VoLTE语音接通时延感知提升的优化策略研究*

刘雪春

（浙江邮电职业技术学院，浙江 绍兴 312366）

0 引 言

VoLTE（Voice over LTE，长期演进语音承载）是4G高清语音最佳解决方案，具有接通时延短、语音质量高等特点。VoLTE相对于传统的语音业务解决方案，最大的优势在于端到端的接通时延短，语音质量高。如何降低接通时延，体现VoLTE技术的优越性，对提升客户感知度、减少LTE网络信令消耗、提升网络性能具有重大的意义。

VoLTE语音接通时延，在人为感知角度上是指从主叫拨号到听到被叫回铃音的时长，信令角度上来看，是指从主叫手机发起业务请求（INVITE）到收到振铃消息（180 Ringing）的时间；VoLTE语音接通时延过长，会影响客户感知满意度[1]。

1 VoLTE呼叫时延影响因素分析

VoLTE呼叫时延影响因素主要有UE（User Equipment，用户设备）侧、无线侧、核心网及IMS侧。

在UE侧，VoLTE终端互拨与VoLTE终端拨打非VoLTE终端两种场景下比较，呼叫时延降低约50%；若被叫终端数据业务处于IDLE（空闲）态，VoLTE语音被叫时将发起RRC重建信令，来重建默认承载，从而导致呼叫时延增加；若被叫终端处于数据业务CONNECTED（连接）态，则不需RRC重建，呼叫时延缩短200～300 ms[2]。

在无线侧，由于无线环境复杂多变，覆盖问题、干扰问题及衰落等场景，会影响VoLTE语音业务性能，增加端到端的呼叫建立时延；TBS（Transport Block Set，传输块集）大小限制设置不当，影响SIP消息传输效率，增加eNodeB调度时延。上行BSR（Buffer Status Report，缓存状态报告）周期设置不当，会对上行调度效率产生影响，从而增加LTE系统的调度时延[2]。

核心网侧的MME（Mobile Managenment Entity，移动管理实体）寻呼参数如果设置不合理，将导致触发二次寻呼，从而增加VoLTE响应时延[2-3]。

IMS侧的智能业务，由于需要获取被叫精准位置信息，在用户连接态情况下，MME需要向eNodeB获取用户位置，增加时延900 ms左右。当用户处于空闲态时，还需对用户进行寻呼才能获取精确位置信息，耗时巨大。

为了改善全网VoLTE用户的语音接通时延感知，本文结合现网优化工程，对网络各种参数联动调整，创新性地提出了一种VoLTE端到端的语音接通时延优化方案。

2 优化策略方案

2.1 无线侧UE不活动定时器优化

2.1.1 优化思路

空闲态UE较连接态UE在VoLTE语音业务过程中增加的时延主要有两个方面：

（1）被叫寻呼响应时延：MME发送paging到被叫UE上发Service Request为止产生的时延，如图 1所示的 SEQ（Service and Experience Quality，客户体验管理系统）中的信令流程。

图1 SEQ平台中的寻呼信令流程图

（2）被叫Service Request过程：空闲态UE进行Service Request过程包括了RRC连接建立，UE上下文建立及资源重配等过程，需要消耗时长，而连接态不需要。UE空闲态和连接态信令流程对比见图2。

图2 UE空闲态和连接态信令流程对比

通过调整UE不活动定时器的时长，增加UE连接态的时长，减少空闲态寻呼响应时延及UE的Service Request的过程耗时，进而缩短VoLTE语音接通时延。

2.1.2 参数定义

UE不活动定时器（Ue Inactivity Timer）用来指示当不存在QCI1业务时，eNodeB监测UE收发数据。若UE一直无收发数据，且持续时间超过该定时器设置的时长，则释放该UE；此定时器如设置为0表示不限制；需要说明的是，该参数修改后，只对新接入的用户生效[4]。

该参数设置的越小，UE在没有业务情况下，越早被释放，会导致用户频繁发起RRC连接请求，且由于正常释放次数增多，会导致统计的掉话率等网络性能指标变好；该参数设置的值越大，UE在空闲态时，释放越迟，这样UE会更长地占用无线资源，且正常释放次数减少，会导致统计的掉话率等网络性能指标恶化。

2.1.3 参数调整策略

UE不活动定时器10 s调整为30 s，增加UE连接态的时长，减少空闲态寻呼响应时延及RRC连接建立时长，参数调整如图3所示。

图3 UE不活动定时器参数调整

2.2 无线侧寻呼参数优化

2.2.1 优化思路

在LTE中，寻呼消息是由PDSCH（Physical Downlink Shared CHanne，物理下行共享信道）承载，寻呼标识在常规的PDCCH（Physical Downlink Control Channel，物理下行控制信道）上承载。UE周期性监听PDCCH，若从PDCCH信道上解调出P-RNTI（Paging Radio Network Temporary ID，寻呼无线网络临时标识），表示UE需接收与之对应的PDSCH，通过PCH（Paging CHannel，寻呼传输信道）的参数解析从PDSCH上接收到的数据块，从而获取寻呼消息[5]。

在LTE的协议中，SFN（System Frame Number，系统帧号）重复的周期为256个帧（编号为0～255）。每个SFN由10个子帧组成（编号为0～9），每个子帧1ms。PF（Paging Frame，寻呼帧）对应一个LTE无线帧，PO（Paging Occasion，寻呼时刻）对应无线帧中某个子帧，通过PF、PO和UE的IMSI，确定终端在哪个PF的PO中（即哪个无线帧中的哪个子帧）监听寻呼消息。对于一组UE，PF和PO的值与DRX（Discontinuous Reception，非连续性接收）周期内PDCCH在时频资源上的无线帧和子帧的位置相对应。终端监听寻呼消息的周期越短，终端响应寻呼时延越短。PF与PO主要由T与nB两个参数决定，并在SIB2中通知UE，如图4所示。

图4 SIB2内容

2.2.2 参数定义

T为寻呼周期，取值为｛32、64、128、256｝个无线帧。其取值越大，则空闲状态下UE的功耗越小，但会加长寻呼消息的平均时延[5]。

表1 寻呼子帧中PO的取值（当nB为4T时）

由于子帧1、6为特殊子帧，建议优先考虑使用子帧0和5，也即一般不使用Ns4。Paging Sent Num为用户寻呼下发次数，取值范围：1～3，需要折衷考虑寻呼成功率与寻呼间的关系，建议值为1。

寻呼容量：假设T取64，nB取T（一般配置情况下），即寻呼周期为640 ms，每个无线帧的子帧0发送寻呼消息，所有用户分成64组，则最大寻呼量为16×100=1 600次/秒。查满足一定阻塞率（2%）的ERL（爱尔兰）表（容量为16），则同时可寻呼9.8个UE-ID，则平均寻呼量可达为980 个/秒，比2G或3G系统至少高1～2个数量级；LTE寻呼消息与其它业务共享PDSCH，且优先级高于其它业务。因此，LTE系统一般不用担心寻呼容量受限的问题。

2.2.3 参数调整策略

调整寻呼周期T，由128个子帧default Paging Cycle（默认的寻呼周期）调整为64个子帧，寻呼密度nB暂不调整，仍采用1倍的寻呼周期作为寻呼密度，以此减少寻呼消息在无线信道上的平均时延，调整前后如图5所示。

2.3 EPC寻呼参数优化

2.3.1 优化思路

MME寻呼方式是：每次寻呼等待6 s，寻呼2次，12 s后若无收到回应，则认为寻呼超时。当一次寻呼超时后，MME会进行第二次寻呼，等待的时间越长，寻呼响应时延越长。调整MME的寻呼策略，减少一次寻呼超时后的等待时长，能有效提升一次寻呼超时后的寻呼响应时延，进而提升整体的寻呼响应时延，提升全网VoLTE的语音接通时延。

2.3.2 参数定义

MME中和寻呼相关的参数在现网的配置中主要有T3413和N3413。

缺乏健全的二级财务管理制度 根据本课题组调研，很多高职院校虽然实施二级财务管理制度，但在具体的实施过程中仍缺乏健全的二级财务管理制度，且绝大多数高职院校没有设置对应的专业岗位，一般由相关的干事兼任其职责。目前，高职院校一级财务管理较为成熟，且具有具体的规章制度，二级学院则没有。这就使得二级学院在实施财务管理过程中，对其内部监控、创收管理及相应的经济责任都缺少相应的控制力。此外，很多高职院校在实施二级管理过程中，财务不够公开，理财决策不够民主。

T3413用于控制MME发起寻呼与UE响应的时间间隔。该定时器在MME发送寻呼请求消息后触发，在收到服务请求消息后停止，若超时，MME重发寻呼请求消息。

图5 调整无线侧寻呼参数前后对比

N3413用于指定在寻呼信令流程中，没有收到UE的响应消息后，MME重发寻呼请求消息的次数。

因此，减少T3413的时间间隔，增加N3413的寻呼次数，能有效地提升整体的寻呼成功率，提升寻呼响应时延，进而提升VoLTE的语音接通时延。

2.3.3 参数调整策略

现网MME设置的寻呼方式是一共寻呼2次，每次等待6 s，修改为一共寻呼4次，每次等待3 s，同时将VoLTE的2次寻呼等待时长设置为2 s。

2.4 IMS侧智能业务位置信息获取优化

2.4.1 优化思路

智能业务，需要进行长短号翻译，引入时延150 ms，同时由于需要获取被叫精准位置信息，增加时延900 ms左右。获取精准位置信息，在用户连接态情况下，MME需要向eNodeB获取用户位置，当用户处于空闲态时，还需对用户进行寻呼才能获取精确位置信息，耗时巨大。在特定业务下，只获取被叫用户的MME位置信息，可大大缩短时延（见图6）。

图6 主叫和被叫流程中的时延

2.4.2 智能业务触发流程

当VPMN（Virtual Private Mobile Network，虚拟专用移动网）用户发起呼叫业务时，主被叫均需触发智能网平台，由S-CSCF（Serving—Call Session Control Function，服务-呼叫会话控制功能）触发SCP AS（Service Control Point Authentication Server，业务控制点的认证服务器），具体信令流程图见图7。

图7 主叫SCP AS信令流程

智能业务平台SCP AS被叫需要获取精准位置信息，触发流程（如图8所示）相比主叫SCP AS多了与无线交互的流程。被叫签约智能业务时：SCP AS会向HSS（Home Subscriber Server，归属用户服务器）发起UDR（User-Defined Routing，按用户的规定选路）请求，涉及MME和无线网络。

2.4.3 优化策略调整

在特定业务下，只获取被叫用户的MME位置信息，不再获取被叫的精准位置信息（如图9所示）。

图8 被叫SCP AS信令流程

图9 智能业务优化策略

3 优化后效果评估

3.1 无线侧UE不活动定时器效果评估

优化措施：选取VoLTE话务量高，VoLTE始呼次数高的基站共计10个。将UE不活动定时器参数由10 s调整成30 s，调整前后的各种性能参数对比如表2所示。

优化效果：从表2中可看出，V2V（VoLTE to VoLTE）被叫SBC（Session Border Control，会话边缘控制）发Invite收180时延由1 793 ms下降到1 756 ms，下降 37 ms。

表2 UE不活动定时器参数由10 s调整成30 s，各种性能参数效果评估表

3.2 无线侧寻呼参数优化效果评估

优化措施：在某些地区对无线侧寻呼参数进行优化，寻呼周期由128帧（1 280 ms），修改为64 帧（640 ms）。

优化效果如图10所示，3个县市V2V端到端振铃时延分别下降227 ms、192 ms、180 ms，全网下降139 ms。

3.3 EPC侧寻呼参数优化效果评估

优化措施：MME侧寻呼参数优化，寻呼间隔由原来的6 s，寻呼2次，修改为寻呼间隔3 s，寻呼4次。

优化效果见表3，绍兴V2V被叫侧寻呼响应时延984 ms下降到949 ms，下降了35 ms。

表3 MME侧寻呼参数优化前后各种性能参数效果评估

3.4 IMS侧智能业务位置信息获取优化效果评估

优化措施：在特定业务下，只获取被叫用户的MME位置信息，不再获取被叫的精准位置信息。

优化效果见图11，该地区V2V端到端振铃时延从3 522 ms下降到3 483 ms，下降了39 ms。

图11 智能业务位置信息获取优化前后V2V端到端振铃时延

4 创新总结

本案以改善全网VOLTE用户的语音接通时延感知为目标，结合现网研究和实践情况，创新式地提出了一种VoLTE语音接通时延提升方案，包括无线侧、EPC侧和IMS侧的联合优化。通过在试点区域的实施及对比，相较于传统的VOLTE用户的语音接通时延方案，本文提出的优化策略有以下优点：

（1）在MME寻呼负荷轻载前提下，缩短2次寻呼时延，有利于提升寻呼质差用户时延感知；

（2）在eNodeB寻呼负荷轻载前提下，缩短寻呼周期，减少寻呼时延，有利于提升用户时延感知；

（3）在特定业务下，不再获取被叫的精准位置信息，有利于提升智能网签约用户的时延感知；

（4）相比于传统的TOP小区、TOP用户优化等方案，具有见效快，成本省，提升范围广等优点。

该方案为优化方案，仅需要进行IMS侧、MME侧和eNodeB侧参数优化调整，无需进行硬件改造或者软件版本升级，无需额外花费成本。在现网推广实施中，截止3月13日，VOLTE用户的语音接通时延显著降低，从2月11日的3 497 ms，降低到3月13日的3 354 ms，缩短143 ms，效果显著。