LTE/EPC网络信令风暴的抑制方案

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本文转载自《中国信息产业

前言

无线网络架构演进到LTE/EPC架构时，网络变得更加得扁平，信令消息直接在eNodeB和MME之间传递，没有RNC来收敛汇聚，随着LTE部署规模的扩大，一个MME要控制上万个eNodeB，和这么多eNodeB进行信令交互，MME的压力比23G中的SGSN要大得多。

智能手机的耗电比功能手机大很多，为了省电，智能手机进入 “休眠”模式的时间更短，但是手机进入“休眠”模式之后，网络的下行数据包无法直接送到手机终端，而是要让MME发出寻呼消息(Paging)把终端从“休眠”模式中唤醒，才能发送出下行数据包。因此随着智能手机的普及，寻呼消息会越来越多，对网络的压力越来越大。

推送(Push)业务越来越多，Voice over LTE的部署，都会导致大量的寻呼消息发送给休眠的手机终端；如果推送业务发送给体育场中的高密度人群，很有可能诱发LTE/EPC网络中的信令风暴，轻则让网元设备过载，重则会引起整个网络的瘫痪。

因此LTE/EPC需要采取相应的措施减少信令消息，本文从两个方面讨论如何增强MME的功能，减少位置更新（Tracking Area Update）消息，优化寻呼的流程，以提高网络的安全性。

减少位置更新次数

LTE中位置信息可以用Tracking Area来表示，为了减少终端位置更新的次数，3GPP国际标准组织引入了TA list的功能，MME发送一个Tracking Area的列表给终端，终端只要位于列表中任何一个Tracking Area，都不会发送位置更新消息。

如果TA list里的Tracking Area更精确地表示终端可能位于的区域，就可以更大程度地减少位置更新消息，从而减少终端和MME之间的信令消息，减少终端电池的消耗。

有些用户由于自身需要会做环形运动，如下图所示：。

我们需要探测出这种运动规律，把环形运动中所经过的TA,即TA(n)，TA(n-1)，TA(n-2)都列入TA list中，这样的TA list就能真实地反映出终端运动轨迹，更好地减少终端的位置更新的消息次数。

工作原理如下：

用户首先在TA-A中开机

MME记录下TA-A

TA list为TA-A

用户移入TA-B

MME记录下TA-A，TA-B

TA list为TA-B

用户移入TA-C

MME记录下TA-A，TA-B，TA-C

TA-list为TA-C

用户移回TA-A

MME发现用户做了环形运动

TA-list为TA-A，TA-B，TA-C

设置了含有3个TA的TA list之后，终端以后在三个TA中移动，都不会产生新的位置更细消息，从而减少了相关的信令消息数。

灵活的寻呼机制

寻呼消息是MME发给eNodeB的，由eNodeB在其覆盖范围内搜寻相关的终端，因此会占用eNodeB的无线资源。如果MME发出的寻呼消息越多，范围越大，肯定会消耗更多的无线资源，但是寻呼成功率就会高，终端用户的业务体验就比较好。MME上应该提供灵活的寻呼策略，让运营商在终端用户的寻呼体验和网络资源的消耗上取得良好的平衡，防止寻呼产生的信令风暴。

首先对于寻呼的范围，可以有如下的选择：

• Last Seen eNodeB

• Last Seen TA

• Last Seen TA + Neighboring TAs (TA List)

• Last Seen eNB + (N) eNBs

运营商可以根据网络的忙闲状态，选择不同的寻呼范围：网络空闲时可以选择比较大的范围，反之则选择比较小的范围，防止无线的过载。

其次对于寻呼的次数，对第一次寻呼，第二次寻呼，第n次寻呼的范围，都是可以动态配置，于是运营商可以根据现网的情况进行寻呼参数的修正，从而在终端用户的寻呼体验和网络资源的消耗上找到适合的平衡点。

对于不同服务等级的用户(比如金银铜牌用户)，通常是网络侧分配不同的接入带宽和QoS参数，但是寻呼的范围也会直接影响到相关业务体验，因此寻呼的范围大小的确定还可以参考EPC承载的QCI参数（此QCI参数表明了用户使用业务的相关QoS特性参数），于是用户在业务体验的各个方面都和其服务等级相匹配，同时也确保网络资源向金牌用户倾斜。

结束语

动态地改变TA list，可以正确地反映终端的行动轨迹，更加精确地表述用户现在和将来可能的无线位置，从而减少终端位置更新消息。

另一方面，灵活的寻呼策略可以让运营商根据网络的实际情况配置寻呼消息的发送范围和发送次数，更有效地利用网络资源来服务于用户。

在智能终端的普及，推送业务量增加，扁平化的EPC部署的大环境下，信令消息给网络带来的压力越来越大，本文希望起到抛砖引玉的作用，集思广益，共同应对将来可能的信令风暴。

作者简介

柳晶，高级工程师，从事智能管道，移动核心网，IMS等方案的研究。

apollo0687

好文，学习了

litom2004

好好学习一下……

qiumao1212

学写了  好文

huhu008

qiumao1212 发表于 2015-7-28 14:53
学写了  好文

学习！学习!