Diameter信令网业务模型影响因素探讨

admin

61
运营与应用
2017.03· 广东通信技术
DOI:10.3969/j.issn.1006-6403.2017.03.015
Diameter 信令网业务模型影响因素探讨
宋小明
工程师， 中国移动通信集团设计院有限公司项目经理， 从事移动通信核心网咨询、
规划和工程设计工作。
邵永平
高级工程师， 中国移动通信集团设计院有限公司项目经理， 从事移动通信核心网
咨询、 规划和工程设计工作。
杨旭
工程师， 中国移动通信集团设计院有限公司项目经理， 从事移动通信核心网咨询、
规划和工程设计工作。
卜忠贵
高级工程师， 中国移动通信集团设计院有限公司项目经理， 从事移动通信核心网
咨询、 规划和工程设计工作。
［宋小明 邵永平 杨旭 卜忠贵］
本文参考规范对 VoLTE 业务流程进行分析总结， 以 Diameter 信令网各接口信令
负荷历史数据为依据， 对业务模型参数进行研究， 分析哪些因素会对接口消息影响较
大， 最后针对各影响因素提出业务模型调整建议， 可为 Diameter 信令网规划与建设
提供参考依据。
关键词： Diameter 信令 Cx 接口 Sh 接口
1 引言
随着 4G 和 VoLTE 用户的规模增长， Diameter 信
令网承载业务量逐步增加， 随着 EPC/PCC/IMS 核心网
策略调整以及新技术的部署， 对 Diameter 信令转接和路
由的要求变得更为复杂， 而其业务模型的取值直接影响
了网络规划与建设， 本文采用理论与现网应用对比分析
的方法， 在某项业务或策略部署前后， 采样现网数据进
行对比分析， 总结出对 Diameter 信令网业务模型参数影
响较大的因素及原因， 并提出业务模型参数的发展趋势
及调整建议。
2  基于 VoLTE 业务的 Diameter 流程分析
2.1 Diameter 信令网各接口命令码解析
EPC/PCC/IMS 网络中使用 Diameter 信令的接口包
括： S6a 接口、 Gx 接口、 Rx 接口、 Sh 接口、 Zh 接口、
SLh 接口、 SLg 接口等。 主要接口包含的命令码及功能解
析如表 1 所示。
2.2 VoLTE 主要场景信令流程对比分析
VoLTE 业务发生的场景主要包括注册流程、 VoLTE
用户呼叫 VoLTE 用户流程、 VoLTE 用户呼叫 2/3G 用户
流程。 在忙时每用户每流程发生次数一定的情况下， 各
场景一次信令流程的接口消息数决定了业务模型参数值，
通过规范流程的分析， 表 2 统计出了各场景一般情况下
主要涉及的 Diameter 信令接口、 消息类型以及具体消息
量， 用于分析不同场景下各接口信令流程的区别与消息
量的变化， 用于总结各接口影响业务模型参数值的原因
分析。
通过对以上不同场景下涉及接口及消息量的对比分
析， 可以看出， VoLTE 注册流程不涉及 Rx 接口， 而 Cx
接口为此场景的主要消息量； VoLTE 主叫流程不涉及 Sh
接口消息， 而 Gx/Rx 接口为此场景的主要消息量； VoLTE
用户附着在 2/3G 网络做被叫时， 与附着在 LTE 网络相比，
会多一次 Cx/Sh 接口信息交互， 即被叫 HSS 发现被叫用
户未注册 AS 和 S-CSCF， 发起注册流程， 在被叫签约
的 HSS 数据中查找
S-CSCF 的能力集选
定某一个 S-CSCF 作
为注册， 该 S-CSCF
从 HSS 中 下 载 iFC
签约数据， 通过 iFC
注册到某个或者几个
AS 上， AS 再 通 过
Diameter 信 令 网 将
HSS 中的用户签约
数据等信息下载到注
册的 AS 上， 从而完
成注册。
3 基于现网数
据 分 析 业 务 模
型影响因素
忙 时 单 用 户 消
息 量 是 Diameter 信
令网业务量的重要指标， 取决于各接口忙时信令消息量的
统计值以及同时期对应用户数。 根据某运营商 Diameter
信令网接口采样的历史数据在不同场景部署下的变化情
况， 总结出业务模型影响因素主要包括：
（1） VoLTE 签约用户和注册用户不一致因素
根据 2.2 节信令流程分析与统计结果可知， VoLTE
注册流程中 Cx 接口为此场景的主要消息量， VoLTE 呼
叫 VoLTE 流程与 VoLTE 呼叫 2/3G 流程， 主要区别就
是 HSS 会发起注册流程， 会多一次 Cx/Sh 接口信息交
互。 VoLTE 自动开通功能的部署极大的降低了 VoLTE
签约用户和注册用户比， 根据现网实际数据的统计值，
随着签约注册比线性增长， Cx 接口忙时单用户消息数
指数增加， 签约注册比最大时 Cx 接口忙时单用户消息
命令名 应用接口 解析及场景说明
ULA/ULR
S6a 接口
位置更新请求及响应
CLA/CLR MME 撤销用户的签约信息
AIA/AIR 鉴权及确认
IDA/IDR 承载资源修改， 增加用户签约数据时 HSS 设备发起
DSA/DSR 删除用户签约数据
PUA/PUR UE 满足 Purge 条件后， MME 删除用户数据， “冻结” TMSI， 并发送给 HSS
NOA/NOR UE 状态发生改变， 进行状态更新通知
UAR/UAA
Cx 接口
用户鉴权请求与响应， 当终端用户注册时， CSCF 向 HSS 请求鉴权信息。
SAR/SAA CSCF 向 HSS 请求更新用户状态， 下发用户数据。
LIR/LIA 用户做被叫时， CSCF 向 HSS 请求返回当前用户所在的服务器名。
MAR/MAA 多媒体鉴权请求与响应， CSCF 向 HSS 请求下载用户认证信息。
RTR/RTA CSCF 向 HSS 请求删除用户的注册信息。
PPR/PPA HSS 主动向 CSCF 下发用户签约信息。
CCA_I/CCR_I
CCA_UCCR_U
CCA_T/CCR_T Gx 接口
PCEF 设备发起， IP-CAN 会话建立（Initial）、 修改（Update）、 结束（Termination）
事件的触发、 PCC 规则请求与下发
RAA/RAR PCRF 主动下发 PCC 规则， PCEF 进行消息回应。
AAA/AAR
Rx 接口
AF 将应用会话建立、 修改上报 PCRF,PCRF 生成规则下发 PCEF。
RAA/RAR PCRF 将 PCEF 上报的承载相关事件和受影响的媒体流信息等告知 AF
ASA/ASR PCRF 通知 AF 因某种原因需要异常结束会话。
STA/STR AF 将应用会话结束上报 PCRF。 PCRF 向 PCEF 下发删除受影响的规则和流信息
UDA/UDR
Sh 接口
用户数据查询， AS 从 HSS 下载用户数据
PUA、 PUR 用户档案数据改变时， 进行更新
SNA/SNR 订阅信息改变时， 进行更新通知
表 1 Diameter 信令网命令码解
63
运营与应用
2017.03· 广东通信技术
信令流程场景 接口类型 消息类型 消息数统计
注册流程
S6a
ULR/ULA 2
IDR/IDA 2
Gx CCR_I/CCA-I 4
Cx
UAR/ UAA 4
MAR/ MAA 2
SAR/ SAA 2
Sh UDR/UDA 2
Sh PUR/PUA 2
VoLTE 呼叫 VoLTE 流程
Gx
RAR/RAA 14
CCR-U/CCA-U 2
Rx
AAR/AAA 11
RAR/RAA 2
STR 3
Cx LIR/LIA 2
S6a IDR/IDA 2
Sh UDR/UDA 2
VoLTE 呼叫 2/3G 流程
Gx
RAR/RAA 10
CCR-U/CCA-U 2
Rx
AAR/AAA 8
RAR/RAA 2
STR/STA 2
Cx
LIR/LIA 2
SAR/SAA 2
Sh UDR/UDA 4
表 2 VoLTE 业务各场景 Diameter 信令消息量统计表
数达到最大， VoLTE 自动开通部署后， VoLTE 用户签
约注册比历史最低， 同时 Cx 接口忙时单用户消息数也
达到了历史最低值。 因此， VoLTE 签约用户和注册用户
不一致， 对业务模型影响最大的是 Cx 接口， 另外还有
Sh 接口， 由于此接口受 HSS 实现机制因素影响较大，
签约注册比因素可忽略。
（2） HSS 实现机制因素：
根据表 2.2 VoLTE 业务不同场景下 Sh 接口消息量统
计结果， 可知 Sh 接口一次信令流程约 2～4 条消息， 而通
过信令平台抓包对现网实际数据进行模拟分析， 统计值为
Sh 接口一次信令流程约 20～30 条， 是规范流程理论计算
值的十倍左右。
信令平台抓包的方法对现网流程模拟结果如图 1
所示。
通 过 图 1 的 Sh 接 口 信 令 流 程 图， 可 以 看 出 AS
到 HSS 请求获取用户数据时， 一个流程需发送多条信
令消息来完成所有用户数据的下载， 而非规范定义的
2～4 条信令来完成此项任务， 这是由于 HSS 设备无法
全网实现集合下载功能导致的， 当 HSS 不支持 UDR/
图 1 信令平台抓包的 Sh 接口信令流程图
Diameter 信令网业务模型影响因素探讨
64
运营与应用
》 运 营 与 应 用
UDA 多条消息合并下载时， 就会产生大量的 Sh 接口
信令消息。 因此 HSS 实现机制不完善导致了 Sh 接口
业务模型参数值异常增高， 对 Diameter 信令网产生了
大量消耗。
（3） PCC 策略开放的种类、 范围因素：
由于 Gx 接口是用于将 PCRF 的 PCC 规则传递给
PCEF 或从 PCEF 删除， 以及将来自 PCEF 的相关事件传
送至 PCRF， PCC 策略开放的种类、 范围主要是对 Gx 接
口业务模型有影响。 本文以现网“TA 实时上报策略” 开
通前后为例进行分析。 TA 实时上报策略开通属于基于实
时位置的 PCC 策略控制， 在 PCRF 上开启用户位置 TA
更新上报， 开启前用户只是在开机做 TAU 时， 在 CCR_
I 消息中携带 TA 上报给 PCRF； 开启后， 用户只要做了
TAU
， PGW 就需要发起 CCR_U 给 PCRF 并携带 TA 信息，
能够实时记录用户所在位置。 根据现网实际统计数据， 此
项策略全用户开通后， Gx 接口数据业务消息量是开通前
的约五倍。
此类基于实时位置的 PCC 策略控制， Gx 接口数据
业务忙时单用户新增消息量的理论计算方法为平均每用户
忙时发生位置变化次数乘以 2， 其中： 平均每用户忙时位
置变化次数受位置上报的粒度（包括 ECGI/TAI/CGI/SAI/
ANGW 等） 影响。 计算公式可作为其他同类策略开通 Gx
接口新增量核算的参考依据。
（4） EPC 核心网网络组网架构的影响因素：
MME 改变的 TAU 跟踪区更新请求次数是影响 S6a
接口业务模型参数值的重要流程之一， MME 改变的
TAU 场景分为 MME 间 SGW 内 TAU、 MME 间 SGW 间
TAU。 MME 间 SGW 内 TAU 发 生 次 数 与 MME POOL
大小有关， POOL 区域越大， TAU 次数越少； MME 间
SGW 间 TAU 发 生 次 数 与 SAEGW POOL 大 小 有 关，
SAEGW POOL 越 大， TAU 次 数 越 少。 例 如 MME 采
用多地市组成一个 POOL， SAEGW 一厂家组成一个
POOL
， 可使 MME 改变的 TAU 跟踪区更新请求次数降
到较低值。
（5） 业务请求消息量变化的因素：
“业务请求” 消息反映了用户使用业务的频繁程度。
随着移动互联网业务的日益丰富， 以及未来物联网大规模
商用部署， 数据业务请求次数将呈快速上升趋势， 但是对
S6a 接口业务模型参数值影响并不太大， 这是由于 EPC
核心网设定每用户每 10 次业务请求的 EPS 鉴权， MME
才向 HSS 索取 1 次鉴权参数， 因此 S6a 接口每用户忙时
发生的业务请求流程次数仅为总量的十分之一， S6a 接口
业务请求因素增长比例会远低于“业务请求” 消息总量的
增长率。
4 Diameter 业务模型调整趋势分析
由于 Diameter 信令网服务于 EPC/PCC/IMS 网络，
涉及接口较多， 业务场景复杂， 随着各个网络策略调整以
及新业务的发展， 业务模型仍在不断变化中， 其参数值的
调整既要参考现网业务的发展情况， 又要需考虑到物联网、
能力开放等新功能新业务带来的影响， 结合第三节对业务
模型多种影响因素的分析， 评估接口模型参数发展趋势及
建议如下：
（1） 由于目前尚未达到 Volte 签约用户与注册用户
1:1
， Cx/Sh 接口参数值仍处在下降趋势。 现网虽已部署
Volte 自动开通， 还需进一步清理 Volte 批量开通时遗留的
非 Volte 终端用户信息。
（2） PCC 策略种类及范围仍在不断增加， 以满足用
户不同业务的 QoS 需求， 因此 Gx 接口业务模型参数值
将会不断增加。
（3） 未来 NB-IoT/eMTC 物联网的大规模应用， 涉
及信令流程有 Attach Request 流程、 默认承载建立流程，
因此 S6a 接口和 Gx 接口业务模型参数将会随着物联网业
务的开展而增长。
（4） 未来能力开放的建设主要是 Gx/Rx 接口消息量
有增加， 而且数据 APN 的 Gx/Rx 接口需要开启绑定业务，
每个用户将会存储数据业务和 VoLTE 业务两条信息， 因
此信令网会话绑定消息量也将会随之增加。
综合以上各接口业务模型变化趋势分析， Diameter
信令网 Volte 接口业务模型总体将逐步趋于平稳， 而随
万方数据
65
运营与应用
2017.03· 广东通信技术
（收稿日期： 2017-02-24）
着互联网业务、 物联网、 能力开放等新业务新技术的发
展， 4G 接口业务模型参数值将会逐渐增长， 本论文结
论可作为 Diameter 信令网需求预测时业务模型参数取
定的参考依据。
3 4 5 6 7
参考文献
1 2
中兴 .《窄带物联网（NB-IoT） 标准与关键技术》 . 人民邮电
出版社
戴国华 , 余骏华 . NB-IoT 的产生背景、 标准发展以及特性和
业务研究 [J]. 移动通信 ,2016,07:31-36
陈平辉 . NB-IoT 发展现状、 规划与面临挑战浅析 [J]. 移动通
信 ,2016,40(12):109-112
张新武 . NB-IOT 窄带物联网与 LTE 差异性分析 [A]. 湖北省
通信管理局、 湖北省科学技术协会、 武汉市科学技术协会、
武汉东湖新技术开发区管理委员会 . 湖北通信业纪念光纤通
信 50 周年高峰论坛论文集 [C]. 湖北省通信管理局、 湖北省
科学技术协会、 武汉市科学技术协会、 武汉东湖新技术开发
区管理委员会 :,2016:5
曲井致 . NB-IoT 低速率窄带物联网通信技术现状及发展趋势
[J]. 科技创新与应用 ,2016,31:115
陈博 , 甘志辉 . NB-IoT 网络商业价值及组网方案研究 [J]. 移
动通信 ,2016,13:42-46+52
曾云光 . NB-IoT 网络技术特点及网络部署简论 [J]. 中国新通
信 ,2016,21:15-16
（收稿日期： 2017-02-13）
图 12 物联网的应用需求
之间可以相互感知， 避免发生交通事故， 让我们的生活更
加安全。 通过它， 家里的照明系统可以根据窗户射进来的
阳光情况来进行调节， 让我们的生活更加环保。 利用它，
穿戴式传感器会检测心脏情况， 防止心脏病发作， 从而让
我们的生活更加健康。
距离 2020 年的物联网建设目标， 我们还有很长的路
要走。 但可以确定的是， 基于蜂窝的窄带物联网 NB-IoT
技术应用会使我们有一个令人憧憬的物联网未来， 让我们
共同携手走进万物互联的时代。
（上接第 34 页）
Diameter 信令网业务模型影响因素探讨