EPS网络CS Fallback技术研究

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   来自《电信网技术》2009年6月第6期。请阅附件。
   全文如下：

EPS网CS Fallback 技术研究

李侠宇 工业和信息化部电信研究院通信标准研究所工程师

    摘   要  在现有2G 和3G的基础上，3GPP 推出了演进的分组系统EPS 。在 EPS 网络建网初 期 ，如果运营商已经有成熟的GERAN/UTRAN 网络，出于对CS 投资保护和LTE/EPC 部署策略，运营商可以采用原有的CS 域语音方案来提供语音服务。

   本文对CS Fallback 技术进行了分析，并对CS Fallback 业务的发展给出了建议。

1引言
   演进的分组网络具有一个明确的目标，就是在简单的公共平台上综合所有的业务（包括分组优化接入网络），有效地支持基于IP的非实时业务和类似电路交换的需要恒定时延和恒定数据速率传输的业务；简单的核心网络仅由一个分组域组成，支持所有的PS业务，能够与传统的PSTN互通。在EPS网络建网初期如果运营商已经有成熟的GERAN/UTRAN 网络出于对CS 投资保护和LTE/EPC 部署策略，运营商可以采用原有的CS 域语音方案来提供语音服务，而LTE/EPC仅处理数据业务包括IMS 数据业务。基于此需求，3GPP提出了CS Fallback技术，即LTE覆盖下的UE在需要处理CS业务时切换到CS网络中完成业务处理。这样就达到了重用现有的CS域设备来为 EPS 网络中的用户提供传统语音业务的目的。

2 逻辑架构
   CS Fallback技术是通过重用Gs接口的方法来实现的。即MME和MSC之间存在一个类似现有SGSN和MSC之间Gs接口的SGs接口。

   CS Fallback（简称CSFB）技术中用到的最主要的接口是SGs接口。它是MME和MSC之间的接口用来处理EPS和CS域之间的移动性管理和寻呼流程。这些流程是在现有Gs接口的流程基础上进行扩充来实现。SGs接口也可以用于传送MO和MT的SMS其中SGsAP协议基于BSSAP+。

   具有CSFB能力的UE既能通过E-UTRAN接入到EPC，也能通过GERAN/UTRAN接入到CS域。因此要支持联合的EPS/IMS附着更新和去附着程序，以及使用CS域业务时的CSFB和SMS程序。

   MME需要能够从UE收到的GUTI中或者从缺省的LAI中解析出VLR号码，能够为EPS/IMS联合附着的UE维护SGs关联。能够在EPS去附着的时候发起IMS去附着；当MSC因为CS域业务寻呼UE的时候，能够发起到eNodeB的寻呼程序；能够支持CSFB时的SMS程序；能够拒绝CSFB的呼叫请求（由于O&M原因）如果多个MSC/VLR为同一个LAI服务，支持CSFB的MME能用LAI和从IMSI中得到的Hash值来确定VLR号码。

   MSC能够为EPS/IMSI联合附着的UE，维护SGs关联；在SGs和Iu/A接口并行地寻呼用户；支持CSFB时的SMS程序。

   E-UTRAN需要能把寻呼请求和SMS前转给UE；把UE前转到目标CS域的小区。

   如果多个MSC/VLR为同一个LAI服务，支持Gs的SGSN要用LAI和从IMSI中得到的Hash值确定VLR号码。

   

3 CS Fallback 的移动性管理

  (1) 附着

  附着流程采用了联合的GPRS/IMSI附着流程类似的方法，即UE向MME发送的Attach Request消息中携带CS Fallback指示，MME收到该指示后会选择一个合适的MSC进行CS注册。并将MSC分配的TMSI以及LAI等信息包含在EPS Attach Accept消息中发送给UE。这些信息标志着联合附着成功。LAI值是MME根据运营商策略给用户分配的。

  VLR通过保存MME的IP地址来创建跟MME之间的SGs关联。

  （2）去附着

   允许在EPS网络中，UE，MME，HSS分别发起去附着流程。在UE发起的去附着流程中可以包括IMSIDetach Only和Combined EPS and IMSI Detach两种类型。在这些Detach流程中MME需要通过SGs接口向MSC发送IMSI Detach Indication消息， 指示VLR删除该用户的SGs关联。IMSI去附着后EPS附着的用户就不能再用CS域业务。

  （3）联合的TA/LA更新

   在用户移动到新的TA或者需要重新创建SGs关联时，需要进行联合的TA/LA更新。TAU Request消息中的Update Type会指示此次更新为Combined Tracking Area/Location Area Update Request。MME会发一个Location Update Request消息给VLR，指示VLR更新用户数据，联合的TA/LA更新成功后，新的LAI和VLR TMSI会发给UE。

  （4）周期性的TA/LA

   如果用户驻扎在E-UTRAN中，将只执行周期性的TA。而不会执行周期性的LA。此时，一旦建立了SGs关联，MSC/VLR需要把用户的隐式去附着功能取消，而依靠MME来接收周期性的TA更新。但如果MME没有收到周期性的TA更新，它会隐式去附着用户，这时MME也会释放掉SGs关联。

   如果用户驻扎在GERAN/UTRAN中，可以执行联合的RA/LA更新。

4 CS Fallback的语音呼叫

4.1 MO语音呼叫

   对于MO语音呼叫业务，用户会向E-UTRAN网络发送CS业务请求，在EPS网络的帮助下完成目的小区选择，接入到CS域中完成后续CS业务。在此过程中，当目标侧支持PS切换流程时，将同时进行PS切换处理，并将EPS网络中的PS会话切换到UTRAN/GERAN中的PS域。

   MO的语音呼叫包括用户在空闲态和激活态下发起的呼叫。如果用户是空闲状态，先要变成EMM-CONNECTED激活状态，才能发起呼叫。采用了CSFB技术的MO呼叫流程可以分成以下3个阶段：

   (1) 获取切换的必要信息

- 用户在发给MME的Service Request中就会指示此次呼叫是CSFB的呼叫。

- MME收到这个指示后，会告诉eNodeB。eNodeB收到指示后，就知道用户需要切到CS域来完成此次呼叫。

  （2）将用户移到目标小区

- 如果系统支持PS Handover，eNB给MME发一个Handover Required消息，以触发到GERAN/UTRAN的PS Handover。

- 如果系统不支持PS Handover，eNB给用户发送一个RRC消息，触发一个到GERAN邻近小区的RAT间的小区改变命令；同事，eNB给MME发送S1用户Context Release Request(Cause)消息，Cause说明UE不能支持PS业务，MME会保留non-GBR承载，去激活GBR承载。

   （3）在CS域发起呼叫

- 如果用户切换到目标小区后，就可以发起MO呼叫。

- 如果用户切换到的MSC跟用户在附着时的MSC不一样的话，用户需要进行位置更新。

  4.2 MT语音呼叫流程

  对于MT语音呼叫业务，MSC收到G-MSC的IAM消息后，通过SGs接口的Paging消息通知UE当前的服务MME，MME根据当前UE的ECM状态完成以下相关处理：

- 如果当前UE处于ECM-IDLE状态，则MME向UE发送CS寻呼消息(CM Domain Indicator设置为CS)。UE收到该CS寻呼消息后，向MME回复Service Request消息建立PS信令连接，eNB根据MME的指示帮助UE完成小区重选并指示UE执行切换，通过UTRAN/GERAN接入到CS域完成后续CS业务。当目标消息支持PS切换流程时，通过执行PS切换处理将PS上下文切换到UTRAN/GERAN的PS域。

- 如果当前UE处于ECM-CONNECTED状态，则eNB收到MME发送的CS寻呼消息后，UE立即完成小区重选并指示UE执行切换，通过UTRAN/GERAN接入到CS域完成后续CS业务。当目标消息支持PS切换流程时，通过执行PS切换处理将PS上下文切换到UTRAN/GERAN的PS域。

  为了解决因TA/LA不匹配而导致的UE不能选择到发起Paging消息的MSC问题，可以采用3GPP TS29.018中定义的"Mobile Terminating Roaming Retry Call"流程来进行相关处理。其主要思想是当UE选择了新的MSC并发送LAU请求后，原先的服务MSC（发送Paging消息的MSC)会收到HSS发送的Cancel Location消息，此时原先的服务MSC要求G-MSC为该UE重新选择新的服务MSC，并将IAM消息发送给新的MSC，从而完成后续的CS业务。

  (1)如果用户是在空闲状态，MT呼叫流程可以分成3个阶段：

- 寻呼用户。MSC/VLR收到入局呼叫后，根据SGs关联，把寻呼消息发给MME；MME开始寻呼用户，并告诉eNB此次呼叫来自CS域。

- 建立PS连接，并且还到目标小区。用户给MME发一个Service Request，说明是CSFB的呼叫；MME指示eNB，用户要移到UTRAN/GERAN;如果系统支持PS Handover，执行PS Handover，切换到UTRAN/GERAN；如果系统不支持PS Handover，执行小区改变命令；用户响应寻呼消息，建立CS域连接。

- 建立MT呼叫。如果MSC没有改变，MSC会拒绝寻呼响应，释放RRC，以触发Location Update程序。

  （2）如果用户是在激活状态，MT呼叫流程可以分成以下阶段：

- 寻呼用户。MSC收到入局呼叫后，通过MME和eNodeB把寻呼消息发给用户，其中包括CSFB指示和主叫号码；用户可以根据主叫号码决定是否接受此次CSFB通话；用户会给MME发业务请求，MME收到后，指示eNodeB此次会话是CSFB的会话，需要切换到GERAN/UTRAN。

- 用户移到目标小区。如果系统支持PS Handover，执行PS Handover程序；如果系统不支持PS Handover，执行RAT间的小区改变命令；用户发送寻呼响应，建立CS域连接。

  4.3 CLI的使用

  在MT业务流程中，当UE收到CS业务指示后，需要通过PS切换流程或NACC流程选择目的GERAN/UTRAN的小区并切换到GERAN/UTRAN网络中，完成后续的CS业务处理。在该过程中，可能会执行PS切换流程完成PS会话的切换。

  该处理机制会带来以下问题：

- 当前正在进行的高优先级的PS业务被迫中断。由于目的GERAN/UTRAN网络可能不支持PS切换流程，或者不能同时处理CS/PS业务，也可能不能满足当前PS会话的资源需求等原因，因此当UE执行CS Fallback处理后，可能会造成当前PS业务的被迫中断，影响用户体验。特别是当前的PS业务具有比CS业务更高的优先级时（例如用户正在进行一个视频会议时收到一个不重要的私人电话或骚扰电话），对用户的影响尤其明显。

- 造成网络资源的大量浪费。在现实生活中，用户并不总是愿意接听收到的电话，特别是对于骚扰电话，用户不愿或无法接听该电话（例如响一声电话）。如果简单采用目前标准中的技术，UE会不断地在E-UTRAN和GERAN/UTRAN之间进行切换，从而造成

网络资源的大量浪费。

   解决以上问题的一个方法是用户对被叫业务进行预判断，只有在用户愿意接收该次CS业务时，才指示网络进行CS Fallback处理；否则可以拒绝该业务，继续执行EPS网络中的PS业务。

   为了使用户能对被叫业务进行预判断，网络需要将CS业务的相关信息发送给UE，例如CS语音呼叫流程中可以向UE发送Call Line Identifier（CLI），用户根据该CLI判断是否需要接收该CS语音呼叫，并执行后续的CS Fallback操作。

5 结束语

   CS Fallback本质上是个会话建立流程，即在CS语音会话建立之前，UE就已经进入CS网络，在整个语音通话阶段，UE总是位于CS网络。CSFB技术适用于2G/3G电路域与 LTE无线网络重叠部署的场景。在部署的时候，需要升级所有与LTE有重叠无线覆盖区域的VMSC，以支持类似Gs接口的SGs接口的联合位置更新、寻呼、短消息等功能。总之，如果采用CSFB技术为LTE系统语音业务，其网络结构简单，不需要部署IMS系统来支撑。

   由于CS语音导致LTE下频繁的模式切换，使得用户的体验很差；另外，CSFB技术要求LTE和2G/3G同覆盖，同步升级MSC的成本比较高，而且在SRVCC之后MSC的新增功能将会闲置。基于这些考虑，在实际部署网络的时候，要尽可能缩短CSFB存在的时间，减少MSC升级规模。

wuli1999

谢谢分享，学习了

kongshiwen

不错，很详细，我发现我下载的附件打开是空的。