Collision TLLI aléatoire en 2G sur les routeurs de la gamme Cisco ASR 5000

Introduction

Ce document décrit le problème et les solutions liés aux problèmes de collision TLLI (Temporaire Logique Link Identifier) sur le noeud de prise en charge SGSN (Serving General Packet Radio Service) des routeurs de la gamme Cisco ASR 5000.

Informations générales

Au niveau de la couche LLC (Logical Link Control), le SGSN abandonne une demande d'attachement de traitement s'il reçoit une demande d'attachement ultérieure avec la même TLLI aléatoire fixe qui interprète le périphérique comme étant identique pour les deux demandes. Lors des rechargements SGSN, lorsque de nombreux périphériques tentent de se connecter simultanément, un seul d'entre eux (le dernier) se connecte correctement au réseau et la procédure d'attachement est abandonnée par le SGSN pour tous les périphériques précédents. Le taux d'attachement est donc médiocre. Les périphériques défaillants continuent de tenter leur réussite après un délai imprévisible. Les périphériques présents dans le réseau sans fil présentent des problèmes logiciels où tous les périphériques du même fabricant tentent de connecter le commutateur de paquets (PS) avec une TLLI aléatoire fixe.

Problème

Comme l'explique la spécification technique (TS) 23.003 du 3e projet de partenariat de génération (3GPP), une TLLI aléatoire est construite par une station mobile (MS) comme suit :

• le bit 31 est défini sur 0
• les bits 30 à 27 sont définis sur 1
• les bits 0 à 26 sont choisis au hasard

En outre, 3GPP TS 24.008 V 7.0 explique que si aucun identificateur d'abonné mobile temporaire de paquets (P-TMSI) valide n'est disponible et que le MS n'a pas stocké un P-TMSI valide, le MS utilise un TLLI aléatoire sélectionné au hasard pour transmettre le message ATTACH REQUEST de toute procédure d'attachement GPRS combinée/non combiné.

La même valeur TLLI aléatoire sélectionnée au hasard est utilisée pour toutes les tentatives de retransmission de messages et pour les mises à jour de cellules dans une seule tentative de connexion. Dès réception d’un message ATTACH REQUEST, le réseau attribue un P-TMSI à l’EM. Le réseau dérive une TLLI locale du P-TMSI affecté et transmet le P-TMSI affecté au MS.

Dès réception de l'IP-TMSI assigné, le MS dérive l'interface TLLI locale de cette interface P-TMSI et l'utilise pour l'adressage au niveau des couches inférieures.

Note: Bien que le MS dérive une TLLI locale pour l’adressage au niveau des couches inférieures, le réseau ne doit pas supposer que seules les trames LLC de réception utilisent une TLLI locale. Immédiatement après la connexion réussie du GPRS, le réseau doit être prêt à continuer à accepter les trames LLC de la part du MS qui utilise toujours le TLLI aléatoire.

Solution

Les smartphones utilisent généralement P-TMSI attribué par SGSN afin d'éviter toute collision. La TLLI aléatoire est libérée par le SGSN uniquement après l'attachement GPRS réussi. Comme les modems, ou les non-normes qui ne fonctionnent pas conformément aux normes, sont associés à la même TLLI aléatoire, cela entraîne un délai de connexion réussi lorsque les autres périphériques tentent de se connecter en même temps. Un rechargement du système a beaucoup plus de demandes de connexion qui arrivent de ces modems/périphériques dans un court laps de temps, mais avec un pool limité de TLLI aléatoires fixes. Par conséquent, les risques de collision sont élevés.

 

Ces solutions sont proposées afin de résoudre ce problème :

1. Autoriser un seul abonné à joindre avec une TLLI aléatoire fixe à la fois. Alors qu'une procédure d'attachement avec une TLLI aléatoire fixe est continue (jusqu'à ce qu'un nouveau P-TMSI soit accepté par les MS), tous les autres joints ultérieurs qui sont fournis avec la même TLLI aléatoire avec différents International Mobile Subscriber Identifier (IMSI) sont abandonnés à linkmgr. Cette opération supprime les demandes d'attachement d'un autre MS avec le même TLLI aléatoire, que le TLLI soit configuré ou non. Cela fournit une solution à ce problème, mais le taux de réussite de la connexion est très faible car une seule demande de connexion parmi toutes les demandes de connexion avec la même TLLI aléatoire peut être traitée par SGSN.
2. Des vérifications supplémentaires de l'identificateur d'entité de service réseau (NSEI) sont également fournies afin de traiter les demandes d'attachement. Si différentes demandes d'attachement avec le même TLLI aléatoire proviennent de différents NSEI, alors toutes ces demandes sont traitées en même temps. Cela augmente le taux de réussite des demandes d'attachement avec la même TLLI aléatoire, car maintenant les demandes d'attachement avec la même TLLI aléatoire sont traitées simultanément si elles proviennent de différents NSEI.
3. Autoriser un minuteur TLLI à recevoir la pièce jointe-complète avec l'ancienne TLLI aléatoire. Ce compteur s'arrête une fois qu'un paquet de liaison ascendante, tel qu'une demande d'activation, est reçu de l'abonné attaché avec l'interface TLLI allouée par le SGSN. Dans le cas où aucun paquet de liaison ascendante n'est reçu par l'abonné avec l'interface TLLI allouée par SGSN dans le délai (temps d'attente), l'interface TLLI aléatoire qui mappe avec cet IMSI est libérée et toute autre demande d'attachement avec la même interface TLLI aléatoire fixe est acceptée. Aucune demande d'attachement de la TLLI aléatoire fixe configurée n'est acceptée tant que le compteur n'est pas arrêté/expiré. Ce compteur (temps d'attente) est configuré avec une plage de 1 seconde à 125 secondes et une valeur par défaut de 5 secondes. En outre, afin de limiter cette fonctionnalité de temps d'attente aux abonnés TLLI aléatoires et fixes, configurez la liste TLLI avec qui doit être traité avec cette fonctionnalité.

Impact de la solution

L'impact du correctif est limité aux abonnés avec une TLLI aléatoire fixe uniquement si la TLLI affectée est configurée dans la liste TLLI.

1. Si l'abonné attaché n'envoie aucun paquet de liaison ascendante dans le délai d'attente et envoie un paquet de liaison ascendante avec l'interface TLLI allouée par SGSN après l'expiration du délai d'attente, il n'y a aucun impact.
2. Si l'abonné n'envoie pas de paquet de liaison ascendante avec TLLI alloué par le SGSN, aucune autre demande de connexion de l'interface TLLI configurée n'est honorée pour l'heure configurée. Cela peut provoquer un retard dans les liaisons globales de tous les périphériques qui utilisent une TLLI aléatoire fixe. Normalement, une demande d'activation suit la procédure d'attachement complète pour les périphériques M2M (Machine-to-Machine). Cependant, la situation est meilleure que dans le cas où une seule connexion est retardée en raison d'interférences par d'autres périphériques que la TLLI aléatoire fixe.
3. Si l'abonné connecté revient avec un paquet de liaison ascendante avec l'interface TLLI aléatoire fixe après l'expiration du temps d'attente configuré, cela peut mener à des scénarios de collision. Cette configuration dans gprs-service augmente la probabilité que l'abonné connecté utilise immédiatement l'interface TLLI fournie par le SGSN (dans le délai d'attente).

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

Configurations

De nouvelles commandes de configuration sont ajoutées en mode de configuration sgsn-global afin d'activer/désactiver l'interface TLLI aléatoire.

Cette première configuration permet au SGSN d'abandonner/rejeter la demande d'attachement reçue avec le TLLI aléatoire déjà utilisé.

Activer/désactiver les pertes de pièce jointe pour une interface TLLI existante

Par défaut, les demandes d'attachement reçues sont autorisées à traiter avec l'interface TLLI déjà utilisée.

Cette configuration permet au SGSN de rejeter/supprimer le message ATTACH-REQUEST reçu avec l'interface TLLI aléatoire déjà utilisée. Cette configuration garantit à tout moment qu'un seul ATTACH est traité par le SGSN avec le même TLLI aléatoire. Lorsque vous activez cette configuration, elle supprime le message ATTACH-REQUEST des différents États membres avec l'utilisation de l'interface TLLI qui existe déjà dans le SGSN et utilisé par un autre État membre afin de le joindre. Si la deuxième pièce jointe provient du même MS et de la même TLLI aléatoire qui a été utilisée précédemment pour la joindre, elle est autorisée à traiter par SGSN avec l'ajout d'une autre vérification qui utilise NSEI.

Syntax:

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

Ce résultat fournit un exemple de configuration :

[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 deuxième partie de cette configuration permet à l'utilisateur de configurer la liste des TLLI aléatoires pour qu'elle soit invalidée/supprimée de la gestion de mobilité GPRS (GMM) après l'expiration de l'ancien compteur TLLI invalidé (le compteur introduit dans le cadre de ce correctif). Le compteur peut également être configuré dans la plage de 1 à 125 secondes.

Activer/Désactiver les pertes d'attachement pour TLLI existant avec contrôle NSEI

Cette configuration vous permet d'avoir une vérification supplémentaire de l'interface NSEI chaque fois qu'une nouvelle demande d'attachement avec la valeur TLLI aléatoire déjà utilisée arrive sur le SGSN. Cela permet au SGSN de traiter plusieurs demandes d'attachement avec la même TLLI aléatoire si elles proviennent de différents NSEI.

Syntax:

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

Ce résultat fournit un exemple de configuration :

[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 deuxième partie de cette configuration permet à l'utilisateur de configurer la liste des TLLI aléatoires à invalider/supprimer du GMM après l'expiration de l'ancien compteur TLLI invalidé (le compteur introduit dans le cadre de ce correctif). Le compteur peut également être configuré dans la plage de 1 à 125 secondes.

Activer le temporisateur de mise en attente TLLI

Ce résultat fournit un exemple de configuration :

#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

Rechercher les abandons

Cette interface de ligne de commande vous aide à identifier si la connexion est supprimée en raison de l'interface TLLI aléatoire uniquement si cette configuration est activée.

La première configuration fonctionne indépendamment de la liste des TLLI configurés pour être invalidés avec la commande gprs invalider-old-tlli tlli [<valeur>].  

Si le compteur mis en surbrillance dans cette CLI est plus important, il y a une collision TLLI aléatoire dans le réseau.  Essayez l'interface de ligne de commande en mode normal si vous ne voyez pas cela. Ensuite, essayez en mode masqué qui nécessite des privilèges utilisateur spéciaux.

#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	 

Mécanisme ASR5000 pour une connexion IMSI avec une TLLI aléatoire

En règle générale, chaque fois que le SGSN reçoit la demande d'attachement IMSI avec une TLLI aléatoire, il traite la demande d'attachement reçue et crée une entrée pour cette TLLI avec l'instance IMSI et le gestionnaire de session assigné (SESSMGR). Le SESSMGR est assigné par le SGSN afin de servir ce MS. Après la création réussie de l'entrée, tous les autres messages reçus de ce MS (TLLI) sont directement transférés à ce SESSMGR afin de traiter la même. Au niveau d'entrée, le SGSN ne peut pas identifier l'interface TLLI de manière unique en fonction de l'indicatif régional de localisation (LAC)/du code régional de routage (RAC), car il n'a pas été attribué par le SGSN.

Le SGSN traite la demande d'attachement pour MS-1 et crée une entrée pour cette TLLI ainsi que l'instance IMSI et SESSMGR affectée. Si le SGSN reçoit une autre demande de pièce jointe de MS-2 en utilisant la même TLLI aléatoire (de MS différents), l'entrée existante pour cette TLLI est remplacée par l'IMSI de MS-2 avec l'instance SESSMGR nouvellement attribuée pour MS-2. Cette instance peut être identique ou différente. Si l'instance SESSMGR affectée est différente pour MS-1 et MS-2, les messages supplémentaires reçus pour MS-1 n'atteignent pas le SESSMGR correct.

Améliorations et suggestions

Périphériques présents dans le réseau sans fil qui présentent des problèmes logiciels avec l'interface TLLI ou qui sont codés en dur avec l'interface TLLI fixe et qui proviennent du même fabricant tentent d'associer l'interface PS à une interface TLLI aléatoire fixe. Corrigez ce problème à l'extrémité du modem afin d'éviter les collisions d'attachement. Créez également une liste TLLI aléatoire fréquemment utilisée par ces modems et appliquez ce correctif afin d'éviter le même scénario chaque fois que le SGSN redémarre.