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PS域互操作双向切换失败问题的分析解决案例

发布时间：2011-06-22 23:57:07 来源：文档文库

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PS域2/3 G互操作双向切换失败问题的分析解决案例

佛山公司苏燕、汕头公司马于飞、中山公司孔令兴

摘要：

2/3G实现互操作对TD发展非常重要，在TD初期可让用户享受TD的高速的同时享受成熟的2G网络；在TD成熟期，可以引导更多用户使用TD网络。本文针对广州TD网络中出现的PS域2/3 G互操作双向切换失败的典型问题，介绍了从无线侧到核心网详细的分析定位过程，并给出可行的解决方案。本文只是抛砖引玉，希望能对日后的2/3G互操作网优工作起参考之用。

关键词：

TD-SCDMA、GSM、互操作、PS域

1 前言

TD网建设是一种创新性的工作、一种革命性的工作，是运营商帮助整个产业逐渐完善、逐渐成熟的过程。TD还存在很多需要不断完善的地方，整体网络质量还达不到2G水平，仍然有待提高。TD/2G实现互操作对TD发展非常重要，一来可以用2G的资源和经验来建设和维护TD网路，二来可以实现“三不”（不换卡，不换号，不登记）从而大幅降低TD用户的门槛。在TD网络的建网初期，网络不可避免地存在一定的覆盖盲区。TD网络与GSM网络是共存互补的关系，开通2/3G互操作，利用GSM网络比较完善的网络覆盖，在TD的弱覆盖区用GSM作为过渡，是保证3G用户能够正常使用业务的重要手段。在TD成熟期，则可以引导更多用户使用TD网络。2/3G互操作可以让用户始终使用最好的网络。

根据集团公司的指示，广州的TD网络近期开通了2/3G互操作，并开展专项性能优化工作。在测试中发现存在PS域双向切换完全失败的问题，这是PS域2/3G互操作中比较经典的问题，本文首次对该问题进行了准确的定位并提供了解决方案。在各地市即将大规模建设TD网络之际，现网TD网络维护优化经验的总结显得非常重要。本文只是抛砖引玉，希望能给2/3G互操作优化人员一些参考的价值。

2 问题简述

在进行PS业务时，无论是从TD切向G网，还是从G网切向TD，均因为路由更新不成功导致互操作失败。

3 问题分析及处理

3.1 从无线侧分析，检查网络参数

以PS域TD切到GSM为例，切换流程如下图：

1）当UE与RNC建立连接后，RNC会向UE发送测量控制，告诉UE需要测试哪些内容，且测量数据达到怎样的门限后UE需上报测量报告。若RNC侧打开了异系统间的切换开关，则会包括异系统间测量控制信息。查看RNC的配置可见，已经打开了异系统间的切换开关。

2)UE在按照测量控制的要求进行测量的同时，对测量的数据进行计算，若达到门限则上报测量报告。系统间PS域切换的门限是：当前TD信号测量值低于绝对门限并且GSM信号测量值高于绝对门限，且这种情况持续一段时间UE上报测量报告。

3)根据广州现网的配置策略，只要UE向RNC发送测量报告，那么RNC就判决可以进行测量。

以下是现网PS域切换参数的配置情况：

当TD的信号弱于（-90-5）=-95dBm且GSM的信号强于（-95+5）=-90dBm，并且持续2560ms时，UE开始从TD网络切换到GSM网络。

这些参数是经过多次测试，对比了切换前后的无线环境，信号强度、BLER等指标，较为合理。故不存在参数设置不当而导致弱信号切换失败的情况。

3.2 结合UU口信令，进行深入分析。

以下是在测试软件Outum上抓到的UU口信令流程，如下图1、图2所示：

图1：PS域TD向GSM切换

图2：PS域GSM向TD切换失败

从上面的信令过程可以看出，无论是TD切到GSM，还是GSM切到TD，UE都在目标小区成功地完成了位置更新过程，并且按照规范，发起路由更新请求。也就是说，UE成功地接入了目标小区，切换在无线上的过程是完全成功的。

对于TD向GSM切换，UE在GSM发起位置更新和路由更新，位置更新成功，但路由更新无响应，UE在T3330计时器超时后，再次发起路由更新请求，最终得到网络下发的路由更新拒绝的消息，UE进行ATTACH，在网络重新注册。

对于GSM向TD切换，UE在GSM发起位置更新和路由更新，位置更新成功，但路由更新无响应，UE再次发起路由更新请求，并最终成功，但业务中断。

对比两个过程，失败的现象是不同的。作GSM向TD的切换做进一步分析，对比两次路由更新请求的内容，如图3、4所示：

图3：第一次申请的详细内容

图4：第二次申请的详细内容

对比两次申请的详细内容，可以发现，第一次有携带一条消息：VERSION RELEASE 99，而第二次则没有。对比TD系统内部的路由更新请求，也没有这条消息，也就是说，第二次请求与普通的TD系统内的路由更新请求的格式是一样的，再加上业务中断这一现象，说明第二次请求是UE在TD网络重新进行登记的路由更新。也就是说，其实从TD切换到GSM，跟从GSM切换到TD是一样的，都是路由更新失败，UE在新的网络重新登记。

因此，问题定位在核心网上，路由更新失败是切换失败的原因。

3.3 直击核心网，小心求证

以下是3GPP规范中PS域3G向2G切换的正常流程：

上图是3GPP协议中3G到2G的路由更新流程图，具体解释如下：

1. MS（MS处于Idle状态）或UTRAN（MS处于Cell-DCH状态或者Cell-FACH状态）决定发起分组域的系统间切换。

2. MS向新2-SGSN发起路由区更新请求（包括旧的RAI、旧的P-TMSI签名、MS的网络能力等信息），BSS在将消息送到SGSN之前将收到消息中加入新小区的CGI（包括LAC和RAC）。

3. 新2-SGSN向老3-SGSN发送SGSN Context Request消息获取MS的MM和PDP上下文。老3-SGSN对MS的P-TMSI签名进行验证，如果SGSN不认识该MS，则会回应一个适当的错误原因。

4. 如果切换之前MS处在CONNECTED状态（即正在进行数据业务时），老3-SGSN向SRNS发送SRNS Context Request消息，SRNS收到此消息后停止向MS发送数据PDU，并将数据进行缓存，同时向老3-SGSN返回SRNS Context Response。

5. 老3-SGSN向新2-SGSN发送SGSN Context Response，其中包含MS的MM和PDP上下文。

6. 若在第3步中老3-SGSN通过P-TMSI检验出MS无效，则在这步执行安全流程，通过HLR来检验MS是否有效；若第3步已经检验出MS有效，那么这一步不被执行。

7. 新2-SGSN向老3-SGSN发送SGSN Context Acknowledge消息，通知老3-SGSN现在2-SGSN可以接受激活的PDP contexts的相关数据PDU。

8. 如果手机处于CONNECTED状态，则老3-SGSN向SRNS发送数据转发命令（Data Forward Command）。SRNS在收到该命令后启动数据转发定时器，SRNS发送已缓存的数据PDU到老3-SGSN。

9. 老3-SGSN将GTP PDU按隧道方式传送给新2-SGSN，GTP头中的序列号不改变。

10. 新2-SGSN向GGSN发送Update PDP Context Request。GGSN更新PDP context后返回应答Update PDP Context Response。

11. 新2-SGSN发送Update GPRS Location消息通知HLR修改MS所在的SGSN号和地址信息。

12. HLR发送Cancel Location通知老3-SGSN删除该MS的MM和PDP Context信息。删除后，老3-SGSN以Cancel Location Ack消息应答。

13. 如果MS处于CONNECTED时，老3-SGSN将向SRNC发出Iu Release Command消息，在第8步的数据转发定时器超时后SRNS通过Iu Release Complete消息回应。

14. HLR发送Insert Subscriber Data消息给新2-SGSN，2-SGSN将用户签约数据插入MM上下文和PDP上下文并且回应Insert Subscriber Data Ack消息。

15. HLR确认修改完成，发送Update GPRS Location ACK消息到新2-SGSN。

16-18&21. 如果路由更新请求的类型是RA/LA时才被执行。一般RA与LA是分开独立进行的。

19. 新2-SGSN验证MS在新路由区的合法性，如果所有检查成功，新2-SGSN给用户组建MM和PDP上下文，并向MS回应一个Routing Area Update Accept消息（包括给MS分配的新P-TMSI签名）。

20. MS通过发送Routing Area Update Complete消息确认新分配的P-TMSI，并将在路由区更新发起之前所有成功发送给MS的PDU数发给新2-SGSN，从而告诉新2-SGSN要向MS Forward哪些PDU数据。

22. 新2-SGSN和BSS执行BSS Packet Flow Context procedure。

以上就是3GPP协议中3G到2G路由更新的详细流程，可以看出，整个过程主要分成三部分：

1、 OLD SGSN根据NEW SGSN的请求，向NEW SGSN发送用户数据；

2、 ODL SGSN 在收到NEW SGSN发来的SGSN CONTEXT ACKNOWLEDGE消息后，将缓冲区的数据包FORWARD到新的SGSN；

3、 OLD SGSN、OLD GGSN、NEW SGSN及NEW GGSN之间的UPDATE PDP CONTEXT过程。

这三个主要过程都有可能是路由更新失败的原因。刚好TD切到GSM有routing area update reject的消息，将该信令展开，可以看到拒绝的原因是网络无法获取UE的身份，如下图所示：

因此，路由更新失败的原因定位为NEW SGSN无法从OLD SGSN获取用户数据。造成这种情况的可能原因有多种：NEW SGSN没有发请求，发出的请求对方收不到，对方收到后无响应，对方发回的数据无法识别等等都有可能，但不管怎样，故障可以定位在SGSN之间的接口上。

通过检查核心网的数据，发现是SGSN防火墙的数据定漏。具体情况如下：

现网中每个SGSN Gn接口处都有Gn防火墙，TD SGSN在Gn改造之后也增加了防火墙。在防火墙上必须定义规则，允许来自哪些IP地址段（每个SGSN对应一个IP地址段）的数据包通过。以广州为例，GSM网络有多个SGSN，而TD网络只有一个SGSN，因此，打开2/3G互操作的功能后，TD网络的唯一一个SGSN将有可能与所有GSM网络的SGSN产生信令交互，所有GSM网络的SGSN防火墙都必须定义：允许来自TD网络SGSN对应IP地址段的数据包通过，而TD网络的SGSN防火墙则必须定义：允许来自GSM网络所有SGSN对应IP地址段的数据包通过。这样，UE在PS域从TD切换到GSM后，GSM的SGSN所发出的SGSN CONTEXT REQUEST信令才能送达TD的SGSN，而TD的SGSN所发出的SGSN CONTEXT RESPONSE才能送达GSM的SGSN，接下来的一系列信令交互才能完成。UE从GSM切换TD也是同样的道理。

3.4 修改防火墙，大功告成

根据上面的分析，我们首先将每个GSM的SGSN都添加到TD的SGSN防火墙允许的IP段；同样的，将TD的SGSN添加到GSM的SGSN防火墙允许的IP段。经过各SGSN防火墙的数据修改后，PS域的2/3G切换功能正常，路由更新成功，且业务不中断，问题解决。另外要注意的是，当2/3G任一网络的SGSN配置有改变时，一定要在另一网络做相应的修改，否则必将影响两个网络的互操作性能！