基于號碼攜帶的VoLTE網絡互通研究

繆永生　倪明

摘要：認為VoLTE技術能夠提供高清語音、視頻等多媒體業務，是LTE下唯一的、端到端的目標語音解決方案。針對號碼攜帶的國家/地區中各運營商VoLTE網絡之間互通，提出了4種方案以及部署建議，從而實現了不同運營商VoLTE網絡之間互通，對全球VoLTE網絡互通有較強的借鑒和指導意義。

關鍵詞：VoLTE；IMS；互通；號碼攜帶

演進到第4代無線數據網絡對運營商來說是大勢所趨[1]，基于LTE的語音業務（VoLTE）能夠提供高清語音業務與消息、高清視頻等多媒體業務，以及同互聯網業務進行融合，符合電信網絡演進方向。全球移動通信系統協會（GSMA）和下一代移動通信網絡聯盟（NGMN）都已經宣布將VoLTE作為業界長期演進/（LTE）下唯一的、端到端的目標語音解決方案[2]。而目前只有同一個運營商的客戶才能夠使用VoLTE業務，為了應對過頂傳球（OTT）的競爭，給客戶更好的業務體驗，不同電信運營商之間的VoLTE互通的需求尤為緊迫。

文章在深入研究VoLTE網絡架構和流程基礎上，重點研究了支持號碼攜帶業務的國家和地區的不同運營商VoLTE網絡之間的互通要求，提出了一些解決方案和部署建議。

1 VoLTE網絡互通概況

1.1 VoLTE系統架構

在VoLTE系統架構中，由LTE和演進的分組網（EPC）系統提供承載，由IP多媒體子系統（IMS）系統提供業務控制，實現端到端的基于分組域的語音、視頻業務。IMS作為控制核心，可以提供和電路域類似的語音業務及其補充業務，包括號碼顯示、呼叫轉移、呼叫 等待、會議電話等。VoLTE網絡典型系統架構如圖1所示。圖1中主要包括終端（UE）、LTE（eNodeB）、EPC（移動性管理實體（MME）、服務網關（S-GW）、PDN網關（P-GW））、IMS（接入會話邊界控制（A-SBC）、代理呼叫會話控制（P-CSCF）、接入轉換控制功能（ATCF）、查詢呼叫會話控制（I-CSCF）、服務呼叫會話控制（S-CSCF）、應用服務器（AS）、電話號碼映射工作組（ENUM）、媒體網關控制功能（MGCF）、簽約位置功能/歸屬簽約用戶服務器（SLF/HSS））等網元。其中呼叫會話控制（CSCF）實現了呼叫控制，AS實現了類似2G/3G的多媒體電話補充業務[3-5]。

1.2 VoLTE與VoLTE網絡互通

如果主、被叫用戶均采用VoLTE業務，LTE和EPC網絡對于VoLTE業務來說相當于接入網，并不參與網絡互通。真正實現運營商間的VoLTE網絡互通的是IMS系統，也可以說VoLTE網絡的互通要求其實就是IMS網間的互通要求[6]。

通常對于不支持號碼攜帶的國家/地區，跨運營商的VoLTE互通，能夠根據被叫號碼的信息，獲知被叫用戶所歸屬的運營商，從而實現不同運營商之間的互通。目前不同運營商VoLTE網絡之間互通有如下的幾種方案：

（1）主叫IMS網絡完成主叫業務后，主叫IMS網絡的S-CSCF，根據被叫號碼的號段信息，路由業務請求到被叫號碼歸屬的IMS網絡[7-10]。

（2）出于安全考慮，跨運營商之間都會部署邊界網關。主叫IMS網絡完成主叫業務后，主叫IMS網絡的互連邊界控制功能（IBCF）根據被叫號碼的號段信息，選擇被叫號碼歸屬的IMS網絡，并將業務請求路由到被叫歸屬的IBCF網元。其中，信令面的互通網元是IBCF，互通協議采用會話發起協議（SIP）；媒體面的互通網元是轉換網關（TrGW），互通協議采用實時傳輸協議（RTP）。

（3）由于電路交換域（CS）網絡是各移動運營商成熟的網絡，VoLTE與VoLTE 網絡可以通過主叫IMS網絡的S-CSCF將業務請求路由到MGCF，由主叫電路域網絡路由到被叫電路域網絡，再由被叫電路域網絡路由到被叫IMS網絡。這種方案的好處是通過電路域來路由保護了已有的投資，缺點是無法實現跨運營商的VoLTE高清語音、視頻業務。

方案1和方案2類似，可以實現不支持號碼攜帶的國家/地區不同運營商VoLTE網絡之間互通，方案3缺點是無法實現跨運營商的VoLTE高清語音、視頻業務。

1.3 號碼攜帶下VoLTE網絡之間互通

在網絡支持號碼攜帶業務后，用戶的號碼和運營商不再具有簡單對應關系，現有網間互通根據被叫用戶號碼選路的方式被顛覆。號碼攜帶可以是攜入或者攜出，號碼攜帶業務開展后，對語音業務路由的判斷采用被叫號碼+路由號碼（RN）綜合判斷的方式進行，對于簽約號碼攜帶業務的被叫用戶則代之以RN為依據進行后續接續路由。對移動網絡需要由主叫網絡通過與號碼攜帶數據庫（NPDB）交互信息來判斷用戶是否簽約號碼攜帶業務以及RN信息，以便主叫網絡根據RN信息選擇正確的歸屬運營商網絡。移動網絡通常部署移動號碼攜帶（MNP），MNP中保存了號碼以及攜入攜出和RN等信息。

支持號碼攜帶的國家和地區，跨運營商VoLTE網絡之間的互通，就無法簡單通過被叫號碼進行路由。雖然電路域是成熟網絡，支持查詢MNP并針對被叫號碼+RN完成路由，但是如果VoLTE網絡之間通過傳統電路域互通，由于承載的限制，則無法實現高清語音、視頻業務。

在移動互聯網時代，面對OTT的市場競爭，很多移動運營商正在加緊部署VoLTE網絡，不同移動運營商也在加強合作，2014年AT&T和Verizon共同宣布2015年正式實現VoLTE跨網兼容和互通。其他國家和地區如香港CSL、HKT、數碼通等運營商之間也在進行VoLTE互通測試或商用。因此號碼攜帶的國家/地區各運營商VoLTE網絡之間互通方案顯得尤為重要和緊迫，必須能夠實現支持號碼攜帶的不同運營商VoLTE網絡之間互通，從而實現VoLTE高清語音、視頻業務。

2 VoLTE互通方案分析

2.1 兩個VoLTE網絡間互通方案

2.1.1 方案1

對于支持號碼攜帶的國家和地區，如果不同的運營商之間進行VoLTE網絡之間互通，那么就需要VoLTE和VoLTE直接互通，以保證高清語音、視頻業務的正常開展。如果僅有兩個運營商之間VoLTE互通，則可以采用下面提供的ENUM互查解決方案。假設運營商1的VoLTE用戶呼叫運營商2的VoLTE用戶，信令和媒體流向可參考圖2。

（1）運營商1的主叫IMS網絡完成主叫業務后，主叫S-CSCF查詢主叫網絡的ENUM。

（2）運營商1的ENUM在本地查找被叫用戶，如果查詢不到則向運營商2的ENUM查詢。

（3）運營商2的ENUM返回查詢結果給運營商1的ENUM，然后運營商1的ENUM將查詢結果返回給S-CSCF。

（4）主叫IMS網絡的S-CSCF/IBCF根據ENUM返回的結果，將業務請求路由到運營商2的IMS網絡，實現兩個運營商之間的VoLTE互通。

由于支持號碼攜帶業務，號碼無法區分不同的運營商，運營商1的ENUM在本地查詢后，在對方開放ENUM查詢接口的前提下，再去嘗試查詢運營商2的ENUM，這樣就能確認被叫是否是運營商2的VoLTE用戶，實現兩個VOLTE網絡的互通。

2.1.2 方案2

方案1需要ENUM在本地查找無果后，再去對端IMS網絡查詢ENUN。在方案1的基礎上還有一種類似的解決方案2，需要S-CSCF定制處理邏輯，即S-CSCF首先查詢本地ENUM，如果查詢不到則再查詢運營商2的ENUM，S-CSCF根據運營商2的ENUM返回結果，將業務請求路由到運營商2的IMS網絡，能達到方案1同樣的效果。方案2的如圖3所示。這兩個方案都需要運營商給對方IMS網絡開放ENUM查詢接口。

2.2 多個VoLTE網絡間互通方案

2.2.1 方案1

通常一個國家/地區，移動運營商會多于兩個，不同運營商之間的VoLTE互通會存在更多的困難。在支持號碼攜帶的國家/地區，如果借鑒兩個VoLTE互通方案，本地的ENUM需要不斷地嘗試其他運營商的ENUM，但效率低、時延大，方案不可行。

另外，傳統的電路域移動網絡，為了解決號碼攜帶下的互通，通常必須部署移動號碼攜帶（MNP），電路域網元查詢MNP得到號碼和RN信息，以便路由到正確的歸屬運營商。IMS網絡目前和MNP網元沒有直接的接口，如果IMS網絡定制MAP接口直接查詢MNP，一方面會增加IMS的復雜度；另一方面則會增加現網MNP的負荷。

假設電路域后續不再查詢MNP，直接由IMS域查詢MNP，但是這樣對現網改動較大，且不利于保護運營商已有投資。因此在VoLTE網絡建設初期階段，我們提出了一種新的解決方案，實現了支持號碼攜帶的國家/地區的多VoLTE網絡之間的互通。

如圖4所示，新方案需要部署一套共享ENUM，該邏輯網元可以和IMS中ENUM網元進行合設或者分設。共享ENUM從MNP中通過文件傳輸協議（FTP）同步文件方式，得到號碼/號段歸屬運營商RN信息。當運營商1的主叫IMS網絡完成主叫業務后，主叫S-CSCF查詢主叫網絡的ENUM。如果本地ENUM無查詢的用戶信息，則本地ENUM進一步查詢共享 ENUM，共享ENUM根據從MNP得到的用戶歸屬運營商RN信息，決定去相應運營商的ENUM查詢。假設被叫號碼現在歸屬運營商3，那么共享ENUM直接查詢運營商3的ENUM，并返回相應的查詢結果，主叫IMS網絡通過查詢結果將業務請求路由到運營商3。通過上述架構，實現了多VoLTE網絡的互通，保證了高清語音、視頻業務的正常開展。具體流程說明如下：

（1）MNP定時向共享 ENUM同步FTP數據文件。

（2）共享ENUM根據從MNP同步的數據，得到號碼/號段對應的運營商信息，即根據同步數據中RN信息獲知歸屬運營商信息。

（3）主叫IMS網絡S-CSCF針對被叫號碼，查詢本地ENUM，ENUM在本地查找無果后，進一步查找共享ENUM。

（4）共享ENUM根據從MNP得到的號碼歸屬運營商信息，查詢用戶歸屬運營商開放的ENUM，并返回查詢結果給本地ENUM。

（5）主叫IMS網絡S-CSCF/IBCF根據本地ENUM返回的結果，將業務請求路由到被叫歸屬的IMS網絡。

通過該方案可以實現不同VoLTE之間的互通，并且可以實現VoLTE用戶通過IMS網絡的互通，非VoLTE用戶不增加IMS網絡的信令負荷，仍然通過傳統電路域與其他運營商互通，這樣保護了運營商的已有投資，與此同時還可以減少運營商對IMS網絡的投資。

該方案要求互通的運營商之間，開放ENUM查詢接口。對于個別運營商，出于安全等因素考慮，如果不愿意開放接口又想實現VoLTE互通，可以采用本方案。本方案可以通過共享 ENUM上靜態預配置，然后直接給查詢請求的本地ENUM構造成功響應，響應結果的SIP統一資源標識符（SIP URI）組成包括：userpart部分為號碼，domain部分為歸屬運營商的域名，如再添加user=phone參數，這樣主叫IMS網絡同樣可以根據ENUM返回的SIP URI路由并實現VoLTE互通。無論被叫是否是VoLTE用戶，都會通過IMS網絡路由到歸屬運營商網絡，這樣就會增加運營商IMS網絡的信令負荷，不利于保護運營商已有的電路域投資。

2.2.2 方案2

在VoLTE網絡不斷發展的后期，IMS用戶不斷增加，CS域用戶不斷減少，此時不光有VoLTE互通需求，還有IMS網絡承接非IMS號碼路由的需求。那么可以通過AS直接查詢MNP的方案實現VoLTE與VoLTE的互通。圖5是該方案的示意圖，主要流程如下：

（1）主叫IMS網絡S-CSCF網元在做完主叫業務后，主叫側最后再次觸發AS，如多媒體電話（MMTEL）AS。

（2）AS通過MAP接口直接查詢MNP，根據MNP返回的號碼攜帶RN信息，能夠在被叫號碼前面插入不同的前綴。

（3）S-CSCF/IBCF可以根據號碼前綴將業務請求路由到不同的歸屬運營商。

通過該方案同樣可以實現VoLTE互通，且實現了非IMS用戶由IMS網絡路由的功能。電路域網元無需再查詢MNP，對于MNP沒有增加負荷消耗。如果歸屬運營商不支持VoLTE網絡，那么S-CSCF根據號碼前綴路由到MGCF，然后由電路域路由到歸屬網絡。

3 VoLTE互通部署建議

對于不支持號碼攜帶業務的國家/地區，通過號碼/號段信息能夠知道被叫號碼所歸屬的運營商信息，現有方案能夠實現不同運營商之間的VoLTE互通。

對于支持號碼攜帶業務的國家和地區，我們提出了幾種有效解決方案，能夠實現支持號碼攜帶的不同運營商VoLTE網絡之間互通。各種方案優、缺點和部署建議，見表1。

4 結束語

我們重點研究了支持號碼攜帶業務的國家和地區中不同運營商VoLTE網絡之間的互通要求，并提出了4種有效解決方案，實現了不同運營商VoLTE網絡之間互通。目前部分方案已經在香港地區進行了驗證，方案可行，用戶業務體驗良好。這對于全球VoLTE網絡互通有較強的借鑒意義。

參考文獻

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[2] 朱斌， 文濤， 符剛. VoLTE部署關鍵問題研究[J]. 郵電設計技術， 2014（2）： 1-5

[3] 劉揚， 張秀瑩. 號碼攜帶業務對IMS網絡互通影響分析[J]. 郵電設計技術， 2012（5） ： 29-32

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[5] 繆永生. 通用引導架構在IMS網絡中應用研究[J]. 中興通訊技術， 2014， 20（4）： 40-43.doi： 10.3969/j.issn.1009-6868.2014.04.010

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[7] 3GPP TS 23.228 IP Multimedia Subsystem （IMS） [S]

[8] 3GPP TS 24.229 IP Multimedia Call Control based on SIP and SDP[S]

[9] 3GPP TS 23.221 Architectural Requirements Stage 1 [S]

[10] 3GPP TS 22.228 Service Requirements for the IP Multimedia Core Network Subsystem Stage 1 [S]