VoLTE语音呼叫时延优化的研究与实践

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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。
1 前言
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了60%，提升了VoLTE语音业务质量和客户满意度。
2 TD-LTE网络语音呼叫时延的特点
TD-LTE网络的语音解决方案主要包括SVLTE、CSFB和VoLTE/eSRVCC等3种，SVLTE属于双待终端解决方案，终端同时驻留在2G/3G以及LTE网络；CSFB属于单待终端解决方案，涉及2G/3G/4G系统，流程较复杂，呼叫时延较长；VoLTE通过IMS网络实现高清语音功能，呼叫时延较短。TD-LTE网络3种语音解决方案的特点对比如表1所示。

3 VoLTE呼叫时延优化思路与方法
VoLTE是基于IMS网络的LTE语音解决方案，架构在LTE网络上，相对于传统VoIP语音，能提供更好的QoS保障。如果VoLTE通话客户从LTE切换到2G/3G网络，需通过eSRVCC（Enhanced Single Radio Voice Call Continuity，增强型单射频语音连续性技术）功能，实现PS域向CS域的切换流程，从而保证客户的语音连续性。VoLTE/eSRVCC的呼叫流程比SVLTE和CSFB更加复杂，在本地网络呼叫时延研究中，主要在参数规范、网络结构、寻呼策略、调度算法等方面进行优化。
3.1 VoLTE呼叫信令流程
VoLTE使用SIP（Session Initiation Protocol,会话发起协议）实现语音会话信令流程，SIP包括Invite、100 Trying、183 Session Progress、Prack、Prack 200 OK、Update、Update 200 OK、180 Ringing等8条信令消息。VoLTE呼叫时延通常指从主叫侧SBC收到VoLTE语音的Invite始呼请求开始，到主叫侧SBC向主叫用户成功转发180 Ringing响应消息或带有P-Early Media头域的183响应消息的时间间隔。SIP主叫信令流程如图1所示。

3.2 VoLTE呼叫时延影响要素
VoLTE呼叫时延的影响要素主要包括终端侧、无线侧、EPC侧和IMS侧等4类。
3.2.1 终端侧
（1）互拨终端类型：“VoLTE终端互拨”场景与“VoLTE终端拨打非VoLTE终端”场景相比，呼叫时延减少近50%。
（2）被叫终端状态：如果被叫终端的数据业务状态处于空闲态，作VoLTE语音被叫时将进行RRC重建，重新建立QCI=5和QCI=9的默认承载，导致呼叫时延增加；如果被叫终端处于数据业务连接态，则不再需RRC重建，呼叫时延缩短200～300ms。
3.2.2 无线侧
（1）无线网络环境：无线环境复杂多变，弱覆盖、质差、上行干扰、信号快衰等场景，影响VoLTE业务性能，增加呼叫建立时延。
（2）上行BSR参数：BSR缓存状态报告周期参数设置不当，影响上行调度效率，增加调度时延。
（3）eNodeB调度算法：TBS大小限制设置不当，影响SIP消息传输效率，增加传输时延。
3.2.3 EPC侧
MME的寻呼策略设置不当，导致二次寻呼，增加寻呼时延。
3.2.4 IMS侧
IMS网元配置的DNS缓存能力配置不足，影响AS网元寻址效率，增加DNS查询时延。
3.3 VoLTE呼叫时延优化方案
针对VoLTE呼叫时延的主要影响要素，通过端到端全程全网分析，特别是在现网无线侧、EPC侧和IMS侧的全方位优化，有效缩短了呼叫时延。
3.3.1 无线侧优化
（1）基础参数规范化整治。基础参数规范化是确保网络稳定、高效运行的基础优化工作，特别是VoLTE网络涉及的关键参数数量众多，包括功能开关参数、PDCP层/RLC层/MAC层参数、基于QCI的测量事件参数等，需全面梳理、建立一套与VoLTE性能指标相关的参数配置规范和核查修正机制。其中呼叫时延指标需重点关注的是定义GSM邻区、GSM测量频点等关键类型参数的精准配置。在开网优化阶段，规范新网元、新站点入网相关参数配置；在日常优化阶段，开展参数一致性检查和异常修正。参数规范化整治是VoLTE呼叫时延优化的基础。
（2）无线网络结构调优。优质的网络质量并不单单体现在某一个评估维度或指标上，通常是整体无线网络结构优劣的反映。无论是2G/3G/TD-LTE还是VoLTE，网络结构调优都是无线网优工作的重中之重。由于无线环境的复杂多变，弱覆盖、过覆盖、强干扰、高质差等外场问题点的出现，对呼叫时延带来直接或间接影响。VoLTE网络结构调优主要体现在对超高站、超远站、超近站、超高干扰站等“四超”站点的精细排查和整治上。网络结构变好了，网络质量SINR自然会提升，从而VoLTE呼叫时延也会相应改善。4G网络结构调优是无线侧改善呼叫时延的优化重点。
（3）RRC重建问题点整治。RRC建立失败时，将引发RRC重建的信令流程，从而导致VoLTE呼叫时延增加，所以针对RRC重建问题点进行专项的精细分析整治，是VoLTE呼叫时延的一项重要基础网优工作。RRC建立失败的原因通常有参数、切换、覆盖、干扰、故障等5大类，主要结合问题点具体场景，通过增改邻区、优化门限、调整功率、建站补盲、调整天馈、整治干扰源、翻频翻PCI、修复故障等方法进行优化。
（4）上行BSR参数优化。BSR（Buffer Status Report）是上行缓存状态报告周期参数，UE通过BSR通知eNodeB其上行Buffer需发送数据的大小，eNodeB由此决定给UE分配相应的上行无线资源。BSR参数的典型设置为10ms和5ms，通过分析现网测试信令发现，当BSR=10ms时，部分终端出现不上报BSR的异常情况，造成eNodeB停止调度，终端需等待BSR重传定时器RetxBSR-Timer超时之后，再通过SR发送ULGRANT，最终将额外增加2～3s左右的时延，导致端到端接续时延过长；而当BSR=5ms时，可规避部分终端不上报BSR的异常情况。本地现网将BSR参数由默认值10ms调整为5ms后，DT测试VoLTE呼叫时延由8.6s大幅降低至5.5s，优化效果显著。
（5）eNodeB调度算法优化。TBS（Transport Block Size）是传输数据块大小，影响传输信道数据传送能力和传输效率。分析发现，现网eNodeB设置的上行TBS调度具有100～300Bytes的大小限制，导致一条SIP消息需多次传输才能发送完毕；而VoLTE呼叫建立过程中有8条SIP消息需发送，结果导致额外增加400～800ms时延。通过设备厂家优化上行调度算法，取消TBS大小限制，eNodeB新升级版本解决了该额外时延消耗问题，呼叫时延缩短了200ms左右。
3.3.2 EPC侧优化
EPC（EvolvedPacketCore）负责VoLTE的业务承载，EPC网元的寻呼策略对呼叫时延影响较大。核心网MME的智能寻呼策略通常首次寻呼为Laste NodeB（最近活动的7个eNodeB）寻呼，对于处于移动状态的VoLTE语音被叫用户来说，下一个时间段很可能已离开之前的7个eNodeB区域，这样易造成eNodeB寻呼失败，进而EPC将在TAList范围内发起二次寻呼，最终导致VoLTE呼叫时延增加。由于目前MME智能寻呼策略实现上的未完善（暂时未能区分设置VoLTE语音寻呼和普通LTE数据业务寻呼的寻呼策略），现阶段的过渡优化方案是暂时关闭MME的智能寻呼功能，并将VoLTE语音寻呼的首次寻呼策略修改为TAList寻呼。通过测试信令的分段对比分析发现，寻呼策略优化后的DT测试呼叫时延可缩短2s左右。在现网路测中，从主叫Invite到被叫Paging之间的时延，在使用eNodeB寻呼时为4.270s；而调整为使用TAList寻呼后为1.947s，呼叫时延缩短了2.323s，优化效果显著。VoLTE语音首次寻呼策略调整前后信令流程和呼叫时延对比如表2所示。

3.3.3 IMS侧优化
IMS（IP Multimedia Subsystem）负责VoLTE的业务控制，IMS网元的DNS查询机制影响呼叫时延。IMS网元寻址通常使用SRV+A的DNS查询方式，平均每次查询引入约70ms时延。VoLTE包括SCCAS和VoLTEAS等多个逻辑AS的动态业务触发，如果每次呼叫每个AS网元寻址都进行一次完整的DNS查询，将会导致总体DNS查询耗时过长，带来端到端呼叫接续时延的增加。
对此，IMS侧呼叫时延的优化思路是：
提升IMS网元配置的DNS缓存效能，增加DNS缓存周期，由1min调整为5min，有效减少IMS网元的重复DNS查询次数和耗时。研究结果表明，每减少1次DNS查询，呼叫时延缩短70ms左右。
3.3.4 现网优化效果小结
综合应用以上多项优化措施后，本地网络呼叫时延改善效果显著，DT拉网测试结果显示，现网VoLTE呼叫时延由建网初期的8.6s缩短至3.4s，改善比例高达60%。
4 结语
随着中国移动VoLTE网络的建设和商用进程加速，为给客户提供优质的VoLTE高清语音质量和感知体验，VoLTE呼叫时延优化成为当前亟待开展的重点研究课题之一。
作者：任君明 （中国移动通信集团广东有限公司江门分公司）
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