基于信令分析的VoLTE接入性能優化

紀元茂　袁野

摘要：為了解決VoLTE接入性能差的問題，通過采用信令分析方法，分析了VoLTE標準信令流程，結合LTE無線信號覆蓋特征，研究了影響VoLTE性能的關鍵因素，并提出了改善無線覆蓋、調整相應參數的方案?，F網中該方案有效可行，最終達到了改善VoLTE性能的目的。

關鍵詞：VoLTE IMS 信令流程

1 引言

LTE網絡系統優化的本質工作是通過發現并判斷在LTE網絡運行過程中出現的主要問題，同時挖掘出部分隱性故障，針對這些現象或問題進行綜合分析并系統優化的方法，以此來提高LTE網絡接入性、保持性、移動性等關鍵網絡性能指標，這也是保障VoLTE業務能夠正常進行的前提，從而全面提升用戶感知。LTE是基于分組數據為核心而設計的網絡，和早期GSM或WCDMA網絡相比，在網絡性能指標方面有一些差異，在分析故障問題的方法上有明顯的差異。本文將對VoLTE語音掉話問題進行分析，并把分析過程中與網絡性能指標密切聯系的信令流程分析方法作為重點闡述。

2 VoLTE架構概述

2.1 VoLTE重要節點簡介

為使純分組數據網絡LTE具備Voice語音通話的功能，EPS（Evolved Packet System，演進分組系統）網絡結構需要引入IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統）實現語音會話控制功能，如圖1所示。

圖1展現了實現語音會話所用到的多個節點，這些節點的主要功能分別如下：

（1）SBC（Session Border Controller，會話邊界控制器）：該節點是IMS網絡中一個重要的網絡節點，位于IMS網絡邊界，實現將終端設備接入到IMS核心網的功能。

（2）PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略與計費規則功能單元）：該節點具備策略控制決策與計費控制的功能。

（3）P-CSCF（Proxy-Call Session Control Function，代理呼叫會話控制功能）：該節點是IMS中用戶信令面的第一個聯系點，所有往來UE（User Equipment，用戶設備）的SIP（Session Initiation Protocol，會話發起協議）信令都必須經過P-CSCF。它是一個SIP代理服務器，實施策略和計費功能，部署在歸屬網絡和拜訪網絡。

（4）I-CSCF（Interrogating-Call Session Control Function，協商呼叫會話控制功能）：該節點是一個運營商網絡內部節點，部署在歸屬網絡中，該運營商的所有用戶連接都要經過這個實體實現業務。在一個網絡中可以有多個I-CSCF，I-CSCF通過HSS（Home Subscriber Server，歸屬簽約用戶服務器）給UE安排S-CSCF。

（5）S-CSCF（Serving-Call Session Control Function，服務呼叫會話控制功能）：該節點是IMS的核心所在，它位于歸屬網絡，為UE進行會話控制、注冊請求和路由決策的制定。

2.2 VoLTE承載概述

在承載方面，VoLTE采用雙APN（Access Point Name，接入點）架構，用于數據業務的Default APN、語音和可視電話的IMS APN，UE在Attach時可與Default APN建立數據默認承載QCI9。Attach完成后，UE與IMS APN建立QCI5的默認承載，用于傳輸SIP信令，語音業務承載組合可表示為SRB1+SRB2+2×AM DRB+1×UM DRB。其中，UM DRB為QCI=1的承載，2個AM DRB的QCI分別為QCI=5和QCI=9，QCI=1用于語音承載，如有視頻業務需求，QCI=2可用于視頻承載，QCI=5是用于SIP傳輸的IMS信令承載，對于不支持VoLTE的UE，只有數據業務默認承載，一般承載在QCI9上；支持VoLTE業務的UE會在Attach、從2G/3G返回的TAU（Tracking Area Update，跟蹤區更新）過程后發起IMS域注冊，并建立IMS信令默認承載QCI5。對于支持VoLTE的UE，無論是否有VoLTE會話，如果IMS域注冊成功，則QCI5+QCI9始終存在，當有VoLTE會話時，會再建立QCI1，若是視頻會話，還會有QCI2。VoLTE語音建立QCI1的專用承載，用于傳輸語音；可視電話（視頻）建立QCI1和QCI2的專用承載，分別傳輸語音和視頻。

3 VoLTE掉話問題分析

3.1 VoLTE信令流程簡介

在了解VoLTE各節點大致功能以及業務承載的基本用途后，可以根據一個會話流程簡單了解一下這些核心網元是如何工作的。以標準的VoLTE語音通話為例，一個VoLTE呼叫請求經過MMTel AS主叫業務處理后，主叫側S-CSCF向HSS請求被叫的入局I-CSCF的地址。被叫側的SCC AS向HSS請求被叫網絡信息，HSS向MME（Mobility Management Entity，移動性管理實體）請求本地保存的用戶最新的位置更新信息，SCC AS得到被叫的最近一次駐留的網絡后，指示S-CSCF通過P-CSCF將呼叫路由到被叫用戶。

主叫側：主叫P-CSCF收到被叫用戶回復的響應消息后，向PCRF發起承載建立請求，PCRF向P-GW提供授權的QoS（Quality of Service，服務質量）策略，P-GW根據授權的QoS策略建立主叫UE的專用承載。

被叫側：被叫用戶收到呼叫請求后，向被叫P-CSCF回復183/180響應消息，P-CSCF向PCRF發起承載建立請求，PCRF向P-GW提供授權的QoS策略，P-GW根據授權的QoS策略建立被叫UE的專用承載。

至此，該VoLTE語音業務建立成功。通過路測軟件收集到的無線側信令，可以看到正常的主被叫標準信令流程如圖2所示。其中，各條消息編號代表其順序。

該信令流程可大致描述為：首先是主叫方發起Invite請求，當主叫方建立RRC（Radio Resource Control，無線資源控制）連接后，基站會下發Invite 100消息，同時被叫方將會收到尋呼消息，被叫方在建立RRC連接后會收到基站下發的Invite消息，并上發Invite 100和Invite 183消息給基站，然后是主被叫兩方RRC連接重配置和建立專用承載及PRACK消息下發的步驟，最終主叫方收到基站下發的Invite 180消息表示語音會話建立成功。該流程描述的是一個成功的案例，而通常VoLTE掉話或未接通的信令流程與該流程相比肯定是有差異的，下面將介紹較為典型的VoLTE掉話和未接通案例的流程。

3.2 VoLTE異常信令分析及優化方法

在VoLTE拉網測試過程中，常常由于UE發生重定向導致未接通或掉話，重定向釋放RRC后，專用承載同時被拆除，從而造成呼叫異常。如圖3所示，在呼叫建立過程中，左側為信令、右側為事件，在時間窗口可以看到主叫收到網絡下發的Invite 100后在12：00：20.691時刻嘗試Call attempt，由于無線信號較差，手機上報A2測量報告，隨后網絡下發RRC Connection Release消息重定向到EARFCN頻點號為37900的小區，與此同時手機進入空閑態。在呼叫起呼15 s后，由于呼叫時長超時，在12：00：35.885時刻手機判定Call blocked并上報Cancel消息，發生未接通事件。

從該案例的信令流程中可以發現判定未接通的消息時間，并通過系統分析法找出其根本原因是什么，最終將問題鎖定在信號覆蓋上，隨后可通過調整無線覆蓋來改善該區域頻繁出現VoLTE未接通的情況。

該案例除了通過改善無線覆蓋的方法外，還可以從參數方面來分析，尋找解決辦法。該問題是由于重定向導致RRC、E-RAB等資源釋放而造成VoLTE沒有接續性，這是因為在規范中VoLTE不支持重定向，只支持切換。因此，VoLTE需要添加更多的異頻鄰區關系，而不僅僅是添加切換頻點組，這樣就能保證有足夠的鄰區資源可切換，而不執行重定向的行為。如果QCI1承載的配置有允許重定向的參數，可嘗試關閉重定向開關，即QCI1業務只切換而不進行重定向，這也是解決該問題的一個思路。

4 結束語

綜上所述，VoLTE問題優化方法是基于LTE優化方法的一個延伸，在信令流程上和LTE大致相同，只有少許差異。可通過信令發現表象問題，在分析問題時，可用標準的流程作對比找出異常的部分，再通過系統分析的方法找出根本原因，如本文中提到的兩個方面，同一個異常的案例既可以通過改善無線覆蓋的方法來解決，也可以通過修改鄰區配置的參數來實現。

覆蓋優化主要是指對小區的無線信號覆蓋進行調整，主要是通過控制覆蓋范圍來解決弱覆蓋或越區覆蓋的問題。弱覆蓋問題分析和調整方法是無線環境優化的重點，主要是指對信號覆蓋欠佳的區域和沒有信號覆蓋的區域進行優化，以此來保證網絡信號覆蓋的連續性。越區覆蓋是網絡中常見的問題，雖然本文沒有越區覆蓋的案例，但是在將來經過數期LTE擴容后，由于新站點的增加，在可行的前提下，原基站的天饋高度或傾角都可以做適當調整，否則會導致無線環境污染或出現越區覆蓋的情況，基站之間可能會產生較大干擾。

鄰區關系的優化是無線網絡優化工作中非常重要的環節，該環節的優化效果對無線網絡KPI（Key Performance Indicator，關鍵績效指標）指標有直接的影響。如果鄰區列表中缺少重要鄰區關系或者鄰區參數設置不當，則會直接導致LTE網絡接入性、保持性、移動性、完整性等重要的KPI指標下滑；如果冗余的鄰區關系過多，則會增加系統的運算，浪費系統資源。因此，合理地設置鄰區也是網絡優化的重點。

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