VoLTE容災機制研究及優(yōu)化方案

朱玉峰，黃耀軍，唐子民

（中國移動通信集團公司廣東有限公司深圳分公司，深圳 518048）

VoLTE是基于LTE網(wǎng)絡為用戶提供高質量語音業(yè)務的技術，作為國內運營商應對OTT挑戰(zhàn)的關鍵技術，對運營商的戰(zhàn)略轉型有著不同尋常的意義。隨著各大運營商對VoLTE的快速部署，VoLTE網(wǎng)絡已經初具規(guī)模，但由于新技術的復雜性以及建設部署中的不確定性，當前VoLTE網(wǎng)絡建設中如何保障網(wǎng)絡的健壯性，快速定位故障原因、搶通業(yè)務依然是網(wǎng)絡運維工作中面臨的巨大挑戰(zhàn)，首先了解一下VoLTE現(xiàn)網(wǎng)組網(wǎng)方案及容災機制原理。

1 組網(wǎng)方案及容災情況

1.1 網(wǎng)絡拓撲圖

VoLTE容災范圍包括EPC、CS和IMS 3個網(wǎng)絡域。其中，EPC域包括MME、S/P-GW、PCRF；CS域包括MSS、MGCF；IMS域包括SBC、ISBG、VoLTE AS，其拓撲結構如圖1所示。

圖1 VoLTE網(wǎng)絡拓撲

1.2 容災總體原則

當IMS網(wǎng)絡中某個網(wǎng)元故障后，通過采用容災倒換機制，使網(wǎng)絡中其它同類網(wǎng)元接管故障網(wǎng)元的業(yè)務，在這個過程中可能會造成一定的業(yè)務損失，因此需要對容災倒換產生的用戶體驗提出要求。

當IMS網(wǎng)絡中某個網(wǎng)元故障恢復并承載業(yè)務后，通過采用容災倒回機制，使網(wǎng)絡中一定范圍內同類網(wǎng)元的部分業(yè)務快速遷移至這個網(wǎng)元上，因此需要對容災倒回可遷移的業(yè)務量和所需時長提出要求。

2 IMS的故障檢測

IMS域中使用SIP協(xié)議通信的網(wǎng)元的故障檢測基于SIP協(xié)議的OPTIONS消息，使用此故障檢測方式的IMS網(wǎng)元包括VoLTE SBC、I-CSCF、S-CSCF、MGCF、VoLTE AS（TAS、SCC AS）。IMS域 其 它網(wǎng)元采用各自原有故障檢測方式，此處不贅述。適用于Mw、ISC、Mg等接口網(wǎng)元。

IMS域故障檢測流程如圖2所示。

圖2 IMS域故障檢測流程

步驟1：源節(jié)點網(wǎng)元發(fā)送至目的節(jié)點網(wǎng)元的REGISTER、INVITE、MESSAGE等SIP消息。

步驟2：在t1時間內未收到響應，源節(jié)點網(wǎng)元啟動向目的節(jié)點網(wǎng)元的OPTIONS檢測（檢測周期和次數(shù)可配置）。

步驟3：檢測后，未收到目的節(jié)點網(wǎng)元任何響應，判斷目的節(jié)點網(wǎng)元故障，移入黑名單，在檢測到故障恢復之前，任何消息均不發(fā)送至此網(wǎng)元。

步驟4：源節(jié)點網(wǎng)元可選等待t3時間后，啟動OPTIONS檢測（檢測周期和次數(shù)可配置），確定目的節(jié)點網(wǎng)元故障是否已恢復。

步驟5：源節(jié)點網(wǎng)元收到目的節(jié)點網(wǎng)元的200 OK響應。

步驟6：源節(jié)點網(wǎng)元判斷目的節(jié)點網(wǎng)元故障恢復，將其移出黑名單。

3 IMS容災機制分析

目前的IMS容災主要基于OPTIONS信息檢測，實現(xiàn)全網(wǎng)網(wǎng)元級別的容災備份，但是還存在如下不確定因素。

（1）檢測機制可以實現(xiàn)故障網(wǎng)元的快速隔離，對于非注冊類網(wǎng)元，可以完美實現(xiàn)業(yè)務的快速容災切換；對于保存用戶信息的注冊類網(wǎng)元，可以保證新注冊用戶業(yè)務正常，但是對于已注冊用戶，如無主動操作，可能會影響用戶的被叫業(yè)務，如SBC類網(wǎng)元。

（2）假活場景的存在，導致網(wǎng)元可以正常響應OPTIONS消息，但是無法正常提供業(yè)務，容災檢測機制失效，需要通過人工干預實現(xiàn)隔離。

（3）IMS網(wǎng)絡路由高度依賴ENS的地址解析翻譯，ENS故障可能會導致整個IMS網(wǎng)絡的癱瘓，考慮到網(wǎng)元的重要性，需要增加ENS網(wǎng)元的容災備份冗余度。

綜上，考慮到以上存在的問題和因素，容災機制還存在缺陷和不足，一旦檢測機制無法生效，鑒于VoLTE網(wǎng)絡的復雜性，大大增加了故障定位的難度和業(yè)務搶通的時間，嚴重影響用戶業(yè)務感知?；谝陨显?，我們對VoLTE業(yè)務流程研究和梳理，提出了一種利用CS網(wǎng)絡在業(yè)務層面實現(xiàn)VoLTE網(wǎng)絡容災的方案。

4 基于業(yè)務層面的VoLTE網(wǎng)絡容災方案

VoLTE注冊：VoLTE用戶使用VoLTE終端在EPC、IMS網(wǎng)絡完成附著和注冊，為后續(xù)呼叫等IMS多媒體業(yè)務提供基礎。VoLTE注冊完成后EPC網(wǎng)絡建立IMS信令缺省承載通道，用戶獲取IMS網(wǎng)絡P-CSCF地址，P-CSCF、S-CSCF 均保存用戶信息。

圖3 VoLTE呼叫及被叫錨定流程

錨定：為了保證用戶業(yè)務一致性，VoLTE用戶的業(yè)務處理需要錨定到IMS域處理。由于主叫補充業(yè)務相對較少，中國移動采用“主叫不錨定，被叫錨定”的方案，即VoLTE用戶作為被叫一定要經過IMS域處理，特別是主叫從CS網(wǎng)絡發(fā)起呼叫時。具體業(yè)務流程如圖3所示。

5 容災原理

（1） VoLTE用戶正常主叫呼叫流程是通過EPC網(wǎng)絡進入本地IMS網(wǎng)絡，通過在SAEGW上關閉IMS APN的方式，可以將主叫呼叫流通過CSFB方式流入本地CS網(wǎng)絡，實現(xiàn)這部分用戶主叫業(yè)務的容災。

（2） VoLTE用戶做被叫，主叫用戶起呼于CS網(wǎng)絡，被叫呼叫流進入IMS網(wǎng)絡是通過被叫錨定進入IMS網(wǎng)絡，通過關閉被叫錨定可以使被叫流程不再經過IMS域處理，實現(xiàn)容災。

（3） 通過以上兩種方式，關閉進入IMS核心網(wǎng)的兩個入口，實現(xiàn)將VoLTE用戶切換回CS網(wǎng)絡，主被叫都不再經過IMS域處理，具體如圖4所示。

6 實施效果驗證

2017年3月，某地運營商部分客戶無法正常撥打接聽電話，提示“用戶正忙”，故障位置不集中，客服引導投訴用戶通過短信取消VoLTE功能后，用戶主被叫通話恢復正常；投訴量迅速增加，故障矛頭直指VoLTE網(wǎng)絡，由于故障位置不集中，且網(wǎng)元運行無明顯異常，維護人員無法在短時間內定位故障原因，此時為保障用戶正常通話，啟動強制用戶CSFB方案，操作實施10min內迅速恢復用戶語音業(yè)務，取得了很好的業(yè)務搶通效果。

圖4 容災原理圖

7 總結

CSFB容災方案實現(xiàn)了極端情況下通過CS網(wǎng)絡對IMS業(yè)務的快速容災，能有效阻斷本地PS網(wǎng)絡和CS網(wǎng)絡語音呼叫流，達到了提升VoLTE業(yè)務運維能力和用戶業(yè)務感知的目的。但是不可否認的是，本方案也還存在一些不足，如無法實現(xiàn)異地VoLTE用戶呼叫本地VoLTE用戶的業(yè)務搶通。VoLTE 的建設還需要更多更深入的研究，各類用戶體驗還需要不斷地提升和優(yōu)化，此文旨在拋磚引玉，借此問題的分析，希望能夠為網(wǎng)絡運維能力的提升提供一種新的思考方式和角度。

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