LTE国际漫游网络优选方案研究

摘要：为了研究运营商的LTE网络优选需求，分析了LTE网络优选技术的主要实现思路，列举了SIM卡及信令实现方式及部分干扰策略，对網络优选功能使用后的不利影响进行了探讨，并提出了网络优选的实施建议。

关键词：电路域回落 网络优选 国际漫游

1 引言

根据2016年7月的统计数据，521家运营商在170个国家和地区开通了LTE商用，用户数已超10亿，由此带来的LTE国际漫游用户数也将与日俱增。用户在高速的LTE网络进行国际漫游时，对漫游费用及漫游质量都会更加敏感，漫游地中不同运营商LTE网络的服务质量及结算价格的差异，会导致网络优选技术在国际漫游服务中得到越来越广泛的应用。

网络优选是指在不明显降低服务质量的情况下，运营商对入网他国运营商的国际漫游用户采取控制，让其优先接入到合作伙伴网络中，以达到以下目的：（1）降低国际漫游运营成本，提高国际漫游业务利润，扩大漫游用户群；（2）提升漫游业务质量；（3）拓展和应用国际漫游新业务；（4）加强运营商间的合作关系，提升业务谈判资本。

2 LTE优选网络技术实现

用户在漫游地登记在哪个网络，主要取决于SIM卡内网络信息排序、网络信号强弱等因素。为了增加用户登记在优选网络的机会，运营商会通过技术手段实施影响。能够实现LTE网络优选的方式主要分为SIM卡方式及信令方式。

2.1 SIM卡方式

用户SIM卡存储有优选网络列表信息及顺序，终端开机注册网络时，将从SIM卡中读取网络列表文件，按列表顺序依次尝试登录列表中每一个网络。当前网络若能登录，则使用此网络；反之，将尝试登录列表中下一个网络。若列表中所有信号的网络都登录失败，则按当前信号的强弱依次尝试登录网络，否则登录失败，无法使用网络。

此方式的优点：调整优选网络列表即可实现网络优选，网络中仅需增加OTA服务器，对用户业务体验影响甚小，选网效果好。缺点：SIM卡存储网络信息有限，只能对少数网络进行选网；通过OTA更新SIM卡方式提供优选功能，优选信息的更新维护机制不灵活，实时性和可控性较差，适用于小运营商调整少数优选网络。

2.2 信令方式

当用户终端进行首次网络注册或者TAU时，必须要在MME和HSS之间通过Diameter信令进行位置更新才能成功登记在可用的LTE网络。信令方式就是在此过程中，通过技术手段使用户无法在非优选网络注册，诱使终端再次搜索可用网络并尝试注册。经过这样若干次的尝试，即可达到登记在优选网络的目的。

信令方式的优势在于运营商可灵活自主地控制优选网络功能，能够对覆盖范围及用户比例实施控制，有更多的应用场景。另一方面，此方案对优选网络的运营策略有较高的要求，也会带来一些影响用户体验的问题，比如网络注册时间过长。相对而言，运营商更看重用户的控制能力及控制灵活性，而相对较长的注册时间在漫游场景下也会被用户所允许，因此更多运营商选择此方式进行漫游优选。

信令方式主要有设置黑名单及信令干扰两种实现方案。

（1）设置黑名单

此方案通过在HSS设置黑名单，禁止黑名单用户注册在非优选网络，诱使其重新选网并登记在优选网络，主要有HSS拦截和MME拦截两种方式。

HSS拦截方式中，HSS将指定IMSI或MDN号段的用户加入禁止在非优选网络登记的黑名单。黑名单中用户漫游到非优选网络开始注册时，HSS会拒绝位置登记请求，使终端重新搜索可注册网络。

MME拦截方式中，HSS设置含非优选网络MME地址列表的黑名单，当用户请求注册登记的MME地址在黑名单中，HSS将拒绝用户注册，只有用户漫游在黑名单外的区域才能成功注册。

设置黑名单方案无需新增专用设备，但全网的HSS均需要进行改造升级添加对应功能，并应当同步更新黑名单的数据。

实际运营时，可以增加优选网络功能的灵活性和成功率。但由于需要对境外所有的非优选运营商的MME地址进行了解，并根据策略对用户HSS进行快速配置，对运维能力要求较高。

（2）信令干扰

用户在境外LTE网络登网时，将向MME发起位置更新请求（Update Location Request），并转发给HSS。信令干扰的方式是利用部署在归属网络和漫游网络间的优选网络平台，捕获漫游用户位置更新请求并进行分析，根据优选策略选择将该消息转发至HSS或回复拒绝响应消息。若是回复拒绝消息，终端会根据拒失败码重新发起登记请求，经数次尝试后登记在优选网络。该方案的核心技术在于终端完成整个位置更新流程前，平台通过实施干扰策略实现网络优选。信令干扰方案组网示意图如图1所示：

信令干扰有被动干扰和主动干扰两种策略。被动干扰方式如图2所示。

网络优选平台通过与信令互通网络并联的方式监测归属网络与其他漫游网络间的信令。当监测到由漫游网络发送至归属网络的请求消息，则根据设置好的干扰规则，判断消息来源网络是否为优选合作网络，由此来决定是否向MME发送干扰消息。

在七号信令网络中，类似的优选网络方案是优选平台通过在归属网络返回响应消息之前先向漫游地MSC/VLR发送干扰消息，起到网络优选作用。在LTE网络中，Diameter信令封装了多种重要消息和用户数据，因此平台返回干扰消息的速度可能比HSS对位置更新响应慢，不能仿照在七号信令网络中的方式。

MME收到位置更新响应后，在传送位置更新成功的消息到用户终端之前，仍要进行DNS和GTP信道的搭建，并且只要其中的一个步骤失败，终端也无法附着。因此，即使网络优选平台在归属网络返回位置更新消息后，才向漫游网络MME发送干扰消息，也能够让终端对非优选网络的附着失败。

主动干扰方式如图3所示。

主动干扰策略在用户信令互通网络中串联网络优选平台，每条信令都需要经过平台分析并根据设置的拦截策略，判断用户注册的网络是否为优选网络。若为优选网络，则让信令通过，反之则需进行拦截，并向MME发送拒绝消息。

主动干扰方式可主动对特定的消息进行拦截，实现方式较为灵活，主动性强，和被动干扰策略相比，信令干扰的交互数少，对网络造成的负担相对较低。但因为所有信令交互都需要经过优选网络平台分析处理，所以对平台的处理速率和稳定性有很高的要求，一旦平台出现故障，容易对现网正常业务造成影响。

3 干扰消息选择策略

3.1 干扰消息选项

运营商对于LTE网络干扰消息的原则与七号信令网络干扰原则基本一致，即干扰消息中携带失败原因值。网络优选平台通过S6a接口发送干扰消息给MME，MME根据干扰消息类型进行判别，再通过NAS向用户发送失败代码。

MME收到的失败代码与其发出的NAS失败代码存在映射，其中表1中的原因可适用于漫游优选。

从用户收到的失败原因看：

（1）#11"PLMN not allowed"用户终端会把该网络列入SIM卡的黑名单并重选另一个网络；

（2）#17"Network failure"会让用户变更网络前，再尝试进行5次注册；

（3）#19"ESM failure"用户终端会尝试注册5次，失败后重新注册另一个网络。

由于MME可能不完全识别核心网和无线侧之间的错误码，因此优选平台应具备生成多种拒绝消息的能力，以便MME正确识别。

3.2 干扰信息设置策略

网络优选功能会在一定程度上影响用户使用体验，在设置干扰策略时需遵循以下原则，以免用户无网可用：

（1）设置干扰时间阈值。若用户一次位置登记时长超过了时间阈值，应允许用户注册，避免用户入网时间过长并造成信令拥塞。

（2）限制干扰次数。受干扰后，用户登记尝试在同一非优选网络的次数超过了阈值（可设定为5次），可判断其为手动选网模式或者漫游地只有一个可用网络，下一次尝试登网时应允许用户注册。

（3）系统应根据实际情况，合理设置干扰策略，将对用户及网络的影响降至最低。

對非优选运营商影响最小的拒绝消息是：

DIAMETER_ERROR_ROAMING_NOT_ALLOWED （5004） ， without Error Diagnostic

对漫游用户影响最小的拒绝消息是：

DIAMETER_ERROR_ROAMING_NOT_ALLOWED （5004）， with Error Diagnostic of ODB_ALL_APN以及DIAMETER_UNABLE_TO_COMPLY （5012）

4 CS Fallback协同问题

LTE网络中存在CS Fallback的情况，为了避免由于Diameter和MAP联合注册的信令结果不一致而导致部分业务中断和失败，在PS和CS中联合注册时，应保证LTE、2G和3G在同一运营商网络中，并保持Diameter和MAP流程和结果一致。

如果网络优选平台对用户进行了两次以上的MAP信令干扰，处在CSFB过程的用户将屏蔽此E-UTRA并选择其他无线接入方式。这意味着只要2G/3G注册失败，也无法使用4G网络，保证了4G、2G/3G注册在同一PLMN。CSFB场景下，若终端不能回落到之前与HSS联合注册的MSC上，并且新注册的MSC没有SGs接口，HLR将无法获知当时用户实际注册的位置，会造成TA/LA不一致。此场景下主叫虽能够成功，但被叫时MSC无法找到用户而无法让用户振铃。为保证TA/LA的一致性，避免电路回落到非注册的MSC，网络优选平台同样需要对MAP和GPRS位置更新进行实时监测。

TA/LA不一致普遍存在，若VPLMN有1到2个有SGs接口的MSC处理CSFB，HLR会知道用户终端实时情况，并且用户将会在每次呼叫之前进行LAU，那优选网平台便很容易获取用户的位置更新情况。如果VPLMN有1个以上的MSC池处理CSFB，当发生TA/LA不一致、用户漫游需要在MSC池边界进行MSC池切换时，才会进行LAU，那优选网平台在MSC池内切换的时候便很难获取用户的位置更新情况。因此避免LTE网由于TA/LA不一致而导致屏蔽，优选网络平台应保证2G、3G与LTE网络注册同步。

联合注册成功后，便设置了CSFB标志位，在不同的场景下对CSFB标志位的处理情况和干扰的控制如表2所示：

用户在主被叫过程中也可以GSM UL。如果盲目地对用户进行干扰操作，会影响用户的主被叫，降低了用户的体验感知。因此，运营商应该综合考虑用户体验和控制优选网络，针对用户在CSFB中的不同状态，设置不同的控制策略。

EPS域注册成功，CS域注册失败时，可以由用户设置终端的语音中心来实现联合注册。在联合注册过程中，出现EPS域注册成功，CS域注册失败时，设置的语音中心的用户终端为了在EPS和CS域中都注册成功，将会再次尝试在EPS和CS域注册。当优选网络平台监测用户终端尝试进行5次的联合注册，将判定用户终端进入手动选网模式，允许用户登入非优选网络。

总的来说，处理CSFB问题需要明确地知道用户终端处在什么样的状态，根据用户的状态选取干扰策略。因此优选网络平台中应该增加用户终端状态的标志。当终端CSFB状态时，允许用户GSM UL和GPRS UL，同时监测用户终端在CSFB时的呼叫以及GSM UL和GPRS UL在MME/MSC的情况。

5 结束语

LTE的网络优选功能是七号信令的网络优选功能的升级，可供参考的先例较少。该功能的开通是循序渐进的工作，应遵循先易后难的原则，进行全面细致的测试后方可上线。在选择优先开通方向时，可参考以下因素：

（1）用戶出访热点方向；

（2）国际漫游收入较高方向；

（3）合作运营商配合较积极方向；

（4）多个运营商在不同的地区存在相对优势的方向。

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