VoLTE及新增IMS网元介绍

一VoLTE介绍1.1LTE语音解决方案演进SvLTE(SimultaneousVoiceandLTE),即双待手机方式。手机同时工作在LTE和CS，前者提供数据业务，后者提供语音业务。是纯粹基于手机的方案。对网络无特别要求，不需要部署IMS，缺点是手机成本高、耗电高。目前已经有CDMA1x和LTE的双待手机，被一些CDMA运营商采用作为IMS部署前的过渡方案，而GSM/UMTS和LTE的双待手机目前还没有推出。CSFB(CircuitSwitchedFallBack),LTE只提供数据业务，当发起或者接受语音呼叫时，回落到CS域进行处理。运营商无需部署IMS，只需要升级MSC就可以支持。这是一种快速提供业务的方案，但缺点是呼叫接续速度慢。CSFB适合作为IMS部署之前的过渡方案，另外还可以用来解决LTE手机漫游场景的语音呼叫问题，在拜访地网络没有部署IMS，或者IMS漫游协议尚未应用的情况下，CSFB可以为漫入的LTE用户提供语音业务。SRVCC(SingleRadioVoiceCallContinuity),解决语音控制和移动到CS网络切换时的语音连续性问题。为基于IMS的VOIP呼叫解决方案，利用IMS核心网络提供LTEVoIP语音业务的路由、控制和业务触发，并提供LTE向2G/3G切换时的语音连续性保证。SRVCC的实现过程实质上就是一个切换过程，在LTE网络中终端是通过IMS来实现语音功能的，当终端离开LTE网络后，则通过MSCserver(MobileSwitchingCenterserver)切换到2G/3G网络中从而实现z在2G/3G网络中的语音功能。VoLTE(VoiceoverLongTermEvolution),实现LTE网络中的IMS域提供高清晰的语音服务。IMS由于支持多种接入和丰富的多媒体业务，成为全IP时代的核心网标准架构。经历了过去几年的发展成熟后，如今IMS已经跨越裂谷，成为固定话音领域VoBB、PSTN网改的主流选择，而且也被3GPP、GSMA确定为移动语音的标准架构。1.2LTE语音解决方案(CSFB)LTE部署的初期，LTE只处理数据业务，语音业务回落到CS域处理。作为部署IMS前的过渡方案，可以快速提供语音业务，但是接续速度慢。CSFB快速回落方案，可以在2s内回落。1.3LTE语音解决方案(SRVCC)●在LTE覆盖区内提供基于IP的高清晰语音和视频业务，在LTE覆盖区外仍通过CS域提供语音业务●SRVCC实现LTE网络中的IMS域语音到2G/3G网络中的CS域语音的无缝切换1.4LTE语音解决方案(eSRVCC)eSRVCC方案相对于SRVCC方案的增强在于减少了切换时长（切换时长小于300ms），使用户获得更好的通话体验。●SRVCC：媒体的切换点是对端网络设备（如对端UE），影响切换时长的主要因素是会话切换后需要在IMS网络中创建新的承载。●eSRVCC：相比于SRVCC，媒体切换点改为更靠近本端的设备。具体方案就是增加ATCF/ATGW功能实体作为媒体锚定点，无论是切换前还是切换后的会话消息都要经过ATCF/ATGW转发。后续在发生eSRVCC切换时，只需要创建UE与ATGW之间的承载通道，对端设备与ATGW之间的媒体流还是通过原承载通道传输。这样其创建新承载通道的消息交互路径明显短于SRVCC方案，减少了切换时长。1.eNodeB根据测量报告发起向RAN/GERAN的SRVCC切换过程2.MME发送PStoCS的切换请求到EnhancedMSC（eMSC）3.eMSC发送切换请求到MSC4.MSC向RAN/GERAN发送切换请求，接受响应5.建立eMSC和MSC之间的承载6.eMSC发送会话请求，并路由到SCCAS7-1.SCCAS发起新会话到远端用户，并将媒体流切换到MGW上7-2.SCCAS释放旧会话8.eMSC返回切换响应给eNodeB，eNodeB发送给切换响应给用户1.5LTE语音解决方案(CSFB与SRVCC对比)优点缺点CSFB1.不引入IMS,重用现有的CS网络2.终端产业链较成熟3.3GPP标准化1.现网需要改造2.呼叫接续时间增加3.语音通话期间，不能体验LTE高速数据业务SRVCC1.丰富的多媒体业务体验2.高清语音和视频编解码明显提升用户感受3.接续时间百毫秒级4.提升频谱利用率，降低网络成本5.3GPP标准化1.需要建设IMS2.终端产业链待成熟SRVCC接续时间优于CSFB1.6VoLTE网络架构从整体上看，VOLTE网络分为终端、接入网、承载网、核心网、业务平台。其中，较为复杂的是核心网，主要分为分组域(接入核心网)、策略控制单元、信令网、IMS域、CS域、用户域。策略控制单元（PCC）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。包括: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。部署DRA的好处: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SBC（SessionBorderControl会话边界控制器）:IMS网络中一个重要的网络节点，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。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，为UE进行会话控制和注册请求，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。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。I-CSCF（InterrogatingCallSessionControlFunction协商会话控制功能）:I-CSCF是一个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。在一个网络中可以有多个I-CSCF。MGCF（MultimediaGatewayControlFunction多媒体网关控制功能）:在IP多媒体子系统(IMS)的一个组成部分，与CSCF通信和控制媒体信道在一个IMS-MGW中的连接。它在ISDN部分(ISUP)和IMS呼机控制协议之间执行协议转换。IM-MGW（IPMultimediaGatewayIP多媒体网关）:IM-MGW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。IM-MGW也可以在MGCF的控制下完成呼叫的连续。VoLTE网络架构接口列表功能域接口名称接口类型连接网元承载协议分组域S1-MME信令MME-eNodeBGTP-CS1-U数据SAEGW-eNodeBGTP-US11信令MME-SAEGWGTP-CSGi数据SAEGW-VoLTESBC应用层协议SLg信令MME-LSP(GMLC)DiameterSLs信令MME-LSP(eSMLC)SCTPSv信令MME-eMSCGTPPCCRx信令PCRF-VoLTESBCDiameterGx信令PCRF-SAEGWDiameterIMS域Gm信令VoLTEUE-VoLTESBCSIPMw信令VoLTESBC-xCSCFSIPMx信令xCSCF-IBCFSIPMg信令I-CSCF/S-CSCF-MGCFSIPMj信令BGCF-MGCFSIPMw/I2信令xCSCF-eMSCSIPISC信令xCSCF-IMSASSIPUt信令VoLTEUE/VoLTEAS-业务配置代理网关XCAP用户数据Cx信令三合一HSS-xCSCFDiameterSh信令三合一HSS-IMSASDiameterZh信令三合一HSS-业务配置代理网关DiameterSLh信令三合一HSS-LSPDiameterS6a信令三合一HSS-MMEDiameterC/D信令三合一HSS-eMSC/GMSCMAPJ信令三合一HSS——IP-SM-GWMAP2G/3G电路域Nc信令MSC-MSCBICCCAP信令IMSSSF/MSC-智能网SCPCamelGr信令SGSN-三合一HSSMAPVoLTE特性参数参数特性序号参数参数值1时间周期Ø语音包传输时间间隔:~20msØ语音静默期:~160ms2速率ØAMR-NB:12.2kbpsØAMR-WB:23.65kbps3负载净荷（非压缩）语音包大小:~32bytes+IP包头(IPV440bytes,IPV660bytes)VoLTEQoS要求NGMN关于VoLTEQoS的要求序号参数参数值1带宽ØNGSN推荐值:AMR-NB12.2kbpsØNGSN优选值:AMR-WB23.65kbps2MOS值ØAMR-NB@12.2kbpsMOS:~3.6desired,~3.8preferredØAMR-WB@23.85kbpsMOS:~3.8desired,~4preferredØ3丢包率丢包率0.5%4抖动抖动50ms/receptionpoint5时延端到端时延250msQCI等级资源类型优先级数据包时延预数据包丢失率典型业务算1GBR2100ms10-2会话语音24150ms10-3会话视频（直播流媒体）3350ms10-3实时游戏45300ms10-6非会话视频（缓冲流媒体）5Non-GBR1100ms10-6IMS信令66300ms10-6视频（缓冲流媒体）基于TCP的业务(如文件共享\逐行扫描视频）77100ms10-3语音视频（直播流媒体）互动游戏88300ms10-6视频（缓冲流媒体）基于TCP的业务(如文件共享\逐行扫描视频）99二VoLTE协议栈从无线角度来看：VoLTE需要建立的承载要实现语音或视频业务需要UE同时建立三个数据承载外，还需要UE建立RRC链接信令承载：SRB1和SRB2。VoLTE用户注册：VoLTE用户在体验高质量通话之前，必须先进行VoLTE的注册流程，从无线角度来看，注册分为两个步骤：(1)LTE无线的无线注册:由于VoLTE实质上对于无线来说只是一种数据业务，所以，E-UTRAN网络需要为VoLTE提供数据发送的通道。即，建立QCI=8/9的承载。(2)IMS注册：支持VoLTE的终端在完成LTE的注册后，会通过LTE的承载向IMS网元发起注册(类似于高