包瑯允　徐愛華　朱鳳娟

摘 要：為了應對移動互聯(lián)網(wǎng)時代OTT 業(yè)務的挑戰(zhàn)，國內(nèi)電信運營商已將LTE語音解決方案的商用部署提上日程。文章在對比分析了三種LTE語音解決方案的基礎上，提出了目標方案—VoLTE，并通過VoLTE架構的部署分析，提出了IMS、核心網(wǎng)、無線網(wǎng)等相關的改造需求，期望為運營商的VoLTE網(wǎng)絡設計和建設提供指導意見。

關鍵詞：VoLTE；IMS；CSFB；SRVCC

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）10-00-03

0 引 言

LTE是由3GPP組織制定的UMTS技術標準的長期演進，于2004年12月在3GPP多倫多會議上正式立項并啟動。對應FDD-LTE和TD-LTE兩種制式，即頻分雙工LTE系統(tǒng)和時分雙工LTE系統(tǒng)，TD-LTE是中國具有自主知識產(chǎn)權的4G國際標準。

2013年12月4日，工信部向中國移動、中國電信和中國聯(lián)通頒發(fā)“LTE/第四代數(shù)字蜂窩移動通信業(yè)務（TD-LTE）”經(jīng)營許可，至此，我國移動通信正式進入4G時代。2015年2月27日，工信部向中國電信和中國聯(lián)通頒發(fā)“LTE/第四代數(shù)字蜂窩移動通信業(yè)務（LTE FDD）”經(jīng)營許可，從而使我國移動通信全面進入4G規(guī)模商用時代。

LTE采用端到端全IP的網(wǎng)絡結構，空中接口只有數(shù)據(jù)通道，沒有語音通道，在向用戶提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務的同時，如何保障語音業(yè)務的延續(xù)性，是各運營商重點考慮的問題之一。

1 LTE語音解決方案簡析

目前，LTE語音解決方案主要有SVLTE（LTE與語音網(wǎng)同步支持，即多模雙待終端方案）、CSFB（電路域回落）和VoLTE（基于LTE的語音呼叫）這三種方案。

SVLTE方案是通過在終端配置兩套獨立的發(fā)射接收機，實現(xiàn)同時在LTE網(wǎng)絡和2G/3G網(wǎng)絡的并發(fā)工作，由LTE網(wǎng)絡提供數(shù)據(jù)業(yè)務，由2G/3G網(wǎng)絡提供語音業(yè)務。該方案對網(wǎng)絡沒有特殊要求，完全依賴多模雙待終端。

CSFB方案通過在終端配置兩套獨立的接收機和一套發(fā)射機，實現(xiàn)終端在LTE網(wǎng)絡和2G/3G網(wǎng)絡的雙待機。但某一時刻終端只能接入LTE網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)業(yè)務或接入2G/3G網(wǎng)絡進行語音業(yè)務，且語音業(yè)務優(yōu)先。CSFB 方案無需網(wǎng)絡側新增網(wǎng)元和接口，對2G/3G網(wǎng)絡無改動，但LTE核心網(wǎng)網(wǎng)元需支持擴展業(yè)務的請求消息、承載掛起和恢復消息。

VoLTE方案是由LTE網(wǎng)絡實現(xiàn)業(yè)務接入、由IMS網(wǎng)絡實現(xiàn)業(yè)務控制、由PCC架構提供QoS保障的語音解決方案。在LTE無線網(wǎng)絡未實現(xiàn)全覆蓋之前，為保證語音業(yè)務的連續(xù)性，采用SRVCC（單一無線語音呼叫連續(xù)性）技術實現(xiàn)語音業(yè)務在LTE網(wǎng)絡與2G/3G網(wǎng)絡之間進行切換，以保障語音業(yè)務不中斷。三種LTE語音解決方案比較詳見表1。

中國移動TD-LTE牌照獲取已超過一年時間，LTE網(wǎng)絡已初具規(guī)模，目前已經(jīng)在杭州、廣州、南京、福州、長沙這五個城市完成了VoLTE通話技術的鋪設，預計2015年底之前實現(xiàn)VoLTE網(wǎng)絡的正式商用。中國電信和中國聯(lián)通LTE-FDD牌照獲取時間不久，暫時以SVLTE和CSFB方案為用戶提供語音業(yè)務。

2 VoLTE網(wǎng)絡架構

基于IMS的VoLTE架構涉及LTE網(wǎng)絡、IMS網(wǎng)絡及PCC架構，其結構如圖1所示。UE從LTE網(wǎng)絡接入，由IMS網(wǎng)絡提供呼叫控制功能，并借助PCC架構，為VoLTE提供QoS保障。

圖1 VoLTE網(wǎng)絡結構圖

2.1 IMS網(wǎng)絡

IMS網(wǎng)絡是VoLTE業(yè)務系統(tǒng)的核心控制網(wǎng)絡，主要包括BAC、P-CSCF和S-CSCF/I-CSCF、HSS、MMTEL AS及ENUM/DNS等網(wǎng)元。

BAC 位于VoLTE電話業(yè)務系統(tǒng)的邊緣，作為代理網(wǎng)關負責隔離公網(wǎng)及公眾用戶與IMS核心網(wǎng)元。P-CSCF是VoLTE的入口節(jié)點，主要負責SIP信令的代理；S-CSCF/I-CSCF負責為VoLTE業(yè)務提供注冊服務、會話控制，并維持會話狀態(tài)信息。MMTEL AS是SIP應用服務器，提供語音補充業(yè)務，并負責在語音通信的過程中控制媒體資源服務器進行錄音通知的播放等。HSS 負責存儲VoLTE電話用戶的相關用戶信息及其相關業(yè)務信息，與S-CSCF配合完成用戶的鑒權、認證。ENUM/DNS 包括ENUM服務器和DNS服務器，ENUM服務器負責接收會話控制服務器的查詢，將VoLTE呼叫中的Tel URI地址翻譯成可以路由的SIP URI。DNS主要提供VoLTE業(yè)務系統(tǒng)內(nèi)各網(wǎng)元的域名/地址解析。

2.2 LTE網(wǎng)絡

LTE網(wǎng)絡是VoLTE業(yè)務接入網(wǎng)絡，UE通過LTE網(wǎng)絡接入，并通過P-CSCF發(fā)現(xiàn)機制接入IMS網(wǎng)絡。LTE網(wǎng)絡主要包括eNodeB、MME、SAE-GW及EPC-HSS等網(wǎng)元。

eNodeB是LTE UE設備無線接入點，MME處理NAS信令及對VoLTE用戶進行接入安全驗證、移動性管理、會話管理及SAE-GW選擇等。SAE-GW兼S-GW及P-GW的功能，協(xié)助完成移動性管理、會話管理及進行數(shù)據(jù)路由及轉發(fā)；為VoLTE用戶分配IP地址 ；為VoLTE提供P-CSCF入口地址；能支持本地配置的PCC規(guī)則，為VoLTE業(yè)務提供QoS保障，并完成計費功能。

2.3 PCC架構

VoLTE業(yè)務的QoS保障，依賴于PCC架構。P-CSCF在VoLTE業(yè)務媒體協(xié)商完成后，依據(jù)媒體類型通過Rx接口向PCRF提出承載需求；PCRF通過與SAE-GW間的Gx接口，向SAE-GW下發(fā)VoLTE語音QoS保障策略；SAE-GW將為VoLTE業(yè)務建立專用的承載，并通知MME在無線側建立專用承載，完成VoLTE業(yè)務的QoS保障。

3 VoLTE部署對核心網(wǎng)絡的改造需求

通過對LTE 語音解決方案和網(wǎng)絡總體架構的描述可以發(fā)現(xiàn)，VoLTE 的部署涉及到IMS、CS、PCC 等多個系統(tǒng)，涉及到的網(wǎng)元數(shù)量較多。

3.1 對IMS網(wǎng)絡業(yè)務平臺的改造需求

VoLTE的實際業(yè)務邏輯位于MMTEl AS中，內(nèi)部處理邏輯跟固網(wǎng)有所不同。在VoLTE業(yè)務與CS域語音業(yè)務并存階段，呼入呼出業(yè)務均涉及到接入域選擇的問題，MMTEL應支持VoLTE業(yè)務接入域選擇。目前固網(wǎng)AS的重用度不高，為了快速部署業(yè)務及不影響現(xiàn)有IMS用戶業(yè)務，VoLTE的AS較適合與固網(wǎng)分開，單獨設置TAS，用于支持VoLTE 用戶的基本話音、視頻業(yè)務和補充業(yè)務。

3.2 對IMS網(wǎng)絡核心網(wǎng)元的改造需求

VoLTE業(yè)務對IMS網(wǎng)絡核心網(wǎng)元CSCF有以下幾個方面的新增需求：

（1）國際漫游時，I/S-CSCF應具備TRF（轉接及漫游）功能，以支持VoLTE用戶漫游時的Local Breakout（本地路由疏導）漫游方案。

（2）應支持VoLTE用戶從USIM卡中的參數(shù)IMSI生成3GPP標準格式的IMPU，用于國際路由。

（3）用于處理緊急呼叫業(yè)務的E-CSCF，應能與LRF（位置獲取功能）建立連接，LRF應具備準確提供UE位置信息，并將該信息準確路由到緊急呼叫業(yè)務中的能力。

3.3 對IMS網(wǎng)絡接入邊緣網(wǎng)元的改造需求

IMS網(wǎng)絡邊緣網(wǎng)元包括BAC及P-CSCF。鑒于P-GW一般集中設置，BAC設備位于P-GW之后，原則上應靠近P-GW。現(xiàn)網(wǎng)IMS的BAC設備均下放設置在地市，如兼做VoLTE業(yè)務的BAC，則媒體在路由上有迂回。所以，固網(wǎng)IMS BAC不適合兼做VoLTE業(yè)務的 BAC，可采用獨立設置的方式避免現(xiàn)網(wǎng)BAC設備的升級及對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務的影響。

如P-CSCF與UE直接支持IPSec，BAC適合與P-CSCF合設以支持IPSec。對于P-CSCF設備，提供VoLTE業(yè)務時，需支持與PCRF之間的Rx接口，協(xié)商QoS及媒體資源傳送承載需求。

3.4 對IMS HSS數(shù)據(jù)庫的改造需求

LTE階段，核心網(wǎng)有三個主要的數(shù)據(jù)庫：C/P網(wǎng)絡HLR、IMS HSS及EPC-HSS。目前在 2G/3G/LTE 融合組網(wǎng)時，已經(jīng)完成了EPC HSS/HLR的融合。當VoLTE 話音方案部署時，IMS-HSS用戶數(shù)據(jù)與EPC-HSS和HLR有較大差別，為避免用戶換號或換卡，需要進一步將 HLR/ EPS-HSS/IMS-HSS 三者融合。

根據(jù)業(yè)務類型，HSS與AS之間應具備Sh、Si兩種接口。Sh接口通常用于SIP或OSA-SCS（開放業(yè)務結構業(yè)務能力服務器）的情況，而當使用基于CAMEL（移動網(wǎng)絡增強邏輯的客戶化應用）的服務器時，選擇Si接口。當存在多個可使用的HSS時，需配置數(shù)據(jù)庫SLF（簽約位置功能）用于尋找合適的HSS。

3.5 對電路域核心網(wǎng)的改造需求

在LTE無線網(wǎng)絡未實現(xiàn)全覆蓋之前，為保證語音業(yè)務的連續(xù)性，需要實現(xiàn)語音業(yè)務在LTE網(wǎng)絡與2G/3G網(wǎng)絡之間進行切換，目前主流技術方案是SRVCC和eSRVCC。

SRVCC是在LTE未實現(xiàn)全覆蓋的情況下，為VoLTE提供語音連續(xù)性的解決方案，即在LTE覆蓋的范圍部署VoLTE，當用戶移動至LTE未覆蓋的區(qū)域時，終端切換至2G/3G網(wǎng)絡，采用CS域提供語音業(yè)務，并保障語音業(yè)務不中斷。

（1）VoLTE呼叫通話——支持SRVCC的VoLTE終端在執(zhí)行（聯(lián)合）網(wǎng)絡附著、路由區(qū)/位置區(qū)更新等移動管理操作時，向網(wǎng)絡上報相關能力；當其作為主叫向另一IMS終端發(fā)起語音呼叫，呼叫成功并建立媒體連接后，雙方進行通話。eNodeB要求VoLTE終端上報網(wǎng)絡信號的測量報告。

（2）發(fā)起SRVCC切換——當用戶離開LTE網(wǎng)絡覆蓋區(qū)或者用戶所在區(qū)域的LTE信號很弱時，eNodeB檢測到終端上報的信號強度/質量低于預定門限，則向MME發(fā)起切換請求到2G/3G小區(qū)。

（3）2G/3G網(wǎng)絡資源預留——MME根據(jù)eNodeB上報的切換到目標小區(qū)信息和配置的對應eMSC（支持SRVCC的MSC）信息，通過Sv接口通知2G/3G網(wǎng)絡中的eMSC準備切換，eMSC指示資源預留。

（4）終端切換——eMSC向MME返回資源成功預留信息，eNodeB通知終端切換到2G/3G網(wǎng)絡。

（5）遠端媒體更新切換、呼叫接續(xù)——VoLTE終端成功接入eMSC后，eMSC向IMS網(wǎng)絡發(fā)起媒體更新流程，用于更新之前的媒體（語音）連接，后續(xù)遠端IMS終端通過eMSC與主叫進行語音通信。

從SRVCC終端切換到2G/3G網(wǎng)絡，eMSC需要通知用戶歸屬地的IMS網(wǎng)絡更新語音媒體流，所以會引起較長的切換延遲；在SRVCC基礎上，通過在拜訪地引入ATCF/ATGW設備作為媒體錨定點，節(jié)省遠端媒體的更新時間，可將切換時延減低至300 ms以內(nèi)，這就是eSRVCC。VoLTE網(wǎng)絡與2G/3G網(wǎng)絡的SRVCC和eSRVCC切換協(xié)作分別如圖2和圖3所示。

3.6 對無線網(wǎng)絡的改造需求

eNodeB 需要升級支持話音、視頻業(yè)務的承載，無線資源調度和搶占；為提升VoLTE 業(yè)務質量，eNodeB 應支持分組頭壓縮RoHC、半持續(xù)調度SPS、TTI Bundling 等無線增強功能，對話音和視頻數(shù)據(jù)分組優(yōu)化和增強；eNodeB應可正確識別終端SRVCC能力，并要求對具備SRVCC能力的終端測量2G/3G蜂窩的信號電平，并依據(jù)測量報告觸發(fā)切換，將需求信息傳送給MME，然后通過MME接收切換指令所需的、來自目標接入系統(tǒng)的信息，再將切換指令發(fā)送給UE。

圖2 VoLTE網(wǎng)絡與2G/3G網(wǎng)絡的SRVCC切換協(xié)作

圖3 VoLTE網(wǎng)絡與2G/3G網(wǎng)絡的eSRVCC切換協(xié)作

4 結 語

在移動互聯(lián)網(wǎng)盛行時期，VoLTE網(wǎng)絡的建設與應用極大地豐富了用戶的溝通與生活，為用戶提供了更多的選擇、更優(yōu)質的業(yè)務體驗。對電信運營商來說，VoLTE網(wǎng)絡的投資建設與市場運營工作將面臨很多方面的挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡的建設規(guī)劃工作非常重要。SVLTE是純粹基于手機終端的方案，缺點是手機成本高、耗電高。根據(jù)終端能力，LTE中的CS語音回落和包含SRVCC功能的LTE 語音解決方案可以分階段部署，也可以同時部署。此外，還可通過IMS來提供非VoIP業(yè)務，如視頻共享、在線或即時消息。這種體系結構能夠為電信運營商規(guī)劃和部署LTE和IMS解決方案提供最大的靈活性。為了使工期、成本、質量三者得到綜合優(yōu)化，前期主要的語音業(yè)務可以通過使用SVLTE、LTE中的CSFB技術來實現(xiàn)。長遠的看，為打好品牌、競爭、營銷三張組合牌，VoLTE是電信運營商重點考慮的語音解決方案。

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