鍵技術要求，并選擇本地網進行了現網驗證及效果評估。本文的研究成果為中國電信下一步全網部署提供了系統的技術指導依據和充分的試驗數據，也為其他運營商提高移動網絡基礎業務質量提供了借鑒。

2 問題分析及MSC系統間短消息尋呼的技術原理

導致CDMA網絡MSC邊界區短消息首發成功率偏低的主要原因如下。

CDMA系統中，MS（mobile station，移動臺）通常會在當前分配的頻率上，連續搜索功率最強的引導信道信號。在特定時間段內搜索到比當前信號功率高3 dB的新信號時，MS會發生空閑切換，這一機制導致當MS處于邊界交疊區域時，MS頻繁發起位置登記操作。為解決這一問題，CDMA系統規定，當MS從一個注冊區（REG_Zone_A）移動到另一個注冊區（REG_Zone_B）時啟用延遲登記策略。這一規定雖在一定程度上避免了MS的頻繁切換，但MS需要真正進行跨位置區漫游時（注冊區和位置區一般是一一對應的），因延遲登記策略而不能立即進行位置更新。現網信令跟蹤情況表明，處于延遲登記階段的MS的MT（mobile terminated）短消息尋呼無響應是導致MSC邊界區域短消息首發成功率相對偏低的第一主因。

為此，本文提出了在短消息尋呼無響應階段擴大MSCe/MSC交換機尋呼范圍的方法，解決MT被叫短消息尋呼失敗的問題。即對于MS發生跨MSCe/MSC的漫游移動且短消息首發失敗時，在服務交換機MSC-A的相鄰交換機MSCe/MSC-B/C上同步啟動跨系統的短消息MT尋呼策略，盡最大可能保證CDMA網絡有較高的短消息首發成功率和較好的用戶業務體驗。

跨MSC系統的短消息尋呼技術實現思路如圖2所示。

3 MSC系統間短消息尋呼的技術要求

為實現CDMA網絡短消息在邊界區域首發尋呼無響應情況下，服務交換機MSCe/MSC能擴大尋呼范圍，向相鄰交換機發起二次短消息尋呼請求，本文對服務交換機、相鄰交換機等提出了支持跨系統短信尋呼策略的技術要求。

3.1 服務MSCe/MSC的尋呼策略

服務MSC應支持以小區或位置區為粒度的短信系統間尋呼觸發策略，同時支持虛擬位置區（即邏輯位置區，一般將某位置區和它相鄰位置區的交界區域定義為邏輯位置區）的功能。服務MSC在觸發短信系統間尋呼策略時，應支持向相鄰MSC傳遞用戶最近一次位置登記時所在的位置區參數LAI（location area ID）。

服務MSC的系統間短信尋呼策略如下。

·基于小區：服務MSC可將尋呼區劃分為邊界尋呼區和核心尋呼區，要求服務MSC能基于邊界尋呼區向相鄰MSC發起系統間尋呼請求。即當在邊界尋呼區發生短消息尋呼無響應時，服務MSC應向與該邊界尋呼區的所有相鄰MSC發起系統間短消息尋呼請求。但在核心尋呼區發生短消息尋呼失敗時，服務MSC無須啟動系統間短消息尋呼。

·基于位置區：當MSC在設定的位置區下發生短消息尋呼無響應時，服務MSC應向與該位置區相鄰的所有相鄰MSC發起系統間短消息尋呼請求。

·基于虛擬位置區：要求服務MSC能基于虛擬位置區向相鄰MSC發起系統間尋呼。即當服務MSC在設定的虛擬位置區下發生短消息尋呼無響應時，服務MSC應能向與該虛擬位置區相鄰的所有相鄰MSC發起系統間尋呼請求。

·為滿足MT短消息鑒權要求，服務MSC應支持系統間短消息終呼時的鑒權，該鑒權過程應能通過開關參數的設置，選擇啟用或關閉終呼鑒權功能。

3.2 相鄰MSCe/MSC的尋呼策略要求

相鄰MSC應支持根據位置區LAI參數進行針對性的系統間尋呼，而非全局性的跨系統短消息尋呼。同時，相鄰MSC應支持虛擬位置區短消息尋呼功能。具體尋呼策略如下。

·基于位置區：相鄰MSC收到來自服務MSC的系統間短消息尋呼請求消息ISPAGE2中攜帶的服務MSC的位置區后，檢索相鄰MSC配置的位置信息映射表，轉換出本局對應的尋呼位置區，并向該指定位置區定向發起短消息尋呼請求。

·基于虛擬位置區：相鄰MSC可將與服務MSC相鄰位置區邊界的基站劃分為一個虛擬位置區，每個虛擬位置區對應一個相鄰MSC的位置區，邊界基站可同時歸屬多個虛擬位置區。本策略要求相鄰MSC能夠基于虛擬位置區向終端發起尋呼請求。即相鄰MSC收到來自服務MSC的ISPAGE2中攜帶的服務MSC的位置區后，檢索相鄰MSC的位置信息映射表，轉換出本局對應的虛擬位置區，并向該虛擬位置區定向發起短消息尋呼請求。

·相鄰MSC亦應支持系統間短消息的終呼鑒權，具體要求與服務MSCe/MSC一致。

·為避免跨系統間短消息尋呼在不同交換機之間產生環路，規定相鄰MSC不再對來自服務MSC的系統間短消息尋呼請求觸發二次跨系統擴展尋呼。

3.3 關于多條短消息連發的要求

（1）相鄰交換機的要求

·相鄰MSC應支持ISSMDPP消息中攜帶的SMSMSGCNT參數，在SMSMSGCNT>0的情況下，本條系統間短消息下發完成后，應在規定的時間周期內保證之前建立的業務信道不拆除，等待后續短消息下發請求到達。

·為防止多條短消息連發過程中，MS延遲登記策略到期后發起位置更新操作造成連發短消息流程中斷，要求當且僅當本次所有連發短消息均成功后（即當前ISSMDPP消息中的SMSMSGCNT=0）才允許MS觸發位置登記操作。

·短消息連發過程中，相鄰MSC發送短消息失敗時，需要立即拆除之前建立的業務信道，結束本次短消息連發流程（此時，服務MSC也應結束相應的連發流程），后續短消息按新的連發短消息流程處理。

（2）服務交換機的要求

·服務MSC應支持短消息中心（SMSC）在SMDPP消息中攜帶SMSMSGCNT參數。在SMSMSGCNT>0的情況下，本條系統間短消息下發完成后，服務MSC應在規定的時間周期內保證之前已建立的鏈路信道不拆除，等待后續短消息下發請求到達。

·短消息連發過程中，若相鄰MSC發送短消息失敗，服務MSC同步釋放建立的短消息連發鏈路資源，結束本次連發流程，后續短消息按新的連發短消息流程處理。

（3）短消息中心的要求

SMSC需在SMDPP消息中攜帶待連發的短消息數量參數SMSMSGCNT。

當SMSC中有多條短消息連發時，在SMSC上設置“接收到前一條下發短消息的成功響應”和“下發后一條短消息”之間的時長時，應考慮與服務MSC定時器“inactivity timer”的配合要求，否則過短的時長設置會導致服務MSC在收到后一條短消息前已經釋放了為前一條短消息發送所建立的信道資源。

4 MSC系統間短消息尋呼流程

4.1 多條短消息連發流程

CDMA移動交換網系統間短消息尋呼流程如圖3所示。

流程說明如下。

（a）服務MSC收到SMSC發送的SMDPP消息，其中攜帶值大于零的SMSMSGCNT參數（大于零表示后續有連發短消息）。

（b）服務MSC在用戶最近一次位置登記時所在的位置區尋呼該用戶。（注：服務MSC上的尋呼策略可靈活配置，例如，在第一次尋呼時，服務MSC便可根據用戶所在位置區、小區和邊界交疊區域的關系，同時進行MSC系統內的擴展尋呼和系統間尋呼。)

（c）尋呼無響應。如果服務MSC發現該用戶當前處于相鄰MSC間的邊界交疊區域，則服務MSC向相鄰MSC發送ISPAGE2短消息系統間尋呼請求消息。其中，攜帶的業務選項參數CDMASO指示為短消息業務。

（d）相鄰MSC收到攜帶短消息業務選項的ISPAGE2短消息系統間尋呼請求消息后，在本局下尋呼該用戶。

（e）MS返回尋呼響應。

（f）相鄰MSC進行業務信道指配。

（g）相鄰MSC給服務MSC返回ispage2響應消息，其中攜帶鑒權參數。

（h）若服務MSC發現需要進行短消息終呼鑒權，則在鑒權成功后，服務MSC發送ISSMDPP消息到相鄰MSC。其中，ISMDPP中攜帶從SMSC得到的、值大于零的SMSMSGCNT參數。

（i）相 鄰MSC收到ISSMDPP消息 后，下 發ADDS Deliver消息。

（j）相鄰MSC收到ADDS Deliver ACK消息。

（k）相鄰MSC返回issmdpp響應消息給服務MSC，不釋放業務信道，等待下一條短消息。

（l）服務MSC返回smdpp響應消息給短消息中心SMSC。

（m）短消息中心SMSC給服務MSC再次下發短消息SMDPP。若其中攜帶值為零的SMSMSGCNT參數，表示后續沒有連發短消息;如果SMDPP消息中沒有攜帶SMSMSGCNT參數，也表示后續沒有連發短消息。

（n）服務MSC發送ISSMDPP消息到相鄰MSC，其中攜帶從SMSC得到的、值為零的SMSMSGCNT參數。

（o）相鄰MSC收到ISSMDPP消息后，下發ADDS Deliver消息。

（p）相鄰MSC收到ADDS Deliver ACK消息。

（q）由于后續沒有連發短消息，因此相鄰MSC發送完本條短消息后，釋放業務信道。

（r）相鄰MSC返回issmdpp響應消息給服務MSC。

（s）服務MSC返回smdpp響應消息給短消息中心SMSC。

如果有兩條以上的多條短消息，則步驟（m）中的SMSMSGCNT參 數 不 為 零，重 復 步 驟（h）～步 驟（k），直 至SMSMSGCNT參數等于零。

（t）由于用戶已經在邊界區發生漫游，因此相鄰MSC發起位置登記到HLR（該位置登記過程只當該次所有連發短消息均成功后才允許觸發）。

（u）HLR返回regnot響應消息給相鄰MSC。

4.2 關于MSC定時器的說明

為實現短消息的系統間尋呼功能需求，規定了MSC/MSCe相關定時器要求，如表1所示。

表1 MSCe/MSC短消息系統間尋呼定時器要求

5 現網試驗情況分析

本文所述技術已在中國電信現網進行了可行性驗證及實施效果評估。從中國電信CDMA某本地網試驗交換局的統計數據看，系統間短消息尋呼功能應用后，可顯著改善CDMA網邊界小區MT短消息的尋呼失敗情況。

某日忙時1 h的服務MSC全局短消息尋呼數據如表2所示。

表2 MSCe/MSC忙時短消息尋呼情況

根據統計數據，服務MSC應用系統間短消息擴展尋呼后，MSC邊界小區MT的短消息尋呼成功率平均提升7.33%，部分小區甚至提升高達50%，對于短消息業務尋呼成功率的貢獻明顯。CDMA移動交換網基于小區的系統間短消息尋呼成功率提升示意如圖4所示。

另外，關于應用短消息系統間尋呼功能后，對交換機E口（交換機之間）信令鏈路產生的額外負荷估算及統計情況說明如下：E口信令額外負荷計算公式=（（ISPAGE2消息數+ISSMDPP消息數）×消息最大長度 （byte））×8/（64 kbit/s×時隙數）/統計周期（s）×100%。

啟用短消息系統間尋呼功能后，假設短消息尋呼無響應后均觸發短消息系統間尋呼（取最大值進行評估）。

·ISPAGE2消息數+ISSMDPP消息數=短消息尋呼無響應次數×2=20 404（采用最大值進行估算）。為簡化計算模型，假設每個ISPAGE2消息都能觸發ISSMDPP消息，同時假設收到的ISPAGE2消息數和發送的ISPAGE2消息數相等。

·消息最大長度按照640 byte進行估算。

·現網MSC局點的E口信令鏈路通常為TDM 2 Mbit/s鏈路，轉換為64 kbit/s的時隙數為31。

根據以上假設條件，交換機MSC的E接口信令額外負荷估算為：MSC的E接口信令負荷增加=(20 404×640 byte)×8/(64 kbit/s×31)/3 600 s×100%=1.43%。

從以上估算結果可以看出，啟用短消息系統間尋呼功能后，對交換機E口的信令鏈路負荷增加很小，可以忽略，現網統計信令監控情況也證實了此推理。

6 結束語

與話音尋呼相比，CDMA網絡短消息尋呼的成功率一直相對較低。在移動基礎業務市場競爭異常激烈的格局下，客戶對移動網絡服務質量將更加挑剔。本文所述的CDMA網絡短消息系統間尋呼技術要求與處理流程等是打造精品網絡、精品服務的重要環節，是落實中國電信“保存激增”戰略目標的具體措施，對其他制式的移動通信網基礎業務服務質量的提升也有著明顯的借鑒價值。

1 3GPP X.S004-372-E V1.0.VMobile Application Part(MAP)-Border MSC SMS Scenarios，2009

2 3GPP X.S0004-000-E V6.0.Mobile Application Part(MAP)Introduction，2007

3 TIA/EIA-41-D.Cellular Radiotelecommunications Intersystem Operations，1997

4 YD/T 1031-1999.800 MHz CDMA數字蜂窩移動通信網移動應用部分技術要求，1999