LTE網絡部署CSFB語音時MSC POOL解決方案研究

張紅霞

LTE部署初期，運營商通過CSFB技術為LTE用戶提供語音業務。現網2G/3G端局采用MSC POOL組網的情況下，部署CSFB功能后引入了一些新問題。基于此，通過調整組網和配置、MSC和MME流程優化等方法來解決，既完成了CSFB功能又體現了MSC POOL組網的優勢。

LTE CSFB MSC POOL 數據備份

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2014）-06-0056-04

1 引言

LTE部署初級階段，運營商不想立刻部署IMS來提供語音業務，而是希望保護和利用已有的CS（Circuit Switch，電路交換）投資，重用CS網絡完成語音、短消息等CS業務。為了使終端在LTE接入下能夠發起和接收語音業務，并且能夠對終端在LTE接入下正在進行的PS（Packet Switch，分組交換）業務進行正確處理，因此產生了CSFB（Circuit Switched Fallback，電路域回落）技術。此技術適用于LTE、GSM、UMTS多模單待終端。CSFB的部署方案有端局全部升級、MSC POOL方案、Proxy MSC方案。現網2G/3G端局大部分采用MSC POOL組網的容災方案，在部署CSFB功能后，2G/3G端局以及MME（Mobile Management Entity，移動性管理實體）都需要考慮如何既能完成CSFB功能又體現MSC POOL組網的優勢。

2 背景概述

一個BSC（Base Station Controller，基站控制器）/

RNC（Radio Network Controller，無線網絡控制器）可以連接到多個服務MSC Server上，由這多個服務MSC Server共同組成一個資源池，為所連接的BSC/RNC提供服務，稱為MSC POOL。與傳統的網絡相比，MSC POOL組網具有以下優點：

（1）減少POOL內局間位置更新，降低C/D接口信令流量。

（2）減少POOL內局間切換，降低掉話率，提高用戶通話質量。

（3）在MSC Server間分擔網絡負荷，提升整個核心網資源利用率，節省設備投資。

（4）實現MSC Server間的容災備份，當一個MSC Server宕機時，其業務由池內其它MSC Server承擔。

現網MSC POOL的組網方案如圖1所示：

圖1 MSC POOL組網示意圖

部署LTE網絡后，MSC POOL+MME的組網方案如圖2所示：

圖2 MSC POOL+MME組網示意圖

MSC-S1、MSC-S2、MSC-S3組成MSC POOL，MSC POOL管轄的區域與LTE有重疊覆蓋的部分。MSC POOL中的MSC-S2、MSC-S3支持SGs口及CSFB功能，MME同時與MSC-S2、MSC-S3鏈接。

在這種組網的情況下，CSFB功能在MSC POOL中應用存在被叫相關問題。下面將對被叫問題進行分析并提出相應的解決方案。

3 解決方案

3.1 被叫問題1

問題描述：

MSC POOL內某個支持CSFB功能的MSC故障后，HLR（Home Location Register，歸屬位置寄存器）發送PRN（Provide Roaming Number，提供漫游號碼）消息到該MSC獲取漫游號碼失敗，因此注冊在該故障MSC中的用戶被叫無法接通。在MSC故障期間，只有等待注冊在該故障MSC中的用戶主動進行位置更新或進行主叫，重新注冊到MSC POOL內其他支持CSFB功能的MSC后，被叫方可接通。

解決方案：

MSC POOL中的每個MSC都需要一個對應的備份MSC，支持CSFB功能的MSC之間形成備份；不支持CSFB功能的MSC之間形成備份，保證備份MSC的功能完全涵蓋主用MSC的功能。當MSC故障后，HLR發送的PRN應路由到備份MSC。備份MSC在收到PRN后，需要替代故障的MSC進行被叫恢復流程，讓原來故障MSC上的用戶可以繼續作為被叫，以減少呼損。

為使備份MSC能夠正確地處理收到的PRN消息，在主MSC處于正常狀態時，就應將本MSC上用戶的用戶數據同步到備份MSC上去。同時在故障MSC恢復后，PRN應重新路由到主MSC，主MSC應從備份MSC取回用戶的位置信息，避免大量的全網尋呼。

MSC/VLR之間的數據備份方式如下：

方式一：鏈式備份

MSC POOL鏈式數據備份如圖3所示：

圖3 MSC POOL鏈式數據備份示意圖

其中，箭頭終點的MSC為箭頭起點MSC做備份，如MSC-S1為MSC-S4做備份，以此類推。

如果MSC POOL中只有部分MSC支持CSFB功能，需要關注以下幾點：

（1）上述備份關系需要分為兩組：一組是支持CSFB功能的MSC之間形成鏈式備份；另一組是不支持CSFB功能的MSC之間形成鏈式備份。

（2）當主用MSC故障后，HLR發送的PRN應路由到備份MSC，由于鏈式備份關系發生改變，HLR也需要相應地修改相關的信令路由備份關系。

（3）對于支持CSFB功能的MSC，可同時處理2G/3G用戶和CSFB用戶，其中2G/3G用戶是由NNSF（BSC/RNC或者MGW代理）分發的，CSFB用戶是由MME分發的。而不支持CSFB功能的MSC只處理2G/3G用戶，其用戶都是由NNSF（BSC/RNC或者MGW代理）分發的。這樣由于CSFB用戶的引入，NNSF（BSC/RNC或者MGW代理）就需要修改對各個MSC的用戶分發比例。endprint

方式二：集中備份

MSC POOL集中數據備份如圖4所示：

圖4 MSC POOL集中數據備份示意圖

其中，備份MSCS同時為MSC-S1、MSC-S2、MSC-S3做備份，且該MSC只做備份用。需要備份MSC具有CSFB功能，這樣才能同時為支持CSFB功能的MSC和不支持CSFB功能的MSC做備份。

如果MSC POOL中只有部分MSC支持CSFB功能，則NNSF（BSC/RNC或者MGW代理）需要修改對各個MSC的用戶分發比例。

3.2 被叫問題2

問題描述：

當主用MSC故障時，HLR、STP（Signaling Transfer Point，信令轉接點）向備份MSCS要漫游號碼。備份MSCS收到IAM（Initial Address Message，初始地址信息）入呼消息后以IMSI（International Mobile Subscriber Identity，國際移動用戶識別碼）向SGs口尋呼該用戶，MME向eNodeB發送尋呼消息指示手機回落到CS域。MME觸發手機回落到CS域后，BSC/RNC要發送尋呼響應消息到MSC，而BSC/RNC前面沒有收到尋呼消息，所以無法知道要向哪個MSC回尋呼響應，只會隨機選擇一個MSC，而不能保證把尋呼響應消息回到發起SGs口尋呼的MSC，這樣呼叫就會失敗。

解決方案：

為解決上述BSC/RNC不能把尋呼響應回到正確MSC的問題，引入該解決方案。本方案是在備份MSC發起SGs口尋呼過程中為用戶分配TMSI，使得手機回落到CS域后以TMSI返回尋呼響應，這樣BSC/RNC就可以根據TMSI中的NRI把尋呼響應消息返回給備份MSC。

引入CSFB功能后MSC POOL被叫恢復解決方案如圖5所示：

圖5 引入CSFB功能后MSC POOL被叫恢復解決方案

具體流程說明如下：

（1）主叫用戶撥打LTE用戶，主叫用戶所在GMSC向HLR發送SRI要漫游號碼。主用MSC/VLR故障時，HLR把PRN消息發給備用MSC/VLR，備用MSC/VLR執行被叫restore用戶數據過程從HLR獲得該用戶的MME Name。備份VLR分配漫游號碼給該用戶并返回給HLR。

（2）主叫GMSC根據漫游號碼把呼叫接續到備份VLR，備份VLR收到入呼叫后根據該用戶的MME Name向該MME發送SGs Paging消息，其中攜帶IMSI。

（3）MME收到該消息，則要求用戶re-attach（重新聯合位置更新）。實現方法有兩種：如果用戶處于連接態，則MME直接向用戶發送Detach Request（IMSI Detach）；如果用戶處于空閑態，則MME先向用戶發送Page（with IMSI and the CS indicator for CSFB），收到手機的Extended Service Request后再向用戶發送Detach Request（IMSI Detach）。

（4）手機發起re-attach（重新聯合位置更新），MME發送IMSI attach（聯合位置更新）到備份VLR。

（5）備份VLR在處理IMSI attach（聯合位置更新）過程中分配TMSI。聯合位置更新結束之后，備份VLR重新進行帶LAI和TMSI的SGs口尋呼。

（6）用戶回落到CS域后返回Page Rsp（其中攜帶TMSI），BSC/RNC可以根據TMSI把消息返回給發起尋呼的備份VLR。

（7）后續流程按照呼叫流程正常處理。

4 結束語

MSC POOL是移動網絡廣泛采用的容災方式，CSFB技術是LTE初級階段語音業務的解決方案。本文解決了兩種技術在融合使用過程中出現的問題，使得CSFB技術在現網得到更好的應用。

參考文獻：

[1] 3GPP TS 23.236. Intra-domain Connection of Radio Access Network（RAN） Nodes to Multiple Core Network（CN） Nodes[S]. 2012.

[2] 3GPP TS 29.118. Mobility Management Entity（MME）-Visitor Location Register（VLR） SGs Interface Specification[S]. 2012.

[3] 3GPP TS 23.272. Circuit Switched（CS） Fallback in Evolved Packet System（EPS）； Stage 2[S]. 2013.

[4] 3GPP TS 23.018. Basic Call Handling； Technical Realization[S]. 2013.

[5] 3GPP TS 48.008. Mobile Switching Centre-Base Station System（MSC-BSS） Interface； Layer 3 Specification[S]. 2012.★endprint

方式二：集中備份

MSC POOL集中數據備份如圖4所示：

圖4 MSC POOL集中數據備份示意圖

其中，備份MSCS同時為MSC-S1、MSC-S2、MSC-S3做備份，且該MSC只做備份用。需要備份MSC具有CSFB功能，這樣才能同時為支持CSFB功能的MSC和不支持CSFB功能的MSC做備份。

如果MSC POOL中只有部分MSC支持CSFB功能，則NNSF（BSC/RNC或者MGW代理）需要修改對各個MSC的用戶分發比例。

3.2 被叫問題2

問題描述：

當主用MSC故障時，HLR、STP（Signaling Transfer Point，信令轉接點）向備份MSCS要漫游號碼。備份MSCS收到IAM（Initial Address Message，初始地址信息）入呼消息后以IMSI（International Mobile Subscriber Identity，國際移動用戶識別碼）向SGs口尋呼該用戶，MME向eNodeB發送尋呼消息指示手機回落到CS域。MME觸發手機回落到CS域后，BSC/RNC要發送尋呼響應消息到MSC，而BSC/RNC前面沒有收到尋呼消息，所以無法知道要向哪個MSC回尋呼響應，只會隨機選擇一個MSC，而不能保證把尋呼響應消息回到發起SGs口尋呼的MSC，這樣呼叫就會失敗。

解決方案：

為解決上述BSC/RNC不能把尋呼響應回到正確MSC的問題，引入該解決方案。本方案是在備份MSC發起SGs口尋呼過程中為用戶分配TMSI，使得手機回落到CS域后以TMSI返回尋呼響應，這樣BSC/RNC就可以根據TMSI中的NRI把尋呼響應消息返回給備份MSC。

引入CSFB功能后MSC POOL被叫恢復解決方案如圖5所示：

圖5 引入CSFB功能后MSC POOL被叫恢復解決方案

具體流程說明如下：

（1）主叫用戶撥打LTE用戶，主叫用戶所在GMSC向HLR發送SRI要漫游號碼。主用MSC/VLR故障時，HLR把PRN消息發給備用MSC/VLR，備用MSC/VLR執行被叫restore用戶數據過程從HLR獲得該用戶的MME Name。備份VLR分配漫游號碼給該用戶并返回給HLR。

（2）主叫GMSC根據漫游號碼把呼叫接續到備份VLR，備份VLR收到入呼叫后根據該用戶的MME Name向該MME發送SGs Paging消息，其中攜帶IMSI。

（3）MME收到該消息，則要求用戶re-attach（重新聯合位置更新）。實現方法有兩種：如果用戶處于連接態，則MME直接向用戶發送Detach Request（IMSI Detach）；如果用戶處于空閑態，則MME先向用戶發送Page（with IMSI and the CS indicator for CSFB），收到手機的Extended Service Request后再向用戶發送Detach Request（IMSI Detach）。

（4）手機發起re-attach（重新聯合位置更新），MME發送IMSI attach（聯合位置更新）到備份VLR。

（5）備份VLR在處理IMSI attach（聯合位置更新）過程中分配TMSI。聯合位置更新結束之后，備份VLR重新進行帶LAI和TMSI的SGs口尋呼。

（6）用戶回落到CS域后返回Page Rsp（其中攜帶TMSI），BSC/RNC可以根據TMSI把消息返回給發起尋呼的備份VLR。

（7）后續流程按照呼叫流程正常處理。

4 結束語

MSC POOL是移動網絡廣泛采用的容災方式，CSFB技術是LTE初級階段語音業務的解決方案。本文解決了兩種技術在融合使用過程中出現的問題，使得CSFB技術在現網得到更好的應用。

參考文獻：

[1] 3GPP TS 23.236. Intra-domain Connection of Radio Access Network（RAN） Nodes to Multiple Core Network（CN） Nodes[S]. 2012.

[2] 3GPP TS 29.118. Mobility Management Entity（MME）-Visitor Location Register（VLR） SGs Interface Specification[S]. 2012.

[3] 3GPP TS 23.272. Circuit Switched（CS） Fallback in Evolved Packet System（EPS）； Stage 2[S]. 2013.

[4] 3GPP TS 23.018. Basic Call Handling； Technical Realization[S]. 2013.

[5] 3GPP TS 48.008. Mobile Switching Centre-Base Station System（MSC-BSS） Interface； Layer 3 Specification[S]. 2012.★endprint

方式二：集中備份

MSC POOL集中數據備份如圖4所示：

圖4 MSC POOL集中數據備份示意圖

其中，備份MSCS同時為MSC-S1、MSC-S2、MSC-S3做備份，且該MSC只做備份用。需要備份MSC具有CSFB功能，這樣才能同時為支持CSFB功能的MSC和不支持CSFB功能的MSC做備份。

如果MSC POOL中只有部分MSC支持CSFB功能，則NNSF（BSC/RNC或者MGW代理）需要修改對各個MSC的用戶分發比例。

3.2 被叫問題2

問題描述：

當主用MSC故障時，HLR、STP（Signaling Transfer Point，信令轉接點）向備份MSCS要漫游號碼。備份MSCS收到IAM（Initial Address Message，初始地址信息）入呼消息后以IMSI（International Mobile Subscriber Identity，國際移動用戶識別碼）向SGs口尋呼該用戶，MME向eNodeB發送尋呼消息指示手機回落到CS域。MME觸發手機回落到CS域后，BSC/RNC要發送尋呼響應消息到MSC，而BSC/RNC前面沒有收到尋呼消息，所以無法知道要向哪個MSC回尋呼響應，只會隨機選擇一個MSC，而不能保證把尋呼響應消息回到發起SGs口尋呼的MSC，這樣呼叫就會失敗。

解決方案：

為解決上述BSC/RNC不能把尋呼響應回到正確MSC的問題，引入該解決方案。本方案是在備份MSC發起SGs口尋呼過程中為用戶分配TMSI，使得手機回落到CS域后以TMSI返回尋呼響應，這樣BSC/RNC就可以根據TMSI中的NRI把尋呼響應消息返回給備份MSC。

引入CSFB功能后MSC POOL被叫恢復解決方案如圖5所示：

圖5 引入CSFB功能后MSC POOL被叫恢復解決方案

具體流程說明如下：

（1）主叫用戶撥打LTE用戶，主叫用戶所在GMSC向HLR發送SRI要漫游號碼。主用MSC/VLR故障時，HLR把PRN消息發給備用MSC/VLR，備用MSC/VLR執行被叫restore用戶數據過程從HLR獲得該用戶的MME Name。備份VLR分配漫游號碼給該用戶并返回給HLR。

（2）主叫GMSC根據漫游號碼把呼叫接續到備份VLR，備份VLR收到入呼叫后根據該用戶的MME Name向該MME發送SGs Paging消息，其中攜帶IMSI。

（3）MME收到該消息，則要求用戶re-attach（重新聯合位置更新）。實現方法有兩種：如果用戶處于連接態，則MME直接向用戶發送Detach Request（IMSI Detach）；如果用戶處于空閑態，則MME先向用戶發送Page（with IMSI and the CS indicator for CSFB），收到手機的Extended Service Request后再向用戶發送Detach Request（IMSI Detach）。

（4）手機發起re-attach（重新聯合位置更新），MME發送IMSI attach（聯合位置更新）到備份VLR。

（5）備份VLR在處理IMSI attach（聯合位置更新）過程中分配TMSI。聯合位置更新結束之后，備份VLR重新進行帶LAI和TMSI的SGs口尋呼。

（6）用戶回落到CS域后返回Page Rsp（其中攜帶TMSI），BSC/RNC可以根據TMSI把消息返回給發起尋呼的備份VLR。

（7）后續流程按照呼叫流程正常處理。

4 結束語

MSC POOL是移動網絡廣泛采用的容災方式，CSFB技術是LTE初級階段語音業務的解決方案。本文解決了兩種技術在融合使用過程中出現的問題，使得CSFB技術在現網得到更好的應用。

參考文獻：

[1] 3GPP TS 23.236. Intra-domain Connection of Radio Access Network（RAN） Nodes to Multiple Core Network（CN） Nodes[S]. 2012.

[2] 3GPP TS 29.118. Mobility Management Entity（MME）-Visitor Location Register（VLR） SGs Interface Specification[S]. 2012.

[3] 3GPP TS 23.272. Circuit Switched（CS） Fallback in Evolved Packet System（EPS）； Stage 2[S]. 2013.

[4] 3GPP TS 23.018. Basic Call Handling； Technical Realization[S]. 2013.

[5] 3GPP TS 48.008. Mobile Switching Centre-Base Station System（MSC-BSS） Interface； Layer 3 Specification[S]. 2012.★endprint