针对VoLTE监测分析的系统解决方案介绍（续一）

周泉 中国移动通信集团江苏有限公司网络部工程师

中创信测技术专栏

针对VoLTE监测分析的系统解决方案介绍（续一）

周泉 中国移动通信集团江苏有限公司网络部工程师

4 VoLTE监测系统实现方案

4.1 监测范围及主要接口描述

VoLTE是LTE、IMS、CS网络三网融合下的语音解决方案，传统的监测系统只是采集以上3个网络中的一个网络的数据做分析处理，这对VoLTE而言是不够的，数据是缺失的。为了分析出VoLTE的全流程，需要对全网数据做端到端关联分析。

VoLTE全网采集包括LTE、IMS网络和SRVCC切换后的CS网络。采用增强型eSRVCC切换组网结构的组网图以及VoLTE业务监测采集范围如图7所示，红点处为采集处理接口。

数据采集需支持关联分析，包括LTE的终端附着、VoLTE专用承载的建立、IMS注册、呼叫控制、LTE到CS域的信令与媒体切换关联。采集主要包括S1-U、S1-MME、S6a、SGi、Sv、Gx、Rx、Mc、Gm、Mn、Mw以及IMS核心网内所有接口，对接口的描述如表1所示。

图7 VoLTE采集范围

表1 接口描述

（1）LTE系统S1接口

S1接口应用S1AP协议，该接口为eNB通过S1-MME接口连接MME，通过S1-U接口连接S-GW。

S1-AP的信令服务可以划分为两组：

●与UE无关的信令服务：这些信令服务利用与UE无关的信令连接在eNB与MME之间实现功能。

●与UE相关的信令服务：这些信令服务与一个特定的UE有关。提供这些信令服务的S1-AP功能都关联到一个与UE相关的信令连接上。

S1-AP协议功能：

●E-RAB管理功能：负责建立、修改和释放E-RABs。

●初始上下文传输功能：用于在eNB中建立一个S1UE上下文。

●UE能力信息指示功能：用于向MME转发从UE中接收到的UE能力信息。

●移动性相关功能：使UE能通过S1接口进行SAE/LTE中不同eNBs间的切换等。

●寻呼：用于向EPC提供寻呼UE的能力。

●S1接口管理功能。

●NAS信令传输功能：用于在UE和MME之间传输与NAS信令相关的信息以及在eNB中建立S1UE上下文。

●S1UE上下文释放功能：负责管理eNB和MME中特定UE上下文的释放。

●UE上下文修改功能：用于部分修改已经建立的UE上下文。

●状态转移：用于从源eNB向目的eNB转发PDCPSN状态信息，以支持LTE切换过程中数据的顺序传输和重复避免。

●跟踪功能：用于对一个处于ECM-CONNECTED状态的UE进行跟踪记录控制。

●位置报告：使MME获知UE当前的位置信息。

●警告消息传输功能：提供开始以及重写警告消息广播的方法。

●RAN消息管理功能：允许通过核心网在两个RAN节点间请求和传输RAN系统信息。

●配置传输功能：允许通过核心网在两个RAN节点间请求和传输RAN配置信息。

S1-AP典型基本过程：

●E-RAB建立过程。

●初始上下文建立过程。

●寻呼。

●NAS传输过程。

（2）LTE系统S6a接口

该接口应用DIAMETER基本协议，为各种认证、授权和计费业务提供安全、可靠、易于扩展的框架，为MME与HSS之间的接口（S6a接口）。

DIAMETER基本协议设定通讯是以对等的模式进行的，而不是客户/服务器模式，其注重能力协商，消息发送以及对等端如何最终被拒绝。同时，基础规则还制订了特定规则来进行DIAMETER节点之间所有的信息交换，DIAMETER基础协议旨在提供一个AAA框架，以用于各种应用。其主要的设计思想为：

●保持基本协议的轻巧和简单，易于实现协议。

●所有由协议传送的数据都以AVP形式出现，并有与RADIUS相似的高效属性编码，被使用的AVP包含的数据有用户认证信息、服务相关的授权信息、交换资源使用消息和中继/代理和重定向消息等类型，AVP的标识符名字空间要足够大，以便扩展，还支持厂商自定义的AVP和命令。

●能同时支持大量的请求。

●DIAMETER网络节点运行在TCP或者SCTP上，能够提供可靠传输并具有重传机制，由传输层提供可靠性。

●能快速地检测出不可到达对等端的能力，并有很好的故障切换机制。

●DIAMETER协议要求代理链上的每一个节点响应或确认每一个请求，代理链上每一个节点有责任对没有响应的消息进行重传。所有的消息都要有应答，而不能无声丢弃。

●DIAMETER协议是对等模式的协议，允许主动地将消息发送到接入服务器。对等模式有很多好处，如可以按需返回计账信息、由服务器发起会话终止信息等。

●采用IPSec/TLS或二者为DIAMETER的对等双方提供数据完整和保密等安全性，有AVP级的完整性和保密性。

●每一个认证/授权流有一个与之对应的会话，会话通过一个会话标识符来标识，这在一个给定时间内是全局唯一的，所有后续的DIAMETER事务（如计费）必须包含这个会话标识，以用来引用这个会话。

●支持重定向服务。

（3）Gm接口

Gm接口把UE接入到IMS。它被用来传输UE和IMS之间的所有SIP信令消息。该接口在IMS侧对应的是P-CSCF。Gm上的流程被分为3大类：注册、会话控制和事务（Transaction）。

注册流程中，UE使用Gm接口给P-CSCF注册请求，并在请求消息中标识所支持的安全机制。在注册的过程中，UE和P-CSCF交换用来认证自身和网络的必要参数，获取隐式注册的用户标识符，协商安全关联（Security Association）的必要参数，并有可能启动SIP压缩。另外，Gm也被用来在网络侧发起的注销和重新认证中向UE发送通知。

会话控制流程包括处理移动端发起的会话和终结于移动端的会话的机制。在移动端发起的会话中，Gm把请求消息从UE转发到P-CSCF；在终结于移动端的会话中，Gm把请求消息从P-CSCF转发到UE。

事务流程用来发送孤立的（Stand-alone）请求（如MESSAGE请求），并接收所有通过Gm接口的对应的应答消息（如200 OK）。事务流程相对于会话控制流程的区别是没有对话（Dialog）的建立。

（4）Mw接口

Mw接口是CSCF间的基于SIP的接口，接口协议SIP。Mw接口上的流程被分为注册、会话控制和事务3大类。

在注册流程中，P-CSCF使用Mw接口从UE向I-CSCF转发注册请求，I-CSCF利用Mw接口向S-CSCF转发请求，最后，从S-CSCF发出的应答消息通过Mw沿路返回。另外，S-CSCF在网络发起注销时利用Mw接口通知UE这个注销，还在网络发起重新认证时利用Mw接口通知P-CSCF释放相关用户的资源。

会话控制流程包括处理移动端发起的会话和终结于移动端的会话的机制。在移动端发起的会话中，Mw把请求消息从P-CSCF转发到S-CSCF，以及从S-CSCF转发到I-CSCF；在终结于移动端的会话中，Gm把请求消息从I-CSCF转发到S-CSCF，以及从S-CSCF转发到P-CSCF。这个接口还被用于网络发起的会话释放中，例如当从PDF收到承载通道丢失的指示时，P-CSCF可能向S-CSCF发起会话释放。另外，Mw也传输计费相关的信息。

事务流程用来发送孤立的请求，并接收所有通过Mw的对应于那个请求的应答消息。事务流程相对于会话控制流程的区别是没有对话的建立。

4.2 系统关键技术

（1）VoLTE业务多接口关联

VoLTE过程涉及到了LTE、IMS和2G/3G网络，而用户在不同网络中使用不同的身份标识。同时，随着用户在网络中的业务行为，用户的身份标识可能不断发生变化。因此，如何将用户不同的身份标识进行实时映射就成为能否正确关联VoLTE多接口业务过程的关键。

通过对VoLTE业务各接口信令的解析，用系统在线自学习的方式获取并维护各接口间的身份信息及位置信息对应表。基于此对应表，完成各接口身份信息及位置信息统一，完成VoLTE业务各阶段呼损原因及时延信息的回填，并合成端到端业务记录。

（2）VoLTE端到端指标分析

传统网管系统提供的网络指标一般都基于内部计数器，计算点都基于单一接口。而VoLTE过程涉及到3个网络的多网元多接口，单一接口的分析不能为VoLTE提供整体网络的分析，并不能直观地反映出网络状况。针对VoLTE特点，系统建立了以eSRVCC切换成功率、呼叫成功率，端到端呼叫时延、端到端MOS语音质量为主的端到端指标分析。通过VoLTE的指标体系，可以准确、直观地体现出业务感知，反映出用户感知。

（3）VoLTE用户感知分析

在LTE网络S1-U接口上的数据对分析VoLTE网络质量和用户感知至关重要。S1-U接口的数据有SIP信令，虽然IMS域中可以采集、解析出SIP信令，但是IMS域中的信令只能分析IMS域网元内传输质量以及时延，而分析S1-U上的数据，通过解析出的SIP信令可以判断VoLTE业务在核心网IMS域中是否成功，在EPC承载中是否有呼损，以及在eNodeB到SGW之间传输时延是多少？eNodeB到SGW之间的时延远远大于IMS域内的时延，而这部分时延才是用户真正可以感知到的，这些数据将直接影响用户感知。采集、解析S1-U接口的数据，可以尽快发现并定位网络问题，以解决用户投诉，提高用户感知。

随着网络的发展，除了语音业务外，视频业务将是VoLTE的重点，包括视频通话、网上观看视频、VIP用户组视频通话、视频会议等。对视频业务质量的分析依赖于对S1-U接口上数据的分析，S1-U接口上的数据协议有GTP-U、SIP、RTP、RTCP，通过解析GTP-U、RTP、RTCP协议，可以分析视频的卡顿、交互过程、协商过程等。

通过对S1-U接口数据的解析以及多接口的关联，系统将会准确、客观地反映出VoLTE的用户感知。

5 系统主要功能

江苏移动实验局的VoLTE监测试点系统由中创信测公司参与部署，目前具备以下主要功能：

5.1 处理用户投诉

VoLTE网络建网初期，网络是否通畅是运营商首要关注的问题，LTE网络与IMS网络的互通，LTE网络与2G/3G网络的切换，2G/3G网络与IMS网络的互联，这一系列的过程增加了VoLTE的复杂度。在这一过程中，如何快速高效地定位出导致用户业务失败的网元，发现用户业务失败的根本原因是VoLTE业务运维工作中常常遇到的问题。中创信测信令监测系统通过端到端的分析，可以重现用户业务失败场景，从而简单有效地发现问题、定位故障。

5.2 网络及业务质量分析功能

（1）eSRVCC切换质量分析

eSRVCC切换方案是VoLTE关键技术所在，切换成功率以及切换时延直接影响用户体验，如果切换时延过长会给用户造成掉话的感觉。针对VoLTE这一特点，对eSRVCC切换质量的分析至关重要，监测系统需通过对切换成功率、切换响应时延、切换完成时延、切换过程时长等指标的统计，分析出网络的切换质量。

（2）语音数据的捕获与分析

端到端分析不仅是多接口信令流程的端到端关联，而且是控制面与用户面数据的关联，是对一次业务的全流程的关联。捕获功能为维护人员提供了方便，快速的媒体RTP/RTCP数据捕获方法，可以使用户大量节约语音数据存储空间，提高语音数据分析效率。

该功能提供捕获条件的设置，目前支持时间、用户号码、媒体IP/PORT和MOS值条件，当数据触发捕获条件后，用户的语音数据以及与之关联的信令数据，会被捕获并存储到服务器上，同时支持自动转成WAV格式。维护人员可查看此次业务的信令过程，并回放语音WAV音频文件，从而分析业务过程质量。

（续完）