基于信令定位解决多次换卡导致的用户VoLTE 功能异常问题

［潘平］

1 问题背景

VoLTE 全称叫Voice over LTE，是一项基于IMS（IP多媒体子系统）的语音业务，采用SIP 协议进行端到端的呼叫控制。VoLTE 的语音作为IP 数据传输，无需2G/3G 网，全部业务承载于4G 网络上，可实现数据与语音业务在同一无线网络下进行传送[1]。

VoLTE 语音编码包括AMR-WB 和AMR-NB 两种语音编码方式，最大编码速率23.84 kbit/s。其中AMR-WB有9 种编码速率：23.85 kbit/s 至6.6 kbit/s；AMR-NB 有8 种编码速率：12.2 kbit/s 至4.75 kbit/s。而2G 语音编码编码速率13 kbit/s 至6.5 kbit/s，VoLTE 最大编码速率高于2G，故能提供相比2G 网络更清晰的语音通话质量。

用户（188*****000）（见表1），使用HUAWEI Mate 40 Pro 全网通版终端进行业务拨打测试，该终端支持VoLTE 高清语音功能，但在日常测试中发现该号码语音质量出现异常下降。通过测试软件导出通话测试数据分析，发现7 月6 日晚上开始，该测试号码未能正常使用VoLTE进行高清语音通话业务，而是通过CSFB 回落到GSM 网络进行通话。因GSM 语音编码速率最大13 kbit/s，相比VoLTE 的23.85 kbit/s 低很多，在语音编解码技术上本身存在明显差距[2]，同时近年运营商GSM 网络运维资源大量减少，相比LTE 网络质量差距较大，导致测试号码的语音质量指标明显下降。

表1 测试号码通话记录

2 问题排查分析

通过排查测试号码所在位置信号强度、干扰底噪和基站故障等无线网络情况，结合分析信令平台异常错误码，关联问题时段测试号码的相关业务操作记录等，找出问题方向，逐步深入定位和排查问题。

2.1 无线网络问题分析

测试号码在室内进行拨测，信号强度RSRP=-82 dBm，SINR=23 dB，上行底噪-112 dBm，无线信号强度和质量均良好，同时核查占用基站无故障，基本排除无线网络问题。

2.2 信令平台分析

由于IMS 负责VoLTE 呼叫的端到端控制，因此号码如果要正常使用VoLTE功能，前提条件是需要在IMS 网络成功注册，流程包括初始注册或重注册，两者之一成功都表示号码在IMS 网络正常注册[3]。

从前述测试号码的通话测试数据可知（见表2），测试号码在7 月6 日14:34 以前可正常使用VoLTE，之后才出现异常转为CSFB 进行通话。故从信令平台查看7 月6 日测试号码IMS 注册情况，发现从7 月6 日15:01 开始，测试号码发起IMS 注册一直失败，导致VoLTE 不可用。注册失败错误码均为：Querysdbnouserifcdata，提示未查询到号码ifc数据。故问题排查方向指向测试号码IMS 数据存在异常。

表2 测试号码7 月6 日IMS 注册情况

2.3 VoLTE 用户数据存储网元和查询机制

归属用户服务器（HSS）设备是IMS 用户归属网络中存储用户号码信息的核心数据库，主要用来存储IMS 域内与用户和业务相关的信息。应用服务器（AS）提供业务逻辑处理功能，为用户提供IMS 多媒体业务[4]。

AS 通过Sh 接口与HSS 交互[5]。Sh 接口采用Diameter协议，通过Diameter Request/Answer消息传递用户数据、业务数据[6]（见图1）。Sh 接口操作有：

图1 VoLTE 用户数据存储网元和接口协议

（1）数据处理流程，包括：

①AS 从HSS 中下载数据（Sh-Pull）；

②AS 更新HSS 中的数据（Sh-Update）；

（2）订阅/通知流程，包括：

①AS 订阅HSS 关于数据变更的通知（Sh-Subs-Notif）；

②HSS 通知AS 数据发生变更（Sh-Notif）。

AS 通过Sh-Update 流程，基于每个IMPU 或者PSI，更新HSS 中保存的用户透明数据。AS 可以通过Sh-Update流程更新HSS 中的PSI 的激活状态。AS 可以通过Sh-Update 流程更新HSS 中的DSAI。

该流程中使用的Diameter消息有Profile-Update-Request（PUR）和Profile-Update-Answer（PUA）。其中Profile-Update-Request 用于AS 向HSS 发起数据更新请求，请求消息中通过User-Data AVP 携带最新透明数据。Profile-Update-Answer 用于HSS 向AS 返回请求执行结果。

由于号码数据存储在HSS 中，故重点排查异常号码所在的HSS 网元问题。

2.4 关联测试号码问题时段操作记录

排查7 月6 日测试号码业务办理记录，发现在7 月6日15:00:36秒，也就是IMS初始注册失败前1分钟，做了“空白卡补卡”业务（更换USIM 卡），怀疑该换卡操作导致IMS 数据出现异常，引发VoLTE 功能不可用（如图2 所示）。

图2 测试号码问题时段操作记录

为进一步确认是否换卡操作导致出现该问题，选取其它测试号码进行验证，发现在多次办理换卡业务后，会出现同类问题。以另一测试号码188*****995 为例：

该测试号码在8 月4 日和8 月5 日做了2 次补卡操作，8 月5 日15:12 补卡后，15:16 开始就一直IMS 注册失败，原因为Query sdb no user ifc data，跟前述测试号码现象完全一致（如图3、4 所示）。

图3 同类问题测试号码业务办理记录

图4 同类测试号码IMS 注册情况

由此确认，该问题与更换USIM 卡（换卡不换号码）业务操作存在明显相关性。联合爱立信设备厂家排查，最终定位为HSS 网元在换卡过程中，存储和清理用户透明数据的机制存在缺陷。在同一号码多次换卡后，VoLTE 相关数据出现异常，导致IMS 注册失败，VoLTE 业务不可用。

HSS 存储清理透明数据详细机制：目前HSS 只会对处于IMS 注册（reg）、IMS 去注册（unreg）两种状态下的IMSI 号码附着IMS 网络时，会清理透明数据字段ImsRestdata旧的IMPI（IP Multimedia Private Identity，用于用户号码接入IMS 网络的注册，鉴权，认证和计费，由归属网络运营商定义的用户身份标识，具有全球唯一性），然后写入新的IMPI。而对从未附着IMS 的号码（not reg），则不会清理这个字段。当号码办理换卡业务后，新SIM 卡对应一个新的IMPI，因此每次换卡后首次注册都是崭新的未附着IMS 的状态（即not reg），从而会将新的IMPI 写入ImsRestdata 字段，而旧的IMPI 数据一直堆积在ImsRestdata 中，导致ImsRestdata 越来越长。由于ImsRestdata 最长4 000 byte，每换一次卡会增加600 byte，同一号码第7 次换卡会导致200 byte 的IMPI 数据溢出，导致IMPI 数据不完整，触发IMS 注册失败（如图5 所示）。

图5 号码换卡时HSS IMS 数据存储机制

针对测试号码188*****000 进一步核查，发现该号码从2010 年3 月1 日开始到本次出问题的2021 年7 月6 日15 点，刚好出现 7 次换卡操作，与理论分析吻合（如图6所示）。

图6 测试号码换卡记录

最终定位问题原因是号码换卡业务触发HSS 存储IMPI 数据更新机制问题：每次换卡有新的IMPI 数据写入透明数据字段ImsRestdata，但是不清除旧数据。换卡达到7 次后，透明数据字段ImsRestdata 溢出，用户IMPI数据异常，导致测试号码附着IMS 失败，无法正常使用VoLTE。

3 解决方案和规避措施

3.1 问题解决方案

测试号码188****000在8 月10 日09:59:30，通过重置用户数据（HLR重置），清理ImsRestdata字段，解决数据溢出问题。观察信令，在10:05，测试号码IMS注册成功，恢复VoLTE功能（如图7、8 所示）。

图7 重置测试号码数据（HLR 重置）

3.2 后续规避措施

本案例发现多次更换SIM 卡导致的用户VoLTE 功能不可用问题，通过在换卡流程中增加重置用户数据环节，即在每次换卡业务后都做一次重置HLR 数据，可以清除用户透明数据字段ImsRestdata，避免堆积溢出。

图8 测试号码在10:05 分开始正常注册IMS 网络

4 全网同类问题排查和调整优化效果验证

通过信令平台筛选出“SIP 首拆Warning 警告正文：Querysdbnouserifcdata”类型的初始注册失败用户号码，找到204 个同类失败号码（172 个4G，32 个5G）。

在8 月18 日对该批问题用户进行用户数据重置（HLR重置）。对比8 月17 日和8 月19 日注册失败统计，该类注册失败错误码问题从17579 次下降至739 次，问题基本得到解决，效果明显（如图9 所示）。

图9 全网同类问题处理效果

5 经验总结与分享

本文通过研究用户无法使用VoLTE 高清语音的问题，结合信令平台分析该号码语音业务使用异常变化的时间点（VoLTE、纯2G 或者CSFB），找出问题对应的错误码，进一步关联触发问题的相关操作记录，最终找到问题症结所在。同时总结单个问题号码的信令特征，通过信令平台找出全网同类问题进行统一优化处理，有效改善全网用户语音感知。整个案例定位过程循序渐进、抽丝剥茧，解决方法由点及面，可为行业工程师提供类似问题排查经验和参考方法。