一種實現(xiàn)CSFB的方法研究

朱玉娜

摘要：探討了一種電路域回落（CSFB）的實現(xiàn)方法，該方法可以避免對現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)部署的訪問移動交換中心服務(wù)器（VMSC）、網(wǎng)關(guān)移動交換中心（GMSC）升級改造，易于在現(xiàn)網(wǎng)部署。在本CSFB解決方案中，由歸屬用戶服務(wù)器（HSS）執(zhí)行呼叫重試功能，從組網(wǎng)來看， 只需要增加一個Proxy 移動交換中心（MSC）服務(wù)器，對現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)部署的VMSC、GMSC沒有改造要求。

關(guān)鍵詞： CSFB；移動終呼漫游重試（MTRR）；HSS；Proxy MSC

Abstract： This paper describes an optimized circuit-switched fallback （CSFB） solution that avoids the need to update a live visit mobile switch center （VMSC） server and gateway mobile switch center （GMSC） server. The optimized CSFB solution is easy to deploy. A proxy mobile switch center server is added in the network， and home subscriber server （HSS） perform mobile terminate call retry， which does not require any update of the MVSC or GMSC.

Key words： CSFB； mobile terminating roaming retry （MTRR）； HSS； Proxy MSC

電路域回落（CSFB）是一種允許在演進分組核心網(wǎng)（EPC）中的終端設(shè)備（UE）通過回落到電路域業(yè)務(wù)（CS）域，并借用CS域的基礎(chǔ)設(shè)施來提供語音服務(wù)的技術(shù)。EPC網(wǎng)絡(luò)本身也提供了通過IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）網(wǎng)絡(luò)來給UE提供語音服務(wù)的手段，此時UE是作為IMS的會話初始協(xié)議（SIP）終端通過EPC網(wǎng)絡(luò)直接注冊到IMS網(wǎng)絡(luò)中，進而由IMS網(wǎng)絡(luò)為其提供語音服務(wù)。但在EPC網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和部署的初期，與EPC網(wǎng)絡(luò)相連的IMS網(wǎng)絡(luò)可能并沒有發(fā)展得很成熟，無論覆蓋范圍和業(yè)務(wù)能力都無法與成熟的CS網(wǎng)絡(luò)相媲美[1-4]。

CSFB技術(shù)中，在LTE和2G/3G的重疊覆蓋區(qū)域，UE回落到CS域后發(fā)起話音、非結(jié)構(gòu)化補充數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（USSD）和其他補充業(yè)務(wù)。終端通過LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)起LTE和CS的聯(lián)合跟蹤區(qū)（TA）/位置區(qū)（LA）更新，并由EPC網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)側(cè)設(shè)備觸發(fā)從LTE接入的終端回退到從GSM/TD-SCDMA接入并進行CS業(yè)務(wù)。

由于支持CSFB技術(shù)的移動管理實體（MME）在SGs口發(fā)起注冊的過程中所使用的位置區(qū)標(biāo)識（LAI）是MME根據(jù)TA推導(dǎo)出來的，這個推導(dǎo)的過程可能是不準(zhǔn)確的[5]。因此通過CSFB的終呼可能會由于實際的LAI和推導(dǎo)出來的LAI不一致，從而導(dǎo)致呼叫失敗。為解決該問題，3GPP 提出移動終端漫游重試（MTRR）方案。

MTRR是一種在尋呼或路由查詢期間，由于用戶移動到其他移動交換中心（MSC）/拜訪位置寄存器（VLR）覆蓋的范圍內(nèi)，為了避免終呼失敗，而再次發(fā)起一次路由查詢的技術(shù)[6]。

3GPP協(xié)議提出的MTRR解決方案，是一種全網(wǎng)升級的方案。該方案對現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)部署的訪問移動交換中心服務(wù)器（VMSC）有升級要求，要求現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)部署的所有與LTE無線網(wǎng)絡(luò)有重疊覆蓋的VMSC進行升級改造，改造后的VMSC支持MME和MSCS之間的SGs接口。

文章旨在提出一種對現(xiàn)網(wǎng)已部署的網(wǎng)關(guān)移動交換中心（GMSC）沒有改造要求的CSFB解決方案，在本CSFB解決方案中，由歸屬用戶服務(wù)器（HSS）執(zhí)行呼叫重試功能。

1 增強CSFB解決方案組網(wǎng)

文中研究的CSFB的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示，全網(wǎng)新建了一套Proxy MSC，用以負責(zé)LTE用戶的回落處理。用戶登記到LTE網(wǎng)絡(luò)時統(tǒng)一從Proxy MSC進行聯(lián)合位置更新，HSS在用戶漫游切換中進行呼叫重試。

CSFB的Proxy方案優(yōu)勢在于該方案只需要在現(xiàn)網(wǎng)和LTE網(wǎng)絡(luò)之間架一個橋梁，而Proxy本身并不需要實現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)的業(yè)務(wù)。這種組網(wǎng)方案由于Proxy MSC和無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）沒有連接，因此Proxy MSC不具備直接處理呼叫的能力。對于移動起呼CSFB（MO CSFB），UE可以直接回落到CS域，這種場景不需要借助Proxy MSC就可以完成呼叫起呼；對于移動終呼CSFB （MT CSFB），由于LTE用戶此時是通過Proxy MSC在HLR上注冊，因此GMSC可以把這一部分呼叫路由到Proxy MSC，由Proxy MSC向HSS發(fā)起終呼路由查詢請求，由HSS執(zhí)行呼叫重試，把呼叫繼續(xù)路由到用戶真正所在的MSC進行呼叫處理[7-9]。

HSS負責(zé)終端用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存貯等。在本CSFB解決方案中，由HSS執(zhí)行呼叫重試功能。

VLR/MSC服務(wù)器/MGW為用戶當(dāng)前實際漫游到的MSC服務(wù)器/VLR。MME負責(zé)EPC業(yè)務(wù)控制面的處理，進行會話管理和移動性管理。SAE-GW負責(zé)EPC業(yè)務(wù)用戶面的處理，提供分組路由和轉(zhuǎn)發(fā)功能、承載控制、計費、地址分配等功能。陸地?zé)o線接入網(wǎng)（UTRAN） 為3G無線接入網(wǎng)，eUTRAN為LTE無線接入網(wǎng)。LTE網(wǎng)絡(luò)用戶回落時，都先回落到PROXY MSC上。

2 增強CSFB解決方案業(yè)務(wù)

流程

2.1 注冊流程

引入Proxy MSC /VLR 后，UE 的注冊流程如圖2所示。

注冊消息通過MME和Proxy MSC/VLR之間的SGs口進行注冊，本網(wǎng)所有的CSFB用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)中都注冊到Proxy MSC/VLR中[10]。具體注冊的流程如下，該流程和圖2中的7個步驟相對應(yīng)：

（1）UE首先發(fā)送注冊請求消息給MME；

（2）MME根據(jù)跟蹤區(qū)標(biāo)識（TAI）推導(dǎo)出LAI，由于Proxy MSC代理完成了所有的EPS/國際移動用戶識別碼（IMSI）聯(lián)合位置更新，因此MME推導(dǎo)出的LAI就是Proxy MSC/VLR里面的虛 LAI。MME通過SGs發(fā)送位置更新請求消息給Proxy MSC/VLR進行附著，位置更新請求消息攜帶虛 LAI；

（3）Proxy MSC/VLR發(fā)送位置更新請求消息給HSS，HSS更新其保存的用戶位置信息，即將HSS中保存的VLR號碼更改為Proxy MSC/VLR號碼；

（4）HSS向Proxy MSC/VLR插入用戶的業(yè)務(wù)簽約數(shù)據(jù)；

（5）HSS向Proxy MSC/VLR返回位置更新響應(yīng)消息；

（6）Proxy MSC/VLR在完成CS域的位置更新以后，返回位置更新完成消息給MME；

（7）MME向UE返回注冊完成消息，UE在Proxy MSC/VLR注冊完成。

2.2 終呼流程

文章中研究的CSFB業(yè)務(wù)終呼流程如圖3所示。

注冊流程完成以后，HSS中保存的用戶位置信息就是Proxy MSC/VLR 號碼[11]。終呼流程中，HSS就向Proxy MSC/VLR 號碼獲取用戶的漫游號碼。

如圖3所示，終呼業(yè)務(wù)流程說明如下：

（1）如圖3中步驟1、2所示，GMSC收到呼叫請求消息，即收到初始地址消息后，向HSS發(fā)送路由請求消息；

（2）如圖3中步驟3所示，HSS向Proxy MSC發(fā)送提供漫游號碼請求消息（PRN），在消息中攜帶指示回落的參數(shù)；

（3）如圖3中步驟4所示，Rroxy MSC通過尋呼消息通知終端回落到傳統(tǒng)電路域；

（4）如圖3中步驟5、6所示：終端根據(jù)尋呼指示，向當(dāng)前實際注冊到的VMSC發(fā)起位置更新；

（5）如圖3中步驟7、10、11、12所示，HSS收到來自當(dāng)前終端實際漫游到的VMSC的位置更新請求消息后，就向Proxy MSC發(fā)送刪除位置消息。同時HSS向VMSC 插入用戶數(shù)據(jù)和返回位置更新響應(yīng)消息。UE位置更新完成，UE注冊到實際漫游到的MSC 服務(wù)器/VLR中；

（6）如圖3中步驟8、9所示，Proxy MSC收到刪除位置消息后，向歸屬位置寄存器（HLR）返回失敗的提供漫游號碼響應(yīng)消息；

（7）如圖3中步驟13所示，HSS收到Proxy MSC返回的失敗響應(yīng)消息后，啟動一個檢測定時器，檢測由當(dāng)前終端實際注冊的VMSC 服務(wù)器發(fā)起的位置更新流程是否結(jié)束，若結(jié)束，則向VMSC Server重新發(fā)起提供漫游號碼PRN，請求漫游號碼；

（8）如圖3中步驟14、15所示，HSS收到VMSC服務(wù)器返回的漫游號碼后，將其返回給GMSC；

（9）GMSC完成后續(xù)話路接續(xù)。

2.3 時延分析

CSFB的MO/MT呼叫流程，需要跨MSC位置更新和在HSS執(zhí)行呼叫重試，相比普通CS域呼叫，可能會增加4～5 s時延。

2.4 對HSS性能影響分析

HSS啟用呼叫重試功能后，會造成HSS性能下降。呼叫重試功能對HSS性能的影響取決于多種因素。

第1個影響因素是：完成一個位置更新流程所需要的時間。在HSS執(zhí)行呼叫重試，HSS會設(shè)定一個定時器來檢測由當(dāng)前終端實際注冊的VMSC服務(wù)器發(fā)起的位置更新流程是否結(jié)束，定時器超時時，若位置更新結(jié)束，則HSS發(fā)起呼叫重試；定時期超時時，若位置更新還未結(jié)束，則HSS重新設(shè)置定時器繼續(xù)等待。這個定時器可以設(shè)置為100～500 ms。若整個網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量好，位置更新過程能在很短的時間內(nèi)（比如500 ms內(nèi)）完成，完成后由HSS執(zhí)行呼叫重試功能，對HSS的性能影響很小；若網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量比較差，位置更新過程要在較長的時間內(nèi)（比如3 s內(nèi)）完成，完成后由HSS執(zhí)行呼叫重試功能，對HSS的性能影響較大。

其次，使用CSFB業(yè)務(wù)的用戶數(shù)的多少，對HSS性能下降的程度也有影響[12]。

3 結(jié)束語

文章提出了一種對現(xiàn)網(wǎng)GMSC沒有改造要求的CSFB解決方案，在本CSFB解決方案中，只需要通過增加一個Proxy MSC，并由HSS執(zhí)行呼叫重試功能，就可以使整個CS網(wǎng)絡(luò)支持CSFB功能。文章提出的CSFB解決方案對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備改造小，工程實施成本低，易于在現(xiàn)網(wǎng)部署。

參考文獻

[1] 3GPP. 3GPP TS 23.272： Circuit Switched （CS） fallback in Evolved Packet System （EPS）[Z].2012.

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[11] 潘延名，盧艷娥，駱艷卜，李思佳. 穩(wěn)健的GPS干擾抑制方案研究[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2012， 24（3）： 330-334.

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（1）UE首先發(fā)送注冊請求消息給MME；

（2）MME根據(jù)跟蹤區(qū)標(biāo)識（TAI）推導(dǎo)出LAI，由于Proxy MSC代理完成了所有的EPS/國際移動用戶識別碼（IMSI）聯(lián)合位置更新，因此MME推導(dǎo)出的LAI就是Proxy MSC/VLR里面的虛 LAI。MME通過SGs發(fā)送位置更新請求消息給Proxy MSC/VLR進行附著，位置更新請求消息攜帶虛 LAI；

（3）Proxy MSC/VLR發(fā)送位置更新請求消息給HSS，HSS更新其保存的用戶位置信息，即將HSS中保存的VLR號碼更改為Proxy MSC/VLR號碼；

（4）HSS向Proxy MSC/VLR插入用戶的業(yè)務(wù)簽約數(shù)據(jù)；

（5）HSS向Proxy MSC/VLR返回位置更新響應(yīng)消息；

（6）Proxy MSC/VLR在完成CS域的位置更新以后，返回位置更新完成消息給MME；

（7）MME向UE返回注冊完成消息，UE在Proxy MSC/VLR注冊完成。

2.2 終呼流程

文章中研究的CSFB業(yè)務(wù)終呼流程如圖3所示。

注冊流程完成以后，HSS中保存的用戶位置信息就是Proxy MSC/VLR 號碼[11]。終呼流程中，HSS就向Proxy MSC/VLR 號碼獲取用戶的漫游號碼。

如圖3所示，終呼業(yè)務(wù)流程說明如下：

（1）如圖3中步驟1、2所示，GMSC收到呼叫請求消息，即收到初始地址消息后，向HSS發(fā)送路由請求消息；

（2）如圖3中步驟3所示，HSS向Proxy MSC發(fā)送提供漫游號碼請求消息（PRN），在消息中攜帶指示回落的參數(shù)；

（3）如圖3中步驟4所示，Rroxy MSC通過尋呼消息通知終端回落到傳統(tǒng)電路域；

（4）如圖3中步驟5、6所示：終端根據(jù)尋呼指示，向當(dāng)前實際注冊到的VMSC發(fā)起位置更新；

（5）如圖3中步驟7、10、11、12所示，HSS收到來自當(dāng)前終端實際漫游到的VMSC的位置更新請求消息后，就向Proxy MSC發(fā)送刪除位置消息。同時HSS向VMSC 插入用戶數(shù)據(jù)和返回位置更新響應(yīng)消息。UE位置更新完成，UE注冊到實際漫游到的MSC 服務(wù)器/VLR中；

（6）如圖3中步驟8、9所示，Proxy MSC收到刪除位置消息后，向歸屬位置寄存器（HLR）返回失敗的提供漫游號碼響應(yīng)消息；

（7）如圖3中步驟13所示，HSS收到Proxy MSC返回的失敗響應(yīng)消息后，啟動一個檢測定時器，檢測由當(dāng)前終端實際注冊的VMSC 服務(wù)器發(fā)起的位置更新流程是否結(jié)束，若結(jié)束，則向VMSC Server重新發(fā)起提供漫游號碼PRN，請求漫游號碼；

（8）如圖3中步驟14、15所示，HSS收到VMSC服務(wù)器返回的漫游號碼后，將其返回給GMSC；

（9）GMSC完成后續(xù)話路接續(xù)。

2.3 時延分析

CSFB的MO/MT呼叫流程，需要跨MSC位置更新和在HSS執(zhí)行呼叫重試，相比普通CS域呼叫，可能會增加4～5 s時延。

2.4 對HSS性能影響分析

HSS啟用呼叫重試功能后，會造成HSS性能下降。呼叫重試功能對HSS性能的影響取決于多種因素。

第1個影響因素是：完成一個位置更新流程所需要的時間。在HSS執(zhí)行呼叫重試，HSS會設(shè)定一個定時器來檢測由當(dāng)前終端實際注冊的VMSC服務(wù)器發(fā)起的位置更新流程是否結(jié)束，定時器超時時，若位置更新結(jié)束，則HSS發(fā)起呼叫重試；定時期超時時，若位置更新還未結(jié)束，則HSS重新設(shè)置定時器繼續(xù)等待。這個定時器可以設(shè)置為100～500 ms。若整個網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量好，位置更新過程能在很短的時間內(nèi)（比如500 ms內(nèi)）完成，完成后由HSS執(zhí)行呼叫重試功能，對HSS的性能影響很小；若網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量比較差，位置更新過程要在較長的時間內(nèi)（比如3 s內(nèi)）完成，完成后由HSS執(zhí)行呼叫重試功能，對HSS的性能影響較大。

其次，使用CSFB業(yè)務(wù)的用戶數(shù)的多少，對HSS性能下降的程度也有影響[12]。

3 結(jié)束語

文章提出了一種對現(xiàn)網(wǎng)GMSC沒有改造要求的CSFB解決方案，在本CSFB解決方案中，只需要通過增加一個Proxy MSC，并由HSS執(zhí)行呼叫重試功能，就可以使整個CS網(wǎng)絡(luò)支持CSFB功能。文章提出的CSFB解決方案對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備改造小，工程實施成本低，易于在現(xiàn)網(wǎng)部署。

參考文獻

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[9] 3GPP. 3GPP TS 23.116 Super-charger technical realization； Stage 2[Z].2012.

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[12] 孫樂，張麗.E-UTRAN自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）關(guān)鍵技術(shù)[J].郵電設(shè)計技術(shù)， 2012（12）： 08-12.

（1）UE首先發(fā)送注冊請求消息給MME；

（2）MME根據(jù)跟蹤區(qū)標(biāo)識（TAI）推導(dǎo)出LAI，由于Proxy MSC代理完成了所有的EPS/國際移動用戶識別碼（IMSI）聯(lián)合位置更新，因此MME推導(dǎo)出的LAI就是Proxy MSC/VLR里面的虛 LAI。MME通過SGs發(fā)送位置更新請求消息給Proxy MSC/VLR進行附著，位置更新請求消息攜帶虛 LAI；

（3）Proxy MSC/VLR發(fā)送位置更新請求消息給HSS，HSS更新其保存的用戶位置信息，即將HSS中保存的VLR號碼更改為Proxy MSC/VLR號碼；

（4）HSS向Proxy MSC/VLR插入用戶的業(yè)務(wù)簽約數(shù)據(jù)；

（5）HSS向Proxy MSC/VLR返回位置更新響應(yīng)消息；

（6）Proxy MSC/VLR在完成CS域的位置更新以后，返回位置更新完成消息給MME；

（7）MME向UE返回注冊完成消息，UE在Proxy MSC/VLR注冊完成。

2.2 終呼流程

文章中研究的CSFB業(yè)務(wù)終呼流程如圖3所示。

注冊流程完成以后，HSS中保存的用戶位置信息就是Proxy MSC/VLR 號碼[11]。終呼流程中，HSS就向Proxy MSC/VLR 號碼獲取用戶的漫游號碼。

如圖3所示，終呼業(yè)務(wù)流程說明如下：

（1）如圖3中步驟1、2所示，GMSC收到呼叫請求消息，即收到初始地址消息后，向HSS發(fā)送路由請求消息；

（2）如圖3中步驟3所示，HSS向Proxy MSC發(fā)送提供漫游號碼請求消息（PRN），在消息中攜帶指示回落的參數(shù)；

（3）如圖3中步驟4所示，Rroxy MSC通過尋呼消息通知終端回落到傳統(tǒng)電路域；

（4）如圖3中步驟5、6所示：終端根據(jù)尋呼指示，向當(dāng)前實際注冊到的VMSC發(fā)起位置更新；

（5）如圖3中步驟7、10、11、12所示，HSS收到來自當(dāng)前終端實際漫游到的VMSC的位置更新請求消息后，就向Proxy MSC發(fā)送刪除位置消息。同時HSS向VMSC 插入用戶數(shù)據(jù)和返回位置更新響應(yīng)消息。UE位置更新完成，UE注冊到實際漫游到的MSC 服務(wù)器/VLR中；

（6）如圖3中步驟8、9所示，Proxy MSC收到刪除位置消息后，向歸屬位置寄存器（HLR）返回失敗的提供漫游號碼響應(yīng)消息；

（7）如圖3中步驟13所示，HSS收到Proxy MSC返回的失敗響應(yīng)消息后，啟動一個檢測定時器，檢測由當(dāng)前終端實際注冊的VMSC 服務(wù)器發(fā)起的位置更新流程是否結(jié)束，若結(jié)束，則向VMSC Server重新發(fā)起提供漫游號碼PRN，請求漫游號碼；

（8）如圖3中步驟14、15所示，HSS收到VMSC服務(wù)器返回的漫游號碼后，將其返回給GMSC；

（9）GMSC完成后續(xù)話路接續(xù)。

2.3 時延分析

CSFB的MO/MT呼叫流程，需要跨MSC位置更新和在HSS執(zhí)行呼叫重試，相比普通CS域呼叫，可能會增加4～5 s時延。

2.4 對HSS性能影響分析

HSS啟用呼叫重試功能后，會造成HSS性能下降。呼叫重試功能對HSS性能的影響取決于多種因素。

第1個影響因素是：完成一個位置更新流程所需要的時間。在HSS執(zhí)行呼叫重試，HSS會設(shè)定一個定時器來檢測由當(dāng)前終端實際注冊的VMSC服務(wù)器發(fā)起的位置更新流程是否結(jié)束，定時器超時時，若位置更新結(jié)束，則HSS發(fā)起呼叫重試；定時期超時時，若位置更新還未結(jié)束，則HSS重新設(shè)置定時器繼續(xù)等待。這個定時器可以設(shè)置為100～500 ms。若整個網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量好，位置更新過程能在很短的時間內(nèi)（比如500 ms內(nèi)）完成，完成后由HSS執(zhí)行呼叫重試功能，對HSS的性能影響很小；若網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量比較差，位置更新過程要在較長的時間內(nèi)（比如3 s內(nèi)）完成，完成后由HSS執(zhí)行呼叫重試功能，對HSS的性能影響較大。

其次，使用CSFB業(yè)務(wù)的用戶數(shù)的多少，對HSS性能下降的程度也有影響[12]。

3 結(jié)束語

文章提出了一種對現(xiàn)網(wǎng)GMSC沒有改造要求的CSFB解決方案，在本CSFB解決方案中，只需要通過增加一個Proxy MSC，并由HSS執(zhí)行呼叫重試功能，就可以使整個CS網(wǎng)絡(luò)支持CSFB功能。文章提出的CSFB解決方案對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備改造小，工程實施成本低，易于在現(xiàn)網(wǎng)部署。

參考文獻

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