VoLTE核心網網絡融合改造

黃立鋼

【摘要】 隨著4G網絡的商用，VoLTE時代已到來，本文介紹了VoLTE特性，移動核心網的現狀，VoLTE對核心網的網絡改造要求，以及VoLTE核心網建設方案。

【關鍵詞】 VoLTE eSRVCC 核心網 融合

一、前言

VoLTE+eSRVCC是4G網絡承載話音業務的目標方案。VoLTE能顯著縮短接續時延、提供高清的音頻和視頻通話，極大提升用戶體驗，2013年6月，GTI亞洲大會，中國移動發布VoLTE技術白皮書，并積極推進網絡測試與改造工作，力爭盡快實現VoLTE商用。VoLTE的部署幾乎涉及所有核心網網元，VoLTE后核心網的重心逐步轉向IMS網絡，但仍需要電路域提供話音及短信能力，以滿足話音連續性要求及短信業務要求，這就對電路域提出升級改造要求，以提供eSRVCC能力及短信能力。

二、VoLTE特性

LTE沒有電路域，需要分組域提供IP語音業務，即VoLTE，VoLTE支持高清語音、高清視頻等通信業務，同時可實現與現網2G/3G的語音互通。

特征1：VoLTE由IMS提供呼叫控制和業務邏輯

VoLTE的信令和媒體經EPC路由至IMS網絡，由IMS提供會話控制和業務邏輯。

特征2：VoLTE由EPC提供高質量的分組域承載

在VoLTE中EPC作為IMS的接入網，通過全球統一的專用APN及獨立承載為用戶提供區別于普通數據業務的QoS保障。

特征3：連續覆蓋前VoLTE可通過eSRVCC保障呼叫連續性

VoLTE終端在通話過程中漫游至無LTE覆蓋的區域時，通過eSRVCC將當前呼叫切換至2G/3G電路域。

三、核心網概述

核心網構架在傳送網及IP承載網之上，并承載業務網。參考中國移動核心網，核心網由電路域、分組域和CM-IMS域三部分組成。電路域為2/3G移動用戶提供語音和短信等會話業務，分組域分為2/3G分組域和LTE/EPC分組域，其中2/3G分組域為移動用戶提供速數據業務，LTE/EPC分組域為移動用戶提供高帶寬、低時延發互聯網類高速數據業務。

電路域和2/3G分組域已實現2G/3G融合組網，分組域已實現2/3G/EPC融合組網，后續將承擔起對接CM-IMS承載VoLTE語音的功能。目前CM-IMS域面向固定類用戶接入，提供多媒體及融合類業務，與電路域網絡共存并互通，后續將全面支持VoLTE高清語音。

7號信令網作為核心網電路域和分組域的支撐網絡，負責核心網網元間信令的傳送，逐步進行著IP化演進。

HLR/HSS作為所有業務的基礎支撐網元，負責全網2/3/4G用戶的簽約數據和位置信息的存儲。

核心網發展目標：構筑寬帶、融合、開放、智能、可運營可管理的核心控制網絡。

四、VoLTE部署對核心網要求

VoLTE解決方案相關的標準已成熟。3GPPR8定義了LTE/EPC，并針對VoLTE的場景定義了SRVCC、SPS等優化機制，對于移動話音的演進定義了ICS架構。 3GPPR9、R10和R11定義了VoLTE的進一步增強。VoLTE解決方案主要涉及核心網和終端，在現網核心網三大域基礎上， VoLTE網絡融合改造是一個復雜的系統工程，整體改造量巨大，VoLTE網絡架構參考如圖4-1：

VoLTE涉及網元改造及功能如下：

網元 功能點

eMSC 支持Sv接口（MME和eMSC間的切換接口）；支持I2接口（到IMS的SIP接口）

HLR 支持三融合的HLR/ HSS；eSRVCC新增參數的存儲、及參數在S6a和Sh接口的傳遞

SBC/P-CSCF 支持ATCF、ATGW功能；支持IMS Rx接口

SCC AS 支持會話狀態維護及通知ATCF；支持域選擇功能；支持Sh接口新增參數

DRA 支持Cx接口，Sh接口信令尋址

MME 支持到CS域的切換；支持Sv接口

PGW/PCEF 支持Gx和專用承載的建立

PCRF 支持IMS Rx接口

五、 VoLTE核心網網絡融合方案

VoLTE核心網網絡融合方案主要包括：用戶數據融合方案、IMS域融合建設方案、電路域融合建設方案、分組域融合建設方案、4G PCC網絡升級改造方案、Diameter信令網建設方案。

5.1 用戶數據融合方案

（一）用戶數據融合目的

1、保證LTE用戶“不換卡、不換號”使用VoLTE業務。

2、 IMS HSS與HLR融合確保IMS與CS補充業務、鑒權數據一致，確保用戶在CS和VoLTE網絡中獲得一致語音業務體驗。

（二）用戶數據現狀

中國移動目前設置有HLR和EPS-HSS設備，還有CM-IMS網絡的HSS設備，4G CSFB時HLR和EPS-HSS已融合。

（三）用戶數據融合方案

考慮在現有融合HLR/EPS-HSS升級，支持IMS-HSS功能。原有CM-IMS建議保留鐵通號段，獨立用于固網IMS網絡。

圖5-1 VoLTE用戶數據融合方案

5.2 IMS域融合建設方案

（一）IMS網絡建設目標

滿足VOLTE接入控制、呼叫路由、業務處理、話音連續性、漫游能力需求。

（二）IMS網絡現狀

中國移動CM-IMS是一個完整的核心網，核心網元分省部署，為中小企業用戶和家庭用戶提供固網業務，由各省公司運營管理。

（三）VoLTE IMS網絡建設方案

VoLTE IMS與各省現網IMS均考慮分省部署，核心控制層的功能一致，具備融合條件， VoLTE IMS與現網IMS共用原則：

獨立網元：VoLTE SBC、VoLTE AS 、3合1 HSS。

共用網元：CSCF、MGCF/MGW、ENUM/DNS。融合改造后IMS網絡結構如圖5-2：

5.3 電路域融合建設方案

（一）電路域融合建設目標

滿足eSRVCC和Sv接口需求，實現LTE與2G/3G的互操作。

（二）電路域現狀

中國移動電路域承載最基本的語音和短信業務，規模大、設備提供廠商多。目前已升級支持CSFB方案。

（三）VoLTE 電路域融合改造方案

需升級改造電路域軟交換設備MSC為eMSC，初期可考慮單個MSC POOL內升級一套MSC，后續MGCF+IM_MGW考慮與電路域GMSC融合，以簡化網絡結構。

5.4分組域融合建設方案

（一）分組域融合建設目標：

滿足VoLTE與eSRVCC需求，為VoLTE提供業務承載、質量控制、用戶定位等能力。

（二）分組域現狀

中國移動分組域已實現2/3G/EPC融合組網。

（三）VoLTE 分組域融合改造方案

需升級改造MME/SGSN和SAE-GW/GGSN設備，VoLTE對EPC網元功能要求：

MME設備：應支持Sv接口及SRVCC空口切換控制，支持VoLTE PCC，為IMS APN/VoLTE業務建立滿足Qos需求承載。

SAE-GW設備：支持P-CSCF發現功能，支持為VoLTE用戶分配IMS入口點P-CSCF地址，支持VoLTE PCC，為IMS APN/VoLTE業務建立滿足Qos需求承載。

建議所有MME/SGSN和SAE-GW/GGSN均升級支持VoLTE。

5.5 4G PCC網絡升級改造

（一）PCC網絡升級目標

1、滿足VoLTE音視頻承載質量要求，為VoLTE提供業務策略、計費策略，支持VoLTE專用承載建立。

2、提供IMS與PS計費關聯、位置上報功能。

3、滿足eSRVCC 功能要求。

（二）PCC網絡現狀

PCC系統是3GPP R7提出，作用于分組網絡的端到端策略控制架構，可根據運營需要，基于用戶、業務、流量、位置、時間等條件擬定策略，進行數據流量控制及差異化服務，目前中國移動已部署PCC，各省都部署有PCRF和PCEF。

（三）VoLTE PCC升級改造方案

在VoLTE中，PCC網絡作為應用控制網絡IMS和接入控制網絡EPC間橋梁，實現業務需求到網絡資源控制的映射，同時將接入網絡相關信息反饋給IMS側，供業務使用。VoLTE借助PCC架構為話音、視頻等業務按需建立專用承載通道，提供高優先級和帶寬保障，確保無線和網絡側都能按照VoLTE質量要求進行資源分配和調度。

建議所有PCRF和PCEF升級改實現VoLTE功能。

圖5-5 VoLTE VoLTE PCC升級改造方案

5.6 Diameter信令網建設方案

VoLTE架構下Diameter信令轉接需求：

LTE用戶移動性管理信令：S6a接口。（基于事務，采用用戶碼號、主機名尋址）

數據業務PCC信令：含2/3/4G用戶Gx接口。（基于會話，采用APN+用戶碼號、主機名尋址）

VoLTE IMS信令：Cx、Sh、Zh接口。（基于事務，采用用戶碼號、主機名尋址）

VoLTE PCC信令： Gx、Rx接口。（基于會話，Gx：APN+用戶碼號、Rx：IP地址尋址）

其他：SLh、SLg接口信令（基于事務，SLh：用戶碼號、SLh：主機名尋址）

（一）Diameter信令網建設目標

1、滿足VoLTE會話管理及語音省間漫游需求。

2、滿足PCC會話綁定及動態數據同步需求。

（二）Diameter信令網建設方案

Diameter信令網采用分級、分區組網架構，由信令轉接點DRA分區匯接Diameter信令節點的信令消息。建議優先采用三級組網。

考慮安全可靠、架構清晰、長期穩定原則，信令匯接區根據信令業務量劃分。

省內、省際層面信令匯接區的劃分、DRA的部署及組網方式應考慮各網絡層面的不同信令轉接需求。

省際層面：按大區或省劃分信令匯接區，一個省不能劃分為兩個信令匯接區。每個省際匯接區內成對部署HDRA，分平面網狀相連。

省內層面：按容量部署LDRA，如一對LDRA不能滿足全省需求，可劃分多個信令匯接區，每個匯接區內成對部署LDRA，不同區間LDRA網狀相連。Diameter信令節點接入所屬匯接區成對LDRA。（核心網元分區接入所屬的一對LDRA；業務平臺就近接入一對LDRA。

圖5-6 Diameter信令網網絡結構

六、結束語

VoLTE時代已經到來，核心網的全面融合時代也已經到來。隨著LTE實現全面覆蓋， IMS將成為融合網絡的統一業務控制層，核心網形成EPC+IMS的目標架構。移動語音、數據和多媒體業務都將統一承載在該目標架構上。移動語音業務將全部從傳統CS域轉向EPC+IMS進行接入與控制，CS域走向消亡。

參 考 文 獻

[1]趙訓威，林輝，張明等.3GPP長期演進（LTE）系統架構與技術規范.北京：人民郵電出版社，2010

[2]姜怡華，許慕鴻，習建德等.3GPP系統架構演進（SAE）原理及設計[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[3]VoLTE技術白皮書（2013版）中國移動，2013.6

[4]傅俊峰，張偉強.EPC技術特點及網絡部署策略淺析[J].郵電設計技術，2012，（9）.

[5]3GPP TS 23.228 V9.4.0.IP Multimedia Subsystem（IMS）；Stage2（Release9），2010