VoLTE網絡監測與維護一體化技術

孫強

【摘 要】為了分析如何滿足新興的VoLTE網絡所帶來的新的運維需求，首先分析了傳統網維方法的缺陷，在此基礎上提出并闡述了VoLTE網絡監測與維護一體化技術，分析了其關鍵技術和實施方案，最后對后續研究方向進行了展望。

【關鍵詞】VoLTE DPI 網絡維護 一體化技術

[Abstract]In order to satisfy operation and maintenance requirements of emerging VoLTE networks， drawbacks of traditional operation and maintenance methods were analyzed. Based on the analysis， the integration technology of VoLTE network monitoring and maintenance was proposed and elaborated whose key techniques and implementation scheme were analyzed. Finally， future research directions were prospected.

[Key words]VoLTE DPI network maintenance integration technology

1 復雜的VoLTE網絡存在監測與維護一

體化需求

VoLTE是業界4G承載語音的解決方案，也是面向4G用戶的通話服務入口。隨著VoLTE的商用，VoLTE網絡質量也越來越受到重視。由于歷史原因和技術原因，VoLTE網絡的監控和維護需求比以往更高，傳統的網絡監控與網絡維護相分離的方式，已難以滿足要求。

（1）VoLTE網絡結構復雜、協議靈活

VoLTE相關的核心網網元眾多，主要包括P-CSCF/

SBC、S-CSCF、I-CSCF、BGCF、ATCF/ATGW、MGCF、IM-MGW、MRF、IBCF/TrGW、TRF、ENUM/DNS、CCF、E-CSCF、LRF、EATF等，網元種類和接口數量都遠超2G/3G。

1）由于部分用戶的使用習慣和終端限制，電路域仍將長期存在，2G/3G業務也要繼承，新建的VoLTE核心網IMS需要與電路域、分組域網絡進行互操作。

2）在沒有4G信號覆蓋（或弱覆蓋）地區，為實現VoLTE業務的連續性，網絡側需要支持eSRVCC切換功能，提供語音呼叫從4G到2G/3G網絡的業務連續性。

3）由于2G/3G網絡只需要支持語音一種業務，而VoLTE網絡需要支持多種媒體類型的業務，所以在編解碼協商和轉換、多業務平臺觸發等方面的操作更為復雜。

另外，以七號信令、BICC協議為代表的2G/3G通信協議結構嚴格，取值規定細致。而VoLTE協議只定義框架和規則，可以自由添加字段和取值。VoLTE網絡中主要的信令協議，如SIP協議、GTP協議、DIAMETER協議、BICC協議、DNS協議等，都具有這個特點。盡管國際標準組織和運營商制定了各種規范和企標，對信令內容進行規定和約束，但仍保留了很大的靈活性。

（2）傳統網維方法不適合VoLTE網絡

網絡監測與網絡維護是保障網絡良好運行的重要手段，在2G/3G網絡中存在已久，但傳統的網維方法不適合相對復雜和靈活的VoLTE網絡。

1）2G/3G時代的網絡監測與網絡維護是相互獨立的兩個系統，當網絡監測系統發現網絡質量指標下降后，發出告警，通知網絡維護人員。網絡維護人員拿到的只是指標數值，沒有能夠輸入網絡維護系統協助定位的數據，需要根據經驗來判斷使用哪種定位方法。在領域較多、接口數量大的VoLTE網絡，這種判斷更為困難。

2）傳統的網維方法缺乏原始數據，通常是在發現網絡問題后再去抓包或者重現問題場景。這種方法對于偶發問題和用戶投訴問題，會嚴重影響定位效率，甚至無法定位。尤其是面對相對靈活的VoLTE信令，如果沒有問題發生時的信令快照，通過重現問題來獲取信令數據將耗費大量時間。

新興的VoLTE業務必然存在較多的問題，而復雜的網絡架構、靈活的信令協議又為發現和解決這些問題帶來障礙，因此本文提出應該引入網絡監測與維護一體化的技術，即采用同一種機制，在同一個系統中完成質量監測與問題定位，實現監測手段與維護手段的聯動。

2 DPI是VoLTE監測與維護一體化的關鍵

技術

網絡監測與維護一體化的關鍵在于有一種承上啟下的技術，既能計算出網絡指標，從而監測網絡質量情況，又能深入挖掘網絡信息，查找問題根源。在VoLTE網絡領域，這種技術無疑是DPI——深度包檢測。

DPI（Deep Packet Inspection，深度包檢測）技術是一種基于IP的深度信息檢測技術，當IP數據包、TCP或UDP報文通過DPI系統時，通過深入讀取IP包載荷的內容來對OSI七層協議中的應用層信息進行探測，從而得到整個報文的所有信息，然后按照系統定義的策略對報文進行后續操作。

IMS是一個端到端IP化的網絡體系，SIP等所有VoLTE信令協議都是以IP為基礎，無線通信網和2G/3G網絡也基本完成了IP化改造。因此，DPI非常適合在VoLTE網絡中發揮技術優勢。

VoLTE DPI對VoLTE信令數據進行采集，并對采集到的信令數據進行解析，生成各接口的單接口XDR。單接口XDR由數據合成服務器進行分析、關聯、回填及合成，生成合成XDR，并對合成XDR及對應的所有原始碼流數據進行存儲。

2.1 DPI技術能夠使網絡監測與網絡維護聯動

VoLTE網絡指標可以通過單接口XDR或合成XDR來計算，以VoLTE DPI產生的XDR中的關鍵信息為計算因子。如果指標值出現異常變化，網絡維護人員可以立刻獲知是哪些XDR導致指標值異常，對導致網絡質量下降的流程進行篩選和統計，根據需要獲取相應的原始信令碼流，使網絡監測的出口成為網絡維護的入口。

即使指標值沒有超出安全范圍，基于DPI的網絡監測也可以作為網絡維護的推動力，通過縮減XDR的范圍和類型，將一個全網指標細分為多個局部指標，并對相對偏差的局部指標應用網絡維護手段加以提升，從而提高全網質量。例如，將端到端接通時延細分為分片接通時延，并對時延較長的分片進行信令分析和配置數據優化，集中精力縮短此分片的時延。

2.2 DPI技術能夠獲取問題發生時的原始數據

VoLTE DPI的部署范圍包括S6a/S10/S11/S5/S8/SGs/Gn/S1-MME/Gm/Mw/Mg/Mj/Mi/ISC/Sv/Cx/Sh/Zh/Rx/Gx/ATCF-SCC AS/Nc等信令接口，獨立于VoLTE網絡，使用分光器分流VoLTE信令數據。VoLTE網絡中的所有信令都會被VoLTE DPI采集，并生成XDR。

VoLTE DPI生成的XDR除了提供給網絡監測系統來計算VoLTE指標，也會與原始信令碼流一起存儲（一般會存儲一個月）。XDR的粒度是業務級別，每條XDR包含一個完整業務流程的主要信息，例如業務類型、開始時間、結束時間、狀態、響應碼、用戶號碼、編碼類型等，足夠支撐大部分問題定位的需要。

當用戶投訴或通過網絡監測系統發現網絡問題后，網絡維護系統能夠調取DPI中存儲的XDR和原始信令碼流，不需要額外操作即可獲得問題定位所需要的信令信息，降低問題定位的難度，提升網絡維護的效率。

3 VoLTE網絡監測與維護一體化實施方案

VoLTE網絡監測與維護一體化方案需要從VoLTE DPI、VoLTE信令指標、VoLTE監測與維護應用系統三個方面實施。在物理上，VoLTE DPI分為數據采集層和數據解碼層，VoLTE信令指標由VoLTE監測與維護應用系統實現，形成應用層。VoLTE網絡監測與維護一體化架構圖如圖1所示。

3.1 部署VoLTE DPI

數據采集層由部署在各接口的分光器、部署在各子網的采集解析服務器、部署在VoLTE主設備內部的軟采服務器組成，采集并解析VoLTE信令，生成單接口XDR。

數據解碼層包含數據合成服務器，接收數據采集層上報的單接口XDR和原始信令碼流，進而生成合成XDR。

數據采集層與數據解碼層之間是IF1接口，采用SDTP協議，用于傳輸各單接口XDR及XDR對應的原始數據。SDTP協議是實時數據共享傳輸協議，以TCP/IP作為底層通信承載，封裝XDR數據或原始信令碼流。

數據解碼層與應用層之間的接口為IF2接口，向應用層上傳合成服務器處理后的單接口XDR、新生成的合成XDR及XDR對應的原始信令碼流，使用SDTP協議或FTP協議進行數據傳輸。

3.2 制定VoLTE信令指標

從VoLTE用戶體驗和VoLTE網絡特點出發，以XDR為基礎，在業務和網絡兩個層面對VoLTE業務質量進行定義。

指標應從接入性、保持性、移動性、完整性等多個角度對主要業務質量進行監測，涵蓋VoLTE涉及到的IMS、EPC、PCC、業務平臺等多個領域，建議如圖2所示。

3.3 定制VoLTE監測與維護應用系統

應用層由各種應用系統組成，包括VoLTE監測與維護應用系統、接收數據解碼層上報的單接口XDR、合成XDR，計算出上述VoLTE信令指標，呈現在人機交互界面。

VoLTE監測與維護應用系統至少應具備XDR查詢、原始信令提取、VoLTE信令指標計算、異常場景分析等功能，其他功能根據實際需要進行增補。VoLTE運維人員查看系統界面呈現的VoLTE指標，當發現指標異常時，通過系統直接查詢出異常XDR，根據需要向數據解碼層獲取原始信令碼流，輔助問題定位。

4 結束語

VoLTE作為運營商向移動寬帶語音演進之路的關鍵點，在網絡初期，對于業務質量的分析、網絡優化的需求更為迫切，VoLTE網絡監控與維護一體化技術具有面向VoLTE業務、與設備無關、不影響網絡運行、可事后重現、數據內容豐富、粒度細、擴展應用豐富等特點，可實現精細化的網絡和業務分析，更詳細掌握業務實際運行質量和發展趨勢，從而提高網絡問題定位的效率，合理規劃、調配網絡資源。

本文闡述了VoLTE網絡監測與維護一體化技術的關鍵技術和實施方案，在今后的發展中，VoLTE網絡監控與維護一體化技術將從以下三個方面進行優化：

（1）延伸合成XDR覆蓋范圍。VoLTE涉及的信令協議較多，在標準上沒有跨協議關聯的標記，不同協議信令攜帶的內容差異也很大，導致跨協議接口XDR的合成比較困難。為了保證關聯的準確性，目前合成XDR只關聯了IMS內部的SIP協議接口和DIAMETER協議接口，后續可以在延伸覆蓋范圍上做研究，目標是覆蓋到端到端所有接口。

（2）指標能夠指導定位。通過指標對網絡質量進行監測不是目的，預防和解決問題才是最終訴求。后續可以修訂或新增指標，使其更有利于反映問題的原因。

（3）問題自動化定界定位。VoLTE網絡監控與維護一體化技術目前能夠快速鉆取到原始數據，輔助定位，但最終定位主要還是依賴人工參與。后續可以研究指標算法和定位算法，提高自動化定位能力。

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