电路交换回退改进和更智能的实现方式

© 2013由Elsevier B.V.发布。由美国应用科学研究所负责选择和/或同行评审可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectAASRI Procedia 4（2013）9 - 172013年AASRI智能系统与控制电路交换回退改进和更智能的实现方式Youness Jouihri，Zouhair GuennounElectronique摘要世界各地的运营商都在寻找最新的技术和设施来吸引更多的客户。LTE是最新的移动技术，主要用于高速数据传输，如果它能够提供与现有网络相似甚至更好的语音服务，它将有机会取代现有的传统网络。延迟提供支持单无线电语音呼叫连续性（SRVCC）解决方案的可行手机迫使许多运营商使用中间语音解决方案，例如电路交换回退（CSFB），这并不真正优雅，以便宣布在其网络上支持语音服务，而忽略了严重影响其用户质量体验的事实。我们提出了一种更智能的CSFB实施方式，以消除运营商面临的所有困惑，这些运营商仍然没有LTE网络，并且在SRVCC解决方案（假设在未来几个月内有可行的手机）或实际CSFB部署之间犹豫不决。第一种选择可能会让其他竞争对手在媒体战中领先，而第二种选择可能会耗尽为LTE语音项目预留的成本资源，并根据网络的宽度消耗更多的时间。我们还提出了一些有趣的建议，以减少呼叫建立时间并改善用户质量体验，以克服CSFB解决方案的主要缺点。© 2013作者。由Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放获取。由美国应用科学研究所负责选择和/或同行评审关键词：CSFB; LTE语音; SRVCC;1. 介绍在成功测试从LTE网络到WCDMA的第一个语音呼叫切换之后，在不久的将来支持SRVCC功能的手机的可用性成为确定的[1]。本宣言2212-6716 © 2013作者由Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放获取。美国应用科学研究所负责的选择和/或同行评审doi：10.1016/j.aasri.2013.10.00310Youness Jouihri和Zouhair Guennoun / AASRI Procedia 4（2013）9增加了仍然具有无网络LTE网络的运营商面前的挑战，并且愿意加入已经在其LTE网络上宣传语音服务可访问性的运营商群体，这些运营商中的大多数选择了电路交换回退（CSFB）解决方案，这是一种通过LTE提供语音的简单解决方案[2]。SRVCC解决方案是4G LTE语音路线图中的下一个逻辑步骤[1]，但愿意直接使用此选项的运营商无法确保其用户了解其他竞争对手或运营商宣布的类似语音服务的可用性，因为他们对可行的手机可用性时间没有任何真正的了解[2]。此外，投资部署CSFB解决方案，应该增加为LTE语音项目预留的重要费用，并且可能需要比预期的手机支持SRVCC更多的时间，特别是通过采用CSFB实现的实际方式。其余部分概述如下：在第2节中概述CSFB解决方案、优点和缺点、实际实施和对用户质量体验影响最明显的呼叫场景之后。第3节，介绍了部署CSFB过程的智能方法和修改后的呼叫流程，以克服大多数受影响情况下的呼叫建立时间延迟。第四节介绍了我们的实验结果。最后，第5节提供了总结。2. CSFB概述、优点和缺点、实际实施以及对用户质量体验有最明显影响的呼叫场景。CS回退是由3GPP定义的临时解决方案之一，以通过重用CS基础设施来实现语音和其他CS域服务[3]，LTE将仅提供数据服务，并且对于语音呼叫的发起或接收，将执行到CS域的回退[4]。该功能仅在LTE覆盖与CS覆盖重叠的网络中可用[3]，并且其中MME和MSC服务器可以使用被定义为使得LTE用户能够使用CS域的SG接口进行通信[5]。CS回退功能提供无缝语音服务，而无需在LTE网络中实现IP语音（VoIP）[6]。如图1所示，当我们具有朝向LTE用户的移动终接呼叫时，MSC服务器将向MME发送寻呼请求（消息（1）），并且MME将寻呼UE（消息（2）（3））[5]。该寻呼发起CS回退过程，因为用户将请求2G/3G网络进行转换（消息（4）），一旦转换，将执行正常的CS移动终端呼叫过程[5]。对于移动发起呼叫，除了不需要寻呼部分之外，将遵循相同的过程。当语音呼叫结束时，UE必须返回LTE网络[5]。目前，对于使用MSC服务器的运营商来说，为了在其网络上添加CSFB功能，他们需要升级其整个MSC服务器以支持SGs接口，该接口将允许传统网络和LTE网络之间的通信[3]。Fig. 1.在混合网络中使用SG接口的CS回退过程。Youness Jouihri和Zouhair Guennoun / AASRI Procedia 4（2013）911不幸的是，CSFB有许多缺点，其最坏的影响是在接收或拨打电话时增加了额外的呼叫建立时间[7]。呼叫建立时间是决定用户体验质量的主要因素[7]。基于SRVCC（One Voice或VOLGA）的解决方案被更多地推荐用于替代角色，直到具有完整的LTE覆盖，并且VOIP将成为主要语音服务的提供商[8]，但是在手机级别上实现SRVCC的延迟[2]给愿意向其已经部署的LTE网络添加更多服务的运营商带来了巨大的挑战。增加重要的服务可能会吸引更多的客户;也为愿意在广告活动中宣传拥有最好的LTE网络的运营商提供了额外的积分，特别是如果我们知道这些服务可以产生巨大的收入，如语音，已经被证明是传统网络上的主要收入来源服务[8]。在使用单无线电语音呼叫连续性（SRVCC）[1]成功完成从LTE移动网络到WCDMA的第一次语音呼叫切换之后，运营商离获得支持SRVCC的手机又近了一步，但是关于手机交付的确切时间没有官方确认，并且应该进行完整的测试用例，包括所有切换用例（从LTE到2G网络并返回，从LTE到UMTS网络并返回，从CDMA 2000网络并返回），这需要时间。更重要的是，使用多种技术的运营商必须对新手机的所有功能进行测试，如果在测试期间出现任何问题，则升级到手机制造商，并等待新版本，包括在LTE语音服务商业推出之前所需的更正。基于以上几点，愿意为其无蜂窝LTE网络添加语音功能的运营商正在两种选择之间犹豫不决。第一种选择是等待支持SRVCC的手机，并将媒体战中的优势让给竞争对手，因为许多运营商已经宣布在其LTE网络上使用替代解决方案（如UMTS运营商的CSFB或CDMA2000运营商的主动双模操作）支持语音服务[2]。第二种选择是采用其他替代方案，不像CSFB [2]那样真正优雅，这将严重影响用户体验质量，并为LTE语音项目部署增加更多成本费用，即使很快;所有运营商都必须采用SRVCC解决方案，因为它是4G LTE语音路线图的下一个逻辑步骤[1]。实际的CSFB实施也需要时间来完成所有MSC服务器的升级，这将使选择更加困难，因为手机制造商预计将在几个月内拥有所需的手机。为了方便营办商作出选择，我们必须简化CSFB的实施，以便将成本费用和时间消耗降至最低。此外，我们必须改善呼叫建立时间延迟，这是最大的CSFB缺点。为此，我们必须研究实际的CSFB实现，并检查呼叫建立时间延迟是否在所有情况下都是可见的，或者只有特定的呼叫场景需要改进。通过选择正确的呼叫建立方法、基于重定向的CSFB方法，并且在商业基础设施中在各种良好和不良无线电条件下平均执行详细测量之后，已经得出结论，CSFB呼叫建立增量可能不会影响用户体验，因为测量落入3G呼叫建立时间的范围内，甚至本地信号强度和网络条件的影响可能大于CSFB呼叫建立时间损失[5]。所执行的测量采用了理想情况，其中UE将以已经存储在MSC服务器上的相同3G小区为目标[5]。为了始终使用相同的小区，LTE和3G，任何给定位置的接入模式必须始终相同，这永远不会是这种情况，因为我们具有不同的频率，具有不同的地形传播和结构穿透特性，以及潜在的不同固定天线站点[5]。LTE小区可以重叠两个或更多个3G小区，这可能会由于MSC服务器上的用户位置更新而引入大量的建立延迟[5]。这个位置区域更新过程可能会在设置时间上增加几秒钟的延迟，这取决于网络上的负载[5]。如果从LTE到3G的过渡发生在MSC服务器“边界”区域，则影响将更大，其中将涉及MSC服务器的更改[5]。在这种情况下，涉及MSC服务器（新的和旧的）和MSC服务器12Youness Jouihri和Zouhair Guennoun / AASRI Procedia 4（2013）9更新UE位置信息。对于这最后一种情况，如果CS网络不支持移动端接漫游控制（MTRR）过程，则呼叫将被清除[6]。MTRR过程可能会给建立时间增加超过4秒的延迟，这将显著影响用户质量体验[5]。解决MTRR过程引起的建立延迟的当前建议是部署MSC池架构[5]，这可能导致超过为CSFB实施预留的时间和成本费用。我们可以得出结论，实际的CSFB部署需要在所有MSC服务器中添加SGs接口支持，而且用户体验将主要受到使用移动端接漫游VoIP过程的呼叫的影响。那么，我们如何使CSFB实现简单呢？我们可以建议哪些修改，以改善需要MTRR程序的呼叫的呼叫建立时间？3. 部署CSFB过程的智能方式和修改的呼叫流程，以克服最受影响的情况下的呼叫建立时间延迟。3.1. 部署CSFB程序对于具有混合（LTE 3G/2G）网络并使用MSC服务器的运营商，CSFB部署需要在所有MSC服务器中进行软件升级，以通过添加对SG接口的支持来实现LTE网络（MME）和传统网络（MSC服务器）之间的通信[3]。整个网络的升级可能会耗尽LTE网络上为语音项目预留的所有资源。此升级将仅为语音服务提供临时解决方案[1]，以绕过SRVCC解决方案可用性所需的预期短时间[2]，运营商必须将其语音项目预算的大部分投入其中。整个CSFB部署需要时间，根据网络上MSC服务器的数量，成本将更高，并且实施将导致实时服务的停机时间，这可能导致收入损失，并为竞争运营商提供机会，以在停机时间期间捕获从MSC服务器向其网络移动的漫游者。对于拥有大网络和大量MSC服务器的运营商来说，这种影响将更加明显。为了使CSFB的实现变得简单和容易，我们应该找到一种方法来补偿整个实现，并用有限的改变来代替一般的改变。使用代理设备来实现所需功能的想法似乎是显而易见的，但明智地选择这种设备可能会节省时间并降低成本。通常，所有MSC服务器都相互连接（使用BICC或SIP连接），因此，如果我们将在其中之一上实现CSFB过程，并通过增加MME与具有CSFB解决方案的MSC服务器之间的信令容量来增强该实现以支持来自所有其他MSC服务器的业务，我们将节省增加新设备的成本，并节省使用现有连接向其他MSC服务器提供CSFB服务的时间。具有此功能的MSC服务器将扮演CSFB服务的代理的角色，并将被称为代理MSS;我们可以根据业务负载和运营商的决策拥有多个代理MSS，但作为第一步，我们可以从一个代理MSS开始。我们还必须明智地选择计划用作代理MSS的MSC服务器，因为代理MSS的使用将增加CSFB呼叫建立时间的额外时间，因为呼叫必须发送到代理MSS，并且寻呼请求将从那里发送到MME。在完全CSFB实现的情况下，寻呼可以直接从发起呼叫的MSC服务器发送到MME [3]。所选择的MSC服务器应该是通常服务于最大数量的用户并且与无线电网络具有最大连接的MSC服务器，因此我们可以减少由于代理MSS而受到该额外时间影响的用户的数量，并且我们将最小化在CSFB过程期间在不同MSC服务器中发生位置更新的情况，并且减少MTRR过程的需要。Youness Jouihri和Zouhair Guennoun / AASRI Procedia 4（2013）913代理MSS似乎是在不显著影响现有3G/2G网络的情况下启用CSFB解决方案的最佳选择，但是如前所述，在MSC服务器“边界”区域上，用户体验将受到严重影响，其中MTRR过程可能会给呼叫建立时间增加超过4秒的延迟[5]。我们将尝试增强的用例是需要MTRR过程并且寻呼请求将从代理MSS转发到MME的呼叫场景。通过对一般MTRR呼叫流程提出一些修改，可以删除许多消息。因此，我们可以克服由代理MSS添加所增加的额外时间，甚至更多，我们可以增强执行MTRR过程所需的实际长呼叫建立时间，并且严重影响用户的质量体验[5]，而不需要任何昂贵的解决方案，例如池化架构。这些修改将基于在正常信令消息上添加额外信息，因此接收这些消息的实体将获得完整的信息，并且将不等待新消息来执行下一任务。3.2. 受影响最大的用例的修改后的呼叫流，包括添加代理MSS我们的优化呼叫流将基于这样的使用情况，其中UE在CFSB过程期间驻留在由与具有用户设备注册的MSS不同的MSS服务的GERAN/UTRAN小区上。在当前的解决方案中，应该发生位置更新过程，还需要移动端接的漫游切换过程来成功地终止呼叫[6]。如图2所示，对于正常MTRR情形，如果移动终接呼叫到达GMSC，则GMSC将通过向MSC发送发送路由信息（SRI）来执行MSC查询。GPRS将发送提供漫游号码（PRN）消息以从MSS获得MSRN，MSS将在PRN响应上提供移动订户漫游号码（MSRN），并且GPRS将在SRI响应上将MSRN转发到GMSC。GMSC将基于接收到的MSRN向MSC服务器发起初始地址消息（IAM）。一旦接收到，MSC服务器将向MME发送通过SG的寻呼请求，并且MME将寻呼UE。这里我们的建议是，将寻呼请求添加在从MSC发送到代理MSS的PRN消息上，如图3所示，一旦MSC发现用户在LTE网络中漫游，代理MSS将直接向MME发送通过SG的寻呼请求。2）。SGs接口上的寻呼将启动可能较长的CS回退过程，为此，我们必须增加GPRS上的PRN定时器，或者为具有寻呼请求的PRN请求制作单独的定时器，因此我们的呼叫将不会由于PRN定时器到期而被清除。之后，对于这两种情况，MME将通过向MSS/VLR或代理MSS发送服务请求消息来发起寻呼过程，该服务请求消息将被视为中间寻呼响应并且将用于停止寻呼定时器[3]。一个新的定时器将开始监督来自终接用户的最终寻呼响应，此时，用户可以选择是否接受呼叫[3]。如果订户接受呼叫，则在我们的用例中，UE驻留在由与具有其注册的MSS不同的MSS服务的GERAN/UTRAN小区上。UE执行回退到GERAN/UTRAN，并向控制目标GERAN/UTRAN接入的新访问MSS（VMSS）发送位置更新请求。新的VMSS向MSC发起更新位置过程，并且MSC在正常MTRR情况下向旧的MSS发送MAP取消位置，或者在我们的用例中向代理MSS发送MAP取消位置（图2和图3）。在我们的用例中，一旦代理MSS接收到取消位置消息，它就识别出UE执行了到另一个VMSS的回退。代理MSS停止SG接口上的寻呼，并向VMSS发送SRI消息以从新VMSS获得路由信息（MSRN）。将不需要RCH和释放消息，因为这些消息用于在从GMSC接收到IAM消息中的该请求之后释放GMSC与发起寻呼过程的MSS之间的连接。14Youness Jouihri和Zouhair Guennoun / AASRI Procedia 4（2013）9HLRMSS/VLRSriSRI ACK（MSRNPRNPRN ACK（MSRN）IAM（MSRSG上的寻呼寻呼服务请求扩展服务请求MAP位置更新Roq位置更新取消位置取消位置响应恢复呼叫处理恢复呼叫处理ACK RELRLC砂 第二次SRISri路由器延迟PRN的发送，直到LU完成插入子数据MAP位置更新CfmPRNSRI ACK（MSRNIAM（MSRPRN Rsp（MSRN位置更新接受TMSI重新分配完成寻呼寻呼响应设置呼叫被确认提醒ACMUESAE/LTEGMs新的VMSS/VLR新的VMSC/VLR延迟设置，直到LU程序完成旧MSC停止寻呼定时器并通知GMSC图二、成功检索路由信息后移动终端漫游重试呼叫的信息流[3]。但是在我们的使用情况中，代理MSS在接收到包括该信息的PRN之后直接开始寻呼，这消除了发起寻呼的GMSC IAM消息的需要（如前所述），因此在GMSC和代理MSS之间没有打开的连接，这将不需要任何RCH和释放消息来关闭它。接下来，对于这两种情况，一旦MSC从GMSC或代理MSS接收到SRI，它将PRN发送到新的VMSS。新的VMSS在响应中使用MSRN进行应答。代理MSS或GMSC基于接收到的MSRN发起IAM消息。Youness Jouihri和Zouhair Guennoun / AASRI Procedia 4（2013）915在正常MTRR情况下，在接收到IAM消息之后，新MSS将通过A/Iu接口开始寻呼，UE将用寻呼响应进行回复。从这一点来看，呼叫建立过程与标准CS移动终止呼叫相同（图2）。2）。在我们的用例中，我们建议使用标志来指示新MSS上任何移动终接呼叫的挂起状态。因此，在由UE发起的位置更新请求期间，作为CS回退到GERAN/UTRAN过程的结果，MSS必须检查任何未决的终止CS呼叫，如果设置了标志，则在针对未决呼叫的位置更新过程完成之后维持无线电连接。MSS可以启动定时器来监督呼叫建立的到达，在接收到来自代理MSS到新MSS的IAM消息之后，MSS停止定时器并且像往常一样建立CS移动终止呼叫，重新使用所保持的信令连接。因此，不需要通过A/Iu接口进行新的分页。寻呼过程是耗时的操作，并且对于许多情况，需要重新寻呼动作来到达UE，这将使操作时间加倍。采用此建议可大大缩短呼叫建立时间。图三.使用代理MSS解决方案的16Youness Jouihri和Zouhair Guennoun / AASRI Procedia 4（2013）94. 实验结果呼叫建立时间的测量已经收集从现场3G网络与商业基础设施。我们的建议，修改CSFB呼叫流不能直接和容易地在实时网络上实现。改变后的呼叫建立时间的值已经通过模拟相同的先前呼叫来测量，在实时网络上完成，重复使用每个消息所花费的确切持续时间，直到组成完整的修改后的呼叫流，尊重我们的建议。在所提出的呼叫流上，用于触发SG上的寻呼的IAM消息将与它们对应的RCH和释放消息一起被移除;也将不需要Iu接口上的寻呼过程。如前所述，寻呼过程是耗时的操作。表1显示，在测试期间执行的大多数呼叫都需要重新寻呼操作，这增加了呼叫建立时间的损失。从图4中，我们可以得出结论，采用修改的呼叫流程将给出在3G呼叫建立时间范围内的CSFB呼叫建立时间，这将使该解决方案对运营商呼叫建立时间（s）更改后的呼叫设置见图4。比较更改前后的呼叫建立时间。表1.更改前后的呼叫建立时间，包括寻呼尝试次数。呼叫呼叫建立时间（s）寻呼时间（s）寻呼次数尝试第一个ISUP消息时间更改后的呼叫设置T110.411.3710.688.36T211.053.12820.77.23T313.133.11921.78.31T411.963.12721.57.34T513.043.10922.197.745. 总结我们为准备在LTE网络上添加语音服务的运营商提供了一种智能而简单的方法来实施CSFB解决方案，并消除了LTE语音部署的所有困惑。该解决方案将允许运营商通过采用快速、小型的Youness Jouihri和Zouhair Guennoun / AASRI Procedia 4（2013）917在网络上的变化，这将导致一个最低成本的费用。在大多数LTE运营商被迫等待支持SRVCC解决方案的可行手机来实现其多媒体梦想并提供高清（HD）语音服务的时候。通过采用我们的建议，运营商可以克服呼叫建立时间延迟，并为客户提供舒适的质量体验。即使在SRVCC解决方案实施后，我们的解决方案也可以用于不支持该解决方案的漫游器或手机，那么我们改进的CSFB解决方案如何在未来与SRVCC解决方案共存，是否有任何进一步的改进？引用[1] Tina Asmar，Warren Kneeswear，高通公司“通过单无线电语音呼叫连续性为首次成功的LTEVoIP呼叫提供动力”，高通公司媒体，2012年2月。[2] Neal Gompa，First LTE to WCDMA voice call handover completed by Qualcomm andEricsson，EXTREMETECH，February，2012.[3] 3GPP TS 23.272，演进分组系统（EPS）中的电路交换（CS）回退，2012，版本8，阶段2。[4] 陈群辉，VoLTE演进与部署，华为通信，2011，61：52-55.[5] 高通，电路交换回退移动LTE设备语音演进的第一阶段，高通媒体，2012年。[6] 诺基亚西门子通信，功能1914：MSC服务器EPS中的CS回退，2012年1[7] Kineto Wireless，CSFB作为提供LTE语音解决方案的关键检查，破坏性分析，2009年12月。[8] Y. Jouihri，Z. Guennoun，开始部署LTE的运营商的语音服务实施解决方案比较。Communications and Network Journal，2012; 4（2）：122-128.