基于信令定位解決多次換卡導(dǎo)致的用戶VoLTE 功能異常問題

［潘平］

1 問題背景

VoLTE 全稱叫Voice over LTE，是一項基于IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）的語音業(yè)務(wù)，采用SIP 協(xié)議進行端到端的呼叫控制。VoLTE 的語音作為IP 數(shù)據(jù)傳輸，無需2G/3G 網(wǎng)，全部業(yè)務(wù)承載于4G 網(wǎng)絡(luò)上，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)與語音業(yè)務(wù)在同一無線網(wǎng)絡(luò)下進行傳送[1]。

VoLTE 語音編碼包括AMR-WB 和AMR-NB 兩種語音編碼方式，最大編碼速率23.84 kbit/s。其中AMR-WB有9 種編碼速率：23.85 kbit/s 至6.6 kbit/s；AMR-NB 有8 種編碼速率：12.2 kbit/s 至4.75 kbit/s。而2G 語音編碼編碼速率13 kbit/s 至6.5 kbit/s，VoLTE 最大編碼速率高于2G，故能提供相比2G 網(wǎng)絡(luò)更清晰的語音通話質(zhì)量。

用戶（188*****000）（見表1），使用HUAWEI Mate 40 Pro 全網(wǎng)通版終端進行業(yè)務(wù)撥打測試，該終端支持VoLTE 高清語音功能，但在日常測試中發(fā)現(xiàn)該號碼語音質(zhì)量出現(xiàn)異常下降。通過測試軟件導(dǎo)出通話測試數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)7 月6 日晚上開始，該測試號碼未能正常使用VoLTE進行高清語音通話業(yè)務(wù)，而是通過CSFB 回落到GSM 網(wǎng)絡(luò)進行通話。因GSM 語音編碼速率最大13 kbit/s，相比VoLTE 的23.85 kbit/s 低很多，在語音編解碼技術(shù)上本身存在明顯差距[2]，同時近年運營商GSM 網(wǎng)絡(luò)運維資源大量減少，相比LTE 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差距較大，導(dǎo)致測試號碼的語音質(zhì)量指標(biāo)明顯下降。

表1 測試號碼通話記錄

2 問題排查分析

通過排查測試號碼所在位置信號強度、干擾底噪和基站故障等無線網(wǎng)絡(luò)情況，結(jié)合分析信令平臺異常錯誤碼，關(guān)聯(lián)問題時段測試號碼的相關(guān)業(yè)務(wù)操作記錄等，找出問題方向，逐步深入定位和排查問題。

2.1 無線網(wǎng)絡(luò)問題分析

測試號碼在室內(nèi)進行撥測，信號強度RSRP=-82 dBm，SINR=23 dB，上行底噪-112 dBm，無線信號強度和質(zhì)量均良好，同時核查占用基站無故障，基本排除無線網(wǎng)絡(luò)問題。

2.2 信令平臺分析

由于IMS 負(fù)責(zé)VoLTE 呼叫的端到端控制，因此號碼如果要正常使用VoLTE功能，前提條件是需要在IMS 網(wǎng)絡(luò)成功注冊，流程包括初始注冊或重注冊，兩者之一成功都表示號碼在IMS 網(wǎng)絡(luò)正常注冊[3]。

從前述測試號碼的通話測試數(shù)據(jù)可知（見表2），測試號碼在7 月6 日14:34 以前可正常使用VoLTE，之后才出現(xiàn)異常轉(zhuǎn)為CSFB 進行通話。故從信令平臺查看7 月6 日測試號碼IMS 注冊情況，發(fā)現(xiàn)從7 月6 日15:01 開始，測試號碼發(fā)起IMS 注冊一直失敗，導(dǎo)致VoLTE 不可用。注冊失敗錯誤碼均為：Querysdbnouserifcdata，提示未查詢到號碼ifc數(shù)據(jù)。故問題排查方向指向測試號碼IMS 數(shù)據(jù)存在異常。

表2 測試號碼7 月6 日IMS 注冊情況

2.3 VoLTE 用戶數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)元和查詢機制

歸屬用戶服務(wù)器（HSS）設(shè)備是IMS 用戶歸屬網(wǎng)絡(luò)中存儲用戶號碼信息的核心數(shù)據(jù)庫，主要用來存儲IMS 域內(nèi)與用戶和業(yè)務(wù)相關(guān)的信息。應(yīng)用服務(wù)器（AS）提供業(yè)務(wù)邏輯處理功能，為用戶提供IMS 多媒體業(yè)務(wù)[4]。

AS 通過Sh 接口與HSS 交互[5]。Sh 接口采用Diameter協(xié)議，通過Diameter Request/Answer消息傳遞用戶數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)[6]（見圖1）。Sh 接口操作有：

圖1 VoLTE 用戶數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)元和接口協(xié)議

（1）數(shù)據(jù)處理流程，包括：

①AS 從HSS 中下載數(shù)據(jù)（Sh-Pull）；

②AS 更新HSS 中的數(shù)據(jù)（Sh-Update）；

（2）訂閱/通知流程，包括：

①AS 訂閱HSS 關(guān)于數(shù)據(jù)變更的通知（Sh-Subs-Notif）；

②HSS 通知AS 數(shù)據(jù)發(fā)生變更（Sh-Notif）。

AS 通過Sh-Update 流程，基于每個IMPU 或者PSI，更新HSS 中保存的用戶透明數(shù)據(jù)。AS 可以通過Sh-Update流程更新HSS 中的PSI 的激活狀態(tài)。AS 可以通過Sh-Update 流程更新HSS 中的DSAI。

該流程中使用的Diameter消息有Profile-Update-Request（PUR）和Profile-Update-Answer（PUA）。其中Profile-Update-Request 用于AS 向HSS 發(fā)起數(shù)據(jù)更新請求，請求消息中通過User-Data AVP 攜帶最新透明數(shù)據(jù)。Profile-Update-Answer 用于HSS 向AS 返回請求執(zhí)行結(jié)果。

由于號碼數(shù)據(jù)存儲在HSS 中，故重點排查異常號碼所在的HSS 網(wǎng)元問題。

2.4 關(guān)聯(lián)測試號碼問題時段操作記錄

排查7 月6 日測試號碼業(yè)務(wù)辦理記錄，發(fā)現(xiàn)在7 月6日15:00:36秒，也就是IMS初始注冊失敗前1分鐘，做了“空白卡補卡”業(yè)務(wù)（更換USIM 卡），懷疑該換卡操作導(dǎo)致IMS 數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，引發(fā)VoLTE 功能不可用（如圖2 所示）。

圖2 測試號碼問題時段操作記錄

為進一步確認(rèn)是否換卡操作導(dǎo)致出現(xiàn)該問題，選取其它測試號碼進行驗證，發(fā)現(xiàn)在多次辦理換卡業(yè)務(wù)后，會出現(xiàn)同類問題。以另一測試號碼188*****995 為例：

該測試號碼在8 月4 日和8 月5 日做了2 次補卡操作，8 月5 日15:12 補卡后，15:16 開始就一直IMS 注冊失敗，原因為Query sdb no user ifc data，跟前述測試號碼現(xiàn)象完全一致（如圖3、4 所示）。

圖3 同類問題測試號碼業(yè)務(wù)辦理記錄

圖4 同類測試號碼IMS 注冊情況

由此確認(rèn)，該問題與更換USIM 卡（換卡不換號碼）業(yè)務(wù)操作存在明顯相關(guān)性。聯(lián)合愛立信設(shè)備廠家排查，最終定位為HSS 網(wǎng)元在換卡過程中，存儲和清理用戶透明數(shù)據(jù)的機制存在缺陷。在同一號碼多次換卡后，VoLTE 相關(guān)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，導(dǎo)致IMS 注冊失敗，VoLTE 業(yè)務(wù)不可用。

HSS 存儲清理透明數(shù)據(jù)詳細(xì)機制：目前HSS 只會對處于IMS 注冊（reg）、IMS 去注冊（unreg）兩種狀態(tài)下的IMSI 號碼附著IMS 網(wǎng)絡(luò)時，會清理透明數(shù)據(jù)字段ImsRestdata舊的IMPI（IP Multimedia Private Identity，用于用戶號碼接入IMS 網(wǎng)絡(luò)的注冊，鑒權(quán)，認(rèn)證和計費，由歸屬網(wǎng)絡(luò)運營商定義的用戶身份標(biāo)識，具有全球唯一性），然后寫入新的IMPI。而對從未附著IMS 的號碼（not reg），則不會清理這個字段。當(dāng)號碼辦理換卡業(yè)務(wù)后，新SIM 卡對應(yīng)一個新的IMPI，因此每次換卡后首次注冊都是嶄新的未附著IMS 的狀態(tài)（即not reg），從而會將新的IMPI 寫入ImsRestdata 字段，而舊的IMPI 數(shù)據(jù)一直堆積在ImsRestdata 中，導(dǎo)致ImsRestdata 越來越長。由于ImsRestdata 最長4 000 byte，每換一次卡會增加600 byte，同一號碼第7 次換卡會導(dǎo)致200 byte 的IMPI 數(shù)據(jù)溢出，導(dǎo)致IMPI 數(shù)據(jù)不完整，觸發(fā)IMS 注冊失?。ㄈ鐖D5 所示）。

圖5 號碼換卡時HSS IMS 數(shù)據(jù)存儲機制

針對測試號碼188*****000 進一步核查，發(fā)現(xiàn)該號碼從2010 年3 月1 日開始到本次出問題的2021 年7 月6 日15 點，剛好出現(xiàn) 7 次換卡操作，與理論分析吻合（如圖6所示）。

圖6 測試號碼換卡記錄

最終定位問題原因是號碼換卡業(yè)務(wù)觸發(fā)HSS 存儲IMPI 數(shù)據(jù)更新機制問題：每次換卡有新的IMPI 數(shù)據(jù)寫入透明數(shù)據(jù)字段ImsRestdata，但是不清除舊數(shù)據(jù)。換卡達到7 次后，透明數(shù)據(jù)字段ImsRestdata 溢出，用戶IMPI數(shù)據(jù)異常，導(dǎo)致測試號碼附著IMS 失敗，無法正常使用VoLTE。

3 解決方案和規(guī)避措施

3.1 問題解決方案

測試號碼188****000在8 月10 日09:59:30，通過重置用戶數(shù)據(jù)（HLR重置），清理ImsRestdata字段，解決數(shù)據(jù)溢出問題。觀察信令，在10:05，測試號碼IMS注冊成功，恢復(fù)VoLTE功能（如圖7、8 所示）。

圖7 重置測試號碼數(shù)據(jù)（HLR 重置）

3.2 后續(xù)規(guī)避措施

本案例發(fā)現(xiàn)多次更換SIM 卡導(dǎo)致的用戶VoLTE 功能不可用問題，通過在換卡流程中增加重置用戶數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，即在每次換卡業(yè)務(wù)后都做一次重置HLR 數(shù)據(jù)，可以清除用戶透明數(shù)據(jù)字段ImsRestdata，避免堆積溢出。

圖8 測試號碼在10:05 分開始正常注冊IMS 網(wǎng)絡(luò)

4 全網(wǎng)同類問題排查和調(diào)整優(yōu)化效果驗證

通過信令平臺篩選出“SIP 首拆Warning 警告正文：Querysdbnouserifcdata”類型的初始注冊失敗用戶號碼，找到204 個同類失敗號碼（172 個4G，32 個5G）。

在8 月18 日對該批問題用戶進行用戶數(shù)據(jù)重置（HLR重置）。對比8 月17 日和8 月19 日注冊失敗統(tǒng)計，該類注冊失敗錯誤碼問題從17579 次下降至739 次，問題基本得到解決，效果明顯（如圖9 所示）。

圖9 全網(wǎng)同類問題處理效果

5 經(jīng)驗總結(jié)與分享

本文通過研究用戶無法使用VoLTE 高清語音的問題，結(jié)合信令平臺分析該號碼語音業(yè)務(wù)使用異常變化的時間點（VoLTE、純2G 或者CSFB），找出問題對應(yīng)的錯誤碼，進一步關(guān)聯(lián)觸發(fā)問題的相關(guān)操作記錄，最終找到問題癥結(jié)所在。同時總結(jié)單個問題號碼的信令特征，通過信令平臺找出全網(wǎng)同類問題進行統(tǒng)一優(yōu)化處理，有效改善全網(wǎng)用戶語音感知。整個案例定位過程循序漸進、抽絲剝繭，解決方法由點及面，可為行業(yè)工程師提供類似問題排查經(jīng)驗和參考方法。