VoLTE語(yǔ)音接通時(shí)延感知提升的優(yōu)化策略研究*

劉雪春

（浙江郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興 312366）

0 引 言

VoLTE（Voice over LTE，長(zhǎng)期演進(jìn)語(yǔ)音承載）是4G高清語(yǔ)音最佳解決方案，具有接通時(shí)延短、語(yǔ)音質(zhì)量高等特點(diǎn)。VoLTE相對(duì)于傳統(tǒng)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)解決方案，最大的優(yōu)勢(shì)在于端到端的接通時(shí)延短，語(yǔ)音質(zhì)量高。如何降低接通時(shí)延，體現(xiàn)VoLTE技術(shù)的優(yōu)越性，對(duì)提升客戶感知度、減少LTE網(wǎng)絡(luò)信令消耗、提升網(wǎng)絡(luò)性能具有重大的意義。

VoLTE語(yǔ)音接通時(shí)延，在人為感知角度上是指從主叫撥號(hào)到聽(tīng)到被叫回鈴音的時(shí)長(zhǎng)，信令角度上來(lái)看，是指從主叫手機(jī)發(fā)起業(yè)務(wù)請(qǐng)求（INVITE）到收到振鈴消息（180 Ringing）的時(shí)間；VoLTE語(yǔ)音接通時(shí)延過(guò)長(zhǎng)，會(huì)影響客戶感知滿意度[1]。

1 VoLTE呼叫時(shí)延影響因素分析

VoLTE呼叫時(shí)延影響因素主要有UE（User Equipment，用戶設(shè)備）側(cè)、無(wú)線側(cè)、核心網(wǎng)及IMS側(cè)。

在UE側(cè)，VoLTE終端互撥與VoLTE終端撥打非VoLTE終端兩種場(chǎng)景下比較，呼叫時(shí)延降低約50%；若被叫終端數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處于IDLE（空閑）態(tài)，VoLTE語(yǔ)音被叫時(shí)將發(fā)起RRC重建信令，來(lái)重建默認(rèn)承載，從而導(dǎo)致呼叫時(shí)延增加；若被叫終端處于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)CONNECTED（連接）態(tài)，則不需RRC重建，呼叫時(shí)延縮短200～300 ms[2]。

在無(wú)線側(cè)，由于無(wú)線環(huán)境復(fù)雜多變，覆蓋問(wèn)題、干擾問(wèn)題及衰落等場(chǎng)景，會(huì)影響VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)性能，增加端到端的呼叫建立時(shí)延；TBS（Transport Block Set，傳輸塊集）大小限制設(shè)置不當(dāng)，影響SIP消息傳輸效率，增加eNodeB調(diào)度時(shí)延。上行BSR（Buffer Status Report，緩存狀態(tài)報(bào)告）周期設(shè)置不當(dāng)，會(huì)對(duì)上行調(diào)度效率產(chǎn)生影響，從而增加LTE系統(tǒng)的調(diào)度時(shí)延[2]。

核心網(wǎng)側(cè)的MME（Mobile Managenment Entity，移動(dòng)管理實(shí)體）尋呼參數(shù)如果設(shè)置不合理，將導(dǎo)致觸發(fā)二次尋呼，從而增加VoLTE響應(yīng)時(shí)延[2-3]。

IMS側(cè)的智能業(yè)務(wù)，由于需要獲取被叫精準(zhǔn)位置信息，在用戶連接態(tài)情況下，MME需要向eNodeB獲取用戶位置，增加時(shí)延900 ms左右。當(dāng)用戶處于空閑態(tài)時(shí)，還需對(duì)用戶進(jìn)行尋呼才能獲取精確位置信息，耗時(shí)巨大。

為了改善全網(wǎng)VoLTE用戶的語(yǔ)音接通時(shí)延感知，本文結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化工程，對(duì)網(wǎng)絡(luò)各種參數(shù)聯(lián)動(dòng)調(diào)整，創(chuàng)新性地提出了一種VoLTE端到端的語(yǔ)音接通時(shí)延優(yōu)化方案。

2 優(yōu)化策略方案

2.1 無(wú)線側(cè)UE不活動(dòng)定時(shí)器優(yōu)化

2.1.1 優(yōu)化思路

空閑態(tài)UE較連接態(tài)UE在VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)過(guò)程中增加的時(shí)延主要有兩個(gè)方面：

（1）被叫尋呼響應(yīng)時(shí)延：MME發(fā)送paging到被叫UE上發(fā)Service Request為止產(chǎn)生的時(shí)延，如圖 1所示的 SEQ（Service and Experience Quality，客戶體驗(yàn)管理系統(tǒng)）中的信令流程。

圖1 SEQ平臺(tái)中的尋呼信令流程圖

（2）被叫Service Request過(guò)程：空閑態(tài)UE進(jìn)行Service Request過(guò)程包括了RRC連接建立，UE上下文建立及資源重配等過(guò)程，需要消耗時(shí)長(zhǎng)，而連接態(tài)不需要。UE空閑態(tài)和連接態(tài)信令流程對(duì)比見(jiàn)圖2。

圖2 UE空閑態(tài)和連接態(tài)信令流程對(duì)比

通過(guò)調(diào)整UE不活動(dòng)定時(shí)器的時(shí)長(zhǎng)，增加UE連接態(tài)的時(shí)長(zhǎng)，減少空閑態(tài)尋呼響應(yīng)時(shí)延及UE的Service Request的過(guò)程耗時(shí)，進(jìn)而縮短VoLTE語(yǔ)音接通時(shí)延。

2.1.2 參數(shù)定義

UE不活動(dòng)定時(shí)器（Ue Inactivity Timer）用來(lái)指示當(dāng)不存在QCI1業(yè)務(wù)時(shí)，eNodeB監(jiān)測(cè)UE收發(fā)數(shù)據(jù)。若UE一直無(wú)收發(fā)數(shù)據(jù)，且持續(xù)時(shí)間超過(guò)該定時(shí)器設(shè)置的時(shí)長(zhǎng)，則釋放該UE；此定時(shí)器如設(shè)置為0表示不限制；需要說(shuō)明的是，該參數(shù)修改后，只對(duì)新接入的用戶生效[4]。

該參數(shù)設(shè)置的越小，UE在沒(méi)有業(yè)務(wù)情況下，越早被釋放，會(huì)導(dǎo)致用戶頻繁發(fā)起RRC連接請(qǐng)求，且由于正常釋放次數(shù)增多，會(huì)導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)的掉話率等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)變好；該參數(shù)設(shè)置的值越大，UE在空閑態(tài)時(shí)，釋放越遲，這樣UE會(huì)更長(zhǎng)地占用無(wú)線資源，且正常釋放次數(shù)減少，會(huì)導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)的掉話率等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)惡化。

2.1.3 參數(shù)調(diào)整策略

UE不活動(dòng)定時(shí)器10 s調(diào)整為30 s，增加UE連接態(tài)的時(shí)長(zhǎng)，減少空閑態(tài)尋呼響應(yīng)時(shí)延及RRC連接建立時(shí)長(zhǎng)，參數(shù)調(diào)整如圖3所示。

圖3 UE不活動(dòng)定時(shí)器參數(shù)調(diào)整

2.2 無(wú)線側(cè)尋呼參數(shù)優(yōu)化

2.2.1 優(yōu)化思路

在LTE中，尋呼消息是由PDSCH（Physical Downlink Shared CHanne，物理下行共享信道）承載，尋呼標(biāo)識(shí)在常規(guī)的PDCCH（Physical Downlink Control Channel，物理下行控制信道）上承載。UE周期性監(jiān)聽(tīng)PDCCH，若從PDCCH信道上解調(diào)出P-RNTI（Paging Radio Network Temporary ID，尋呼無(wú)線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)識(shí)），表示UE需接收與之對(duì)應(yīng)的PDSCH，通過(guò)PCH（Paging CHannel，尋呼傳輸信道）的參數(shù)解析從PDSCH上接收到的數(shù)據(jù)塊，從而獲取尋呼消息[5]。

在LTE的協(xié)議中，SFN（System Frame Number，系統(tǒng)幀號(hào)）重復(fù)的周期為256個(gè)幀（編號(hào)為0～255）。每個(gè)SFN由10個(gè)子幀組成（編號(hào)為0～9），每個(gè)子幀1ms。PF（Paging Frame，尋呼幀）對(duì)應(yīng)一個(gè)LTE無(wú)線幀，PO（Paging Occasion，尋呼時(shí)刻）對(duì)應(yīng)無(wú)線幀中某個(gè)子幀，通過(guò)PF、PO和UE的IMSI，確定終端在哪個(gè)PF的PO中（即哪個(gè)無(wú)線幀中的哪個(gè)子幀）監(jiān)聽(tīng)尋呼消息。對(duì)于一組UE，PF和PO的值與DRX（Discontinuous Reception，非連續(xù)性接收）周期內(nèi)PDCCH在時(shí)頻資源上的無(wú)線幀和子幀的位置相對(duì)應(yīng)。終端監(jiān)聽(tīng)尋呼消息的周期越短，終端響應(yīng)尋呼時(shí)延越短。PF與PO主要由T與nB兩個(gè)參數(shù)決定，并在SIB2中通知UE，如圖4所示。

圖4 SIB2內(nèi)容

2.2.2 參數(shù)定義

T為尋呼周期，取值為｛32、64、128、256｝個(gè)無(wú)線幀。其取值越大，則空閑狀態(tài)下UE的功耗越小，但會(huì)加長(zhǎng)尋呼消息的平均時(shí)延[5]。

表1 尋呼子幀中PO的取值（當(dāng)nB為4T時(shí)）

由于子幀1、6為特殊子幀，建議優(yōu)先考慮使用子幀0和5，也即一般不使用Ns4。Paging Sent Num為用戶尋呼下發(fā)次數(shù)，取值范圍：1～3，需要折衷考慮尋呼成功率與尋呼間的關(guān)系，建議值為1。

尋呼容量：假設(shè)T取64，nB取T（一般配置情況下），即尋呼周期為640 ms，每個(gè)無(wú)線幀的子幀0發(fā)送尋呼消息，所有用戶分成64組，則最大尋呼量為16×100=1 600次/秒。查滿足一定阻塞率（2%）的ERL（愛(ài)爾蘭）表（容量為16），則同時(shí)可尋呼9.8個(gè)UE-ID，則平均尋呼量可達(dá)為980 個(gè)/秒，比2G或3G系統(tǒng)至少高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)；LTE尋呼消息與其它業(yè)務(wù)共享PDSCH，且優(yōu)先級(jí)高于其它業(yè)務(wù)。因此，LTE系統(tǒng)一般不用擔(dān)心尋呼容量受限的問(wèn)題。

2.2.3 參數(shù)調(diào)整策略

調(diào)整尋呼周期T，由128個(gè)子幀default Paging Cycle（默認(rèn)的尋呼周期）調(diào)整為64個(gè)子幀，尋呼密度nB暫不調(diào)整，仍采用1倍的尋呼周期作為尋呼密度，以此減少尋呼消息在無(wú)線信道上的平均時(shí)延，調(diào)整前后如圖5所示。

2.3 EPC尋呼參數(shù)優(yōu)化

2.3.1 優(yōu)化思路

MME尋呼方式是：每次尋呼等待6 s，尋呼2次，12 s后若無(wú)收到回應(yīng)，則認(rèn)為尋呼超時(shí)。當(dāng)一次尋呼超時(shí)后，MME會(huì)進(jìn)行第二次尋呼，等待的時(shí)間越長(zhǎng)，尋呼響應(yīng)時(shí)延越長(zhǎng)。調(diào)整MME的尋呼策略，減少一次尋呼超時(shí)后的等待時(shí)長(zhǎng)，能有效提升一次尋呼超時(shí)后的尋呼響應(yīng)時(shí)延，進(jìn)而提升整體的尋呼響應(yīng)時(shí)延，提升全網(wǎng)VoLTE的語(yǔ)音接通時(shí)延。

2.3.2 參數(shù)定義

MME中和尋呼相關(guān)的參數(shù)在現(xiàn)網(wǎng)的配置中主要有T3413和N3413。

缺乏健全的二級(jí)財(cái)務(wù)管理制度 根據(jù)本課題組調(diào)研，很多高職院校雖然實(shí)施二級(jí)財(cái)務(wù)管理制度，但在具體的實(shí)施過(guò)程中仍缺乏健全的二級(jí)財(cái)務(wù)管理制度，且絕大多數(shù)高職院校沒(méi)有設(shè)置對(duì)應(yīng)的專業(yè)崗位，一般由相關(guān)的干事兼任其職責(zé)。目前，高職院校一級(jí)財(cái)務(wù)管理較為成熟，且具有具體的規(guī)章制度，二級(jí)學(xué)院則沒(méi)有。這就使得二級(jí)學(xué)院在實(shí)施財(cái)務(wù)管理過(guò)程中，對(duì)其內(nèi)部監(jiān)控、創(chuàng)收管理及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)責(zé)任都缺少相應(yīng)的控制力。此外，很多高職院校在實(shí)施二級(jí)管理過(guò)程中，財(cái)務(wù)不夠公開，理財(cái)決策不夠民主。

T3413用于控制MME發(fā)起尋呼與UE響應(yīng)的時(shí)間間隔。該定時(shí)器在MME發(fā)送尋呼請(qǐng)求消息后觸發(fā)，在收到服務(wù)請(qǐng)求消息后停止，若超時(shí)，MME重發(fā)尋呼請(qǐng)求消息。

圖5 調(diào)整無(wú)線側(cè)尋呼參數(shù)前后對(duì)比

N3413用于指定在尋呼信令流程中，沒(méi)有收到UE的響應(yīng)消息后，MME重發(fā)尋呼請(qǐng)求消息的次數(shù)。

因此，減少T3413的時(shí)間間隔，增加N3413的尋呼次數(shù)，能有效地提升整體的尋呼成功率，提升尋呼響應(yīng)時(shí)延，進(jìn)而提升VoLTE的語(yǔ)音接通時(shí)延。

2.3.3 參數(shù)調(diào)整策略

現(xiàn)網(wǎng)MME設(shè)置的尋呼方式是一共尋呼2次，每次等待6 s，修改為一共尋呼4次，每次等待3 s，同時(shí)將VoLTE的2次尋呼等待時(shí)長(zhǎng)設(shè)置為2 s。

2.4 IMS側(cè)智能業(yè)務(wù)位置信息獲取優(yōu)化

2.4.1 優(yōu)化思路

智能業(yè)務(wù)，需要進(jìn)行長(zhǎng)短號(hào)翻譯，引入時(shí)延150 ms，同時(shí)由于需要獲取被叫精準(zhǔn)位置信息，增加時(shí)延900 ms左右。獲取精準(zhǔn)位置信息，在用戶連接態(tài)情況下，MME需要向eNodeB獲取用戶位置，當(dāng)用戶處于空閑態(tài)時(shí)，還需對(duì)用戶進(jìn)行尋呼才能獲取精確位置信息，耗時(shí)巨大。在特定業(yè)務(wù)下，只獲取被叫用戶的MME位置信息，可大大縮短時(shí)延（見(jiàn)圖6）。

圖6 主叫和被叫流程中的時(shí)延

2.4.2 智能業(yè)務(wù)觸發(fā)流程

當(dāng)VPMN（Virtual Private Mobile Network，虛擬專用移動(dòng)網(wǎng)）用戶發(fā)起呼叫業(yè)務(wù)時(shí)，主被叫均需觸發(fā)智能網(wǎng)平臺(tái)，由S-CSCF（Serving—Call Session Control Function，服務(wù)-呼叫會(huì)話控制功能）觸發(fā)SCP AS（Service Control Point Authentication Server，業(yè)務(wù)控制點(diǎn)的認(rèn)證服務(wù)器），具體信令流程圖見(jiàn)圖7。

圖7 主叫SCP AS信令流程

智能業(yè)務(wù)平臺(tái)SCP AS被叫需要獲取精準(zhǔn)位置信息，觸發(fā)流程（如圖8所示）相比主叫SCP AS多了與無(wú)線交互的流程。被叫簽約智能業(yè)務(wù)時(shí)：SCP AS會(huì)向HSS（Home Subscriber Server，歸屬用戶服務(wù)器）發(fā)起UDR（User-Defined Routing，按用戶的規(guī)定選路）請(qǐng)求，涉及MME和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

2.4.3 優(yōu)化策略調(diào)整

在特定業(yè)務(wù)下，只獲取被叫用戶的MME位置信息，不再獲取被叫的精準(zhǔn)位置信息（如圖9所示）。

圖8 被叫SCP AS信令流程

圖9 智能業(yè)務(wù)優(yōu)化策略

3 優(yōu)化后效果評(píng)估

3.1 無(wú)線側(cè)UE不活動(dòng)定時(shí)器效果評(píng)估

優(yōu)化措施：選取VoLTE話務(wù)量高，VoLTE始呼次數(shù)高的基站共計(jì)10個(gè)。將UE不活動(dòng)定時(shí)器參數(shù)由10 s調(diào)整成30 s，調(diào)整前后的各種性能參數(shù)對(duì)比如表2所示。

優(yōu)化效果：從表2中可看出，V2V（VoLTE to VoLTE）被叫SBC（Session Border Control，會(huì)話邊緣控制）發(fā)Invite收180時(shí)延由1 793 ms下降到1 756 ms，下降 37 ms。

表2 UE不活動(dòng)定時(shí)器參數(shù)由10 s調(diào)整成30 s，各種性能參數(shù)效果評(píng)估表

3.2 無(wú)線側(cè)尋呼參數(shù)優(yōu)化效果評(píng)估

優(yōu)化措施：在某些地區(qū)對(duì)無(wú)線側(cè)尋呼參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，尋呼周期由128幀（1 280 ms），修改為64 幀（640 ms）。

優(yōu)化效果如圖10所示，3個(gè)縣市V2V端到端振鈴時(shí)延分別下降227 ms、192 ms、180 ms，全網(wǎng)下降139 ms。

3.3 EPC側(cè)尋呼參數(shù)優(yōu)化效果評(píng)估

優(yōu)化措施：MME側(cè)尋呼參數(shù)優(yōu)化，尋呼間隔由原來(lái)的6 s，尋呼2次，修改為尋呼間隔3 s，尋呼4次。

優(yōu)化效果見(jiàn)表3，紹興V2V被叫側(cè)尋呼響應(yīng)時(shí)延984 ms下降到949 ms，下降了35 ms。

表3 MME側(cè)尋呼參數(shù)優(yōu)化前后各種性能參數(shù)效果評(píng)估

3.4 IMS側(cè)智能業(yè)務(wù)位置信息獲取優(yōu)化效果評(píng)估

優(yōu)化措施：在特定業(yè)務(wù)下，只獲取被叫用戶的MME位置信息，不再獲取被叫的精準(zhǔn)位置信息。

優(yōu)化效果見(jiàn)圖11，該地區(qū)V2V端到端振鈴時(shí)延從3 522 ms下降到3 483 ms，下降了39 ms。

圖11 智能業(yè)務(wù)位置信息獲取優(yōu)化前后V2V端到端振鈴時(shí)延

4 創(chuàng)新總結(jié)

本案以改善全網(wǎng)VOLTE用戶的語(yǔ)音接通時(shí)延感知為目標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)研究和實(shí)踐情況，創(chuàng)新式地提出了一種VoLTE語(yǔ)音接通時(shí)延提升方案，包括無(wú)線側(cè)、EPC側(cè)和IMS側(cè)的聯(lián)合優(yōu)化。通過(guò)在試點(diǎn)區(qū)域的實(shí)施及對(duì)比，相較于傳統(tǒng)的VOLTE用戶的語(yǔ)音接通時(shí)延方案，本文提出的優(yōu)化策略有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）在MME尋呼負(fù)荷輕載前提下，縮短2次尋呼時(shí)延，有利于提升尋呼質(zhì)差用戶時(shí)延感知；

（2）在eNodeB尋呼負(fù)荷輕載前提下，縮短尋呼周期，減少尋呼時(shí)延，有利于提升用戶時(shí)延感知；

（3）在特定業(yè)務(wù)下，不再獲取被叫的精準(zhǔn)位置信息，有利于提升智能網(wǎng)簽約用戶的時(shí)延感知；

（4）相比于傳統(tǒng)的TOP小區(qū)、TOP用戶優(yōu)化等方案，具有見(jiàn)效快，成本省，提升范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

該方案為優(yōu)化方案，僅需要進(jìn)行IMS側(cè)、MME側(cè)和eNodeB側(cè)參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，無(wú)需進(jìn)行硬件改造或者軟件版本升級(jí)，無(wú)需額外花費(fèi)成本。在現(xiàn)網(wǎng)推廣實(shí)施中，截止3月13日，VOLTE用戶的語(yǔ)音接通時(shí)延顯著降低，從2月11日的3 497 ms，降低到3月13日的3 354 ms，縮短143 ms，效果顯著。