LTE國際漫游網(wǎng)絡優(yōu)選方案研究

摘要：為了研究運營商的LTE網(wǎng)絡優(yōu)選需求，分析了LTE網(wǎng)絡優(yōu)選技術(shù)的主要實現(xiàn)思路，列舉了SIM卡及信令實現(xiàn)方式及部分干擾策略，對網(wǎng)絡優(yōu)選功能使用后的不利影響進行了探討，并提出了網(wǎng)絡優(yōu)選的實施建議。

關(guān)鍵詞：電路域回落 網(wǎng)絡優(yōu)選 國際漫游

1 引言

根據(jù)2016年7月的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，521家運營商在170個國家和地區(qū)開通了LTE商用，用戶數(shù)已超10億，由此帶來的LTE國際漫游用戶數(shù)也將與日俱增。用戶在高速的LTE網(wǎng)絡進行國際漫游時，對漫游費用及漫游質(zhì)量都會更加敏感，漫游地中不同運營商LTE網(wǎng)絡的服務質(zhì)量及結(jié)算價格的差異，會導致網(wǎng)絡優(yōu)選技術(shù)在國際漫游服務中得到越來越廣泛的應用。

網(wǎng)絡優(yōu)選是指在不明顯降低服務質(zhì)量的情況下，運營商對入網(wǎng)他國運營商的國際漫游用戶采取控制，讓其優(yōu)先接入到合作伙伴網(wǎng)絡中，以達到以下目的：（1）降低國際漫游運營成本，提高國際漫游業(yè)務利潤，擴大漫游用戶群；（2）提升漫游業(yè)務質(zhì)量；（3）拓展和應用國際漫游新業(yè)務；（4）加強運營商間的合作關(guān)系，提升業(yè)務談判資本。

2 LTE優(yōu)選網(wǎng)絡技術(shù)實現(xiàn)

用戶在漫游地登記在哪個網(wǎng)絡，主要取決于SIM卡內(nèi)網(wǎng)絡信息排序、網(wǎng)絡信號強弱等因素。為了增加用戶登記在優(yōu)選網(wǎng)絡的機會，運營商會通過技術(shù)手段實施影響。能夠?qū)崿F(xiàn)LTE網(wǎng)絡優(yōu)選的方式主要分為SIM卡方式及信令方式。

2.1 SIM卡方式

用戶SIM卡存儲有優(yōu)選網(wǎng)絡列表信息及順序，終端開機注冊網(wǎng)絡時，將從SIM卡中讀取網(wǎng)絡列表文件，按列表順序依次嘗試登錄列表中每一個網(wǎng)絡。當前網(wǎng)絡若能登錄，則使用此網(wǎng)絡；反之，將嘗試登錄列表中下一個網(wǎng)絡。若列表中所有信號的網(wǎng)絡都登錄失敗，則按當前信號的強弱依次嘗試登錄網(wǎng)絡，否則登錄失敗，無法使用網(wǎng)絡。

此方式的優(yōu)點：調(diào)整優(yōu)選網(wǎng)絡列表即可實現(xiàn)網(wǎng)絡優(yōu)選，網(wǎng)絡中僅需增加OTA服務器，對用戶業(yè)務體驗影響甚小，選網(wǎng)效果好。缺點：SIM卡存儲網(wǎng)絡信息有限，只能對少數(shù)網(wǎng)絡進行選網(wǎng)；通過OTA更新SIM卡方式提供優(yōu)選功能，優(yōu)選信息的更新維護機制不靈活，實時性和可控性較差，適用于小運營商調(diào)整少數(shù)優(yōu)選網(wǎng)絡。

2.2 信令方式

當用戶終端進行首次網(wǎng)絡注冊或者TAU時，必須要在MME和HSS之間通過Diameter信令進行位置更新才能成功登記在可用的LTE網(wǎng)絡。信令方式就是在此過程中，通過技術(shù)手段使用戶無法在非優(yōu)選網(wǎng)絡注冊，誘使終端再次搜索可用網(wǎng)絡并嘗試注冊。經(jīng)過這樣若干次的嘗試，即可達到登記在優(yōu)選網(wǎng)絡的目的。

信令方式的優(yōu)勢在于運營商可靈活自主地控制優(yōu)選網(wǎng)絡功能，能夠?qū)Ω采w范圍及用戶比例實施控制，有更多的應用場景。另一方面，此方案對優(yōu)選網(wǎng)絡的運營策略有較高的要求，也會帶來一些影響用戶體驗的問題，比如網(wǎng)絡注冊時間過長。相對而言，運營商更看重用戶的控制能力及控制靈活性，而相對較長的注冊時間在漫游場景下也會被用戶所允許，因此更多運營商選擇此方式進行漫游優(yōu)選。

信令方式主要有設置黑名單及信令干擾兩種實現(xiàn)方案。

（1）設置黑名單

此方案通過在HSS設置黑名單，禁止黑名單用戶注冊在非優(yōu)選網(wǎng)絡，誘使其重新選網(wǎng)并登記在優(yōu)選網(wǎng)絡，主要有HSS攔截和MME攔截兩種方式。

HSS攔截方式中，HSS將指定IMSI或MDN號段的用戶加入禁止在非優(yōu)選網(wǎng)絡登記的黑名單。黑名單中用戶漫游到非優(yōu)選網(wǎng)絡開始注冊時，HSS會拒絕位置登記請求，使終端重新搜索可注冊網(wǎng)絡。

MME攔截方式中，HSS設置含非優(yōu)選網(wǎng)絡MME地址列表的黑名單，當用戶請求注冊登記的MME地址在黑名單中，HSS將拒絕用戶注冊，只有用戶漫游在黑名單外的區(qū)域才能成功注冊。

設置黑名單方案無需新增專用設備，但全網(wǎng)的HSS均需要進行改造升級添加對應功能，并應當同步更新黑名單的數(shù)據(jù)。

實際運營時，可以增加優(yōu)選網(wǎng)絡功能的靈活性和成功率。但由于需要對境外所有的非優(yōu)選運營商的MME地址進行了解，并根據(jù)策略對用戶HSS進行快速配置，對運維能力要求較高。

（2）信令干擾

用戶在境外LTE網(wǎng)絡登網(wǎng)時，將向MME發(fā)起位置更新請求（Update Location Request），并轉(zhuǎn)發(fā)給HSS。信令干擾的方式是利用部署在歸屬網(wǎng)絡和漫游網(wǎng)絡間的優(yōu)選網(wǎng)絡平臺，捕獲漫游用戶位置更新請求并進行分析，根據(jù)優(yōu)選策略選擇將該消息轉(zhuǎn)發(fā)至HSS或回復拒絕響應消息。若是回復拒絕消息，終端會根據(jù)拒失敗碼重新發(fā)起登記請求，經(jīng)數(shù)次嘗試后登記在優(yōu)選網(wǎng)絡。該方案的核心技術(shù)在于終端完成整個位置更新流程前，平臺通過實施干擾策略實現(xiàn)網(wǎng)絡優(yōu)選。信令干擾方案組網(wǎng)示意圖如圖1所示：

信令干擾有被動干擾和主動干擾兩種策略。被動干擾方式如圖2所示。

網(wǎng)絡優(yōu)選平臺通過與信令互通網(wǎng)絡并聯(lián)的方式監(jiān)測歸屬網(wǎng)絡與其他漫游網(wǎng)絡間的信令。當監(jiān)測到由漫游網(wǎng)絡發(fā)送至歸屬網(wǎng)絡的請求消息，則根據(jù)設置好的干擾規(guī)則，判斷消息來源網(wǎng)絡是否為優(yōu)選合作網(wǎng)絡，由此來決定是否向MME發(fā)送干擾消息。

在七號信令網(wǎng)絡中，類似的優(yōu)選網(wǎng)絡方案是優(yōu)選平臺通過在歸屬網(wǎng)絡返回響應消息之前先向漫游地MSC/VLR發(fā)送干擾消息，起到網(wǎng)絡優(yōu)選作用。在LTE網(wǎng)絡中，Diameter信令封裝了多種重要消息和用戶數(shù)據(jù)，因此平臺返回干擾消息的速度可能比HSS對位置更新響應慢，不能仿照在七號信令網(wǎng)絡中的方式。

MME收到位置更新響應后，在傳送位置更新成功的消息到用戶終端之前，仍要進行DNS和GTP信道的搭建，并且只要其中的一個步驟失敗，終端也無法附著。因此，即使網(wǎng)絡優(yōu)選平臺在歸屬網(wǎng)絡返回位置更新消息后，才向漫游網(wǎng)絡MME發(fā)送干擾消息，也能夠讓終端對非優(yōu)選網(wǎng)絡的附著失敗。

主動干擾方式如圖3所示。

主動干擾策略在用戶信令互通網(wǎng)絡中串聯(lián)網(wǎng)絡優(yōu)選平臺，每條信令都需要經(jīng)過平臺分析并根據(jù)設置的攔截策略，判斷用戶注冊的網(wǎng)絡是否為優(yōu)選網(wǎng)絡。若為優(yōu)選網(wǎng)絡，則讓信令通過，反之則需進行攔截，并向MME發(fā)送拒絕消息。

主動干擾方式可主動對特定的消息進行攔截，實現(xiàn)方式較為靈活，主動性強，和被動干擾策略相比，信令干擾的交互數(shù)少，對網(wǎng)絡造成的負擔相對較低。但因為所有信令交互都需要經(jīng)過優(yōu)選網(wǎng)絡平臺分析處理，所以對平臺的處理速率和穩(wěn)定性有很高的要求，一旦平臺出現(xiàn)故障，容易對現(xiàn)網(wǎng)正常業(yè)務造成影響。

3 干擾消息選擇策略

3.1 干擾消息選項

運營商對于LTE網(wǎng)絡干擾消息的原則與七號信令網(wǎng)絡干擾原則基本一致，即干擾消息中攜帶失敗原因值。網(wǎng)絡優(yōu)選平臺通過S6a接口發(fā)送干擾消息給MME，MME根據(jù)干擾消息類型進行判別，再通過NAS向用戶發(fā)送失敗代碼。

MME收到的失敗代碼與其發(fā)出的NAS失敗代碼存在映射，其中表1中的原因可適用于漫游優(yōu)選。

從用戶收到的失敗原因看：

（1）#11"PLMN not allowed"用戶終端會把該網(wǎng)絡列入SIM卡的黑名單并重選另一個網(wǎng)絡；

（2）#17"Network failure"會讓用戶變更網(wǎng)絡前，再嘗試進行5次注冊；

（3）#19"ESM failure"用戶終端會嘗試注冊5次，失敗后重新注冊另一個網(wǎng)絡。

由于MME可能不完全識別核心網(wǎng)和無線側(cè)之間的錯誤碼，因此優(yōu)選平臺應具備生成多種拒絕消息的能力，以便MME正確識別。

3.2 干擾信息設置策略

網(wǎng)絡優(yōu)選功能會在一定程度上影響用戶使用體驗，在設置干擾策略時需遵循以下原則，以免用戶無網(wǎng)可用：

（1）設置干擾時間閾值。若用戶一次位置登記時長超過了時間閾值，應允許用戶注冊，避免用戶入網(wǎng)時間過長并造成信令擁塞。

（2）限制干擾次數(shù)。受干擾后，用戶登記嘗試在同一非優(yōu)選網(wǎng)絡的次數(shù)超過了閾值（可設定為5次），可判斷其為手動選網(wǎng)模式或者漫游地只有一個可用網(wǎng)絡，下一次嘗試登網(wǎng)時應允許用戶注冊。

（3）系統(tǒng)應根據(jù)實際情況，合理設置干擾策略，將對用戶及網(wǎng)絡的影響降至最低。

對非優(yōu)選運營商影響最小的拒絕消息是：

DIAMETER_ERROR_ROAMING_NOT_ALLOWED （5004） ， without Error Diagnostic

對漫游用戶影響最小的拒絕消息是：

DIAMETER_ERROR_ROAMING_NOT_ALLOWED （5004）， with Error Diagnostic of ODB_ALL_APN以及DIAMETER_UNABLE_TO_COMPLY （5012）

4 CS Fallback協(xié)同問題

LTE網(wǎng)絡中存在CS Fallback的情況，為了避免由于Diameter和MAP聯(lián)合注冊的信令結(jié)果不一致而導致部分業(yè)務中斷和失敗，在PS和CS中聯(lián)合注冊時，應保證LTE、2G和3G在同一運營商網(wǎng)絡中，并保持Diameter和MAP流程和結(jié)果一致。

如果網(wǎng)絡優(yōu)選平臺對用戶進行了兩次以上的MAP信令干擾，處在CSFB過程的用戶將屏蔽此E-UTRA并選擇其他無線接入方式。這意味著只要2G/3G注冊失敗，也無法使用4G網(wǎng)絡，保證了4G、2G/3G注冊在同一PLMN。CSFB場景下，若終端不能回落到之前與HSS聯(lián)合注冊的MSC上，并且新注冊的MSC沒有SGs接口，HLR將無法獲知當時用戶實際注冊的位置，會造成TA/LA不一致。此場景下主叫雖能夠成功，但被叫時MSC無法找到用戶而無法讓用戶振鈴。為保證TA/LA的一致性，避免電路回落到非注冊的MSC，網(wǎng)絡優(yōu)選平臺同樣需要對MAP和GPRS位置更新進行實時監(jiān)測。

TA/LA不一致普遍存在，若VPLMN有1到2個有SGs接口的MSC處理CSFB，HLR會知道用戶終端實時情況，并且用戶將會在每次呼叫之前進行LAU，那優(yōu)選網(wǎng)平臺便很容易獲取用戶的位置更新情況。如果VPLMN有1個以上的MSC池處理CSFB，當發(fā)生TA/LA不一致、用戶漫游需要在MSC池邊界進行MSC池切換時，才會進行LAU，那優(yōu)選網(wǎng)平臺在MSC池內(nèi)切換的時候便很難獲取用戶的位置更新情況。因此避免LTE網(wǎng)由于TA/LA不一致而導致屏蔽，優(yōu)選網(wǎng)絡平臺應保證2G、3G與LTE網(wǎng)絡注冊同步。

聯(lián)合注冊成功后，便設置了CSFB標志位，在不同的場景下對CSFB標志位的處理情況和干擾的控制如表2所示：

用戶在主被叫過程中也可以GSM UL。如果盲目地對用戶進行干擾操作，會影響用戶的主被叫，降低了用戶的體驗感知。因此，運營商應該綜合考慮用戶體驗和控制優(yōu)選網(wǎng)絡，針對用戶在CSFB中的不同狀態(tài)，設置不同的控制策略。

EPS域注冊成功，CS域注冊失敗時，可以由用戶設置終端的語音中心來實現(xiàn)聯(lián)合注冊。在聯(lián)合注冊過程中，出現(xiàn)EPS域注冊成功，CS域注冊失敗時，設置的語音中心的用戶終端為了在EPS和CS域中都注冊成功，將會再次嘗試在EPS和CS域注冊。當優(yōu)選網(wǎng)絡平臺監(jiān)測用戶終端嘗試進行5次的聯(lián)合注冊，將判定用戶終端進入手動選網(wǎng)模式，允許用戶登入非優(yōu)選網(wǎng)絡。

總的來說，處理CSFB問題需要明確地知道用戶終端處在什么樣的狀態(tài)，根據(jù)用戶的狀態(tài)選取干擾策略。因此優(yōu)選網(wǎng)絡平臺中應該增加用戶終端狀態(tài)的標志。當終端CSFB狀態(tài)時，允許用戶GSM UL和GPRS UL，同時監(jiān)測用戶終端在CSFB時的呼叫以及GSM UL和GPRS UL在MME/MSC的情況。

5 結(jié)束語

LTE的網(wǎng)絡優(yōu)選功能是七號信令的網(wǎng)絡優(yōu)選功能的升級，可供參考的先例較少。該功能的開通是循序漸進的工作，應遵循先易后難的原則，進行全面細致的測試后方可上線。在選擇優(yōu)先開通方向時，可參考以下因素：

（1）用戶出訪熱點方向；

（2）國際漫游收入較高方向；

（3）合作運營商配合較積極方向；

（4）多個運營商在不同的地區(qū)存在相對優(yōu)勢的方向。

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