VoLTE注冊過程質量分析應用報告

魏　瑤　　北京中創信測科技股份有限公司監測系統產品線產品規劃部產品經理

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中創信測技術專欄

VoLTE注冊過程質量分析應用報告

魏瑤北京中創信測科技股份有限公司監測系統產品線產品規劃部產品經理

編者按：VoLTE用戶在IMS網絡下注冊成功是使用VoLTE進行高清語音、視頻通話的前提，也直接影響用戶的感知。北京中創信測科技股份有限公司監測系統產品線產品規劃部魏瑤所撰《VoLTE注冊過程質量分析應用報告》一文結合中創信測的實際案例，論述了中創VoLTE信令監測系統可分別統計出IMS網絡注冊成功率和第三方注冊成功率，及時發現和定位問題?？蔀?G網絡維護人員在實際工作中帶來參考。

摘要：4G網絡處于大規模建設和快速發展時期，初期網絡運行出現較多的問題。VoLTE用戶在IMS網絡下注冊成功是使用VoLTE進行高清語音、視頻通話的前提。VoLTE用戶注冊失敗或者時延過長，都會影響VoLTE用戶的感知。本文論述了整個注冊過程，并結合中創信令監測系統實際案例，論證了通過中創VoLTE信令監測系統提升和優化注冊質量的方案。

關鍵詞：信令監測；VoLTE；注冊成功率；故障定位

1　引言

VoLTE業務以EPC（Evolved Packet Core）為承載網，IMS（IP Multimedia Subsystem）為控制中心，支持傳統的語音通話，還可以提供穩定、高清的視頻通話，并具備接續時延短、通話過程穩定的特點。

VoLTE用戶在IMS網絡下注冊成功是使用VoLTE進行高清語音、視頻通話的前提。本文結合實際案例，論述中創VoLTE信令監測系統對注冊質量分析與優化的方案。

2　VoLTE注冊流程簡介及指標定義

2.1注冊流程簡介

VoLTE用戶的注冊流程包含初始注冊、第三方注冊兩部分，詳細流程如圖1所示。

（1）在LTE網絡完成附著和聯合位置更新。

（2）默認承載建立完后，終端會向IMS發起SIP的注冊消息。注冊消息發給終端配置的P-CSCF地址或者是動態發現的P-CSCF地址（靜態和動態P-CSCF發現附著流程說明，這里所說的P-CSCF其實為IMS的SBC接入地址）。

（3）SBC收到注冊消息，發送給P-CSCF，P-CSCF發送給ATCF。ATCF會在消息中添加FEATURE-CAPS頭部將消息發送到I—CSCF。

圖1　注冊流程圖

（4）2～17，為普通IMS用戶初始注冊流程。

（5）18，SCSCF向VoLTEAS發起第三方注冊，將FEATURE-CAPS頭部傳遞給SCCAS。

（6）19～20，VoLTE AS執行普通的MMTEL功能下載用戶補充業務數據。

（7）21～22，VoLTE AS執行SCC-AS功能到EPC-HSS下載用戶的SRVCC相關數據。

（8）23～24，如果VoLTE AS發現從EPC-HSS下載的STN-SR與ATCF在注冊FEATURE-CAPS頭部時包含的STN-SR不一致，VoLTEAS向EPC-HSS發起更新。

（9）25，VoLTE AS向SCSCF返回200OK表示第三方注冊成功。

（10）26～29，VoLTEAS向ATCF發送MESSAGE，攜帶該用戶的MSISDN號碼、ATU-STI參數，ATCF返回200OK。

（11）30～31如果VoLTEAS向EPC-HSS發起更新STN-SR（23、24步），那么，HSS會向MME發送IDR，MME返回IDA。

（12）32～39步驟為普通的終端訂閱流程。

2.2注冊指標定義

2.2.1初始注冊成功率定義

根據集團規范，VoLTE初始注冊成功率指標定義如圖2所示。

圖2　VoLTE初始注冊成功率

UE成功注冊次數：S-CSCF針對初始注冊請求發送200 OK（圖2消息10）的次數；UE注冊請求次數：S-CSCF收到初始注冊請求（圖2消息3）的總次數。注冊成功率=UE成功注冊次數/UE注冊請求次數。

2.2.2第三方注冊成功率定義

根據集團規范，VoLTE第三方注冊成功率指標定義如圖3所示。

圖3　VoLTE第三方注冊成功率

第三方注冊成功次數：S-CSCF收到AS發送初始200OK（圖2消息8）的次數；第三方注冊請求次數：S-CSCF發送給AS注冊請求（圖2消息7）的總次數。第三方注冊成功率=第三方成功注冊次數/第三方注冊請求次數。

3　分析涉及典型功能

3.1綜合記錄查詢功能

集成了多接口、多協議信令過程字段的端到端查詢功能，具備全流程信令關聯功能，支持查詢結果保存，支持流程圖保存及原始信令保存。

3.2信令記錄查詢功能

分接口、分協議呈現，記錄信令過程關鍵信息，面向信令故障精細化分析，支持查詢結果保存，支持流程圖保存及原始信令保存。

3.3集團指標查詢功能

按照集團對VoLTE考核指標的定義，統計語音通話、視頻通話、注冊、切換過程各指標結果，反映網絡整體狀況，支持查詢結果保存，支持詳單下鉆。

4　VoLTE注冊成功率分析過程

中創信測在某省移動創建VoLTE信令監測系統試驗局，通過中創VoLTE信令監測系統，可客觀地分析出該省網絡運行整體狀況，定位網絡運行中的問題，解決VoLTE用戶投訴。

4.1網絡指標概覽

在中創VoLTE信令監測系統上，可分別統計出IMS網絡注冊成功率和第三方注冊成功率。統計時間為2015年12 月21—27日。

4.1.1注冊成功率

以一周為時間單位，統計2015年12月21—27日某省移動VoLTE注冊成功率指標結果如圖4所示。

圖4　VoLTE注冊成功率指標結果

圖4的數據表明，VoLTE注冊成功率指標整體偏低，最高是2015年12月21日，成功率為56.02%，最低是2015年12月27日，成功率為38.07%，其注冊成功率指標均在57%以下。由此可以看出，VoLTE注冊流程存在問題，成功率遠低于正常水平。需進一步重點分析造成成功率偏低的原因，以定位到網絡中存在的問題。

4.1.2第三方注冊成功率

以一周為時間單位，統計2015年12月21—27日某省移動VoLTE第三方注冊成功率指標結果如圖5所示。

圖5　VoLTE第三方注冊成功率指標結果

通過圖5所示數據可看出，12月21—27日第三方注冊成功率均在98%以上，最低為12月27日的98.89%。

以上數據說明，VoLTE第三方注冊流程正常，網絡設備正常。

4.2分析過程

4.2.1錯誤碼分布情況

2015年12月21—27日，造成VoLTE注冊失敗的錯誤碼原因及其占比如圖6所示。

圖6　VoLTE注冊失敗原因及占比

從圖6可以看到，禁止錯誤（SIP錯誤代碼為403）在12月21—27日這7天內共出現了4862次，占所有失敗次數的91%。其余被叫忙、未授權、無效請求、服務器內部錯誤共占9%。由此可見，禁止（SIP錯誤代碼為403）是造成整體VoLTE注冊成功率遠低于正常值的重要原因，需重點對禁止錯誤進行分析，定位該錯誤產生原因。

為準備定位影響VoLTE注冊成功率遠低于正常值的原因，還需對錯誤碼按天粒度進行統計，以確定造成每天注冊率均低于正常值的原因。統計結果如表1所示。

從表1的統計可看出，12月21—27日，禁止（403）錯誤均是造成注冊失敗的最主要原因。

由此可以表明，禁止（403）錯誤是致使全省VoLTE注冊成功率在12月21—27日期間均遠低于正常值的原因。需對禁止（403）錯誤重點分析，定位產生該錯誤的原因，為優化網絡提供依據。

4.2.2信令分析

（1）SIP信令回溯分析

用戶注冊時，通過SIP信令，可最直觀地得到其注冊結果。所以先從SIP信令開始分析。通過對Mw接口的信令分析，對其具體的信令流程進行回溯，發現如圖7所示的問題。

圖7　注冊實際流程（1）

通過圖8可看出，IMSI為4600781xxxx9006的用戶，在發生注冊時，當P-CSCF給I-CSCF發REGISTER消息后，收到了I-CSCF的403Forbidden回應，導致此次注冊失敗。信令中攜帶的警告信息Warning頭域中提示“RoamingRestricted”。

通過圖9、10可以看出，IMSI為4600055xxxx1227的用戶，在發生注冊時，當P-CSCF給I-CSCF發REG-ISTER消息后，收到了I-CSCF的403Forbidden回應，導致此次注冊失敗。信令中攜帶的警告信息Warning頭域中提示“RoamingRestricted”。

表1　VoLTE注冊失敗原因分布

圖8　403消息詳細解碼（1）

圖9　注冊實際流程（2）

在中創信令監測系統中查看多個用戶，多次注冊的情況均是以上兩種提示，說明造成VoLTE注冊失敗的原因是相同的，那么是什么原因導致I-CSCF回復403Forbidden給P-CSCF，是I-CSCF直接做出的回應，還是轉發S-CSCF的回應現在還不能明確，需進一步分析。

（2）綜合記錄查詢分析

通過上文提到的綜合記錄查詢功能，可直觀地看出注冊的整體流程。以IMSI為4600781xxxx9006的用戶，在2015年12月23日10：24：33注冊為例，查看整體流程如圖11所示。

圖12表明，用戶發送REGISTER消息到SBC（Gm接口）后只有一條Mw接口，也就是只有P-CSCF到I-CSCF之間的消息，并沒有I-CSCF與S-CSCF之間的消息，說明 I-CSCF直接回復 403 Forbidden給P-CSCF。注冊請求沒有發送給S-CSCF就已經失敗。說明問題出現在I-CSCF網元上。那么，I-CSCF與HSS之間的Diameter消息是否出現問題，將是下一步分析的內容。

圖10　403消息詳細解碼

圖11　注冊端到端記錄

圖12　注冊端到端流程

（3）Diameter信令分析

通過注冊信令流程可以知道，當I-CSCF收到注冊請求REGISTER后，會向HSS發送UAR（用戶鑒權請求）消息，并且I-CSCF并沒有把注冊請求REGISTER轉發給S-CSCF，而是直接回復403給P-CSCF，因此初步懷疑是否為用戶數據配置異常導致。那么，以上例子中I-CSCF與HSS之間的消息內容對本次注冊分析至關重要。

圖13查詢本次注冊時HSS回復給I-CSCF的針對UAR的響應消息UAA的具體參數。

圖13　注冊Diameter消息流程圖

由圖14可見，UAA回復的消息參數中攜帶5004的錯誤碼。5004錯誤碼代表發送的錯誤是：DIAMETER_ERROR_ROAMING_NOT_ALLOWED（5004）。造成此錯誤碼產生的原因是用戶在拜訪網絡沒有漫游權限。

多次查看各用戶的注冊流程發現均是以上原因造成注冊時出現禁止（403）錯誤碼。由此可知以上注冊情況為典型錯誤流程。

通過對注冊流程的信令分析過程可發現，造成VoLTE注冊失敗的最主要原因是漫游用戶在拜訪網絡沒有漫游權限。此原因屬于用戶原因，因此為了解決這個問題，需重點關注涉及到的用戶。

4.2.3用戶分析

通過信令的分析，已確定造成注冊成功率低于正常水平值的原因為用戶原因，還需進一步定位到具體的用戶。通過中創信令監測系統，集團指標功能支持查看詳單功能，可直接得到所有注冊失敗的詳細記錄。統計2015年12月21—27日所有出現的錯誤碼為禁止（403）的注冊記錄，可查出用戶的詳細信息，統計所有IMSI以及IMSI對應發生注冊失敗的次數。數據統計顯示，共涉及104個用戶，選擇TOP15用戶作為重點關注對象，具體如表2所示。

圖14　Diameter消息詳細解碼

由此可見，在VoLTE建網初期，用戶的漫游權限是否開通，也是用戶入網時需要考慮的因素。

5　結束語

通過中創信測的VoLTE信令監測系統，可監測網絡運行狀態，及時發現異常指標并定位原因，通過對錯誤原因及占比和用戶等方面進行分析，同時通過分析信令消息進行問題的具體定位，可對VoLTE注冊率指標分析主要結論如下：

表2　注冊失敗用戶統計表

造成2015年12月21—27日注冊成功率遠低于正常值的錯誤原因是由于出現了禁止（403）錯誤。而造成出現禁止（403）錯誤的原因是由于HSS收到I-CSCF發送的UAR后，根據用戶配置數據，HSS反饋用戶在拜訪網絡沒有漫游權限。并且在7天內就涉及了104個用戶，由此可見這并非是個別現象。而造成出現該現象的原因有兩種：

（1）P-CSCF的本域網絡標識配置錯誤。

（2）用戶在HSS上的漫游權限沒有打開，在開戶過程中未給漫游用戶配置漫游權限或漫游權限配置錯誤。

建議檢查上文中發現的104個用戶的漫游權限是否正常開通，如果用戶漫游權限已開通，則需檢查P-CSCF網元的本域網絡標識配置是否正確。

中興助力遵義建設大數據應用示范城市

近日，正在貴陽市舉行的中國大數據產業峰會暨中國電子商務創新發展峰會（簡稱“數博會”）上，中興通訊旗下專注智慧城市的子公司中興網信宣布將與貴州省遵義市聯手打造大數據應用示范城市，共同探索大數據應用城市建設的路徑、標準和機制，努力成為大數據應用的城市典范。

此次中興與遵義市之間的合作內容不是簡單的技術合作，而是從更深層次從機制、原理上進行大數據城市建設的摸索與實踐。項目包括遵義智慧城市的頂層規劃設計、智慧旅游等應用模塊的建設，遵義大數據中心的建設以及大數據示范城市體驗中心“中國智慧未來城”的交付。目前，中興網信已協助遵義市政府完成了遵義旅游集散中心項目的建設，打造遵義全域智慧旅游的新名片。

中興通訊助力河北移動成功完成vIMS試點測試

近日，中興通訊與河北移動成功完成vIMS試點測試，重點驗證了虛擬化環境下網絡的彈性擴縮容、網絡運維以及云管理能力，測試結果得到了中國移動的高度肯定和贊揚。

本次vIMS的河北移動試點項目，是中國移動VoLTEIMS核心網逐步轉向虛擬化架構的重要里程碑，中興通訊在不到4個月的時間里，完成了所有要求測試條目，對后續4G 及IMS網絡實施虛擬化架構具有特別重要的借鑒意義，項目階段性試點成功對加快VoLTE使用vIMS有重要的里程碑價值。

vIMS是中興通訊云化核心網CloudUniCore整體解決方案的一部分，為服務供應商提供最前沿、且切合實際的解決方案來遷移傳統網絡。在未來支持無縫的網元虛擬化和網絡功能虛擬化。通過引入NFV等云化技術，為運營商打造一個更簡單、更高性價比、更可靠、更開放的網絡。