VoLTE容灾机制研究及优化方案

朱玉峰，黄耀军，唐子民

（中国移动通信集团公司广东有限公司深圳分公司，深圳 518048）

VoLTE是基于LTE网络为用户提供高质量语音业务的技术，作为国内运营商应对OTT挑战的关键技术，对运营商的战略转型有着不同寻常的意义。随着各大运营商对VoLTE的快速部署，VoLTE网络已经初具规模，但由于新技术的复杂性以及建设部署中的不确定性，当前VoLTE网络建设中如何保障网络的健壮性，快速定位故障原因、抢通业务依然是网络运维工作中面临的巨大挑战，首先了解一下VoLTE现网组网方案及容灾机制原理。

1 组网方案及容灾情况

1.1 网络拓扑图

VoLTE容灾范围包括EPC、CS和IMS 3个网络域。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，其拓扑结构如图1所示。

图1 VoLTE网络拓扑

1.2 容灾总体原则

当IMS网络中某个网元故障后，通过采用容灾倒换机制，使网络中其它同类网元接管故障网元的业务，在这个过程中可能会造成一定的业务损失，因此需要对容灾倒换产生的用户体验提出要求。

当IMS网络中某个网元故障恢复并承载业务后，通过采用容灾倒回机制，使网络中一定范围内同类网元的部分业务快速迁移至这个网元上，因此需要对容灾倒回可迁移的业务量和所需时长提出要求。

2 IMS的故障检测

IMS域中使用SIP协议通信的网元的故障检测基于SIP协议的OPTIONS消息，使用此故障检测方式的IMS网元包括VoLTE SBC、I-CSCF、S-CSCF、MGCF、VoLTE AS（TAS、SCC AS）。IMS域 其 它网元采用各自原有故障检测方式，此处不赘述。适用于Mw、ISC、Mg等接口网元。

IMS域故障检测流程如图2所示。

图2 IMS域故障检测流程

步骤1：源节点网元发送至目的节点网元的REGISTER、INVITE、MESSAGE等SIP消息。

步骤2：在t1时间内未收到响应，源节点网元启动向目的节点网元的OPTIONS检测（检测周期和次数可配置）。

步骤3：检测后，未收到目的节点网元任何响应，判断目的节点网元故障，移入黑名单，在检测到故障恢复之前，任何消息均不发送至此网元。

步骤4：源节点网元可选等待t3时间后，启动OPTIONS检测（检测周期和次数可配置），确定目的节点网元故障是否已恢复。

步骤5：源节点网元收到目的节点网元的200 OK响应。

步骤6：源节点网元判断目的节点网元故障恢复，将其移出黑名单。

3 IMS容灾机制分析

目前的IMS容灾主要基于OPTIONS信息检测，实现全网网元级别的容灾备份，但是还存在如下不确定因素。

（1）检测机制可以实现故障网元的快速隔离，对于非注册类网元，可以完美实现业务的快速容灾切换；对于保存用户信息的注册类网元，可以保证新注册用户业务正常，但是对于已注册用户，如无主动操作，可能会影响用户的被叫业务，如SBC类网元。

（2）假活场景的存在，导致网元可以正常响应OPTIONS消息，但是无法正常提供业务，容灾检测机制失效，需要通过人工干预实现隔离。

（3）IMS网络路由高度依赖ENS的地址解析翻译，ENS故障可能会导致整个IMS网络的瘫痪，考虑到网元的重要性，需要增加ENS网元的容灾备份冗余度。

综上，考虑到以上存在的问题和因素，容灾机制还存在缺陷和不足，一旦检测机制无法生效，鉴于VoLTE网络的复杂性，大大增加了故障定位的难度和业务抢通的时间，严重影响用户业务感知。基于以上原因，我们对VoLTE业务流程研究和梳理，提出了一种利用CS网络在业务层面实现VoLTE网络容灾的方案。

4 基于业务层面的VoLTE网络容灾方案

VoLTE注册：VoLTE用户使用VoLTE终端在EPC、IMS网络完成附着和注册，为后续呼叫等IMS多媒体业务提供基础。VoLTE注册完成后EPC网络建立IMS信令缺省承载通道，用户获取IMS网络P-CSCF地址，P-CSCF、S-CSCF 均保存用户信息。

图3 VoLTE呼叫及被叫锚定流程

锚定：为了保证用户业务一致性，VoLTE用户的业务处理需要锚定到IMS域处理。由于主叫补充业务相对较少，中国移动采用“主叫不锚定，被叫锚定”的方案，即VoLTE用户作为被叫一定要经过IMS域处理，特别是主叫从CS网络发起呼叫时。具体业务流程如图3所示。

5 容灾原理

（1） VoLTE用户正常主叫呼叫流程是通过EPC网络进入本地IMS网络，通过在SAEGW上关闭IMS APN的方式，可以将主叫呼叫流通过CSFB方式流入本地CS网络，实现这部分用户主叫业务的容灾。

（2） VoLTE用户做被叫，主叫用户起呼于CS网络，被叫呼叫流进入IMS网络是通过被叫锚定进入IMS网络，通过关闭被叫锚定可以使被叫流程不再经过IMS域处理，实现容灾。

（3） 通过以上两种方式，关闭进入IMS核心网的两个入口，实现将VoLTE用户切换回CS网络，主被叫都不再经过IMS域处理，具体如图4所示。

6 实施效果验证

2017年3月，某地运营商部分客户无法正常拨打接听电话，提示“用户正忙”，故障位置不集中，客服引导投诉用户通过短信取消VoLTE功能后，用户主被叫通话恢复正常；投诉量迅速增加，故障矛头直指VoLTE网络，由于故障位置不集中，且网元运行无明显异常，维护人员无法在短时间内定位故障原因，此时为保障用户正常通话，启动强制用户CSFB方案，操作实施10min内迅速恢复用户语音业务，取得了很好的业务抢通效果。

图4 容灾原理图

7 总结

CSFB容灾方案实现了极端情况下通过CS网络对IMS业务的快速容灾，能有效阻断本地PS网络和CS网络语音呼叫流，达到了提升VoLTE业务运维能力和用户业务感知的目的。但是不可否认的是，本方案也还存在一些不足，如无法实现异地VoLTE用户呼叫本地VoLTE用户的业务抢通。VoLTE 的建设还需要更多更深入的研究，各类用户体验还需要不断地提升和优化，此文旨在抛砖引玉，借此问题的分析，希望能够为网络运维能力的提升提供一种新的思考方式和角度。

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