基于eSRVCC的VoLTE语音解决方案

基于eSRVCC的VoLTE语音解决方案潘力1，缐晓林2（1.中国移动通信集团厦门分公司厦门361000；2.大北欧通讯设备（中国）有限公司厦门361000）摘要在LTE部署的初级阶段，LTE基站的覆盖程度还无法达到传统GSM语音网络的基站覆盖程度，这样势必会给VoLTE用户的通话带来很大的影响。3GPPR8中提出了基于SRVCC的VoLTE语音方案，使用CS无线接入为处于LTE覆盖边界的用户提供持续的语音服务，实现VoLTE用户的无缝语音服务。SRVCC是在3GPPTS23.216标准中提出的，它是一个跨越E-UTRAN、EPC、CS和IMS的多通信领域的VoLTE语音解决方案。要实现SRVCC，除了要IMS网络的支持，手机终端、LTE基站、MME和MSC上也要进行相应的支持。3GPPR10又提出了eSRVCC的概念，在R9的基础上，不仅实现了信令的锚定，更实现了多媒体信息的锚定，从而提高SRVCC切换的效率、降低了切换的延迟。关键词VoLTE；eSRVCC；IMS1VoLTE是4G语音的主要解决方案1.14G时代的语音解决方案随着LTE（LongTermEvolution）的演进和发展，移动网络上下行的数据可达50/100Mbps，使得数据业务获得了空前的发展，同时，传统的语音业务如何充分利用4G网络优势为用户提供高质量的语音通话成为全球运营商共同关注的问题。目前，4G语音解决方案主要有SVLTE（SimultaneousVoiceandLTE）、CSFB（CSFallBack）和VoLTE/eSRVCC(VoiceoverLTE/enhancedSingleRadioVoiceCallContinuity)。SVLTE方案：通过LTE单卡双待终端同时接入LTE和2/3GCS网络，数据业务通过LTE网络承载，语音业务通过CS网络承载。该方案通过定制终端实现，对网络侧无改造需求，但是存在高功耗的弊端。CSFB方案：终端开机驻留在LTE网络，进行语音业务时回落到2/3G网络，待通话结束后再重选返回LTE网络驻留。该方案通过在MME和MSC创建SGs接口，处理LTE域和CS域之间的移动性管理和寻呼流程。缺点在于回落导致的切换时延过长（最多达15秒），而且终端在LTE网络下的数据业务会中断，影响用户感知。VoLTE/eSRVCC方案：终端在LTE覆盖范围内通过LTE域提供基于IMS的语音业务；离开LTE覆盖区，通过eSRVCC技术保证LTE语音与2/3G语音之间的无缝切换。该方案通过在MME和MSC之间建立基于IP的信令接口Sv接口，在用户从LTE网络向2/3G网络漫游时由终端触发LTE域到CS域的语音业务切换；并且通过ATCF/ATGW实现信令面和媒体面的锚定来降低切换的时延。综合网络技术、业务质量和演进方向等因素，VoLTE/eSRVCC具有以下优势：（1）更短的呼叫建立时长和切换时延；（2）利用LTE网络的高带宽，采用AMR-WB编解码，实现高清语音；（3）易于融合RCS富媒体通信，为用户提供多样的业务体验；（4）符合全IP的网络演进的要求。因此，VoLTE/eSRVCC方案成为4G语音的主要解决方案已经成为业界的共识。1.2VoLTE标准的演进3GPP主要制定VoLTE网络技术方案，标准演进情况如图1所示。R8制定了VoLTE的架构和SRVCC切换方案。2011年由中国移动牵头提出eSRVCC方案，缩小了切换时延，在R10中成为切换的首选方案。通过R8到R11的标准化工作，VoLTE和IMS网络相关的技术标准已经成熟，能够满足业界部署需求。图1VoLTE标准演进1.3全球VoLTE网络部署情况LTE网络在电信业领先市场的渗透率稳步提升，据GSA（全球移动设备供应商协会）统计，截止2014年1月，全球90个国家已部署275个LTE商用网络（含TD-LTE和FDDLTE网络），LTE用户数接近2亿。目前，VoLTE部署仍处于起步阶段，韩国LGU+、SKTelecom、美国MetroPCS的FDDLTE网络已经商用VoLTE；美国Verizon、AT&T、日本NTTdocomo也明确了部署VoLTE的时间表；中国移动提出2014年底商用基于TD-LTE网络的VoLTE。2VoLTE的技术原理2.1基于eSRVCC的VoLTE组网架构图2VoLTE网络架构如图2所示，根据3GPPR10的标准，VoLTE网络架构的核心控制部分主要包含IMS域功能、EPC域功能和CS域功能。1.IMS域主要实现LTE用户注册、鉴权、会话控制、业务触发、路由选择、资源控制等功能。主要功能网元为P-CSCF/VoLTESBC、ATCF、I/S-CSCF、VoLTEAS。P-CSCF：位于拜访网络，是用户接入IMS网络的入口节点，负责用户与归属网络之间SIP信令的转发。在VoLTE架构下，P-CSCF一般与VoLTESBC合设，VoLTESBC负责用户接入IMS域，处理用户间媒体流。ATCF：位于拜访网络，作为eSRVCC切换时IMS网络的锚定点。当用户发生eSRVCC切换时，2/3G目标网络的MSC向IMS网络ATCF发送INVITE请求，来完成4G到2G语音的无缝切换。相比于3GPPR9，eSRVCC与SRVCC的最大不同就是将IMS域的锚定点从用户归属地的SCCAS转移到了拜访地ATCF（一般ATCF与P-CSCF/SBC合设），从而极大地缩短了切换的时间I-CSCF是归属网络的入口点，为主被叫用户查询S-CSCF。S-CSCF位于归属网络，是IMS网络信令路由控制的核心节点，负责IMS用户的注册、鉴权、会话，路由和业务触发。VoLTEAS负责向用户提供VoLTE多媒体电话基本业务、补充业务、智能业务触发网关（IM-SSF）、业务配置转发（AP）、媒体资源处理等功能；提供业务连续性，即SCCAS（ServiceCentralizationandContinuityApplicationServer），关注切换操作与用户接入域信息，与ATCF/ATGW配合,在IMS域中负责完成eSRVCC切换流程，更新远端UE的媒体信息。通常VoLTEAS是由一组实现不同功能的AS组成的，根据用户的不同业务实现不同AS的触发。2.EPC域主要实现LTE用户的接入，支持对LTE用户的移动性管理等功能。作为VoLTE语音业务重要的信令和语音承载通道，EPC网络能够提供端到端的QoS保障，保证语音业务切换到2/3G网络的用户体验。主要功能网元为MME、S/P-GW、PCRF。MME：提供控制面的移动性管理，包括用户上下文，分配用户临时身份标识，下发网络侧的VoLTE能力，根据APN配置和网络拓扑选择S-GW/P-GW，并通过Sv接口向MSC发送eSRVCC切换请求S-GW：3GPP内不同接入网络间的用户面锚点，是终结E-UTRAN的接口，提供分组路由和转发功能。P-GW：3GPP接入网络和非3GPP接入网络之间的用户面锚点，提供承载管理及PCC策略执行，包括建立IMS信令承载，分配P-CSCF地址，分配UEIP地址，向PCRF发起IP-CAN流程，获取动态QoS等。PCRF：EPC网络QoS核心控制节点，是连接IMS网络和EPC网路的桥梁。在用户进行语音呼叫时，通过Rx接口接受IMS网络AF下发的资源申请，在EPC下通过Gx接口下发相关控制策略到P-GW为语音、视频通话建立专用承载。3.CS域主要实现实现LTE用户在2G/3G网络下的移动性管理和语音业务，包括切换，CS语音回落等功能。2.2VoLTE主要接口及协议接口功能协议Mw(1)P/I/S-CSCF之间，用于IMS注册及会话流程中CSCF之间的消息传递及前转(2)ATCF与S-CSCF之间，用于控制eSRVCC切换。SIPMgI-CSCF与MGCF之间，MGCF通过该接口转发CS域的会话信令到I-CSCF，实现CS域到IMS域信令的互通。SIPISCS-CSCF与AS之间，S-CSCF依据从IMS-HSS获取的IMS签约触发规则和IMS终端的SIP业务请求进行业务触发判断，将会SIP话转向特定AS服务器以完成业务逻辑的处理。MnMGCF与IM-MGW之间，MGCF通过该接口控制IM-MGW网关上的媒体流互通，以及特殊资源的调用。H.248SvMME与eMSC之间，MME通过该接口通知eMSC执行eSRVCC切换。GTPv2SGiS/P-GW与VoLTESBC之间，SAE-GW和IMS分组数据网络的接口，VoLET用户通过该接口接入IMS网络。GTPv1RxPCRF与VoLTESBC之间，PCRF通过该接口获取网络侧信息，包括eSRVCC切换控制信息、资源分配情况信息等。DiameterGxPCRF与S/P-GW之间，PCRF根据业务需求，通过该接口传递QoS控制/承载资源分配控制、计费控制策略等。Diameter2.3VoLTE/eSRVCC基本信令流程1.网络注册在VoLTE网络中，LTE用户开机后根据实际的信号强度覆盖，自主选择附着到CS网络或LTE网络。注册LTE网络，首先进行EPC附着。对于VoLTE用户EPC网络会为用户分配两个APN：一个数据VPN（如CMNET）用于用户上网等数据业务使用，一个IMSAPN用于IMS信令交互。数据APNQCI为9，IMSAPNQCI为5。在IMSAPN创建默认承载时，P-GW还会动态分配用户P-CSCF地址，终端使用这个地址向IMS网络发起注册鉴权。2.VoLTE基本呼叫在全LTE网络环境下，VoLTE用户通过IMS控制完成呼叫，基本流程如图3所示：（1）主叫通过QCI=5的IMSAPN在LTE网络发起呼叫,信令路由至被叫侧S-CSCF。（2）被叫侧S-CSCF触发VoLTEAS进行被叫域选择，向HSS查询并返回用户当前所在网络。（3）信令路由至被叫终端。（4）被叫终端收到呼叫请求后后返回183sessionprogress或200OK响应，被叫SBC根据183sessionprogress或200OK中的SDP信息向PCRF申请资源，如果是语音通话PCRF通知EPC预留QCI=1的专用语音承载资源，如果是视频通话PCRF通知EPC预留QCI=2的专用视频承载资源。（5）资源预留成功后，被叫SBC向主叫SBC转发200OK响应。（6）主叫SBC收到200OK响应后根据INVITE中的SDP信息向PCRF申请资源，PCRF通知EPC预留资源。（7）资源预留成功后，主叫SBC向主叫终端转发200OK响应。（8）媒体链接建立。图3VoLTE基本呼叫流程3.eSRVCC切换VoLTE用户呼叫过程中，如果离开LTE覆盖区，为了保证语音通话的连续性，就会触发切换流程，将语音切换到CS域。eSRVCC方案，通过在拜访网络增加锚定节点ATCF/ATGW，缩短媒体更新路径，信令面在用户所在本地网络锚定，媒体面切换也在本地进行，不需要通知远端切换媒体面，通常不超过100ms，加上空口切换带来的200ms语音中断，切换所造成的语音时长缩短为300ms，极大的提升了业务体验。典型场景下，eSRVCC切换流程如图4所示：（1）VoLTE用户发起呼叫，终端通过IMS控制与远端IMS终端建立语音呼叫，媒体链接成功。此时，信令点锚定在ATCF、媒体面锚定在ATGW。（2）VoLTE终端离开LTE区域，源eNB发起eSRVCC流程。（3）MME按照切换目标LA和配置，选择目标eMSC（具有eSRVCC能力），通过Sv接口通知eMSC为eSRVCC用户预留网络及空口资源。（4）CS网络预留资源后，通过Sv接口通知MME，MME向VoLTE终端下发切换命令。（5）VoLTE终端切换到2/3G无线网络，CS网络发起本端媒体更新，而远端媒体因为ATGW锚定，无需进行媒体面的更新，eSRVCC切换完成。图4eSRVCC切换流程2.4实现VoLTE/eSRVCC的关键技术1.ATCF/ATGW锚定：当VoLTE用户通过CS网络接入，并且签约了IMS网络业务或者VoLTE用户通过LTE网络接入，而主叫