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标题: CSFB缩短时延方法研究汇总材料 [查看完整版帖子] [打印本页]
时间: 2016-1-19 17:46
作者: yuanmouren
标题: CSFB缩短时延方法研究汇总材料
CSFB缩短时延方法研究
1、CSFB呼叫全流程时延比对分析为有效缩短CSFB呼叫时延，以GSM普通呼叫时延为参照，开展了CSFB呼叫全流程信令节点时延与GSM普通呼叫的比对。通过量化统计，分析定位出CSFB呼叫较GSM普通呼叫存在3个时延增长点：
ü CSFB主叫收到Immediate Assignment至网络下发鉴权请求阶段；
ü CSFB被叫paging response至网络下发鉴权请求阶段；
ü CSFB被叫发送Call Confirm至网络下发Assignment Command阶段。
表1-1 CSFB呼叫与GSM普通呼叫主叫各信令节点时延比对
表1-2 CSFB呼叫与GSM普通呼叫被叫各信令节点时延比对
通过进一步深入分析发现，CSFB主被叫鉴权阶段的时延增长是由于CSFB呼叫下发鉴权四元组(携带AUTN参数)造成其鉴权请求消息较GSM普通呼叫的多一个51复帧导致的；CSFB被叫Call Confirm至Assignment Command阶段的时延增长是由于CSFB呼叫的Call confirmed消息比GSM普通呼叫的包含更多的信息内容而多一个51复帧导致的。
2、CSFB呼叫鉴权组数量优化（BSC级参数MSCR修改）根据前述分析研究，发现LTE网络的鉴权四元组会使CSFB呼叫鉴权时长多于GSM普通呼叫。由于GSM网络鉴权仅需要鉴权三元组，故为进一步缩短CSFB呼叫时延，对GSM无线网络进行挖掘研究，发现BSC中存在参数MSCR（MSC Release）可以优化网络下发的鉴权组数量，从而缩短CSFB呼叫时延。
MSCR参数定义了MSC（网络）支持的终端能力，其取值范围为0和1，0表示MSC支持R98及之前的终端，1表示MSC支持R99及之后的终端。该参数在系统消息3中下发给手机，手机根据MSC支持的终端能力和自身终端能力取交集进行使用终端能力的上报。
根据3GPP规范，在UMTS系统中，若手机上报的终端能力是R98及之前的终端，系统将下发鉴权三元组，若手机上报的终端能力是R99及之后的终端，系统将下发鉴权四元组。
因此，若将MSCR参数设置为0，则可以使R99及之后的终端上报使用R98及之前终端能力，如此就可以使网络下发鉴权三元组，从而缩短CSFB鉴权时长，进而缩短CSFB呼叫时延。现网各厂商系统MSCR参数设置情况如下：
表1-3现网各厂商系统MSCR参数设置情况
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| | | 0：MSC支持R98及之前的终端
1：MSC支持R99及之后的终端 | |
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从日常测试统计看，2G阿朗区域的CSFB呼叫时延确实短于其他2G厂商区域。选取爱立信BSC、诺基亚BSC进行MSCR（MSC Release）参数现网修改试点。经现场测试，参数修改达到预期效果，手机上报的使用终端能力由R99+变为GSM phase 2，鉴权要素由四元组变为三元组（即不带AUTN参数），CSFB呼叫时延显著缩短，而GSM网络运行正常，BSC及其下小区各项关键性能指标保持平稳，各项基本业务功能均使用正常，无异常波动和异常问题出现。
表1-4 MSCR参数修改前后CSFB呼叫时延对比
有两个问题需要说明：
1）诺基亚系统参数修改后系统消息更新问题
在现网修改时发现，诺基亚系统在修改MSCR参数后需要重启小区或者对小区进行Cell Bar操作来更新系统消息，MSCR参数才能起作用。
2）异频切换需求CLASSMARK3问题
由于目前GSM网络的异频切换（900M与1800M之间切换）会要求CLASSMARK3，而CLASSMARK3只有R99及之后终端才会上发，R98及之前手机只会上发CLASSMARK1或CLASSMARK2，所以在将MSCR参数修改为0时曾担心可能会导致手机的异频切换失败。但是从现网修改试点看，无论是在MSCR参数修改前还是修改后，Classmark Change消息中都带有CLASSMARK3上报支持频段信息。这主要是由于MSCR参数的修改只是改变了手机上报的使用终端能力，而并不会改变手机本身的终端能力，所以无论MSCR参数设置为什么值，对于R99+手机Classmark Change消息中都会携带CLASSMARK3，所以异频切换不会受到影响。
但是MSCR参数由1修改为0可以算是一种技术倒退，可能会对某些水货手机的业务产生影响，所以参数修改后需要加强对网络业务性能指标的监控，对于可能的用户投诉及时做出应对处理。
1月底对现网所有爱立信、诺基亚BSC的MSCR参数进行了修改，修改后通过ATU月度网格测试评估，2月份CSFB呼叫时延缩短至9.04秒，MSCR参数修改效果显著。
3、TCH分配机制研究与优化在与其他省市CSFB呼叫信令进行比对分析时发现，CSFB被叫TCH分配时长较其他省市要长900多毫秒。
表1-5 CSFB被叫TCH分配时长对比
针对CSFB被叫TCH分配时长偏长的问题，对TCH分配机制开展研究分析，发现在核心网计数器TIMEMGWDM设置上与外省存在差异。计数器TIMEMGWDM是主叫端等待被叫端接入确认的时长，具体设置如下表。
表1-6计数器TIMEMGWDM具体设置情况
根据集团公司规定，当前核心网的呼叫接续流程采用前向延迟承载建立的方式。的核心网爱立信MSC在这种要求下，主被叫TCH资源采用串行分配的模式：即在被叫端完成寻呼响应、接入证实后，才通知主叫端分配TCH资源，而在主叫端完成TCH资源分配后，最后再通知被叫端分配TCH资源，如左下图。在不违背前向延迟承载建立方式的前提下，通过缩短计数器TIMEMGWDM的设置值，使被叫端提前回复APM消息，使得主叫端TCH资源分配流程与被叫端寻呼接入流程并行执行，从而优化呼叫时延，如右下图。
图1-1爱立信MSCTCH分配方式
现网CSFB呼叫从Paging到Call confirmed的平均时长为3.8秒，将TIMEMGWDM的设置值由5秒设置修改为3秒，使现网主被叫TCH分配由串行分配变为并行分配。修改后，CSFB呼叫时延缩短了近800毫秒，优化效果明显。
表1-7计数器修改前后CSFB呼叫时延对比
4、CSFB寻呼间隔时长优化根据集团公司下发的《CSFB参数配置指导手册》，建议CSFB在MSC-S上的寻呼间隔时长=MME上S1口寻呼间隔+1秒。经核查，网络S1口寻呼间隔为6秒，而MSC-S上CSFB两次寻呼间隔时长为9秒。为缩短CSFB呼叫时延，对MSC-S上CSFB的寻呼间隔时长进行修改，由9秒修改为7秒。
CSFB寻呼间隔时长修改后，对于响应一次寻呼的被叫用户，寻呼总时延没有发生变化；但对于一次寻呼无响应而二次寻呼响应的被叫用户，寻呼总时延减少了2秒。现网MSCPOOL下每小时有大约1.66%-2.27%的二次寻呼响应CSFB被叫通话，其寻呼时长缩短了2秒，提升了用户等待呼叫接续的感知，而MSCPOOL下CSFB一次寻呼成功率和CSFB寻呼成功率都保持平稳。
5、基于爱立信端局的双域鉴权功能研究1）实现原理分析
当CSFB手机进行联合附着、联合TAU时，在LTE网络中必须进行鉴权、IMEI获取等流程；当CSFB手机进行主被叫通话时，在回落到2G网络之前，LTE网络也必须对手机发起的extended service request请求进行鉴权。从以上两点考虑，手机在回落到2G网络时必然已经在4G网络中完成了鉴权和获取IMEI的流程，因而无需在2G网络中重复一遍，从而节省呼叫接续时延。
当CSFB手机回落时，只要是回落到同一个MSC-S下，而不管是否改变了LAC，其原来分配的TMSI始终有效，因而无需进行TMSI重分配流程。
最后，在现有的2G网络中加密流程虽然开启，但选择的加密算法一般都是“无”，也就是实质上不进行加密，因而同样可以考虑关闭2G网络的加密流程。
综合以上三点，爱立信端局双域鉴权功能补丁提供了在CSFB的呼叫场景下，主被叫接续时取消CS域这一侧鉴权、加密、IMEI获取、TMSI重分配的功能，从而优化了呼叫接续流程，降低了呼叫时延。
2）双域鉴权时延优化空间分析
双域鉴权功能通过取消CSFB流程中CS域鉴权、加密、IMEI获取、TMSI重分配信令的方式，简化了CS域呼叫接续流程，可减少CSFB呼叫接续时延0.7-1.8s左右，约占总体端到端呼叫接续时延的15-20%左右，如下图。
图1-2 双域鉴权时延优化空间分析
流程的简化，可带来CS域空口信令交互数量的减少、占用时间的缩短、以及接续成功率的提升，间接提升了网络容量与用户的感知。
3）网络安全风险控制分析
双域鉴权补丁取消CS域鉴权流程之后，所带来的最大问题与网络安全风险就是克隆卡的问题。
首先，该补丁只针对于CSFB呼叫场景中的CS域流程进行优化，对于PS域的流程没有任何影响。当终端需要使用到CSFB主被叫业务之前，必须在LTE网络中进行正常附着、位置更新、业务请求、寻呼响应等业务流程，这些流程仍会按照MME参数配置进行鉴权，因此可以通过LTE网络控制安全风险。
其次，相比于CSFB呼叫的鉴权时延，LTE网络的鉴权时延要短一些。根据信令平台的统计结果，抽样时间内CSFB主叫平均鉴权时延为1.157s、被叫平均鉴权时延为1.165s，而常规的LTE网络平均鉴权时延为0.338s。因此，根据定量分析结果，取消CS网络鉴权流程并同时开启PS域网络每次鉴权流程，对于整体呼叫时延指标仍然是能够有所改善的。
4）功能配置
爱立信双域鉴权功能基于MSC-S R14/14B版本，由MCA100补丁包来实现，经过沟通预计于2015年2季度发布。
补丁加载完成后，引入新的鉴权参数selective authentication：
Sel.auth = 0时，所有CSFB主被叫都必须鉴权；
Sel.auth = 1~254时，定义交换机允许的连续不鉴权的CSFB主被叫次数；
Sel.auth = 255时，所有CSFB主被叫都无需鉴权。
【注】连续不鉴权counter根据每一个用户单独设置，并仅仅针对于CSFB主被叫的场景，如果期间该用户发生了2G LAU、2G正常主被叫等事件，则该事件仍然需要鉴权，同时不鉴权counter复位。
除此之外，针对取消加密、IMEI获取、TMSI重分配等信令流程，补丁直接实现，没有引入人机参数进行控制。
5）后续试点验证安排和建议
通过对双域鉴权功能的深入研究与指标对比，明确该功能可以有效简化CSFB呼叫流程、缩短CSFB呼叫时延，建议已升级到R14/14B版本的爱立信CSFB端局可以选择加载该功能。由于该补丁将在2015年2季度发布，后续工作计划如下：
Ø 将在爱立信端局具备条件后进行功能试点和现网验证。
Ø 经与湖南公司沟通中兴端局设备可提供相似功能，建议后续与湖南公司等兄弟公司一起开展相关测试验证工作。
Ø 从网络安全以及网络平稳过渡出发考虑，如果要推广CS域CSFB呼叫开启选择性鉴权功能，需要经过进一步安全评估，同时PS域网络必须开启每次鉴权功能。
时间: 2017-1-10 22:42
作者: haotao2046
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