Colisión TLLI aleatoria en 2G en routers Cisco ASR serie 5000

Introducción

Este documento describe el problema y las soluciones relacionadas con los problemas de colisión del Identificador de link lógico temporal (TLLI) aleatorio en el Nodo de soporte del Servicio de radio de paquetes general de servicio (GPRS) (SGSN) en los routers Cisco ASR 5000 Series.

Antecedentes

En la capa LLC (Control de enlaces lógicos), SGSN anula una solicitud de adhesión de procesamiento si recibe una solicitud de adhesión posterior con el mismo TLLI aleatorio fijo que interpreta que el dispositivo es el mismo para ambas solicitudes. En las recargas de SGSN, cuando muchos dispositivos intentan conectarse simultáneamente, sólo uno de ellos (el último) se conecta correctamente a la red y el SGSN anula el procedimiento de conexión para todos los dispositivos anteriores. Esto se traduce en un índice de adhesión deficiente. Los dispositivos que han fallado continúan intentando y, finalmente, logran su éxito tras un retraso impredecible. Los dispositivos presentes en la red inalámbrica tienen problemas de software en los que todos los dispositivos del mismo fabricante intentan conectar el switch de paquetes (PS) con una TLLI aleatoria fija.

Problema

Como explica la especificación técnica 3^ª generación del proyecto de asociación (3GPP) (TS) 23.003, una estación móvil (MS) crea una TLLI aleatoria de la siguiente manera:

• el bit 31 está configurado en 0
• los bits 30 hasta 27 se configuran en 1
• los bits 0 a 26 se eligen aleatoriamente

Además, 3GPP TS 24.008 V 7.0 explica que si no hay disponible un Identificador de Suscriptor Móvil Temporal (P-TMSI) válido y cuando el MS no ha almacenado un P-TMSI válido, el MS utiliza un TLLI aleatorio seleccionado aleatoriamente para la transmisión del mensaje ATTACH REQUEST de cualquier procedimiento de adhesión GPRS combinado/no combinado.

El mismo valor TLLI aleatorio seleccionado aleatoriamente se utiliza para todos los intentos de retransmisión de mensajes y para las actualizaciones de celda en un intento de asociación. Tras recibir un mensaje de SOLICITUD DE ADHESIÓN, la red asigna una P-TMSI al MS. La red deriva un TLLI local de la P-TMSI asignada y transmite la P-TMSI asignada al MS.

Una vez recibida la P-TMSI asignada, la MS deriva la TLLI local de esta P-TMSI y la utiliza para dirigirse a capas inferiores.

Nota: Aunque el MS deriva un TLLI local para el direccionamiento en capas inferiores, la red no debe asumir que sólo recibe tramas LLC usa un TLLI local. Inmediatamente después de la conexión GPRS exitosa, la red debe estar preparada para continuar aceptando tramas LLC desde el MS que todavía utiliza el TLLI aleatorio.

Solución

Los smartphones suelen utilizar P-TMSI asignado por SGSN para evitar colisiones. La TLLI aleatoria es liberada por SGSN solamente después de la exitosa conexión GPRS. Debido a que los módems, o los no estándares que no funcionan según los estándares, se conectan con el mismo TLLI aleatorio, esto da lugar a un retraso en la correcta conexión cada vez que los otros dispositivos intentan conectarse al mismo tiempo. Una recarga del sistema tiene muchas más solicitudes de conexión que vienen de estos módems/dispositivos en una breve ventana de tiempo, pero con un grupo limitado de TLLI aleatorios fijos. Por lo tanto, las posibilidades de colisión son altas.

 

Estas soluciones se proporcionan para abordar este problema:

1. Permitir que sólo un suscriptor se asocie con una TLLI aleatoria fija a la vez. Mientras que un procedimiento de adhesión con un TLLI aleatorio fijo es continuo (hasta que un nuevo P-TMSI sea aceptado por el MS), todos los demás adjuntos subsiguientes que vienen con el mismo TLLI aleatorio con un identificador de suscriptor móvil internacional (IMSI) diferente se descartan en linkmgr. Esto descarta las solicitudes de adhesión de un MS diferente con el mismo TLLI aleatorio independientemente de si el TLLI está configurado o no. Esto proporciona alguna solución a este problema, pero el índice de éxito de adhesión es muy bajo porque sólo una solicitud de adhesión entre todas las solicitudes de adhesión con el mismo TLLI aleatorio puede ser procesada por SGSN.
2. También se proporcionan comprobaciones adicionales del Identificador de entidad de servicio de red (NSEI) para procesar las solicitudes de adhesión. Si diferentes solicitudes de adhesión con el mismo TLLI aleatorio provienen de diferentes NSEI, todas estas solicitudes se procesan al mismo tiempo. Esto aumenta la tasa de éxito de las solicitudes de adhesión con el mismo TLLI aleatorio porque ahora las solicitudes de adhesión con el mismo TLLI aleatorio se procesan simultáneamente si vienen de diferentes NSEI.
3. Permitir que un temporizador TLLI reciba el adjunto completo con el TLLI aleatorio antiguo. Este temporizador se detiene una vez que se recibe un paquete de link ascendente, como una solicitud de activación, del suscriptor adjunto con el TLLI asignado por el SGSN. En caso de que el suscriptor no reciba ningún paquete de link ascendente con la TLLI asignada por SGSN dentro del tiempo (tiempo de espera), se liberará la TLLI aleatoria que mapea con ese IMSI y se aceptará cualquier otra solicitud de adhesión con el mismo TLLI aleatorio fijo. No se acepta ninguna solicitud de adhesión del TLLI configurado aleatorio fijo hasta que el temporizador se detenga o caduque. Este temporizador (tiempo de espera) se proporciona como configurable con un rango de 1 segundo a 125 segundos y un valor predeterminado de 5 segundos. Además, para limitar esta funcionalidad de tiempo de espera solamente a los suscriptores TLLI aleatorios fijos, configure la lista TLLI con quién debe ser atendida con esta funcionalidad.

Impacto de la solución

El impacto de la corrección se limita solamente a los suscriptores con TLLI aleatorio fijo si el TLLI afectado está configurado en la lista TLLI.

1. Si el suscriptor adjunto no envía ningún paquete de link ascendente dentro del tiempo de espera y envía un paquete de link ascendente con el TLLI asignado por SGSN después del vencimiento del tiempo de espera, no hay impacto.
2. Si el suscriptor no envía un paquete de link ascendente con TLLI asignado por el SGSN, no se satisfarán otras solicitudes de adhesión del TLLI configurado para el tiempo configurado. Esto puede causar un retraso en las conexiones generales de todos los dispositivos que utilizan TLLI aleatorio fijo. Normalmente, una solicitud de activación sigue a la función de adjuntar-completar para los dispositivos de máquina a máquina (M2M). Sin embargo, la situación es mejor que la actual cuando una sola conexión se retrasa debido a la interferencia de otros dispositivos que el TLLI aleatorio fijo.
3. Si el suscriptor adjunto regresa con un paquete de link ascendente con el TLLI aleatorio fijo después del vencimiento del tiempo de espera configurado, esto puede llevar a escenarios de colisión. Esta configuración en gprs-service aumenta la probabilidad de que el suscriptor adjunto use el TLLI proporcionado por el SGSN inmediatamente (dentro del tiempo de espera).

   Syntax:
   
   Under Call-control-profile
   
   "gmm information-in-messages access-type gprs"

Configuraciones

Los nuevos comandos de configuración se agregan en el modo de configuración sgsn-global para habilitar/inhabilitar el TLLI aleatorio.

Esta primera configuración permite que el SGSN descarte/descarte la solicitud de adhesión recibida con el TLLI aleatorio que ya está en uso.

Activar/desactivar las caídas de adhesión para una TLLI existente

De forma predeterminada, las solicitudes de adhesión recibidas se pueden procesar con el TLLI que ya está en uso.

Esta configuración permite que el SGSN descarte/descarte el mensaje ATTACH-REQUEST recibido con el TLLI aleatorio ya en uso. Esta configuración garantiza en cualquier momento que el SGSN procesa solamente un ATTACH con el mismo TLLI aleatorio. Cuando habilita esta configuración, descarta el mensaje ATTACH-REQUEST de los diferentes MS con el uso del TLLI que ya existe en el SGSN y que utiliza otro MS para conectarse. Si la segunda conexión proviene del mismo MS y el mismo TLLI aleatorio que se utilizó anteriormente para la conexión, SGSN permite procesarla con la adición de otra verificación que utilice NSEI.

Syntax:

[default] gmm-message attach-with-tlli-in-use [discard-message]

Este resultado proporciona un ejemplo de configuración:

[local]sim-lte#config
[local]sim-lte(config)#sgsn-global 
[local]sim-lte(config-sgsn-global)#gmm-message 
 attach-with-tlli-in-use - Specifies the action to be taken for the
 reception of ATTACH request with TLLI already in use.
 By default, SGSN process the ATTACH request 
[local]sim-lte(config-sgsn-global)#gmm-message attach-with-tlli-in-use 
 discard-message - Enables the SGSN to discard the received GMM message 
[local]sim-lte(config-sgsn-global)#gmm-message attach-with-tlli-in-use discard-message 
 only-on-same-nsei - Enables the SGSN to discard the received GMM message if same NSEI 
 <cr> - newline 
[local]sim-lte(config-sgsn-global)#gmm-message attach-with-tlli-in-use discard-message 
[local]sim-lte(config-sgsn-global)# 

[local]asr5000#show configuration

config

... ... ...

... ... ...

sgsn-global

   imsi-range mcc xxx mnc xxx plmnid xxxxx operator-policy <>

   gmm-message attach-with-tlli-in-use discard-message

#exit

La segunda parte de esta configuración permite al usuario configurar la lista de TLLI aleatorio para invalidarla/eliminarla de GPRS Mobility Management (GMM) después de que caduque el temporizador TLLI antiguo invalidado (temporizador introducido como parte de esta corrección). El temporizador también se puede configurar en el rango de 1 a 125 segundos.

Activar/desactivar las caídas de adhesión para la TLLI existente con la comprobación NSEI

Esta configuración le permite tener una verificación adicional del NSEI cada vez que cualquier nueva solicitud de adhesión con el valor TLLI aleatorio que ya está en uso llega al SGSN. Esto permite al SGSN procesar múltiples solicitudes de adhesión con el mismo TLLI aleatorio si vienen de diferentes NSEI.

Syntax:

[default] gmm-message attach-with-tlli-in-use discard-message only-on-same-nsei

Este resultado proporciona un ejemplo de configuración:

[local]sim-lte#config
[local]sim-lte(config)#sgsn-global 
[local]sim-lte(config-sgsn-global)#gmm-message 
 attach-with-tlli-in-use - Specifies the action to be taken for the reception 
of ATTACH request with TLLI already in use. By default, SGSN process the ATTACH request 
[local]sim-lte(config-sgsn-global)#gmm-message attach-with-tlli-in-use 
 discard-message - Enables the SGSN to discard the received GMM message 
[local]sim-lte(config-sgsn-global)#gmm-message attach-with-tlli-in-use discard-message 
 only-on-same-nsei - Enables the SGSN to discard the received GMM message if same NSEI 
 <cr> - newline 
[local]sim-lte(config-sgsn-global)#gmm-message attach-with-tlli-in-use 
discard-message only-on-same-nsei 
 <cr> - newline 
[local]sim-lte(config-sgsn-global)#gmm-message attach-with-tlli-in-use
 discard-message only-on-same-nsei 
[local]sim-lte(config-sgsn-global)#

[local]asr5000#show configuration

config

... ... ...

... ... ...

sgsn-global

   imsi-range mcc xxx mnc xxx plmnid xxxxx operator-policy <>

   gmm-message attach-with-tlli-in-use discard-message only-on-same-nsei

#exit

La segunda parte de esta configuración permite al usuario configurar la lista de TLLI aleatorio para ser invalidada/eliminada del GMM después de que caduque el temporizador TLLI antiguo invalidado (temporizador introducido como parte de esta corrección). El temporizador también se puede configurar en el rango de 1 a 125 segundos.

Habilitar el temporizador de espera TLLI

Este resultado proporciona un ejemplo de configuración:

#config
#sgsn-global
#gmm-message attach-with-tlli-in-use [discard-message]
#old-tlli invalidate tlli 0x7C43128F ( Please identify more such TLLIs used by this modems)
#old-tlli hold-time 2 (You can optimize the timer value based on the frequency of 
the attach from the same TLLI)
#exit
#end

Comprobar caídas

Esta CLI le ayuda a identificar si la conexión se está descartando debido a la TLLI aleatoria sólo si esta configuración está habilitada.

La primera configuración funciona independientemente de la lista de TLLIs configuradas para ser invalidadas con el comando gprs invalidate-old-tlli tlli [<value>].  

Si el contador resaltado en esta CLI es más, hay una colisión TLLI aleatoria en la red.  Pruebe la CLI en modo normal si no puede ver esto. A continuación, intente en modo oculto que requiera privilegios especiales de usuario.

#show gbmgr all parser statistics all

Friday April 11 01:14:37 GMT 2015

	Gb Manager (Instance 4) Parser Statistics

		Decode Statistics

		   Decode Successes :   300832    Decode Failures :     0

		   Demux key 

		   IMSI        :  19743   P-TMSI(Local) : 6559   P-TMSI(Non-Local) : 6670

		   TLLI(Local) :  59542   SMGR Instance  :82805   TLLI (Non-Local)  : 62252

		.....

		.....

	 GMM 

		 rxCount  : 50179   Attach Req     :   20891  Detach Req       :      438

		 RAU Req  : 10040   Unexpected Msg :   0  Gb Msgs with NonLocal Tlli:   12698

		 IMSI Key : 14302   P-TMSI Key     :   13205  attach with tlli in use: 7191

		 Add P-TMSI Key :        0

		  Decode failure

		  Mobile Id Len Error :        2     Unsupported Mobile Id :        0

		   IE Missing          :        0     Other Decode Failure  :     9344	 

Mecanismo ASR5000 para una conexión IMSI con una TLLI aleatoria

Por lo general, cuando el SGSN recibe la solicitud de adhesión IMSI con un TLLI aleatorio, procesa la solicitud de adhesión recibida y crea una entrada para ese TLLI junto con la instancia IMSI y el administrador de sesión asignado (SESSMGR). El SESSMGR es asignado por el SGSN para servir a este MS. Después de la correcta creación de la entrada, todos los mensajes adicionales recibidos de este MS (TLLI) se reenvían directamente a ese SESSMGR para procesar el mismo. En el nivel de entrada, SGSN no puede identificar el TLLI de forma única basándose en el código de área de ubicación (LAC)/código de área de enrutamiento (RAC), ya que el SGSN no lo asignó.

El SGSN procesa la solicitud de adhesión para MS-1 y crea una entrada para ese TLLI junto con el IMSI y la instancia SESSMGR asignada. Si el SGSN recibe otra solicitud de adhesión de MS-2 utilizando el mismo TLLI aleatorio (de diferentes MS), la entrada existente para ese TLLI se sobrescribe con el IMSI de MS-2 junto con la instancia SESSMGR recientemente asignada para MS-2. Esta instancia puede ser la misma o una instancia SESSMGR diferente. Si la instancia SESSMGR asignada es diferente para MS-1 y MS-2, los mensajes adicionales recibidos para MS-1 no alcanzan el SESSMGR correcto.

Mejoras y sugerencias

Los dispositivos presentes en la red inalámbrica que tienen problemas de software con el TLLI o están codificados con el TLLI fijo y son del mismo fabricante intentan la conexión PS con un TLLI aleatorio fijo. Corrija este problema en el extremo del módem para evitar colisiones de conexión. También cree una lista de TLLI aleatorio utilizado frecuentemente por estos módems y aplique esta corrección para evitar el mismo escenario cada vez que se reinicie SGSN.