volte信令流程详解_VOLTE高清语音通话，呼叫时延低于3秒是如何做到的？
【摘要】語音呼叫建立時延是衡量VoLTE網絡質量和客戶感知的關鍵指標之一。本文基于現網研究與實踐，分析了VoLTE呼叫時延的特點和影響要素，探索了相關優化思路和方法，對于指導VoLTE呼叫時延優化工作具有較好的參考價值。
【摘要】語音呼叫建立時延是衡量VoLTE網絡質量和客戶感知的關鍵指標之一。本文基于現網研究與實踐，分析了VoLTE呼叫時延的特點和影響要素，探索了相關優化思路和方法，對于指導VoLTE呼叫時延優化工作具有較好的參考價值。
1.背景
在衡量VoLTE網絡性能、運營質量和客戶感知的評估體系中，VoLTE語音呼叫建立時延是一個關鍵指標。呼叫時延的縮短，不但對減少網絡信令資源消耗和減輕網絡負荷具有重要價值，對提升客戶體驗和客戶滿意度也具有顯著意義。
本文結合現網研究和實踐情況，探討了VoLTE呼叫時延的優化思路和方法，通過無線側、EPC側和IMS側的聯合分析、優化，現網呼叫時延有效縮短，提升了VoLTE語音業務質量和客戶滿意度。
2.VOLTE呼叫的完整語音流程：
1 2 2.1 VOLTE呼叫的完整SIP信令流程：
VoLTE使用SIP(Session Initiation Protocol,會話發起協議)實現語音會話信令流程，SIP包括Invite、100 Trying、183 Session Progress、Prack、Prack 200 OK、Update、Update 200 OK、180 Ringing等8條信令消息。VoLTE呼叫時延通常指從主叫側SBC收到VoLTE語音的Invite始呼請求開始，到主叫側SBC向主叫用戶成功轉發180 Ringing響應消息或帶有P-Early Media頭域的183響應消息的時間間隔。
2.2 VOLTE呼叫時延定義：
根據簡化信令流程圖所示，主叫發送Invite消息到主叫收到180振鈴消息的時間差，即主叫發起第1條信令到主叫收到第11條信令的時間差。正常情況下，UE由空閑態發起的VoLTE高清語音通話接入時延大致在3秒左右。
在正常情況下,空閑態發起的VoLTE語音呼叫接入時延大致在3秒左右，下圖是一次典型的VoLTE語音業務主被叫間各信令之間的時延分段統計，可作為時延參考。
由以上時延分段統計圖可知：
l 無線接入階段由RRC連接建立(SRB1)、SIP信令承載建立(QCI5，與SRB2/ QCI9同時建立)、VoLTE語音業務承載建立(QCI1)三部構成。前兩步是呼叫建立流程中后續SIP信令交互的前提，時延大約100ms。第三步與SIP流程并行，不影響接入時延。
l QCI5的SIP信令承載建立后，終端通過NAS消息將INVITE請求發往IMS域。首條SIP消息，需要經過I-CSCF路由處理，加上空口的尋呼時延，至被叫接收到VoLTE呼叫的尋呼請求時延大致在1s。
l 被叫終端接收INVITE消息到回復SESSION_PROGRESS (183)，大約在50ms。
l 被叫SIP接入時延同樣在100ms左右，建立QCI5的SIP信令承載后回復SESSION_PROGRESS (183)，同樣需要經過I-CSCF路由處理，時延在500ms左右。至此主被叫已完成IP地址交換。
l 完成IP地址交換后，后續SIP傳輸時延都縮短為250ms左右，但180RINGING依舊需經過I-CSCF路由，故傳送時延在500ms左右。
l 綜上，主叫發送INVITE消息到主叫收到180RINGING消息的時間差大約在3s左右。
3 時延分析方法與思路
VoLTE是基于IMS網絡的LTE語音解決方案，架構在LTE網絡上，相對于傳統VoIP語音，能提供更好的QoS保障。如果VoLTE通話客戶從LTE切換到2G/3G網絡，需通過eSRVCC(Enhanced Single Radio Voice Call Continuity，增強型單射頻語音連續性技術)功能，實現PS域向CS域的切換流程，從而保證客戶的語音連續性。VoLTE/eSRVCC的呼叫流程比SVLTE和CSFB更加復雜，在本地網絡呼叫時延研究中，主要在參數規范、網絡結構、尋呼策略、調度算法等方面進行優化。
3.1 VoLTE呼叫時延影響要素
VoLTE呼叫時延的影響要素主要包括終端側、無線側、EPC側和IMS側等4類。
3.1.1 終端側
(1)互撥終端類型：“VoLTE終端互撥”場景與“VoLTE終端撥打非VoLTE終端”場景相比，呼叫時延減少近50%。
(2)被叫終端狀態：如果被叫終端的數據業務狀態處于空閑態，作VoLTE語音被叫時將進行RRC重建，重新建立QCI=5和QCI=9的默認承載，導致呼叫時延增加；如果被叫終端處于數據業務連接態，則不再需RRC重建，呼叫時延縮短200～300ms。
3.1.2 無線側
(1)無線網絡環境：無線環境復雜多變，弱覆蓋、質差、上行干擾、信號快衰等場景，影響VoLTE業務性能，增加呼叫建立時延。
(2)上行BSR參數：BSR緩存狀態報告周期參數設置不當，影響上行調度效率，增加調度時延。
(3)eNodeB調度算法：TBS大小限制設置不當，影響SIP消息傳輸效率，增加傳輸時延。
3.1.3 EPC側
MME的尋呼策略設置不當，導致二次尋呼，增加尋呼時延。
3.1.4 IMS側
IMS網元配置的DNS緩存能力配置不足，影響AS網元尋址效率，增加DNS查詢時延。
3.2 VOLTE時延優化思路
3.3 VoLTE呼叫時延優化方案
針對VoLTE呼叫時延的主要影響要素，通過端到端全程全網分析，特別是在現網無線側、EPC側和IMS側的全方位優化，有效縮短了呼叫時延。
3.3.1 無線側優化
(1)基礎參數規范化整治。基礎參數規范化是確保網絡穩定、高效運行的基礎優化工作，特別是VoLTE網絡涉及的關鍵參數數量眾多，包括功能開關參數、PDCP層/RLC層/MAC層參數、基于QCI的測量事件參數等，需全面梳理、建立一套與VoLTE性能指標相關的參數配置規范和核查修正機制。其中呼叫時延指標需重點關注的是定義GSM鄰區、GSM測量頻點等關鍵類型參數的精準配置。在開網優化階段，規范新網元、新站點入網相關參數配置；在日常優化階段，開展參數一致性檢查和異常修正。參數規范化整治是VoLTE呼叫時延優化的基礎。
(2)無線網絡結構調優。優質的網絡質量并不單單體現在某一個評估維度或指標上，通常是整體無線網絡結構優劣的反映。無論是2G/3G/ LTE還是VoLTE，網絡結構調優都是無線網優工作的重中之重。由于無線環境的復雜多變，弱覆蓋、過覆蓋、強干擾、高質差等外場問題點的出現，對呼叫時延帶來直接或間接影響。VoLTE網絡結構調優主要體現在對超高站、超遠站、超近站、超高干擾站等“四超”站點的精細排查和整治上。網絡結構變好了，網絡質量SINR自然會提升，從而VoLTE呼叫時延也會相應改善。4G網絡結構調優是無線側改善呼叫時延的優化重點。
(3)RRC重建問題點整治。RRC建立失敗時，將引發RRC重建的信令流程，從而導致VoLTE呼叫時延增加，所以針對RRC重建問題點進行專項的精細分析整治，是VoLTE呼叫時延的一項重要基礎網優工作。RRC建立失敗的原因通常有參數、切換、覆蓋、干擾、故障等5大類，主要結合問題點具體場景，通過增改鄰區、優化門限、調整功率、建站補盲、調整天饋、整治干擾源、翻頻翻PCI、修復故障等方法進行優化。
(4)上行BSR參數優化。BSR(Buffer Status Report)是上行緩存狀態報告周期參數，UE通過BSR通知eNodeB其上行Buffer需發送數據的大小，eNodeB由此決定給UE分配相應的上行無線資源。BSR參數的典型設置為10ms和5ms，通過分析現網測試信令發現，當BSR=10ms時，部分終端出現不上報BSR的異常情況，造成eNodeB停止調度，終端需等待BSR重傳定時器RetxBSR-Timer超時之后，再通過SR發送ULGRANT，最終將額外增加2～3s左右的時延，導致端到端接續時延過長；而當BSR=5ms時，可規避部分終端不上報BSR的異常情況。本地現網將BSR參數由默認值10ms調整為5ms后，DT測試VoLTE呼叫時延由8.6s大幅降低至5.5s，優化效果顯著。
(5)eNodeB調度算法優化。TBS(Transport Block Size)是傳輸數據塊大小，影響傳輸信道數據傳送能力和傳輸效率。分析發現，現網eNodeB設置的上行TBS調度具有100～300Bytes的大小限制，導致一條SIP消息需多次傳輸才能發送完畢；而VoLTE呼叫建立過程中有8條SIP消息需發送，結果導致額外增加400～800ms時延。通過設備廠家優化上行調度算法，取消TBS大小限制，eNodeB新升級版本解決了該額外時延消耗問題，呼叫時延縮短了200ms左右。
(6)無線側尋呼參數優化
無線影響尋呼時延相關的參數主要包括：監聽尋呼周期、尋呼時機因子和DRX功能參數等。
對于空閑態終端，縮短UE監聽尋呼周期，可以縮短尋呼時延；一般建議從128幀調整為32幀，縮短尋呼周期。
在LTE小區用戶數較大時，可以適當調整此參數，增大尋呼容量。
對于QCI1/QCI2的VoLTE業務，關閉GBR業務DRX使能開關，終端始終處于激活態，可減少VoLTE信令交互時延。如果關閉GBR業務DRX開關，也需要同時關閉NGBR業務DRX開關。存在多個DRX配置時，采用高優先級業務DRX配置。
3.3.2 EPC側優化
EPC(EvolvedPacketCore)負責VoLTE的業務承載，EPC網元的尋呼策略對呼叫時延影響較大。核心網MME的智能尋呼策略通常首次尋呼為Laste NodeB(最近活動的7個eNodeB)尋呼，對于處于移動狀態的VoLTE語音被叫用戶來說，下一個時間段很可能已離開之前的7個eNodeB區域，這樣易造成eNodeB尋呼失敗，進而EPC將在TAList范圍內發起二次尋呼，最終導致VoLTE呼叫時延增加。由于目前MME智能尋呼策略實現上的未完善(暫時未能區分設置VoLTE語音尋呼和普通LTE數據業務尋呼的尋呼策略)，現階段的過渡優化方案是暫時關閉MME的智能尋呼功能，并將VoLTE語音尋呼的首次尋呼策略修改為TAList尋呼。通過測試信令的分段對比分析發現，尋呼策略優化后的DT測試呼叫時延可縮短2s左右。在現網路測中，從主叫Invite到被叫Paging之間的時延，在使用eNodeB尋呼時為4.270s；而調整為使用TAList尋呼后為1.947s，呼叫時延縮短2.323s，優化效果顯著。
3.3.3 IMS側優化
IMS(IP Multimedia Subsystem)負責VoLTE的業務控制，IMS網元的DNS查詢機制影響呼叫時延。IMS網元尋址通常使用SRV+A的DNS查詢方式，平均每次查詢引入約70ms時延。VoLTE包括SCCAS和VoLTEAS等多個邏輯AS的動態業務觸發，如果每次呼叫每個AS網元尋址都進行一次完整的DNS查詢，將會導致總體DNS查詢耗時過長，帶來端到端呼叫接續時延的增加。對此，IMS側呼叫時延的優化思路是：提升IMS網元配置的DNS緩存效能，增加DNS緩存周期，由1min調整為5min，有效減少IMS網元的重復DNS查詢次數和耗時。研究結果表明，每減少1次DNS查詢，呼叫時延縮短70ms左右。
3.3.3.1VoLTE AS重選域定時器優化
此定時器超時，VoLTE AS沒有收到VoLTE被叫側的響應，會重選CS網絡，獲得被叫的漫游號碼TLDN后，向CS網絡發起尋呼。重選定時器可配置，需參考MME的尋呼時長，目前MME尋呼策略為3*3S，IMS設置為3*3+1S。
3.3.3.2SBC不等待RAR信息轉發送183
被叫向主叫側發送183時不等待位置信息RAR流程,改由200 OK來攜帶位置信息。目前SBC已經配置為不等待RAR，正常情況下可優化時延20ms左右。
3.3.3.3根據183媒體信息修改AAR流程
主叫SBC收到被叫側的183后，與INVITE中的SDP媒體信息進行比對,如無變化，則不發AAR修改承載。預計可減少160ms。
ZXSS10B200(config-sbc-sp-rxp)#trigger-mode
single mo-init-optimized advanced
其中mo-init-optimized表示183不觸發，advanced表示UPDATE和200 UPDATE不觸發與2.2.3RX接口的UPDATE AAR消息發送優化同時使用。
4 . 總結及建議推廣
通過日常RF優化調整，后臺參數優化調整，使得呼叫建立時延明顯改善。呼叫建立時延問題涉及較多網元，如eNB、MME、SGW、DRA、SBC、I/S-CSCF等網元，需要開展端到端分析。
1、無線側空口優化和參數優化在VoLTE時延優化中占比最大，效果最明顯。
2、DRX開關和語音呼叫時延優化開關對VoLTE時延提升明顯。
3、IMS側優化手段，包括VOLTE AS重選域定時器優化、SBC不等待RAR信息轉發送183、根據183媒體信息修改AAR流程等也可以提升VoLTE時延。
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總結
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