一種5G語音EPSFB接續時延分段分析解決方案

任雨樵，王君誠

（1.中國移動通信集團公司，北京 100033；2.中國移動通信集團安徽有限公司，安徽 合肥 230061）

0 引言

過去幾年，圍繞LTE語音曾經出現過多種觀點、技術和演進路線，最終選擇了基于IMS的VoLTE（Voice over LTE）。中國移動2020年全網商用5G網絡，在5G建網初期，由于覆蓋不全，無法在用戶移動過程中實現完全基于5G網絡的語音連續性保障，因此，5G語音通話通過回落到4G的VoLTE方式（EPS FB）完成。伴隨5G網絡建設和覆蓋提升，5GEPS FB語音可以平滑演進到VoNR（Voice over NR）[1]。

1 5G語音EPSFB業務流程和業務感知痛點

1.1 5G語音EPSFB業務流程

圖1 EPSFB業務流程

EPS FB即EPS Fallback，即當用戶在5G網絡發起通話或接聽電話時，先回落到4G網絡，由VoLTE承載語音業務，當用戶通話結束后，自動返回到5G網絡駐留。3GPP TS23.502描述了EPS fallback for IMS voice流程圖。一個完整的EPS Fallback電話，涉及IMS PDU激活、SIP注冊、5G到4G的切換、IMS語音、4G到5G的切換、TAU、空閑態SR等流程。

Step1：UE注冊SA，發起主叫MO或被叫MT流程；

Step2：NG RAN發起PDU Session更新，建立語音的QoS；

Step3：NG RAN已經配置了支持EPS FB能力，所以觸發EPS FB；

Step4：NG RAN拒絕PDU Session更新流程；

Step5：NG RAN發起handover或系統間重定向流程釋放AN；

Step6a：如果5G SA發起EPS handover，或者網絡支持N26接口的重定向，則UE應該發起TAU流程；

Step6b：如果是網絡不支持N26接口的重定向，則UE發起request type ="handover"的ATTACH和PDN連接請求；

Step7：完成EPS的切換/重定向流程后，SMF/PGW重新發起IMS專有承載的建立，映射5G Qos和EPC QoS參數；

Step8：EPS FB成功，繼續建立IMS語音通話流程。

1.2 5G語音EPSFB業務痛點

5G SA具有組網簡單、體驗更優、網絡資源組合更靈活等優點，但SA網絡商用初期采用的語音EPSFB業務跨越4G/5G無線、4G/5G核心網和IMS網絡共5域，由于引入EPS回落流程，使得EPSFB業務感知與傳統4G VoLTE語音體驗有一定差距，影響5G用戶感知和滿意度。

圖2 5G語音EPS Fallback業務流程涉及4G/5G無線及核心網，IMS共5域

電信運營商在保障5G EPSFB語音業務感知問題上面臨的主要痛點：一是網絡建設初期，無線網和核心網主設備軟參配置、定時器等需要充分磨合，以應對不同場景中的語音連續性需求。二是終端產業化往往落后于網絡演進，因此在5G SA商用后1～2年內，會有比較突出的終端和網絡適配性問題，表現在編解碼協商、軟件BUG等方面。三是EPS FB業務流程長，接口多，涉及網元跨域，一旦出現語音通話問題，傳統的定位手段依靠端到端廠家協同抓包分析，投訴處理和問題處理效率低下，難以滿足用戶需求。四是針對用戶感知最明顯的EPSFB接續時延，傳統網管手段僅支持輸出總時延，現網缺乏有效手段和工具針對EPSFB語音接續時延開展建模和統計，EPSFB語音接續時延沒有抓手[2]。

2 EPSFB語音時延分段解決方案

2.1 EPSFB語音時延分段思路

跨域給了時延分段天然的分析方向，除統計整體接續時延之外，細分每個域每一段信令流程時延，方便電信運營商內部優化人員高效、精準定位時延質差問題點。EPS FB時延是指從主叫發起呼叫（INVITE消息）到主叫收到振鈴消息（180 Ringing）的時間間隔。與VoLTE業務相比，接續時延新增了回落階段，本方案主要針對回落時延進行切片分段分析。

2.2 EPSFB語音時延分段方案

將EPS FB接續時延按照業務流程分成主叫接入、被叫接入、被叫資源響應和媒體協商四個階段，其中，主叫接入和被叫接入中包含了EPS FB流程中最重要也是最核心的環節：主叫回落和被叫回落。

下面將以主叫回落為例，將業務流程分成如下四個步驟：

圖3 流程圖

步驟101：根據用戶呼叫信令中的用戶唯一標識（包括但不限于IMSI、MSISDN等標識）關聯用戶呼叫流程所有信令。根據用戶呼叫信令中的時間戳標記每一條信令在信令捕獲點的準確時間。

步驟102：根據用戶因呼叫發起的第一條INVITE消息到達PSBC標記呼叫開始時間為C1。

步驟103：根據5GC核心網向基站發起語音專載建立請求消息標記時間為C2。此后5G無線基站因無法提供語音專載服務而向5GC核心網回復準備回落的消息標志著EPS回落流程開始。

步驟104：根據5G無線基站支持回落方式的不同5G無線基站可能發起切換回落或重定向回落，以下將步驟104分為104-A代表切換回落流程和104-B代表重定向回落流程闡明分段時延統計方法。

步驟104-A1：根據5G無線基站發起的切換請求消息標記切換回落流程開始時間CA3。此后5GC核心網會將用戶上下文信息由N26口傳遞給4G核心網，由4G核心網向4G基站請求無線資源的準備，準備完成后4G核心網通知5G核心網4G無線資源準備完成，5G核心網通知5G無線基站進行切換。

步驟104-A2：根據5G核心網向5G無線基站發送的切換指令消息標記5G到4G的切換準備流程完成時間CA4。此后5G無線基站通知終端釋放5G無線信號并連接到目的4G無線信號，成功切換后終端經4G無線基站向4G核心網發送切換通知消息。

步驟104-A3：根據終端向4G核心網發送的切換通知消息標記切換執行流程結束時間CA5。此后4G核心網通知5G核心網終端已成功切換回落到4G。

步驟104-A4：根據終端向4G核心網發送的跟蹤區更新請求消息標記終端在4G的跟蹤區更新流程開始時間CA6。此后4G核心網完成終端在4G網絡中的跟蹤區更新的相關流程。

步驟104-A5：根據終端向4G核心網發送的跟蹤區更新完成消息標記終端在4G的跟蹤區更新流程結束時間CA7。此后4G核心網將進行專載建立流程。

步驟104-A6：根據4G核心網向4G無線基站發送的專載激活請求消息標記專載激活流程開始時間CA8。此后4G無線基站進行專載資源分配并建立專用承載。

步驟104-A7：根據4G無線基站向4G核心網發送的專載激活完成消息標記專載激活流程完成時間CA9。至此，終端在5G進行呼叫由切換回落方式回落至4G建立專載具備在IMS域接續呼叫條件的流程完全完成。

步驟104-B1：根據5G無線基站發起的因重定向釋放上下文消息標記重定向回落流程開始時間CB3。此后終端將直接釋放5G無線資源并嘗試接入4G無線網絡。

步驟104-B2：根據終端經4G無線基站向4G核心網發送的跟蹤區更新請求消息標記終端重定向至4G網絡開始時間CB4。此后4G核心網將向5G核心網獲取用戶上下文并在4G網絡更新用戶上下文。

步驟104-B3：根據終端經4G無線基站向4G核心網發送的路由區更新完成消息標記終端重定向至4G網絡結束時間CB5。

步驟104-B4：根據4G核心網向4G無線基站發送的專載激活請求消息標記專載激活流程開始時間CB6。此后4G無線基站進行專載資源分配并建立專用承載。

步驟104-B5：根據4G無線基站向4G核心網發送的專載激活完成消息標記專載激活流程完成時間CB7。

回落到4G后開始在IMS域建承載和通話，跟VoLTE業務一樣，此文不在贅述。

3 EPSFB語音時延分段分析系統實現方案

（1）信令采集模塊。信令采集模塊部署在4G/5G網絡核心網主設備側，采用分光技術將接口信令全量采集至數據庫，由信令采集系統分揀、解碼并關聯。5GC域至少需要采集N1/N2、N3、N11、N26接口，EPC域至少需要采集S1-MME、S5/S8、S11接口，IMS域至少需要采集Gm，Mw、Gx、Rx、ISC接口。

（2）時延建模模塊。以信令數據中的時間戳為準標記每條信令的時間，根據關鍵流程兩端信令的時間點計算關鍵流程的時延，最終匯總為EPS回落接續時延，通過中間件將后臺數據庫數據呈現在可視化界面上，運維工程師可通過界面進行指標查詢，分段時延將問題定界到網元，小區或終端。

（3）應用可視化界面。本系統通過IMS、EPC、5GC、LTE、NR多域多接口的關聯，實現用戶EPS Fallback接續時延分段可視可定界，構建回落與呼叫端到端關聯的感知模型，實現指標定界以及用戶投訴的溯源定界支持能力。部署可視化界面，生成網元、終端、行政區域以及小區等維度的各分段時延統計，可生成預設的時間粒度內的各維度的各分段時延統計，可生成單用戶流程化的呼叫信令及每條信令的時間。

4 結束語

本文提出的語音接續時延分片分段分析方案，可對VoNR業務的時延分析起到重要的啟發和借鑒作用。在未來，中國移動還將通過大數據領域的應用和技術創新，持續提升5G用戶體驗和運營效率，向數智化運營轉型邁出堅定的步伐。■