周泉 中國移動通信集團(tuán)江蘇有限公司網(wǎng)絡(luò)部工程師

中創(chuàng)信測技術(shù)專欄

針對VoLTE監(jiān)測分析的系統(tǒng)解決方案介紹（續(xù)一）

周泉 中國移動通信集團(tuán)江蘇有限公司網(wǎng)絡(luò)部工程師

4 VoLTE監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

4.1 監(jiān)測范圍及主要接口描述

VoLTE是LTE、IMS、CS網(wǎng)絡(luò)三網(wǎng)融合下的語音解決方案，傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)只是采集以上3個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)做分析處理，這對VoLTE而言是不夠的，數(shù)據(jù)是缺失的。為了分析出VoLTE的全流程，需要對全網(wǎng)數(shù)據(jù)做端到端關(guān)聯(lián)分析。

VoLTE全網(wǎng)采集包括LTE、IMS網(wǎng)絡(luò)和SRVCC切換后的CS網(wǎng)絡(luò)。采用增強(qiáng)型eSRVCC切換組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)圖以及VoLTE業(yè)務(wù)監(jiān)測采集范圍如圖7所示，紅點(diǎn)處為采集處理接口。

數(shù)據(jù)采集需支持關(guān)聯(lián)分析，包括LTE的終端附著、VoLTE專用承載的建立、IMS注冊、呼叫控制、LTE到CS域的信令與媒體切換關(guān)聯(lián)。采集主要包括S1-U、S1-MME、S6a、SGi、Sv、Gx、Rx、Mc、Gm、Mn、Mw以及IMS核心網(wǎng)內(nèi)所有接口，對接口的描述如表1所示。

圖7 VoLTE采集范圍

表1 接口描述

（1）LTE系統(tǒng)S1接口

S1接口應(yīng)用S1AP協(xié)議，該接口為eNB通過S1-MME接口連接MME，通過S1-U接口連接S-GW。

S1-AP的信令服務(wù)可以劃分為兩組：

●與UE無關(guān)的信令服務(wù)：這些信令服務(wù)利用與UE無關(guān)的信令連接在eNB與MME之間實(shí)現(xiàn)功能。

●與UE相關(guān)的信令服務(wù)：這些信令服務(wù)與一個(gè)特定的UE有關(guān)。提供這些信令服務(wù)的S1-AP功能都關(guān)聯(lián)到一個(gè)與UE相關(guān)的信令連接上。

S1-AP協(xié)議功能：

●E-RAB管理功能：負(fù)責(zé)建立、修改和釋放E-RABs。

●初始上下文傳輸功能：用于在eNB中建立一個(gè)S1UE上下文。

●UE能力信息指示功能：用于向MME轉(zhuǎn)發(fā)從UE中接收到的UE能力信息。

●移動性相關(guān)功能：使UE能通過S1接口進(jìn)行SAE/LTE中不同eNBs間的切換等。

●尋呼：用于向EPC提供尋呼UE的能力。

●S1接口管理功能。

●NAS信令傳輸功能：用于在UE和MME之間傳輸與NAS信令相關(guān)的信息以及在eNB中建立S1UE上下文。

●S1UE上下文釋放功能：負(fù)責(zé)管理eNB和MME中特定UE上下文的釋放。

●UE上下文修改功能：用于部分修改已經(jīng)建立的UE上下文。

●狀態(tài)轉(zhuǎn)移：用于從源eNB向目的eNB轉(zhuǎn)發(fā)PDCPSN狀態(tài)信息，以支持LTE切換過程中數(shù)據(jù)的順序傳輸和重復(fù)避免。

●跟蹤功能：用于對一個(gè)處于ECM-CONNECTED狀態(tài)的UE進(jìn)行跟蹤記錄控制。

●位置報(bào)告：使MME獲知UE當(dāng)前的位置信息。

●警告消息傳輸功能：提供開始以及重寫警告消息廣播的方法。

●RAN消息管理功能：允許通過核心網(wǎng)在兩個(gè)RAN節(jié)點(diǎn)間請求和傳輸RAN系統(tǒng)信息。

●配置傳輸功能：允許通過核心網(wǎng)在兩個(gè)RAN節(jié)點(diǎn)間請求和傳輸RAN配置信息。

S1-AP典型基本過程：

●E-RAB建立過程。

●初始上下文建立過程。

●尋呼。

●NAS傳輸過程。

（2）LTE系統(tǒng)S6a接口

該接口應(yīng)用DIAMETER基本協(xié)議，為各種認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)業(yè)務(wù)提供安全、可靠、易于擴(kuò)展的框架，為MME與HSS之間的接口（S6a接口）。

DIAMETER基本協(xié)議設(shè)定通訊是以對等的模式進(jìn)行的，而不是客戶/服務(wù)器模式，其注重能力協(xié)商，消息發(fā)送以及對等端如何最終被拒絕。同時(shí)，基礎(chǔ)規(guī)則還制訂了特定規(guī)則來進(jìn)行DIAMETER節(jié)點(diǎn)之間所有的信息交換，DIAMETER基礎(chǔ)協(xié)議旨在提供一個(gè)AAA框架，以用于各種應(yīng)用。其主要的設(shè)計(jì)思想為：

●保持基本協(xié)議的輕巧和簡單，易于實(shí)現(xiàn)協(xié)議。

●所有由協(xié)議傳送的數(shù)據(jù)都以AVP形式出現(xiàn)，并有與RADIUS相似的高效屬性編碼，被使用的AVP包含的數(shù)據(jù)有用戶認(rèn)證信息、服務(wù)相關(guān)的授權(quán)信息、交換資源使用消息和中繼/代理和重定向消息等類型，AVP的標(biāo)識符名字空間要足夠大，以便擴(kuò)展，還支持廠商自定義的AVP和命令。

●能同時(shí)支持大量的請求。

●DIAMETER網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行在TCP或者SCTP上，能夠提供可靠傳輸并具有重傳機(jī)制，由傳輸層提供可靠性。

●能快速地檢測出不可到達(dá)對等端的能力，并有很好的故障切換機(jī)制。

●DIAMETER協(xié)議要求代理鏈上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)或確認(rèn)每一個(gè)請求，代理鏈上每一個(gè)節(jié)點(diǎn)有責(zé)任對沒有響應(yīng)的消息進(jìn)行重傳。所有的消息都要有應(yīng)答，而不能無聲丟棄。

●DIAMETER協(xié)議是對等模式的協(xié)議，允許主動地將消息發(fā)送到接入服務(wù)器。對等模式有很多好處，如可以按需返回計(jì)賬信息、由服務(wù)器發(fā)起會話終止信息等。

●采用IPSec/TLS或二者為DIAMETER的對等雙方提供數(shù)據(jù)完整和保密等安全性，有AVP級的完整性和保密性。

●每一個(gè)認(rèn)證/授權(quán)流有一個(gè)與之對應(yīng)的會話，會話通過一個(gè)會話標(biāo)識符來標(biāo)識，這在一個(gè)給定時(shí)間內(nèi)是全局唯一的，所有后續(xù)的DIAMETER事務(wù)（如計(jì)費(fèi)）必須包含這個(gè)會話標(biāo)識，以用來引用這個(gè)會話。

●支持重定向服務(wù)。

（3）Gm接口

Gm接口把UE接入到IMS。它被用來傳輸U(kuò)E和IMS之間的所有SIP信令消息。該接口在IMS側(cè)對應(yīng)的是P-CSCF。Gm上的流程被分為3大類：注冊、會話控制和事務(wù)（Transaction）。

注冊流程中，UE使用Gm接口給P-CSCF注冊請求，并在請求消息中標(biāo)識所支持的安全機(jī)制。在注冊的過程中，UE和P-CSCF交換用來認(rèn)證自身和網(wǎng)絡(luò)的必要參數(shù)，獲取隱式注冊的用戶標(biāo)識符，協(xié)商安全關(guān)聯(lián)（Security Association）的必要參數(shù)，并有可能啟動SIP壓縮。另外，Gm也被用來在網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起的注銷和重新認(rèn)證中向UE發(fā)送通知。

會話控制流程包括處理移動端發(fā)起的會話和終結(jié)于移動端的會話的機(jī)制。在移動端發(fā)起的會話中，Gm把請求消息從UE轉(zhuǎn)發(fā)到P-CSCF；在終結(jié)于移動端的會話中，Gm把請求消息從P-CSCF轉(zhuǎn)發(fā)到UE。

事務(wù)流程用來發(fā)送孤立的（Stand-alone）請求（如MESSAGE請求），并接收所有通過Gm接口的對應(yīng)的應(yīng)答消息（如200 OK）。事務(wù)流程相對于會話控制流程的區(qū)別是沒有對話（Dialog）的建立。

（4）Mw接口

Mw接口是CSCF間的基于SIP的接口，接口協(xié)議SIP。Mw接口上的流程被分為注冊、會話控制和事務(wù)3大類。

在注冊流程中，P-CSCF使用Mw接口從UE向I-CSCF轉(zhuǎn)發(fā)注冊請求，I-CSCF利用Mw接口向S-CSCF轉(zhuǎn)發(fā)請求，最后，從S-CSCF發(fā)出的應(yīng)答消息通過Mw沿路返回。另外，S-CSCF在網(wǎng)絡(luò)發(fā)起注銷時(shí)利用Mw接口通知UE這個(gè)注銷，還在網(wǎng)絡(luò)發(fā)起重新認(rèn)證時(shí)利用Mw接口通知P-CSCF釋放相關(guān)用戶的資源。

會話控制流程包括處理移動端發(fā)起的會話和終結(jié)于移動端的會話的機(jī)制。在移動端發(fā)起的會話中，Mw把請求消息從P-CSCF轉(zhuǎn)發(fā)到S-CSCF，以及從S-CSCF轉(zhuǎn)發(fā)到I-CSCF；在終結(jié)于移動端的會話中，Gm把請求消息從I-CSCF轉(zhuǎn)發(fā)到S-CSCF，以及從S-CSCF轉(zhuǎn)發(fā)到P-CSCF。這個(gè)接口還被用于網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的會話釋放中，例如當(dāng)從PDF收到承載通道丟失的指示時(shí)，P-CSCF可能向S-CSCF發(fā)起會話釋放。另外，Mw也傳輸計(jì)費(fèi)相關(guān)的信息。

事務(wù)流程用來發(fā)送孤立的請求，并接收所有通過Mw的對應(yīng)于那個(gè)請求的應(yīng)答消息。事務(wù)流程相對于會話控制流程的區(qū)別是沒有對話的建立。

4.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（1）VoLTE業(yè)務(wù)多接口關(guān)聯(lián)

VoLTE過程涉及到了LTE、IMS和2G/3G網(wǎng)絡(luò)，而用戶在不同網(wǎng)絡(luò)中使用不同的身份標(biāo)識。同時(shí)，隨著用戶在網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)行為，用戶的身份標(biāo)識可能不斷發(fā)生變化。因此，如何將用戶不同的身份標(biāo)識進(jìn)行實(shí)時(shí)映射就成為能否正確關(guān)聯(lián)VoLTE多接口業(yè)務(wù)過程的關(guān)鍵。

通過對VoLTE業(yè)務(wù)各接口信令的解析，用系統(tǒng)在線自學(xué)習(xí)的方式獲取并維護(hù)各接口間的身份信息及位置信息對應(yīng)表?；诖藢?yīng)表，完成各接口身份信息及位置信息統(tǒng)一，完成VoLTE業(yè)務(wù)各階段呼損原因及時(shí)延信息的回填，并合成端到端業(yè)務(wù)記錄。

（2）VoLTE端到端指標(biāo)分析

傳統(tǒng)網(wǎng)管系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)一般都基于內(nèi)部計(jì)數(shù)器，計(jì)算點(diǎn)都基于單一接口。而VoLTE過程涉及到3個(gè)網(wǎng)絡(luò)的多網(wǎng)元多接口，單一接口的分析不能為VoLTE提供整體網(wǎng)絡(luò)的分析，并不能直觀地反映出網(wǎng)絡(luò)狀況。針對VoLTE特點(diǎn)，系統(tǒng)建立了以eSRVCC切換成功率、呼叫成功率，端到端呼叫時(shí)延、端到端MOS語音質(zhì)量為主的端到端指標(biāo)分析。通過VoLTE的指標(biāo)體系，可以準(zhǔn)確、直觀地體現(xiàn)出業(yè)務(wù)感知，反映出用戶感知。

（3）VoLTE用戶感知分析

在LTE網(wǎng)絡(luò)S1-U接口上的數(shù)據(jù)對分析VoLTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶感知至關(guān)重要。S1-U接口的數(shù)據(jù)有SIP信令，雖然IMS域中可以采集、解析出SIP信令，但是IMS域中的信令只能分析IMS域網(wǎng)元內(nèi)傳輸質(zhì)量以及時(shí)延，而分析S1-U上的數(shù)據(jù)，通過解析出的SIP信令可以判斷VoLTE業(yè)務(wù)在核心網(wǎng)IMS域中是否成功，在EPC承載中是否有呼損，以及在eNodeB到SGW之間傳輸時(shí)延是多少？eNodeB到SGW之間的時(shí)延遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于IMS域內(nèi)的時(shí)延，而這部分時(shí)延才是用戶真正可以感知到的，這些數(shù)據(jù)將直接影響用戶感知。采集、解析S1-U接口的數(shù)據(jù)，可以盡快發(fā)現(xiàn)并定位網(wǎng)絡(luò)問題，以解決用戶投訴，提高用戶感知。

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，除了語音業(yè)務(wù)外，視頻業(yè)務(wù)將是VoLTE的重點(diǎn)，包括視頻通話、網(wǎng)上觀看視頻、VIP用戶組視頻通話、視頻會議等。對視頻業(yè)務(wù)質(zhì)量的分析依賴于對S1-U接口上數(shù)據(jù)的分析，S1-U接口上的數(shù)據(jù)協(xié)議有GTP-U、SIP、RTP、RTCP，通過解析GTP-U、RTP、RTCP協(xié)議，可以分析視頻的卡頓、交互過程、協(xié)商過程等。

通過對S1-U接口數(shù)據(jù)的解析以及多接口的關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)將會準(zhǔn)確、客觀地反映出VoLTE的用戶感知。

5 系統(tǒng)主要功能

江蘇移動實(shí)驗(yàn)局的VoLTE監(jiān)測試點(diǎn)系統(tǒng)由中創(chuàng)信測公司參與部署，目前具備以下主要功能：

5.1 處理用戶投訴

VoLTE網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)初期，網(wǎng)絡(luò)是否通暢是運(yùn)營商首要關(guān)注的問題，LTE網(wǎng)絡(luò)與IMS網(wǎng)絡(luò)的互通，LTE網(wǎng)絡(luò)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的切換，2G/3G網(wǎng)絡(luò)與IMS網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，這一系列的過程增加了VoLTE的復(fù)雜度。在這一過程中，如何快速高效地定位出導(dǎo)致用戶業(yè)務(wù)失敗的網(wǎng)元，發(fā)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)失敗的根本原因是VoLTE業(yè)務(wù)運(yùn)維工作中常常遇到的問題。中創(chuàng)信測信令監(jiān)測系統(tǒng)通過端到端的分析，可以重現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)失敗場景，從而簡單有效地發(fā)現(xiàn)問題、定位故障。

5.2 網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)質(zhì)量分析功能

（1）eSRVCC切換質(zhì)量分析

eSRVCC切換方案是VoLTE關(guān)鍵技術(shù)所在，切換成功率以及切換時(shí)延直接影響用戶體驗(yàn)，如果切換時(shí)延過長會給用戶造成掉話的感覺。針對VoLTE這一特點(diǎn)，對eSRVCC切換質(zhì)量的分析至關(guān)重要，監(jiān)測系統(tǒng)需通過對切換成功率、切換響應(yīng)時(shí)延、切換完成時(shí)延、切換過程時(shí)長等指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)，分析出網(wǎng)絡(luò)的切換質(zhì)量。

（2）語音數(shù)據(jù)的捕獲與分析

端到端分析不僅是多接口信令流程的端到端關(guān)聯(lián)，而且是控制面與用戶面數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，是對一次業(yè)務(wù)的全流程的關(guān)聯(lián)。捕獲功能為維護(hù)人員提供了方便，快速的媒體RTP/RTCP數(shù)據(jù)捕獲方法，可以使用戶大量節(jié)約語音數(shù)據(jù)存儲空間，提高語音數(shù)據(jù)分析效率。

該功能提供捕獲條件的設(shè)置，目前支持時(shí)間、用戶號碼、媒體IP/PORT和MOS值條件，當(dāng)數(shù)據(jù)觸發(fā)捕獲條件后，用戶的語音數(shù)據(jù)以及與之關(guān)聯(lián)的信令數(shù)據(jù)，會被捕獲并存儲到服務(wù)器上，同時(shí)支持自動轉(zhuǎn)成WAV格式。維護(hù)人員可查看此次業(yè)務(wù)的信令過程，并回放語音WAV音頻文件，從而分析業(yè)務(wù)過程質(zhì)量。

（續(xù)完）