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試論TD—LTE與TD—SCDMA雙網(wǎng)互操作
【摘要】文章闡述了廈門移動針對TD-LTE與TD-SCDMA雙網(wǎng)互操作測試中的關(guān)注重點進(jìn)行梳理，研究總結(jié)出使用信令采集分析工具對TD-LTE與TD-SCDMA雙網(wǎng)互操作的核心網(wǎng)信令消息進(jìn)行分析的方法和經(jīng)驗，給其他城市提供了經(jīng)驗參考。
【關(guān)鍵詞】TD-LTE、TD-SCDMA、互操作、信令分析
1、引言
中國移動根據(jù)其3G技術(shù)TD-SCDMA的制式特點選擇了TD-LTE的演進(jìn)方向。隨著TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的引入，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)變成一個多網(wǎng)協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)：GSM經(jīng)過多年建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，提供最廣覆蓋的基本移動業(yè)務(wù)，承載語音、短信及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);TD-SCDMA提供增強(qiáng)的移動業(yè)務(wù)，可承載中等速率業(yè)務(wù)和部分語音業(yè)務(wù);TD-LTE則承載高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
網(wǎng)絡(luò)互操作是多網(wǎng)協(xié)同工作的基礎(chǔ)，可以保證用戶感知，均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。TD-LTE與2G/3G系統(tǒng)間互操作涉及核心網(wǎng)、無線網(wǎng)、業(yè)務(wù)承載、終端等多個領(lǐng)域，包括開機(jī)駐流策略、空閑態(tài)重選策略和連接態(tài)切換策略。
隨著TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)部署，TD-LTE與現(xiàn)有TD-SCDMA的雙網(wǎng)互操作逐漸成為關(guān)注的重點，雙網(wǎng)互操作的成功與否直接關(guān)系著用戶的感知以及后續(xù)雙網(wǎng)策略的設(shè)置。廈門移動針對TD-LTE與TD-SCDMA雙網(wǎng)互操作中核心網(wǎng)部分的開機(jī)駐流信令、空閑態(tài)重選信令進(jìn)行研究及測試驗證，對于互操作測試中的關(guān)鍵點進(jìn)行梳理，總結(jié)出使用信令采集分析工具對TD-LTE與TD-SCDMA雙網(wǎng)互操作的核心網(wǎng)信令消息進(jìn)行分析的方法和經(jīng)驗。
2、信令采集
廈門移動TD-LTE規(guī)模技術(shù)試驗測試中，《TD-LTE規(guī)模技術(shù)試驗-六城市測試-TD-LTE/3G/2G系統(tǒng)間互操作測試規(guī)范》的TD-LTE與TD-SCDMA互操作部分要求測試如下項目：
(1)移動用戶從Gn/Gp、SGSN網(wǎng)絡(luò)漫游到MME網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的附著;
(2)移動用戶從MME網(wǎng)絡(luò)漫游到Gn/Gp、SGSN網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的附著;
(3)移動用戶在ECM-IDLE狀態(tài)下重選到UTRAN小區(qū)，引起RAU;
(4)移動用戶處于UTRAN、PMM_IDLE狀態(tài)，重選到E-UTRAN，引起TAU。
所有測試均要求進(jìn)行核心網(wǎng)信令抓包分析(包括：IuPS接口、Gr接口、Gn接口、S1接口、S6a接口、S11接口)。對比信令流程以及檢查相關(guān)網(wǎng)元上的用戶狀態(tài)信息。
對核心網(wǎng)各個接口采用不同采集方式，具體如表1所示：
3、信令分析
分析對比每一個測試項目中各個接口信令流程與預(yù)期是否一致，檢查信令消息中關(guān)鍵字節(jié)是否符合預(yù)期，提煉檢查關(guān)鍵點。下文對四個測試項目進(jìn)行逐一分析說明：
3.1、移動用戶從Gn/Gp、SGSN網(wǎng)絡(luò)漫游到MME網(wǎng)絡(luò)
發(fā)起的附著
該項測試驗證雙模終端用戶從TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)漫游至TD-LTE網(wǎng)絡(luò)下，以O(shè)ld、GUTI發(fā)起附著時，用戶能否成功附著TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。
(1)預(yù)期信令流程
預(yù)期信令流程如圖1所示(見下頁)。
(2)現(xiàn)網(wǎng)信令分析
UE開機(jī)發(fā)起附著，發(fā)送Attach、Request消息(攜帶Old、GUTI：“MME、Group、ID：55596/MME、Code：6/M-TMSI：eb025ae3”，以及Additional、GUTI：“MME、Group、ID：32773/MME、Code：1/M-TMSI：e00001be”)。
New、MME發(fā)送Identification、Request消息給Old、SGSN(攜帶“LAC：55596/RAC：2/P-IMSI：eb065ae3”)，Old、SGSN響應(yīng)Identification、Response消息(顯示P-TMSI、Signature、Mismatch，未攜帶IMSI和安全向量)。
New、MME發(fā)送Identity、Request消息(類型為IMSI)給UE，UE響應(yīng)Identity、Response消息(攜帶IMSI)。
New、MME向HSS發(fā)送Authentication、Information、Request消息(攜帶IMSI，請求1組EPS安全向量)，HSS響應(yīng)Authentication、Information、Answer消息(回復(fù)1組EPS安全向量)。
New、MME發(fā)起鑒權(quán)流程(采用RAND/AUTN)。
New、MME發(fā)起安全流程(未開啟安全算法，未攜帶SecurityKey)。
New、MME向HSS發(fā)送Update、Location、Request消息，HSS響應(yīng)Update、Location、Answer消息(攜帶MSISDN和用戶簽約的QoS)。
New、MME向Serving、GW發(fā)起Create、Session流程，建立默認(rèn)承載。
New、MME發(fā)送Initial、Context、Setup、Request給eNode、B，透傳了Attach、Accept消息(攜帶New、GUTI：“MME、Group、ID：32773/MME、Code：1/M-TMSI：e00001c1”)，該消息中包含了Activate、Default、EPS、Bearer、Context、Request消息，要求建立默認(rèn)承載。
UE返回Attach、Complete，eNode、B返回Initial、Context、Setup、Response消息，建立默認(rèn)承載成功。
New、MME向Serving、GW發(fā)送Modify、Bearer、Request消息(更新eNode、B地址和TEID)，Serving、GW響應(yīng)成功消息。
(3)測試小結(jié)
1)Attach、Request消息攜帶Old、GUTI以及Additional、GUTI，其中Old、GUTI包含原TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的LAC/RAC/P-TMSI信息。
Old、GUTI為“MME、Group、ID：55596/MME、Code：6/M-TMSI：eb025ae3”;
LAC=MME、Group、ID：55596;
RAC=M-TMSI：eb025ae3的第5、6字節(jié)=“02”;
P-TMSI=“M-TMSI：eb025ae3”中RAC替換為“06”=“eb065ae3”。
GUTI與P-TMSI對應(yīng)關(guān)系如圖2所示(見下頁)。
附著成功后，Attach、Accept消息攜帶New、GUTI(MME、Group、ID：32773/MME、Code：1/M-TMSI：e00001c1)，該GUTI將在該用戶注冊在該MME期間使用。
2)New、MME根據(jù)DNS解析的Old、S
GSN地址發(fā)送Identification、Request消息，攜帶原TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的“LAC：55596/RAC：2/P-IMSI：eb065ae3”信息(信息的轉(zhuǎn)化見上面描述)，目的是通過P-IMSI向Old、SGSN獲取該UE的IMSI信息。但是Old、SGSN響應(yīng)Identification、Response消息，顯示P-TMSI、Signature、Mismatch，未攜帶IMSI和安全向量。
3)因為New、MME向Old、SGSN獲取IMSI和安全向量失敗，故發(fā)起Identity流程，由MME直接向UE獲取IMSI。
4)New、MME向HSS獲取鑒權(quán)參數(shù)正常。
5)New、MME發(fā)起鑒權(quán)流程(采用RAND/AUTN)，雖然開啟安全流程，但是未開啟安全算法，未攜帶SecurityKey。
6)HSS收到New、MME發(fā)送的Update、Location、Request消息后，并沒有向Old、SGSN觸發(fā)Cancel、Location流程刪除用戶上下文。
(4)經(jīng)驗點
該項測試中需要關(guān)注：
1)Attach、Request是否攜帶Old、GUTI，Old、GUTI與P-TMSI的轉(zhuǎn)化是否正確，Attach、Accept是否攜帶New、GUTI。
2)DNS解析能否正確指向Old、SGSN。
3)New、MME通過Identification流程以P-TMSI向Old、SGSN獲取IMSI是否正常。
4)鑒權(quán)參數(shù)的獲取以及鑒權(quán)過程是否正常。
5)安全過程是否真實開啟安全算法，攜帶安全密鑰。
6)HSS是否觸發(fā)Cancel、Location流程刪除Old、SGSN上該用戶信息。
7)UE默認(rèn)承載是否成功創(chuàng)建。
3.2、移動用戶從MME網(wǎng)絡(luò)漫游到Gn/Gp、SGSN網(wǎng)絡(luò)
發(fā)起的附著
該項測試驗證雙模終端用戶從TD-LTE網(wǎng)絡(luò)漫游至TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)下，發(fā)起附著時用戶能否成功附著TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)。
(1)預(yù)期信令流程
預(yù)期信令流程如圖3所示：
(2)現(xiàn)網(wǎng)信令分析
UE開機(jī)發(fā)起附著，發(fā)送Attach、Request消息(攜帶“Old、P-TMSI：e00101c1/LAC：32773/RAC：1”，以及“Additional、P-TMSI：eb065ae3/LAC：556/RAC：217”)。
New、SGSN發(fā)送Identification、Request給Old、MME(攜帶“Old、P-TMSI：e00101c1/LAC：、32773/RAC：1”)，Old、MME響應(yīng)Identification、Response消息(攜帶IMSI)。
New、SGSN通過CommonID下發(fā)IMSI給UE。
New、SGSN向HSS發(fā)起Authentication、Information流程獲取鑒權(quán)參數(shù)(根據(jù)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)設(shè)置獲取5組鑒權(quán)參數(shù))。
New、SGSN發(fā)起鑒權(quán)流程(采用RAND/AUTN)。
New、SGSN發(fā)起安全流程(采用EncryptKey/IntegrityKey)。
New、SGSN發(fā)起Update、Location流程，HLR觸發(fā)Insert、Subscriber、Data流程。
New、SGSN發(fā)送、Attach、Accept消息給UE(攜帶New、P-TMS：ed064385I/LAC：、55596/RAC：2)。
UE返回、Attach、Complete消息給New、SGSN。(3)測試小結(jié)
1)Attach、Request消息攜帶“Old、P-TMSI：e00101c1/LAC：32773/RAC：1”，其中，“LAC：32773/RAC：1”為非TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)內(nèi)RAI，New、SGSN需要向DNS發(fā)起解析請求，獲取Old、MME地址。
附著成功后，Attach、Accept消息攜帶“New、P-TMS：ed064385I/LAC：55596/RAC：2”，該P(yáng)-TMSI將在該用戶注冊在該SGSN期間使用。
2)New、SGSN根據(jù)DNS解析的Old、MME地址發(fā)送Identification、Request消息，攜帶原LTE網(wǎng)絡(luò)的“Old、P-TMSI：e00101c1/LAC：32773/RAC：1”信息(SGSN中無須進(jìn)行換算)，目的是通過Old、P-IMSI向Old、MME獲取該UE的IMSI信息，Old、MME回復(fù)Identification、Response給New、SGSN(攜帶IMSI)。
3)New、SGSN通過CommonID下發(fā)IMSI給UE。
4)New、SGSN向HSS獲取鑒權(quán)參數(shù)正常。
5)New、SGSN發(fā)起鑒權(quán)流程(采用RAND/AUTN)和安全流程正常(開啟安全算法，采用EncryptKey/IntegrityKey)。
6)New、SGSN向HSS發(fā)起Update、Location流程，HSS觸發(fā)Insert、Subscriber、Data流程。
7)Old、MME沒有向Serving、GW發(fā)起Delete、Session、流程，刪除默認(rèn)承載。
(4)經(jīng)驗點
該項測試中需要關(guān)注：
1)Attach、Request是否攜帶Old、P-TMSI，Attach、Accept是否攜帶New、P-TMSI。
2)DNS解析能否正確指向New、MME。
3)New、SGSN通過Identification流程以P-TMSI向Old、MME獲取IMSI是否正。
4)鑒權(quán)參數(shù)的獲取以及鑒權(quán)過程是否正常。
5)安全過程是否真實開啟安全算法，攜帶安全密鑰。
6)Old、MME是否正常刪除用戶信息，不存在該用戶信息。
7)Old、MME是否通過Delete、Session流程成功刪除默認(rèn)承載。
3.3、移動用戶在ECM-IDLE狀態(tài)下重選到UTRAN小區(qū)，引起RAU
該項測試驗證雙模終端用戶在ECM-IDLE狀態(tài)下能否成功從TD-LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)起路由區(qū)更新(RAU)至TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)下。
(1)預(yù)期信令流程
預(yù)期信令流程如圖4所示(見下頁)。
(2)現(xiàn)網(wǎng)信令分析
UE發(fā)送RAU、Request消息給New、SGSN(攜帶“Old、P-TMSI：e00101cb/LAC：32773/RAC：1”，以及“Additional、P-TMSI：ed064385/LAC：556/RAC：217”)。
New、SGSN發(fā)送SGSN、Context、Request消息給Old、MME(攜帶“Old、P-TMSI：e00101cb/LAC：32773/RAC：1”)，Old、MME返回SGSNContext、Response消息(攜帶IMSI、MM、Context、PDP、Context)。
New、SGSN通過CommonID下發(fā)IMSI給UE。
New、SGSN發(fā)起安全流程(攜帶從Old、MME的MM、Context中傳遞來的EncryptKey和IntegrityKey)。
New、SGSN發(fā)送SGSN、Context、Acknowledge消息給Old、MME。
New、SGSN向PDN、GW發(fā)送Update、PDP、Context、Request消息(攜帶SGSN、address、IP、TEID：72001db4、QoS、RAT、Type、LocationInfo)。
PDN、GW向New、SGSN發(fā)送Update、PDP、Context、Response消息(攜帶PDN、GW、address、IP、TEID：0b0410df、QoS)。
New、SGSN向HSS發(fā)送Update、Location、Request消息更新位置。
HSS發(fā)送Insert、Subscriber、Data給New、SGSN，插入簽約數(shù)據(jù)，New、SGSN返回Insert、Subscriber、Data、Acknowledge確認(rèn)插入簽約數(shù)據(jù)。
HSS響應(yīng)Update、Location、Acknowledge。
New、SGSN發(fā)送RAU、Accept響應(yīng)UE(攜帶New、P-TMSI：ee064a9d/LAC：55596/RAC：2)。
UE響應(yīng)RAU、Complete消息。
Old、MME向Serving、GW發(fā)送Delete、Session、Request消息刪除承載上下文，Serving、GW返回Delete、Session、Response消息，刪除承載成功。
(3)測試小結(jié)
1)RAU、Request消息攜帶“Old、P-TMSI：
e00101cb/LAC：32773/RAC：1”，其中，“LAC：32773/RAC：1”為非TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)內(nèi)RAI，New、SGSN需要向DNS發(fā)起解析請求，獲取Old、MME地址。
RAU成功后，RAU、Accept消息攜帶
“New、P-TMSI：ee064a9d/
LAC：、55596/RAC：2”，該P(yáng)-TMSI將在該用戶注冊在該SGSN期間使用。
2)New、SGSN根據(jù)DNS解析的Old、MME地址發(fā)送SGSN、Context、Request消息，攜帶原LTE網(wǎng)絡(luò)的“Old、P-TMSI：e00101cb/LAC：32773/RAC：1”信息(SGSN中無須進(jìn)行換算)，目的是通過Old、P-IMSI向Old、MME獲取該UE的IMSI、MM、Context、PDP、Context。
Old、MME回復(fù)SGSN、Context、Response給New、SGSN(攜帶IMSI、MM、Context、PDP、Context)。
3)New、SGSN通過CommonID下發(fā)IMSI給UE。
4)New、SGSN發(fā)起安全流程(使用從Old、MME的MM、Context中傳遞來的EncryptKey和IntegrityKey)。
5)New、SGSN向PDN、GW發(fā)起Update、PDP、Context流程(通告SGSN、address、IP與PDN、GW、address、IP進(jìn)行QoS協(xié)商)。
6)New、SGSN向HSS發(fā)起Update、Location流程，HSS觸發(fā)Insert、Subscriber、Data流程。
7)Old、MME向Serving、GW發(fā)起Delete、Session流程，刪除承載。
(4)經(jīng)驗點
該項測試中需要關(guān)注：
1)RAU、Request是否攜帶Old、P-TMSI，RAU、Accept是否攜帶New、P-TMSI。
2)DNS解析能否正確指向New、MME。
3)New、SGSN通過SGSN、Context流程以P-TMSI向Old、MME獲取TMSI、MM、Context、PDP、Context是否正常。
4)鑒權(quán)參數(shù)的獲取以及鑒權(quán)過程是否正常(根據(jù)TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)參數(shù)配置)。
5)New、SGSN是否使用從Old、MME獲取的EncryptKey和IntegrityKey發(fā)起安全流程。
6)New、SGSN是否通過Update、PDP、Context流程與PDN、GW進(jìn)行GSN、address、IP通告和QoS協(xié)商。
7)Old、MME是否正常刪除用戶信息，不存在該用戶信息。
8)Old、MME是否通過Delete、Session流程成功刪除承載。
3.4、移動用戶處于UTRAN
PMM_IDLE狀態(tài)，重選
到E-UTRAN，引起TAU
該項測試驗證雙模終端用戶在UTRAN、PMM_IDLE狀態(tài)下能否成功從TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)發(fā)起跟蹤區(qū)更新(TAU)至TD-LTE網(wǎng)絡(luò)下。
(1)預(yù)期信令流程
預(yù)期信令流程如圖5所示。
(2)現(xiàn)網(wǎng)信令分析
UE發(fā)送TAU、Request消息給New、MME(攜帶Old、GUTI：“MME、Group、ID：55596/MME、Code：6/M-TMSI：ee024a9d”，以及Additional、GUTI：“MME、Group、ID：32773/MME、Code：1/M-TMSI：e00001cb”)。
New、MME發(fā)送SGSN、Context、Request消息給Old、SGSN(攜帶Old、GUTI：“MME、Group、ID：55596/MME、Code：6/M-TMSI：ee064a9d”)，Old、SGSN返回SGSN、Context、Response消息(攜帶IMSI、MM、Context、PDP、Context)。
New、MME向HSS發(fā)送Authentication、Information、Request(攜帶IMSI，請求1組EPS安全向量)，HSS響應(yīng)Authentication、Information、Answer消息(回復(fù)1組EPS安全向量)。
New、MME發(fā)起鑒權(quán)流程(采用RAND/AUTN)。
New、MME發(fā)起安全流程(未開啟安全算法，未攜帶SecurityKey)。
New、MME發(fā)送SGSN、Context、Acknowledge消息給Old、SGSN。
New、MME向Serving、GW發(fā)送Create、Session、Request消息(攜帶承載信息)。
Serving、GW向New、MME發(fā)送Create、Session、Response消息(承載創(chuàng)建成功)。
New、MME向HSS發(fā)送Update、Locat
ion、Request消息更新位置(攜帶IMSI、VPLMN、RAT、Type)。
HSS響應(yīng)Update、Location、Answer消息，包含簽約數(shù)據(jù)(攜帶MSISDN和用戶簽約的QoS)。
New、MME發(fā)送TAU、Accept響應(yīng)UE(攜帶New、GUTI：“MME、Group、ID：32773/MME、Code：1/M-TMSI：e00001d2”)。
UE響應(yīng)TAU、Complete消息。
(3)測試小結(jié)
1)TAU、Request消息攜帶Old、GUTI以及Additional、GUTI，其中Old、GUTI包含原TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的LAC/RAC/P-TMSI信息。
Old、GUTI為“MME、Group、ID：55596/MME、Code：6/M-TMSI：ee024a9d”;
LAC=MME、Group、ID：55596;
RAC=M-TMSI：ee024a9d的第5、6字節(jié)=“02”;
P-TMSI=“M-TMSI：ee024a9d”中RAC替換為“06”=“ee064a9d”。
TAU成功后，TAU、Accept消息攜帶New、GUTI(MME、Group、ID：32773/MME、Code：1/M-TMSI：e00001d2)，該GUTI將在該用戶注冊在該MME期間使用。
2)New、MME根據(jù)DNS解析的Old、SGSN地址發(fā)送SGSN、Context、Request消息，攜帶原TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的“LAC：55596/RAC：2/P-IMSI：ee064a9d”信息(信息的轉(zhuǎn)化見上面描述)，目的是通過P-IMSI向Old、SGSN獲取該UE的IMSI、MM、Context、PDP、Context信息。
Old、SGSN回復(fù)SGSN、Context、Response給New、MME(攜帶IMSI、MM、Context、PDP、Context)。
3)New、MME向HSS獲取鑒權(quán)參數(shù)正常。
4)New、MME發(fā)起鑒權(quán)流程(采用RAND/AUTN)，雖然開啟安全流程，但是未開啟安全算法，未攜帶SecurityKey。
5)New、MME向Serving、GW發(fā)起Create、Session流程(承載創(chuàng)建成功)。
6)New、MME向HSS發(fā)起Update、Location流程(通過IMSI獲取MSISDN和用戶簽約的QoS)。
(4)經(jīng)驗點
該項測試中需要關(guān)注：
1)TAU、Request是否攜帶Old、GUTI，Old、GUTI與P-TMSI的轉(zhuǎn)化是否正確，TAU、Accept是否攜帶New、GUTI。
2)DNS解析能否正確指向Old、SGSN。
3)New、MME通過SGSN、Context流程以P-TMSI向Old、SGSN獲取IMSI、MM、Context、PDP、Context是否正常。
4)鑒權(quán)參數(shù)的獲取以及鑒權(quán)過程是否正常。
5)安全過程是否真實開啟安全算法，攜帶安全密鑰。
6)Old、SGSN是否正常刪除用戶信息，不存在該用戶信息。
7)New、MME是否發(fā)起Create、Session流程成功創(chuàng)建承載。
4、結(jié)論與建議
本文針對TD-LTE與TD-SCDMA雙網(wǎng)互操作測試中核心網(wǎng)部分的開機(jī)駐流和空閑態(tài)重選信令進(jìn)行分析，對測試結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，提煉出測試中需要關(guān)注的關(guān)鍵點，給其他地市提供TD-LTE與TD-SCDMA雙網(wǎng)互操作經(jīng)驗，使網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化維護(hù)人員能夠了解到互操作的信令流程以及互操作中核心網(wǎng)部分的原理。同時，通過對現(xiàn)網(wǎng)信令分析，也為《TD-LTE規(guī)模技術(shù)試驗-六城市測試-TD-LTE/3G/2G系統(tǒng)間互操作測試規(guī)范》提出了一些補(bǔ)充和修正建議，完善互操作測試規(guī)范。
鑒于以上的測試結(jié)果，目前TD-LTE與現(xiàn)有TD-SCDMA的雙網(wǎng)互操作滿足基本使用需求，后續(xù)在TD-LTE終端成熟以后建議進(jìn)行連接態(tài)切換測試以及雙網(wǎng)策略設(shè)置的研究，進(jìn)一步滿足用戶豐富的使用場景。
參考文獻(xiàn)：
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