LTE國際漫游網絡優選方案研究

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

關鍵詞：電路域回落 網絡優選 國際漫游

1 引言

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

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

2 LTE優選網絡技術實現

用戶在漫游地登記在哪個網絡，主要取決于SIM卡內網絡信息排序、網絡信號強弱等因素。為了增加用戶登記在優選網絡的機會，運營商會通過技術手段實施影響。能夠實現LTE網絡優選的方式主要分為SIM卡方式及信令方式。

2.1 SIM卡方式

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

此方式的優點：調整優選網絡列表即可實現網絡優選，網絡中僅需增加OTA服務器，對用戶業務體驗影響甚小，選網效果好。缺點：SIM卡存儲網絡信息有限，只能對少數網絡進行選網；通過OTA更新SIM卡方式提供優選功能，優選信息的更新維護機制不靈活，實時性和可控性較差，適用于小運營商調整少數優選網絡。

2.2 信令方式

當用戶終端進行首次網絡注冊或者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網絡。信令方式就是在此過程中，通過技術手段使用戶無法在非優選網絡注冊，誘使終端再次搜索可用網絡并嘗試注冊。經過這樣若干次的嘗試，即可達到登記在優選網絡的目的。

信令方式的優勢在于運營商可靈活自主地控制優選網絡功能，能夠對覆蓋范圍及用戶比例實施控制，有更多的應用場景。另一方面，此方案對優選網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選。

信令方式主要有設置黑名單及信令干擾兩種實現方案。

（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選網絡，誘使其重新選網并登記在優選網絡，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選網絡登記的黑名單。黑名單中用戶漫游到非優選網絡開始注冊時，HSS會拒絕位置登記請求，使終端重新搜索可注冊網絡。

MME攔截方式中，HSS設置含非優選網絡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據。

實際運營時，可以增加優選網絡功能的靈活性和成功率。但由于需要對境外所有的非優選運營商的MME地址進行了解，并根據策略對用戶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網絡登網時，將向MME發起位置更新請求（Update Location Request），并轉發給HSS。信令干擾的方式是利用部署在歸屬網絡和漫游網絡間的優選網絡平臺，捕獲漫游用戶位置更新請求并進行分析，根據優選策略選擇將該消息轉發至HSS或回復拒絕響應消息。若是回復拒絕消息，終端會根據拒失敗碼重新發起登記請求，經數次嘗試后登記在優選網絡。該方案的核心技術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網絡優選。信令干擾方案組網示意圖如圖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。

網絡優選平臺通過與信令互通網絡并聯的方式監測歸屬網絡與其他漫游網絡間的信令。當監測到由漫游網絡發送至歸屬網絡的請求消息，則根據設置好的干擾規則，判斷消息來源網絡是否為優選合作網絡，由此來決定是否向MME發送干擾消息。

在七號信令網絡中，類似的優選網絡方案是優選平臺通過在歸屬網絡返回響應消息之前先向漫游地MSC/VLR發送干擾消息，起到網絡優選作用。在LTE網絡中，Diameter信令封裝了多種重要消息和用戶數據，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，即使網絡優選平臺在歸屬網絡返回位置更新消息后，才向漫游網絡MME發送干擾消息，也能夠讓終端對非優選網絡的附著失敗。

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絡中串聯網絡優選平臺，每條信令都需要經過平臺分析并根據設置的攔截策略，判斷用戶注冊的網絡是否為優選網絡。若為優選網絡，則讓信令通過，反之則需進行攔截，并向MME發送拒絕消息。

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，信令干擾的交互數少，對網絡造成的負擔相對較低。但因為所有信令交互都需要經過優選網絡平臺分析處理，所以對平臺的處理速率和穩定性有很高的要求，一旦平臺出現故障，容易對現網正常業務造成影響。

3 干擾消息選擇策略

3.1 干擾消息選項

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

MME收到的失敗代碼與其發出的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"用戶終端會把該網絡列入SIM卡的黑名單并重選另一個網絡；

（2）#17"Network failure"會讓用戶變更網絡前，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絡。

由于MME可能不完全識別核心網和無線側之間的錯誤碼，因此優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

網絡優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，避免用戶入網時間過長并造成信令擁塞。

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

（3）系統應根據實際情況，合理設置干擾策略，將對用戶及網絡的影響降至最低。

對非優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協同問題

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

如果網絡優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，網絡優選平臺同樣需要對MAP和GPRS位置更新進行實時監測。

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，那優選網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，那優選網平臺在MSC池內切換的時候便很難獲取用戶的位置更新情況。因此避免LTE網由于TA/LA不一致而導致屏蔽，優選網絡平臺應保證2G、3G與LTE網絡注冊同步。

聯合注冊成功后，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選網絡，針對用戶在CSFB中的不同狀態，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聯合注冊。在聯合注冊過程中，出現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。當優選網絡平臺監測用戶終端嘗試進行5次的聯合注冊，將判定用戶終端進入手動選網模式，允許用戶登入非優選網絡。

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，根據用戶的狀態選取干擾策略。因此優選網絡平臺中應該增加用戶終端狀態的標志。當終端CSFB狀態時，允許用戶GSM UL和GPRS UL，同時監測用戶終端在CSFB時的呼叫以及GSM UL和GPRS UL在MME/MSC的情況。

5 結束語

LTE的網絡優選功能是七號信令的網絡優選功能的升級，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存在相對優勢的方向。

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