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TD—LTE與TD—SCDMA雙網(wǎng)互操作
1 引言
中國移動(dòng)根據其3G技術(shù)TD-SCDMA的制式特點(diǎn)選擇了TD-LTE的演進(jìn)方向。隨著(zhù)TD-LTE網(wǎng)絡(luò )的引入,現在的網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)變成一個(gè)多網(wǎng)協(xié)同的網(wǎng)絡(luò ):GSM經(jīng)過(guò)多年建設和網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化,提供最廣覆蓋的基本移動(dòng)業(yè)務(wù),承載語(yǔ)音、短信及低速數據業(yè)務(wù);TD-SCDMA提供增強的移動(dòng)業(yè)務(wù),可承載中等速率業(yè)務(wù)和部分語(yǔ)音業(yè)務(wù);TD-LTE則承載高速數據業(yè)務(wù)。
網(wǎng)絡(luò )互操作是多網(wǎng)協(xié)同工作的基礎,可以保證用戶(hù)感知,均衡網(wǎng)絡(luò )負載。TD-LTE與2G/3G系統間互操作涉及核心網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)、業(yè)務(wù)承載、終端等多個(gè)領(lǐng)域,包括開(kāi)機駐流策略、空閑態(tài)重選策略和連接態(tài)切換策略。
隨著(zhù)TD-LTE的網(wǎng)絡(luò )部署,TD-LTE與現有TD-SCDMA的雙網(wǎng)互操作逐漸成為關(guān)注的重點(diǎn),雙網(wǎng)互操作的成功與否直接關(guān)系著(zhù)用戶(hù)的感知以及后續雙網(wǎng)策略的設置。廈門(mén)移動(dòng)針對TD-LTE與TD-SCDMA雙網(wǎng)互操作中核心網(wǎng)部分的開(kāi)機駐流信令、空閑態(tài)重選信令進(jìn)行研究及測試驗證,對于互操作測試中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行梳理,總結出使用信令采集分析工具對TD-LTE與TD-SCDMA雙網(wǎng)互操作的核心網(wǎng)信令消息進(jìn)行分析的方法和經(jīng)驗。
2 信令采集
廈門(mén)移動(dòng)TD-LTE規模技術(shù)試驗測試中,《TD-LTE規模技術(shù)試驗-六城市測試-TD-LTE/3G/2G系統間互操作測試規范》的TD-LTE與TD-SCDMA互操作部分要求測試如下項目:
(1)移動(dòng)用戶(hù)從Gn/Gp SGSN網(wǎng)絡(luò )漫游到MME網(wǎng)絡(luò )發(fā)起的附著(zhù);
(2)移動(dòng)用戶(hù)從MME網(wǎng)絡(luò )漫游到Gn/Gp SGSN網(wǎng)絡(luò )發(fā)起的附著(zhù);
(3)移動(dòng)用戶(hù)在ECM-IDLE狀態(tài)下重選到UTRAN小區,引起RAU;
(4)移動(dòng)用戶(hù)處于UTRAN PMM_IDLE狀態(tài),重選到E-UTRAN,引起TAU。
所有測試均要求進(jìn)行核心網(wǎng)信令抓包分析(包括:IuPS接口、Gr接口、Gn接口、S1接口、S6a接口、S11接口)。對比信令流程以及檢查相關(guān)網(wǎng)元上的用戶(hù)狀態(tài)信息。
對核心網(wǎng)各個(gè)接口采用不同采集方式,具體如表1所示:
3 信令分析
分析對比每一個(gè)測試項目中各個(gè)接口信令流程與預期是否一致,檢查信令消息中關(guān)鍵字節是否符合預期,提煉檢查關(guān)鍵點(diǎn)。下文對四個(gè)測試項目進(jìn)行逐一分析說(shuō)明:
3.1 移動(dòng)用戶(hù)從Gn/Gp SGSN網(wǎng)絡(luò )漫游到MME網(wǎng)絡(luò )
發(fā)起的附著(zhù)
該項測試驗證雙模終端用戶(hù)從TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )漫游至TD-LTE網(wǎng)絡(luò )下,以Old GUTI發(fā)起附著(zhù)時(shí),用戶(hù)能否成功附著(zhù)TD-LTE網(wǎng)絡(luò )。
(1)預期信令流程
預期信令流程如圖1所示(見(jiàn)下頁(yè))。
(2)現網(wǎng)信令分析
UE開(kāi)機發(fā)起附著(zhù),發(fā)送Attach Request消息(攜帶Old GUTI:“MME Group ID:55596/MME Code:6/M-TMSI:eb025ae3”,以及Additional GUTI:“MME Group ID:32773/MME Code:1/M-TMSI:e00001be”)。
New MME發(fā)送Identification Request消息給Old SGSN(攜帶“LAC:55596/RAC:2/P-IMSI:eb065ae3”),Old SGSN響應Identification Response消息(顯示P-TMSI Signature Mismatch,未攜帶IMSI和安全向量)。
New MME發(fā)送Identity Request消息(類(lèi)型為IMSI)給UE,UE響應Identity Response消息(攜帶IMSI)。
New MME向HSS發(fā)送Authentication Information Request消息(攜帶IMSI,請求1組EPS安全向量),HSS響應Authentication Information Answer消息(回復1組EPS安全向量)。
New MME發(fā)起鑒權流程(采用RAND/AUTN)。
New MME發(fā)起安全流程(未開(kāi)啟安全算法,未攜帶SecurityKey)。
New MME向HSS發(fā)送Update Location Request消息,HSS響應Update Location Answer消息(攜帶MSISDN和用戶(hù)簽約的QoS)。
New MME向Serving GW發(fā)起Create Session流程,建立默認承載。
New MME發(fā)送Initial Context Setup Request給eNode B,透傳了Attach Accept消息(攜帶New GUTI:“MME Group ID:32773/MME Code:1/M-TMSI:e00001c1”),該消息中包含了Activate Default EPS Bearer Context Request消息,要求建立默認承載。
UE返回Attach Complete,eNode B返回Initial Context Setup Response消息,建立默認承載成功。
New MME向Serving GW發(fā)送Modify Bearer Request消息(更新eNode B地址和TEID),Serving GW響應成功消息。
(3)測試小結
1)Attach Request消息攜帶Old GUTI以及Additional GUTI,其中Old GUTI包含原TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )的LAC/RAC/P-TMSI信息。
Old GUTI為“MME Group ID:55596/MME Code:6/M-TMSI:eb025ae3”;
LAC=MME Group ID:55596;
RAC=M-TMSI:eb025ae3的第5、6字節=“02”;
P-TMSI=“M-TMSI:eb025ae3”中RAC替換為“06”=“eb065ae3”。
GUTI與P-TMSI對應關(guān)系如圖2所示(見(jiàn)下頁(yè))。
附著(zhù)成功后,Attach Accept消息攜帶New GUTI(MME Group ID:32773/MME Code:1/M-TMSI:e00001c1),該GUTI將在該用戶(hù)注冊在該MME期間使用。
2)New MME根據DNS解析的Old S
GSN地址發(fā)送Identification Request消息,攜帶原TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )的“LAC:55596/RAC:2/P-IMSI:eb065ae3”信息(信息的轉化見(jiàn)上面描述),目的是通過(guò)P-IMSI向Old SGSN獲取該UE的IMSI信息。但是Old SGSN響應Identification Response消息,顯示P-TMSI Signature Mismatch,未攜帶IMSI和安全向量。
3)因為New MME向Old SGSN獲取IMSI和安全向量失敗,故發(fā)起Identity流程,由MME直接向UE獲取IMSI。
4)New MME向HSS獲取鑒權參數正常。
5)New MME發(fā)起鑒權流程(采用RAND/AUTN),雖然開(kāi)啟安全流程,但是未開(kāi)啟安全算法,未攜帶SecurityKey。
6)HSS收到New MME發(fā)送的Update Location Request消息后,并沒(méi)有向Old SGSN觸發(fā)Cancel Location流程刪除用戶(hù)上下文。
(4)經(jīng)驗點(diǎn)
該項測試中需要關(guān)注:
1)Attach Request是否攜帶Old GUTI,Old GUTI與P-TMSI的轉化是否正確,Attach Accept是否攜帶New GUTI。
2)DNS解析能否正確指向Old SGSN。
3)New MME通過(guò)Identification流程以P-TMSI向Old SGSN獲取IMSI是否正常。
4)鑒權參數的獲取以及鑒權過(guò)程是否正常。
5)安全過(guò)程是否真實(shí)開(kāi)啟安全算法,攜帶安全密鑰。
6)HSS是否觸發(fā)Cancel Location流程刪除Old SGSN上該用戶(hù)信息。
7)UE默認承載是否成功創(chuàng )建。
3.2 移動(dòng)用戶(hù)從MME網(wǎng)絡(luò )漫游到Gn/Gp SGSN網(wǎng)絡(luò )
發(fā)起的附著(zhù)
該項測試驗證雙模終端用戶(hù)從TD-LTE網(wǎng)絡(luò )漫游至TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )下,發(fā)起附著(zhù)時(shí)用戶(hù)能否成功附著(zhù)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )。
(1)預期信令流程
預期信令流程如圖3所示:
(2)現網(wǎng)信令分析
UE開(kāi)機發(fā)起附著(zhù),發(fā)送Attach Request消息(攜帶“Old P-TMSI:e00101c1/LAC:32773/RAC:1”,以及“Additional P-TMSI:eb065ae3/LAC:556/RAC:217”)。
New SGSN發(fā)送Identification Request給Old MME(攜帶“Old P-TMSI:e00101c1/LAC: 32773/RAC:1”),Old MME響應Identification Response消息(攜帶IMSI)。
New SGSN通過(guò)CommonID下發(fā)IMSI給UE。
New SGSN向HSS發(fā)起Authentication Information流程獲取鑒權參數(根據TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )設置獲取5組鑒權參數)。
New SGSN發(fā)起鑒權流程(采用RAND/AUTN)。
New SGSN發(fā)起安全流程(采用EncryptKey/IntegrityKey)。
New SGSN發(fā)起Update Location流程,HLR觸發(fā)Insert Subscriber Data流程。
New SGSN發(fā)送 Attach Accept消息給UE(攜帶New P-TMS:ed064385I/LAC: 55596/RAC:2)。
UE返回 Attach Complete消息給New SGSN。
(3)測試小結
1)Attach Request消息攜帶“Old P-TMSI:e00101c1/LAC:32773/RAC:1”,其中,“LAC:32773/RAC:1”為非TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )內RAI,New SGSN需要向DNS發(fā)起解析請求,獲取Old MME地址。
附著(zhù)成功后,Attach Accept消息攜帶“New P-TMS:ed064385I/LAC:55596/RAC:2”,該P-TMSI將在該用戶(hù)注冊在該SGSN期間使用。
2)New SGSN根據DNS解析的Old MME地址發(fā)送Identification Request消息,攜帶原LTE網(wǎng)絡(luò )的“Old P-TMSI:e00101c1/LAC:32773/RAC:1”信息(SGSN中無(wú)須進(jìn)行換算),目的是通過(guò)Old P-IMSI向Old MME獲取該UE的IMSI信息,Old MME回復Identification Response給New SGSN(攜帶IMSI)。
3)New SGSN通過(guò)CommonID下發(fā)IMSI給UE。
4)New SGSN向HSS獲取鑒權參數正常。
5)New SGSN發(fā)起鑒權流程(采用RAND/AUTN)和安全流程正常(開(kāi)啟安全算法,采用EncryptKey/IntegrityKey)。
6)New SGSN向HSS發(fā)起Update Location流程,HSS觸發(fā)Insert Subscriber Data流程。
7)Old MME沒(méi)有向Serving GW發(fā)起Delete Session 流程,刪除默認承載。
(4)經(jīng)驗點(diǎn)
該項測試中需要關(guān)注:
1)Attach Request是否攜帶Old P-TMSI,Attach Accept是否攜帶New P-TMSI。
2)DNS解析能否正確指向New MME。
3)New SGSN通過(guò)Identification流程以P-TMSI向Old MME獲取IMSI是否正。
4)鑒權參數的獲取以及鑒權過(guò)程是否正常。
5)安全過(guò)程是否真實(shí)開(kāi)啟安全算法,攜帶安全密鑰。
6)Old MME是否正常刪除用戶(hù)信息,不存在該用戶(hù)信息。
7)Old MME是否通過(guò)Delete Session流程成功刪除默認承載。
3.3 移動(dòng)用戶(hù)在ECM-IDLE狀態(tài)下重選到UTRAN小
區,引起RAU
該項測試驗證雙模終端用戶(hù)在ECM-IDLE狀態(tài)下能否成功從TD-LTE網(wǎng)絡(luò )發(fā)起路由區更新(RAU)至TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )下。
(1)預期信令流程
預期信令流程如圖4所示(見(jiàn)下頁(yè))。
(2)現網(wǎng)信令分析
UE發(fā)送RAU Request消息給New SGSN(攜帶“Old P-TMSI:e00101cb/LAC:32773/RAC:1”,以及“Additional P-TMSI:ed064385/LAC:556/RAC:217”)。
New SGSN發(fā)送SGSN Context Request消息給Old MME(攜帶“Old P-TMSI:e00101cb/LAC:32773/RAC:1”),Old MME返回SGSNContext Response消息(攜帶IMSI、MM Context、PDP Context)。
New SGSN通過(guò)CommonID下發(fā)IMSI給UE。
New SGSN發(fā)起安全流程(攜帶從Old MME的MM Context中傳遞來(lái)的EncryptKey和IntegrityKey)。
New SGSN發(fā)送SGSN Context Acknowledge消息給Old MME。
New SGSN向PDN GW發(fā)送Update PDP Context Request消息(攜帶SGSN address IP、TEID:72001db4、QoS、RAT Type、LocationInfo)。
PDN GW向New SGSN發(fā)送Update PDP Context Response消息(攜帶PDN GW address IP、TEID:0b0410df、QoS)。
New SGSN向HSS發(fā)送Update Location Request消息更新位置。
HSS發(fā)送Insert Subscriber Data給New SGSN,插入簽約數據,New SGSN返回Insert Subscriber Data Acknowledge確認插入簽約數據。
HSS響應Update Location Acknowledge。
New SGSN發(fā)送RAU Accept響應UE(攜帶New P-TMSI:ee064a9d/LAC:55596/RAC:2)。
UE響應RAU Complete消息。
Old MME向Serving GW發(fā)送Delete Session Request消息刪除承載上下文,Serving GW返回Delete Session Response消息,刪除承載成功。
(3)測試小結
1)RAU Request消息攜帶“Old P-TMSI:
e00101cb/LAC:32773/RAC:1”,其中,“LAC:32773/RAC:1”為非TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )內RAI,New SGSN需要向DNS發(fā)起解析請求,獲取Old MME地址。
RAU成功后,RAU Accept消息攜帶
“New P-TMSI:ee064a9d/
LAC: 55596/RAC:2”,該P-TMSI將在該用戶(hù)注冊在該SGSN期間使用。
2)New SGSN根據DNS解析的Old MME地址發(fā)送SGSN Context Request消息,攜帶原LTE網(wǎng)絡(luò )的“Old P-TMSI:e00101cb/LAC:32773/RAC:1”信息(SGSN中無(wú)須進(jìn)行換算),目的是通過(guò)Old P-IMSI向Old MME獲取該UE的IMSI、MM Context、PDP Context。
Old MME回復SGSN Context Response給New SGSN(攜帶IMSI、MM Context、PDP Context)。
3)New SGSN通過(guò)CommonID下發(fā)IMSI給UE。
4)New SGSN發(fā)起安全流程(使用從Old MME的MM Context中傳遞來(lái)的EncryptKey和IntegrityKey)。
5)New SGSN向PDN GW發(fā)起Update PDP Context流程(通告SGSN address IP與PDN GW address IP進(jìn)行QoS協(xié)商)。
6)New SGSN向HSS發(fā)起Update Location流程,HSS觸發(fā)Insert Subscriber Data流程。
7)Old MME向Serving GW發(fā)起Delete Session流程,刪除承載。
(4)經(jīng)驗點(diǎn)
該項測試中需要關(guān)注:
1)RAU Request是否攜帶Old P-TMSI,RAU Accept是否攜帶New P-TMSI。
2)DNS解析能否正確指向New MME。
3)New SGSN通過(guò)SGSN Context流程以P-TMSI向Old MME獲取TMSI、MM Context、PDP Context是否正常。
4)鑒權參數的獲取以及鑒權過(guò)程是否正常(根據TD-SCDMA現網(wǎng)參數配置)。
5)New SGSN是否使用從Old MME獲取的EncryptKey和IntegrityKey發(fā)起安全流程。
6)New SGSN是否通過(guò)Update PDP Context流程與PDN GW進(jìn)行GSN address IP通告和QoS協(xié)商。
7)Old MME是否正常刪除用戶(hù)信息,不存在該用戶(hù)信息。
8)Old MME是否通過(guò)Delete Session流程成功刪除承載。
3.4 移動(dòng)用戶(hù)處于UTRAN
PMM_IDLE狀態(tài),重選
到E-UTRAN,引起TAU
該項測試驗證雙模終端用戶(hù)在UTRAN PMM_IDLE狀態(tài)下能否成功從TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )發(fā)起跟蹤區更新(TAU)至TD-LTE網(wǎng)絡(luò )下。
(1)預期信令流程
預期信令流程如圖5所示。
(2)現網(wǎng)信令分析
UE發(fā)送TAU Request消息給New MME(攜帶Old GUTI:“MME Group ID:55596/MME Code:6/M-TMSI:ee024a9d”,以及Additional GUTI:“MME Group ID:32773/MME Code:1/M-TMSI:e00001cb”)。
New MME發(fā)送SGSN Context Request消息給Old SGSN(攜帶Old GUTI:“MME Group ID:55596/MME Code:6/M-TMSI:ee064a9d”),Old SGSN返回SGSN Context Response消息(攜帶IMSI、MM Context、PDP Context)。
New MME向HSS發(fā)送Authentication Information Request(攜帶IMSI,請求1組EPS安全向量),HSS響應Authentication Information Answer消息(回復1組EPS安全向量)。
New MME發(fā)起鑒權流程(采用RAND/AUTN)。
New MME發(fā)起安全流程(未開(kāi)啟安全算法,未攜帶SecurityKey)。
New MME發(fā)送SGSN Context Acknowledge消息給Old SGSN。
New MME向Serving GW發(fā)送Create Session Request消息(攜帶承載信息)。
Serving GW向New MME發(fā)送Create Session Response消息(承載創(chuàng )建成功)。
New MME向HSS發(fā)送Update Locat
ion Request消息更新位置(攜帶IMSI、VPLMN、RAT Type)。
HSS響應Update Location Answer消息,包含簽約數據(攜帶MSISDN和用戶(hù)簽約的QoS)。
New MME發(fā)送TAU Accept響應UE(攜帶New GUTI:“MME Group ID:32773/MME Code:1/M-TMSI:e00001d2”)。
UE響應TAU Complete消息。
(3)測試小結
1)TAU Request消息攜帶Old GUTI以及Additional GUTI,其中Old GUTI包含原TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )的LAC/RAC/P-TMSI信息。
Old GUTI為“MME Group ID:55596/MME Code:6/M-TMSI:ee024a9d”;
LAC=MME Group ID:55596;
RAC=M-TMSI:ee024a9d的第5、6字節=“02”;
P-TMSI=“M-TMSI:ee024a9d”中RAC替換為“06”=“ee064a9d”。
TAU成功后,TAU Accept消息攜帶New GUTI(MME Group ID:32773/MME Code:1/M-TMSI:e00001d2),該GUTI將在該用戶(hù)注冊在該MME期間使用。
2)New MME根據DNS解析的Old SGSN地址發(fā)送SGSN Context Request消息,攜帶原TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )的“LAC:55596/RAC:2/P-IMSI:ee064a9d”信息(信息的轉化見(jiàn)上面描述),目的是通過(guò)P-IMSI向Old SGSN獲取該UE的IMSI、MM Context、PDP Context信息。
Old SGSN回復SGSN Context Response給New MME(攜帶IMSI、MM Context、PDP Context)。
3)New MME向HSS獲取鑒權參數正常。
4)New MME發(fā)起鑒權流程(采用RAND/AUTN),雖然開(kāi)啟安全流程,但是未開(kāi)啟安全算法,未攜帶SecurityKey。
5)New MME向Serving GW發(fā)起Create Session流程(承載創(chuàng )建成功)。
6)New MME向HSS發(fā)起Update Location流程(通過(guò)IMSI獲取MSISDN和用戶(hù)簽約的QoS)。
(4)經(jīng)驗點(diǎn)
該項測試中需要關(guān)注:
1)TAU Request是否攜帶Old GUTI,Old GUTI與P-TMSI的轉化是否正確,TAU Accept是否攜帶New GUTI。
2)DNS解析能否正確指向Old SGSN。
3)New MME通過(guò)SGSN Context流程以P-TMSI向Old SGSN獲取IMSI、MM Context、PDP Context是否正常。
4)鑒權參數的獲取以及鑒權過(guò)程是否正常。
5)安全過(guò)程是否真實(shí)開(kāi)啟安全算法,攜帶安全密鑰。
6)Old SGSN是否正常刪除用戶(hù)信息,不存在該用戶(hù)信息。
7)New MME是否發(fā)起Create Session流程成功創(chuàng )建承載。
4 結論與建議
本文針對TD-LTE與TD-SCDMA雙網(wǎng)互操作測試中核心網(wǎng)部分的開(kāi)機駐流和空閑態(tài)重選信令進(jìn)行分析,對測試結果進(jìn)行總結,提煉出測試中需要關(guān)注的關(guān)鍵點(diǎn),給其他地市提供TD-LTE與TD-SCDMA雙網(wǎng)互操作經(jīng)驗,使網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化維護人員能夠了解到互操作的信令流程以及互操作中核心網(wǎng)部分的原理。同時(shí),通過(guò)對現網(wǎng)信令分析,也為《TD-LTE規模技術(shù)試驗-六城市測試-TD-LTE/3G/2G系統間互操作測試規范》提出了一些補充和修正建議,完善互操作測試規范。
鑒于以上的測試結果,目前TD-LTE與現有TD-SCDMA的雙網(wǎng)互操作滿(mǎn)足基本使用需求,后續在TD-LTE終端成熟以后建議進(jìn)行連接態(tài)切換測試以及雙網(wǎng)策略設置的研究,進(jìn)一步滿(mǎn)足用戶(hù)豐富的使用場(chǎng)景。
參考文獻:
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[3] 3GPP TS 23.060 Version9.11.0 Release 9 General Packet Radio Service(GPRS) Service description Stage 2[S]. 2011.
[4] 姜怡華,許幕鴻,習建德,等. 3GPP系統架構演進(jìn)(SAE)原理與設計[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010.
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