VOLTE呼叫时延的优化研究

1、 VoLTE呼叫时延的优化研究目 录第一章 项目创新背景3第二章 项目创新总体思路4第三章 项目创新方案和实施过程5第四章 项目创新成效6第一章 项目创新背景VoLTE即Voice over LTE，是基于IMS的语音业务。它是一种IP数据传输技术，无需2G/3G网，全部业务承载于4G网络上，可实现数据与语音业务在同一网络下的统一。VoLTE技术带给4G用户最直接的感受就是接通等待时间更短，以及更高质量、更自然的语音视频通话效果。VoLTE与2G、3G语音通话有着本质的不同。VoLTE是架构在4G网络上全IP条件下的端到端语音方案。VoLTE相较2G、3G语音通话，语音质量能提高40%左右，因为它采用高分辨率编解码技术。VoLTE为用户带来更低的接入时延（拨号后的等待时间），比3G降50%，大概在2秒左右，而2G时代在6-7秒。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。第二章 项目创新总体思路一、VoLTE呼叫原理及呼叫时长定义VOLT

2、E使用SIP （session initiation protocol）会话发起协议实现语音会话信令流程，SIP信令包括invite、 100 trying、 183 session progress、 prack/prack 200 OK、update/ update 200 OK 、 180 ringing 、invite 200 OK 等信令消息。（一）、呼叫时长定义呼叫建立时延= 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：1、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。2

3、、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。3、被叫终端接收INVITE消息到回复SESSION_PROGRESS (183)，大约在50ms。4、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。5、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。（二）、信令与承载流程LTE呼叫LTE语音信令、承载流程图：主叫信令面流程：主叫用户发起呼叫请求后，首先MMTel AS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：SCC AS

4、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SCC AS，SCC AS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。（三）、实测信令流程主叫UE呼叫建立信令流程截图：VOLTE视频呼叫前台信令：1、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，

5、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。2、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。3、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。4、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。5、当主叫手机收到被叫反馈的INVITE 200 OK，向被叫发ACK响应，待被叫手机收到ACK后，VOLTE通话开始。主叫UE呼叫释放信令流程截图：6、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200 OK（BYE）消息，VOLTE视频通话结束，随后主被叫释放QCI1/Q

6、CI2专用承载，释放RRC空口连接。第三章 项目创新方案和实施过程根据实测log分析，我们可以将VOLTE呼叫时长，分为无线RRC连接建立阶段（针对处于RRC空闲状态用户），SIP信令空口交互阶段，SIP信令网络侧交互阶段这3大阶段。（一） RRC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。基于竞争的随机接入：UEeNBRandom Access Preamble（MSG1）1Random Access Response（MSG2）2Scheduled Transmission（MSG3）3Contention Resolution（MSG4）41、MSG 1：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RRC Con

7、nection Request 并映射到PUSCH上发送；4、MSG4：RRC Connection Setup 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RRC Connection Set up Complete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，重点核查覆盖、参数设置、干扰等原因。（二） 被叫paging阶段时延1、寻呼机制为了实现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：内容RRC空闲态寻呼DRXRRC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

8、的S-TMSI或IMSI)短标识(如eNB分配的C-RNTI 16bits)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(Paging Record List)，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。2、核心侧寻呼策略优化MME支持将VOLTE DDN触发寻呼和分组数据智能寻呼方式区分开，VOLTE要求首次寻呼不采用eNB列表范围寻呼，防止首次eNB寻呼失败再二次发起TALIST范围寻呼，造成VoLTE呼叫接续时间长。MME根

9、据SGW/PGW的DDN消息中EBI执行对应的寻呼策略进行寻呼，从而缩短VoLTE业务寻呼的时间，加快VoLTE呼叫接续过程。（1）MME 打开支持EBI和PSI功能SET SOFTWARE PARAMETER:PARAID=262465,PARAVALUE=1;SET SOFTWARE PARAMETER:PARAID=262478,PARAVALUE=1;/以前改过，默认应该为1，现在为0（2）如果TALIST配置大于2，则修改TALIST只分配2个TA。如果小于或者等于2，不需要修改。SET TALIST ASSIGN POLICY:MAXTANUM=2;（3）配置VOLTE的寻呼策略，GUTI在TALIST中寻呼3次，寻呼间隔为3秒。总的寻呼时长为9秒。这个总寻呼时长建议等于IMS的CS RETRY定时器时长。ADD MME PS PAGING POLICY:ID=51,PAGEPOLICY=GUTITALIST-30-PRIO_255&GUTITALIST-30-PRIO_255&GUTITALIST-30-PRIO_255;（4）配置VOLTE APN=IMS,QCI=5的寻呼策略因子ADD MME PAGING POLICY FACTOR:QCI=5,APNNI=ims,PGPOLICY=PS-51;ADD MME PAGING POLICY FACTOR:QCI=1,APNNI=ims,PGPOLICY=PS-51;ADD MME PAGING POLICY FACTOR:QCI=2,APNNI=ims,PGPOLICY=PS-51;VOLTE的DDN触发寻呼索引到51的寻呼模板，在当前T

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