어플리케이션 노트: VoLTE 문제 해결 사례 | enterprise.netscout.com

어플리케이션 노트: VoLTE 문제 해결 사례

소개

LTE를 배포하는 서비스 제공업체에게 VoLTE(Voice over LTE)의 성공은 iTalkBB, Phonepower, Skype 및 Viper 등의 타사 OTT(Over The Top) 음성 어플리케이션/서비스와 자사 HD 오디오/비디오 서비스를 차별화할 수 있는 마일스톤입니다. VoLTE 서비스는 가입자가 기대하는 가장 기본적인 서비스이기 때문에 올바른 VoLTE 서비스 확보는 매우 중요합니다. 사고가 발생할 때 가장 두드러지는 서비스이기도 합니다. 처음에 올바로 하는 것이 절대적으로 중요합니다.

이 백서는 VoLTE의 배포 및 유지보수 담당 엔지니어와 기술자에게 유용한 개요서로, 주요한 네트워크 요소들과 VoLTE 통화에서 각 요소의 역할, VoLTE 배포 과정에서 확인된 일반적인 문제점에 대해 설명합니다. 또한 라이브 LTE 네트워크에서 VoLTE 문제를 해결할 때 주력할 사항을 조명하는 우수 사례도 제시합니다.


VoLTE의 주요 구성요소

EPC(Evolve Packet Core): eNodeB, SGW, MME, PGW

이러한 구성요소는 모바일 네트워크를 통해 사용자 장비가 이동할 때 데이터 네트워크에 가입자 연결을 구축하고 유지하기 위하여 협력합니다. VoLTE 전화를 걸 때 IMS에 APN 및 특수 IP 주소를 통해 생성해야 할 하나 이상의 베어러를 할당해야 합니다.

IP 멀티 미디어 서브시스템(IMS)

네트워크 간 통화 및 메시징, AAA 및 라우팅을 지원하는 어플리케이션 서버, 통화 세션 제어기 및 미디어 제어 기능이 포함됩니다. SIP 트래픽은 EPC를 떠난 후 IMS로 라우팅됩니다. IMS는 SIP 및 RTP 트래픽을 라우팅하기 위해 통화 수신자가 상주하는 3G/PSTN/EPC를 결정합니다.

SBM(Session Border Management)

SBM은 IMS에 속하는 요소로, PSTN 및 2/3G 등의 다른 네트워크 서비스와 EPC/IMS 간 보안, 서비스 품질 및 수신/라우팅 제어를 강화합니다. 다양한 유형의 네트워크 MSC/MGW(Media Switching Center/Media Gateway) 사이에서 VoIP 세션의 개시, 수행 및 종료 방법을 관리합니다. SBM은 MG(Media Gateway)와 함께 인터네트워킹 지원과 더불어 LTE와 2G/3G/PSTN 간 미디어 코덱 및 신호 트래픽의 효율적인 관리를 지원합니다. LTE와 3G/PSTN 간 음성 코덱의 트랜스코딩을 수행하는 MRFP(Media Resource Function Processer)는 EPC와 2G/3G/PSTN 사이의 중요한 요소입니다.

기본적인 VoLTE 통화 처리에 대한 이해

  1. LTE에 연결

    UE가 네트워크에도 접속될 수 있도록 MME에 UE를 인증 및 인가 받아야 합니다.
  2. IMS 서비스에 연결 및 등록

    (a) UE는 기본 베어러를 설정하기 위해 IMS에 데이터 서비스를 요청합니다(새로운 IPv4 및/또는 IPv6 주소가 UE에 할당됨) (b) 그러면 UE가 IMS에 "등록"되어 IMS를 통해 다른 VoLTE, 3G/2G 또는 PSTN 가입자에 통화가 전달될 수 있도록 "준비(프로비저닝)"됩니다.
  3. 전화 걸기

    UE는 통화를 개시하고, 기본 베어러를 통해 SIP "초대" 메시지를 전송함으로써 수신자와 연결을 구축합니다. IMS는 SIP 메시지를 수신한 다음, 수신자(LTE/3G/PSTN)를 찾아서 연결을 구축합니다. 수신자가 PSTN 또는 서비스 제공업체의 네트워크에 있는 경우, SIP 및 미디어의 라우팅은 SBC를 통해 수행되고, 코덱 트랜스코딩은 MRF으로 수행됩니다.
  4. 미디어 베어러 설정

    IMS는 RTP 및 RTCP 프로토콜 스트림을 통해 음성 패킷을 전달하는 전용 베어러 설정을 시작하도록 PGW/APN에 지시합니다. 3GPP 표준에 따라 음성 베이러에 품질 제어 지수(QCI) 레벨 1을 지정해야 합니다. 마지막으로 전용 베어러를 통해 RTP(음성 변환)가 전송됩니다. 전용 베어러는 음성 통화 후 삭제됩니다.

QCI 자원 유형 우선순위 패킷 지연 예산 패킷 오류 손실률 예시 서비스
1 GBR 2 100ms 10-2 대화형 음성
2 4 150ms 10-3 대화형 화상(라이브 스트리밍)
3 3 50ms 10-3 실시간 게임
4 5 300ms 10-6 비대화형 화상(버퍼링 스트리밍)
5 비 GBR 1 100ms 10-6 IMS 신호 발생
6 6 300ms 10-6 화상(버퍼 스트리밍) TCP 기반(예: WWW, 이 메일, 채팅, FTP, P2P 파일 공유, 프로그레시브 비디오 등
7 7 100ms 10-3 음성, 화상(라이브 스트리밍), 대화형 게임
8 8 300ms 10-6 화상(버퍼 스트리밍) TCP 기반(예: WWW, 이 메일, 채팅, FTP, P2P 파일 공유, 프로그레시브 비디오 등
9 9

베어러

베어러는 EPC를 통해 가입자의 데이터 트래픽을 전달하기 위해 생성되는 GTP-U 기반 터널입니다. 가입자의 장치가 PGW(PDN-Gateways)를 통해 네트워크에 연결되어 데이터 서비스와 연결되면 데이터 서비스에 필요한 기본 통신 프로토콜을 전달하기 위해 기본 베어러가 생성됩니다. GBR(Guaranteed Bit Rate) 또는 nGBR(non-Guaranteed Bit Rate), 두 가지 유형의 베어러가 생성될 수 있습니다. GBR 베어러에는 음성 등의 지터 및 패킷 거부에 민감한 트래픽을 RTP를 통해 전송하기 위해 보장된 대역폭이 할당됩니다. 음성 전달 GBR은 자원을 소모하며, VoLTE 통화가 성공적일 때 생성되고 통화가 끝나면으로 즉시 삭제됩니다. nGBR는 일반적으로 기본적인 인터넷 트래픽 등의 정상적인 데이터 트래픽용으로 생성됩니다. 기본적인 베어러(예: SIP 트래픽이 흐르는 VoLTE용 또는 중요하지 않은 인터넷 서비스용)는 대부분 nGBR입니다.

QCI(Quality Control Identifier):

각 베어러의 우선순위 등급과 QoS 매개변수(패킷 지연 및 손실 예산)을 나타냅니다. HSS에서 가입자의 프로필과 서비스 제공업체가 제공하는 데이터 서비스를 기반으로 QCI가 할당됩니다. 3GPP 가 참조용으로 9 제안 QCI 값을 제공하지만 서비스 제공업체가 자체 QCI를 데이터 서비스에 할당할 수 있습니다.

VoLTE 과제

  1. 높은 트래픽 볼륨

    모든 VoLTE 트래픽이 IP 기반입니다. 통화 신호는 TCP/SIP 기반이며, 오디오는 오디오 코덱으로 AMR-WB와함께 UDP/RTP를 통해 전달됩니다. 이러한 VoLTE IP 흐름은 스트리밍 비디오와 인터넷 트래픽을 포함한 LTE 코어의 다른 모든 IP 데이터 트래픽 사이에 묻힙니다.

  2. 다양한 경로

    VoLTE 전화가 걸리면 데이터 베이러를 생성하는 제어 신호가 미디어 트래픽과 다른 데이터 경로를 통해 전달됩니다. 또한, SIP 신호 및 미디어 트래픽도 EPC를 떠난 후 다른 경로 및 네트워크 요소를 통해 다른 경로로 이동합니다. VoLTE 통화 설정 및 품질 문제를 해결하려면 생성된 사용자 베어러와 제어 신호 사이 통찰력과 상관 관계가 필요합니다.

  3. 세그먼트 간 통찰력

    EPC의 여러 인터페이스 내에서 전용 베어러를 동적으로 생성하여 오디오의 QoS을 보장합니다. 전체 범위에서 오디오 품질 문제의 근본 원인 분석에는 여러 세그먼트에 걸쳐 설정된 QCI 매개변수들 간 상관 관계와 통찰력이 필요합니다.

  4. 비대칭 미디어 흐름 통찰력

    EPC 내부와 주위 RTP 흐름의 각 방향에 다른 VLAN을 할당할 수 있습니다. 이러한 비대칙 특성에도 불구하고 엔지니어가 모든 RTP 패킷을 통찰하려면 SIP 흐름과 RTP 흐름을 연관시키고 패킷을 추출할 수 있어야 합니다. 비정상적인 VoLTE 통화 거부 문제를 해결할 때, 엔지니어는 패킷을 추출하여 RTP 페이로드의 타이밍과 동작을 분석해야 합니다.

VoLTE 문제 해결 사례

  1. 먼저, 연결을 구축하고 트래픽을 캡처하여 c-평면 및 u-평면 인터페이스 전반에서 트래픽을 통찰해야 합니다. 일반적으로 VSS Monitoring 또는 Brocade의 것과 같은 집계 스위치가 트래픽을 필터링 및 집계하고 지연이 매우 낮은 도구로 트래픽를 분산하여 트래픽 균형을 조절할 수 있습니다.

  2. 캡처된 트래픽에서 제공된 VoLTE 관련 베어러 설정 및 QoS 매개변수를 분석합니다.

  3. 2G/3G/PSTN으로 통화를 위해 EPC와 IMS 및 SBC 범위에 걸쳐 SIP 흐름을 분석합니다.

  4. CDMA/PSTN으로 통화를 위해 EPC의 인터페이스와 MRFP 및 SBC 범위에 걸쳐 걸린 통화와 연관된 RTP 흐름을 추적합니다.

NTM(Network Time Machine)은 c-평면/u-평면 및 SIP/RTP 간 상관 관계를 확인하는 캡처 후 분석 기능과 함께 최고 20 Gbps의 고성능 패킷 캡처 기능을 제공하므로 사용자가 전체 환경에서 VoLTE 문제의 근본 원인 분석을 수행하기 위해 Back in Time (백-인-타임)으로 진행할 수 있습니다.

시간 동기화 고려사항

모든 트래픽의 타임스탬프가 동기화되는 동일한 장치에 전체 트래픽이 캡처되지 않을 경우, C-평면/U-평면, RTP/SIP 트래픽의 모든 상관관계 분석이 어려울 수 있습니다. 캡처 장치를 여러 대 사용하는 경우, 외부 NTP 또는 PTP/GPS 클럭 소스를 사용하여 캡처 장치들의 타임스탬프 메커니즘을 동기화해야 합니다. 또는 VSS 모니터링의 것과 같은 고급 통합 스위치가 외부 클럭 소스를 수신하여 패킷의 트레일러에 타임스탬프를 추가하는 방법도 있습니다. 상관 관계 분석을 위해 내보낼 때 패킷을 재구성하기 위해 제공되는 타임스탬프를 사용하는 캡처 장치는 엔지니어들에게 매우 유용할 것입니다.

사례 1

사용자가 전혀 전화를 걸 수 없는 경우

  • 기본 베어러가 설정되지 않은 경우
  • 사용자가 IMS에 등록하지 않은 경우(인증 문제, IMS 과부하)

이러한 문제의 경우, S1 및 S11 인터페이스를 연결하여 UE의 초기 연결 및 베어러 설정 프로세스와 UE로부터 SIP 흐름이 있는지 여부를 검사합니다. Network Time Machine과 같은 분석기는 최고 20Gbps까지 S1 및 S11에서 모든 트래픽을 캡처하여 관심 대상 UE를 선별한 다음, IMS과 함께 기본 베어러 및 전용 베어러 설정 절차를 표시할 수 있습니다.

사례 2

PSTN 사용자에게 전화를 걸 수 없는 이유는 무엇입니까?

VoLTE 가입자가 건 전화는 IMS 지원을 통해 PSTN으로 라우팅할 수 있습니다. 라우팅에 실패하면 전체 범위의 각 세그먼트로부터 SIP 흐름을 캡처하여 검사함으로써 통화 설정 프로세스 실패 여부와 해당 위치를 판별해야 합니다. EPC를 담당하는 엔지니어에게 미디어 변환을 위해 IMS와 지역 코어 사이, 즉 PGW와 the IMS 간 경계 지점 주위, SBC 주위 및 MRFP 전반에서 신호 트래픽을 캡처하는 일은 매우 중요합니다. 통화 설정 시간 오류 및 지연을 확인해야 하고, 실패의 원점에서 근본 원인 분석을 통해 패킷의 페이로드를 조사해야 합니다.

문제 해결 과정에서 실패를 초래한 SIP 흐름을 검사하십시오. SIP 원인 코드는 통화 실패 이유에 대한 실마리를 제시합니다(예: 503 서비스를 사용할 수 없음). 예 코드는 과부하 또는 잘못된 구성으로 인해 서비스를 사용할 수 없음을 의미할 수 있습니다.

Network Time Machine은 캡처된 SIP 트래픽을 분석하여 SIP 오류 및 오류를 초래한 통화에 대한 통계 정보를 제공합니다.

테스트 솔루션으로 전용 베어러에서 흐름의 실제 CoS 관련 매개변수(예: 네트워크의 각 u-평면 인터페이스 전반의 802.1pq, DSCP 및 MPLS 매개변수)뿐만 아니라 설정된 전용 베어러의 QCI 값도 확인할 수 있습니다.

NTM을 사용하면 검사하는 VoLTE 통화에 대한 c-평면 베어러 설정을 관찰할 수 있습니다. 위 예에서 ID#6의 전용 베어러가 1이 아닌 5의 QCI로 구축되었으며, 이는 GBR 및 MBR 값이 없는 nGBR 베어러입니다. 트래픽 폭주 시간에 통화의 MOS 점수가 떨어졌다면, 그것이 근본 원인일 수 있습니다.

OWA 문제를 해결할 때, 엔지니어는 SIP 패킷과 RTP 패킷을 모두 추출하여 BYE 메시지에서 이유 필드를 검사할 수 있습니다. 예를 들어 UE에서 비롯된 RTP/RTCP 시간초과 문제는 라이브 오디오를 유지하기 위해 무음 압축 패킷을 전송하지 않음으로써 10초 후 RTP 시간초과를 유발하는 MRFP 때문에 발생될 수 있습니다.

결론:

LTE를 배포하는 서비스 제공업체에 VoLTE는 매우 중요한 어플리케이션입니다. 서비스를 관리하기 위해 엔지니어는 부하가 심한 조건에서도 트래픽을 통찰할 수 있고 u-평면/c-평면 및 SIP/RTP 간 상관 관계를 파악할 수 있는 도구를 사용함으로써 문제를 신속하게 확인하고 근본 원인 분석에 필요한 패킷을 추출할 수 있어야 합니다.

NTM은 신속하게 캡처하므로 배포하기 쉽고, 엔지니어가 VoLTE 문제의 근본 원인을 밝히는 패킷을 빨리 캡처하여 시각화할 수 있는 지능형 분석 기능을 제공합니다.

 
 
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