LTE网络部署CSFB语音时MSC POOL解决方案研究

张红霞

LTE部署初期，运营商通过CSFB技术为LTE用户提供语音业务。现网2G/3G端局采用MSC POOL组网的情况下，部署CSFB功能后引入了一些新问题。基于此，通过调整组网和配置、MSC和MME流程优化等方法来解决，既完成了CSFB功能又体现了MSC POOL组网的优势。

LTE CSFB MSC POOL 数据备份

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-06-0056-04

1 引言

LTE部署初级阶段，运营商不想立刻部署IMS来提供语音业务，而是希望保护和利用已有的CS（Circuit Switch，电路交换）投资，重用CS网络完成语音、短消息等CS业务。为了使终端在LTE接入下能够发起和接收语音业务，并且能够对终端在LTE接入下正在进行的PS（Packet Switch，分组交换）业务进行正确处理，因此产生了CSFB（Circuit Switched Fallback，电路域回落）技术。此技术适用于LTE、GSM、UMTS多模单待终端。CSFB的部署方案有端局全部升级、MSC POOL方案、Proxy MSC方案。现网2G/3G端局大部分采用MSC POOL组网的容灾方案，在部署CSFB功能后，2G/3G端局以及MME（Mobile Management Entity，移动性管理实体）都需要考虑如何既能完成CSFB功能又体现MSC POOL组网的优势。

2 背景概述

一个BSC（Base Station Controller，基站控制器）/

RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器）可以连接到多个服务MSC Server上，由这多个服务MSC Server共同组成一个资源池，为所连接的BSC/RNC提供服务，称为MSC POOL。与传统的网络相比，MSC POOL组网具有以下优点：

（1）减少POOL内局间位置更新，降低C/D接口信令流量。

（2）减少POOL内局间切换，降低掉话率，提高用户通话质量。

（3）在MSC Server间分担网络负荷，提升整个核心网资源利用率，节省设备投资。

（4）实现MSC Server间的容灾备份，当一个MSC Server宕机时，其业务由池内其它MSC Server承担。

现网MSC POOL的组网方案如图1所示：

图1 MSC POOL组网示意图

部署LTE网络后，MSC POOL+MME的组网方案如图2所示：

图2 MSC POOL+MME组网示意图

MSC-S1、MSC-S2、MSC-S3组成MSC POOL，MSC POOL管辖的区域与LTE有重叠覆盖的部分。MSC POOL中的MSC-S2、MSC-S3支持SGs口及CSFB功能，MME同时与MSC-S2、MSC-S3链接。

在这种组网的情况下，CSFB功能在MSC POOL中应用存在被叫相关问题。下面将对被叫问题进行分析并提出相应的解决方案。

3 解决方案

3.1 被叫问题1

问题描述：

MSC POOL内某个支持CSFB功能的MSC故障后，HLR（Home Location Register，归属位置寄存器）发送PRN（Provide Roaming Number，提供漫游号码）消息到该MSC获取漫游号码失败，因此注册在该故障MSC中的用户被叫无法接通。在MSC故障期间，只有等待注册在该故障MSC中的用户主动进行位置更新或进行主叫，重新注册到MSC POOL内其他支持CSFB功能的MSC后，被叫方可接通。

解决方案：

MSC POOL中的每个MSC都需要一个对应的备份MSC，支持CSFB功能的MSC之间形成备份；不支持CSFB功能的MSC之间形成备份，保证备份MSC的功能完全涵盖主用MSC的功能。当MSC故障后，HLR发送的PRN应路由到备份MSC。备份MSC在收到PRN后，需要替代故障的MSC进行被叫恢复流程，让原来故障MSC上的用户可以继续作为被叫，以减少呼损。

为使备份MSC能够正确地处理收到的PRN消息，在主MSC处于正常状态时，就应将本MSC上用户的用户数据同步到备份MSC上去。同时在故障MSC恢复后，PRN应重新路由到主MSC，主MSC应从备份MSC取回用户的位置信息，避免大量的全网寻呼。

MSC/VLR之间的数据备份方式如下：

方式一：链式备份

MSC POOL链式数据备份如图3所示：

图3 MSC POOL链式数据备份示意图

其中，箭头终点的MSC为箭头起点MSC做备份，如MSC-S1为MSC-S4做备份，以此类推。

如果MSC POOL中只有部分MSC支持CSFB功能，需要关注以下几点：

（1）上述备份关系需要分为两组：一组是支持CSFB功能的MSC之间形成链式备份；另一组是不支持CSFB功能的MSC之间形成链式备份。

（2）当主用MSC故障后，HLR发送的PRN应路由到备份MSC，由于链式备份关系发生改变，HLR也需要相应地修改相关的信令路由备份关系。

（3）对于支持CSFB功能的MSC，可同时处理2G/3G用户和CSFB用户，其中2G/3G用户是由NNSF（BSC/RNC或者MGW代理）分发的，CSFB用户是由MME分发的。而不支持CSFB功能的MSC只处理2G/3G用户，其用户都是由NNSF（BSC/RNC或者MGW代理）分发的。这样由于CSFB用户的引入，NNSF（BSC/RNC或者MGW代理）就需要修改对各个MSC的用户分发比例。endprint

方式二：集中备份

MSC POOL集中数据备份如图4所示：

图4 MSC POOL集中数据备份示意图

其中，备份MSCS同时为MSC-S1、MSC-S2、MSC-S3做备份，且该MSC只做备份用。需要备份MSC具有CSFB功能，这样才能同时为支持CSFB功能的MSC和不支持CSFB功能的MSC做备份。

如果MSC POOL中只有部分MSC支持CSFB功能，则NNSF（BSC/RNC或者MGW代理）需要修改对各个MSC的用户分发比例。

3.2 被叫问题2

问题描述：

当主用MSC故障时，HLR、STP（Signaling Transfer Point，信令转接点）向备份MSCS要漫游号码。备份MSCS收到IAM（Initial Address Message，初始地址信息）入呼消息后以IMSI（International Mobile Subscriber Identity，国际移动用户识别码）向SGs口寻呼该用户，MME向eNodeB发送寻呼消息指示手机回落到CS域。MME触发手机回落到CS域后，BSC/RNC要发送寻呼响应消息到MSC，而BSC/RNC前面没有收到寻呼消息，所以无法知道要向哪个MSC回寻呼响应，只会随机选择一个MSC，而不能保证把寻呼响应消息回到发起SGs口寻呼的MSC，这样呼叫就会失败。

解决方案：

为解决上述BSC/RNC不能把寻呼响应回到正确MSC的问题，引入该解决方案。本方案是在备份MSC发起SGs口寻呼过程中为用户分配TMSI，使得手机回落到CS域后以TMSI返回寻呼响应，这样BSC/RNC就可以根据TMSI中的NRI把寻呼响应消息返回给备份MSC。

引入CSFB功能后MSC POOL被叫恢复解决方案如图5所示：

图5 引入CSFB功能后MSC POOL被叫恢复解决方案

具体流程说明如下：

（1）主叫用户拨打LTE用户，主叫用户所在GMSC向HLR发送SRI要漫游号码。主用MSC/VLR故障时，HLR把PRN消息发给备用MSC/VLR，备用MSC/VLR执行被叫restore用户数据过程从HLR获得该用户的MME Name。备份VLR分配漫游号码给该用户并返回给HLR。

（2）主叫GMSC根据漫游号码把呼叫接续到备份VLR，备份VLR收到入呼叫后根据该用户的MME Name向该MME发送SGs Paging消息，其中携带IMSI。

（3）MME收到该消息，则要求用户re-attach（重新联合位置更新）。实现方法有两种：如果用户处于连接态，则MME直接向用户发送Detach Request（IMSI Detach）；如果用户处于空闲态，则MME先向用户发送Page（with IMSI and the CS indicator for CSFB），收到手机的Extended Service Request后再向用户发送Detach Request（IMSI Detach）。

（4）手机发起re-attach（重新联合位置更新），MME发送IMSI attach（联合位置更新）到备份VLR。

（5）备份VLR在处理IMSI attach（联合位置更新）过程中分配TMSI。联合位置更新结束之后，备份VLR重新进行带LAI和TMSI的SGs口寻呼。

（6）用户回落到CS域后返回Page Rsp（其中携带TMSI），BSC/RNC可以根据TMSI把消息返回给发起寻呼的备份VLR。

（7）后续流程按照呼叫流程正常处理。

4 结束语

MSC POOL是移动网络广泛采用的容灾方式，CSFB技术是LTE初级阶段语音业务的解决方案。本文解决了两种技术在融合使用过程中出现的问题，使得CSFB技术在现网得到更好的应用。

参考文献：

[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：集中备份

MSC POOL集中数据备份如图4所示：

图4 MSC POOL集中数据备份示意图

其中，备份MSCS同时为MSC-S1、MSC-S2、MSC-S3做备份，且该MSC只做备份用。需要备份MSC具有CSFB功能，这样才能同时为支持CSFB功能的MSC和不支持CSFB功能的MSC做备份。

如果MSC POOL中只有部分MSC支持CSFB功能，则NNSF（BSC/RNC或者MGW代理）需要修改对各个MSC的用户分发比例。

3.2 被叫问题2

问题描述：

当主用MSC故障时，HLR、STP（Signaling Transfer Point，信令转接点）向备份MSCS要漫游号码。备份MSCS收到IAM（Initial Address Message，初始地址信息）入呼消息后以IMSI（International Mobile Subscriber Identity，国际移动用户识别码）向SGs口寻呼该用户，MME向eNodeB发送寻呼消息指示手机回落到CS域。MME触发手机回落到CS域后，BSC/RNC要发送寻呼响应消息到MSC，而BSC/RNC前面没有收到寻呼消息，所以无法知道要向哪个MSC回寻呼响应，只会随机选择一个MSC，而不能保证把寻呼响应消息回到发起SGs口寻呼的MSC，这样呼叫就会失败。

解决方案：

为解决上述BSC/RNC不能把寻呼响应回到正确MSC的问题，引入该解决方案。本方案是在备份MSC发起SGs口寻呼过程中为用户分配TMSI，使得手机回落到CS域后以TMSI返回寻呼响应，这样BSC/RNC就可以根据TMSI中的NRI把寻呼响应消息返回给备份MSC。

引入CSFB功能后MSC POOL被叫恢复解决方案如图5所示：

图5 引入CSFB功能后MSC POOL被叫恢复解决方案

具体流程说明如下：

（1）主叫用户拨打LTE用户，主叫用户所在GMSC向HLR发送SRI要漫游号码。主用MSC/VLR故障时，HLR把PRN消息发给备用MSC/VLR，备用MSC/VLR执行被叫restore用户数据过程从HLR获得该用户的MME Name。备份VLR分配漫游号码给该用户并返回给HLR。

（2）主叫GMSC根据漫游号码把呼叫接续到备份VLR，备份VLR收到入呼叫后根据该用户的MME Name向该MME发送SGs Paging消息，其中携带IMSI。

（3）MME收到该消息，则要求用户re-attach（重新联合位置更新）。实现方法有两种：如果用户处于连接态，则MME直接向用户发送Detach Request（IMSI Detach）；如果用户处于空闲态，则MME先向用户发送Page（with IMSI and the CS indicator for CSFB），收到手机的Extended Service Request后再向用户发送Detach Request（IMSI Detach）。

（4）手机发起re-attach（重新联合位置更新），MME发送IMSI attach（联合位置更新）到备份VLR。

（5）备份VLR在处理IMSI attach（联合位置更新）过程中分配TMSI。联合位置更新结束之后，备份VLR重新进行带LAI和TMSI的SGs口寻呼。

（6）用户回落到CS域后返回Page Rsp（其中携带TMSI），BSC/RNC可以根据TMSI把消息返回给发起寻呼的备份VLR。

（7）后续流程按照呼叫流程正常处理。

4 结束语

MSC POOL是移动网络广泛采用的容灾方式，CSFB技术是LTE初级阶段语音业务的解决方案。本文解决了两种技术在融合使用过程中出现的问题，使得CSFB技术在现网得到更好的应用。

参考文献：

[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：集中备份

MSC POOL集中数据备份如图4所示：

图4 MSC POOL集中数据备份示意图

其中，备份MSCS同时为MSC-S1、MSC-S2、MSC-S3做备份，且该MSC只做备份用。需要备份MSC具有CSFB功能，这样才能同时为支持CSFB功能的MSC和不支持CSFB功能的MSC做备份。

如果MSC POOL中只有部分MSC支持CSFB功能，则NNSF（BSC/RNC或者MGW代理）需要修改对各个MSC的用户分发比例。

3.2 被叫问题2

问题描述：

当主用MSC故障时，HLR、STP（Signaling Transfer Point，信令转接点）向备份MSCS要漫游号码。备份MSCS收到IAM（Initial Address Message，初始地址信息）入呼消息后以IMSI（International Mobile Subscriber Identity，国际移动用户识别码）向SGs口寻呼该用户，MME向eNodeB发送寻呼消息指示手机回落到CS域。MME触发手机回落到CS域后，BSC/RNC要发送寻呼响应消息到MSC，而BSC/RNC前面没有收到寻呼消息，所以无法知道要向哪个MSC回寻呼响应，只会随机选择一个MSC，而不能保证把寻呼响应消息回到发起SGs口寻呼的MSC，这样呼叫就会失败。

解决方案：

为解决上述BSC/RNC不能把寻呼响应回到正确MSC的问题，引入该解决方案。本方案是在备份MSC发起SGs口寻呼过程中为用户分配TMSI，使得手机回落到CS域后以TMSI返回寻呼响应，这样BSC/RNC就可以根据TMSI中的NRI把寻呼响应消息返回给备份MSC。

引入CSFB功能后MSC POOL被叫恢复解决方案如图5所示：

图5 引入CSFB功能后MSC POOL被叫恢复解决方案

具体流程说明如下：

（1）主叫用户拨打LTE用户，主叫用户所在GMSC向HLR发送SRI要漫游号码。主用MSC/VLR故障时，HLR把PRN消息发给备用MSC/VLR，备用MSC/VLR执行被叫restore用户数据过程从HLR获得该用户的MME Name。备份VLR分配漫游号码给该用户并返回给HLR。

（2）主叫GMSC根据漫游号码把呼叫接续到备份VLR，备份VLR收到入呼叫后根据该用户的MME Name向该MME发送SGs Paging消息，其中携带IMSI。

（3）MME收到该消息，则要求用户re-attach（重新联合位置更新）。实现方法有两种：如果用户处于连接态，则MME直接向用户发送Detach Request（IMSI Detach）；如果用户处于空闲态，则MME先向用户发送Page（with IMSI and the CS indicator for CSFB），收到手机的Extended Service Request后再向用户发送Detach Request（IMSI Detach）。

（4）手机发起re-attach（重新联合位置更新），MME发送IMSI attach（联合位置更新）到备份VLR。

（5）备份VLR在处理IMSI attach（联合位置更新）过程中分配TMSI。联合位置更新结束之后，备份VLR重新进行带LAI和TMSI的SGs口寻呼。

（6）用户回落到CS域后返回Page Rsp（其中携带TMSI），BSC/RNC可以根据TMSI把消息返回给发起寻呼的备份VLR。

（7）后续流程按照呼叫流程正常处理。

4 结束语

MSC POOL是移动网络广泛采用的容灾方式，CSFB技术是LTE初级阶段语音业务的解决方案。本文解决了两种技术在融合使用过程中出现的问题，使得CSFB技术在现网得到更好的应用。

参考文献：

[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