孫強(qiáng)

【摘 要】為了分析如何滿足新興的VoLTE網(wǎng)絡(luò)所帶來(lái)的新的運(yùn)維需求，首先分析了傳統(tǒng)網(wǎng)維方法的缺陷，在此基礎(chǔ)上提出并闡述了VoLTE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與維護(hù)一體化技術(shù)，分析了其關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)施方案，最后對(duì)后續(xù)研究方向進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】VoLTE DPI 網(wǎng)絡(luò)維護(hù) 一體化技術(shù)

[Abstract]In order to satisfy operation and maintenance requirements of emerging VoLTE networks， drawbacks of traditional operation and maintenance methods were analyzed. Based on the analysis， the integration technology of VoLTE network monitoring and maintenance was proposed and elaborated whose key techniques and implementation scheme were analyzed. Finally， future research directions were prospected.

[Key words]VoLTE DPI network maintenance integration technology

1 復(fù)雜的VoLTE網(wǎng)絡(luò)存在監(jiān)測(cè)與維護(hù)一

體化需求

VoLTE是業(yè)界4G承載語(yǔ)音的解決方案，也是面向4G用戶的通話服務(wù)入口。隨著VoLTE的商用，VoLTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量也越來(lái)越受到重視。由于歷史原因和技術(shù)原因，VoLTE網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和維護(hù)需求比以往更高，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)維護(hù)相分離的方式，已難以滿足要求。

（1）VoLTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、協(xié)議靈活

VoLTE相關(guān)的核心網(wǎng)網(wǎng)元眾多，主要包括P-CSCF/

SBC、S-CSCF、I-CSCF、BGCF、ATCF/ATGW、MGCF、IM-MGW、MRF、IBCF/TrGW、TRF、ENUM/DNS、CCF、E-CSCF、LRF、EATF等，網(wǎng)元種類和接口數(shù)量都遠(yuǎn)超2G/3G。

1）由于部分用戶的使用習(xí)慣和終端限制，電路域仍將長(zhǎng)期存在，2G/3G業(yè)務(wù)也要繼承，新建的VoLTE核心網(wǎng)IMS需要與電路域、分組域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互操作。

2）在沒(méi)有4G信號(hào)覆蓋（或弱覆蓋）地區(qū)，為實(shí)現(xiàn)VoLTE業(yè)務(wù)的連續(xù)性，網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要支持eSRVCC切換功能，提供語(yǔ)音呼叫從4G到2G/3G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)連續(xù)性。

3）由于2G/3G網(wǎng)絡(luò)只需要支持語(yǔ)音一種業(yè)務(wù)，而VoLTE網(wǎng)絡(luò)需要支持多種媒體類型的業(yè)務(wù)，所以在編解碼協(xié)商和轉(zhuǎn)換、多業(yè)務(wù)平臺(tái)觸發(fā)等方面的操作更為復(fù)雜。

另外，以七號(hào)信令、BICC協(xié)議為代表的2G/3G通信協(xié)議結(jié)構(gòu)嚴(yán)格，取值規(guī)定細(xì)致。而VoLTE協(xié)議只定義框架和規(guī)則，可以自由添加字段和取值。VoLTE網(wǎng)絡(luò)中主要的信令協(xié)議，如SIP協(xié)議、GTP協(xié)議、DIAMETER協(xié)議、BICC協(xié)議、DNS協(xié)議等，都具有這個(gè)特點(diǎn)。盡管國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織和運(yùn)營(yíng)商制定了各種規(guī)范和企標(biāo)，對(duì)信令內(nèi)容進(jìn)行規(guī)定和約束，但仍保留了很大的靈活性。

（2）傳統(tǒng)網(wǎng)維方法不適合VoLTE網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與網(wǎng)絡(luò)維護(hù)是保障網(wǎng)絡(luò)良好運(yùn)行的重要手段，在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中存在已久，但傳統(tǒng)的網(wǎng)維方法不適合相對(duì)復(fù)雜和靈活的VoLTE網(wǎng)絡(luò)。

1）2G/3G時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與網(wǎng)絡(luò)維護(hù)是相互獨(dú)立的兩個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量指標(biāo)下降后，發(fā)出告警，通知網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員。網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員拿到的只是指標(biāo)數(shù)值，沒(méi)有能夠輸入網(wǎng)絡(luò)維護(hù)系統(tǒng)協(xié)助定位的數(shù)據(jù)，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷使用哪種定位方法。在領(lǐng)域較多、接口數(shù)量大的VoLTE網(wǎng)絡(luò)，這種判斷更為困難。

2）傳統(tǒng)的網(wǎng)維方法缺乏原始數(shù)據(jù)，通常是在發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題后再去抓包或者重現(xiàn)問(wèn)題場(chǎng)景。這種方法對(duì)于偶發(fā)問(wèn)題和用戶投訴問(wèn)題，會(huì)嚴(yán)重影響定位效率，甚至無(wú)法定位。尤其是面對(duì)相對(duì)靈活的VoLTE信令，如果沒(méi)有問(wèn)題發(fā)生時(shí)的信令快照，通過(guò)重現(xiàn)問(wèn)題來(lái)獲取信令數(shù)據(jù)將耗費(fèi)大量時(shí)間。

新興的VoLTE業(yè)務(wù)必然存在較多的問(wèn)題，而復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、靈活的信令協(xié)議又為發(fā)現(xiàn)和解決這些問(wèn)題帶來(lái)障礙，因此本文提出應(yīng)該引入網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與維護(hù)一體化的技術(shù)，即采用同一種機(jī)制，在同一個(gè)系統(tǒng)中完成質(zhì)量監(jiān)測(cè)與問(wèn)題定位，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)手段與維護(hù)手段的聯(lián)動(dòng)。

2 DPI是VoLTE監(jiān)測(cè)與維護(hù)一體化的關(guān)鍵

技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與維護(hù)一體化的關(guān)鍵在于有一種承上啟下的技術(shù)，既能計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)，從而監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量情況，又能深入挖掘網(wǎng)絡(luò)信息，查找問(wèn)題根源。在VoLTE網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，這種技術(shù)無(wú)疑是DPI——深度包檢測(cè)。

DPI（Deep Packet Inspection，深度包檢測(cè)）技術(shù)是一種基于IP的深度信息檢測(cè)技術(shù)，當(dāng)IP數(shù)據(jù)包、TCP或UDP報(bào)文通過(guò)DPI系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)深入讀取IP包載荷的內(nèi)容來(lái)對(duì)OSI七層協(xié)議中的應(yīng)用層信息進(jìn)行探測(cè)，從而得到整個(gè)報(bào)文的所有信息，然后按照系統(tǒng)定義的策略對(duì)報(bào)文進(jìn)行后續(xù)操作。

IMS是一個(gè)端到端IP化的網(wǎng)絡(luò)體系，SIP等所有VoLTE信令協(xié)議都是以IP為基礎(chǔ)，無(wú)線通信網(wǎng)和2G/3G網(wǎng)絡(luò)也基本完成了IP化改造。因此，DPI非常適合在VoLTE網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

VoLTE DPI對(duì)VoLTE信令數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對(duì)采集到的信令數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，生成各接口的單接口XDR。單接口XDR由數(shù)據(jù)合成服務(wù)器進(jìn)行分析、關(guān)聯(lián)、回填及合成，生成合成XDR，并對(duì)合成XDR及對(duì)應(yīng)的所有原始碼流數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.1 DPI技術(shù)能夠使網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與網(wǎng)絡(luò)維護(hù)聯(lián)動(dòng)

VoLTE網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)可以通過(guò)單接口XDR或合成XDR來(lái)計(jì)算，以VoLTE DPI產(chǎn)生的XDR中的關(guān)鍵信息為計(jì)算因子。如果指標(biāo)值出現(xiàn)異常變化，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員可以立刻獲知是哪些XDR導(dǎo)致指標(biāo)值異常，對(duì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量下降的流程進(jìn)行篩選和統(tǒng)計(jì)，根據(jù)需要獲取相應(yīng)的原始信令碼流，使網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的出口成為網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的入口。

即使指標(biāo)值沒(méi)有超出安全范圍，基于DPI的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)也可以作為網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的推動(dòng)力，通過(guò)縮減XDR的范圍和類型，將一個(gè)全網(wǎng)指標(biāo)細(xì)分為多個(gè)局部指標(biāo)，并對(duì)相對(duì)偏差的局部指標(biāo)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)維護(hù)手段加以提升，從而提高全網(wǎng)質(zhì)量。例如，將端到端接通時(shí)延細(xì)分為分片接通時(shí)延，并對(duì)時(shí)延較長(zhǎng)的分片進(jìn)行信令分析和配置數(shù)據(jù)優(yōu)化，集中精力縮短此分片的時(shí)延。

2.2 DPI技術(shù)能夠獲取問(wèn)題發(fā)生時(shí)的原始數(shù)據(jù)

VoLTE DPI的部署范圍包括S6a/S10/S11/S5/S8/SGs/Gn/S1-MME/Gm/Mw/Mg/Mj/Mi/ISC/Sv/Cx/Sh/Zh/Rx/Gx/ATCF-SCC AS/Nc等信令接口，獨(dú)立于VoLTE網(wǎng)絡(luò)，使用分光器分流VoLTE信令數(shù)據(jù)。VoLTE網(wǎng)絡(luò)中的所有信令都會(huì)被VoLTE DPI采集，并生成XDR。

VoLTE DPI生成的XDR除了提供給網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)計(jì)算VoLTE指標(biāo)，也會(huì)與原始信令碼流一起存儲(chǔ)（一般會(huì)存儲(chǔ)一個(gè)月）。XDR的粒度是業(yè)務(wù)級(jí)別，每條XDR包含一個(gè)完整業(yè)務(wù)流程的主要信息，例如業(yè)務(wù)類型、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、狀態(tài)、響應(yīng)碼、用戶號(hào)碼、編碼類型等，足夠支撐大部分問(wèn)題定位的需要。

當(dāng)用戶投訴或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題后，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)系統(tǒng)能夠調(diào)取DPI中存儲(chǔ)的XDR和原始信令碼流，不需要額外操作即可獲得問(wèn)題定位所需要的信令信息，降低問(wèn)題定位的難度，提升網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的效率。

3 VoLTE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與維護(hù)一體化實(shí)施方案

VoLTE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與維護(hù)一體化方案需要從VoLTE DPI、VoLTE信令指標(biāo)、VoLTE監(jiān)測(cè)與維護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)三個(gè)方面實(shí)施。在物理上，VoLTE DPI分為數(shù)據(jù)采集層和數(shù)據(jù)解碼層，VoLTE信令指標(biāo)由VoLTE監(jiān)測(cè)與維護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，形成應(yīng)用層。VoLTE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與維護(hù)一體化架構(gòu)圖如圖1所示。

3.1 部署VoLTE DPI

數(shù)據(jù)采集層由部署在各接口的分光器、部署在各子網(wǎng)的采集解析服務(wù)器、部署在VoLTE主設(shè)備內(nèi)部的軟采服務(wù)器組成，采集并解析VoLTE信令，生成單接口XDR。

數(shù)據(jù)解碼層包含數(shù)據(jù)合成服務(wù)器，接收數(shù)據(jù)采集層上報(bào)的單接口XDR和原始信令碼流，進(jìn)而生成合成XDR。

數(shù)據(jù)采集層與數(shù)據(jù)解碼層之間是IF1接口，采用SDTP協(xié)議，用于傳輸各單接口XDR及XDR對(duì)應(yīng)的原始數(shù)據(jù)。SDTP協(xié)議是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享傳輸協(xié)議，以TCP/IP作為底層通信承載，封裝XDR數(shù)據(jù)或原始信令碼流。

數(shù)據(jù)解碼層與應(yīng)用層之間的接口為IF2接口，向應(yīng)用層上傳合成服務(wù)器處理后的單接口XDR、新生成的合成XDR及XDR對(duì)應(yīng)的原始信令碼流，使用SDTP協(xié)議或FTP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 制定VoLTE信令指標(biāo)

從VoLTE用戶體驗(yàn)和VoLTE網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)出發(fā)，以XDR為基礎(chǔ)，在業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)層面對(duì)VoLTE業(yè)務(wù)質(zhì)量進(jìn)行定義。

指標(biāo)應(yīng)從接入性、保持性、移動(dòng)性、完整性等多個(gè)角度對(duì)主要業(yè)務(wù)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，涵蓋VoLTE涉及到的IMS、EPC、PCC、業(yè)務(wù)平臺(tái)等多個(gè)領(lǐng)域，建議如圖2所示。

3.3 定制VoLTE監(jiān)測(cè)與維護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)

應(yīng)用層由各種應(yīng)用系統(tǒng)組成，包括VoLTE監(jiān)測(cè)與維護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)、接收數(shù)據(jù)解碼層上報(bào)的單接口XDR、合成XDR，計(jì)算出上述VoLTE信令指標(biāo)，呈現(xiàn)在人機(jī)交互界面。

VoLTE監(jiān)測(cè)與維護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)至少應(yīng)具備XDR查詢、原始信令提取、VoLTE信令指標(biāo)計(jì)算、異常場(chǎng)景分析等功能，其他功能根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行增補(bǔ)。VoLTE運(yùn)維人員查看系統(tǒng)界面呈現(xiàn)的VoLTE指標(biāo)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)指標(biāo)異常時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)直接查詢出異常XDR，根據(jù)需要向數(shù)據(jù)解碼層獲取原始信令碼流，輔助問(wèn)題定位。

4 結(jié)束語(yǔ)

VoLTE作為運(yùn)營(yíng)商向移動(dòng)寬帶語(yǔ)音演進(jìn)之路的關(guān)鍵點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)初期，對(duì)于業(yè)務(wù)質(zhì)量的分析、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的需求更為迫切，VoLTE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與維護(hù)一體化技術(shù)具有面向VoLTE業(yè)務(wù)、與設(shè)備無(wú)關(guān)、不影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、可事后重現(xiàn)、數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富、粒度細(xì)、擴(kuò)展應(yīng)用豐富等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)分析，更詳細(xì)掌握業(yè)務(wù)實(shí)際運(yùn)行質(zhì)量和發(fā)展趨勢(shì)，從而提高網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題定位的效率，合理規(guī)劃、調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源。

本文闡述了VoLTE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與維護(hù)一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)施方案，在今后的發(fā)展中，VoLTE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與維護(hù)一體化技術(shù)將從以下三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：

（1）延伸合成XDR覆蓋范圍。VoLTE涉及的信令協(xié)議較多，在標(biāo)準(zhǔn)上沒(méi)有跨協(xié)議關(guān)聯(lián)的標(biāo)記，不同協(xié)議信令攜帶的內(nèi)容差異也很大，導(dǎo)致跨協(xié)議接口XDR的合成比較困難。為了保證關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)確性，目前合成XDR只關(guān)聯(lián)了IMS內(nèi)部的SIP協(xié)議接口和DIAMETER協(xié)議接口，后續(xù)可以在延伸覆蓋范圍上做研究，目標(biāo)是覆蓋到端到端所有接口。

（2）指標(biāo)能夠指導(dǎo)定位。通過(guò)指標(biāo)對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)不是目的，預(yù)防和解決問(wèn)題才是最終訴求。后續(xù)可以修訂或新增指標(biāo)，使其更有利于反映問(wèn)題的原因。

（3）問(wèn)題自動(dòng)化定界定位。VoLTE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與維護(hù)一體化技術(shù)目前能夠快速鉆取到原始數(shù)據(jù)，輔助定位，但最終定位主要還是依賴人工參與。后續(xù)可以研究指標(biāo)算法和定位算法，提高自動(dòng)化定位能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 3GPP Technical Specification 23.237. IP Multimedia Subsystem （IMS） Service Continuity； Stage 2[S]. 2012.

[2] 3GPP Technical Specification 24.229. IP Multimedia Subsystem （IMS） Service Continuity； Stage 3[S]. 2016.

[3] 3GPP Technical Specification 29.212. Policy and Charging Control （PCC）； Reference points[S]. 2013.

[4] 3GPP Technical Specification 29.228. IP Multimedia （IM） Subsystem Cx and Dx Interfaces； Signalling flows and message contents[S]. 2013.

[5] 方波. 關(guān)于無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)性能管理及評(píng)估指標(biāo)演進(jìn)的若干思考[J]. 移動(dòng)通信， 2015，39（9）： 19-22.

[6] 馬飛，趙永祥，郭年庚. LTE輔同步檢測(cè)低復(fù)雜度算法設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J]. 無(wú)線電通信技術(shù)， 2014，40（3）： 86-89.

[7] 殷云志，解建偉. 基于傳感器協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[J]. 無(wú)線電工程， 2014，44（7）： 15-18.

[8] 陳澤鑫. 基于DPI技術(shù)的流量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 蘭州： 蘭州大學(xué)， 2015.

[9] 饒瑾. 深度包檢測(cè)（DPI）技術(shù)淺談及應(yīng)用[J]. 信息通信， 2014（11）： 245-246.

[10] 韓耀明. 基于DPI技術(shù)的VoIP流量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 北京： 北京郵電大學(xué)， 2010.