5G SA用户的短信接收容灾方案研究与实践

阎艳芳 郝双洋 邵斐 杨姣

摘要：当VoLTE短信网关主用数据中心（DC）发生故障切换到容灾DC时，在用户刷新注册前，容灾DC收到短信中心下发的手机终呼（MT）消息会通过3G电路域网络完成消息终呼。但5GSA用户只附着在5G核心网络，无法通过3G电路域网络下发短信。随着5GSA用户的快速发展，需要解决VoLTE短信网关容灾切换后5GSA用户不能及时接收短信的问题。另外，当IMS网络中服务呼叫会话控制功能（S-CSCF）节点发生容灾倒换时，4G用户可通过回落至3G电路域进行短信的再投递，而5GSA用户在没有重新发起新的注册请求前，由于没有3G电路域注册信息，也无法从3G电路域接收短信。文章阐述了当VoLTE短信网关单DC故障和核心网S-CSCF发生故障时，5GSA的容灾问题。

关键词：VoLTE短信网关；DC容灾；5GSA用户；MT短信；容灾倒换

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.03.012

中图分类号：TN929.5          文献标志码：B           文章编码：1672-7274（2024）03-00-04

1   研究背景

在2G/3G传统电路域中，短消息业务由短消息服务中心（SMSC）提供，业务流程均承载在七号信令网上。随着VOLTE网络的商用，为VoLTE用户继续提供短消息业务，成为运营商在网络演进过程中必须支持的功能。VoLTE用户使用VoLTE短信网关实现IMS域SIP消息与短信中心MAP信令的转换，从而实现VoLTE用户的短信收发等业务[1]。

在4G网络时代，用户在4G的EPC、IMS域注册的同时，会发起联合位置更新，注册至3G的MSC上。当VoLTE短信网关发生故障时，根据IMS域的域选功能，短信业务可以回落至3G电路域，由用户注册的MSC进行转发，同样地，当IMS域的S-CSCF发生故障时，VoLTE短信也回落至3G电路域，由3G网络进行发送[2]。

随着5G网络的发展，5G SA用户呈逐步增加状态，目前在各运营商中的占比越来越多。因5G SA网络的特殊性，当用户处于5G SA注册及网络覆盖时，只注册在5G核心网络上，不做联合位置更新，无法附着于3G电路域网络。由于5G SA用户的这种特性，在以下两种场景下会出现较长时间的无法接收短信情况。

（1）场景一：VoLTE短信网关主用DC发生故障，业务全部切换到容灾DC，5G SA用户无法接收短信。

（2）场景二：VoLTE网关运行正常，用户注册的S-CSCF设备发生故障时，对于5G SA用户的MT短信，VoLTE短信网关通过该S-CSCF无法投递成功，按流程再向3G电路域投递时也无法成功，会出现用户短信暂时不可达的现象。在用户进行重注册时消除（此时用户重新注册到了可用的S-CSCF），最长时间情况为一个注册周期54分钟。

本文中研究了这两种场景下，5G SA用户的MT短信容灾实现方案，保障用户能够及时接收短信。

2   VoLTE短信网关容灾切换方案

2.1 VoLTE短信网关容灾组网架构

VoLTE短信网关分大区集中部署，各大区按云化双节点方案建设，两个节点在本大区内部互为容灾备份，分别与所管辖省的IMS核心网、HLR/HSS/UDM、短信中心（SMSC）连接。该容灾方案可以满足任一大区VoLTE短信网关现网单节点系统和业务出现严重异常状况或故障时，将其上业务迅速切换至对应容灾节点的要求，确保用户感知迅速恢复正常[3]。

在VoLTE短信网关终呼时，主用DC發生故障，切换到容灾DC，在原主用DC用户刷新注册前，容灾DC侧的VoLTE短信网关没有原主用DC上该用户的注册信息。在用户刷新注册前，容灾DC收到短信中心下发的MT消息，会通过3G电路域网络完成消息终呼。但5G SA用户只附着在5G核心网络，无法通过3G电路域网络下发短信。随着5G SA用户的快速发展，需要解决VoLTE短信网关容灾切换后5G SA用户不能及时接收短信的问题。

VoLTE短信网关在收到未注册用户MT短信时，需要查询被叫用户归属的3G电路域CF地址，完成消息下发。

2.2 VoLTE短信网关查询被叫归属CSCF要求

VoLTE短信网关根据被叫号码可以从电话号码映射（ENUM）/域名解析服务器（DNS）中查询被叫的问询呼叫会话控制功能（I-CSCF）地址，通过I-CSCF完成消息下发。因VoLTE短信网关消息量比较大，不同被叫号码都要到ENUM/DNS做NAPTR查询，影响ENUM/DNS性能。建议通过HSS获取用户S-CSCF主机名，配合CSCF的默认端口号完成VoLTE短信下发。支持通过UDR查询被叫S-CSCF地址，如图2中流程3、4所示。

VoLTE短信网关从HSS获取CSCF主机名后，支持查询DNS获取CSCF的IP地址。如图3中8～10流程表示，如果HSS没有返回端口号，使用CSCF默认端口号完成消息下发，如图3中2～7所示。

（1）IMS域消息下发失败后，继续原规范中3G电路域消息回落。

（2）如果S-CSCF发生故障，心跳检测失败，VoLTE短信网关则通过I-CSCF完成消息下发。I-CSCF接收到MT消息后，会根据IFC选择可用的S-CSCF完成消息下发。

2.3 关键技术要求

在配置VoLTE短信网关时，需要配置S-CSCF和I-CSCF的池组（POOL）名称，即SRV查询名称。针对S-CSCF和I-CSCF查询过程如下：通过查询S-CSCF POOL名称，可以返回所有S-CSCF主机名和端口号，再对返回的S-CSCF主机名做A/AAAA查询，可以获取S-CSCF的IP地址，A对应IPv4查询，AAAA对应IPv6查询。在VoLTE短信网关容灾后，业务处理机从HSS获取S-CSCF主机名后，发给UPSIP，UPSIP根据DNS返回的IP地址和端口号，完成IMS短信的下发。

3   S-CSCF发生故障时5G SA用户短信投递方案

3.1 方案介绍

因5G SA网络的特殊性，当用户处于5G SA注册及网络覆盖时，无法附着于3G电路域网络。这样，如果用户注册的S-CSCF设备发生故障，对于5G SA用户的MT短信，IP短信网关通过该S-CSCF无法投递成功，按流程再向3G电路域投递时也无法成功，会出现用户短信暂时不可达的现象。该现象在用户进行重注册时消除（此时用户重新注册到了可用的S-CSCF），最长时间情况为一个注册周期。S-CSCF的这种故障对其他用户短信投递无影响。为了尽量避免S-CSCF发生故障时对5G SA用户的影响，考虑采用IP短信网关检测S-CSCF状态的方式进行处理。当发现某一S-CSCF完全不可用时，将发往该S-CSCF的5G SA用户的MT短信转发给该用户对应的I-CSCF，由I-CSCF重新进行S-CSCF的选取及短信投递，从而解决5G SA用户问题；对于其他用户，仍采用原处理流程，使用3G电路域投递方式。

通过注册识别5G接入用户并进行标记，IP短信网关在进行MT短信投递时使用S-CSCF域名进行处理，IP短信网关定时检测当前使用的所有S-CSCF的状态，当发现某一S-CSCF完全不可用时，将发往该S-CSCF的5G SA用户的MT短信转发给该用户对应的I-CSCF，由I-CSCF重新进行S-CSCF的选取及短信投递，从而解决5G SA用户问题；对于其他用户，仍采用原处理流程，使用3G电路域投递方式。

3.2 方案实现

为了尽量避免当S-CSCF发生故障时对5G SA用户的影响，考虑采用IP短信网关检测S-CSCF状态的方式进行处理。

（1）5G用户标记。当用户进行注册时，通过识别注册信息中P-Access-Network-Info头域，将携带3GPP-NR-FDD/3GPP-NR-TDD（可扩展）标签的用户标识为5G用户，以便后续进行有针对性处理；其他用户保持不变。

（2）域名投递及S-CSCF检测。调整现有IP短信网关MT短信投递方式，由使用预先记录的S-CSCF的IP地址投递改为使用S-CSCF域名投递，以增强S-CSCF的可用性，避免在S-CSCF的单个IP地址不可用时出现5G SA用户短信投递问题。

同时，新增SPM模块用于对S-CSCF域名缓存及心跳检测，通过DNS查询获取S-CSCF的IP地址及端口信息，供Message消息下发使用，以减少极大DNS查询量。同时，SPM模块定时对当前S-CSCF域名下的地址及端口列表进行心跳检测，识别S-CSCF的可用性，当一个S-CSCF域名下所有IP地址均不可用时，将其标识为故障状态。

（3）S-CSCF故障处理。当发现S-CSCF处于故障状态时，IP短信网关将5G用户MT短信转发至I-CSCF，由I-CSCF进行重选路由，使用可用的S-CSCF进行用户短信投递。

3.3 方案分析

本方案相对于现有流程的主要差异在于：一是MT短信由根据S-CSCF的IP地址投递改为根據域名投递；二是对S-CSCF进行心跳检测，需要S-CSCF支持并开启接手心跳检测功能；三是当S-CSCF发生故障时使用I-CSCF进行重选路由投递。

其中，MT短信由根据S-CSCF的IP地址投递改为根据域名投递，由IP短信网关按配置进行DNS查询并缓存S-CSCF的IP地址列表。这种方式将增加少量DNS查询，大约数量为本大区使用的S-CSCF数量×间隔时间，整体对现有设备无影响。

关于IP短信网关对S-CSCF进行的心跳检测配置时间进行处理，可按每5秒进行一次S-CSCF检测，消息量很小，对现有设备无影响。

最后，当S-CSCF发生故障时，使用I-CSCF进行重选路由投递会对I-CSCF产生一定消息影响，数量取决于故障S-CSCF承载的5G用户在该注册周期内接收的MT短信，以一般I-CSCF的正常处理能力，对这部分消息增量应可正常处理。具体情况，也可为核心网进行确认。

综合上述流程差异的对比，建议使用该方案进行5G用户兼容S-CSCF故障的处理。

4   结束语

本文介绍了在VoLTE短信网关单DC故障和核心网S-CSCF故障两种极端故障场景下，5G SA用户因没有在3G电路域注册无法进行3G电路域短信重投递，导致MT短信长时间无法接收的容灾实现方案，分析了容灾实现业务流程及与现有流程的对比，为VoLTE短信业务的安全保障提供了有力经验借鉴，可在其他运营商推广。

参考文献

[1] 敬笑．VoLTE用户的IP短信业务实现方案[J]．物联网学报，2017（3）：68-71.

[2] 阎艳芳，谢冬秀，董俊涛，等．IP短信网关容灾方案研究[J]．中国新通信，2020，22（17）：13-14.

[3] 孙会玲，刘晓鸣，王玉玲．VoLTE短信组网方案浅析[J]．山东通信技术，2016，36（4）：39-41，45.