LTE网络中SGs接口短消息容灾方式研究

　　摘要：LTE网络中，UE可通过SGs接口直接使用传统短消息业务，而随着短信的普及，人们对短信业务的实时性及重要性要求越来越高。

　　现有的技术方案无法实现MSC故障时的SGs接口短消息业务的实时容灾，本文在研究现有技术方案的基础上，分析了SGs接口发送/接收短消息的实时容灾实现方式，并提出了相关解决方案。

　　1.SGs接口短消息现有技术方案分析

　　3GPP规范中，当TD-LTE多模终端驻留在LTE网络，可直接通过LTE网络实现传统短消息业务的收发，而无需回落到2G/3G网络，如图1所示。

　　

　　图1中，移动性管理实体MME是LTE网的控制平面设备，负责信令处理；MSCServer是2G/3G网CS域控制设备，负责完成呼叫处理、补充业务等，SMS服务也是由MSC处理的。SGs接口是MME与MSC之间的接口，用来处理EPS和CS域之间的移动性管理、寻呼等，也可以用于传送SMS.在LTE网络中实现短消息业务，必须在MME和MSC之间建立SGs接口关联，过程如下：

　　UE附着时，在Attach消息中携带“联合EPS/IMSI附着”指示，MME收到UE的联合附着请求后，在进行EPS附着的同时，从收到的GUTI或从缺省的LAI中解析出MSC号码，并向这个MSC发起位置更新请求，MSC收到位置更新请求以后，将该UE标记为已经进行EPS附着，并保存MME的IP地址等相关信息，这样，MSC中就创建了该UE的SGs关联。之后，MSC向HLR进行位置更新并将该用户的TMSI等信息传给MME,从而在MME中也建立SGs关联。MME再把MSC给用户分配的TMSI以及LAI等信息在Attach Accept消息中发给UE,此时就表明用户的联合附着已经成功了，之后终端在TD-LTE网络中就可以使用传统的短消息业务了，MME作为中间节点完成UE和MSC消息的转发。

　　短消息发送流程如下：①UE在LTE网络发送短消息；②MME通过SGs接口将短消息前转给MSC;③MSC将短消息一般经过STP前转到主叫归属SMSC.

　　短消息接收流程如下：①SMSC向被叫归属的HLR查询并得到被叫当前所在的MSC;②SMSC一般通过STP将短消息前转到被叫所在的MSC;③MSC通过SGs接口在LTE网络寻呼UE;④MSC通过SGs接口下发短消息。

　　在实际LTE工程中，一般全省集中设置1个MSC支持SGs接口功能，所有MME均跟这个MSC建立SGs接口关联，以实现传统电路域短消息业务。如果考虑到此MSC故障情况会影响全省业务，则可根据网地理区域划分设置多个MSC支持SGs接口，MME根据用户所在的地理区域同不同的MSC建立SGs接口关联，以减小单MSC故障时的LTE短消息业务影响范围。

　　从以上分析可以看出，规范中现有的技术方案无法实现TD-LTE终端使用短消息业务时的SGs接口实时容灾保护。UE在LTE网络中发送/接收短消息时，如果此时MME中该用户的SGs关联的MSC故障，则MME无法将短消息前转给故障的MSC以及从故障的MSC接收短消息寻呼，UE将在一段时间内无法发送/接收短消息，直到UE再次进行联合附着，MME选择另外的MSC建立SGs接口关联。

　　随着短消息业务的大量普及，短消息已走进生活的方方面面，特别是在网上购物，网上银行动态验证码，邮箱动态密码登录等应用方面，对于短消息的实时性要求很高，如果在一段时间内无法发送/接收短消息，必然会影响用户的感知及招致网络投诉，因此有必要对LTE网络中SGs接口短消息的实时容灾技术方案进行研究。

　　2.SGs接口发送短消息容灾实现方案

　　经过SGs接口发送短消息的实时容灾方案如下：

　　在电路域网中设置多个MSC支持SGs接口。在LTE网中新增加一个功能网元-短消息代理服务器（SAS），类似于分组域中的DNS,SAS与MME及上述的多个MSC通过IP承载网连接。在SAS服务器配置短消息业务与多个MSC的对应关系，SAS通过给支持SGs接口的多个MSC周期性发送ping命令，随时获得各个MSC的运行状态，从而建立一张动态的可用的MSC列表，实时识别可用性的MSC,当某个MSC故障时，SAS在列表中删除故障MSC,一旦故障MSC恢复，SAS又将该MSC重新加入可用列表。

　　该技术方案SGs接口发送短消息流程如下：

　　（1）UE在LTE网络发送短消息。

　　（2）MME收到短消息，识别短消息业务类型后向SAS服务器发起查询。MME查询消息中包含以下字段：业务类型标识、源MME网元标识、原MME IP地址等。

　　（3）SAS服务器查询MSC动态表，通过轮询算法，找到一个当前可用的MSC,给MME返回响应消息。响应消息中包括以下字段：目的MSCIP地址、源MME网元标识、源MME IP地址等。

　　（4）MME根据返回的MSC IP地址，通过SGs接口向该MSC前转短消息。

　　（5）MSC将短消息一般通过STP转接发送至主叫归属SMSC.

　　通过以上技术方案，UE在LTE网络发送短消息时，MME不必事先建立SGs接口关联，而是在短消息发送时MME通过实时查询SAS服务器得到一个当前可用的MSC,向此MSC前转短消息。

　　这样，无论哪个MSC故障，都不会影响MME通过SGs接口发送短消息，从而实现实时容灾。

　　3.SGs接口接收短消息容灾实现方案

　　为了实现SGs接收短消息时的容灾，在电路域网中至少设置两个MSC支持SGs接口，并且UE在联合的EPS/IMSI附着流程完成以后，两个MSC之间要进行UE的SGs接口关联的同步。

　　同步流程如下：

　　（1）某TD-LTE多模终端联合的EPS/IMSI附着流程已结束，此时联合EPS/IMSI附着的MSCA已完成与MME间的SGs关联。

　　（2）MSCA向MSCB同步该UE的SGs接口关联的信息，包括以下字段信息：用户IMSI、用户附着MME网元标识、附着MME IP地址。MSCB并不向HLR进行该UE的位置更新，因此HLR中对应该UE只保存有MSCA的信息。

　　（3）MSCB向MSCA返回该UE的SGs接口关联同步的Answer消息。这样，与MSCA一样，MSCB里边也保存了该UE当前附着的MME标识与MME IP地址。

　　接收短消息的实时容灾实现方案如下：

　　（1）SMSC向被叫归属HSS查询路由，得知被叫用户当前联合位置更新的MSCA号码。

　　（2）SMSC将短消息前转至信令转接点STP.在STP上预先对MSCA的号码做为GT配置2个GT翻译结果，同时将MSCB信令点配置为MSCA信令点的SCCP负荷分担信令点，优先级低于MSCA信令点。正常情况下STP将短消息路由至MSCA信令点。

　　（3）若MSCA故障，STP则将短消息路由至低优先级负荷分担信令点MSCB,此时该短消息信令在MSCB落地。由于MSCB也保存UE当前附着的MME标识和MME IP地址，因此MSCB将通过SGs接口寻呼UE.

　　（4）MSCB通过SGs接口下发短消息。

　　通过上述方法，可以实现某个MSC故障时，通过预先配置好的其它MSC下发短消息，从而实现接收短消息时的SGs接口实时容灾保护。

　　4.结语

　　随着短信的普及，人们对短信业务的实时性及重要性要求越来越高。LTE引入后，TDLTE多模终端可直接通过LTE经SGs接口实现传统短消息业务的收发，但现有的技术方案无法实现MSC故障时的SGs接口短消息业务的实时容灾保护。本文在研究3GPP规范SGs接口短消息方案的基础上，分析了SGs接口发送/接收短消息的实时容灾实现方式，并提出了相关解决方案，以便为实际网络建设提供参考。（作者：盖剑，卢玢鑫，赵瑞）