魏 群，常 培，馬瑞濤（.中國聯(lián)通研究院，北京 0076；.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京 00033）

1 概述

隨著3GPP R15 標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)，全球各大運(yùn)營商已經(jīng)逐步啟動面向5G 網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化運(yùn)營布局。在標(biāo)準(zhǔn)層面，面向非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）和獨(dú)立組網(wǎng)（SA）的第1版3GPP 國際標(biāo)準(zhǔn)（R15）已相繼凍結(jié)，基本完成了對5G 核心網(wǎng)整體架構(gòu)及功能定義。對運(yùn)營商來說這將是5G技術(shù)和商業(yè)方案研究、試點(diǎn)、實(shí)施的重要窗口期。

本文針對5G 部署初期，為保證中國聯(lián)通5G 規(guī)模商用，開展5GC 網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀以及技術(shù)演進(jìn)要求，結(jié)合NSA、SA 大網(wǎng)部署方案研究基礎(chǔ)，對緊急呼叫方案進(jìn)行比較分析，分步驟提出其部署方案以及風(fēng)險(xiǎn)考慮，形成一系列對公司網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)發(fā)展演進(jìn)具有重要價值的成果。

2 緊急呼叫概念及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 緊急呼叫概念

緊急呼叫業(yè)務(wù)是在電話業(yè)務(wù)普及之后，網(wǎng)絡(luò)允許移動用戶在緊急情況下通過一種簡單的撥號方式，及時將緊急呼叫接至離移動用戶當(dāng)時所處基站最近的緊急服務(wù)中心。在中國典型的緊急呼叫號碼包括110、119、120、122，要求網(wǎng)絡(luò)將呼叫轉(zhuǎn)接到某一個緊急服務(wù)中心號碼。此業(yè)務(wù)優(yōu)先于其他業(yè)務(wù)，當(dāng)用戶欠費(fèi)或者停機(jī)情況也能夠成功呼叫，這也是運(yùn)營商承擔(dān)社會責(zé)任的體現(xiàn)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)狀

電信運(yùn)營商部署的緊急呼叫業(yè)務(wù)歷史久遠(yuǎn)，從電路域時代就開始提供服務(wù)。在4G 網(wǎng)絡(luò)部署初期運(yùn)營商提供的緊急呼叫一般采用CSFB 方案，具體為：終端發(fā)起普通VoLTE 呼叫，到了邊界會話控制器（SBC）配置緊急呼叫列表，針對相關(guān)呼叫回復(fù)380消息，終端接收消息后進(jìn)行CSFB。這種方式在如今還適用于部分地區(qū)，因此仍然需要考慮對這種組網(wǎng)方式的兼容。

隨著4G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，為了避免CSFB 帶來呼叫接續(xù)時延長影響用戶體驗(yàn)，更多使用4G 網(wǎng)絡(luò)提供緊急呼叫，并且繼續(xù)保證用戶在欠費(fèi)和停機(jī)下能夠享受高優(yōu)先級的服務(wù)，此時4G 網(wǎng)絡(luò)是通過IMS［1］網(wǎng)絡(luò)提供語音服務(wù)，并且未來業(yè)務(wù)均部署在IMS 上，如RCS 業(yè)務(wù)［2］。因此現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)提供緊急呼叫業(yè)務(wù)的方式具體為：

第0 步：VoLTE 用戶接入4G 網(wǎng)，在ATTACH［3］和TAU 過程中，MME 向VoLTE 終端發(fā)送的Attach Accept、TAU Accept 消息中包含“IMS Emergency Service=not supported”，但不攜帶緊急號碼列表（Emergency Number List）；以避免對CSFB 終端緊急呼叫業(yè)務(wù)的影響；VoLTE 終端識別分組域網(wǎng)絡(luò)不支持緊急呼叫。之后步驟如圖1所示。

圖1 VoLTE緊急呼叫技術(shù)方案

第1步：主叫VoLTE 用戶撥打的被叫號碼為“緊急呼叫號碼”（110、119、120、122），由于VoLTE 終端未從MME 獲得緊急呼叫的號碼列表，因此，仍以普通呼叫方式，通過IMS APN 默認(rèn)承載將呼叫發(fā)送至VoLTE SBC。

第2步：VoLTE SBC 啟動PCC 業(yè)務(wù)流程，通過DRA向PCRF發(fā)送AAR消息，包括請求建立專有承載、請求用戶位置信息；PCRF 向VoLTE SBC 返回AAA 消息，其中包含用戶當(dāng)前位置信息（TAI+ECGI）。

第3 步：VoLTE SBC 根據(jù)TAI 和ECGI 映射為用戶所在位置區(qū)域的長途區(qū)號和區(qū)域識別碼填寫在PANI中的sbc-domain字段后，將呼叫路由至S-CSCF。

第4 步：S-CSCF 將呼叫路由至VoLTE AS；VoLTE AS 識別被叫號碼為緊急呼叫號碼，從PANI 中的sbcdomain 字段提取主叫用戶當(dāng)前所在地的長途區(qū)號和區(qū)域識別碼。VoLTE AS 將呼叫路由至S-CSCF，且被叫號碼為修改后的號碼。

第5 步：S-CSCF 根據(jù)被叫號碼接續(xù)；S-CSCF 對于被叫號碼中包含緊急呼叫號碼（包括：＜緊急呼叫號碼＞、＜本地長途區(qū)號＞+＜緊急呼叫號碼＞、＜外地長途區(qū)號＞+＜緊急呼叫號碼＞）的呼叫，不觸發(fā)智能網(wǎng)業(yè)務(wù)SCP。

MGCF 根據(jù)被叫號碼中的區(qū)號，將呼叫路由到本省或者到相應(yīng)被叫省。按照現(xiàn)有CS 域短號碼變換規(guī)則進(jìn)行號碼變換后送出。

緊急呼叫業(yè)務(wù)疏通原則完成后續(xù)呼叫接續(xù)。

3 5G緊急呼叫部署方案分析

2019 年運(yùn)營商已經(jīng)開始5G 部署工作，基于以上網(wǎng)絡(luò)狀況需要確定5G緊急呼叫技術(shù)方案，以滿足商用部署所需要的基本條件。

目前5G緊急呼叫包含了以下4種方式［4-5］。

a）VoNR ECC：直接于NR上建立Emergency PDU，之后通過E-PDU 完成IMS ECC（網(wǎng)絡(luò)端于5GMM Registration Accept中需要將EMC indicator設(shè)為True）。

b）EPSFB ECC：嘗試于NR 上建立Eemrgency PDU，網(wǎng)絡(luò)主動觸發(fā)HO或是Redirection程序，將UE帶往LTE，之后通過Emergency PDN 完成IMS ECC（網(wǎng)絡(luò)端 在5GMM Registration Accept 中 將EMC indicator 設(shè)為True）。

c）ESFB ECC：UE 直接發(fā)出Service Request，網(wǎng)絡(luò)主動觸發(fā)HO或是Redirection 程序，將UE帶往LTE，之后通過Emergency PDN 完成IMS ECC（網(wǎng)絡(luò)端在5GMM Registration Accept 中 將EMC indicator 設(shè) 為False，并將EMF indicator設(shè)為True）。

d）Direct LTE ECC：UE 主動回落LTE，于LTE 上建立Emergency PDN 并完成IMS ECC（網(wǎng)絡(luò)端在5GMM Registration Accept 中需要將EMC/EMF indicator設(shè)為False，或者要求UE直接忽略EMC/EMF）。

但以上4 種方案均需要IMS 和LTE 網(wǎng)絡(luò)支持緊急呼叫，這對VoLTE 用戶數(shù)開始穩(wěn)步提升的運(yùn)營商提出了網(wǎng)絡(luò)改造要求，進(jìn)而可能影響現(xiàn)網(wǎng)用戶使用體驗(yàn)。因此，本文提出5G網(wǎng)絡(luò)部署緊急呼叫業(yè)務(wù)的分步實(shí)施方法。

第1 步，5G 部署初期復(fù)用VoLTE 緊急呼叫方案，包括EPS Fallback 短號以及VoNR 短號，并且根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況可以首先部署EPS Fallback短號。

第2 步，VoNR 商用，沿用VoLTE 緊急呼叫方案為4G/5G提供緊急呼叫業(yè)務(wù)。

第3 步，隨網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需求，逐步部署IMS ECC 緊急呼叫，同時實(shí)現(xiàn)4G、5G 緊急呼叫及互操作，或者只開啟VoLTE緊急呼叫。

表1給出了3步方案的多角度對比分析。

表1 3步方案多角度對比分析

從表1 可以看出，第1、2 步方案的工程改造非常有限，若5G 部署時間緊則可以采用第1、2 步方案。而第3 步不僅要求網(wǎng)絡(luò)改造，而且需要修改現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備配置，而這可能影響網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和用戶體驗(yàn)，主要包括：

a）部署5G 緊急呼叫，同時4G 部署VoLTE 緊急呼叫，可能對原有現(xiàn)網(wǎng)方案的4G用戶產(chǎn)生影響。

（a）5G緊急呼叫方案需要IMS支持標(biāo)準(zhǔn)VoLTE緊急呼叫流程，若標(biāo)準(zhǔn)的緊急呼叫和原有現(xiàn)網(wǎng)使用同一個SBC，則SBC 無法通過號碼區(qū)分送往E-CSCF 還是S-CSCF，所以現(xiàn)網(wǎng)方案和標(biāo)準(zhǔn)方式在流程上有一定沖突，無法同時實(shí)現(xiàn)。

（b）EPC：如果UE 發(fā)起緊急業(yè)務(wù)，PS 就按照緊急業(yè)務(wù)處理，如果不是緊急業(yè)務(wù)，就按照正常業(yè)務(wù)處理，分組域本身沒有區(qū)別。

b）部署5G 緊急呼叫，同時4G 不部署VoLTE 緊急呼叫，可能對原有現(xiàn)網(wǎng)方案的4G用戶產(chǎn)生影響。

（a）5G緊急呼叫方案需要IMS支持標(biāo)準(zhǔn)VoLTE緊急呼叫流程，標(biāo)準(zhǔn)的緊急呼叫和原有現(xiàn)網(wǎng)使用同一個SBC，則SBC 無法通過號碼區(qū)分送往E-CSCF 還是SCSCF，所以短號方案和標(biāo)準(zhǔn)方式在流程上有一定沖突，無法同時實(shí)現(xiàn)。

（b）EPC：該場景也無影響和區(qū)別。

為了防止在VoLTE 用戶逐步遷移過程中網(wǎng)絡(luò)性能的震蕩，建議采取在一定時間內(nèi)實(shí)施第1 步、第2 步滿足5G 初期商用的策略。對比4G 現(xiàn)網(wǎng)設(shè)置，5G 網(wǎng)絡(luò)需要修改的數(shù)據(jù)配置如表2所示。

表2 5G網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)配置對照表

4 5G緊急呼叫向目標(biāo)方案演進(jìn)

對于表1 中第3 步需要綜合考慮運(yùn)營商不同情況，以及國際運(yùn)營商部署VoLTE緊急呼叫進(jìn)展，VoLTE國際漫游等多種因素適時引入。目前5G 4 種緊急呼叫詳細(xì)技術(shù)方案如圖2所示。

a）方案A 部署于VoNR 覆蓋范圍，需要IMS、5GC、EPC 均支持緊急呼叫，且支持4G、5G 緊急呼叫的連續(xù)性，EMC配置為Y，EPSB配置為N。

圖2 5G緊急呼叫方案對比圖

b）方案C 部署于非VoNR 覆蓋范圍，需要IMS、5GC、EPC 均支持緊急呼叫，EMC 配置為N，EPSB 配置為Y。

c）方案B 和方案D 的EMC/EMF 指示位分別與A、C方案沖突。因此不能同時使用。

5G緊急呼叫的過程如下。

第0 步：注冊部分，UE 向IMS 拜訪網(wǎng)絡(luò)入口PCSCF 發(fā)送Register 消息請求緊急注冊。消息中Contact 頭域的URI 參數(shù)攜帶“sos”標(biāo)識，指示緊急注冊。該參數(shù)中還攜帶緊急注冊的地址，該地址為緊急呼叫缺省承載建立過程中P-GW 分配的終端的地址，并且不能使用與正常注冊相同的IP+Port。之后步驟如圖3所示。

圖3 5G緊急呼叫建立技術(shù)方案

第1 步，發(fā)起緊急呼叫，UE 在緊急呼叫APN 上發(fā)起緊急呼叫會話請求。

第2步，P-CSCF 根據(jù)被叫號碼識別該呼叫為緊急呼叫，向PCRF發(fā)送AAR消息，請求建立緊急呼叫專有承載。P-CSCF 通過AAR 消息向PCRF 獲取用戶位置信息，并通過P-Access-Network-Info 頭域?qū)⒃撔畔l(fā)送到E-CSCF/PSAP。

PCRF 進(jìn)行緊急呼叫業(yè)務(wù)檢查，將緊急呼叫會話和相應(yīng)的IP-CAN 會話進(jìn)行承載綁定，并生成緊急呼叫的QoS 規(guī)則，通過RAR 消息下發(fā)給P-GW。P-GW向PCRF 返回RAA 消息，隨后建立緊急呼叫語音專有承載。PCRF向P-CSCF返回成功的AAA消息，其中攜帶PCRF返回的用戶位置信息。

第3步，P-CSCF 根據(jù)被叫號碼識別該呼叫為緊急呼叫，則將該呼叫路由到E-CSCF。E-CSCF 返回100 Trying給P-CSCF。

E-CSCF 解析緊急呼叫請求中的被叫號碼及PAccess-Network-Info 頭域中的UE 位置信息。根據(jù)被叫號碼和UE 位置信息，E-CSCF 查找本地路由表確定緊急呼叫中心地址，將緊急呼叫路由到適合的緊急呼叫中心。

第4 步，UE 和PSAP 之間的緊急呼叫成功建立。UE和PSAP之間的緊急呼叫通話結(jié)束后，UE發(fā)送BYE消息到PSAP 結(jié)束會話。P-CSCF 向PCRF 下發(fā)STR 消息，釋放承載會話。PCRF 收到STR 消息后，刪除相關(guān)流信息，并向P-GW 下發(fā)RAR（攜帶Remove QoS Rules）指示刪除專有承載。P-GW 收到RAR 后，根據(jù)Remove QoS Rules 指示，刪除專有承載并返回RAA 消息給UPCC。UPCC 收到RAA 響應(yīng)，向AF 返回STA 響應(yīng)消息。語音流專有承載的刪除過程完成。PSAP 返回BYE消息。

4 種方案建立緊急呼叫的基本流程是類似的，但觸發(fā)方式以及對設(shè)備的要求和配置是不同的，如表3所示。

根據(jù)以上分析，可以得出對于向標(biāo)準(zhǔn)方案演進(jìn)的主要思路如下。

a）在運(yùn)營商VoNR 覆蓋條件較好的情況下，選擇方案A是毋庸置疑的。

表3 5G緊急呼叫4種方案對比分析

b）若在一定時期內(nèi)VoNR不作為主要的語音承載網(wǎng)絡(luò)，則需要考慮其他3種方案。

c）方案D 主要以終端操作為主，可以作為一種補(bǔ)充方案。

d）方案B 和方案C 則視部署時期終端成熟度，并且考慮設(shè)備成熟度以及互操作性方可確定。

5 終端技術(shù)要求

網(wǎng)絡(luò)緊急呼叫的方案同時需要終端在技術(shù)要求中加以配合，需要5G 終端支持現(xiàn)網(wǎng)方案，并且考慮到對未來的兼容，要求支持軟升級到標(biāo)準(zhǔn)方案。另外，5G 終端能夠靈活配置，支持不同運(yùn)營商使用不同緊急呼叫方案。以下為針對緊急呼叫終端的具體建議。

a）現(xiàn)網(wǎng)方案終端要求，要求不保存緊急號碼。

b）5G 緊急呼叫方案終端要求。VoNR 終端應(yīng)支持撥打110、119、120、122 等緊急呼叫號碼；如果這些號碼與用戶識別卡中EF（ECC）文件中存儲的或終端注冊時網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的緊急呼叫號碼列表中的號碼相匹配，終端應(yīng)以緊急呼叫流程發(fā)起緊急呼叫；否則終端以普通業(yè)務(wù)類型發(fā)起呼叫。

VoNR終端應(yīng)支持如下緊急呼叫方式。

a）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的Registration Accept 消息中，緊急業(yè)務(wù)支持（Emergency service support）指示支持在5G核心網(wǎng)下的基于NR 的緊急呼叫時，VoNR 終端應(yīng)直接在NR 建立緊急呼叫PDU 會話；若網(wǎng)絡(luò)支持在5GC 下建立緊急PDU 承載，則終端完成緊急呼叫PDU 的建立并發(fā)起緊急呼叫；若網(wǎng)絡(luò)將終端切換或者重定向至LTE，則終端應(yīng)在LTE上發(fā)起緊急呼叫。

b）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的Registration Accept 消息中，緊急業(yè)務(wù)支持（Emergency service support）指示不支持緊急呼叫業(yè)務(wù)，且緊急業(yè)務(wù)回落（Emergency service fallback）指示支持在5G 核心網(wǎng)下基于NR 的緊急呼叫回落時，VoNR 終端應(yīng)發(fā)起攜帶緊急業(yè)務(wù)回落指示的Service Request 消息，網(wǎng)絡(luò)將終端切換或重定向至LTE，終端在LTE上發(fā)起緊急呼叫。

c）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的Registration Accept 消息中，緊急業(yè)務(wù)支持指示不支持在5G 核心網(wǎng)下的基于NR 的緊急呼叫，而且緊急業(yè)務(wù)回落（Emergency service fallback）指示不支持在5G 核心網(wǎng)下基于NR 的緊急呼叫回落時，VoNR 終端應(yīng)主動回落LTE 并于LTE 上發(fā)起緊急呼叫。

6 結(jié)論及建議

本文針對中國聯(lián)通5G 發(fā)展期，對5G 緊急呼叫業(yè)務(wù)部署的關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。通過對現(xiàn)網(wǎng)的深入分析，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)改造和設(shè)備支持程度等提出5G緊急呼叫分步驟部署方案，進(jìn)而闡述了不同方案的改造重點(diǎn)、改造風(fēng)險(xiǎn)和詳細(xì)數(shù)據(jù)配置。之后深入研究目前標(biāo)準(zhǔn)中提出的各種方案，從多角度對比各方案的優(yōu)劣勢和與現(xiàn)網(wǎng)方案的差異性，提出向標(biāo)準(zhǔn)方案演進(jìn)的主要思路。并且結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)需求對5G 終端在商用定制中的要求進(jìn)一步明確。形成對運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)發(fā)展演進(jìn)具有重要價值的技術(shù)建議。

綜上所述，5G 緊急呼叫在5G 部署之際，其技術(shù)方案非常重要，需要盡早明確，而且在4G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的前提下需要考慮對以往技術(shù)的兼容，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性以及后續(xù)技術(shù)的演進(jìn)，這對支持多個制式的運(yùn)營商提出了更高的技術(shù)要求。未來移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢和層出不窮的新需求，會給運(yùn)營商帶來更多新的要求和挑戰(zhàn)。