周泉 中國移動通信集團江蘇有限公司網(wǎng)絡部工程師

中創(chuàng)信測技術專欄

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

周泉 中國移動通信集團江蘇有限公司網(wǎng)絡部工程師

4 VoLTE監(jiān)測系統(tǒng)實現(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個網(wǎng)絡中的一個網(wǎng)絡的數(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)做端到端關聯(lián)分析。

VoLTE全網(wǎng)采集包括LTE、IMS網(wǎng)絡和SRVCC切換后的CS網(wǎng)絡。采用增強型eSRVCC切換組網(wǎng)結構的組網(wǎng)圖以及VoLTE業(yè)務監(jiān)測采集范圍如圖7所示，紅點處為采集處理接口。

數(shù)據(jù)采集需支持關聯(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的信令服務可以劃分為兩組：

●與UE無關的信令服務：這些信令服務利用與UE無關的信令連接在eNB與MME之間實現(xiàn)功能。

●與UE相關的信令服務：這些信令服務與一個特定的UE有關。提供這些信令服務的S1-AP功能都關聯(lián)到一個與UE相關的信令連接上。

S1-AP協(xié)議功能：

●E-RAB管理功能：負責建立、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S1UE上下文。

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

●移動性相關功能：使UE能通過S1接口進行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信令相關的信息以及在eNB中建立S1UE上下文。

●S1UE上下文釋放功能：負責管理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)轉移：用于從源eNB向目的eNB轉發(fā)PDCPSN狀態(tài)信息，以支持LTE切換過程中數(shù)據(jù)的順序傳輸和重復避免。

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

●位置報告：使MME獲知UE當前的位置信息。

●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RAN節(jié)點間請求和傳輸RAN系統(tǒng)信息。

●配置傳輸功能：允許通過核心網(wǎng)在兩個RAN節(jié)點間請求和傳輸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

該接口應用DIAMETER基本協(xié)議，為各種認證、授權和計費業(yè)務提供安全、可靠、易于擴展的框架，為MME與HSS之間的接口（S6a接口）。

DIAMETER基本協(xié)議設定通訊是以對等的模式進行的，而不是客戶/服務器模式，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，基礎規(guī)則還制訂了特定規(guī)則來進行DIAMETER節(jié)點之間所有的信息交換，DIAMETER基礎協(xié)議旨在提供一個AAA框架，以用于各種應用。其主要的設計思想為：

●保持基本協(xié)議的輕巧和簡單，易于實現(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)有用戶認證信息、服務相關的授權信息、交換資源使用消息和中繼/代理和重定向消息等類型，AVP的標識符名字空間要足夠大，以便擴展，還支持廠商自定義的AVP和命令。

●能同時支持大量的請求。

●DIAMETER網(wǎng)絡節(jié)點運行在TCP或者SCTP上，能夠提供可靠傳輸并具有重傳機制，由傳輸層提供可靠性。

●能快速地檢測出不可到達對等端的能力，并有很好的故障切換機制。

●DIAMETER協(xié)議要求代理鏈上的每一個節(jié)點響應或確認每一個請求，代理鏈上每一個節(jié)點有責任對沒有響應的消息進行重傳。所有的消息都要有應答，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)送到接入服務器。對等模式有很多好處，如可以按需返回計賬信息、由服務器發(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。

●每一個認證/授權流有一個與之對應的會話，會話通過一個會話標識符來標識，這在一個給定時間內(nèi)是全局唯一的，所有后續(xù)的DIAMETER事務（如計費）必須包含這個會話標識，以用來引用這個會話。

●支持重定向服務。

（3）Gm接口

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

注冊流程中，UE使用Gm接口給P-CSCF注冊請求，并在請求消息中標識所支持的安全機制。在注冊的過程中，UE和P-CSCF交換用來認證自身和網(wǎng)絡的必要參數(shù)，獲取隱式注冊的用戶標識符，協(xié)商安全關聯(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)絡側發(fā)起的注銷和重新認證中向UE發(fā)送通知。

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

事務流程用來發(fā)送孤立的（Stand-alone）請求（如MESSAGE請求），并接收所有通過Gm接口的對應的應答消息（如200 OK）。事務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3大類。

在注冊流程中，P-CSCF使用Mw接口從UE向I-CSCF轉發(fā)注冊請求，I-CSCF利用Mw接口向S-CSCF轉發(fā)請求，最后，從S-CSCF發(fā)出的應答消息通過Mw沿路返回。另外，S-CSCF在網(wǎng)絡發(fā)起注銷時利用Mw接口通知UE這個注銷，還在網(wǎng)絡發(fā)起重新認證時利用Mw接口通知P-CSCF釋放相關用戶的資源。

會話控制流程包括處理移動端發(fā)起的會話和終結于移動端的會話的機制。在移動端發(fā)起的會話中，Mw把請求消息從P-CSCF轉發(fā)到S-CSCF，以及從S-CSCF轉發(fā)到I-CSCF；在終結于移動端的會話中，Gm把請求消息從I-CSCF轉發(fā)到S-CSCF，以及從S-CSCF轉發(fā)到P-CSCF。這個接口還被用于網(wǎng)絡發(fā)起的會話釋放中，例如當從PDF收到承載通道丟失的指示時，P-CSCF可能向S-CSCF發(fā)起會話釋放。另外，Mw也傳輸計費相關的信息。

事務流程用來發(fā)送孤立的請求，并接收所有通過Mw的對應于那個請求的應答消息。事務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)關鍵技術

（1）VoLTE業(yè)務多接口關聯(lián)

VoLTE過程涉及到了LTE、IMS和2G/3G網(wǎng)絡，而用戶在不同網(wǎng)絡中使用不同的身份標識。同時，隨著用戶在網(wǎng)絡中的業(yè)務行為，用戶的身份標識可能不斷發(fā)生變化。因此，如何將用戶不同的身份標識進行實時映射就成為能否正確關聯(lián)VoLTE多接口業(yè)務過程的關鍵。

通過對VoLTE業(yè)務各接口信令的解析，用系統(tǒng)在線自學習的方式獲取并維護各接口間的身份信息及位置信息對應表。基于此對應表，完成各接口身份信息及位置信息統(tǒng)一，完成VoLTE業(yè)務各階段呼損原因及時延信息的回填，并合成端到端業(yè)務記錄。

（2）VoLTE端到端指標分析

傳統(tǒng)網(wǎng)管系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡指標一般都基于內(nèi)部計數(shù)器，計算點都基于單一接口。而VoLTE過程涉及到3個網(wǎng)絡的多網(wǎng)元多接口，單一接口的分析不能為VoLTE提供整體網(wǎng)絡的分析，并不能直觀地反映出網(wǎng)絡狀況。針對VoLTE特點，系統(tǒng)建立了以eSRVCC切換成功率、呼叫成功率，端到端呼叫時延、端到端MOS語音質(zhì)量為主的端到端指標分析。通過VoLTE的指標體系，可以準確、直觀地體現(xiàn)出業(yè)務感知，反映出用戶感知。

（3）VoLTE用戶感知分析

在LTE網(wǎng)絡S1-U接口上的數(shù)據(jù)對分析VoLTE網(wǎng)絡質(zhì)量和用戶感知至關重要。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之間傳輸時延是多少？eNodeB到SGW之間的時延遠遠大于IMS域內(nèi)的時延，而這部分時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)絡問題，以解決用戶投訴，提高用戶感知。

隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，除了語音業(yè)務外，視頻業(yè)務將是VoLTE的重點，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聯(lián)，系統(tǒng)將會準確、客觀地反映出VoLTE的用戶感知。

5 系統(tǒng)主要功能

江蘇移動實驗局的VoLTE監(jiān)測試點系統(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)絡建網(wǎng)初期，網(wǎng)絡是否通暢是運營商首要關注的問題，LTE網(wǎng)絡與IMS網(wǎng)絡的互通，LTE網(wǎng)絡與2G/3G網(wǎng)絡的切換，2G/3G網(wǎng)絡與IMS網(wǎng)絡的互聯(lián)，這一系列的過程增加了VoLTE的復雜度。在這一過程中，如何快速高效地定位出導致用戶業(yè)務失敗的網(wǎng)元，發(fā)現(xiàn)用戶業(yè)務失敗的根本原因是VoLTE業(yè)務運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)絡及業(yè)務質(zhì)量分析功能

（1）eSRVCC切換質(zhì)量分析

eSRVCC切換方案是VoLTE關鍵技術所在，切換成功率以及切換時延直接影響用戶體驗，如果切換時延過長會給用戶造成掉話的感覺。針對VoLTE這一特點，對eSRVCC切換質(zhì)量的分析至關重要，監(jiān)測系統(tǒng)需通過對切換成功率、切換響應時延、切換完成時延、切換過程時長等指標的統(tǒng)計，分析出網(wǎng)絡的切換質(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聯(lián)，而且是控制面與用戶面數(shù)據(jù)的關聯(lián)，是對一次業(yè)務的全流程的關聯(lián)。捕獲功能為維護人員提供了方便，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置，目前支持時間、用戶號碼、媒體IP/PORT和MOS值條件，當數(shù)據(jù)觸發(fā)捕獲條件后，用戶的語音數(shù)據(jù)以及與之關聯(lián)的信令數(shù)據(jù)，會被捕獲并存儲到服務器上，同時支持自動轉成WAV格式。維護人員可查看此次業(yè)務的信令過程，并回放語音WAV音頻文件，從而分析業(yè)務過程質(zhì)量。

（續(xù)完）