CM-IMS带动语音进入LTE时代

2010/06/30

　　图1:基于CM-IMS提供LTE语音的网络架构

　　基于CM-IMS提供LTE语音业务面临的一个主要问题是SRVCC切换性能问题，由于SRVCC方案基于多模单待模式，因此切换将不可避免出现语音的中断现象。而语音中断的时间长短是用户体验的重要影响因素，提高SRVCC切换的性能，将语音中断减少到用户无明显察觉的程度，将是影响基于CM-IMS提供LTE语音业务的关键因素。因此本文重点对SRVCC的切换流程和切换中导致语音中断的原因进行分析，明确切换性能的关键因素，并提出可能的优化方案思路。

2. SRVCC切换性能分析

　　2.1 SRVCC技术概述

　　SRVCC是为了保证语音呼叫连续性，而提出的在LTE的覆盖边界处，将锚定在IMS域(VCC AS)的语音呼叫从LTE或HSPA切换到GERAN/UTRAN CS域的一种切换技术。该切换过程包括承载层的PS-CS切换和业务层的IMS域切换两部分。这两部分切换处理相互独立。

　　当UE驻扎在LTE或HSPA网络时，采用通常的IMS呼叫流程建立语音呼叫，区别在于该IMS呼叫需要保定在IMS域的VCC AS上。该VCC AS也可称为SCC AS。SRVCC用于EUTRAN和UTRAN/GERAN之间互操作的网络体系结构和概念流程如图2和图3所示。

　　图2:EUTRAN和UTRAN/GERAN的SRVCC网络体系结构　

　　图3:从E-UTRAN到UTRAN/GERAN的SRVCC基本切换流程

　　2.2 SRVCC切换信令流程及性能影响分析

　　根据SRVCC技术规范[5]，从EUTRAN切换到GERAN/UTRAN的流程分为两种场景：有DTM支持和无DTM支持。考虑到目前DTM实验数据的缺乏，不失一般性，我们主要以无DTM支持的情况来分析SRVCC的切换流程，有DTM支持的情况下，切换中断时延的性能相同，切换准备时间要略长于无DTM的场景。

　　SRVCC从ETRAN向UTRAN/GERAN切换的过程如图4所示[5]：　

　　图4:无DTM支持的情况下，从EUTRAN向UTRAN/GERAN切换的SRVCC流程图

　　整个切换流程，大概可以分为四个阶段：切换发起阶段;切换准备阶段;切换执行阶段;切换后处理阶段。

　　2.2.1 切换发起阶段：Step 1-2

　　SRVCC切换流程图(图4)中的Step 1-2，是切换发起阶段，在这一阶段，源网络正常工作，因此用户不会受影响。

　　2.2.2 切换准备阶段：Step 3-9 和Step 13-14

　　SRVCC切换流程图(图4)中的Step 3-9和Step 13-14，是SRVCC的切换准备阶段。这一阶段对切换性能的影响主要体现在，如果该时间过长，则用户可能由于已经走出覆盖区或者某种原因导致的信号恶化而掉话。

　　2.2.3 切换执行阶段：Step 10-12 和Step 15-17

　　SRVCC切换流程图(图4)中，Step 10-12是IMS域中的切换过程;Step 15-17是空中接口发生的中断。这两个中断过程都会导致用户的业务发生中断。这两部分时延是影响用户业务中断的最重要的因素，我们详细分析如下。

　　在第10步，由MSC Server向IMS发送一条ISUP IAM (STN-SR)消息来发起 Session Transfer, 这一步骤可以在第8步之后就开始进行。Session Transfer过程是IMS标准流程[6]，第11步执行该过程，主要是用CS接入支路的SDP对远端进行更新，VoIP的下行数据流在这个时点上切换至CS接入支路。当这个过程完成后，IMS接入部分的资源进行释放。根据IMS实验网络测试的经验值，由IMS域导致的时延取决于不同的网络部署场景以及远端的情况，该过程可以长达200ms~500ms，无法满足语音业务的技术要求。

　　SRVCC有关的信令流程如下图所示：

　　在典型配置条件下，各段有关时延分析如下 [7]：

　　Step15-17是发生在空中接口的中断，根据中国移动2G/3G切换测试的经验([8])，这个时延在90ms-200ms之间，基本可以满足语音业务的基本要求。

　　值得注意的是，IMS域的中断步骤Step10-12和空中接口发生的业务中断步骤Step15-17是并行发生的，因此，用户体验的中断取决于这两个时延的最大值。由于空中接口的中断时间较短，因此，主要的问题出在IMS核心网侧。

　　2.2.4 切换后处理阶段：Step 18-23

　　这一阶段中，用户已经和新的网络建立连接并开始业务，但是由于不支持DTM，原有的数据业务需要被挂起，网络资源需要进行状态更新。从用户的语音业务角度看，该过程不会产生影响，因此我们可以不考虑这个阶段的时延问题。

　　2.3 SRVCC切换性能分析总结

　　综合2.2节的详细详细流程描述，分析结果表明，从切换时延看，SRVCC导致用户通话中断的时间主要是由于IMS核心网过程导致的，其主要原因是需要到远端终端做媒体面更新，从典型网络配置的测试值看，该部分时延较长(约200ms~500ms)，而且变动较大，如果考虑到远端终端的漫游情况及媒体处理能力，该时延还会大大增加，因此基本无法满足语音业务实时性的要求;而在空中接口的中断时间从逻辑上看，和2G/3G切换的时间相当(90ms~200ms)，根据中国移动网络部署经验看，该段时延的性能基本可以满足部属要求。

　　从SRVCC的流程图分析，除中断时延外，SRVCC信令过程的复杂性将影响切换的成功率，由于IMS域的切换过程和空中接口的切换过程是并行发生的，两者缺乏同步机制，在网络部署阶段，这种机制会为网络调试和优化带来额外的困难。

3. SRVCC优化方案探讨

　　由第二章分析可知，目前标准化规范定义的SRVCC无法满足运营商部署需求，从商业运营的角度，SRVCC有必要在如下几方面进行优化以满足商业部署的技术需求： 　　

1. 优化SRVCC的切换时延，使其满足语音业务的实时性要求，切换时延应 (<300ms)


2. 简化SRVCC信令流程，使LTE和2G/3G网络间的切换成功率达到中国移动2G/3G网络切换成功率要求(~95%)


3. 在SRVCC的IMS域和无线接入网并行流程中增加同步机制，使其便于网络部署阶段工程测试。

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