VoLTE信令流程解析及應(yīng)用

1 VoLTE 業(yè)務(wù)概述

VoLTE 技術(shù)是3GPP 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織定義的，基于IMS（IP Multimedia Subsystem）網(wǎng)絡(luò)的4G/LTE語(yǔ)音解決方案。通過(guò)IMS 網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營(yíng)商既可以無(wú)縫的繼承傳統(tǒng)的語(yǔ)音、短信業(yè)務(wù)，還能將語(yǔ)音與豐富的增強(qiáng)功能進(jìn)行整合，進(jìn)一步提供多樣化的服務(wù)。

VoLTE 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括無(wú)線接入、HSS（Home Subscriber Server 歸屬簽約用戶(hù)服務(wù)器）、PCC（Policy and Charging Controller，策略與計(jì)費(fèi)控制）、分組域、電路域、信令網(wǎng)、IMS 核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)平臺(tái)等。VoLTE 用戶(hù)位于LTE（Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn)）無(wú)線覆蓋下，通過(guò)LTE 無(wú)線網(wǎng)和EPC（Evolved Packet System）核心網(wǎng)接入IMS 域核心網(wǎng)和業(yè)務(wù)平臺(tái)，由IMS 網(wǎng)元進(jìn)行VoLTE路由和呼叫工程控制，由IMS 應(yīng)用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)VoLTE業(yè)務(wù)的處理；并通過(guò)PCC 系統(tǒng)提供策略為VoLTE 音視頻業(yè)務(wù)建立專(zhuān)用承載，從而提供VoLTE 業(yè)務(wù)端到端的QoS 保障。

2 IMS 網(wǎng)絡(luò)常用接口協(xié)議

2.1 SIP 協(xié)議簡(jiǎn)介

會(huì)話初始協(xié)議SIP（Session Initiation Protocol）是由IETF（Internet Engineering Task Force）提出并主持研究的一個(gè)在IP 網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行多媒體通信的應(yīng)用層控制協(xié)議（RFC3261），主要用于創(chuàng)建會(huì)話、修改會(huì)話和終結(jié)會(huì)話進(jìn)程。

SIP 會(huì)話類(lèi)型包括多媒體會(huì)議、Internet 電話等類(lèi)似的應(yīng)用。SIP 協(xié)議支持別名映射、重定向服務(wù)、ISDN（Integrated Services Digital Network）和IN 業(yè)務(wù)。它支持終端用戶(hù)能夠在任何地方、任何時(shí)間請(qǐng)求和獲得已訂購(gòu)的任何電信業(yè)務(wù)。主要應(yīng)用于Mw、Ut、ISC、Mi、Mg、Mj、Mk、Mr 等接口。

2.2 Diameter 協(xié)議簡(jiǎn)介

Diameter 協(xié)議由IETF（Internet Engineering Task Force）提出，作為RADIUS（Remote Authentication Dial In User Service）協(xié)議的改進(jìn)或者替代，改進(jìn)了RADIUS 協(xié)議在安全性、可靠性、擴(kuò)容、漫游支持、故障切換方面的缺陷。他的引入是作為支持基于IP（Internet Protocol）技術(shù)的AAA（Authentication，Authorization and Accounting）協(xié)議，用來(lái)為眾多的接入技術(shù)提供AAA 服務(wù)。

Diameter 協(xié)議在IMS 網(wǎng)絡(luò)中使用于S6a/S6d、Cx、Dx、Sh、Rf、Gq、Ro、Gx、Rx、Zh 接口，用于注冊(cè)認(rèn)證、QoS 以及計(jì)費(fèi)等功能。

3 VoLTE 典型信令流程及應(yīng)用

3.1 LTE 用戶(hù)呼叫CS 用戶(hù)場(chǎng)景

1）主叫用戶(hù)登陸在LTE 網(wǎng)絡(luò)下，且已經(jīng)完成IMS（IP Multimedia Subsystem）網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)，被叫用戶(hù)為CSFB（Circuit Swiched Fallback）用戶(hù)。

2）主叫VoLTE戶(hù)在LTE（Long Term Evolution）網(wǎng)絡(luò)下起呼，被叫CSFB 用戶(hù)在CS 域做被叫，IMS域和CS 域之間通過(guò)MGCF 網(wǎng)元和IM-MGW 完成信令面和媒體面互通。

3）各CSCF之間和MGCF網(wǎng)元間使用用SIP協(xié)議，MGCF 和CS 域網(wǎng)元之間采用BICC 協(xié)議。

4）呼叫過(guò)程中現(xiàn)網(wǎng)被叫側(cè)承載建立一般采用早指配。

5 主被叫側(cè)網(wǎng)元均使用IP 承載互聯(lián)，其局間承載建立方式使用前向延遲。

6）使用融合HSS，即2/3G，SAE-HSS 和IMSHSS 屬于合一部署。

3.2 LTE 用戶(hù)呼叫CS 用戶(hù)信令流程（圖1）

圖1

1）主叫信令面：主叫VoLTE 用戶(hù)LTE 網(wǎng)絡(luò)下發(fā)起會(huì)話請(qǐng)求，通過(guò)S-CSCF 觸發(fā)呼叫至MMTel AS進(jìn)行業(yè)務(wù)處理；S-CSCF 至ENUM/DNS 解析確認(rèn)被叫用戶(hù)為CS 域用戶(hù)，從而將SIP 會(huì)話請(qǐng)求轉(zhuǎn)至MGCF；MGCF 再進(jìn)行路由分析并將會(huì)話請(qǐng)求路由出局。

2）被叫信令面：被叫MSC Server 尋呼被叫用戶(hù)，被叫用戶(hù)收到尋呼消息后回復(fù)響應(yīng)消息。

3）被叫承載面建立：被叫MSC Server 指示MGW 網(wǎng)元建立被叫接入側(cè)承載，并向主叫側(cè)網(wǎng)元發(fā)消息通知局間承載建立并采用前向延遲。

4）主叫承載面建立：MGCF 網(wǎng)元指示IM-MGW 搭建主叫接入側(cè)承載；之后主被叫進(jìn)行媒體協(xié)商并建立局間承載。

3.3 信令流程應(yīng)用-VoLTE 用戶(hù)呼叫CS 用戶(hù)空號(hào)

VoLTE 主叫用戶(hù)信令面流程如下：

1）主叫用戶(hù)UE_A 通過(guò)IMS 拜訪網(wǎng)絡(luò)入口SBC/P-CSCF 發(fā)送INVITE 消息發(fā)起會(huì)話。

攜帶Request-URI 用于標(biāo)明請(qǐng)求的目的方，即tel:+86186####；攜From 用于標(biāo)明請(qǐng)求的發(fā)起方，攜帶請(qǐng)求發(fā)起者的URI；攜To 用于標(biāo)明請(qǐng)求的接收方，攜帶請(qǐng)求接收者的URI；Contact 用于標(biāo)明直接聯(lián)系請(qǐng)求發(fā)送方或應(yīng)答方的URI 地址。

2）SBC/P-CSCF 接收INVITE 消息并進(jìn)行處理，將自己的地址添加至Via 和Record-Route 頭域。將注冊(cè)過(guò)程中在“service-route”中存儲(chǔ)的S-CSCF的地址添加至Route 頭域。根據(jù)存儲(chǔ)的S-CSCF 地址將INVITE 消息轉(zhuǎn)發(fā)至S-CSCF。

3）S-CSCF 接收INVITE 消息并根據(jù)P-Asserted-Identity 頭域中的主叫號(hào)碼判斷主叫已注冊(cè)，則根據(jù)主叫用戶(hù)簽約的iFC 模板數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的MMTel AS 并將INVITE 消息轉(zhuǎn)發(fā)至該AS 以觸發(fā)主叫用戶(hù)的業(yè)務(wù)。

4）MMTel AS 接收INVITE 消息并向主叫用戶(hù)提供業(yè)務(wù)，然后發(fā)送INVITE 消息至S-CSCF。

5）S-CSCF 接收INVITE 消息并從Request-URI 中取出被叫IMPU，然后向ENUM/DNS 服務(wù)器發(fā)送ENUM/DNS QUERY 消息，以獲取下一跳地址。

6）ENUM/DNS 服務(wù)器進(jìn)行號(hào)碼分析并將分析結(jié)果通過(guò)ENUM/DNS RSP 消息返回至S-CSCF，被叫為CS 用戶(hù)查詢(xún)DNS 后正常返回結(jié)果應(yīng)為通配符。

S-CSCF 接收ENUM/DNS RSP 消息，發(fā)現(xiàn)被叫用戶(hù)不屬于IMS 域用戶(hù)，將INVITE 消息轉(zhuǎn)發(fā)至MGCF以獲取路由信息。會(huì)話請(qǐng)求被送至CS 域完成后續(xù)信令流程。

7）而本案例中查詢(xún)CS 用戶(hù)DNS 后返回結(jié)果則是將被叫用戶(hù)Tel URI 轉(zhuǎn)為SIP URI（圖2）。

圖2

S-CSCF 認(rèn)為該被叫為VoLTE 用戶(hù)，后續(xù)根據(jù)SIP URI 中的用戶(hù)域名查詢(xún)ENUM/DNS，尋址被叫歸屬省I-CSCF。

8）被叫I-CSCF 向HSS 發(fā)起LIR 消息請(qǐng)求，并收到LIA 消息中顯示DIAMETER_ERROR_USER_UNKNOWN(5001)。

9）5001 錯(cuò)誤碼解析。HSS 向?qū)Χ朔祷豅IA 消息，攜帶錯(cuò)誤碼：5001，提示“DIAMETER_ERROR_USER_UNKNOWN”。可能原因：（1）HSS 收到的請(qǐng)求消息LIR（Location Information Request）中攜帶的用戶(hù)標(biāo)識(shí)在HSS 中未開(kāi)戶(hù)（可以攜帶用戶(hù)標(biāo)識(shí)的AVP 包括：Public-Identity AVP、User-Name AVP、Wildcarded-PSI AVP、Wildcarded-IMPU AVP、MSISDN AVP）。（2）HSS 收到的請(qǐng)求消息LIR 攜帶的用戶(hù)標(biāo)識(shí)是PUSI（PUblic Service Identity）類(lèi)型的用戶(hù)標(biāo)識(shí)，但是用戶(hù)處于非激活狀態(tài)。

本案例中被叫用戶(hù)在HSS 中并未開(kāi)通VOLTE 業(yè)務(wù)，因此主叫聽(tīng)到空號(hào)的錄音通知，呼叫失敗。

4 結(jié)論

VoLTE 是基于SIP 協(xié)議的語(yǔ)音通話，所有與IMS 交互的信令全部為SIP 信令，在理解VoLTE 信令方面必須對(duì)SIP 信令進(jìn)行全面了解。本文通過(guò)對(duì)VoLTE 信令流程、相關(guān)協(xié)議的簡(jiǎn)要介紹，再結(jié)合用戶(hù)信令追蹤采集到的詳細(xì)信息，講述了如何依據(jù)信令流程及跟蹤信息查找呼叫故障點(diǎn)，從而快速、全面完成故障分析、定位，也為其他維護(hù)人員快速定位故障，維護(hù)用戶(hù)利益，保障網(wǎng)絡(luò)暢通提供了一個(gè)實(shí)用的方法。