案例四维三步法把脉VoLTE小区质差问题.docx
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案例四维三步法把脉VoLTE小区质差问题
“四维三步”法把脉VoLTE小区质差问题
摘要
VoLTE是基于4G网络的全IP端到端的语音解决方案，实现了语音业务由传统电路域向数据域的转变，为用户带来更低的接入时延、更高质量的语音和视频通话效果。
同时VoLTE网络架构复杂、端到端流程长、涉及网元多的特点给VoLTE网络问题定位和优化提升带来巨大挑战。
本文结合南京电信VoLTE网络试商用期间质差网元优化经验，对VoLTE的分析和优化方法进行了总结，提出了一种结合多网元的“四维三步”法定位VoLTE质差扇区的分析方法，主要是结合诺基亚DO系统VoLTE模块中的信令回溯、质差定位和“八元五阶”等工具，对无线/EPC/IMS/CS四维网元的相关指标进行统计分析，初步定位质差问题，并结合CDR话单等分析数据最终确定质差问题，并制定相应的优化方案。
本文最后结合南京的实际质差扇区的分析案例，将本方法应用其中，快速定位问题并制定了相应的解决方法。
对于运营商VoLTE网络商用初期的性能优化有一定指导和借鉴意义。
关键词：
VoLTE，无线网络优化
一、概述
1.1VoLTE业务简述
VoLTE是基于4G网络的全IP端到端的语音解决方案，实现了语音业务由传统电路域向数据域的转变，为用户带来更低的接入时延、更高质量的语音和视频通话效果。
VoLTE的商用对运营商来说意义重大，标志着语音正式进入宽带化、IP化的时代，可显著提升无线频谱利用率，提升用户感知，显著降低建网成本。
VoLTE语音解决方案的核心是在EPC网络上增加IMS系统实现语音控制，在提供高质量语音业务同时也面临着端到端业务实现流程复杂，涉及用户、终端、无线、传输、EPC、IMS、CS、数通等多专业协同的问题。
VoLTE网络架构复杂、端到端流程长、涉及网元多的特点给VoLTE网络问题定位和优化提升带来巨大挑战。
1.2背景
VoLTE语音解决方案的实现要在EPC网络上增加IMS网络实现语音控制，新增加的IMS网络带来更多的网元、接口及相应的SIP和Diameter协议，造成VoLTE网络在提供高质量语音业务同时也面临着网元众多、架构复杂、端到端流程长的问题。
随着电信VoLTE业务逐步推向市场，南京作为第一批18年5月试商用城市之一，在试商用初期，VoLTE网络由于终端不成熟、IMS设备不稳定、LTE无线网络连续覆盖和深度覆盖不足、参数配置不准确不合理、跨专业配合度较差等诸多问题，导致VoLTE网络性能极差，造成VoLTE通话存在无法接通、频繁掉话、接续时延过大等突出问题，严重影响用户感知。
为保障VoLTE用户的语音通话质量，提升用户业务感知，对VoLTE质差问题的定位、跟踪、分析和处理显得尤为重要。
同时由于VoLTE处于建网初期，由于用户规模少、指标体系不健全、网络问题发现手段单一，优化经验欠缺，造成目前缺乏较为成熟完善的VoLTE网络分析和优化的方法。
现有优化方法存在的不足见表：
优化内容
LTE优化工作现状
基于VoLTE优化存在的问题
网络问题定位
现有LTE网络问题的分析和定位基于数据业务网络，仅能对EPC网络内问题的定位
欠缺对IMS网络的定位，欠缺对SIP消息、Diameter消息的分析、无法对VoLTE网络问题进行端到端定界和定位。
无线侧优化
现有的无线网络规划优化工作都是基于数据业务开展
由于VoLTE业务对无线网络覆盖有更高的覆盖要求，现有的无线网络规划、优化都是基于数据业务开展，会造成部分区域无法满足VoLTE业务要求
1.3本文主要工作
本案例结合南京试商用过程中发现的问题，给一线网优人员对VoLTE质差问题提供分析的思路，发现和解决问题的快速方法，通过对南京试商用过程中发现的质差问题进行经验总结，结合诺基亚DO系统和XDR话单等工具，总结问题分析过程和处理方法，本案例提供了对VoLTE注册失败、掉话和未接通等问题点的分析方法和处理过程。
二、VoLTE呼叫建立过程分析
本章节对VoLTE注册、呼叫流程进行详述，准确掌握信令流程是进行VoLTE异常事件准确定位和分析的基础，也是进一步进行关键指标提升，业务质量优化的前提。
2.1VoLTE注册过程分析
VoLTE用户要进行通话首先要注册到IMS，注册过程主要包括两个阶段：
首先用户附着到EPC网络，然后用户注册到IMS网络。
UE附着到EPC网络：
UE发起附着请求后，EPC网络首先对UE进行鉴权，鉴权通过后从融合HLR/HSS获取到UE的签约数据。
EPC网络根据用户签约数据中的默认APN和PDN签约上下文进行默认承载的建立。
默认承载建立完成后即完成EPC网络的附着。
VoLTE注册流程示意图
UE注册到IMS网络：
包括基本注册和第三方注册。
基本注册过程中，IMS网络对UE，以及UE对IMS网络进行双向鉴权，鉴权通过后，S-CSCF从融合HLR/HSS下载到用户数据，基本注册完成。
第三方注册过程中，S-CSCF根据用户数据中的iFC触发到ATS的注册，ATS从融合HLR/HSS下载到UE的业务数据后，第三方注册完成。
VoLTE基本注册过程示意图
VoLTE第三方注册流程
2.2VoLTE呼叫流程分析
UE完成IMS注册后即可通过LTE网络发起VoLTE呼叫，以主被叫均为VoLTE用户为例说明VoLTE呼叫流程，主要包括如下几个阶段：
（1）主叫信令面流程：
主叫用户发起VoLTE呼叫请求后，首先MMTelAS进行主叫侧业务流程的处理，然后主叫侧S-CSCF根据被叫号码向ENUM/DNS请求被叫用户的入局I-CSCF地址。
（2）被叫信令面流程：
SCCAS向融合HLR/HSS请求被叫网络信息，融合HLR/HSS向MME请求本局所保存的最新的用户位置更新的信息，并将得到的域选网络信息一并发送给SCCAS，SCCAS得到被叫用户最后一次驻留的网络信息之后，指示S-CSCF网元通过P-CSCF将呼叫路由到被叫侧。
（3）被叫用户承载建立过程：
被叫侧收到网络传递的呼叫请求后，向被叫
侧的P-CSCF回复183/180消息作为响应，接着P-CSCF网元向PCRF发起承载面的建立请求消息，PCRF负责向P-GW提供相关QoS策略，P-GW接收到根PCRF传递的QoS策略后负责完成被叫UE的专有承载的建立。
（4）主叫用户侧承载建立过程：
主叫用户侧的P-CSCF收到被叫回复的响应消息后向主叫侧的PCRF发起专用承载的建立请求，PCRF收到请求后向主叫侧P-GW传递授权的QoS策略信息，P-GW根据PCRF传递过来的QoS策略完成主叫侧专用承载的建立。
（5）挂机释放过程：
主叫用户发起挂机，被叫用户接收到主叫用户的挂机请求后，通过PCRF进行被叫承载释放操作，释放完成后，将响应消息发送给主叫侧，当主叫侧P-CSCF收到响应消息，通过PCRF进行主叫承载释放操作。
VoLTE呼叫流程示意图
三、创新操作方法
VoLTE业务涉及IMS、EPS、终端、传输等多个专业，多个网元，多个流程，出现网络问题后通常要多专业协同分析定位，问题的精确定位对于问题解决至关重要。
在VoLTE优化初期，终端不成熟、核心网参数漏配和错配造成的网络问题较多。
南京分公司在日常VoLTE优化工作中，结合诺基亚DO系统VoLTE模块中的信令回溯、质差定位和“八元五阶”等工具，本文结合实际VoLTE质差扇区的分析过程，总结了针对VoLTE质差扇区的“四维三步”分析法。
“四维三步法”是基于VoLTE业务的实现过程，按照业务端到端流程涉及到的无线侧、EPC域、IMS域、CS域等四个维度，业务流程涵盖的三个分析步骤，通过制定一系列判断规则，将问题进行定界以方便各专业进行优化处理。
在接下来章节中将对VoLTE语音通话过程中出现的主要问题利用“四维三步法”来定位问题原因。
当出现VoLTE网络问题时，可遵循“四维三步法”的规则对问题进行定界，首先分域映射相关KPI指标，然后通过时域分析、关联分析进行问题的初步定位，再结合用户的CDR话单，定界问题到各个维度，最终定界质差扇区的质差问题。
3.1VoLTE注册失败分析流程
VoLTE注册失败率较高主要体现在八元五阶模块上的网元注册成功率低，其主要计算的是SBC向网络侧发送注册消息时的成功比率。
VoLTE注册成功率定位流程如下图所示，首先分解到无线/EPC/IMS/CS三域，再通过关联分析、聚类分析、根因分析，定界到各类网元的问题。
VoLTE注册类质差问题定位
分析过程：
第一步：
首先将注册失败的问题扇区关联至无线侧/EPC/IMS/CS四维度的质差问题：
无线侧主要映射覆盖类指标和负荷等性能类指标；EPC域主要映射QCI=5的承载建立成功率和承载更新成功率的指标；IMS域映射初始注册成功率、重注册成功率、第三方注册成功率指标；CS域映射HSS鉴权信息成功率的指标；
第二步：
观察关联各域的KPI指标劣化情况，对劣化KPI指标进行时域的比对，并对失败的原因值进行分析，确定质差扇区的问题类型和原因，同时可参考诺基亚DO平台的质差原因分类进行初步的质差定位；
第三步：
若相关指标均没有明显劣化，平台质差定位不明确或核实没有相应问题，则进一步以失败原因值为关键索引，并结合无线CDR详单等找出故障点，最终定界到问题点。
3.2VoLTE呼叫失败分析流程
VoLTE呼叫接通率定位流程如下图所示，首先分解到EPC/IMS/CS三域，再通过关联分析、聚类分析、根因分析，定界到8个维度问题。
VoLTE呼叫失败分析流程
分析步骤：
第一步：
首先将呼建失败较高的问题扇区关联至无线侧/EPC/IMS/CS四维的质差指标：
无线侧主要映射覆盖类指标和负荷等性能类指标；EPC域主要映射QCI=1的专有承载建立成功率指标；IMS域主要映射SBC接通率、CSCF接通率、域选成功率；CS域主要映射MGCF接通率和HSS查询的成功率；
第二步：
观察关联各域指标的劣化情况，对劣化指标进行时域的比对，并对失败的原因值进行分析，确定质差扇区的问题类型和原因，同时可参考诺基亚DO平台的质差原因分类进行初步的质差定位；
第三步：
若相关指标均没有明显劣化，平台质差定位不明确或核实没有相应问题，则进一步以失败原因值为关键索引，结合CDR详单等找出故障点，最终定界到问题点。
3.3VoLTE掉话分析流程
掉话率问题定位流程如图所示，首先分解到无线/IMS两域，再通过关联分析、聚类分析、根因分析，定界到无线、EPC、IMS3个维度问题。
VoLTE掉话分析流程
分析步骤：
第一步：
首先将VoLTE掉话率较高的质差扇区关联至无线侧/IMS两维的质差指标：
无线侧主要映射ERAB掉话率等覆盖类指标和负荷等性能类指标；IMS域映射VoLTE掉话率等指标；
第二步：
观察关联IMS维度和无线侧的指标劣化情况，对劣化指标进行时域的比对，并对失败的原因值进行分析，确定质差扇区的问题类型和原因，同时可参考诺基亚DO平台的质差原因分类进行质差定位和定界。
四、创新应用及成效
本章节结合南京实际VoLTE质差扇区的优化实践，应用分析流程对质差扇区的问题定界定位分析。
快速定位质差扇区问题，高效指导VoLTE质差优化。
4.1应用案例1：
某扇区注册失败质差扇区分析和优化
根据某一期省公司VoLTE周报通报，某一周VoLTE注册率较低，经查询和统计分析，某一个校园扇区的质差次数较多，结合感知端到端DO平台（VoLTE分析模块）对TOP质差网元的失败情况进行了分析和信令跟踪分析了质差原因和解决方法。
通过诺基亚感知DO平台的八元五阶模块查询，通报期间南京全网VoLTE指标中网络侧给终端发送401鉴权挑战，终端或无线无响应导致超时的失败网元，查询到5月29日一天中此类失败原因占总注册失败的80%，其中南京共有两个扇区有统计到相关的失败记录。
对其中质差占比次数较大的仙林南大实验基础楼50扇区进行分析和处理。
DO平台分析过程
仙林南大基础实验楼_50扇区分析过程：
第一步：
首先取无线/EPC/IMS/CS四维指标
（1）无线类指标：
通过网优平台、网管等取无线的基础覆盖类、性能类和负荷类等相关指标，通过相关指标的对比分析，不难发现除MR优良率指标较差外，其他各类指标均正常。
日期
上行PRB平均利用率
下行PRB平均利用率
最大RRC连接用户数
E-RAB建立成功率
E-RAB掉线率
RRC连接重建比例
平均RSSI
MR优良率
2018-05-28
9.3892
16.601
117
99.9267
0.0205
0.1362
-119.98
79.62
2018-05-29
8.9774
15.0043
110
99.9454
0.0162
0.1208
-119.88
81.35
2018-05-30
8.2476
16.6687
112
99.9284
0.0219
0.152
-119.98
81.52
2018-05-31
8.5079
16.1986
105
99.8833
0.0316
0.3784
-119.98
83.77
2018-06-01
9.4305
19.311
123
99.9349
0.0274
0.2052
-119.83
82.48
2018-06-02
9.577
20.4161
111
99.9347
0.0225
0.1486
-119.9
84.51
2018-06-03
9.1391
16.5779
105
99.9277
0.0293
0.1723
-119.9
84.79
（2）EPC相关指标
查询相关扇区质差派单期间的EPC相关指标，其默认承载和专用承载的建立成功率均为100%，可见其EPC相关网元和过程均无质差。
日期
QCI1承载建立成功率（%）
QCI5承载建立成功率（%）
2018-05-28
100
100
2018-05-29
100
100
2018-05-30
100
100
2018-05-31
100
100
2018-06-01
100
100
2018-06-02
100
100
2018-06-03
100
100
（3）IMS相关指标：
通过DO平台获取到该扇区的初始注册成功率如下表，可见其初始注册的成功率较低。
结束时间
注册请求次数
注册成功次数
初始注册成功率（%）
20180528
7
6
85.71
20180529
8
6
75.00
20180530
6
5
83.33
20180531
6
5
83.33
20180601
7
6
85.71
20180602
9
7
77.78
20180603
10
8
80.00
（4）CS域相关指标
因目前无相关平台可以直接获取到CS域的相关指标，目前获取HSS鉴权成功率的指标主要通过在DO系统上的八元五阶模块对统计的相关质差记录进行信令回溯分析。
通过回看典型信令流程可以看出其HSS鉴权过程均正常。
典型信令流程
第二步：
综合各维指标对质差初步定位
根据四维度的指标取数对比分析，可以看出除无线覆盖类指标较低外，其他指标均正常，根据分析结果，进一步对扇区的基础覆盖指标进行图层渲染和分析，基本可以认定此处质差主要是由于该校园扇区对其覆盖方向的居民区内部覆盖不足造成的用户初始注册失败。
第三步：
结合用户话单的扇区质差定位
通过查询用户4GCDR话单查询到该用户在统计时所处无线环境较差，接入扇区的RSRP几乎均在-110以上，因此判断出现的多次附着过程应该是该用户脱网后的重新附着到LTE网络的过程。
发现该用户一直在800M和1.8G扇区间做频繁切换，导致用户在频繁做初始注册。
话单情况如下：
小结：
首先通过无线侧、EPC域、IMS域和CS域的相关指标对比分析，看出无线侧覆盖较差，对质差指标进行深入对比分析，可以看出扇区覆盖较差，最后对质差区域的典型用户进行话单分析，通过话单看到VoLTE用户在信号差情况下，用户一直在频繁切换，导致的注册失败。
至此该案例可以基本确定为LTE覆盖较差引起的用户质差。
目前已经通过提升小区内新开1.8G站点功率提升小区内部覆盖。
射频优化效果待评估，后期需要重点推进小区内责任状剩余关键站点的建设。
4.2应用案例2：
某室分质差扇区的呼建失败分析
南京6月第二周VoLTE接通率较低，根据平台统计江苏第二通信枢纽主楼室分2扇区（2.1G）通话请求总次数较多，成功率较低，主叫建立成功率仅为75%，因此对该扇区的质差情况进行了深入分析。
第一步：
首先取无线/EPC/IMS/CS四维指标
（1）无线类指标：
通过网优平台、网管等取无线的基础覆盖类、性能类和负荷类等相关指标，通过相关指标的对比分析，不难发现除小区干扰RSSI指标较差外，其他各类指标均正常。
日期
上行PRB平均利用率
下行PRB平均利用率
最大RRC连接用户数
E-RAB建立成功率
E-RAB掉线率
RRC连接重建比例
平均RSSI
MR优良率
2018/6/11
12.7742
5.8433
102
0.0027
99.9913
0.0622
-91.5
99.74
2018/6/12
12.1541
5.4829
90
0.0024
99.9873
0.0938
-91
99.69
2018/6/13
12.3985
5.8688
89
0.009
99.9932
0.0673
-91
99.46
2018/6/14
12.5798
6.8422
105
0.0011
99.9837
0.073
-90.5
99.78
2018/6/15
10.5879
4.9423
91
0.0014
99.9777
0.0915
-91
99.82
2018/6/16
4.2421
1.1261
11
0
100
0.1045
-94
99.54
2018/6/17
3.9294
1.1701
8
0
99.9833
0.1611
-94.5
99.62
（2）EPC相关指标
查询相关扇区质差派单期间的EPC相关指标，其默认承载和专用承载的建立成功率均为100%，可见其EPC相关网元和过程均无质差。
日期
QCI1承载建立成功率（%）
QCI5承载建立成功率（%）
2018/6/11
100
100
2018/6/12
100
100
2018/6/13
100
100
2018/6/14
100
100
2018/6/15
100
100
2018/6/16
100
100
2018/6/17
100
100
（3）IMS相关指标：
通过IMS域的相关指标可以看出扇区的注册成功率指标正常，但小区的主叫建立成功率和被叫建立成功率均较低。
结束时间
注册请求次数
注册成功次数
初始注册成功率（%）
主叫建立请求次数
主叫建立成功次数
主叫建立成功率（%）
被叫建立请求次数
被叫建立成功次数
被叫建立成功率（%）
2018/6/11
15
15
100
134
84
63
104
101
97
2018/6/12
34
34
100
257
210
82
168
162
96
2018/6/13
34
34
100
148
112
76
125
119
95
2018/6/14
38
37
97
211
161
76
182
160
88
2018/6/15
12
12
100
178
125
70
144
137
95
2018/6/16
0
0
0
10
9
90
8
8
100
2018/6/17
0
0
0
3
3
100
1
1
100
（4）CS域相关指标
从DO系统八元五阶模块上获取HSS鉴权成功率的相关质差记录进行信令回溯分析。
通过回看典型用户的相关信令流程可以看出其HSS鉴权过程均正常。
第二步：
综合各维指标对质差初步定位
根据四维度的指标取数对比分析，可以看出除无线干扰类指标RSSI异常外，其他核心网其他网元类指标均正常，根据分析结果，进一步对扇区的历史RSSI进行查询，可见其工作日的工作时间段的RSSI一直很高，初步定位为扇区干扰较大引起的通话未接通。
第三步：
结合用户话单的扇区质差定位
取该扇区下某质差用户一天的CDR话单，可见该用户所在区域覆盖良好，并没有发生切换，且扇区覆盖正常，同时统计到核心网相关的指标均未见异常，基本可以定位该质差扇区主要问题为扇区的干扰较大。
典型用户的CDR话单
小结：
通过“四维三步”法对该质差扇区进行定位，通过无线侧、EPC域、IMS域和CS域的相关指标对比分析，定位到小区的无线信道干扰类指标质差明显，对比其他EPC\IMS\CS域相关指标均没有明显劣化，最后结合典型用户的CDR话单可以看出该扇区下用户接入信号较好的情况下出现VoLTE未接通的情况，基本定位为RSSI过高（干扰大）引起的小区指标劣化。
目前已经安排对扇区的器件等进行检查和整改。
升级会员 