孫強

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

【關(guān)鍵詞】VoLTE DPI 網(wǎng)絡維護 一體化技術(shù)

[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(wǎng)絡存在監(jiān)測與維護一

體化需求

VoLTE是業(yè)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(wǎng)絡質(zhì)量也越來越受到重視。由于歷史原因和技術(shù)原因，VoLTE網(wǎng)絡的監(jiān)控和維護需求比以往更高，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡監(jiān)控與網(wǎng)絡維護相分離的方式，已難以滿足要求。

（1）VoLTE網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)復雜、協(xié)議靈活

VoLTE相關(guān)的核心網(wǎng)網(wǎng)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(wǎng)元種類和接口數(shù)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(yè)務也要繼承，新建的VoLTE核心網(wǎng)IMS需要與電路域、分組域網(wǎng)絡進行互操作。

2）在沒有4G信號覆蓋（或弱覆蓋）地區(qū)，為實現(xiàn)VoLTE業(yè)務的連續(xù)性，網(wǎng)絡側(cè)需要支持eSRVCC切換功能，提供語音呼叫從4G到2G/3G網(wǎng)絡的業(yè)務連續(xù)性。

3）由于2G/3G網(wǎng)絡只需要支持語音一種業(yè)務，而VoLTE網(wǎng)絡需要支持多種媒體類型的業(yè)務，所以在編解碼協(xié)商和轉(zhuǎn)換、多業(yè)務平臺觸發(fā)等方面的操作更為復雜。

另外，以七號信令、BICC協(xié)議為代表的2G/3G通信協(xié)議結(jié)構(gòu)嚴格，取值規(guī)定細致。而VoLTE協(xié)議只定義框架和規(guī)則，可以自由添加字段和取值。VoLTE網(wǎng)絡中主要的信令協(xié)議，如SIP協(xié)議、GTP協(xié)議、DIAMETER協(xié)議、BICC協(xié)議、DNS協(xié)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(guī)范和企標，對信令內(nèi)容進行規(guī)定和約束，但仍保留了很大的靈活性。

（2）傳統(tǒng)網(wǎng)維方法不適合VoLTE網(wǎng)絡

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

1）2G/3G時代的網(wǎng)絡監(jiān)測與網(wǎng)絡維護是相互獨立的兩個系統(tǒng)，當網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡質(zhì)量指標下降后，發(fā)出告警，通知網(wǎng)絡維護人員。網(wǎng)絡維護人員拿到的只是指標數(shù)值，沒有能夠輸入網(wǎng)絡維護系統(tǒng)協(xié)助定位的數(shù)據(jù)，需要根據(jù)經(jīng)驗來判斷使用哪種定位方法。在領域較多、接口數(shù)量大的VoLTE網(wǎng)絡，這種判斷更為困難。

2）傳統(tǒng)的網(wǎng)維方法缺乏原始數(shù)據(jù)，通常是在發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡問題后再去抓包或者重現(xiàn)問題場景。這種方法對于偶發(fā)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(fā)生時的信令快照，通過重現(xiàn)問題來獲取信令數(shù)據(jù)將耗費大量時間。

新興的VoLTE業(yè)務必然存在較多的問題，而復雜的網(wǎng)絡架構(gòu)、靈活的信令協(xié)議又為發(fā)現(xiàn)和解決這些問題帶來障礙，因此本文提出應該引入網(wǎng)絡監(jiān)測與維護一體化的技術(shù)，即采用同一種機制，在同一個系統(tǒng)中完成質(zhì)量監(jiān)測與問題定位，實現(xiàn)監(jiān)測手段與維護手段的聯(lián)動。

2 DPI是VoLTE監(jiān)測與維護一體化的關(guān)鍵

技術(shù)

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

DPI（Deep Packet Inspection，深度包檢測）技術(shù)是一種基于IP的深度信息檢測技術(shù)，當IP數(shù)據(jù)包、TCP或UDP報文通過DPI系統(tǒng)時，通過深入讀取IP包載荷的內(nèi)容來對OSI七層協(xié)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(tǒng)定義的策略對報文進行后續(xù)操作。

IMS是一個端到端IP化的網(wǎng)絡體系，SIP等所有VoLTE信令協(xié)議都是以IP為基礎，無線通信網(wǎng)和2G/3G網(wǎng)絡也基本完成了IP化改造。因此，DPI非常適合在VoLTE網(wǎng)絡中發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢。

VoLTE DPI對VoLTE信令數(shù)據(jù)進行采集，并對采集到的信令數(shù)據(jù)進行解析，生成各接口的單接口XDR。單接口XDR由數(shù)據(jù)合成服務器進行分析、關(guān)聯(lián)、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(shù)據(jù)進行存儲。

2.1 DPI技術(shù)能夠使網(wǎng)絡監(jiān)測與網(wǎng)絡維護聯(lián)動

VoLTE網(wǎng)絡指標可以通過單接口XDR或合成XDR來計算，以VoLTE DPI產(chǎn)生的XDR中的關(guān)鍵信息為計算因子。如果指標值出現(xiàn)異常變化，網(wǎng)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(wǎng)絡質(zhì)量下降的流程進行篩選和統(tǒng)計，根據(jù)需要獲取相應的原始信令碼流，使網(wǎng)絡監(jiān)測的出口成為網(wǎng)絡維護的入口。

即使指標值沒有超出安全范圍，基于DPI的網(wǎng)絡監(jiān)測也可以作為網(wǎng)絡維護的推動力，通過縮減XDR的范圍和類型，將一個全網(wǎng)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(wǎng)絡維護手段加以提升，從而提高全網(wǎng)質(zhì)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(shù)據(jù)優(yōu)化，集中精力縮短此分片的時延。

2.2 DPI技術(shù)能夠獲取問題發(fā)生時的原始數(shù)據(jù)

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(wǎng)絡，使用分光器分流VoLTE信令數(shù)據(jù)。VoLTE網(wǎng)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(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)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(yè)務級別，每條XDR包含一個完整業(yè)務流程的主要信息，例如業(yè)務類型、開始時間、結(jié)束時間、狀態(tài)、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(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡問題后，網(wǎng)絡維護系統(tǒng)能夠調(diào)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(wǎng)絡維護的效率。

3 VoLTE網(wǎng)絡監(jiān)測與維護一體化實施方案

VoLTE網(wǎng)絡監(jiān)測與維護一體化方案需要從VoLTE DPI、VoLTE信令指標、VoLTE監(jiān)測與維護應用系統(tǒng)三個方面實施。在物理上，VoLTE DPI分為數(shù)據(jù)采集層和數(shù)據(jù)解碼層，VoLTE信令指標由VoLTE監(jiān)測與維護應用系統(tǒng)實現(xiàn)，形成應用層。VoLTE網(wǎng)絡監(jiān)測與維護一體化架構(gòu)圖如圖1所示。

3.1 部署VoLTE DPI

數(shù)據(jù)采集層由部署在各接口的分光器、部署在各子網(wǎng)的采集解析服務器、部署在VoLTE主設備內(nèi)部的軟采服務器組成，采集并解析VoLTE信令，生成單接口XDR。

數(shù)據(jù)解碼層包含數(shù)據(jù)合成服務器，接收數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集層與數(shù)據(jù)解碼層之間是IF1接口，采用SDTP協(xié)議，用于傳輸各單接口XDR及XDR對應的原始數(shù)據(jù)。SDTP協(xié)議是實時數(shù)據(jù)共享傳輸協(xié)議，以TCP/IP作為底層通信承載，封裝XDR數(shù)據(jù)或原始信令碼流。

數(shù)據(jù)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(xié)議或FTP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 制定VoLTE信令指標

從VoLTE用戶體驗和VoLTE網(wǎng)絡特點出發(fā)，以XDR為基礎，在業(yè)務和網(wǎng)絡兩個層面對VoLTE業(yè)務質(zhì)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(yè)務質(zhì)量進行監(jiān)測，涵蓋VoLTE涉及到的IMS、EPC、PCC、業(yè)務平臺等多個領域，建議如圖2所示。

3.3 定制VoLTE監(jiān)測與維護應用系統(tǒng)

應用層由各種應用系統(tǒng)組成，包括VoLTE監(jiān)測與維護應用系統(tǒng)、接收數(shù)據(jù)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(xiàn)在人機交互界面。

VoLTE監(jiān)測與維護應用系統(tǒng)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(jù)實際需要進行增補。VoLTE運維人員查看系統(tǒng)界面呈現(xiàn)的VoLTE指標，當發(fā)現(xiàn)指標異常時，通過系統(tǒng)直接查詢出異常XDR，根據(jù)需要向數(shù)據(jù)解碼層獲取原始信令碼流，輔助問題定位。

4 結(jié)束語

VoLTE作為運營商向移動寬帶語音演進之路的關(guān)鍵點，在網(wǎng)絡初期，對于業(yè)務質(zhì)量的分析、網(wǎng)絡優(yōu)化的需求更為迫切，VoLTE網(wǎng)絡監(jiān)控與維護一體化技術(shù)具有面向VoLTE業(yè)務、與設備無關(guān)、不影響網(wǎng)絡運行、可事后重現(xiàn)、數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富、粒度細、擴展應用豐富等特點，可實現(xiàn)精細化的網(wǎng)絡和業(yè)務分析，更詳細掌握業(yè)務實際運行質(zhì)量和發(fā)展趨勢，從而提高網(wǎng)絡問題定位的效率，合理規(guī)劃、調(diào)配網(wǎng)絡資源。

本文闡述了VoLTE網(wǎng)絡監(jiān)測與維護一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)和實施方案，在今后的發(fā)展中，VoLTE網(wǎng)絡監(jiān)控與維護一體化技術(shù)將從以下三個方面進行優(yōu)化：

（1）延伸合成XDR覆蓋范圍。VoLTE涉及的信令協(xié)議較多，在標準上沒有跨協(xié)議關(guān)聯(lián)的標記，不同協(xié)議信令攜帶的內(nèi)容差異也很大，導致跨協(xié)議接口XDR的合成比較困難。為了保證關(guān)聯(lián)的準確性，目前合成XDR只關(guān)聯(lián)了IMS內(nèi)部的SIP協(xié)議接口和DIAMETER協(xié)議接口，后續(xù)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(wǎng)絡質(zhì)量進行監(jiān)測不是目的，預防和解決問題才是最終訴求。后續(xù)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(wǎng)絡監(jiān)控與維護一體化技術(shù)目前能夠快速鉆取到原始數(shù)據(jù)，輔助定位，但最終定位主要還是依賴人工參與。后續(xù)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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