一種5G語音EPSFB接續(xù)時(shí)延分段分析解決方案

任雨樵，王君誠

（1.中國移動(dòng)通信集團(tuán)公司，北京 100033；2.中國移動(dòng)通信集團(tuán)安徽有限公司，安徽 合肥 230061）

0 引言

過去幾年，圍繞LTE語音曾經(jīng)出現(xiàn)過多種觀點(diǎn)、技術(shù)和演進(jìn)路線，最終選擇了基于IMS的VoLTE（Voice over LTE）。中國移動(dòng)2020年全網(wǎng)商用5G網(wǎng)絡(luò)，在5G建網(wǎng)初期，由于覆蓋不全，無法在用戶移動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)完全基于5G網(wǎng)絡(luò)的語音連續(xù)性保障，因此，5G語音通話通過回落到4G的VoLTE方式（EPS FB）完成。伴隨5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和覆蓋提升，5GEPS FB語音可以平滑演進(jìn)到VoNR（Voice over NR）[1]。

1 5G語音EPSFB業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)感知痛點(diǎn)

1.1 5G語音EPSFB業(yè)務(wù)流程

圖1 EPSFB業(yè)務(wù)流程

EPS FB即EPS Fallback，即當(dāng)用戶在5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)起通話或接聽電話時(shí)，先回落到4G網(wǎng)絡(luò)，由VoLTE承載語音業(yè)務(wù)，當(dāng)用戶通話結(jié)束后，自動(dòng)返回到5G網(wǎng)絡(luò)駐留。3GPP TS23.502描述了EPS fallback for IMS voice流程圖。一個(gè)完整的EPS Fallback電話，涉及IMS PDU激活、SIP注冊、5G到4G的切換、IMS語音、4G到5G的切換、TAU、空閑態(tài)SR等流程。

Step1：UE注冊SA，發(fā)起主叫MO或被叫MT流程；

Step2：NG RAN發(fā)起PDU Session更新，建立語音的QoS；

Step3：NG RAN已經(jīng)配置了支持EPS FB能力，所以觸發(fā)EPS FB；

Step4：NG RAN拒絕PDU Session更新流程；

Step5：NG RAN發(fā)起handover或系統(tǒng)間重定向流程釋放AN；

Step6a：如果5G SA發(fā)起EPS handover，或者網(wǎng)絡(luò)支持N26接口的重定向，則UE應(yīng)該發(fā)起TAU流程；

Step6b：如果是網(wǎng)絡(luò)不支持N26接口的重定向，則UE發(fā)起request type ="handover"的ATTACH和PDN連接請求；

Step7：完成EPS的切換/重定向流程后，SMF/PGW重新發(fā)起IMS專有承載的建立，映射5G Qos和EPC QoS參數(shù)；

Step8：EPS FB成功，繼續(xù)建立IMS語音通話流程。

1.2 5G語音EPSFB業(yè)務(wù)痛點(diǎn)

5G SA具有組網(wǎng)簡單、體驗(yàn)更優(yōu)、網(wǎng)絡(luò)資源組合更靈活等優(yōu)點(diǎn)，但SA網(wǎng)絡(luò)商用初期采用的語音EPSFB業(yè)務(wù)跨越4G/5G無線、4G/5G核心網(wǎng)和IMS網(wǎng)絡(luò)共5域，由于引入EPS回落流程，使得EPSFB業(yè)務(wù)感知與傳統(tǒng)4G VoLTE語音體驗(yàn)有一定差距，影響5G用戶感知和滿意度。

圖2 5G語音EPS Fallback業(yè)務(wù)流程涉及4G/5G無線及核心網(wǎng)，IMS共5域

電信運(yùn)營商在保障5G EPSFB語音業(yè)務(wù)感知問題上面臨的主要痛點(diǎn)：一是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，無線網(wǎng)和核心網(wǎng)主設(shè)備軟參配置、定時(shí)器等需要充分磨合，以應(yīng)對不同場景中的語音連續(xù)性需求。二是終端產(chǎn)業(yè)化往往落后于網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，因此在5G SA商用后1～2年內(nèi)，會(huì)有比較突出的終端和網(wǎng)絡(luò)適配性問題，表現(xiàn)在編解碼協(xié)商、軟件BUG等方面。三是EPS FB業(yè)務(wù)流程長，接口多，涉及網(wǎng)元跨域，一旦出現(xiàn)語音通話問題，傳統(tǒng)的定位手段依靠端到端廠家協(xié)同抓包分析，投訴處理和問題處理效率低下，難以滿足用戶需求。四是針對用戶感知最明顯的EPSFB接續(xù)時(shí)延，傳統(tǒng)網(wǎng)管手段僅支持輸出總時(shí)延，現(xiàn)網(wǎng)缺乏有效手段和工具針對EPSFB語音接續(xù)時(shí)延開展建模和統(tǒng)計(jì)，EPSFB語音接續(xù)時(shí)延沒有抓手[2]。

2 EPSFB語音時(shí)延分段解決方案

2.1 EPSFB語音時(shí)延分段思路

跨域給了時(shí)延分段天然的分析方向，除統(tǒng)計(jì)整體接續(xù)時(shí)延之外，細(xì)分每個(gè)域每一段信令流程時(shí)延，方便電信運(yùn)營商內(nèi)部優(yōu)化人員高效、精準(zhǔn)定位時(shí)延質(zhì)差問題點(diǎn)。EPS FB時(shí)延是指從主叫發(fā)起呼叫（INVITE消息）到主叫收到振鈴消息（180 Ringing）的時(shí)間間隔。與VoLTE業(yè)務(wù)相比，接續(xù)時(shí)延新增了回落階段，本方案主要針對回落時(shí)延進(jìn)行切片分段分析。

2.2 EPSFB語音時(shí)延分段方案

將EPS FB接續(xù)時(shí)延按照業(yè)務(wù)流程分成主叫接入、被叫接入、被叫資源響應(yīng)和媒體協(xié)商四個(gè)階段，其中，主叫接入和被叫接入中包含了EPS FB流程中最重要也是最核心的環(huán)節(jié)：主叫回落和被叫回落。

下面將以主叫回落為例，將業(yè)務(wù)流程分成如下四個(gè)步驟：

圖3 流程圖

步驟101：根據(jù)用戶呼叫信令中的用戶唯一標(biāo)識（包括但不限于IMSI、MSISDN等標(biāo)識）關(guān)聯(lián)用戶呼叫流程所有信令。根據(jù)用戶呼叫信令中的時(shí)間戳標(biāo)記每一條信令在信令捕獲點(diǎn)的準(zhǔn)確時(shí)間。

步驟102：根據(jù)用戶因呼叫發(fā)起的第一條INVITE消息到達(dá)PSBC標(biāo)記呼叫開始時(shí)間為C1。

步驟103：根據(jù)5GC核心網(wǎng)向基站發(fā)起語音專載建立請求消息標(biāo)記時(shí)間為C2。此后5G無線基站因無法提供語音專載服務(wù)而向5GC核心網(wǎng)回復(fù)準(zhǔn)備回落的消息標(biāo)志著EPS回落流程開始。

步驟104：根據(jù)5G無線基站支持回落方式的不同5G無線基站可能發(fā)起切換回落或重定向回落，以下將步驟104分為104-A代表切換回落流程和104-B代表重定向回落流程闡明分段時(shí)延統(tǒng)計(jì)方法。

步驟104-A1：根據(jù)5G無線基站發(fā)起的切換請求消息標(biāo)記切換回落流程開始時(shí)間CA3。此后5GC核心網(wǎng)會(huì)將用戶上下文信息由N26口傳遞給4G核心網(wǎng)，由4G核心網(wǎng)向4G基站請求無線資源的準(zhǔn)備，準(zhǔn)備完成后4G核心網(wǎng)通知5G核心網(wǎng)4G無線資源準(zhǔn)備完成，5G核心網(wǎng)通知5G無線基站進(jìn)行切換。

步驟104-A2：根據(jù)5G核心網(wǎng)向5G無線基站發(fā)送的切換指令消息標(biāo)記5G到4G的切換準(zhǔn)備流程完成時(shí)間CA4。此后5G無線基站通知終端釋放5G無線信號并連接到目的4G無線信號，成功切換后終端經(jīng)4G無線基站向4G核心網(wǎng)發(fā)送切換通知消息。

步驟104-A3：根據(jù)終端向4G核心網(wǎng)發(fā)送的切換通知消息標(biāo)記切換執(zhí)行流程結(jié)束時(shí)間CA5。此后4G核心網(wǎng)通知5G核心網(wǎng)終端已成功切換回落到4G。

步驟104-A4：根據(jù)終端向4G核心網(wǎng)發(fā)送的跟蹤區(qū)更新請求消息標(biāo)記終端在4G的跟蹤區(qū)更新流程開始時(shí)間CA6。此后4G核心網(wǎng)完成終端在4G網(wǎng)絡(luò)中的跟蹤區(qū)更新的相關(guān)流程。

步驟104-A5：根據(jù)終端向4G核心網(wǎng)發(fā)送的跟蹤區(qū)更新完成消息標(biāo)記終端在4G的跟蹤區(qū)更新流程結(jié)束時(shí)間CA7。此后4G核心網(wǎng)將進(jìn)行專載建立流程。

步驟104-A6：根據(jù)4G核心網(wǎng)向4G無線基站發(fā)送的專載激活請求消息標(biāo)記專載激活流程開始時(shí)間CA8。此后4G無線基站進(jìn)行專載資源分配并建立專用承載。

步驟104-A7：根據(jù)4G無線基站向4G核心網(wǎng)發(fā)送的專載激活完成消息標(biāo)記專載激活流程完成時(shí)間CA9。至此，終端在5G進(jìn)行呼叫由切換回落方式回落至4G建立專載具備在IMS域接續(xù)呼叫條件的流程完全完成。

步驟104-B1：根據(jù)5G無線基站發(fā)起的因重定向釋放上下文消息標(biāo)記重定向回落流程開始時(shí)間CB3。此后終端將直接釋放5G無線資源并嘗試接入4G無線網(wǎng)絡(luò)。

步驟104-B2：根據(jù)終端經(jīng)4G無線基站向4G核心網(wǎng)發(fā)送的跟蹤區(qū)更新請求消息標(biāo)記終端重定向至4G網(wǎng)絡(luò)開始時(shí)間CB4。此后4G核心網(wǎng)將向5G核心網(wǎng)獲取用戶上下文并在4G網(wǎng)絡(luò)更新用戶上下文。

步驟104-B3：根據(jù)終端經(jīng)4G無線基站向4G核心網(wǎng)發(fā)送的路由區(qū)更新完成消息標(biāo)記終端重定向至4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)束時(shí)間CB5。

步驟104-B4：根據(jù)4G核心網(wǎng)向4G無線基站發(fā)送的專載激活請求消息標(biāo)記專載激活流程開始時(shí)間CB6。此后4G無線基站進(jìn)行專載資源分配并建立專用承載。

步驟104-B5：根據(jù)4G無線基站向4G核心網(wǎng)發(fā)送的專載激活完成消息標(biāo)記專載激活流程完成時(shí)間CB7。

回落到4G后開始在IMS域建承載和通話，跟VoLTE業(yè)務(wù)一樣，此文不在贅述。

3 EPSFB語音時(shí)延分段分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

（1）信令采集模塊。信令采集模塊部署在4G/5G網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)主設(shè)備側(cè)，采用分光技術(shù)將接口信令全量采集至數(shù)據(jù)庫，由信令采集系統(tǒng)分揀、解碼并關(guān)聯(lián)。5GC域至少需要采集N1/N2、N3、N11、N26接口，EPC域至少需要采集S1-MME、S5/S8、S11接口，IMS域至少需要采集Gm，Mw、Gx、Rx、ISC接口。

（2）時(shí)延建模模塊。以信令數(shù)據(jù)中的時(shí)間戳為準(zhǔn)標(biāo)記每條信令的時(shí)間，根據(jù)關(guān)鍵流程兩端信令的時(shí)間點(diǎn)計(jì)算關(guān)鍵流程的時(shí)延，最終匯總為EPS回落接續(xù)時(shí)延，通過中間件將后臺數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在可視化界面上，運(yùn)維工程師可通過界面進(jìn)行指標(biāo)查詢，分段時(shí)延將問題定界到網(wǎng)元，小區(qū)或終端。

（3）應(yīng)用可視化界面。本系統(tǒng)通過IMS、EPC、5GC、LTE、NR多域多接口的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)用戶EPS Fallback接續(xù)時(shí)延分段可視可定界，構(gòu)建回落與呼叫端到端關(guān)聯(lián)的感知模型，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)定界以及用戶投訴的溯源定界支持能力。部署可視化界面，生成網(wǎng)元、終端、行政區(qū)域以及小區(qū)等維度的各分段時(shí)延統(tǒng)計(jì)，可生成預(yù)設(shè)的時(shí)間粒度內(nèi)的各維度的各分段時(shí)延統(tǒng)計(jì)，可生成單用戶流程化的呼叫信令及每條信令的時(shí)間。

4 結(jié)束語

本文提出的語音接續(xù)時(shí)延分片分段分析方案，可對VoNR業(yè)務(wù)的時(shí)延分析起到重要的啟發(fā)和借鑒作用。在未來，中國移動(dòng)還將通過大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新，持續(xù)提升5G用戶體驗(yàn)和運(yùn)營效率，向數(shù)智化運(yùn)營轉(zhuǎn)型邁出堅(jiān)定的步伐。■