VoLTE网络监测与维护一体化技术
发布时间:2017-12-08

孙强

(中国移动通信集团通信研究院,北京 100053)

收稿日期:2017-01-03

【摘要】为了分析如何满足新兴的VoLTE网络所带来的新的运维需求,首先分析了传统网维方法的缺陷,在此基础上提出并阐述了VoLTE网络监测与维护一体化技术,分析了其关键技术和实施方案,最后对后续研究方向进行了展望。

【关键词】VoLTE    DPI    网络维护    一体化技术

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2017.05.000      中图分类号:TN915.07      文献标志码:A      文章编号:1006-1010(2017)05-0000-00

引用格式:孙强. VoLTE网络监测与维护一体化技术[J]. 移动通信, 2017,41(5): 00-00.

 

VoLTE Network Monitoring and Maintenance Integration Technology

SUN Qiang

(The Research Institution of China Mobile, Beijing 100053, China)

[Abstract] Emerging VoLTE network brings new operational requirements, this paper describes the VoLTE network monitoring and maintenance integration technology, analyzes the key technology and implementation plan, and the future research direction was prospected.

[Key words] VoLTE    DPI    network maintenance    integration technology

 

 复杂的VoLTE网络存在监测与维护一体化需求

VoLTE是业界4G承载语音的解决方案,也是面向4G用户的通话服务入口。随着VoLTE的商用,VoLTE网络质量也越来越受到重视。由于历史原因和技术原因,VoLTE网络的监控和维护需求比以往更高,传统的网络监控与网络维护相分离的方式,已难以满足要求。

(1)VoLTE网络结构复杂、协议灵活

VoLTE相关的核心网网元众多,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,网元种类和接口数量都远超2G/3G。

1)由于部分用户的使用习惯和终端限制,电路域仍将长期存在,2G/3G业务也要继承,新建的VoLTE核心网IMS需要与电路域、分组域网络进行互操作。

2)在没有4G信号覆盖(或弱覆盖)地区,为实现VoLTE业务的连续性,网络侧需要支持eSRVCC切换功能,提供语音呼叫从4G到2G/3G网络的业务连续性。

3)由于2G/3G网络只需要支持语音一种业务,而VoLTE网络需要支持多种媒体类型的业务,所以在编解码协商和转换、多业务平台触发等方面的操作更为复杂。

另外,以七号信令、BICC协议为代表的2G/3G通信协议结构严格,取值规定细致。而VoLTE协议只定义框架和规则,可以自由添加字段和取值。VoLTE网络中主要的信令协议,如SIP协议、GTP协议、DIAMETER协议、BICC协议、DNS协议等,都具有这个特点。尽管国际标准组织和运营商制定了各种规范和企标,对信令内容进行规定和约束,但仍保留了很大的灵活性。

(2)传统网维方法不适合VoLTE网络

网络监测与网络维护是保障网络良好运行的重要手段,在2G/3G网络中存在已久,但传统的网维方法不适合相对复杂和灵活的VoLTE网络。

1)2G/3G时代的网络监测与网络维护是相互独立的两个系统,当网络监测系统发现网络质量指标下降后,发出告警,通知网络维护人员。网络维护人员拿到的只是指标数值,没有能够输入网络维护系统协助定位的数据,需要根据经验来判断使用哪种定位方法。在领域较多、接口数量大的VoLTE网络,这种判断更为困难。

2)传统的网维方法缺乏原始数据,通常是在发现网络问题后再去抓包或者重现问题场景。这种方法对于偶发问题和用户投诉问题,会严重影响定位效率,甚至无法定位。尤其是面对相对灵活的VoLTE信令,如果没有问题发生时的信令快照,通过重现问题来获取信令数据将耗费大量时间。

新兴的VoLTE业务必然存在较多的问题,而复杂的网络架构、灵活的信令协议又为发现和解决这些问题带来障碍,因此本文提出应该引入网络监测与维护一体化的技术,即采用同一种机制,在同一个系统中完成质量监测与问题定位,实现监测手段与维护手段的联动。

 

2   DPIVoLTE监测与维护一体化的关键技术

网络监测与维护一体化的关键在于有一种承上启下的技术,既能计算出网络指标,从而监测网络质量情况,又能深入挖掘网络信息,查找问题根源。在VoLTE网络领域,这种技术无疑是DPI——深度包检测。

DPI(Deep Packet Inspection,深度包检测)技术是一种基于IP的深度信息检测技术,当IP数据包、TCP或UDP报文通过DPI系统时,通过深入读取IP包载荷的内容来对OSI七层协议中的应用层信息进行探测,从而得到整个报文的所有信息,然后按照系统定义的策略对报文进行后续操作。

IMS是一个端到端IP化的网络体系,SIP等所有VoLTE信令协议都是以IP为基础,无线通信网和2G/3G网络也基本完成了IP化改造。因此,DPI非常适合在VoLTE网络中发挥技术优势。

VoLTE DPI对VoLTE信令数据进行采集,并对采集到的信令数据进行解析,生成各接口的单接口XDR。单接口XDR由数据合成服务器进行分析、关联、回填及合成,生成合成XDR,并对合成XDR及对应的所有原始码流数据进行存储。

2.1  DPI技术能够使网络监测与网络维护联动

VoLTE网络指标可以通过单接口XDR或合成XDR来计算,以VoLTE DPI产生的XDR中的关键信息为计算因子。如果指标值出现异常变化,网络维护人员可以立刻获知是哪些XDR导致指标值异常,对导致网络质量下降的流程进行筛选和统计,根据需要获取相应的原始信令码流,使网络监测的出口成为网络维护的入口。

即使指标值没有超出安全范围,基于DPI的网络监测也可以作为网络维护的推动力,通过缩减XDR的范围和类型,将一个全网指标细分为多个局部指标,并对相对偏差的局部指标应用网络维护手段加以提升,从而提高全网质量。例如,将端到端接通时延细分为分片接通时延,并对时延较长的分片进行信令分析和配置数据优化,集中精力缩短此分片的时延。

2.2  DPI技术能够获取问题发生时的原始数据

VoLTE DPI的部署范围包括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,独立于VoLTE网络,使用分光器分流VoLTE信令数据。VoLTE网络中的所有信令都会被VoLTE DPI采集,并生成XDR。

VoLTE DPI生成的XDR除了提供给网络监测系统来计算VoLTE指标,也会与原始信令码流一起存储(一般会存储一个月)。XDR的粒度是业务级别,每条XDR包含一个完整业务流程的主要信息,例如业务类型、开始时间、结束时间、状态、响应码、用户号码、编码类型等,足够支撑大部分问题定位的需要。

当用户投诉或通过网络监测系统发现网络问题后,网络维护系统能够调取DPI中存储的XDR和原始信令码流,不需要额外操作即可获得问题定位所需要的信令信息,降低问题定位的难度,提升网络维护的效率。

 

3   VoLTE网络监测与维护一体化实施方案

VoLTE网络监测与维护一体化方案需要从VoLTE DPI、VoLTE信令指标、VoLTE监测与维护应用系统三个方面实施。在物理上,VoLTE DPI分为数据采集层和数据解码层,VoLTE信令指标由VoLTE监测与维护应用系统实现,形成应用层。VoLTE网络监测与维护一体化架构图如图1所示:


图1    VoLTE网络监测与维护一体化架构图

3.1  部署VoLTE DPI

数据采集层由部署在各接口的分光器、部署在各子网的采集解析服务器、部署在VoLTE主设备内部的软采服务器组成,采集并解析VoLTE信令,生成单接口XDR。

数据解码层包含数据合成服务器,接收数据采集层上报的单接口XDR和原始信令码流,进而生成合成XDR。

数据采集层与数据解码层之间是IF1接口,采用SDTP协议,用于传输各单接口XDR及XDR对应的原始数据。SDTP协议是实时数据共享传输协议,以TCP/IP作为底层通信承载,封装XDR数据或原始信令码流。

数据解码层与应用层之间的接口为IF2接口,向应用层上传合成服务器处理后的单接口XDR、新生成的合成XDR及XDR对应的原始信令码流。使用SDTP协议或FTP协议进行数据传输。

3.2  制定VoLTE信令指标

从VoLTE用户体验和VoLTE网络特点出发,以XDR为基础,在业务和网络两个层面对VoLTE业务质量进行定义。

指标应从接入性、保持性、移动性、完整性等多个角度对主要业务质量进行监测,涵盖VoLTE涉及到的IMS、EPC、PCC、业务平台等多个领域,建议如图2所示:


图2    VoLTE信令指标总览

3.3  定制VoLTE监测与维护应用系统

应用层由各种应用系统组成,包括VoLTE监测与维护应用系统、接收数据解码层上报的单接口XDR、合成XDR,计算出上述VoLTE信令指标,呈现在人机交互界面。

VoLTE监测与维护应用系统至少应具备XDR查询、原始信令提取、VoLTE信令指标计算、异常场景分析等功能,其他功能根据实际需要进行增补。VoLTE运维人员查看系统界面呈现的VoLTE指标,当发现指标异常时,通过系统直接查询出异常XDR,根据需要向数据解码层获取原始信令码流,辅助问题定位。

 

4   结束语

VoLTE作为运营商向移动宽带语音演进之路的关键点,在网络初期,对于业务质量的分析、网络优化的需求更为迫切,VoLTE网络监控与维护一体化技术具有面向VoLTE业务、与设备无关、不影响网络运行、可事后重现、数据内容丰富、粒度细、扩展应用丰富等特点,可实现精细化的网络和业务分析,更详细掌握业务实际运行质量和发展趋势,从而提高网络问题定位的效率,合理规划、调配网络资源。

本文阐述了VoLTE网络监测与维护一体化技术的关键技术和实施方案,在今后的发展中,VoLTE网络监控与维护一体化技术将从以下三个方面进行优化:

(1)延伸合成XDR覆盖范围。VoLTE涉及的信令协议较多,在标准上没有跨协议关联的标记,不同协议信令携带的内容差异也很大,导致跨协议接口XDR的合成比较困难。为了保证关联的准确性,目前合成XDR只关联了IMS内部的SIP协议接口和DIAMETER协议接口,后续可以在延伸覆盖范围上做研究,目标是覆盖到端到端所有接口。

(2)指标能够指导定位。通过指标对网络质量进行监测不是目的,预防和解决问题才是最终诉求。后续可以修订或新增指标,使其更有利于反映问题的原因。

(3)问题自动化定界定位。VoLTE网络监控与维护一体化技术目前能够快速钻取到原始数据,辅助定位,但最终定位主要还是依赖人工参与。后续可以研究指标算法和定位算法,提高自动化定位能力。

 

参考文献:

[1] 3GPP Technical Specification 23.237. IP Multimedia Subsystem (IMS) Service Continuity; Stage 2[S]. 2012.

[2] 3GPP Technical Specification 24.229. IP Multimedia Subsystem (IMS) Service Continuity; Stage 3[S]. 2016.

[3] 3GPP Technical Specification 29.212. Policy and Charging Control (PCC); Reference points[S]. 2013.

[4] 3GPP Technical Specification 29.228. IP Multimedia (IM) Subsystem Cx and Dx Interfaces; Signalling flows and message contents[S]. 2013.

[5] 方波. 关于无线宽带网络性能管理及评估指标演进的若干思考[J]. 移动通信, 2015,39(9): 19-22.

[6] 马飞,赵永祥,郭年庚. LTE辅同步检测低复杂度算法设计及实现[J]. 无线电通信技术, 2014,40(3): 86-89.

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[8] 陈泽鑫. 基于DPI技术的流量监控系统的设计与实现[D]. 兰州: 兰州大学, 2015.

[9] 饶瑾. 深度包检测(DPI)技术浅谈及应用[J]. 信息通信, 2014(11): 245-246.

[10] 韩耀明. 基于DPI技术的VoIP流量检测系统的设计与实现[D]. 北京: 北京邮电大学, 2010. ★


作者简介

孙强:高级工程师,工学硕士毕业于内蒙古大学,现任职于中国移动通信集团通信研究院网络所,主要从事VoLTE网络技术和质量指标相关研究工作

 

 

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