基于用户面大数据分析的端到端VoLTE语音质量提升法

基于用户面大数据分析的端到端VoLTE语音质量提升法2目录一、VoLTE语音质量评估方法二、现网落地保障方案三、VoLTE语音质量问题定界定位方法及端到端优化措施四、方法后续工作3问题：目前现网用户投诉出现过单通、断续、音质等问题，语音质量类投诉占VIP投诉总量的75%，这严重影响用户的高清语音体验。一、方法形成背景VoLTE作为中国移动三新战略的核心，可提供有QOS保障（QCI=1）的WB-AMR高清语音，把高清语音和视频通话作为卖点，极大提升用户体验。4由于VoLTE端到端IP化，IP网络特有的因素（如丢包、抖动、时延）会对VoLTE语音质量产生恶劣影响，故VoLTE语音质量分析和提升方法与GSM提升工作有明显差别。一、方法形成背景面临挑战：现有VoLTE信令监测系统只能支持信令协议回溯，还无法对语音质量进行准确评估和媒体面的监测，即网络中用户使用业务的真实感知无法获取！对处理VoLTE投诉和提升用户感知带来很大难度，迫切需要建设QOS回溯评价手段。VoLTE语音质量的影响因素-“四维”5成果1•首创一套可量化的、落地性强的VoLTE语音质量评价体系，使VoLTE通话质量、单通、断续等感知问题可视化。成果2•创新应用“四维五域三聚焦”VoLTE语音质量问题定界定位法，在复杂网络中快速精准定位QOS降质点。成果3•在现网落地QOS双重保障体系，利用大数据方法主动定位MOS质差小区/终端/网元，端到端提升用户感知。成果基于用户面大数据分析，独创一套端到端提升VoLTE语音质量的方法。通过采集VoLTE媒体面各接口数据，应用G.107算法评估VoLTE通话质量，建立了一套完整、可量化的VoLTE语音质量评价体系；创新应用“四维五域三聚焦”法，精准定位语音质量降质点；在现网落地网络级和用户级双重保障体系，利用大数据方法主动定位MOS质差小区/终端/网元，打开了用户面数据的黑匣子，全方位提升用户感知。成果主要内容6语音质量的评估方法包括主观评价客观评价目前业界有4种评估算法：语音质量评价方法主观评价人工评测：语音回放评测客观评价主动算法：POLQA(P.863)算法被动算法：E-model(G.107)算法评估标准评估原理优势劣势语音回放捕获通话数据包，靠人耳去听通话过程中的一切故障（如杂音,单通），都可以感知出来。效率低下，每人的评价标准不统一，非客观。POLQA（P.863）发送方发送参考信号，接收方进行波形比对应用广泛，被大部分IMS拨测系统采用没有考虑IP网络因素对QOS的影响，不能实现故障回溯G.107（E-model）计算网络传输层面R系数，推导MOS值考虑IP网络特有因素对语音质量的影响，可实现故障回溯只关注IP网络传输因素对语音质量影响，对噪音等音质问题分析能力有限。语音回放+双向POLQA将现网用户通话语音作为参考语音信号，与收端语音信号进行波形比对除时延外，能客观真实感知所有语音质量问题（含音质）需分析RTP净荷，涉及用户隐私等安全因素。VoLTE语音质量评价算法分类7VoLTE语音质量MOS网络传输因素丢包时延抖动编解码性能净荷因素噪音回声单通和断续次数网络传输因素丢包时延KQI指标：KPI指标：G.107(E-model)评估RTP算法评估在确定语音质量评估算法后，为了将VoLTE用户感知用具体的量化数据来进行客观评估，以便准确还原用户真实感知，项目提出了一套完整的、可量化的VoLTE语音质量评价体系，将用户端到端通话质量可量化、可视化、可控化。涉及用户信息，不做评估北京语音质量评价体系只分析RTCP包和RTP包头，不存储和分析RTP包净荷内容，故不涉及用户隐私泄露和存储容量受限问题，易于推广移植。评估算法：VoLTE语音质量评价体系编解码性能8VoLTE语音质量评价体系—KPI获取途径KPI指标可直接从媒体流中提取，现网有2类获取手段：端到端RTCP和分段RTP。RTCPRTP丢包抖动时延编码RTCP（端到端）√√√√RTP（分段）√√√基于RTCP包的分析，用于评估手机端到端的语音质量基于不同接口的RTP数据包分析，用于分段评估各接口的语音质量，实现定界定位功能，即可以判定具体故障点。9VoLTE语音质量评价体系—KQI获取途径KQI选用MOS值。是基于ITU-TG.107算法计算网络传输层面R系数，再由R系数推导出MOS值，计算公式为：R=Ro−Is−Id−Ie-eff+A参数参数值MOS值E-model(G.107)MOS:3.5desired,~3.8preferredPOLQA(P.863)MOS:~3.0desired,~3.3preferred编解码（带宽）推荐值:AMR-NB12.2kbps优选值:AMR-WB23.65kbps丢包率丢包率3%抖动抖动50ms/receptionpoint时延端到端时延250ms其中Ro代表网络传输信噪比，Is代表设备化组合概率，Id代表由于时延及设备失效导致的叠加劣化，Ie代表由低比特率编码器带来的劣化系数。系数A用于对用户环境状态（如室内/室外、低/高速移动）的补偿。由公式可知，语音质量（R值）的计算是通过估计一个连接的信噪比（Ro），然后从中减去网络损伤（Is，Id，Ie），最后再用呼叫者对语音质量的期望（A）补偿后得到。左表为根据3GPP22.105协议内容，再结合日常故障处理经验，给出VoLTE通话的各KPI、KQI的告警阈值。R-FactorMOSUserExperience9043(4.3)Excellent8040(4.0)Good7036(3.6)Fair6031(3.1)Poor5026(2.6)Bad10VoLTE语音质量评价体系—单通、断续问题OnewaydectectionPacketLossLossModel单通算法模型IPStreaming单通针对VoLTE通话单通、断续场景通过RTP评估算法监测每次通话过程否存在短时单通或者长时单通，以及语音断断续续的问题；判断单通场景主要是通过监测双向RTP包的连续性。判断断续场景主要是通过监测RTP包的发送间隔时长。00.511.522016-02-252016-02-262016-02-272016-02-282016-02-292016-03-012016-03-022016-03-032016-03-042016-03-052016-03-062016-03-07VoLTE上行单通比例_S1U(%)VoLTE下行单通比例_S1U(%)0：没有单通1：上行有单通2：下行有单通3：双向都有单通指标名称算法/判断标准语音短时单通5秒监测周期内没有RTP包（包括静默包），或者丢包率超过80%。语音长时单通连续3个监测周期(3*5S)内均有短时单通情况。语音断续场景监测收到RTP包的间隔时长，2S内都没有收到RTP包（包括静默包），可能丢包，也可能未丢包、只是延时发送。听不清11目录一、VoLTE语音质量评估方法二、现网落地保障方案三、VoLTE语音质量问题定界定位方法及端到端优化措施四、方法后续工作12IMSS-GWP-GWMb接口S1-U接口P-CSCFS5ATCFSBCPSBCLTE-UueNBSAESGi接口IM-MGWMGWGERAN/UTRANEPCCSVoLTE媒体面的网络结构媒体业务的传输协议：RTP/RTCP协议媒体数据采集的接口：S1-U接口、SGi接口、Mb和Nb接口无线接入网VoLTE网络的语音和视频通话业务，全程采用端到端IP网络的RTP业务，由UE与UE进行媒体协商、传输、控制。故北京VoLTE语音质量评估采集了媒体面的4大接口，并基于现有的RTP/RTCP媒体流技术实施。Nb接口13建立VoLTE语音质量保障体系，优化业务感知“四维度、六指标”四维度：时间维度：按月、天、小时和15分钟维度进行统计。场景维度：VoLTE-VoLTE、VoLTE-CS、CS-VoLTE接口维度：针对语音质量4个关键接口呈现关键KPI指标。网元维度：通话涉及各个网元（含小区、终端）质差分析。六指标：MOS、丢包率、抖动、时延、单通、断续。除时延、单通、断续外，其他3个指标依据RTCP统计端到端值，RTP统计各接口分段值。MOS：平均MOS(MOS3.0)丢包率：平均丢包率(丢包率3%)时延：传输平均时延(时延250ms)抖动：传输平均抖动(抖动50ms)单通：呼叫长时单通\短时单通的比例断续：呼叫断续的比例。四维度六指标为了提升VoLTE语音业务体验，分别从“网络级”和“用户级”建立两重保障体系，针对网络级保障体系主要采用“四维度、六指标”的保障评估体系，针对VVIP用户级保障体系主要采用“语音质量整体打分、动态评分”的分析体系。网络级用户级针对重点保障及VVIP用户，从语音质量“整体评分”和“动态评分”提供重点评估和保障。语音质量整体评分、动态评分：支持对整个通话过程或其中某个通话时间点的语音质量评分的展现。支持拖动指示显示媒体切片动态质量评分。“质量评分、波形回溯”整体评分动态评分输出质差网元，质差小区，质差终端14•通过采集VoLTE网络端到端的呼叫各媒体接口信息，利用G.107算法呈现现网发生的每次通话的双向上下行MOS、丢包、延时、抖动、编解码，包括RTCP端到端和各媒体接口RTP分段的质量KQI/KPI回溯，用于支撑语音质量投诉处理。1、VoLTE语音质量回溯北京VoLTE语音质量网络级保障方案•利用大数据方法对全网通话质量KPI/KQI数据进行分析评估，可以直接呈现和监测端到端和分段指标走势情况，已经确定指标阀值，并实现自动派单功能，先于用户发现语音质量问题。2、大数据分析预警15通过对S1-MME与S1-U接口信令和媒体消息中相关字段的关联，提取全网各小区下语音呼叫MOS值，进一步筛选语音MOS质差小区（如TOP10)，进行重点攻关和优化。3、质差小区定位北京VoLTE语音质量网络级保障方案16目录一、VoLTE语音质量评估方法二、现网落地保障方案三、VoLTE语音质量问题定界定位方法及端到端优化措施四、方法后续工作1717VoLTE语音质量问题定界定位方法及端到端优化措施1.VoLTE语音质量问题定界定位方法2.VoLTE语音质量端到端优化方法目录18VoLTE语音质量问题定界方法——四维五域三聚焦下行上行SBC网络SBCPTNPTN节点1S1-U节点4S1-U节点2SGI节点3SGI上行eNB主叫被叫eNBS/PGWS/PGW无线无线EPCEPCIMSRTCPRTCPMGCFCS域下行节点5Nb为提升全网VoLTE语音感知，项目创新摸索出“四维五域三聚焦”VoLTE语音质量问题定界定位法，利用海量用户面数据从四维：“丢包”、“抖动”、“时延”、“编码”四个影响感知的维度作为抓手，精准定界端到端网络中“IMS”、“EPC”、“CS”“终端”、“空口”五域的问题，聚焦在“单通”、“断续”、“音质”三个影响用户感知的现象，在日常投诉处理和全网语音质量提升方面得到了良好应用。19分别从VoLTE与VoLTE、VoLTE与CS互通2个场景梳理语音质量降质点定位方法：VoLTE语音质量问题定位流程20在定界为空口问题后，需要继续精准定位终端、基站功能异常或者空口质差等原因。但一般的终端测试软件只能看到电平、SINR值好与差，无法与用户volte语音感知对应起来，是制约volte语音质量快速提升的的瓶颈。为理清终端与基站之间的语音包传输过程，定位语音丢包原因，在终端和基站两侧创新了“物理层逐帧抓包”的数据采集分析方法，具备了空口物理层帧级排查分析能力，全面打开了无线网用户面传输黑匣子。打开终端的“黑匣子”a)原有方案普通路测软件只能抓取NAS和RRC层秒级的信令，没有用户面数据；b)创新方案利用QXDM、HIDS等抓包软件，抓取底层帧级(ms)的控制面调度信令和应用层RTP包的用户面数据。1小时测试数据也从几十MB增加至几个GB。在时间维度上联合分析终端与基站侧的信令交互和用户面的丢包、抖动信息，可精准定位