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34深圳关于VoLTE呼叫时延研究的推广研究
深圳关于VoLTE呼叫时延研究的推广案例
2019年8月
【摘要】语音呼叫建立时延是衡量VoLTE网络质量和客户感知的关键指标之一。
本文基于现网研究与实践,分析了VoLTE呼叫时延的特点和影响要素,探索了相关优化思路和方法,对于指导VoLTE呼叫时延优化工作具有较好的参考价值。
【关键字】VOLTE、时延、参数
【业务类别】优化方法、核心网、
一、推广背景
VoLTE呼叫建立时延是影响VoLTE网络质量和用户感知的关键因素。
本文基于深圳电信现网进行研究与实践,端到端分析影响VoLTE呼叫时延的因素,探索时延优化思路和方法,为VoLTE呼叫时延优化提供参考。
二、VOLTE呼叫原理
VoLTE使用SIP(sessioninitiationprotocol)会话发起协议实现语音会话信令流程,SIP信令包括invite、100trying、183sessionprogress、prack/prack200OK、update/update200OK、180ringing、invite200OK等信令消息。
2.1呼叫时长定义
按照《中国电信VoLTE测试技术规范》要求,呼叫建立时延=呼叫接通与呼叫试呼之间的时间差,即主叫发送INVITE消息到主叫收到180振铃消息的时间差。
如下图信令流程图中主叫发起第1条信令到主叫收到第11条信令的时间差。
在正常情况下,空闲态发起的VoLTE语音呼叫接入时延大致在3秒左右,下图是一次典型的VoLTE语音业务主被叫间各信令之间的时延分段统计,可作为时延参考。
由以上时延分段统计图可知:
●无线接入阶段由RRC连接建立(SRB1)、SIP信令承载建立(QCI5,与SRB2/ QCI9同时建立)、VoLTE语音业务承载建立(QCI1)三部构成。
前两步是呼叫建立流程中后续SIP信令交互的前提,时延大约100ms。
第三步与SIP流程并行,不影响接入时延。
●QCI5的SIP信令承载建立后,终端通过NAS消息将INVITE请求发往IMS域。
首条SIP消息,需要经过I-CSCF路由处理,加上空口的寻呼时延,至被叫接收到VoLTE呼叫的寻呼请求时延大致在1s。
●被叫终端接收INVITE消息到回复SESSION_PROGRESS(183),大约在50ms。
●被叫SIP接入时延同样在100ms左右,建立QCI5的SIP信令承载后回复SESSION_PROGRESS(183),同样需要经过I-CSCF路由处理,时延在500ms左右。
至此主被叫已完成IP地址交换。
●完成IP地址交换后,后续SIP传输时延都缩短为250ms左右,但180RINGING依旧需经过I-CSCF路由,故传送时延在500ms左右。
●综上,主叫发送INVITE消息到主叫收到180RINGING消息的时间差大约在3s左右。
2.2信令与承载流程
主叫信令面流程:
主叫用户发起呼叫请求后,首先MMTelAS进行主叫业务处理后,主叫侧S-CSCF根据被叫号码格式向ENUM/DNS请求被叫的入局I-CSCF的地址。
被叫信令面流程:
SCCAS向融合HLR/HSS请求被叫网络信息,融合HLR/HSS向MME请求本地保存的用户最新的位置更新信息,将得到的域选网络信息发送给SCCAS,SCCAS得到被叫的最近一次驻留的网络后,指示S-CSCF通过P-CSCF将呼叫路由到被叫用户。
被叫承载面建立流程:
被叫用户收到呼叫请求后,向被叫P-CSCF回复183/180响应消息,P-CSCF向PCRF发起承载建立请求,PCRF向P-GW提供授权的QoS策略,P-GW根据授权的QoS策略建立被叫UE的专有承载。
主叫承载面建立流程:
主叫P-CSCF收到被叫用户回复的响应消息后向PCRF发起承载建立请求,PCRF向P-GW提供授权的QoS策略,P-GW根据授权的QoS策略建立主叫UE的专有承载。
挂机释放流程:
被叫用户接收到主叫用户的挂机请求后,通过PCRF进行被叫承载释放操作,释放完成后,将响应消息发送给主叫侧,当主叫侧P-CSCF收到响应消息,通过PCRF进行主叫承载释放操作。
2.3实测信令流程
VoLTE视频呼叫前台信令:
主叫UE与eNB完成RRC连接建立,初始上下文建立,eNB下发RRC重配消息,此重配中带有QCI9和QCI5承载的重配置信息,完成QCI8/9和QCI5承载重配。
QCI5信令承载完成后,主叫UE与IMS进行SIP会话流程交互,主叫UE发SIP信令INVITE消息到IMS,IMS转发INVITE消息首先经过PDN网关到SGW网关,SGW发现被叫UE为IDLE状态,发送下行数据到达通知给MME,MME对被叫发起paging。
主叫UE发起QCI1专用承载建立,用以承载语音数据包,主叫UE发起QCI2专用承载建立,用以承载视频数据包。
被叫手机收到Paging后,完成RRC连接建立,初始上下文建立,eNB下发RRC重配消息,携带有QCI9和QCI5承载重配置信息,完成QCI8/9和QCI5承载重配。
被叫UE发起QCI1/QCI2专用承载建立,用以承载语音/视频数据包。
当主叫手机收到被叫反馈的INVITE200OK,向被叫发ACK响应,待被叫手机收到ACK后,VoLTE通话开始。
主叫手机发起挂机,将发送BYE消息给被叫,主叫收到后被叫手机回复的200OK(BYE)消息,VoLTE视频通话结束,随后主被叫释放QCI1/QCI2专用承载,释放RRC空口连接。
三、VOLTE呼叫时延分析
3.1RRC连接建立阶段时延
随机接入分为基于竞争的随机接入和基于非竞争的随机接入两个流程,其区别为针对两种流程其选择随机接入前缀的方式。
前者为UE从基于竞争的随机接入前缀中依照一定算法随机选择一个随机接入前缀;后者是基站通过RRC重配消息给UE指配非冲突的随机接入前缀资源。
初始接入采用基于竞争的随机接入,切换多数采用非竞争的随机接入。
(1)MSG1:
UE在PRACH上发送随机接入前缀;
(2)MSG2:
ENB的MAC层产生随机接入响应,并在PDSCH上发送;
(3)MSG3:
UE的RRC层产生RRCConnectionRequest并映射到PUSCH上发送;
(4)MSG4:
RRCConnectionSetup由ENB的RRC层产生,并映射到PDSCH上发送。
至此,基于竞争的随机接入冲突解决完成,UE的RRC层生成RRCConnectionSetupComplete并发往ENB。
绝大部分情况下,RRC连接建立时延都在100ms左右完成,VoLTE呼叫和普通数据业务的RRC连接建立无区别;如果RRC连接建立时延明显过长,可参照RRC连接建立成率优化相关专题进行优化处理。
3.2被叫paging阶段时延
为了实现UE省电,LTE引入了DTX/DRX的设计。
这里的DTX主要指eNB不连续发送,DRX主要指UE不连续接收。
根据UE所处的RRC状态不同,又可以分为RRC_IDLE状态的寻呼DRX和RRC_Connected状态下的DRX。
这两种DRX的主要特点如下表:
RRC空闲态寻呼DRX
RRC连接态DRX
控制网元
MME:
发起寻呼
eNB:
传输寻呼
eNB
适用范围
在一个跟踪区域(TA)内
在一个小区内
指示使用的UE标识
长标识(如NAS分配的S-TMSI或IMSI)
短标识(如eNB分配的C-RNTI16bits)
寻呼DRX是指处在RRC空闲状态的UE不连续地监测寻呼信道(PCH)。
它的主要要求是要能实现低功耗、低延迟和低网络负荷。
UE使用P-RNTI周期监听PDCCH来了解PDSCH上是否有寻呼。
如果有,则解码PDSCH上承载的PCH的寻呼消息,从解码后的寻呼信息中查看是否有针对该UE的寻呼记录。
每个寻呼消息中包含一个寻呼记录列表(PagingRecordList),该列表包含所有此次被寻呼的UE记录,每条寻呼记录含有用于寻呼的UE标识P-RNTI。
系统可以使用IMSI或者S-TMSI两种标识进行寻呼。
如果使用S-TMSI进行寻呼,每个寻呼记录长度约为5字节。
如果使用IMSI寻呼,每个寻呼记录长度约为8字节。
一次寻呼消息最多可以包含16条UE记录,也就是说每次最多16个UE可以被同时寻呼。
3.3IMS呼叫信令时延优化
3.3.1IMS时延优化方法
3.3.1.1VoLTEAS重选域定时器优化
此定时器超时,VoLTEAS没有收到VoLTE被叫侧的响应,会重选CS网络,获得被叫的漫游号码TLDN后,向CS网络发起寻呼。
重选定时器可配置,需参考MME的寻呼时长,目前MME寻呼策略为3*3S,IMS设置为3*3+1S。
3.3.1.1SBC不等待RAR信息转发送183
被叫向主叫侧发送183时不等待位置信息RAR流程,改由200 OK来携带位置信息。
目前SBC已经配置为不等待RAR,正常情况下可优化时延20ms左右。
ZTEB200#conft
ZTEB200(config)#sbc
ZTEB200(config-sbc)#signal-portal
ZTEB200(config-sbc-sp)#rx-profile1
ZTEB200(config-sbc-sp-rxp)#accinfo-queryrarnot-wait
ZTEB200#wr
3.3.1.2根据183媒体信息修改AAR流程
主叫SBC收到被叫侧的183后,与INVITE中的SDP媒体信息进行比对,如无变化,则不发AAR修改承载。
预计可减少160ms。
ZXSS10B200(config-sbc-sp-rxp)#trigger-mode
single mo-init-optimized advanced
其中mo-init-optimized表示183不触发,advanced表示UPDATE和200UPDATE不触发与2.2.3RX接口的UPDATEAAR消息发送优化同时使用。
3.3.2EPC时延优化方法
3.3.2.1SGW开启数据缓存功能
当被叫Idle状态,由于SGW不缓存消息,当被叫寻呼成功时也无法发送SIP请求,SGW需要等待IMS重发请求(间隔500ms/1s/2s),然后将请求投递给eNodeB,这样时延就会加大。
S-GW开启数据缓存功能,减少用户呼叫建立时延。
另外可以在SBC和PCRF上把消息进行合并,减少消息交互次数。
xGW(config-xgw-sgw)#dl-buffer-num5ARPenableEBIenablePSIenable
3.3.3无线侧其他时延优化方法
3.3.3.1LTE覆盖质量提升
在LTE弱覆盖或SINR差区域起呼,容易出现RRC连接建立时延长或者发生RRC重建立,影响呼叫时延。
邻区间优化不合理,很容易在起呼过程中发生连续多次切换,导致呼叫时延过长,甚至呼叫失败。
3.3.3.2控制面user_inactivity定时器
DT测试过程中,呼叫间隔一般在15s或20s,而控制面uesr_inactivity定时器当前集团建议为10s,此时在起呼时,UE基本都处于空闲态。
那么必然导致呼叫时延增长,呼叫时延增加主被叫RRC建立时长200ms左右,以及等待寻呼时间600ms左右。
(无线寻呼周期128帧)
四、优化总结
在衡量VoLTE网络性能、运营质量和客户感知的评估体系中,VoLTE语音呼叫建立时延是一个关键指标。
呼叫时延的缩短,不但对减少网络信令资源消耗和减轻网络负荷具有重要价值,对提升客户体验和客户满意度也具有显著意义。
本文结合现网研究和实践情况,探讨了VoLTE呼叫时延的优化思路和方法,通过无线侧、EPC侧和IMS侧的联合优化,现网呼叫时延有效缩短,提升了VoLTE语音业务质量和客户满意度。
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