LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)信令風(fēng)暴的抑制方案

0 前言

無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)到LTE/EPC架構(gòu)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)變得更加得扁平，信令消息直接在eNodeB和MME之間傳遞，沒有RNC來收斂匯聚，隨著LTE部署規(guī)模的擴(kuò)大，一個(gè)MME要控制上萬個(gè)eNodeB，和這么多eNodeB進(jìn)行信令交互，MME的壓力比23G中的SGSN要大得多。

智能手機(jī)的耗電比功能手機(jī)大很多，為了省電，智能手機(jī)進(jìn)入 “休眠”模式的時(shí)間更短，但是手機(jī)進(jìn)入“休眠”模式之后，網(wǎng)絡(luò)的下行數(shù)據(jù)包無法直接送到手機(jī)終端，而是要讓MME發(fā)出尋呼消息(Paging)把終端從“休眠”模式中喚醒，才能發(fā)送出下行數(shù)據(jù)包。因此隨著智能手機(jī)的普及，尋呼消息會(huì)越來越多，對網(wǎng)絡(luò)的壓力越來越大。

推送(Push)業(yè)務(wù)越來越多，Voice over LTE的部署，都會(huì)導(dǎo)致大量的尋呼消息發(fā)送給休眠的手機(jī)終端;如果推送業(yè)務(wù)發(fā)送給體育場中的高密度人群，很有可能誘發(fā)LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)中的信令風(fēng)暴，輕則讓網(wǎng)元設(shè)備過載，重則會(huì)引起整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。

因此LTE/EPC需要采取相應(yīng)的措施減少信令消息，本文從兩個(gè)方面討論如何增強(qiáng)MME的功能，減少位置更新(Tracking Area Update)消息，優(yōu)化尋呼的流程，以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。

1 減少位置更新次數(shù)

LTE中位置信息可以用Tracking Area來表示，為了減少終端位置更新的次數(shù)，3GPP國際標(biāo)準(zhǔn)組織引入了TA list的功能，MME發(fā)送一個(gè)Tracking Area的列表給終端，終端只要位于列表中任何一個(gè)Tracking Area，都不會(huì)發(fā)送位置更新消息。

如果TA list里的Tracking Area更精確地表示終端可能位于的區(qū)域，就可以更大程度地減少位置更新消息，從而減少終端和MME之間的信令消息，減少終端電池的消耗。

有些用戶由于自身需要會(huì)做環(huán)形運(yùn)動(dòng)，如下圖所示：

我們需要探測出這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，把環(huán)形運(yùn)動(dòng)中所經(jīng)過的TA,即TA(n)，TA(n-1)，TA(n-2)都列入TA list中，這樣的TA list就能真實(shí)地反映出終端運(yùn)動(dòng)軌跡，更好地減少終端的位置更新的消息次數(shù)。

工作原理如下：

設(shè)置了含有3個(gè)TA的TA list之后，終端以后在三個(gè)TA中移動(dòng)，都不會(huì)產(chǎn)生新的位置更細(xì)消息，從而減少了相關(guān)的信令消息數(shù)。

2 靈活的尋呼機(jī)制

尋呼消息是MME發(fā)給eNodeB的，由eNodeB在其覆蓋范圍內(nèi)搜尋相關(guān)的終端，因此會(huì)占用eNodeB的無線資源。如果MME發(fā)出的尋呼消息越多，范圍越大，肯定會(huì)消耗更多的無線資源，但是尋呼成功率就會(huì)高，終端用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)就比較好。MME上應(yīng)該提供靈活的尋呼策略，讓運(yùn)營商在終端用戶的尋呼體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)資源的消耗上取得良好的平衡，防止尋呼產(chǎn)生的信令風(fēng)暴。

首先對于尋呼的范圍，可以有如下的選擇：

• Last Seen eNodeB

• Last Seen TA

• Last Seen TA + Neighboring TAs (TA List)

• Last Seen eNB + (N) eNBs

運(yùn)營商可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的忙閑狀態(tài)，選擇不同的尋呼范圍：網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)可以選擇比較大的范圍，反之則選擇比較小的范圍，防止無線的過載。

其次對于尋呼的次數(shù)，對第一次尋呼，第二次尋呼，第n次尋呼的范圍，都是可以動(dòng)態(tài)配置，于是運(yùn)營商可以根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)的情況進(jìn)行尋呼參數(shù)的修正，從而在終端用戶的尋呼體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)資源的消耗上找到適合的平衡點(diǎn)。

對于不同服務(wù)等級(jí)的用戶(比如金銀銅牌用戶)，通常是網(wǎng)絡(luò)側(cè)分配不同的接入帶寬和QoS參數(shù)，但是尋呼的范圍也會(huì)直接影響到相關(guān)業(yè)務(wù)體驗(yàn)，因此尋呼的范圍大小的確定還可以參考EPC承載的QCI參數(shù)(此QCI參數(shù)表明了用戶使用業(yè)務(wù)的相關(guān)QoS特性參數(shù))，于是用戶在業(yè)務(wù)體驗(yàn)的各個(gè)方面都和其服務(wù)等級(jí)相匹配，同時(shí)也確保網(wǎng)絡(luò)資源向金牌用戶傾斜。

3 結(jié)束語

動(dòng)態(tài)地改變TA list，可以正確地反映終端的行動(dòng)軌跡，更加精確地表述用戶現(xiàn)在和將來可能的無線位置，從而減少終端位置更新消息。

另一方面，靈活的尋呼策略可以讓運(yùn)營商根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況配置尋呼消息的發(fā)送范圍和發(fā)送次數(shù)，更有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源來服務(wù)于用戶。

在智能終端的普及，推送業(yè)務(wù)量增加，扁平化的EPC部署的大環(huán)境下，信令消息給網(wǎng)絡(luò)帶來的壓力越來越大，本文希望起到拋磚引玉的作用，集思廣益，共同應(yīng)對將來可能的信令風(fēng)暴。