51学通信论坛2017新版

标题: 基于VoLTE的Diameter信令接口参数研究及优化建议 [打印本页]

作者: admin 时间: 2017-11-13 21:53
标题: 基于VoLTE的Diameter信令接口参数研究及优化建议
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6 2017年第12期
收稿日期：2017-02-09
责任编辑：袁婷 yuanting@mbcom.cn
基于VoLTE的Diameter信令接口参数研究及
优化建议
Investigation and Optimization Suggestion on Diameter Signaling Interface
Parameters for VoLTE
为了寻找VoLTE相关接口信令负荷急剧变化的原因，通过采用信令流程分析法结合信令平台抓包研究相结
合的方式，对VoLTE相关的Diameter信令接口业务模型参数进行研究，总结出信令异常增长的原因，并提出
了部署VoLTE自动开通、推进HSS支持集合下载功能这两种网络优化建议。
VoLTE Diameter信令 Sh接口网络优化
In order to find the cause of the sharp change of signaling load on the corresponding interface for VoLTE, the
method of signaling specifcation analysis combined with the packet acquisition on the signaling platform was used
to investigate the service model parameter of Diameter signaling interface for VoLTE. The cause of the abnormal
increase of signaling was summarized. In addition, two optimization suggestions including the automatic opening of
VoLTE deployment and HSS support collection download were presented.
VoLTE Diameter signaling Sh interface network optimization
（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)
【摘要】
【关键词】
宋小明，冯征，邵永平，杨旭
SONG Xiaoming, FENG Zheng, SHAO Yongping, YANG Xu
[Abstract]
[Key words]
1 引言
随着 Vo LT E的商用以及 LT E的成熟发展， E P C /
PCC/IMS的LTE核心网网元之间的通信变得更加复杂
和频繁，负责Diameter信令转接和路由的Diameter信
令网显得尤为重要，其业务模型的取值将直接影响网
络规划与建设。根据某电信运营商Diameter信令网各
接口信令负荷历史数据的分析，部分VoLTE接口业务
模型的参数值与商用初期确定模型差异较大，严重影
响了Diameter网络业务预测的准确性。本文将采用信
令流程分析法结合信令平台抓包研究相结合的方式，
对VoLTE相关的Diameter接口业务模型参数进行研
究，查找出理论与现网应用的异同点。下面先对基于
VoLTE业务的Diameter流程进行分析。
2 基于VoLTE业务的Diameter流程分析
为了寻找VoLTE相关接口信令负荷急剧变化的原
因，首先必须对VoLTE业务流程进行分析，总结出不
同场景下各接口信令流程的区别与消息量的变化。
Diameter相关信令接口如图1所示。
doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2017.12.002 中图分类号：TN915.81 文献标志码：A 文章编号：1006-1010(2017)12-0006-06
引用格式：宋小明,冯征,邵永平,等. 基于VoLTE的Diameter信令接口参数研究及优化建议[J]. 移动通信, 2017,41(12): 6-11.
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图1 Diameter相关信令接口
目前现网中已采用Diameter信令的各接口功能、
涉及网元及用户类型具体如表1所示。
2.1 VoLTE注册流程
用户开通了VoLTE签约，并在VoLTE终端上打开
“VoLTE”、“IMS服务”或“HD高清语音”开关，
在开机附着成功后，终端将发起PDN（Public Data
N e t w o r k，公用数据网）连接建立请求，携带 A P N
（Access Point Name，接入点名）为IMS的默认承
载， UE再通过IMS PDN默认承载发起IMS注册请求。
VoLTE注册流程以及涉及Diameter接口具体如下：
（1） VoLTE终端发起EPC附着请求， MME向HSS进
行用户的EPC位置更新（涉及Diameter接口： S6a）；
（2） MME发起默认PDN连接建立， SAE GW向
PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略与
计费规则功能单元）获取默认规则（涉及Diameter接
口： Gx）；
（3） MME向SAE GW发起IMS PDN连接建立请
求， SAE GW向PCRF获取默认规则（涉及Diameter接
口： Gx）；
（4） Vo LT E终端发起 I M S注册请求， I - C S C F
向HSS查询S-CSCF路由信息， HSS返回用户签约的
S-CSCF能力级（涉及Diameter接口： Cx）；
（5） S-CSCF向HSS请求“五元组鉴权向量”，
HSS返回用户鉴权向量（涉及Diameter接口： Cx）；
（6） Vo LT E终端向 C S C F返回鉴权响应，其中
I-CSCF仍需向HSS查询S-CSCF信息（涉及Diameter接
口： Cx）；
（7） S - C S C F完成对 Vo LT E用户的鉴权后，从
HSS下载VoLTE用户的IMS签约数据（涉及Diameter接
口： Cx）；
（8） S C C A S从 H S S中下载注册用户的业务数
据，判断终端是否支持SRVCC（涉及Diameter接口：
Sh）；
（9） SCC AS比较本地配置的STN-SR和三方注册
请求中携带的STN-SR是否一致，如果不一致，则更新
HSS中存储的STN-SR（涉及Diameter接口： Sh）；
表1 Diameter相关信令接口功能、涉及网元及用户类型
接口涉及网元功能用户类型
S6a HSS、 MME
完成用户接入认证、插入用户签约数据、对用户
接入PDN进行授权 LTE用户
Gx PCRF、 PCEF
用于PCRF向SAE GW下发QoS规则和计费规则、
SAE GW上报用户位置等信息 2G/3G/4G、 VoLTE用户
Rx PCRF-VoLTE SBC
用于SBC向PCC申请资源以及PCC向SBC上报用
户位置、信令链路状态等信息 VoLTE用户
Cx I/S-CSCF、 HSS
用于注册过程中的S-CSCF选择、用户鉴权数据、
签约数据下载以及呼叫过程中的S-CSCF选择 VoLTE用户
Sh IMS AS、 HSS 用于用户业务数据的下载和更新 VoLTE、智能网等用户
Zh HSS-业务配置代理网关用于业务配置代理网关下载用户鉴权数据，实现
用户身份认证鉴权 VoLTE用户
SLh 定位平台LSP、 HSS 用于LSP向HSS查询用户所在MME LTE用户
SLg 定位平台LSP、 MME 用于定位平台LSP向MME查询用户经纬度信息 LTE用户
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（10） HSS向MME推送STN-SR（涉及Diameter
接口： S6a）。
2.2 VoLTE用户呼叫流程
由于VoLTE用户附着在2G/3G网络做主叫时不涉
及Diameter信令，因此主要分析VoLTE用户附着在LTE
网络下的主被叫流程，同时还需分析VoLTE用户附着
在2G/3G网络做被叫时的呼叫流程。通过流程对比，
以便分析出不同场景下各接口信令流程的区别与消息
量的变化，进而总结出各接口影响业务模型的主要原
因及消息类型。
VoLTE用户附着在LTE网络的主叫流程以及涉及
Diameter接口具体如下：
（1）终端将呼叫请求发送到SBC， SBC向PCC
申请通话资源，同时请求主叫用户位置信息（涉及
Diameter接口： Rx）；
（2） PCRF向S/P-GW下发策略（涉及Diameter接
口： Gx）；
（3） PCRF向SBC返回AAA响应（涉及Diameter
接口： Rx）；
（4） S/P-GW向PCRF返回主叫位置信息（涉及
Diameter接口： Gx）；
（5） P C R F向 S B C上报主叫位置信息，主叫侧
完成业务触发，主叫S-CSCF将呼叫请求发送至被叫
I-CSCF（涉及Diameter接口： Rx）；
（6）被叫流程参见下文，主叫侧根据协商结果修
改资源申请，触发PCC流程（涉及Diameter接口： Rx/
Gx）；
（7）通话结束，主叫侧进行资源释放（涉及
Diameter接口： Rx/Gx）。
VoLTE用户附着在LTE网络的被叫流程以及涉及
Diameter接口具体如下：
（1）被叫I-CSCF查询HSS获取被叫用户注册的
S-CSCF（涉及Diameter接口： Cx）；
（2 ） S C C A S 进行被叫域选择，向 H S S 查询
T-ADS信息， HSS T-ADS信息包含IMS Voice over PS
supported（涉及Diameter接口： Sh）；
（3） HSS向MME发起承载资源修改，增加用户
数据（涉及Diameter接口： S6a）；
（4）被叫侧申请通话资源，触发PCC流程（涉及
Diameter接口： Rx/Gx）；
（5）通话结束，被叫侧进行资源释放（涉及
Diameter接口： Rx/Gx）。
VoLTE用户附着在2G/3G网络的被叫流程以及涉
及Diameter接口具体如下：
（1）被叫 I - C S C F查询 H S S获取被叫用户注册
的S-CSCF， S-CSCF为用户处理未注册触发（涉及
Diameter接口： Cx）；
（2）被叫S-CSCF向HSS获取用户签约数据（涉
及Diameter接口： Cx）；
（3） SCC AS向HSS查询T-ADS信息， HSS返回
IMS Voice over PS Not supported（涉及Diameter接
口： Sh）；
（4） S C C A S向 H S S查询被叫的 C S R N（涉及
Diameter接口： Sh）。
对以上不同场景下的呼叫流程进行对比分析可
知， VoLTE主叫流程不涉及Sh接口消息； VoLTE用户
附着在2G/3G网络做被叫时，与附着在LTE网络相比
会多一次Cx/Sh接口信息交互，即被叫HSS发现被叫
用户未注册AS和S-CSCF，发起未注册流程，在被叫
签约的HSS数据中查找S-CSCF的能力集并选定某个
S-CSCF作为注册，该S-CSCF从HSS中下载iFC签约
数据，通过iFC注册到某个或者几个AS上， AS再通过
Diameter信令网将HSS中的用户签约数据等信息下载
到注册的AS上，从而完成注册。
3 基于VoLTE的Diameter信令参数问题
忙时单用户消息量是Diameter信令网业务量的重
要指标，取决于各接口忙时信令消息量的统计值以
及同时期对应用户数。根据某运营商Diameter信令网
VoLTE相关接口采样的历史数据，除以相应用户数，
可得到各接口忙时单用户消息量如表2所示。
从表2中各接口历史统计值可以看出， Cx、 VoLTE
Gx、 VoLTE AS接口忙时单用户消息量半年内增长1倍
左右，且严重偏离VoLTE商用初期业务模型，具体原
因总结如下：
（1） VoLTE商用初期用户较少，信令规律性尚不
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稳定，多场景等因素对模型参数值影响不明显；
（2）随着VoLTE业务的推广，大规模2G/3G用
户变成 Vo LT E签约用户，但是目前很多终端尚不支
持VoLTE功能，根据VoLTE用户呼叫流程分析可知，
VoLTE非注册的签约用户做被叫时会多一次Cx/Sh接
口信息交互，因此随着 Vo LT E签约用户的增加，产
生了 C x / S h接口“增长快 /偏差大”的现象，进而对
Diameter信令网增加了很多信令消耗；
（3）某些接口参数值与规范流程值偏差较大，反
映了核心网信令面某些网元自身存在着一些功能缺陷，
如上文中VoLTE注册流程及被叫流程都会涉及Sh接口的
信息交互，理论上此接口信令交互次数与Cx等接口相
当，而现网实际参数明显偏高，这是由于HSS不支持集
合下载功能导致，具体分析过程将在下文阐述。
4 基于VoLTE业务的网络优化建议
综合以上问题及原因分析，并结合省内相关核心
网、信令网工程建设的具体实例，建议核心网信令优
化方案如下：
（1）积极部署VoLTE自动开通功能，降低注册消
息量
Vo LT E自动开通功能即所有现网使用 Vo LT E终
端并接入4G网络的用户，网络立即自动为用户开通
VoLTE业务，相关网元对用户进行IMS APN的批量签
约，开通完成后用户即可使用VoLTE业务，不需要重
启手机。当全网实现VoLTE自动开通后，可大大减少
批量开通VoLTE业务而用户使用非VoLTE终端做被叫
时需进行注册流程的场景，从而减少了Diameter注册
信令的消息量。
VoLTE自动开通信令流程如图2所示：
图2 VoLTE自动开通信令流程
由图2可知，用户通过S6a接口信令完成用户联合
附着，并建立IMS PDN；通过Cx接口信令完成I-CSCF
向HSS发起的用户注册状态查询请求及响应，共有以
下三种情况：
◆HSS检查注册状态查询请求中用户的IMPI（IM
Private Identity， IP多媒体私有标示）和IMPU（IM
Public Identity， IP多媒体公有标示）在HSS中是否
存在，如果IMPI和IMPU不存在，且用户为已签约4G
IMS APN的用户并使用USIM卡，则HSS向BOSS发送
VoLTE开通请求消息（VoLTE Provision消息），支撑
系统执行现网VoLTE业务开通流程，同时HSS告知终
端注册失败；
◆如果IMPI和IMPU在HSS中已经存在，且VoLTE
签约标识（VoLTE TAG）未置位，则HSS应拒绝注册
状态查询请求，并告知终端注册失败；
表2 VoLTE相关各接口业务模型历史值
接口
类型
忙时单用户消息数
变化情况/
与初期模型
2016年3月 2016 6月年商用初期模型比较
Cx接口 10.3 19.7 9.1 增长快/偏差大
Gx接口-VoLTE 11.6 28.6 15.8 增长快/偏差大
Rx接口 9.5 10.2 15.0 稳定/偏差小
Sh
接口
ZSCCAS 3.9 7.4 7.4 稳定/偏差小
SCPAS 0.5 0.6 6.0 稳定/偏差大
VoLTE
AS 12.4 23.7 3.6 增长快/偏差大
IPSMGW 2.5 1.2 1.0 稳定/偏差小
CPCS 3.9 0.1 0.4 减少/偏差小
LDAS 无 0.1 0.1 稳定/偏差小
Zh接口 0 0.1 0.1 稳定/偏差小
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◆如果注册状态查询请求中用户的IMPI和IMPU
在 H S S 中已经存在，且 Vo LT E 签约标识（Vo LT E
TAG）也已置位，则注册成功。
前两种情况终端收到注册失败信息，在等待Retry
after时间后发起IMS重注册，若此时HSS中VoLTE签
约标识（VoLTE TAG）未置位，则HSS拒绝注册状
态查询请求，并告知终端注册失败，后续将再次发起
IMS重注册；若此时HSS中VoLTE签约标识（VoLTE
TA G）已置位，则用户 I M S注册成功，可正常使用
VoLTE业务。
当全网部署VoLTE自动开通后，只要用户是使用打
开VoLTE功能的手机终端，均能够默认开通VoLTE业务，
从而减少了非VoLTE终端的VoLTE签约用户做被叫的场
景，避免了此类用户的注册流程，进而降低了Diameter信
令网的消息负荷。
（2）全网HSS支持集合下载功能，降低Sh接口消
息负荷
通过分析Diameter信
令网现网数据， S h接口
消息量异常增多，一般情
况下，当IMS AS中无用
户的注册信息时， A S会
发送信令消息给HSS，请
求获取用户数据， HSS返
回响应信息，携带用户数
据。 Sh接口发生场景通常
包括如下：
◆开机附着在LTE网
络，建立IMS默认承载，
进行初始注册流程；
◆ 2 G / 3 G 网络切换
重选至 LT E 网络，并完
成TAU（Tracking Area
Update，跟踪区更新）之
后进行初始注册流程；
◆ IMS注销，再次启
用IMS功能，终端发起注
册流程；
◆重注册失败，再次
发起注册流程；
◆非VoLTE终端的VoLTE签约用户做被叫时，被
叫域选择前AS进行用户数据下载；
◆用户补充业务等信息有变化时， HSS主动通知
AS进行用户数据更新。
用户在初始注册等场景下，会根据用户的IMS签
约数据向相应的IMS AS发起第三方注册，每个IMS用
户（VoLTE用户）必须归属于一个特定的IMS AS，用
户的业务数据以“透明数据”的方式保存在IMS HSS
中。当S-CSCF向IMS AS发起第三方注册时， IMS AS
通过信令消息从VoLTE用户归属IMS HSS中下载注册
用户的业务数据，信令平台抓包的Sh接口信令流程如
图3所示。
对每个数据包具体内容进行分析： AS向 HSS发
送消息进行用户信息查询，请求查询的用户数据包括
MSISDN、 IMSI、用户别名集、 UE-SRVCC、用户基本
图3 信令平台抓包的Sh接口信令流程
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业务及补充业务信息、用户呼叫权限、计费信息等，
HSS返回响应消息，携带用户身份数据、业务签约信
息等数据。 AS根据收到的用户数据对用户进行鉴权认
证，通过之后AS再将用户数据保存到本地数据库。
通过对图3进行分析可知， AS到HSS请求获取用
户数据时，一个流程需发送多条信令消息来完成所有
用户数据的下载，大大增加了Sh接口的信令开销。若
全网HSS能够支持集合下载功能，则AS一次请求下载
多条用户信息， HSS响应将多条消息合并下载，会比
现有模式减少大量的Sh接口信令消息量，可极大地降
低Diameter信令网的负荷。
5 VoLTE接口业务参数发展趋势分析
由于 Vo LT E业务应用场景较为复杂，如用户是
2G/3G接入还是4G接入、终端是否支持VoLTE功能、
用户是否开通VoLTE业务均能显著影响到Diameter信
令网的业务模型，业务模型参数值调整既要参考现网
业务发展情况，又要考虑到VoLTE自动开通、能力开
放等新功能新业务带来的影响。结合上文网络优化建
议，分析接口模型参数发展趋势如下：
（1） C x、 S h接口业务模型参数会在现网参数
值基础上平稳波动，随着 Vo LT E终端数的增加以及
VoLTE自动开通的部署，签约用户和注册用户比例趋
于一致，接口参数值将呈现下降趋势；
（2） Gx/Rx接口业务模型参数受到PCRF策略的
调整而出现波动，未来考虑到物联网、能力开放等核
心网新技术带来的新增需求，接口业务预测还需适当
预留部分余地；
（3）目前大多数HSS设备不支持AS集合下载，因
此Sh接口参数值要远大于VoLTE商用初期业务模型的信
令参数值，待全网HSS支持集合下载功能后， Sh接口参
数值将大幅下降，可极大地降低Diameter信令负荷。
6 结束语
本文根据某运营商Diameter信令网VoLTE相关接
口采样的历史数据进行分析，发现部分接口业务模型
参数较不稳定，从而影响了Diameter网络需求预测的
准确性。基于此，本文首先参照技术规范对不同场景
下VoLTE信令流程进行比较；然后通过现网历史数据
统计，确定出哪些接口消息与信令模型参数值差异较
大，采用信令平台抓包方式，总结其与规范流程的异
同点，同时结合VoLTE业务特征以及相关核心网网元
功能实现方式，分析出信令异常增长的原因；最后针
对各影响因素提出网络优化建议。随着业务的增长以
及多样性发展，对Diameter网络会提出更多需求，业
务模型和组网架构的规划将是下一步的研究重点。
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Diameter信令网_局数据设置原则分册V1.0.0[S]. 2015.
（下转第 15 页）
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非线性点源靠近信源端（插损小于5 dB）的情况下，
无源互调对覆盖范围影响较大，这也从侧面验证靠
近信源端的无源器件需要有很好的无源互调指标（建
议小于-150 dBc@2×43 dBm）。此外，该分析得出
一个有用结论：由于行业内普通无源器件的互调指标
为-120 dBc@2×43 dBm，因此在室内覆盖系统设计
时，位置在链路插损大于13.8 dB之后的无源器件可以不
考虑无源互调特性，其对DAS系统覆盖影响很小。
参考文献：
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西安电子科技大学, 2004.
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作者简介
王慧：工程师，硕士毕业于上海大
学，现任诺基亚通信系统技术（北
京）有限公司测试工程师，主要从
事基站的RF性能、天线设备等无线
通信测试领域的研究工作。
何占儿：工程师，硕士毕业于成
都电子科技大学，现任诺基亚通
信系统技术（北京）有限公司BTS
一致性测试测量工程师，主要从
事基站的 R F 性能、一致性等无线
通信领域的研究工作。
张需溥：高级工程师，工学博士
毕业于上海大学，现任杭州紫光
网络技术有限公司仪表事业部总
经理，主要从事天线与电磁波传
播、射频电路技术、天馈现场测
量等领域的研究工作。
Passive Intermodulation Of coaxial Rf-Cables and Their
Connectors[C]//Proceedings of the 46th International
Wire and Cable Symposion. Philadelphia, 1997: 97-101.
[10] 张需溥,赵培. 无源互调对室内分布系统覆盖范围影响
分析[J]. 电信工程技术与标准化, 2013(5): 61-64.★
冯征：高级工程师，学士毕业于
南京邮电大学，现任中国移动通
信集团设计院有限公司一级高级
咨询设计师，移动通信核心网、
业务网新技术研究领域技术带头
人，从事核心网、业务网新技术
研究及应用工作。
邵永平：高级工程师，学士毕业
于南京邮电大学，现任中国移动
通信集团设计院有限公司项目经
理，从事移动通信核心网咨询、
规划和工程设计工作。
作者简介
宋小明：工程师，硕士毕业于北
京邮电大学，现任中国移动通信
集团设计院有限公司项目经理，
从事移动通信核心网咨询、规划
和工程设计工作。
（上接第 11 页）
[14] 中国移动通信网络组织规范WL-HX-1-008-ZYYZ-
2015. Diameter信令网_码号和网元命名原则分册
V1.0.0[S]. 2015.★

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