VoLTE简介

VoLTE介绍一、概述由于在LTE网络中不存在交换域，全部业务都由分组域提供。目前,其语音解决方法，也就存在着双待机、CSFB和VoLTE等三种主流方案。其中，双待机和CSFB均为依托原有的2/3G网络来提供语音服务，VoLTE则使用IMS域，在LTE网络上通过VoIP方式直接提供语音服务。双待机方案：双待机终端可以同时待机在LTE网络和3G/2G网络中，而且可以同时从LTE和3G/2G网络接收和发送信号，其语音解决方案的实质是使用传统3G/2G电路域网络，与LTE网络无关，LTE与3G/2G模式之间没有任何互操作，终端不需要实现异系统测量，技术实现简单。CSFB方案：CSFB方案的主要思想是在用户需要进行语音业务的时候，从LTE网络回落到3G/2G的电路域重新接入，并按照电路域的业务流程发起或接听语音业务。终端空闲态下驻留在LTE网络上发起/收到呼叫时，回落到2G/3G网络，待呼叫结束后，再返回到LTE网络。VoLTE（VoiceoverLTE）：以LTE网络作为接入，提供了基于IMS域的语音视频业务。IMS由于支持多种接入方式和丰富的多媒体业务，成为全IP时代的核心网标准架构。与多模双待机方案和CSFB方案不同，VoLTE不在需要2/3G电路域网络的支持，3GPP和GSMA等标准化组织已将VoLTE确定为移动语音业务演进的标准架构和目标方案。VoLTE提供了架构在LTE网络上全IP条件下的“端到端”语音方案。VoLTE的语音作为IP数据传输，无需2G/3G网络，实现了数据与语音业务在同一网络下的统一。相对于现有的2G/3G网络，VoLTE通过引入高清编解码和QoS等技术，可拥有比2G/3G语音和OTT语音更好的用户体验。同时，当终端离开LTE覆盖区域时，VoLTE能够使用SRVCC技术将LTE上的语音呼叫切换到2G/3G网络上，保证呼叫的连续性。1.1.特性VoLTE使用IMS的多媒体语音业务，与传统2/3G语音和OTT语音业务相比具有以下特点：1、低时延、高清音视频等业务体验：由于LTE网络“永远在线”的特点，寻呼时长减少，使得VoLTE端到端呼叫时延较2/3G显著缩短，VoLTE端到端时延理论值仅为0.5~2s，其中语音呼叫带宽提高近1倍，话音质量更清晰。2、多域配合的网络架构：VoLTE由EPS提供数据承载、PCC提供QoS保障、IMS提供呼叫控制和业务逻辑、eSRVCC技术提供至CS的切换，并采用统一融合的数据库“三合一”HSS，是一张需多域网元相互配合的网络。3、基于SIP协议，核心控制全IP化：VoLTE是一张全IP的网络，采用互联网应用层SIP协议进行呼叫控制和业务触发。相对于传统的电信协议，SIP采用文本编码、定义宽松、规则简单、易于扩展，但也有协议内容冗余、兼容性问题突出等互联网协议传统缺陷。4、用户归属网络提供业务：区别于CS域采用拜访地网络提供业务，VoLTE由归属地网络提供业务，以实现无论用户漫游在何地，均可保证一致的业务体验。各省可以面向本省用户提供个性化VoLTE多媒体业务。5、全面使用IPv6：2/3G环境下，由于网络地址有限，当用户使用数据业务完成以后，网络侧会将IP地址收回。在LTE环境下，用户永远在线，网络侧将不再回收IP地址。考虑IMS永远在线的特性对IP地址的巨大需求，3GPP组织则明确将IPv6确定为IMS的强制支持的协议版本。6、终端更复杂、更智能：VoLTE终端除继承LTE终端“多模多频”的能力外，还集成了IMS协议栈、具备eSRVCC能力、支持多种音视频编解码方式等。不同于2/3G“网络智能化，终端傻瓜化”的特点，VoLTE终端更复杂、更智能，成为影响时延、互通、业务的关键因素，需进行专门的维护和管理，也对未来网络优化带来很大的挑战。1.2.与传统的双待和CSFB对比由于VoLTE有很强的技术优势，其在接通时延，语音和业务提供上相比传统业务有很大改进，但其网络改造大，优化覆盖难，终端支持较慢等不利因素也较为明显。下表为几种语音解决方案的简单对比种类实现方案优点缺点多模双待同时待机在LTE网络和3G/2G网络里，而且可以同时从LTE和3G/2G网络接收和发送信号双待机，数据和语音可以并行网络无需改造，LTE与3G/2G模式之间没有任何互操作，终端不需要实现异系统测量，技术实现简单无标准化，终端自行实现，同时使用两套收发机，对终端待机有一定影响CSFB在用户需要进行语音业务的时候，从LTE网络回落到3G/2G的电路域重新接入，并按照电路域的业务流程发起或接听语音业务不引入IMS,重用现有的CS网络终端产业链较成熟，3GPP标准化现网需要改造，优化难度大呼叫接续时间增加语音通话期间，不能体验LTE高速数据业务SRVCCLTE网络作为接入，提供了基于IMS的音视频业务多业务，低时延，高清语音频谱利用率高，网络成本低一套收发机，3GPP标准化核心网改造巨大，需新建众多网元，对LTE覆盖要求高，优化难度大二、系统构架与原理2.1.系统构架从整体上看，VOLTE网络分为终端、接入网、承载网、核心网、业务平台。IBCF彩铃业务平台彩印业务平台定位业务平台IP短信网关（IP-SM-GW）VoLTEAS/MRF智能网SCPPCRFDRAI/S/E-CSCF/BGCF/TRF/LRF/EATFMGCF/IM-MGWP-CSCF/ATCF/ATGW/AGWBTS/BSCeNodeBUEDNS/ENUM三合一HSSGMSCeMSCSAEGW/GGSN/PCEFMME/SGSN业务配置代理网关业务平台核心网PCC信令网分组域承载网接入网终端IMS域SLh/SLgMxCxRxMwMg/MjMw/I2SLsNc/NbCx/Sh/Zh/S6a/SLhJC/DNcGxS11/Gn/GpSGiS6a/SLgSv/SGsGr/S6aShCAPUtCAPZh2G/3G电路域2G接入LTE接入S1-UUuGmUmUtGbA用户数据承载网Rx/GxISCS1-MMENanocell网关S1-US1-MMENanocell其中，相对于传统的LTE无线网络，核心网改动较大，主要分为分组域(接入核心网)、策略控制单元（PCC）、信令网（DRA）、IMS域、CS域、用户域，其中，信令网和IMS域为VoLTE专门使用。核心网中的MME，SGW，PGW在前文已经介绍，在这里将不在累述。2.2.设备用途其各个设备的主要功能如下：策略控制单元（PCC）：PolicyandChargingControl策略与计费控制:提供策略控制、计费控制功能、业务数据流的事件报告等功能。PCEF（PolicyandChargingEnforcementFunction策略和计费执行功能）:主要包含业务数据流的检测、策略执行和基于流的计费功能PCRF（PolicyandChargingRuleFunction策略和计费规则功能）:包含策略控制决策和基于流计费控制的功能，PCRF接受来自PCEF、SPR和AF的输入，向PCEF提供关于业务数据流检测、门控、基于QoS和基于流计费的网络控制功能，并结结合PCRF的自定义信息做出PCC决策。信令网(DRA)：DRA（DiameterRoutingAgent路由代理）:下一代信令网，可以真正实现未来核心网逐步的扩展，简化网络，实现快速部署、高效维护及增强网络安全。用处：解决移动用户漫游到其他网络时，用户的鉴权、认证、位置登记、计费策略等信息在漫游网络与归属网络之间的传递。在一些业务应用场景中，保证对于同一个用户，AF和PCEF能够寻址到同一个PCRF，通过部署Diameter代理来实现IP地址和IMSI的动态绑定以完成寻址。IMS域在逻辑上主要分为三部分，为呼叫会话控制功能，多媒体资源功能和网关，下面分别进行介绍IMS域-SBCSBC（SessionBorderControl会话边界控制器）:其位于IMS网络的边界，起着将终端用户接入到IMS核心网的重要作用。它的主要功能包括接入许可控制，网络拓扑隐藏，NAT以及NAT穿越，QoS及带宽策略，和网络安全机制等。VoLTESBC包含P-CSCF/AGW、ATCF/ATGW功能模块。P-CSCF（ProxyCallSessionControlFunction代理会话控制功能）:是IMS中用户的第一个联系点（在信令平面），从SIP的角度来看，它是一个出站/入站的SIP代理服务器，所有的SIP信令，无论是来自用户设备UE，还是发送给UE的，都必须经过P-CSCF。UE使用本地CSCF发现机制可以获得P-CSCF的地址。P-CSCF负责验证请求，将它转发给指定的目标，并且处理和转发响应。提供注册鉴权、信令保护、信令压缩、媒体授权、QoS控制、信令路由、紧急呼叫、漫游计费等功能。为支持号码补全以及紧急呼叫，P-CSCF需能识别紧急呼叫，获取用户位置信息，并在SIP信令中添加相应信息，且能将位置信息映射为区号。ATCF（AcessTransferControlFunctionality，接入转移控制功能，用于控制面）/ATGW（AccessTransferGateway，接入转移网关，用于媒体面），该网元为eSRVCC新增网元，是VoLTE用户在当前所在网络的信令面和媒体面的锚定点，在发生eSRVCC时将VoLTE用户接入侧的媒体面从LTE切换到电路域，以减少切换时长。IMS域-CSCF：，S-CSCF（ServingCallSessionControlFunction服务会话控制功能）:是IMS的核心所在，它位于归属网络，负责对UE的注册鉴权和会话控制，执行针对主叫端及被叫端CM-IMS用户的基本会话路由功能，并根据用户签约的IMS业务触发规则，在条件满足时进行到AS的业务触发。但当UE处于会话中时，S-CSCF处理网络中的会话状态。在同一个运营商的网络中，可以有多个S-CSCF。I-CSCF（InterrogatingCallSessionControlFunction协商会话控制功能）:运营商网络内部的接触点，所有与这个网络运营商的用户连接都要经过这个实体，CM-IMS域的边界点，其主要功能包括指派S-CSCF、PSI路由功能、Transit功能等。I-CSCF不要求做拓扑隐藏。在一个网络中可以有多个I-CSCF。E-CSCF:从P-CSCF接受紧急会话建立请求，并完成用户接入位置信息查询和紧急呼叫路由等功能。BGCF:IMS到CS的呼叫路由，BGCF收到来自S-CSCF的呼叫请求后根据本地配置选择合适的MGCF进行转发。LRF:E-CSCF提供路由信息（紧急呼叫中心的SIPURI和TELURI）和其它根据管制要求、紧急呼叫应提供的参数（比如用户位置信息TAI）。当LRF与E-CSCF合设时，用户位置信息和路由信息需配置在E-CSCF中。EATF:作为紧急呼叫的锚定点，提供紧急呼叫的SRVCC，保证紧急呼叫的语音连续性。IMS域-MGW/MGCFMGCF（MultimediaGatewayControlFunction多媒体网关控制功能）:在ISDN部分(ISUP)和IMS呼机控制协议之间执行协议转换，用于IMS域与CS域的互通，负责完成控制面信令的互通（PSTN/CS域侧ISUP/BICC协议与CM-IMS侧SIP协议的交互和互通），并控制IM-MGW完成用户面媒体面的互通、号码规整、号码分析和路由、放音、放音抑制、视频回落等功能。IM-MGW（IPMultimediaGatewayIP多媒体网关）:负责IMS与PSTN/CS域之间的媒体流互通，提供CSCN网络和IMS之间的用户面链路，支持PSTN/电路域TDM承载和IMS用户IP承载的转换。主要功能是承载和媒体处理。在IMS终端不支持CS端编码时IM-MGW完成编解码的转换工作。MGCF的控制下完成VoLTE用户面IP承载与CS域承载之间的转换，提供编解码转换、承载资源管理和放音功能。HSS:VoLTE中的HSS是HLR/AuC、