VoLTE語音呼叫接續(xù)時(shí)延優(yōu)化淺析

伍竹歆

VoLTE語音呼叫接續(xù)時(shí)延優(yōu)化淺析

伍竹歆

端到端語音接續(xù)時(shí)延是影響客戶感知的重要因素之一，本文研究VoLTE端到端語音呼叫接續(xù)時(shí)延產(chǎn)生的原因，從信令分析角度入手詳細(xì)剖析影響接續(xù)時(shí)延的各個(gè)因素。創(chuàng)新性提出在DRA上采用最小時(shí)延的SCTP工作模式及擴(kuò)大DNS緩存周期的時(shí)延優(yōu)化策略，并通過現(xiàn)網(wǎng)實(shí)踐充分驗(yàn)證了優(yōu)化策略的有效性，呼叫接續(xù)時(shí)延有效縮短一半，為VoLTE商用后客戶滿意度的持續(xù)提升提供了有力保障。

VoLTE即Voice over LTE，是通過LTE網(wǎng)絡(luò)作為業(yè)務(wù)接入IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)控制的語音解決方案，VoLTE能提供高清語音、低延遲視頻通話，是中國移動(dòng)發(fā)展融合通信業(yè)務(wù)的核心。

本文從VoLTE呼叫流程信令分析角度入手，對(duì)主被叫均附著在LTE下的VoLTE撥打VoLTE正常呼叫接續(xù)各個(gè)信令過程進(jìn)行了梳理和分析，歸納總結(jié)了影響VoLTE端到端語音呼叫各個(gè)階段呼叫時(shí)延的關(guān)鍵因素，詳細(xì)研究了IMS核心網(wǎng)時(shí)延優(yōu)化策略，提出在DRA上采用最小時(shí)延的SCTP工作模式及擴(kuò)大DNS緩存周期的時(shí)延優(yōu)化策略，并將理論研究成果應(yīng)用于實(shí)踐，通過現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證方案取得了縮短呼叫建立時(shí)延的顯著成效。

影響呼叫建立時(shí)延關(guān)鍵因素分析

呼叫建立時(shí)長的定義

VoLTE語音呼叫建立時(shí)長，在人為感知上是指從用戶撥號(hào)到聽到被叫的彩鈴音或回鈴音的時(shí)間，從信令角度是指從主叫手機(jī)發(fā)起業(yè)務(wù)請(qǐng)求（INVITE）到主叫手機(jī)收到振鈴消息（180）之間的時(shí)長。VoLTE語音呼叫的接續(xù)時(shí)長過長，會(huì)影響用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的感知。

影響呼叫建立時(shí)長的主要因素

主被叫均附著在LTE下的VoLTE TO VoLTE呼叫接續(xù)時(shí)延，由終端、無線、EPC及IMS網(wǎng)絡(luò)時(shí)延組成。從主叫終端發(fā)送第一個(gè)會(huì)話消息（INVITE）到接收到網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)送的振鈴消息（180），影響呼叫建立時(shí)長的主要因素主要有三個(gè)。

IMS消息處理部分耗時(shí)：IMS消息處理主要包括消息在網(wǎng)元間的傳輸時(shí)延以及業(yè)務(wù)處理流程耗時(shí)，包括主叫業(yè)務(wù)/被叫業(yè)務(wù)/錨定/域選等關(guān)鍵流程。

呼叫過程中空口+EPC來回耗時(shí)：消息在網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端之間耗時(shí)。

PCRF承載建立耗時(shí)。

從主叫終端發(fā)送第一個(gè)會(huì)話消息（INVITE）到接收到網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)送的振鈴消息（180），信令流程可以分為14段時(shí)延。其中，IMS網(wǎng)絡(luò)時(shí)延有（3）、（5）、（7）、（9）、（11）、（13）；終端、無線及EPC時(shí)延有（1）、（4）、（6）、（8）、（10）、（12）、（14）；由終端、無線、EPC及IMS網(wǎng)絡(luò)的NETLOC和PRECONDITION共同產(chǎn)生的時(shí)延有（2）、（10）。除此之外，在主被叫接收到INVITE/183/UPDATE消息時(shí)，都會(huì)觸發(fā)到PCRF進(jìn)行用戶面的承載建立，因此，主被叫用戶面的承載建立也需要一定的耗時(shí)。

VoLTE呼叫時(shí)延情況分析

對(duì)福建測(cè)試現(xiàn)網(wǎng)的主被叫均在LTE下的VoLTE語音互通時(shí)延進(jìn)行重點(diǎn)分析，主被叫編碼為16.65KBPS的AMR-WB，進(jìn)行了20組VoLTE音頻呼叫測(cè)試，得到總時(shí)延統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1（單位：s）。

現(xiàn)網(wǎng)語音呼叫時(shí)延主要分布在5.5～5.9s的區(qū)間，20次采樣的平均時(shí)延為5.6778s，下面對(duì)最接近平均時(shí)延的第14次測(cè)試時(shí)延（5.674s）進(jìn)行詳細(xì)分析，并結(jié)合信令流程對(duì)影響端到端語音呼叫接續(xù)時(shí)延的關(guān)鍵因素進(jìn)行深入分析。

耗時(shí)原因技術(shù)分析和處理策略

通過分析，呼叫建立時(shí)長為2542+854+1437=4833ms，加上INVITE消息的一次重傳耗時(shí)500ms，以及SBC的少量處理延時(shí)，總時(shí)長達(dá)到了5674ms，從各段時(shí)延分布情況看，主要耗時(shí)集中在承載建立和IMS消息處理及傳送耗時(shí)，因此我們著重從IMS核心網(wǎng)的角度出發(fā)研究時(shí)延優(yōu)化策略，對(duì)于終端及無線原因可能產(chǎn)生的延時(shí)，我們提出問題給終端及無線，由終端或無線采取優(yōu)化措施。IMS核心網(wǎng)耗時(shí)原因主要有以下幾個(gè)方面。

Diameter交互耗時(shí)過長

福建VoLTE測(cè)試網(wǎng)絡(luò)采用準(zhǔn)直連連接，Diameter信令接口（包括Rx、Gx、Cx、Sh等）均通過LDRA進(jìn)行轉(zhuǎn)接，從信令流程看，網(wǎng)元間需要進(jìn)行多次信息交互，因此，LDRA的路由能力與呼叫建立時(shí)延密切相關(guān)。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，SBC通過DRA和PCRF/PGW交互進(jìn)行了5次承載建立的過程平均耗時(shí)達(dá)1400ms，以及CSCF/ TAS接口的3次交互過程平均耗時(shí)達(dá)950ms。

在當(dāng)前的配置和測(cè)試環(huán)境下，Diameter交互總耗時(shí)達(dá)2350多ms，耗時(shí)過長，原因如下。

表1　

表2　

Diameter協(xié)議應(yīng)用在SCTP協(xié)議之上，SCTP具有如下兩種工作模式。

1.省帶寬模式，SCTP層收到一個(gè)上層來的請(qǐng)求不會(huì)立刻轉(zhuǎn)發(fā)出去，而要等到設(shè)定的緩沖區(qū)滿了之后才會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)；此模式在正式商用時(shí)使用，因?yàn)檎缴逃煤笤拕?wù)量一般都會(huì)維持在一個(gè)數(shù)量，緩沖區(qū)基本上都是滿載，一般可以認(rèn)為上層下來的消息立刻就會(huì)被SCTP層轉(zhuǎn)發(fā)出去。當(dāng)前的系統(tǒng)配置就是使用的此模式，但當(dāng)前測(cè)試的時(shí)候系統(tǒng)話務(wù)量又不夠，所以需要等待一段時(shí)間（這段時(shí)間會(huì)達(dá)到百ms）才會(huì)實(shí)際把消息發(fā)送出去。

2.最小時(shí)延模式，SCTP層每收到一個(gè)上層來的請(qǐng)求會(huì)立馬轉(zhuǎn)發(fā)出去 ；此模式在演示調(diào)試時(shí)使用，因?yàn)樵拕?wù)量達(dá)不到一定規(guī)模，緩沖區(qū)不是滿載，在這種模式下，能讓SCTP層立刻轉(zhuǎn)發(fā)消息，降低接續(xù)時(shí)延，讓使用者有接近商用后有較大話務(wù)量時(shí)的時(shí)延體驗(yàn)。

對(duì)于DRA，在一次承載建立過程中涉及到多次DRA轉(zhuǎn)發(fā)，交互序列為SBC——DRA——PCRF——DRA——PGW——DRA——PCRF——DRA——SBC，如果修改DRA為模式2，將顯著降低在低話務(wù)量下的Diameter消息轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延；另一方面，因?yàn)镈RA非消息始發(fā)網(wǎng)元，當(dāng)話務(wù)量變大的時(shí)候，等待多消息充滿緩存區(qū)的任務(wù)由始發(fā)網(wǎng)元SBC/CSCF/TAS完成，DRA運(yùn)行在模式2下也不會(huì)有太大的性能影響。模式2對(duì)應(yīng)到DRA上的鏈路捆綁開關(guān)，當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，DRA轉(zhuǎn)發(fā)消息需要滿足兩個(gè)條件之一：

每條鏈路收到的消息包的長度超過1500字節(jié)；

消息等待超過50ms。

在業(yè)務(wù)量小的情況下，如果每條鏈路在50ms內(nèi)收到的消息只有一條，并且消息包長度小于1500字節(jié)時(shí)，將導(dǎo)致每條消息的時(shí)延超過50ms。在開關(guān)關(guān)閉的情況下，DRA不會(huì)判定以上兩個(gè)條件，而是將收到的消息進(jìn)行處理后直接轉(zhuǎn)發(fā)。

外部DNS查詢耗時(shí)過長

測(cè)試中顯示IMS的4次外部DNS查詢平均耗時(shí)達(dá)260ms；

在當(dāng)前的配置和測(cè)試環(huán)境下，總耗時(shí)達(dá)260ms的外部DNS查詢是正常的，但正常商用用戶量上來后，耗時(shí)將大幅減少，原因如下。

DNS查詢是有緩存的，當(dāng)話務(wù)量上來后，IMS的DNS查詢主要是通過網(wǎng)元內(nèi)部緩存完成，只有當(dāng)緩存超期后才會(huì)進(jìn)行外部DNS查詢，平均到每次呼叫中外部DNS查詢的概率非常小，而當(dāng)前測(cè)試階段，話務(wù)量非常小，加上當(dāng)前的緩存周期只有1min（因?yàn)楫?dāng)前商用的DNS配置的TTL是1min），所以體現(xiàn)出來基本上每次呼叫都要進(jìn)行完整的外部DNS查詢，這就造成了外部DNS查詢耗時(shí)較長。

我們創(chuàng)新性提出在DRA上關(guān)閉鏈路捆綁開關(guān)來優(yōu)化時(shí)延，通過調(diào)整DRA的運(yùn)行模式來優(yōu)化Diameter的交互時(shí)延，并將貝爾DRA的SCTP等待時(shí)長由100ms調(diào)整為10ms，同時(shí)優(yōu)化外部DNS查詢耗時(shí)，調(diào)整DNS緩存周期為5min，調(diào)整后對(duì)主被叫編碼為16.65KBPS的AMR-WB再進(jìn)行20組VoLTE音頻呼叫測(cè)試，總時(shí)延數(shù)據(jù)如表2（單位：s）。

由表2可以看出，調(diào)整DRA模式及優(yōu)化DNS緩存周期后，VoLTE語音呼叫時(shí)延可以減少到2.5～4s區(qū)間，平均時(shí)延為3.1099s，較調(diào)整前的平均時(shí)延5.6778s縮短了近一半，顯著改善了VoLTE呼叫接續(xù)時(shí)延，有利于提升終端用戶體驗(yàn)。

無線及終端問題導(dǎo)致時(shí)延

1. 無線側(cè)對(duì)被叫的第一個(gè)INVITE消息耗時(shí)差異非常大，分析結(jié)論如下：MME下發(fā)尋呼給eNB后，基站會(huì)在0～1280ms內(nèi)任一時(shí)間及某個(gè)尋呼子幀上將該尋呼消息下發(fā)，因此從MME過來的尋呼直到終端收到該尋呼（不包含響應(yīng)），時(shí)延已經(jīng)可能會(huì)在0～1280ms；該問題主要受參數(shù)-缺省尋呼周期（目前設(shè)置為1280ms）影響，該參數(shù)也屬集團(tuán)規(guī)范。目前無線側(cè)暫無有效方式優(yōu)化該段時(shí)延。

2. 發(fā)現(xiàn)存在INVITE消息重發(fā)的現(xiàn)象：SBC在發(fā)送第一個(gè)INVITE后，如果沒有及時(shí)收到終端的100trying響應(yīng)，將重發(fā)INVITE，重發(fā)周期為500ms，1s，……。目前發(fā)現(xiàn)由于VoLTE測(cè)試終端版本問題導(dǎo)致手機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)尋呼無響應(yīng)等現(xiàn)象，通過VoLTE終端升級(jí)版本解決。

3.尋呼參數(shù)優(yōu)化。TD-LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)代，MME采取首先在用戶最后駐留的eNodeB尋呼，尋呼失敗后再在TA List尋呼方式，由于尋呼并不針對(duì)TA List進(jìn)行，如果eNodeB尋呼失敗，則MME需要再啟用正規(guī)的TA List進(jìn)行第二輪尋呼，增加了接續(xù)時(shí)延。VoLTE業(yè)務(wù)時(shí)，為了達(dá)到最快速的響應(yīng)，修改MME在第一次尋呼就在TA List范圍內(nèi)進(jìn)行。

結(jié)束語

本文研究VoLTE端到端語音呼叫接續(xù)時(shí)延產(chǎn)生的原因，從信令分析角度入手詳細(xì)剖析影響接續(xù)時(shí)延的各個(gè)因素。創(chuàng)新性提出在DRA上采用最小時(shí)延的SCTP工作模式及擴(kuò)大DNS緩存周期的時(shí)延優(yōu)化策略，并通過現(xiàn)網(wǎng)實(shí)踐充分驗(yàn)證了優(yōu)化策略的有效性，呼叫接續(xù)時(shí)延有效縮短一半，從而達(dá)到讓終端用戶獲得更快、更好的端到端語音接續(xù)體驗(yàn)，提升客戶滿意度的目標(biāo)，為VoLTE商用后客戶滿意度的持續(xù)提升提供了有力保障。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.021