4G移動VPDN業(yè)務(wù)故障分析及維護(hù)建議

郭 威，張科鋒，李紅振，劉彥君（中國聯(lián)通河南省分公司，河南鄭州450005）

0 引言

相比傳統(tǒng)的固定VPDN（Virtual Private Dial-up Networks）接入方式，移動VPDN接入方式由于接入簡便靈活，不受地域和物理線路限制等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多的企業(yè)客戶采用。通過移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方式，企業(yè)不僅可以快速實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的接入和辦理，而且能夠大幅提高企業(yè)運(yùn)營生產(chǎn)效率，常見的應(yīng)用有移動辦公，移動電力抄表，移動執(zhí)法，移動視頻監(jiān)控等。伴隨4G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署，借助4G網(wǎng)絡(luò)制式的高速率和扁平組網(wǎng)優(yōu)勢，移動VPDN可以為企業(yè)提供更快速的接入和更優(yōu)的業(yè)務(wù)感知。

通常企業(yè)的移動VPDN業(yè)務(wù)接入使用的是專門標(biāo)識的APN（Access Point Name），由于企業(yè)采用的終端設(shè)備存在多樣性，在4G網(wǎng)絡(luò)下實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)時(shí)，某些硬件設(shè)置不合理可能導(dǎo)致業(yè)務(wù)觸發(fā)失敗。本文通過對某駕?？紙鍪褂?G上網(wǎng)卡進(jìn)行考試視頻接入失敗的案例，詳細(xì)分析了故障的定位過程，并給出移動VPDN業(yè)務(wù)維護(hù)保障的建議。

1 4G移動VPDN業(yè)務(wù)基本流程

現(xiàn)網(wǎng)中，4G移動VPDN連接過程中主要經(jīng)過終端、無線網(wǎng)絡(luò)、移動核心網(wǎng)、移動VPDN管理平臺、企業(yè)網(wǎng)5個(gè)環(huán)節(jié)，如圖1所示。

圖1 現(xiàn)網(wǎng)移動VPDN基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

其中移動VPDN平臺位于移動網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)網(wǎng)之間，用于企業(yè)用戶接入的管理，主要包括以下2個(gè)功能。

a）管理分配用戶的地址，可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)地址和靜態(tài)地址的分配（將MSISDN號碼或IMSI與地址綁定）。

b）通過VPDN平臺與客戶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接的統(tǒng)一管理，根據(jù)不同用戶的需求采取專線方式或MPLS VPN方式。

1.1 現(xiàn)網(wǎng)4G移動VPDN業(yè)務(wù)觸發(fā)過程

終端開機(jī)后通過無線網(wǎng)絡(luò)先后發(fā)起“附著”和“激活”的請求，首先通過MME完成鑒權(quán)認(rèn)證，完成“附著”流程，接著發(fā)起“激活”流程，向MME發(fā)起PDN連接請求并攜帶用于接入的APN參數(shù)，該請求的目的是建立終端與業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)連接，創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)承載通道。MME將“激活”請求指示給SGW，再由SGW依次傳遞給PGW和移動VPDN平臺，平臺為終端分配接入的IP地址，并在響應(yīng)消息中依次傳遞下去直到終端，終端用獲得的地址，通過無線網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過SGW、PGW和移動VPDN平臺，與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)建立連接。

1.2 4G網(wǎng)絡(luò)中PDN連接和承載的概念

根據(jù)4G網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，1個(gè)特定的PDN（Packet Data Network）連接里包含有1個(gè)APN和1個(gè)IPv4地址，1個(gè)PDN里面可以有多個(gè)承載，承載的標(biāo)識Bearer ID由MME分配，Bearer ID的范圍為5～15。1個(gè)UE最多有11個(gè)承載，每個(gè)承載的Bearer ID是不能重復(fù)的，1個(gè)UE可以有多個(gè)PDN連接，不同PDN連接通過APN和IP地址的組合來區(qū)分，無論有多少個(gè)PDN，1個(gè)UE所有PDN連接里合計(jì)的承載數(shù)量是不會超過11個(gè)（見圖2）。

1.3 企業(yè)APN與普通通用APN的區(qū)別

普通手機(jī)終端上網(wǎng)一般不需要設(shè)置APN，通常在手機(jī)終端中的配置文件里已經(jīng)保存有全球多家運(yùn)營商的常用APN，放入SIM卡后手機(jī)會自動適配相應(yīng)的運(yùn)營商APN，比如選擇中國聯(lián)通的SIM卡，那么終端里的APN設(shè)置項(xiàng)里自動顯示出3gnet。移動VPDN企業(yè)網(wǎng)用戶使用的是標(biāo)識該企業(yè)的特殊APN，并不是常見通用的APN，一般情況下需要在終端上手動輸入。

圖2 PDN連接和Bearer的關(guān)系

在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，不同企業(yè)的接入需求不盡相同，接入終端類型也存在多樣性，在觸發(fā)業(yè)務(wù)的過程中，不同類型終端的規(guī)范存在一定差異，在某些場景下會導(dǎo)致業(yè)務(wù)不能正常使用，從而影響業(yè)務(wù)感知，下面來分析一個(gè)典型的終端問題導(dǎo)致的4G移動VPDN業(yè)務(wù)觸發(fā)失敗的復(fù)雜案例。

2 4G移動VPDN業(yè)務(wù)觸發(fā)失敗案例分析

2.1 故障現(xiàn)象

某地（市）駕校用移動VPDN將考試視頻實(shí)時(shí)傳送給考試中心，視頻采集設(shè)備通過上網(wǎng)卡接入4G網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)使用的APN為aygajjzdjgk.spjk.haapn，出現(xiàn)問題前終端采用動態(tài)分配地址的方式，業(yè)務(wù)使用正常。期間駕校更換某款新上網(wǎng)卡，并提出將動態(tài)地址分配改為固定地址分配，實(shí)施后出現(xiàn)業(yè)務(wù)無法正常使用的情況。而同地區(qū)其他沒有更換終端、使用動態(tài)地址分配方式的駕校，業(yè)務(wù)均能正常使用。

2.2 故障分析定位

從故障現(xiàn)象初步判斷，造成業(yè)務(wù)無法使用的原因有2個(gè)方面，一個(gè)是終端問題，另一個(gè)是移動VPDN平臺分配地址問題，經(jīng)平臺側(cè)檢查分配地址機(jī)制正常，未有異?，F(xiàn)象，且未更換終端前業(yè)務(wù)一直能正常使用，沒有出現(xiàn)無法使用的情況，所以重點(diǎn)考慮終端的問題。

2.2.1 檢查故障號碼的簽約信息

通過MME查詢故障號碼的當(dāng)前簽約信息（限于篇幅，只列出與問題有關(guān)的主要信息），如表1所示。

該號碼簽約只有一個(gè)企業(yè)APN，其序號EPS Sub?scribed Num為1，即在HSS里簽約的第1個(gè)APN為該企業(yè)APN。通常情況下，MME上可以設(shè)置自動糾錯(cuò)功能，如果觸發(fā)的APN是未簽約的，可將APN改為指定的APN或者簽約的第1個(gè)APN，用來防止終端發(fā)起的APN無效造成業(yè)務(wù)激活失敗，現(xiàn)網(wǎng)里采取的是無效APN更改為簽約的第1個(gè)APN的策略。結(jié)合本案例，用戶簽約的第1個(gè)APN為企業(yè)APN，一旦請求無效，MME將自動將其糾正。同時(shí)用戶的簽約信息能在MME上查詢到，表明該號碼不存在鑒權(quán)失敗的問題，排除開卡的問題。

表1 故障用戶簽約信息

2.2.2 檢查正常號碼會話狀態(tài)信息

通過MME查詢正常號碼的簽約信息，跟故障號碼一樣，都是只簽約了企業(yè)APN，再來查詢一下正常號碼的會話狀態(tài)信息，如表2所示。

表2 業(yè)務(wù)正常號碼的會話信息

從會話信息中看到正常的號碼出現(xiàn)了2個(gè)PDN連接（紅色框），2個(gè)PDN連接里包含的APN名稱（黃色框）是相同的，都是aygajjzdjgk.spjk.haapn，2個(gè)PDN的IP地址沒有重復(fù)（綠色框）。正常號碼的會話信息里雖然APN名稱相同，但I(xiàn)P地址不同，所以出現(xiàn)2個(gè)PDN連接是沒有問題的。

故障號碼與正常號碼的簽約信息相同，都只簽約了1個(gè)企業(yè)網(wǎng)APN，區(qū)別在于上網(wǎng)卡和地址分配機(jī)制，那么正常號碼為什么能觸發(fā)2個(gè)同樣名稱的PDN連接，是如何實(shí)現(xiàn)的？更換的上網(wǎng)卡是導(dǎo)致失敗的原因嗎？帶著疑問，對正常號碼的信令做進(jìn)一步的分析。

2.2.3 正常號碼信令分析

首先分析一下MME側(cè)的信令，如表3所示。

表3 正常號碼MME側(cè)的信令

通過①②號信令的詳細(xì)解碼（見圖3），可以看到首個(gè)PDN請求使用的是企業(yè)網(wǎng)APN，該APN為用戶輸入的接入點(diǎn)名稱，Bearer ID為5，IP地址為10.33.39.101，該地址是企業(yè)網(wǎng)平臺分配的，激活承載的請求成功。

圖3 首個(gè)PDN連接請求成功

圖4 第2個(gè)PDN連接請求及糾錯(cuò)

而在④信令里（見圖4），MME接收到了第2個(gè)PDN連接的請求，使用的APN為3gnet，前面已提到過該號碼只簽約了企業(yè)網(wǎng)APN，并沒有簽3gnet，所以可判斷此請求應(yīng)該為上網(wǎng)卡設(shè)備自身發(fā)起的請求。緊接著在⑤信令里（見圖4），MME向SGW發(fā)起的創(chuàng)建會話請求里，APN的屬性變?yōu)榱似髽I(yè)網(wǎng)APN，說明MME已成功進(jìn)行了APN糾錯(cuò)，將3gnet改為了企業(yè)網(wǎng)APN，并分配了新的Bearer ID為6。

在⑥⑦信令里，可以看到第2個(gè)PDN連接請求成功，在詳細(xì)信令里攜帶的APN名稱為企業(yè)網(wǎng)APN，Bearer ID為6，IP地址為10.33.39.128。

再來看一下PGW側(cè)的信令，如表4所示。

表4 正常號碼PGW側(cè)的信令

信令中RADIUS消息是PGW與移動VPDN平臺之間的信令交互，在業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)過程中，當(dāng)PGW接收到創(chuàng)建會話的請求后，通過RADIUS消息向移動VPDN平臺發(fā)起接入請求，移動VPDN平臺鑒權(quán)完成后會分配給用戶地址。在交互過程中PGW先后建立了Bear ID為5（紅色框）和Bear ID為6（藍(lán)色框）的2個(gè)不同承載，它們的APN名稱相同，均為aygajjzdjgk.spjk.haapn，IP地址不同，分別為10.33.39.101和10.33.39.128，因此2個(gè)承載歸屬于不同的2個(gè)PDN連接。

綜合MME和PGW的信令，我們可以得出正常號碼的連接過程：UE首先以用戶輸入的企業(yè)APN的發(fā)起連接請求，請求成功后，UE又觸發(fā)一個(gè)3gnet的PDN連接，這個(gè)APN應(yīng)該是上網(wǎng)卡設(shè)備硬件里自動撥號的，由于簽約里沒有該APN，被MME自動糾錯(cuò)；雖然APN相同，但I(xiàn)P地址不同，所以2個(gè)PDN連接不同的，2個(gè)PDN連接各有1個(gè)默認(rèn)承載。

2.2.4 故障號碼信令分析

在整個(gè)過程中MME信令里呈現(xiàn)建立承載、刪除承載、去附著、又附著、建立承載、刪除承載的循環(huán)，截取其中的一部分，如表5所示。

表5 故障號碼的MME信令

紅色框內(nèi)的信令里MME針對終端請求的3gnet的PDN連接請求進(jìn)行了糾錯(cuò)，將其變更為簽約的第1個(gè)APN即aygajjzdjgk.spjk.haapn；緊接著在藍(lán)色框內(nèi)的信令里，MME接收到PGW下發(fā)的刪除Bearer ID為5的指示，隨即發(fā)起去附著流程并指示UE重新附著。問題集中在以下2點(diǎn)。

a）為什么PGW向MME下發(fā)了刪除承載的請求。

b）與正常號碼的觸發(fā)場景一樣，為何故障號碼在糾錯(cuò)APN建立的PDN連接后，要?jiǎng)h除Bearer ID為5的首個(gè)PDN連接，隨后觸發(fā)去附著攜帶的原因值為“reattach required”。

針對上述疑問，進(jìn)一步對PGW側(cè)信令進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了與MME類似的信令循環(huán)，相比正常號碼的PGW信令（參看表4），在紅色框和藍(lán)色框信令之間多了刪除會話的過程，整個(gè)過程可以概括為3個(gè)方面。

a）信令呈現(xiàn)建立會話，刪除承載，再次建立會話，再次刪除承載的循環(huán)，即創(chuàng)建Bearer ID為6的會話，就刪除Bearer ID為5的承載，然后再創(chuàng)建Bearer ID為5的會話，再刪除Bearer ID為6的承載，依次循環(huán)下去。

b）MME側(cè)接收到的刪除承載的請求，是PGW側(cè)下發(fā)的，經(jīng)過SGW傳遞給MME。

c）無論Berar ID為5或6的PDN連接，其使用的APN名稱和分配的地址（10.33.39.238）都是一樣的。

2.2.5 故障定位

將故障號碼的PGW和MME的信令結(jié)合，再對比正常號碼的信令，基本可以確定導(dǎo)致失敗的原因?yàn)镻GW創(chuàng)建會話過程中連續(xù)出現(xiàn)2個(gè)相同PDN連接，從而引起業(yè)務(wù)觸發(fā)失敗，具體分析如下。

a）故障號碼和正常號碼之間的差別在于地址分配的方式，正常號碼采用動態(tài)方式，故障號碼采用靜態(tài)方式，故障號碼連續(xù)2次PDN連接分配的都是同一個(gè)地址。根據(jù)“一個(gè)PDN連接=APN+IP”的原則，故障號碼的2次PDN連接的APN名稱和IP地址都相同，導(dǎo)致PGW認(rèn)為出現(xiàn)的這2個(gè)PDN連接是沖突的，會保留剛新建的PDN連接，刪除舊的PDN連接。

b）本案例關(guān)鍵點(diǎn)在于UE發(fā)起的2個(gè)PDN連接請求。UE附著后發(fā)起第1個(gè)PDN連接請求是用戶輸入觸發(fā)的，使用的是合法簽約APN（aygajjzdjgk.spjk.haapn）；第2個(gè)PDN連接請求的APN（3gnet）是上網(wǎng)卡出廠固化設(shè)置好的，始終自動觸發(fā)，恰巧UE并沒有簽約，經(jīng)過MME糾錯(cuò)，加上靜態(tài)分配地址方式對同一號碼始終分配同一個(gè)地址，從而引起了PGW側(cè)沖突。即便重新附著，刪除了舊PDN連接，上網(wǎng)卡始終不停觸發(fā)新的PDN連接，陷入了“刪除→建立→再刪除→再建立……”的重復(fù)循環(huán)模式。

c）業(yè)務(wù)正常號碼的上網(wǎng)卡并非沒問題，只是采用了動態(tài)地址分配，規(guī)避了問題的發(fā)生，如果改為固定地址分配，仍然會出現(xiàn)無法使用業(yè)務(wù)的情況。

通過上述分析可以看出，采用動態(tài)分配地址方式或更換終端硬件可以避免故障產(chǎn)生。最終為滿足靜態(tài)分配的業(yè)務(wù)需求，選擇更換有問題的終端。

3 移動VPDN業(yè)務(wù)維護(hù)建議

相對于公眾手機(jī)終端，企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)所采用的移動終端種類繁多，包括上網(wǎng)卡、無線插卡路由器、專用設(shè)備（如抄表終端）、車載設(shè)備等，終端出廠設(shè)置的多樣性可能造成業(yè)務(wù)觸發(fā)的混亂，本案例就是典型例子。有的企業(yè)雖然使用手機(jī)作為接入終端，但手機(jī)本身并沒有修改APN的功能，需要安裝專用的APP來觸發(fā)，如果專用APP的程序出現(xiàn)問題也會導(dǎo)致業(yè)務(wù)失敗。結(jié)合日常移動VPDN故障處理的經(jīng)驗(yàn)，本文給出以下幾點(diǎn)移動VPDN業(yè)務(wù)維護(hù)建議供參考。

a）移動VPDN企業(yè)用戶的APN簽約做到統(tǒng)一規(guī)范。不同批次或不同時(shí)期開的卡應(yīng)做到簽約信息一致，如同一種業(yè)務(wù)，有的卡簽約只有企業(yè)APN，有的卡簽約既有企業(yè)APN，又有公網(wǎng)APN，有可能導(dǎo)致計(jì)費(fèi)問題。一般情況，企業(yè)APN的費(fèi)用是固定收費(fèi)，并不涉及公網(wǎng)，假如用戶不小心觸發(fā)公網(wǎng)，可能會引起高額的費(fèi)用，從而引起投訴。

b）如果有多個(gè)APN，盡量將企業(yè)APN作為第1個(gè)簽約APN。這樣的設(shè)置的好處是，當(dāng)觸發(fā)的APN有誤時(shí)，通過MME的糾錯(cuò)功能保證企業(yè)APN優(yōu)先使用。

c）企業(yè)采購的移動VPDN業(yè)務(wù)使用的特殊終端，在大批量使用前要測試確認(rèn)能否正常觸發(fā)業(yè)務(wù)。

d）實(shí)時(shí)監(jiān)控和定期統(tǒng)計(jì)移動VPDN的業(yè)務(wù)指標(biāo)，如激活成功率、鑒權(quán)成功率、地址利用率等，做好業(yè)務(wù)質(zhì)量變化的預(yù)判和跟蹤。

e）設(shè)置業(yè)務(wù)開通上線的確認(rèn)環(huán)節(jié)，運(yùn)用流程管控來確保各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)制作準(zhǔn)確及時(shí)，上線前通過模擬業(yè)務(wù)測試驗(yàn)證確保業(yè)務(wù)正常使用。根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)，90%以上的故障是外部原因造成，做好上線前的測試驗(yàn)證，有利于后期故障定位。在此基礎(chǔ)上，對于移動VPDN的故障定位，依從先外后內(nèi)的原則，先從終端、開卡、客戶網(wǎng)絡(luò)側(cè)排查。

4 結(jié)束語

作為運(yùn)營商為企業(yè)提供的接入方案，移動VPDN因其接入便捷快速被廣泛采用，其業(yè)務(wù)的發(fā)展已成為運(yùn)營商移動業(yè)務(wù)增長的重要組成部分。企業(yè)接入的多樣性和復(fù)雜性，對運(yùn)營商移動VPDN業(yè)務(wù)的運(yùn)維提出了更高的要求，能否保障和支撐企業(yè)的移動VPDN業(yè)務(wù)，樹立良好的客戶感知口碑，成為企業(yè)選擇運(yùn)營商的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，作為網(wǎng)絡(luò)的提供者，運(yùn)營商需要業(yè)務(wù)前臺與維護(hù)后臺之間共同協(xié)作，形成有效的快速響應(yīng)體系。