周泉 中國移動(dòng)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Vo LTE監(jiān)測分析的系統(tǒng)解決方案介紹（一）

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

編者按：隨著中國移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋日漸完善，VoLTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在提速，針對VoLTE監(jiān)測分析的支撐手段研究也逐漸展開。監(jiān)測和保證VoLTE網(wǎng)絡(luò)信令面的會(huì)話控制質(zhì)量與用戶面的語音感知質(zhì)量是運(yùn)營商目前需要解決的重要問題。中國移動(dòng)通信集團(tuán)江蘇有限公司周泉所撰《針對VoLTE監(jiān)測分析的系統(tǒng)解決方案介紹》一文對VoLTE實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)原理進(jìn)行了全面的介紹，并對由中創(chuàng)信測公司參與實(shí)驗(yàn)局試點(diǎn)部署的VoLTE監(jiān)測系統(tǒng)及解決方案進(jìn)行了介紹，有助于維護(hù)人員了解VoLTE網(wǎng)絡(luò)的最新維護(hù)手段。

隨著中國移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋日漸完善，VoLTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在提速，針對VoLTE監(jiān)測分析的支撐手段研究也逐漸展開。本文對VoLTE實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)原理進(jìn)行了全面的介紹，其中包含各個(gè)接口涉及的業(yè)務(wù)流程和協(xié)議，并對VoLTE監(jiān)測分析的系統(tǒng)解決方案進(jìn)行了介紹。

LTE VoLTE IMS 信令監(jiān)測

1 引言

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的全面建設(shè)和商用，LTE網(wǎng)絡(luò)的語音解決方案也在不斷優(yōu)化中，VoLTE是4G時(shí)代的最終語音解決方案。其核心思想是采用IMS作為業(yè)務(wù)控制系統(tǒng)，EPC作為語音數(shù)據(jù)的承載網(wǎng)，IMS負(fù)責(zé)呼叫會(huì)話控制。借助IMS核心網(wǎng)對用戶面、控制面、業(yè)務(wù)面的精細(xì)控制能力和All IP的網(wǎng)絡(luò)承載，VoLTE可以實(shí)現(xiàn)精確的語音控制，可利用PCC架構(gòu)實(shí)現(xiàn)端到端的QoS保障，合理、靈活地對多媒體會(huì)話進(jìn)行按不同業(yè)務(wù)、不同服務(wù)質(zhì)量，進(jìn)行精細(xì)化計(jì)費(fèi)控制。

互聯(lián)網(wǎng)OTT廠商的語音產(chǎn)品（如SKYPE、微信等）在4G高速上網(wǎng)的條件下，與傳統(tǒng)的運(yùn)營商語音業(yè)務(wù)形成了競爭，而OTT語音產(chǎn)品本身固有的平臺(tái)化、開放性、可玩性等豐富的應(yīng)用功能，使其具有較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。運(yùn)營商必須依靠VoLTE語音接通時(shí)間短、質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，與OTT競爭語音產(chǎn)品市場。

所以，監(jiān)測和保證VoLTE網(wǎng)絡(luò)信令面的會(huì)話控制質(zhì)量與用戶面的語音感知質(zhì)量是運(yùn)營商目前需要解決的重要問題。

2 LTE語音解決方案

LTE（Long Term Evolution）是新一代寬帶無線移動(dòng)通信技術(shù)，LTE以優(yōu)化分組域?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不再區(qū)分電路域和分組域，采用統(tǒng)一的分組域架構(gòu)。在此系統(tǒng)架構(gòu)下，LTE網(wǎng)絡(luò)不再支持傳統(tǒng)的電路域語音解決方案，IMS控制的VoIP業(yè)務(wù)將作為未來LTE網(wǎng)絡(luò)中的語音解決方案。由于目前VoIP業(yè)務(wù)的性能指標(biāo)未能達(dá)到現(xiàn)有電路域語音業(yè)務(wù)的質(zhì)量，而且需要全網(wǎng)布署IMS，因此在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，形成了雙待機(jī)終端、CSFB和VoLTE 3種不同的語音解決方案。

（1）雙待機(jī)終端語音解決方案

所謂雙待機(jī)終端就是同時(shí)在2G/3G網(wǎng)絡(luò)和LTE網(wǎng)絡(luò)下待機(jī)，并且可以同時(shí)從2G/3G網(wǎng)絡(luò)和LTE網(wǎng)絡(luò)接收、發(fā)送信號(hào)。撥打電話時(shí)，雙待機(jī)終端自動(dòng)選擇在2G/3G模式下進(jìn)行語音通話；而LTE網(wǎng)絡(luò)僅用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

雙待機(jī)終端語音解決方案的優(yōu)點(diǎn)是撥打或接聽電話與使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)互不干擾，可以同時(shí)進(jìn)行。但同時(shí)這也帶來了它的缺點(diǎn)，那就是為了保證業(yè)務(wù)在不同網(wǎng)絡(luò)模式下順利進(jìn)行，需要兩個(gè)芯片（一個(gè)2G/3G芯片和一個(gè)LTE芯片）來實(shí)現(xiàn)，這時(shí)終端的耗電量以及輻射都較大。

（2）CSFB語音解決方案

CSFB方案的主要思想是，終端開機(jī)附著在LTE網(wǎng)絡(luò)下，當(dāng)用戶進(jìn)行語音業(yè)務(wù)時(shí)，從LTE網(wǎng)絡(luò)回落到2G/ 3G的電路域重新接入，并按照電路域的業(yè)務(wù)流程發(fā)起或接聽語音業(yè)務(wù)?；芈涞姆绞绞轻尫臠TE側(cè)的無線鏈接，并且在釋放消息中攜帶重定向字段，指出終端重新接入的制式和頻點(diǎn)，稱為重定位。重定位方式的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單，對原有網(wǎng)絡(luò)的改造量??；缺點(diǎn)是延遲相對較大。

為實(shí)現(xiàn)CSFB方案，需要在MME和2G/3G網(wǎng)絡(luò)的MSC設(shè)備之間建立SGs接口。SGs接口在CSFB技術(shù)中起著橋梁作用，能夠?qū)蓚€(gè)不同的系統(tǒng)聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)用戶在不同系統(tǒng)間的語音業(yè)務(wù)連續(xù)。CSFB的主要缺點(diǎn)是并未從本質(zhì)上解決LTE提供語音業(yè)務(wù)的問題，而且每當(dāng)用戶需要語音業(yè)務(wù)時(shí)，用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)下的業(yè)務(wù)都需要中斷、切換或掛起，從而影響用戶的體驗(yàn)。

AECOPD患者因氣流受限易產(chǎn)生酸中毒和紅細(xì)胞代償性增加導(dǎo)致血小板聚集，病人出現(xiàn)血液流變學(xué)異常和血液高凝狀態(tài)[19]，從而引起心衰或死亡。本研究AECOPD生存組患者血凝血因子D-二聚體、血漿粘度、全血粘度低、高切與死亡組患者均有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，患者病情與這些凝血因子呈正相關(guān)。D-二聚體是交聯(lián)纖維蛋白原特異性降解物，其水平升高表示體內(nèi)呈高凝狀態(tài)和繼發(fā)性纖溶亢進(jìn)，凝血酶活性增強(qiáng)，對AECOPD病情進(jìn)展有很高的診斷價(jià)值[20]。AECOPD生存組患者血漿粘度、全血粘度低、高切均與死亡病人有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，其與病情具有一定的相關(guān)性。

（3）VoLTE語音解決方案

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展以及基站的建設(shè)，當(dāng)LTE網(wǎng)絡(luò)達(dá)到全覆蓋時(shí)，VoLTE是4G時(shí)代的最終語音解決方案。

IMS網(wǎng)絡(luò)可以配合LTE和EPC承載網(wǎng)實(shí)現(xiàn)基于分組域的端到端的語音、視頻通信業(yè)務(wù)。通過IMS系統(tǒng)的控制，VoLTE解決方案可以提供和電路域性能相當(dāng)?shù)恼Z音業(yè)務(wù)及其補(bǔ)充業(yè)務(wù)，包括號(hào)碼顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、會(huì)議電話等。

VoLTE是全I(xiàn)P條件下端到端的語音解決方案，涉及終端、無線、LTE、IMS、CS各技術(shù)域，旨在替代電路域話音。作為LTE網(wǎng)絡(luò)最終的語音解決方案，VoLTE有其特有的優(yōu)勢，下面將對其做詳細(xì)介紹。

3 VoLTE技術(shù)原理

3.1 VoLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

VoLTE方案基于3GPP的IMS規(guī)范，已經(jīng)被業(yè)界公認(rèn)為解決LTE網(wǎng)絡(luò)中話音服務(wù)的主要方案。VoLTE方案的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。其中，PCRF（Policy Control Rule Function）實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)策略控制功能，P/I/ S-CSCF（Call Session Control Function）實(shí)現(xiàn)IMS呼叫會(huì)話控制功能，P-CSCF負(fù)責(zé)接收請求并向后傳遞，I-CSCF負(fù)責(zé)接收來自網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的任何指向寄存器的連接，S-CSCF負(fù)責(zé)處理注冊、路由、維持承載、向HSS下載用戶信息和服務(wù)配置。

VoLTE的通話規(guī)則是在IMS網(wǎng)絡(luò)控制下，有LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋時(shí)，由LTE網(wǎng)絡(luò)做語音承載；當(dāng)無LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋時(shí)，會(huì)話切換到2G/3G網(wǎng)絡(luò)下，以保證會(huì)話的連續(xù)性。所以，VoLTE的難點(diǎn)在于LTE網(wǎng)絡(luò)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)切換流程相對復(fù)雜，是核心網(wǎng)電路域與IMS之間的切換，涉及IMS、電路域和LTE核心網(wǎng)之間的互操作。

為了實(shí)現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的互通，提出了SRVCC（正向業(yè)務(wù)連續(xù)性）方案，該方案主要是為了解決單射頻UE在LTE/Pre-LTE和2G/3G CS網(wǎng)絡(luò)之間移動(dòng)時(shí)，如何保證語音呼叫連續(xù)性的問題，即保證單射頻UE在IMS控制的VoIP和CS域語音之間的平滑切換。SRVCC的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

可見，在SRVCC網(wǎng)絡(luò)中，MSC Server和MME之間提供Sv接口支持SRVCC切換處理，MME需要兼顧語音的SRVCC切換和非語音的PS切換處理。該方案的切換流程是：

圖1 VoLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖2 SRVCC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

●過程1：本端向IMS發(fā)起的會(huì)話切換，包括本端與遠(yuǎn)端進(jìn)行的媒體切換——媒體路徑：MGW→IP網(wǎng)絡(luò)→遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)（包括了遠(yuǎn)端的MGW-UE）。

●過程2：MSC向CS域內(nèi)部發(fā)起承載建立過程以及UE從LTE側(cè)切換到目標(biāo)接入網(wǎng)（Radio切換）。Radio之間的切換很快，但是在切換前，需要將CS側(cè)的網(wǎng)絡(luò)側(cè)通道建立好，最好將遠(yuǎn)端更新好。

這一復(fù)雜的過程決定其切換時(shí)延超過了300ms，所以在此基礎(chǔ)上提出了優(yōu)化方案——eSRVCC。

如圖3所示，eSRVCC網(wǎng)絡(luò)中新增了信令錨定點(diǎn)ATCF和媒體錨定點(diǎn)ATGW網(wǎng)元。當(dāng)發(fā)生SRVCC切換時(shí)，ATCF控制ATGW將媒體面切換到MGW上，其余媒體面保持不變。這種通過在拜訪地增加錨定節(jié)點(diǎn)縮短媒體更新路徑的方法，實(shí)現(xiàn)了不超過300ms的切換性能。

圖3 eRVCC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

圖4 Vo IP話音業(yè)務(wù)流程

3.3 VoLTE業(yè)務(wù)流程

在LTE覆蓋范圍內(nèi)，VoLTE發(fā)生話音業(yè)務(wù)的流程主要分為LTE終端開機(jī)附著、VoLTE呼叫建立、VoLTE呼叫釋放3個(gè)過程。首先，通過UE與eNode B的無線連接建立、EPC注冊/缺省承載建立/VoLTE支持發(fā)現(xiàn)，完成IMS的注冊及用戶鑒權(quán)；然后，建立UE與AS間的IMSVoIP會(huì)話，建立EPS專用承載，并開始VoIP話音會(huì)話；最后，在呼叫結(jié)束后，進(jìn)行IMSVoIP會(huì)話和專用承載的釋放。

VoLTE業(yè)務(wù)遵循IMS的話音業(yè)務(wù)流程，包含漫游和非漫游場景下的起呼、被叫等。端到端的VoLTE呼叫流程如圖4所示。

（1）LTE網(wǎng)絡(luò)附著：在LTE網(wǎng)絡(luò)下附著，UE建立信令承載（UE中配置IMSAPN）。

（2）IMS注冊：UE根據(jù)PS附著流程中獲取的P-CSCF地址向IMS網(wǎng)絡(luò)注冊；IMS網(wǎng)絡(luò)對UE進(jìn)行鑒權(quán)，UE完成注冊，網(wǎng)絡(luò)保存用戶的聯(lián)系地址，用于后續(xù)的來話尋址。

（3）MO流程：用戶撥打被叫號(hào)碼，觸發(fā)UE通過認(rèn)證后的連接向IMS發(fā)起主叫流程；P/S-CSCF將呼叫路由到MMTelAS處理，業(yè)務(wù)處理結(jié)束后返回到S-CSCF。

（4）MT流程：主叫S-CSCF尋址到被叫S-CSCF；被叫S-CSCF根據(jù)簽約情況觸發(fā)被叫的服務(wù)MMTelAS，進(jìn)行業(yè)務(wù)處理；完成后返回給S-CSCF，S-CSCF經(jīng)由P-CSCF根據(jù)注冊保存的UEcontact地址找到被叫UE；UE完成呼叫接續(xù)。

當(dāng)通話超出LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋時(shí)，將發(fā)生eSRVCC切換。切換過程為：

（1）UE在LTE網(wǎng)絡(luò)中Attach時(shí)，將UE支持的eSRVCC能力告知LTE-HSS，建立默認(rèn)承載后，向IMS發(fā)起注冊，告知IMS-HSSUE的eSRVCC能力，兩個(gè)HSS可以合設(shè)。HSS將用戶的eSRVCC相關(guān)能力的用戶參數(shù)信息送給MME。

（2）當(dāng)UE在VoLTE會(huì)話過程中移動(dòng)到弱LTE覆蓋時(shí)，MME通知MSC切換，ATCF將信令切換到MSC，控制ATGW切換媒體到MGW，同時(shí)ATCFIMS保持用戶會(huì)話在線，會(huì)話結(jié)束后，UE恢復(fù)LTE數(shù)據(jù)承載。

eSRVCC具體切換業(yè)務(wù)流程如圖5所示，切換信令流程如圖6所示。

圖5 eSRVCC切換業(yè)務(wù)流程

圖6 eSRVCC切換信令流程

（未完待續(xù)）