VoLTE呼叫端到端接通時延分布分析

1 引言

VoLTE的呼叫接續時長大幅縮短，VoLTE比CS呼叫縮短一半以上，因此用戶感知時延非常明顯。目前，某省移動外場測試時可以感受到呼叫建立時延更短，第一條ONVITE接入消息到終端接收到網絡側下發的SIP180Ring消息之間的時間差，在理想情況下VoLTE呼叫VoLTE的通話平均接通時延可以達到2s左右，而2G時代在6～7s，用戶感知為秒通。但由于VoLTE網絡結構復雜，從運營商角度來看，涉及到新增或升級改造的配套網絡設備繁多，各設備存在大量的調測任務，在VoLTE網絡建網初期不但難以達到VoLTE的1～2s級別的接通時延要求，甚至還有可能遠大于傳統2G/3G的接通時延標準。因此，VoLTE業務端到端接通時延分析在VoLTE網絡建設演進中起著不可或缺的作用，對于用戶感知指標的分析非常必要。

2 VoLTE接通時延分布分析案例

2.1 分析場景描述

根據LTE用戶呼叫業務特點，可以將VoLTE用戶的呼叫場景分為VoLTE呼叫VoLTE、VoLTE呼叫CS（被叫為CS用戶）、VoLTE呼叫CS（域選到CS）、CS呼叫VoLTE、CS呼叫CS等業務場景。將VoLTE呼叫VoLTE的呼叫接通時延劃分成10個階段，分別是主叫默認承載建立時延、主叫專用承載建立時延、主叫IMS域呼叫建立時延、局間建立時延、被叫IMS域呼叫建立時延、被叫尋呼時延、被叫默認承載建立時延、被叫專用承載建立時延、媒體協商時延、振鈴觸發時延。其它呼叫場景也可以根據其特點進行此方式的時延分段分類。

2.2 時延分布分析測試報告

通過采集EPC域的S1-MME、S11、S6a接口信令數據，IMS域Gm、Mw、Isc、Mg、Mj、Cx、Sh等接口信令數據，PCC域Rx、Gx接口信令數據進行LTE用戶呼叫端到端感知時延分析。此次在某省移動分析采集數據過程，是在現有采集設備范圍內，基于12月14日0點—12月15日0點共可以得到104次VoLTE用戶呼叫VoLTE用戶的端到端關聯完整記錄，其10段時延分布統計值參見表1。從表1可以看到，VoLTE呼叫VoLTE現網的呼叫平均接通時延為4.075s。

表1 VoLTE接通時延值統計

2.3 接通率各項時延指標定義和問題分析

VoLTE呼叫接通時延定義，即從主叫終端發起SIP INVITE消息到接收到網絡側下發的SIP180Ring消息之間的時間差值。當主叫終端處于空閑狀態時，由于有業務要傳輸，終端將首先發起隨機接入消息，Service Request流程，回到RRC連接態，然后再發送SIP INVITE消息建立會話連接。此時，VoLTE呼叫接通時延計算是從主叫終端發起ServiceRequest消息到接收到網絡側下發的SIP180Ring消息之間的時間差，每個階段具體時延情況如下：

（1）主叫默認承載建立時延

指主叫用戶在LTE空閑狀態下發起一次VoLTE呼叫，建立或恢復QCI=5的承載過程。主叫用戶發出Invite消息表示主叫默認承載建立完成，此分段時延可以評估用戶發起呼叫后在LTE網絡中起始準備過程的時延長短。

由于現有采集數據缺少EPC的信令，所以此次VoLTE端到端時延分析暫時無法完成這部分的評估。

（2）主叫專用承載建立時延

指主叫SBC收到主叫用戶的建立一次VoLTE會話請求后，啟動Precondition（資源預留），發起QCI=1、2的專用承載建立過程。此分段時延可以評估主叫側PCC域AF會話建立引起的IP-CAN會話修改時延，主叫側手機終端對專用承載建立的反應過程時延。

在104次V-V呼叫中，主叫默認承載建立時延變化較大，最大的為803.96ms，很大程度影響到了該次呼叫接通時延體驗（見表2）。

（3）主叫IMS域建立時延

指主叫側PCSCF從Gm接口收到Invite消息，SIP信令消息開始在IMS域核心網內進行業務觸發的過程時延，一直到最后一個AS返回Invite消息為止。此分段時延從總體上對主叫IMS一列SIP信令初始處理過程總時延進行評估，根據用戶簽約業務不同，IMS域建立時延也會相差較大，同時也可以考察ISBG、AS對SIP信令消息的處理性能。

主叫IMS域建立最小時延和最大時延的區別在于IMS域幾個接口交互過程中網元對SIP信令的處理轉發的時延不同，正常情況網元對SIP信令消息處理轉發時延可以在10ms左右，而極端情況下達到了幾十毫秒，由于IMS域信令過程繁瑣，累積下來時延就變得很大。最大時延流程如圖1所示。

（4）局間建立時延

表2 主叫專用承載建立時延統計

圖1 主叫IMS域建立時延164ms流程圖

主要指主叫SCSCF到被叫ICSCF、被叫SCSCF之間信令路由過程時延。此分段時延可以評估查詢DNS路由ICSCF過程時延、查詢HSS選擇SCSCF過程時延、本地局間或長途信令網的傳輸時延、主被叫SCSCF局間信令處理時延（見圖2）。

（5）被叫IMS域建立時延

與主叫IMS域建立時延過程相反，指Invite初始會話消息到達被叫SCSCF后在被叫IMS核心網進行簽約業務觸發控制，一直到經過被叫Gm接口轉出Invite的時延。此外，被叫IMS域建立過程中增加了被叫用戶域選過程時延（見表3）。

圖3是被叫IMS域建立時延2000.2ms流程圖，可以看到在域選過程中耗費了較長的時延。

（6）被叫尋呼時延

被叫側EPC向處于空閑態的被叫用戶發送Invite消息，由于被叫用戶處于空閑態，所以被叫側EPC觸發尋呼過程，尋呼處于空閑態的被叫用戶。此分段時延可以評估VoLTE呼叫的LTE尋呼時延，評估LTE系統尋呼機制是否合理。

（7）被叫默認承載建立時延

指被叫用戶收到尋呼消息后，觸發RRC連接、安全模式、建立或恢復QCI=5的承載過程時延。此分段時延可以評估被叫用戶所在LTE網絡對VoLTE呼叫起始準備過程的時延長短。

由于此次某省移動現有采集數據缺少EPC的信令數據，所以此次VoLTE端到端時延分析暫時無法完成被叫尋呼時延、被叫默認承載建立時延的單獨分段分析，但可以將被叫尋呼時延、被叫默認承載建立時延合并一塊評估。

由于被叫尋呼時延的不可預知性，此階段過程會對整個端到端接通時延造成比較大的影響：

（8）被叫專用承載建立時延

被叫SBC收到被叫用戶的183會話正在處理消息后，啟動Precondition（資源預留），發起QCI=1、2的專用承載建立的過程。此分段時延可以評估被叫側PCC域AF會話建立引起的IP-CAN會話修改時延，被叫手機終端對專用承載建立的反應過程時延。

（9）媒體協商時延

指被叫側IMS網絡返回給主叫側183消息攜帶SDP媒體資源協商內容，一直到主叫側收到媒體協商過程完成消息的時延過程。此分段時延可以評估主叫側被叫側資源預留過程時延，VoLTE中各網元對媒體協商過程的處理轉發時延，終端對媒體協商處理的反應時延，臨時響應可靠性確認流程時延。

圖2 局間建立時延流程圖

表3 被叫IMS域建立時延統計

圖3 被叫IMS域建立時延2000.2ms流程圖

振鈴觸發時延指媒體協商資源預留完成之后，被叫手機觸發180振鈴消息，一直到主叫手機收到振鈴消息為止的過程時延。此分段時延主要考察彩鈴觸發過程的時延長短，如果沒有彩鈴，此段時延通常會很短。

沒有彩鈴過程的振鈴觸發時延通常在20ms左右，只是SIP消息正常的轉發時延長短。

圖4（見正文后）是104次端到端關聯記錄存在彩鈴過程的一次呼叫流程圖，其振鈴觸發時延較大，為2551.12ms。

3 結束語

由于VoLTE業務復雜繁瑣的信令流程交互，分析VoLTE呼叫端到端時延顯得尤為重要，VoLTE呼叫端到端時延分析是端到端質量分析研究的一部分，以此為基礎建立VoLTE呼叫多接口關聯分析體系，形成VoLTE多接口關聯分析工具，滿足快速定位問題、解決問題的維護要求。在得到用戶實際體驗到的VoLTE業務接通時延數據后，進行深入挖掘分析，分不同階段對接通時延進行專項細化，梳理評估各階段的時延情況，對影響接通時延的問題進行分類專項的優化分析定位。

評估優化分析包括：是否出現由于Invite信令丟失多次重發導致時延過長；是否是終端芯片不同導致接通時延不同；是否LTE側承載建立更新影響接通時延長短；是否IMS網元業務觸發控制導致接通時延變長；是否PCC域策略控制影響接通時延長短；是否智能網業務觸發時延長；是否局間路由過程導致接通時延變長；是否因為被叫尋呼時長過長影響接通時延；是否被叫域選過程設置不合理影響接通時延體驗；是 否 資源預留時長過長；是否VoLTE高清彩鈴流程觸發影響接通時延體驗等。

通過對VoLTE業務各階段的時延消耗具體分布分析，可以快速定位影響用戶感知的網絡問題；另外，通過大量的VoLTE呼叫端到端關聯數據驗證，可盡快確立各階段時延基礎推薦值，形成VoLTE呼叫端到端時延分析標準，提升用戶感知滿意度。

圖4 端到端關聯記錄彩鈴過程的呼叫流程圖