HSPA+签约信息与终端兼容性分析与优化研究

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本文摘自《邮电设计技术》2012年05期。【作者】 蔡子龙； 冉萌；

【机构】 中讯邮电咨询设计院有限公司；

【摘要】 通过2G接入、3G接入、重选、国际漫游等多个场景考虑,对HSPA+签约信息与终端兼容性等问题进行了详细分析,并提出了相应的优化方案。

【关键词】 HSPA+； MBR； 终端版本； QoS协商； 国际漫游； 优化方案；

1 概述

在移动互联网时期，流量是运营商收入拉动的新引擎。随着HSPA+服务的推出，一方面满足了用户对移动多媒体业务的带宽需求,也为运营商开展流量经营提供了技术源泉。3GPPR7的HSPA+把14.4Mbit/s的下行峰值数据速率提高到28.8Mbit/s(2x2的MI-MO)或21.4Mbit/s(64QAM调制,R8和R9的HSPA将进一步把峰值数据速率提高到42和84Mbit/s。运营商部署HSPA+网络时，为了充分利用HSPA+的速率，在HLR中MBR应设置为相应的HSPA+的峰值数据速率，如采用21.4Mbit/s(64QAM调制）HSPA+,MBR应设置为21.4Mbit/s或更高。

然而，R6版本的ASN.1编码支持最长为16Mbit/s的下行和8.6Mbit/s的上行速率。当网络部署HSPA+网络后，用户签约的MBR/GBR将大于16Mbit/s,此时R6版本及以前的UE向网络侧发起激活请求时，SGSN会向UE发送大于16Mbit/s的MBR/GBR参数，UE因无法支持超过16Mbit/s的编码，导致PDP上下文激活失败。出现该问题的原因在于SGSN没有用户使用的UE支持QoS的3GPP版本信息,不能区分用户的UE是否可以识别大于16Mbit/s的QoS信息。RNC虽有这些信息，但按照当前很多RNC的实现机制，并没有与SGSN进行该信息的协商。

当运营商开通部分用户支持HSPA+,并与支持64QAM的终端捆绑销售时,该问题并不突出。但是会出现以下问题。

a从现网运维与优化的角度，当用户将21M的USIM卡用于Pre-R7(R7以前）终端时，用户不但无法享受HSPA+的峰值速率，而且可能会导致用户不能正常使用数据业务。
b)从市场策略的角度,若运营商将USIM卡用户全部签约支持HSPA+,用户根据自身终端情况来决定是否能获得HSPA+体验,此时，也会导致上述同样的问题。

由于目前市场上存在大量Pre-R7终端,并且用户行为是运营商无法控制的，因此该问题对于运营商部署HSPA+存在很大的影响，本文将通过多场景的分析,提出可行性优化方案来解决该隐患,以期为用户提供更好的体验。

2 场景细分以及相应MBR的需求分析

保证用户在不同的场景下，能有相适应的最优化体验,是需要重点关注的问题。总体来说,基本原则如下：

a)用户接入2G时，由SGSN直接根据接入方式将PDP上下文中的MBR限制在16Mbit/s以下。

b)用户接入3G时，在RAB指派过程中，允许QoS协商，由RNC根据终端能力或终端版本信息用协商后的QoS来执行。

考虑重选的情况,接入场景与QoS中MBR要求的关系如图1所示。

3 问题分析与优化解决方案

3.1 HSPA+用户使用Pre-R7终端接入2G网络

当用户接入2G网络(场景①）时，可通过SGSN根据用户接入方式来限制QoS中的MBR小于16Mbit/s(见图2)。

目前SGSN普遍都支持根据用户的无线接入方式限制MBR的功能，即在SGSN上设置2G接入方式下最大能接受的MBR值，当SGSN发现用户是从2G环境下发起PDP上下文激活请求时,就选取所设置的最大值和用户签约信息中的MBR二者中的最小值,即直接在create PDP Context Request消息中携带的下行MBR为较小值。这种方法解决2G接入的场景比较好，因为2G接入所能提供的下行速率本来比较低,将2G接入的PDP上下文的MBR直接限制在较低的速率上不会降低用户的感受。

3.2 HSPA+用户用Pre-R7终端接入从3G重选到2G

当用户从3G—2G重选时（场景②)，用户发起路由更新流程，SGSN向GGSN发送Update PDP Context Request消息，消息携带用户QoS信息，根据用户接入类型直接将MBR限制为小于16Mbit/s的值,GGSN返回Update PDP Context Response消息，接受该QoS。

3.3 HSPA+用户用Pre-R7终端接入3G网络

该场景为图1中的场景③，当用户发起PDP激活流程时，用户向SGSN发送Activate PDP Context消息；SGSN发起RAB指派流程，目前现网中RAB指派流程未开启QoS协商,SGSN向RNC发送RAB Assignment Request消息中携带的用户MBR为21Mbit/s,RNC可能会由于终端不支持21Mbit/s,直接返回RAB指派失败，从而SGSN返回Activate PDP Context Reject消息，用户激活失败。

根据问题的描述，需要UE与网络侧进行有效的QoS协商方可解决用户的签约信息与终端能力兼容性问题。根据3GPP协议规定以及现网实际情况，该协商过程分为两步：UE上报终端能力给RNC,RNC根据终端能力与SGSN之间进行有效的QoS协商。

第一步：UE上报终端能力在2个参数中均有体现。

a)在与RRC连接建立时发送的RRC Connection Request消息中携带Access stratum release indicator参数,标明UE的版本信息。

b)UE在RRC连接建立时发送的RRC Connection setup Complete消息中携带UE radio access capability参数，通过这个参数RNC能够准确地得知UE的category,也就是终端详细的能力信息,包括终端实际能够支持的最大速率。

以上2种方法都能获取到终端能力，但是第二个参数获取的信息更精确；通过实验了解到，目前现有主流厂家的RNC中，部分厂家采用方法1中的终端能力信息去进行后续的流程，部分厂家采用方法2。不管采用哪种方式,均能有效解决本文中提及的问题，因此本文不再赘述。

第二步SGSN在与RNC进行RAB指派流程时,携带Alternative RAB Paramete参数，该参数的取值可以控制是否进行QoS协商，由此可通过RNC已知的终端能力进行有效的QoS。

携带的Alternative RAB Parameter参数取值说明见表1。

由Alternative RAB Paramete参数取值可以看出，对于取值为Unspecified,在QoS协商时更灵活。实验证明，主流厂家对Alternative RAB Paramete参数取值Unspecified方式均支持，SGSN发送携带Alternative RAB Paramet=Unspecified的参数时，若终端支持HS-PA+(R7或更高）,RNC返回21Mbit/s或更高的MBR；若终端不支持HSPA+(Pre-R7),RNC返回小于等于16Mbit/s的值(见图3)。

综上所述，图1中的场景③的优化重点是：开启RNC、SGSN进行QoS重协商功能，把Alternative RAB Paramet设置为Unspecified类型。试验证明，目前主流厂家现有设备版本情况能有效支持该优化方案的实施。该方案实施也会带来一些影响：由于用户3G接入时采用的是RAB指配时进行QoS重协商，QoS发生变化后可能需要通知GGSN和用户，因此会增加Gn口信令。

3.4 HSPA+用户用Pre-R7终端从2G重选到3G

当HSPA+用户使用Pre-R7终端从2G重选到3G(场景④）时，用户发起路由更新流程，SGSN向GGSN发送Update PDP Context Request消息，消息中携带用户签约MBR21Mbit/s,GGSN返回Update PDP Context Response消息，接受该QoS；如果RAB不再进行重协商，那么用户使用的是Pre-R7终端，同样能会导致RAB指派失败。对于该问题的优化解决方案同3.3节所述，通过RAB指派消息来进行QoS重协商。本文不再赘述。

3.5 HSPA+用户使用Pre-R7终端国际漫游

国际漫游包含两种场景:他网用户漫入本网(场景⑤),以及本网用户漫出到他网(场景⑥)。当他网HS-PA+用户使用Pre-R7终端漫入到本网,本网中的处理流程与优化实施方案与3.1节中相同。

当本网漫游到他网时,为避免激活失败,需在本网采用手段将用户的MBR限制在彡16Mbit/s。为此，有2种优化方案。

a)在用户附着过程中，当用户发起路由区更新时，HLR获知用户所在的SGSN number(必选参数）与SGSN address(必选参数)信息，HLR判断用户漫出到他网，在下插用户QoS信息时,MBR=16M或更低。该方案的实现需要厂家HLR支持，因HLR节点数量较多，因此调整或改造操作范围较大。

b)在用户激活过程中，若SGSN向GGSN发送create PDP Context Request消息中，携带的下行MBR大于等于16Mbit/s,GGSN判断用户漫出到他网，在回复create PDP Context response消息中，携带的下行MBR=16Mbit/s或更低。GGSN可优先考虑根据create PDP Context Request消息中的Routeing Area Identity字段（可选参数）或者User Location Information(可选参数）来判定用户已漫出，若消息中未携带该字段，也可以通过SGSN Address for signalling必选参数)来判定用户已漫出。

该方案需要GGSN中设置列表（PLMN列表或SGSN Address列表）来对国际漫出用户激活时限制MBR=16Mbit/s或更低。该方案可通过国际GGSN上配置列表来统一实现，因国际GGSN数量少，操作范围小，优化实施较为容易，推荐采用本方案。

3.6 总结

表2示出的是图1中6种场景的优化方案总结。

4 结束语

本文重点探讨了HSPA+引入后用户签约信息与终端兼容性问题,并针对这些问题提出了相应的优化解决方案。不仅为现有网络问题定位提供了依据，同时也为所有3G用户签约HSPA+排除了隐患。推而广之,通信技术的发展日新月异,而在新技术的引入前后对网络的影响，以及对原有设备(终端、网络等）的向下兼容性问题,将是网络建设、网络维护与优化都必须长期考虑的问题。

作者简介：

蔡子龙,毕业于华中科技大学,硕士,主要从事移动网络优化、移动业务质量评估、移动核心网新技术等领域的研究工作冉萌,毕业于成都电子科技大学,硕士,主要从事移动核心网分组域网络优化、移动网分组域新技术等领域的研究工作。