VoLTE的核心網(wǎng)解決方案

于艷麗 張 艷

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

VoLTE的核心網(wǎng)解決方案

于艷麗 張 艷

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

進(jìn)入2013年，全球LTE商用網(wǎng)絡(luò)數(shù)量出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，伴隨著移動(dòng)通信核心網(wǎng)向全網(wǎng)IP化及扁平化推進(jìn)，以及VoLTE技術(shù)的成熟和商用，基于IMS系統(tǒng)控制的VoLTE技術(shù)將作為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)支持語(yǔ)音業(yè)務(wù)的主要應(yīng)對(duì)策略。如何保證話音質(zhì)量，不影響客戶體驗(yàn)？如何最小化核心網(wǎng)的升級(jí)改造投資？如何平滑升級(jí)到支持VoLTE的核心網(wǎng)？本文將圍繞上述問題展開討論。

VoLTE；SRVCC；EPC

1．引言

進(jìn)入2013年，全球LTE商用網(wǎng)絡(luò)數(shù)量出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，伴隨著移動(dòng)通信核心網(wǎng)向全網(wǎng)IP化及扁平化推進(jìn)，以及VoLTE技術(shù)的成熟和商用，CS域?qū)⒅鸩较觥Ｗ鳛長(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)下的最佳話音解決方案，基于IMS的VoLTE將作為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)支持語(yǔ)音業(yè)務(wù)的主要應(yīng)對(duì)策略，但仍存在一些關(guān)鍵性問題待解決。

2．待解決的關(guān)鍵性問題

LTE大規(guī)模覆蓋后，VoLTE用戶在核心網(wǎng)層面將涉及CS域、EPC、IMS域，用戶終端將如何接入IMS域進(jìn)行會(huì)話控制，如何選擇APN類型，以保證方案的統(tǒng)一，同時(shí)便于管理和計(jì)費(fèi)?如何保證語(yǔ)音在離開LTE覆蓋時(shí)的語(yǔ)音連續(xù)性?終端可以駐留在不同網(wǎng)絡(luò)，如何準(zhǔn)確選擇網(wǎng)絡(luò)尋呼被叫？VoLTE是用PS域承載語(yǔ)音，如何保證PS域承載語(yǔ)音的業(yè)務(wù)質(zhì)量？下面將圍繞這四個(gè)問題簡(jiǎn)述其解決方案。

3．核心網(wǎng)接入方案

VoLTE解決方案中，實(shí)現(xiàn)VoIP語(yǔ)音業(yè)務(wù)時(shí)，由EPS系統(tǒng)提供承載，由IMS系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)控制，由PCC架構(gòu)實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)QoS控制以及計(jì)費(fèi)策略的控制。

IMS域主要完成CSCF呼叫控制等功能。IMS與EPC間通過SGi接口連接，IMS信令和媒體都通過該接口承載。IMS系統(tǒng)和EPS網(wǎng)絡(luò)配合，可以提供和電路域類似的語(yǔ)音業(yè)務(wù)及其補(bǔ)充業(yè)務(wù)，包括：號(hào)碼顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、會(huì)議電話等。這就要求核心網(wǎng)需要全面部署IMS系統(tǒng)，IMS域需要提供CSCF等呼叫控制以及HSS、MMTel AS和IP-SM-GW等互通功能；需要引入LTE的設(shè)備S/P-GW、MME和為VoLTE提供承載通道和QoS控制能力。

VoLTE采用專門的IMSAPN來提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)，為信令和語(yǔ)音數(shù)據(jù)使用特定QCI(QoS等級(jí)標(biāo)識(shí)符)的“承載”，從而保障給語(yǔ)音業(yè)務(wù)較高的QoS。采用IMS APN主要有以下優(yōu)點(diǎn)：采用IMS APN，可保證LTE手機(jī)國(guó)際漫游時(shí)APN方案統(tǒng)一，現(xiàn)在所有國(guó)家的數(shù)據(jù)APN都不統(tǒng)一，對(duì)于本地?cái)?shù)據(jù)流量，可以直接找本地的PGW，對(duì)于國(guó)際漫游的數(shù)據(jù)流量，直接路由回歸屬PLMN；采用IMS APN，都直接路由到本地的P-GW，進(jìn)而找到P-CSCF；采用IMS APN，可區(qū)別數(shù)據(jù)管理，區(qū)別計(jì)費(fèi)，另外，采用IMSAPN，其承載方案也相對(duì)簡(jiǎn)單。

4．語(yǔ)音業(yè)務(wù)連續(xù)性

LTE網(wǎng)絡(luò)的引入初衷主要是針對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但是話音業(yè)務(wù)仍將是不可或缺的重要業(yè)務(wù)。SAE架構(gòu)中可以通過分組域提供高質(zhì)量的話音業(yè)務(wù)，但是考慮到LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和全網(wǎng)部署仍需要較長(zhǎng)的時(shí)間，為了保障話音業(yè)務(wù)的連續(xù)性，3GPP提出了兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：CSFB技術(shù)和SRVCC技術(shù)。

以下從四個(gè)方面對(duì)兩種語(yǔ)音連續(xù)性方案進(jìn)行對(duì)比分析。

對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的影響：CSFB方案需要升級(jí)現(xiàn)有軟交換設(shè)備MSC SERVER，具備“聯(lián)合位置更新”功能，支持SGs接口協(xié)議等；SAE網(wǎng)絡(luò)中的MME也需要支持SGs接口協(xié)議。

SRVCC方案需要IMS網(wǎng)絡(luò)的支持，同時(shí)現(xiàn)網(wǎng)軟交換設(shè)備MSC SERVER和MME功能需要增強(qiáng)；HSS網(wǎng)元還需要增加存儲(chǔ)一個(gè)特殊參數(shù)STN-SR。

呼叫建立時(shí)延及切換：CSFB方案本質(zhì)上是會(huì)話建立流程，其在CS語(yǔ)音會(huì)話建立之前UE就已進(jìn)入CS網(wǎng)絡(luò)，會(huì)存在一定的呼叫建立遲延。CSFB一般情況下不需要考慮切換問題，但需要注意由于騷擾電話等在LTE與2G/3G網(wǎng)絡(luò)之間的頻繁切換，造成網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。

SRVCC方案的切換過程，包括承載層的PS-CS切換和業(yè)務(wù)層的IMS域切換兩部分，信令流程復(fù)雜，時(shí)延較長(zhǎng)，且時(shí)延主要是由于IMS核心網(wǎng)遠(yuǎn)端終端做媒體面更新過程導(dǎo)致的，如果考慮到遠(yuǎn)端終端的漫游情況及媒體處理能力，該時(shí)延還會(huì)增加。

對(duì)終端的要求：終端均要求是多模單待手機(jī)，支持LTE，3G和GSM/GPRS模式，且任何時(shí)刻只能工作在其中的某一種模式。

應(yīng)用場(chǎng)景：CSFB方案適用于2G/3G電路域與LTE的無線網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋的場(chǎng)景，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要部署IMS系統(tǒng)，能有效利用現(xiàn)有CS網(wǎng)絡(luò)投資。由CS網(wǎng)絡(luò)提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)，LTE提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

通過比較分析，根據(jù)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋和終端成熟度情況，話音連續(xù)性方案也應(yīng)分階段部署。在LTE引入階段，可引入多模雙待終端，采用CSFB技術(shù)，對(duì)共覆蓋區(qū)域的MSC Server均進(jìn)行升級(jí)改造以支持CSFB。在LTE大規(guī)模商用階段，SRVCC終端成熟，在LTE網(wǎng)絡(luò)由IMS提供話音業(yè)務(wù)，可以部署獨(dú)立的SRVCC增強(qiáng)MSC，支持Sv接口和SIP接口，避免所有MSC的升級(jí)。

而SRVCC技術(shù)存在切換性能問題，無法達(dá)到語(yǔ)音終端時(shí)長(zhǎng)小于300ms的部署要求，會(huì)嚴(yán)重影響VoLTE用戶體驗(yàn)，因此SRVCC方案僅適用于運(yùn)營(yíng)商已部署IMS網(wǎng)絡(luò)，在LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能提供基于IMS的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，但LTE沒有達(dá)到全網(wǎng)覆蓋的場(chǎng)景。在SRVCC的基礎(chǔ)上，通過拜訪地引入ATCF作為媒體錨定點(diǎn)，節(jié)省遠(yuǎn)端媒體更新時(shí)間，可將切換時(shí)延降低至300ms以內(nèi)，且無CS到LTE反向切換需求。應(yīng)在LTE網(wǎng)絡(luò)具備大面積連續(xù)覆蓋后部署eSRVCC，避免切換頻率過高，影響網(wǎng)絡(luò)效率和掉話率。要求核心網(wǎng)進(jìn)行以下升級(jí)改造：MME升級(jí)支持eSRVCC切換和Sv接口；少量MSC升級(jí)支持eSRVCC切換，Sv接口（MME和eMSC之間的切換接口），I2/ Mw接口（到IMS的SIP接口）；IMS域新增SCC AS提供會(huì)話切換；P-CSCF升級(jí)支持切換錨定功能；eNodeB升級(jí)支持eSRVCC，實(shí)現(xiàn)難度與連接態(tài)互操作相當(dāng)；同時(shí)，終端支持IMS和eSRVCC。

5．被叫接續(xù)方案

LTE雙待機(jī)、CSFB手機(jī)都只有電路域話音，不存在“被叫接續(xù)網(wǎng)絡(luò)域選擇”問題。VoLTE手機(jī)既可以在電路域使用語(yǔ)音業(yè)務(wù)，也可以在IMS域（LTE承載）使用語(yǔ)音業(yè)務(wù)，且使用同樣的碼號(hào)，因此存在“被叫接續(xù)網(wǎng)絡(luò)域選擇”的問題，即網(wǎng)絡(luò)如何識(shí)別用戶當(dāng)前的駐留網(wǎng)絡(luò)，接續(xù)到該用戶。

目前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)默認(rèn)IMS統(tǒng)一做域選擇，所有回話統(tǒng)一錨定到IMS域判斷用戶可在哪個(gè)域接聽呼叫，但是采用此方案，將給網(wǎng)絡(luò)帶來大量的信令和媒體迂回，需要進(jìn)一步優(yōu)化：CS域主叫，由CS域執(zhí)行被叫接續(xù)網(wǎng)絡(luò)域選擇；IMS域主叫，由IMS域執(zhí)行被叫接續(xù)網(wǎng)絡(luò)選擇，其改造點(diǎn)在話音AS和融合HLR/HSS，令其支持域選擇功能，這樣可以有效避免域路由迂回，減少呼叫時(shí)延，保障話音質(zhì)量。

6．語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量

VoLTE是用PS域承載語(yǔ)音，如何保證語(yǔ)音質(zhì)量是需要考慮的重要問題。針對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)包特點(diǎn)優(yōu)化和增強(qiáng)，無線側(cè)可通過半持續(xù)性調(diào)度、IP頭壓縮等機(jī)制保證承載質(zhì)量；接入側(cè)通過PCC保證QoS，P-CSCF支持AF功能，通過PCC和EPC交互提供QoS保障，同時(shí)要求承載VoLTE語(yǔ)音的數(shù)據(jù)包應(yīng)使用最高優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度。網(wǎng)絡(luò)側(cè)則采用IP專網(wǎng)承載保證QoS，EPC核心網(wǎng)和SGi接口都應(yīng)通過IP專網(wǎng)承載，同時(shí)要求IMS網(wǎng)絡(luò)側(cè)基于IP專網(wǎng)承載。下面重點(diǎn)闡述LTE/SAE階段引入的PCC的分階段部署方案。

引入PCC技術(shù)后，基于以上的PCC架構(gòu)，PCC的工作原理包括以下三個(gè)部分：制定差異化的市場(chǎng)和業(yè)務(wù)策略，由計(jì)費(fèi)中心為用戶訂購(gòu)相關(guān)市場(chǎng)和業(yè)務(wù)策略；PCRF根據(jù)計(jì)費(fèi)中心獲取簽約信息、市場(chǎng)策略、AF提供的業(yè)務(wù)信息等輸入進(jìn)行決策，生成網(wǎng)絡(luò)管控策略。由PCRF將QoS及計(jì)費(fèi)策略下發(fā)給PCEF；PCEF基于用戶和業(yè)務(wù)類型進(jìn)行限速和門控，并將QoS發(fā)送給SGSN/MME及無線側(cè)，無線、核心網(wǎng)共同進(jìn)行策略執(zhí)行。

現(xiàn)階段PCC架構(gòu)部署建議：

部署第一步建議——小范圍試點(diǎn)：對(duì)于現(xiàn)有GPRS/ UMTS/EPS網(wǎng)絡(luò)引入PCC架構(gòu)的初期建議采用小范圍試點(diǎn)的方案。

無線區(qū)域可以選擇一個(gè)或幾個(gè)無線區(qū)域部署（盡量選擇不同特點(diǎn)的管控場(chǎng)景，如分別選擇一個(gè)高校區(qū)、一個(gè)商業(yè)區(qū)等），核心網(wǎng)選擇改造無線區(qū)域?qū)?yīng)的GGSN/P-GW改造為PCEF，獨(dú)立新建一個(gè)PCRF/SPR；盡量減少對(duì)現(xiàn)有核心網(wǎng)的影響。

部署第二步建議——根據(jù)無線區(qū)域部署

小范圍試點(diǎn)完成后，可以跟據(jù)管控需要對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行部署。本階段區(qū)域選擇建議為：部署區(qū)域重點(diǎn)考慮高校區(qū)和商業(yè)中心區(qū)；在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)較密集的熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行優(yōu)先部署；優(yōu)先選取容量負(fù)荷大、綜合無線利用率普遍較高的區(qū)域；選取區(qū)域盡量保持連續(xù)覆蓋。核心網(wǎng)根據(jù)無線區(qū)域部署對(duì)應(yīng)的核心網(wǎng)改造部署。

部署第三步建議——全網(wǎng)部署

全網(wǎng)無線區(qū)域全部部署PCC功能，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的策略和計(jì)費(fèi)控制功能。對(duì)應(yīng)的核心網(wǎng)全部改造支持PCC架構(gòu)。

7．結(jié)語(yǔ)

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益成熟，移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將逐步向EPS演進(jìn)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)IP化也是語(yǔ)音業(yè)務(wù)必然的發(fā)展趨勢(shì)。但是，真正實(shí)現(xiàn)VoLTE將是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。因此，電路域語(yǔ)音業(yè)務(wù)將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)與分組域業(yè)務(wù)并存；基于雙待機(jī)終端的語(yǔ)音解決方案、CSFB技術(shù)以及SRVCC技術(shù)方案將在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過渡階段發(fā)揮重要作用。最終隨著LTE和IMS網(wǎng)絡(luò)的全面部署，基于VoLTE的語(yǔ)音解決方案將是最終的選擇。

[1]周晴，錢蕾，張燕，方晶晶，陳曦，劉果．SAE原理與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃[J]．北京：人民出版社，2013．9．

The Core Network Solution Based on VoLTE

Yu Yanli Zhang Yan
(Jiangsu Post and Telecommunications Planning and Designing Institute Co.,LTD.,Nanjing 210000,Jiangsu)

The global number of LTE network grows rapidly in 2013,with the evolution of mobile core network to the entire IP and flattening network.VoLTE based on the IMS system control will become the main strategy of LTE supporting voice business for the maturity of VoLTE technology.How to ensure the quality of voice not to affect the customer experience?How to minimize the core network upgrading investment?How upgrade to the core network supporting VoLTE smoothly?This article will discuss the above problems.

VoLTE;SRVCC;EPC

于艷麗，女，江蘇南京人，本科，中級(jí)通信工程師，研究方向：EPC架構(gòu)、核心網(wǎng)融合等。