CSFB缩短时延方法研究汇总材料.docx
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CSFB缩短时延方法研究汇总材料
CSFB缩短时延方法研究
目录
一、研究开展与成果3
1、CSFB呼叫全流程时延比对分析3
2、CSFB呼叫鉴权组数量优化（BSC级参数MSCR修改）4
3、TCH分配机制研究与优化5
4、CSFB寻呼间隔时长优化6
5、基于爱立信端局的双域鉴权功能研究7
二、研究开展与成果9
1、关闭非重要流程研究（IDRQ+3GClassMark+ECSC+SDCCH等待测量报告功能（GSMBSC级））9
2、TCH立即指配允许（GSM小区级）10
3、被叫选择性鉴权（GSM核心网级）13
4、UE不活动定时器（LTE基站级）14
三、研究开展与成果14
1、鉴权类参数优化15
2、指配类参数优化——开启并行指配15
3、MTRF类参数优化——MTRF场景下插入用户数据完成后立即返回PRN响应16
4、早回ACM开启试点验证16
四、总结17
一、研究开展与成果
针对CSFB呼叫时延缩短方法的研究主要涉及GSM网络的核心网和无线网，针对的厂商有核心网爱立信、无线网爱立信、诺基亚和阿朗。
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：
✓CSFB主叫收到ImmediateAssignment至网络下发鉴权请求阶段；
✓CSFB被叫pagingresponse至网络下发鉴权请求阶段；
✓CSFB被叫发送CallConfirm至网络下发AssignmentCommand阶段。
表1-1CSFB呼叫与GSM普通呼叫主叫各信令节点时延比对
表1-2CSFB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CallConfirm至AssignmentCommand阶段的时延增长是由于CSFB呼叫的Callconfirmed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（MSCRelease）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
厂商系统
参数名
参数级别
参数取值
默认设置
阿朗
MSCR
BSC级
0：
MSC支持R98及之前的终端
1：
MSC支持R99及之后的终端
0
爱立信
MSCREL
BSC级
1
诺基亚
MSCRELEASE
BSC级
1
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（MSCRelease）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GSMphase2，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1-4MSCR参数修改前后CSFB呼叫时延对比
CSFB呼叫时延
定点测试
网格测试
优化前
9.49
9.92
优化后
8.94
9.32
变化幅度
0.55
0.60
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CellBar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，ClassmarkChange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ClassmarkChange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1-5CSFB被叫TCH分配时长对比
CSFB被叫信令
其他省市
CallConfirmed
00:
00.000
-------
AssignmentCommand
00:
01.699
00:
00:
781
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
计时器
含义
取之范围
默认值
设置值
TIMEMGWDM
主叫等待被叫接入确认的时长
1-14秒
5秒
5秒
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Callconfirmed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
网格
CSFB呼叫时延（修改前）
CSFB呼叫时延（修改后）
时延变化
79
10.471
9.702
0.768
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extendedservicerequest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-SR14/14B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selectiveauthentication：
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2GLAU、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。
二、研究开展与成果
针对CSFB呼叫时延缩短方法的研究分为回落时延与建立时延维度，从不同层级的网元（GSMBSC级、GSM小区级、GSM核心网级、LTE基站级）进行研究、调整、验证，针对性的开展优化、研究工作。
1、关闭非重要流程研究（IDRQ+3GClassMark+ECSC+SDCCH等待测量报告功能（GSMBSC级））
1）功能介绍
表2-1非重要流程关闭优化内容
修改内容
参数解释
修改效果说明
IDRQ
在GSM网络中为了记录呼叫话单，需要查询用户的IMSI信息，可以在不需要针对用户异常事件分析的情况下，考虑关闭IDRQ功能，达到减少时延的效果
关闭获取用户身份标示功能（关闭小区级单用户跟踪测试开关、关闭IdentityRequest流程开关），关闭该功能后能减少GSM系统信令交互及系统信令负荷
3GClassMark
网络为了获取终端的Utran能力，向终端下发的Utran能力查询功能，以判断终端是否支持3G网络，是否允许终端发起向3G网络的切换。
由于目前不支持GSM到TDS的切换，所以网络可以不获取3GClassMark信息
关闭3GClassmark功能。
BSC上通过开关，在系统广播消息中控制UE接入过程不上报UltranClassmask消息
ECSC
指提早发送类标控制（earlyclassmarksendingcontrol），表示在某个小区内的MS是否使用提早发送类标。
在立即指配成功后，MS尽可能早的主动发送附加的类标信息给网络。
MS发送的附加的类标信息中主要包括CM3（类标3）。
CM3表征了MS的频段支持能力（用以后续的业务信道分配）、各个支持频段的功率消息（用以不同频段间的切换执行）和加密能力
配置为中高度时，当MSC查询UE的2G类标时，BCS用已获取的类标直接反馈给MSC，避免了再次查询终端类标的流程
SDCCH等待测量报告功能
SDCCH上呼叫驻留的时长必须达到该参数配置值才允许完成指配流程，否则等待
当打开SDCCH等待测量报告功能后，呼叫会在SDCCH信道上达到一定的驻留时长再进行指配流程，会有2-3个测量报告的延迟，就会导致信道激活时长增加，最终使整个呼叫建立的时长增加，关闭可以减少呼叫延时
2）优化效果评估
对参数进行优化调整后，试点区域CSFB时延均值缩短1s左右，时延对比测试结果如下：
表2-2参数优化前后时延对比测试结果
状态
样本1
样本2
样本3
样本4
样本5
样本6
样本7
样本8
样本9
样本10
时延均值
修改前
11.51
9.526
12.354
9.899
11.697
11.905
10.933
10.584
10.341
11.499
11.0248
修改后
10.151
8.204
9.738
8.304
10.941
9.878
10.128
10.662
11.386
11.038
10.043
3）小结
关闭非重要流程（IDRQ+3GClassMark+ECSC+SDCCH等待测量报告功能）整体可以改善时延1s左右，且对网络指标无异常影响。
为了缩短业务时延，改善客户感知，可以将非重要信令流程暂时进行关闭，必要时再开启。
2、TCH立即指配允许（GSM小区级）
1）功能介绍
TCH立即指配功能是终端在建立信令时就建立在TCH信道上，而不建立在SD信道上，网络直接在TCH信道上完成鉴权、加密以及其他一些信令交互，并完成后续的呼叫建立过程（此时的TCH信道是被当作信令信道使用的）。
当收到MSC下发的AssignmentRequest消息，BSC通过模式修改命令将用于信令交互的TCH信道修改为真正的业务信道；在业务指派时不需要更新无线信道，只需要更新无线信道标识，改善了指派过程的时间。
优点：
通过开启TCH立即指配功能，可以提高CSFB业务的接续速度，减少业务时延。
缺点：
使用TCH会占用更多的信道，增加了无线资源利用率，易造成GSM网络拥塞。
2）优化效果评估
✓定点测试
对选择的5个小区开启TCH立即指配功能验证，功能开启前后各进行15次定点测试，删除回落到未做立即指配的小区，CSFB平均时延从功能开启前的11.38秒下降到8.13秒，时延减少了3.25秒，时延降低明显。
表2-3定点测试时延对比
开启状态
测试方式
呼叫次数
主叫时延
被叫时延
主叫CMServicerequest—Alerting
未开启“TCH立即指配功能”
定点
15
11.38
5.774
9.23
开启“TCH立即指配功能”
定点
15
8.13
3.854
6.39
✓网格测试
试点网格5共有GSM道路小区192个，通过对这些道路小区的无线资源利用率进行评估后，共130个小区可开启TCH立即指配功能，占所有道路小区的67.71%。
表2-4THC网格测试时延对比
TCH立即指配开启情况
鼎利+索尼M35T
Probe+D2
呼叫次数
主叫平均时延（S）
呼叫次数
主叫平均时延（S）
开启前
66
11.03
57
11.67
开启后
56
10.68
59
11.24
改善
-
0.35
-
0.43
表2-5回落几率统计
主叫回落情况
鼎利+索尼M35T
Probe+D2
呼叫次数
主叫平均时延（S）
呼叫次数
主叫平均时延（S）
主叫回落至未开启TCH立即指配小区
28
11.25
35
11.83
主叫回落至已开启TCH立即指配小区
28
10.10
24
10.37
主叫回落至已开启TCH立即指配小区比例
50.00%
-
40.68%
-
通过统计发现，在网格5内67.71%的GSM道路小区开启TCH立即指配后，CSFB主叫平均时延缩短了0.4s左右，约有45%的几率回落至已开启TCH立即指配小区。
3）GSM小区开启TCH立即指配标准评估
TCH立即指配开启后，对于缩短呼叫业务时延起到了积极的正向增益（定点测试改善时延3.22S左右），但是有可能对GSM网络负荷等方面产生影响，增加了GSM小区拥塞的风险。
以全网小区为样本进行拥塞概率与无线资源利用率走势统计结果如下：
图2-1无线资源利用率与小区出现拥塞概率关系走势图
注：
拥塞概率＝拥塞小区个数/利用率范围内小区总数
根据统计：
小区出现拥塞概率伴随无线资源利用率提升而升高，从走势图来开75%是分水岭，超过75%以后拥塞率明显加大，因此选择无线资源利用率低于75%小区开启TCH立即指配功能对小区拥塞率没有明显影响。
通过选取无线利用率低于75%以下的小区进行实验评估，验证了在GSM小区无线资源利用率不高（<75%）情况下，开启TCH立即指配功能对GSMKPI的无明显影响。
4）小结
✓GSM网络侧开启TCH立即指配允许开关，定点测试改善时延3.22S左右，拉网测试时延缩短0.4s。
✓现网验证，在GSM小区无线资源利用率不高（<75%）情况下，开启TCH立即指配功能对GSMKPI的影响可以忽略不计。
为规避GSM小区拥塞的风险，GSM开启TCH立即指配功能的无线利用率门限需确保在75%以下。
✓开启效果和开启的GSM小区比例强相关。
✓开启该功能，需要提前进行GSM小区无线利用率评估，做好开启门限的验证工作，为网络安全考虑，建议仅在特殊场景合理应用使用。
3、被叫选择性鉴权（GSM核心网级）
1）功能介绍
根据集团公司下发的《CSFB日常维护关键性能指标分析指导手册V1.0-下发版》中关于鉴权参数设置建议：
目前规范主叫每次鉴权，被叫选择性鉴权，建议启用选择性鉴权缩短接续时延。
公司针对CSFB用户回落2G时做被叫进行鉴权调整试验，通过对被叫16/1鉴权和4/1鉴权参数调整，达到缩短CSFB时延的目的。
2）优化效果评估
选取试点区域内两个地点做定点测试，分别在功能开启前、开启四分之一鉴权和开启十六分之一鉴权时各进行20次CSFB呼叫。
为排除其他因素对实验效果的影响，只统计被叫RRPagingResponse至RRAssignmentComplete的时延。
表2-6各种鉴权方式时延对比
RRPagingResponse至RRAssignmentComplete时延统计
RRPagingResponse至Setup时延统计
被叫鉴权情况
全鉴权
1/4鉴权
1/16鉴权
全鉴权
1/4鉴权
1/16鉴权
站点1
3222.24ms
2832.55ms
2692.83ms
1928.83
1256.66
1094.17
站点2
3353.75ms
2725.06ms
2768.6ms
1956.05284
1224.071954
1115.03516
平均
3287.995ms
2778.805ms
2730.715ms
1942.44ms
1240.36ms
1104.6ms
时延缩短
509.19ms
557.28ms
702.08ms
837.84ms
从全鉴权、1/4鉴权和1/16鉴权三组定点测试的时延综合分析，开启被叫选择性鉴权后，从RRPagingResponse至RRAssignmentComplete时延统计时延减少约500ms，达到预期的目的。
3）小结
公司对CSFB用户回落2G时做被叫进行鉴权调整试验，通过对被叫16/1鉴权和4/1鉴权参数调整，开启被叫选择性鉴权后，从RRPagingResponse至RRAssignmentComplete时延统计时延减少约500ms，达到缩短CSFB业务时延、改善客户感知的目的。
建议针对CSFB被叫启用选择性鉴权缩短接续时延。
4、UE不活动定时器（LTE基站级）
1）功能介绍
UE不活动定时器用于指示eNodeB对UE是否发送和接收数据进行监测，如果UE一直都没有接收和发送数据，并且持续时间超过该定时器时长，则释放该UE。
增大该参数的配置，在没有业务的情况下，UE
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