VoLTE呼叫端到端接通时延分布分析

1 引言

VoLTE的呼叫接续时长大幅缩短，VoLTE比CS呼叫缩短一半以上，因此用户感知时延非常明显。目前，某省移动外场测试时可以感受到呼叫建立时延更短，第一条ONVITE接入消息到终端接收到网络侧下发的SIP180Ring消息之间的时间差，在理想情况下VoLTE呼叫VoLTE的通话平均接通时延可以达到2s左右，而2G时代在6～7s，用户感知为秒通。但由于VoLTE网络结构复杂，从运营商角度来看，涉及到新增或升级改造的配套网络设备繁多，各设备存在大量的调测任务，在VoLTE网络建网初期不但难以达到VoLTE的1～2s级别的接通时延要求，甚至还有可能远大于传统2G/3G的接通时延标准。因此，VoLTE业务端到端接通时延分析在VoLTE网络建设演进中起着不可或缺的作用，对于用户感知指标的分析非常必要。

2 VoLTE接通时延分布分析案例

2.1 分析场景描述

根据LTE用户呼叫业务特点，可以将VoLTE用户的呼叫场景分为VoLTE呼叫VoLTE、VoLTE呼叫CS（被叫为CS用户）、VoLTE呼叫CS（域选到CS）、CS呼叫VoLTE、CS呼叫CS等业务场景。将VoLTE呼叫VoLTE的呼叫接通时延划分成10个阶段，分别是主叫默认承载建立时延、主叫专用承载建立时延、主叫IMS域呼叫建立时延、局间建立时延、被叫IMS域呼叫建立时延、被叫寻呼时延、被叫默认承载建立时延、被叫专用承载建立时延、媒体协商时延、振铃触发时延。其它呼叫场景也可以根据其特点进行此方式的时延分段分类。

2.2 时延分布分析测试报告

通过采集EPC域的S1-MME、S11、S6a接口信令数据，IMS域Gm、Mw、Isc、Mg、Mj、Cx、Sh等接口信令数据，PCC域Rx、Gx接口信令数据进行LTE用户呼叫端到端感知时延分析。此次在某省移动分析采集数据过程，是在现有采集设备范围内，基于12月14日0点—12月15日0点共可以得到104次VoLTE用户呼叫VoLTE用户的端到端关联完整记录，其10段时延分布统计值参见表1。从表1可以看到，VoLTE呼叫VoLTE现网的呼叫平均接通时延为4.075s。

表1 VoLTE接通时延值统计

2.3 接通率各项时延指标定义和问题分析

VoLTE呼叫接通时延定义，即从主叫终端发起SIP INVITE消息到接收到网络侧下发的SIP180Ring消息之间的时间差值。当主叫终端处于空闲状态时，由于有业务要传输，终端将首先发起随机接入消息，Service Request流程，回到RRC连接态，然后再发送SIP INVITE消息建立会话连接。此时，VoLTE呼叫接通时延计算是从主叫终端发起ServiceRequest消息到接收到网络侧下发的SIP180Ring消息之间的时间差，每个阶段具体时延情况如下：

（1）主叫默认承载建立时延

指主叫用户在LTE空闲状态下发起一次VoLTE呼叫，建立或恢复QCI=5的承载过程。主叫用户发出Invite消息表示主叫默认承载建立完成，此分段时延可以评估用户发起呼叫后在LTE网络中起始准备过程的时延长短。

由于现有采集数据缺少EPC的信令，所以此次VoLTE端到端时延分析暂时无法完成这部分的评估。

（2）主叫专用承载建立时延

指主叫SBC收到主叫用户的建立一次VoLTE会话请求后，启动Precondition（资源预留），发起QCI=1、2的专用承载建立过程。此分段时延可以评估主叫侧PCC域AF会话建立引起的IP-CAN会话修改时延，主叫侧手机终端对专用承载建立的反应过程时延。

在104次V-V呼叫中，主叫默认承载建立时延变化较大，最大的为803.96ms，很大程度影响到了该次呼叫接通时延体验（见表2）。

（3）主叫IMS域建立时延

指主叫侧PCSCF从Gm接口收到Invite消息，SIP信令消息开始在IMS域核心网内进行业务触发的过程时延，一直到最后一个AS返回Invite消息为止。此分段时延从总体上对主叫IMS一列SIP信令初始处理过程总时延进行评估，根据用户签约业务不同，IMS域建立时延也会相差较大，同时也可以考察ISBG、AS对SIP信令消息的处理性能。

主叫IMS域建立最小时延和最大时延的区别在于IMS域几个接口交互过程中网元对SIP信令的处理转发的时延不同，正常情况网元对SIP信令消息处理转发时延可以在10ms左右，而极端情况下达到了几十毫秒，由于IMS域信令过程繁琐，累积下来时延就变得很大。最大时延流程如图1所示。

（4）局间建立时延

表2 主叫专用承载建立时延统计

图1 主叫IMS域建立时延164ms流程图

主要指主叫SCSCF到被叫ICSCF、被叫SCSCF之间信令路由过程时延。此分段时延可以评估查询DNS路由ICSCF过程时延、查询HSS选择SCSCF过程时延、本地局间或长途信令网的传输时延、主被叫SCSCF局间信令处理时延（见图2）。

（5）被叫IMS域建立时延

与主叫IMS域建立时延过程相反，指Invite初始会话消息到达被叫SCSCF后在被叫IMS核心网进行签约业务触发控制，一直到经过被叫Gm接口转出Invite的时延。此外，被叫IMS域建立过程中增加了被叫用户域选过程时延（见表3）。

图3是被叫IMS域建立时延2000.2ms流程图，可以看到在域选过程中耗费了较长的时延。

（6）被叫寻呼时延

被叫侧EPC向处于空闲态的被叫用户发送Invite消息，由于被叫用户处于空闲态，所以被叫侧EPC触发寻呼过程，寻呼处于空闲态的被叫用户。此分段时延可以评估VoLTE呼叫的LTE寻呼时延，评估LTE系统寻呼机制是否合理。

（7）被叫默认承载建立时延

指被叫用户收到寻呼消息后，触发RRC连接、安全模式、建立或恢复QCI=5的承载过程时延。此分段时延可以评估被叫用户所在LTE网络对VoLTE呼叫起始准备过程的时延长短。

由于此次某省移动现有采集数据缺少EPC的信令数据，所以此次VoLTE端到端时延分析暂时无法完成被叫寻呼时延、被叫默认承载建立时延的单独分段分析，但可以将被叫寻呼时延、被叫默认承载建立时延合并一块评估。

由于被叫寻呼时延的不可预知性，此阶段过程会对整个端到端接通时延造成比较大的影响：

（8）被叫专用承载建立时延

被叫SBC收到被叫用户的183会话正在处理消息后，启动Precondition（资源预留），发起QCI=1、2的专用承载建立的过程。此分段时延可以评估被叫侧PCC域AF会话建立引起的IP-CAN会话修改时延，被叫手机终端对专用承载建立的反应过程时延。

（9）媒体协商时延

指被叫侧IMS网络返回给主叫侧183消息携带SDP媒体资源协商内容，一直到主叫侧收到媒体协商过程完成消息的时延过程。此分段时延可以评估主叫侧被叫侧资源预留过程时延，VoLTE中各网元对媒体协商过程的处理转发时延，终端对媒体协商处理的反应时延，临时响应可靠性确认流程时延。

图2 局间建立时延流程图

表3 被叫IMS域建立时延统计

图3 被叫IMS域建立时延2000.2ms流程图

振铃触发时延指媒体协商资源预留完成之后，被叫手机触发180振铃消息，一直到主叫手机收到振铃消息为止的过程时延。此分段时延主要考察彩铃触发过程的时延长短，如果没有彩铃，此段时延通常会很短。

没有彩铃过程的振铃触发时延通常在20ms左右，只是SIP消息正常的转发时延长短。

图4（见正文后）是104次端到端关联记录存在彩铃过程的一次呼叫流程图，其振铃触发时延较大，为2551.12ms。

3 结束语

由于VoLTE业务复杂繁琐的信令流程交互，分析VoLTE呼叫端到端时延显得尤为重要，VoLTE呼叫端到端时延分析是端到端质量分析研究的一部分，以此为基础建立VoLTE呼叫多接口关联分析体系，形成VoLTE多接口关联分析工具，满足快速定位问题、解决问题的维护要求。在得到用户实际体验到的VoLTE业务接通时延数据后，进行深入挖掘分析，分不同阶段对接通时延进行专项细化，梳理评估各阶段的时延情况，对影响接通时延的问题进行分类专项的优化分析定位。

评估优化分析包括：是否出现由于Invite信令丢失多次重发导致时延过长；是否是终端芯片不同导致接通时延不同；是否LTE侧承载建立更新影响接通时延长短；是否IMS网元业务触发控制导致接通时延变长；是否PCC域策略控制影响接通时延长短；是否智能网业务触发时延长；是否局间路由过程导致接通时延变长；是否因为被叫寻呼时长过长影响接通时延；是否被叫域选过程设置不合理影响接通时延体验；是 否 资源预留时长过长；是否VoLTE高清彩铃流程触发影响接通时延体验等。

通过对VoLTE业务各阶段的时延消耗具体分布分析，可以快速定位影响用户感知的网络问题；另外，通过大量的VoLTE呼叫端到端关联数据验证，可尽快确立各阶段时延基础推荐值，形成VoLTE呼叫端到端时延分析标准，提升用户感知满意度。

图4 端到端关联记录彩铃过程的呼叫流程图