VoLTE注册过程质量分析应用报告

魏　瑶　　北京中创信测科技股份有限公司监测系统产品线产品规划部产品经理



中创信测技术专栏

VoLTE注册过程质量分析应用报告

魏瑶北京中创信测科技股份有限公司监测系统产品线产品规划部产品经理

编者按：VoLTE用户在IMS网络下注册成功是使用VoLTE进行高清语音、视频通话的前提，也直接影响用户的感知。北京中创信测科技股份有限公司监测系统产品线产品规划部魏瑶所撰《VoLTE注册过程质量分析应用报告》一文结合中创信测的实际案例，论述了中创VoLTE信令监测系统可分别统计出IMS网络注册成功率和第三方注册成功率，及时发现和定位问题。可为4G网络维护人员在实际工作中带来参考。

摘要：4G网络处于大规模建设和快速发展时期，初期网络运行出现较多的问题。VoLTE用户在IMS网络下注册成功是使用VoLTE进行高清语音、视频通话的前提。VoLTE用户注册失败或者时延过长，都会影响VoLTE用户的感知。本文论述了整个注册过程，并结合中创信令监测系统实际案例，论证了通过中创VoLTE信令监测系统提升和优化注册质量的方案。

关键词：信令监测；VoLTE；注册成功率；故障定位

1　引言

VoLTE业务以EPC（Evolved Packet Core）为承载网，IMS（IP Multimedia Subsystem）为控制中心，支持传统的语音通话，还可以提供稳定、高清的视频通话，并具备接续时延短、通话过程稳定的特点。

VoLTE用户在IMS网络下注册成功是使用VoLTE进行高清语音、视频通话的前提。本文结合实际案例，论述中创VoLTE信令监测系统对注册质量分析与优化的方案。

2　VoLTE注册流程简介及指标定义

2.1注册流程简介

VoLTE用户的注册流程包含初始注册、第三方注册两部分，详细流程如图1所示。

（1）在LTE网络完成附着和联合位置更新。

（2）默认承载建立完后，终端会向IMS发起SIP的注册消息。注册消息发给终端配置的P-CSCF地址或者是动态发现的P-CSCF地址（静态和动态P-CSCF发现附着流程说明，这里所说的P-CSCF其实为IMS的SBC接入地址）。

（3）SBC收到注册消息，发送给P-CSCF，P-CSCF发送给ATCF。ATCF会在消息中添加FEATURE-CAPS头部将消息发送到I—CSCF。

图1　注册流程图

（4）2～17，为普通IMS用户初始注册流程。

（5）18，SCSCF向VoLTEAS发起第三方注册，将FEATURE-CAPS头部传递给SCCAS。

（6）19～20，VoLTE AS执行普通的MMTEL功能下载用户补充业务数据。

（7）21～22，VoLTE AS执行SCC-AS功能到EPC-HSS下载用户的SRVCC相关数据。

（8）23～24，如果VoLTE AS发现从EPC-HSS下载的STN-SR与ATCF在注册FEATURE-CAPS头部时包含的STN-SR不一致，VoLTEAS向EPC-HSS发起更新。

（9）25，VoLTE AS向SCSCF返回200OK表示第三方注册成功。

（10）26～29，VoLTEAS向ATCF发送MESSAGE，携带该用户的MSISDN号码、ATU-STI参数，ATCF返回200OK。

（11）30～31如果VoLTEAS向EPC-HSS发起更新STN-SR（23、24步），那么，HSS会向MME发送IDR，MME返回IDA。

（12）32～39步骤为普通的终端订阅流程。

2.2注册指标定义

2.2.1初始注册成功率定义

根据集团规范，VoLTE初始注册成功率指标定义如图2所示。

图2　VoLTE初始注册成功率

UE成功注册次数：S-CSCF针对初始注册请求发送200 OK（图2消息10）的次数；UE注册请求次数：S-CSCF收到初始注册请求（图2消息3）的总次数。注册成功率=UE成功注册次数/UE注册请求次数。

2.2.2第三方注册成功率定义

根据集团规范，VoLTE第三方注册成功率指标定义如图3所示。

图3　VoLTE第三方注册成功率

第三方注册成功次数：S-CSCF收到AS发送初始200OK（图2消息8）的次数；第三方注册请求次数：S-CSCF发送给AS注册请求（图2消息7）的总次数。第三方注册成功率=第三方成功注册次数/第三方注册请求次数。

3　分析涉及典型功能

3.1综合记录查询功能

集成了多接口、多协议信令过程字段的端到端查询功能，具备全流程信令关联功能，支持查询结果保存，支持流程图保存及原始信令保存。

3.2信令记录查询功能

分接口、分协议呈现，记录信令过程关键信息，面向信令故障精细化分析，支持查询结果保存，支持流程图保存及原始信令保存。

3.3集团指标查询功能

按照集团对VoLTE考核指标的定义，统计语音通话、视频通话、注册、切换过程各指标结果，反映网络整体状况，支持查询结果保存，支持详单下钻。

4　VoLTE注册成功率分析过程

中创信测在某省移动创建VoLTE信令监测系统试验局，通过中创VoLTE信令监测系统，可客观地分析出该省网络运行整体状况，定位网络运行中的问题，解决VoLTE用户投诉。

4.1网络指标概览

在中创VoLTE信令监测系统上，可分别统计出IMS网络注册成功率和第三方注册成功率。统计时间为2015年12 月21—27日。

4.1.1注册成功率

以一周为时间单位，统计2015年12月21—27日某省移动VoLTE注册成功率指标结果如图4所示。

图4　VoLTE注册成功率指标结果

图4的数据表明，VoLTE注册成功率指标整体偏低，最高是2015年12月21日，成功率为56.02%，最低是2015年12月27日，成功率为38.07%，其注册成功率指标均在57%以下。由此可以看出，VoLTE注册流程存在问题，成功率远低于正常水平。需进一步重点分析造成成功率偏低的原因，以定位到网络中存在的问题。

4.1.2第三方注册成功率

以一周为时间单位，统计2015年12月21—27日某省移动VoLTE第三方注册成功率指标结果如图5所示。

图5　VoLTE第三方注册成功率指标结果

通过图5所示数据可看出，12月21—27日第三方注册成功率均在98%以上，最低为12月27日的98.89%。

以上数据说明，VoLTE第三方注册流程正常，网络设备正常。

4.2分析过程

4.2.1错误码分布情况

2015年12月21—27日，造成VoLTE注册失败的错误码原因及其占比如图6所示。

图6　VoLTE注册失败原因及占比

从图6可以看到，禁止错误（SIP错误代码为403）在12月21—27日这7天内共出现了4862次，占所有失败次数的91%。其余被叫忙、未授权、无效请求、服务器内部错误共占9%。由此可见，禁止（SIP错误代码为403）是造成整体VoLTE注册成功率远低于正常值的重要原因，需重点对禁止错误进行分析，定位该错误产生原因。

为准备定位影响VoLTE注册成功率远低于正常值的原因，还需对错误码按天粒度进行统计，以确定造成每天注册率均低于正常值的原因。统计结果如表1所示。

从表1的统计可看出，12月21—27日，禁止（403）错误均是造成注册失败的最主要原因。

由此可以表明，禁止（403）错误是致使全省VoLTE注册成功率在12月21—27日期间均远低于正常值的原因。需对禁止（403）错误重点分析，定位产生该错误的原因，为优化网络提供依据。

4.2.2信令分析

（1）SIP信令回溯分析

用户注册时，通过SIP信令，可最直观地得到其注册结果。所以先从SIP信令开始分析。通过对Mw接口的信令分析，对其具体的信令流程进行回溯，发现如图7所示的问题。

图7　注册实际流程（1）

通过图8可看出，IMSI为4600781xxxx9006的用户，在发生注册时，当P-CSCF给I-CSCF发REGISTER消息后，收到了I-CSCF的403Forbidden回应，导致此次注册失败。信令中携带的警告信息Warning头域中提示“RoamingRestricted”。

通过图9、10可以看出，IMSI为4600055xxxx1227的用户，在发生注册时，当P-CSCF给I-CSCF发REG-ISTER消息后，收到了I-CSCF的403Forbidden回应，导致此次注册失败。信令中携带的警告信息Warning头域中提示“RoamingRestricted”。

表1　VoLTE注册失败原因分布

图8　403消息详细解码（1）

图9　注册实际流程（2）

在中创信令监测系统中查看多个用户，多次注册的情况均是以上两种提示，说明造成VoLTE注册失败的原因是相同的，那么是什么原因导致I-CSCF回复403Forbidden给P-CSCF，是I-CSCF直接做出的回应，还是转发S-CSCF的回应现在还不能明确，需进一步分析。

（2）综合记录查询分析

通过上文提到的综合记录查询功能，可直观地看出注册的整体流程。以IMSI为4600781xxxx9006的用户，在2015年12月23日10：24：33注册为例，查看整体流程如图11所示。

图12表明，用户发送REGISTER消息到SBC（Gm接口）后只有一条Mw接口，也就是只有P-CSCF到I-CSCF之间的消息，并没有I-CSCF与S-CSCF之间的消息，说明 I-CSCF直接回复 403 Forbidden给P-CSCF。注册请求没有发送给S-CSCF就已经失败。说明问题出现在I-CSCF网元上。那么，I-CSCF与HSS之间的Diameter消息是否出现问题，将是下一步分析的内容。

图10　403消息详细解码

图11　注册端到端记录

图12　注册端到端流程

（3）Diameter信令分析

通过注册信令流程可以知道，当I-CSCF收到注册请求REGISTER后，会向HSS发送UAR（用户鉴权请求）消息，并且I-CSCF并没有把注册请求REGISTER转发给S-CSCF，而是直接回复403给P-CSCF，因此初步怀疑是否为用户数据配置异常导致。那么，以上例子中I-CSCF与HSS之间的消息内容对本次注册分析至关重要。

图13查询本次注册时HSS回复给I-CSCF的针对UAR的响应消息UAA的具体参数。

图13　注册Diameter消息流程图

由图14可见，UAA回复的消息参数中携带5004的错误码。5004错误码代表发送的错误是：DIAMETER_ERROR_ROAMING_NOT_ALLOWED（5004）。造成此错误码产生的原因是用户在拜访网络没有漫游权限。

多次查看各用户的注册流程发现均是以上原因造成注册时出现禁止（403）错误码。由此可知以上注册情况为典型错误流程。

通过对注册流程的信令分析过程可发现，造成VoLTE注册失败的最主要原因是漫游用户在拜访网络没有漫游权限。此原因属于用户原因，因此为了解决这个问题，需重点关注涉及到的用户。

4.2.3用户分析

通过信令的分析，已确定造成注册成功率低于正常水平值的原因为用户原因，还需进一步定位到具体的用户。通过中创信令监测系统，集团指标功能支持查看详单功能，可直接得到所有注册失败的详细记录。统计2015年12月21—27日所有出现的错误码为禁止（403）的注册记录，可查出用户的详细信息，统计所有IMSI以及IMSI对应发生注册失败的次数。数据统计显示，共涉及104个用户，选择TOP15用户作为重点关注对象，具体如表2所示。

图14　Diameter消息详细解码

由此可见，在VoLTE建网初期，用户的漫游权限是否开通，也是用户入网时需要考虑的因素。

5　结束语

通过中创信测的VoLTE信令监测系统，可监测网络运行状态，及时发现异常指标并定位原因，通过对错误原因及占比和用户等方面进行分析，同时通过分析信令消息进行问题的具体定位，可对VoLTE注册率指标分析主要结论如下：

表2　注册失败用户统计表

造成2015年12月21—27日注册成功率远低于正常值的错误原因是由于出现了禁止（403）错误。而造成出现禁止（403）错误的原因是由于HSS收到I-CSCF发送的UAR后，根据用户配置数据，HSS反馈用户在拜访网络没有漫游权限。并且在7天内就涉及了104个用户，由此可见这并非是个别现象。而造成出现该现象的原因有两种：

（1）P-CSCF的本域网络标识配置错误。

（2）用户在HSS上的漫游权限没有打开，在开户过程中未给漫游用户配置漫游权限或漫游权限配置错误。

建议检查上文中发现的104个用户的漫游权限是否正常开通，如果用户漫游权限已开通，则需检查P-CSCF网元的本域网络标识配置是否正确。

中兴助力遵义建设大数据应用示范城市

近日，正在贵阳市举行的中国大数据产业峰会暨中国电子商务创新发展峰会（简称“数博会”）上，中兴通讯旗下专注智慧城市的子公司中兴网信宣布将与贵州省遵义市联手打造大数据应用示范城市，共同探索大数据应用城市建设的路径、标准和机制，努力成为大数据应用的城市典范。

此次中兴与遵义市之间的合作内容不是简单的技术合作，而是从更深层次从机制、原理上进行大数据城市建设的摸索与实践。项目包括遵义智慧城市的顶层规划设计、智慧旅游等应用模块的建设，遵义大数据中心的建设以及大数据示范城市体验中心“中国智慧未来城”的交付。目前，中兴网信已协助遵义市政府完成了遵义旅游集散中心项目的建设，打造遵义全域智慧旅游的新名片。

中兴通讯助力河北移动成功完成vIMS试点测试

近日，中兴通讯与河北移动成功完成vIMS试点测试，重点验证了虚拟化环境下网络的弹性扩缩容、网络运维以及云管理能力，测试结果得到了中国移动的高度肯定和赞扬。

本次vIMS的河北移动试点项目，是中国移动VoLTEIMS核心网逐步转向虚拟化架构的重要里程碑，中兴通讯在不到4个月的时间里，完成了所有要求测试条目，对后续4G 及IMS网络实施虚拟化架构具有特别重要的借鉴意义，项目阶段性试点成功对加快VoLTE使用vIMS有重要的里程碑价值。

vIMS是中兴通讯云化核心网CloudUniCore整体解决方案的一部分，为服务供应商提供最前沿、且切合实际的解决方案来迁移传统网络。在未来支持无缝的网元虚拟化和网络功能虚拟化。通过引入NFV等云化技术，为运营商打造一个更简单、更高性价比、更可靠、更开放的网络。