VoLTE網絡域選原理分析與優化

1 概述

當前移動核心網逐步向IMS 網絡演進，VoLTE語音業務開始大規模商用，手機的語音與數據業務均可通過2/3/4G 網絡承載。VoLTE 是3GPP 標準定義的，基于IMS 網絡的LTE 語音解決方案。通過IMS 網絡，移動運營商不僅可以實現傳統的語音、短消息業務，還可以將語音通話與豐富的增強功能相整合，提供多樣化的服務。VoLTE 終端對于網絡的選擇更加復雜，本文主要分析VoLTE 網絡的域選原理，并通過實例分析域選失敗的原因，提出針對性的優化措施。

2 VoLTE 域選技術實現原理

2.1 VoLTE 用戶主叫域選

當前大部分VoLTE 手機終端除了支持VoLTE 高清通話，同時也會支持CSFB 和CS 域呼叫。那么當用戶在使用“打電話”軟件（應用程序）撥號的時候，終端使用什么方式（應用協議）發起呼叫，取決于終端當時所處的網絡情況。而網絡的選擇是由終端與網絡能力指示進行匹配，最終決定終端駐留在哪個網絡。

2.1.1 終端支持的語音能力

終端向MME 發起附著請求，Attach Request消息中包含Voice domain preference and UE's usage setting 信元用來攜帶終端的語音能力。該信元包含兩層內容：

1）Voice domain preference：表明終端支持那種語音方式或更偏好于使用哪種語音方式，有4 種取值方式：CS Voice only(只支持CSFB)、IMS PS Voice only（只支持VoLTE）、CS Voice preferred IMS PS Voice as secondary（同時支持CSFB 和VoLTE，但優選CSFB）、IMS PS Voice preferred CS Voice as secondary（同時支持CSFB 和VoLTE，但優選VoLTE）。

2）UE's usage setting：表明終端設置為語音優先（Voice centric）還是數據優先（Data Centric）。如果LTE 終端上設置數據優先，只要EPC 網絡數據業務可用，終端就會駐留在4G 的LTE網絡，而不管當前網絡是否能夠提供CSFB 或者VoLTE 的語音業務。該信元有兩種取值方式：Voice centric（以語音業務為中心）、Data centric（以數據業務為中心）。

2.1.2 網絡支持的語音能力

EPC 網絡的語音能力是網絡通過Attach 和TAU響應消息向終端指示網絡是否支持VoLTE 或CSFB。

1）網絡CSFB 能力的指示：Attach Accept 和TAU Accept 消息中會攜帶“EPS attach result/EPS update result”信元和“Additional update result”信元，向終端指示網絡是否支持CSFB。

2）網絡VoLTE 能力的指示：Attach Accept和TAU Accept 消息中也會攜帶“EPS network feature support”信元，其中包括“IMS voice over PS session indicator”標志位。該標志位用來指示網絡是否支持VoLTE。同時也會指示網絡是否支持緊急呼叫。

2.2 VoLTE 用戶被叫域選

由于呼叫發起時，被叫用戶可能在LTE 網絡中，也有可能在2G、3G 網絡。IMS 網絡中SCC AS 網元（T-ADS）會通過sh 接口向HSS 查詢用戶當前所處的網絡信息，來決定向電路域發起CS 呼叫還是向分組域發起VoLTE 呼叫，這個過程就是被叫域選。目前常用的被叫域選方案是單域注冊方案。單域注冊是指：UE 從MME 接入時，MME 從S6a 接口向HSS發起Update Location流程時，指示HSS進行單注冊，HSS 應該向SGSN 發起Cancel Location 流程注銷UE 的SGSN 位置信息，HLR/HSS 僅保留UE 的MME 位置信息。當UE 在SGSN 與MME 之間移動時，HSS 保存網絡信息如下：

1）UE 從SGSN 移動至MME：現網HSS 默認支持雙注冊，通過MME 向HSS 發送Update Location 消息時會將single-registration-indication 標識置為1，指示HSS 進行單域注冊。HSS 在收到單注冊指示后，會向用戶之前注冊的SGSN 發送“SGSN Update Procedure”類型的Cancel Location 消息，同時刪除注冊的SGSN 號碼。這種情況下，用戶在4G 網絡時HSS 中只有MME 信息。

2）UE 從MME 移動至SGSN：SGSN 的Gr 接口MAP 協議無法攜帶單注冊指示，而HSS 當前默認配置支持雙注冊。這種情況下，UE 移動到2、3G 網絡后，SGSN 在向HLR/HSS 發送位置更新后，HLR/HSS 不會清空MME 信息。

綜上，MME 去HSS 做位置更新時HSS 會清空SGSN 的GT。而SGSN 去HSS 位置更新時，HSS 不會清空MME 的hostname。這就表明，只要HSS 上有SGSN 的信息，就說明用戶當前處在2G、3G 網絡，IMS 網絡應向電路域呼叫被叫。反之，如果HSS 上沒有SGSN 信息，只有MME 信息，那就表明用戶當前處在4G 網絡，IMS 網絡應向分組域呼叫。使用這種判斷方式，HSS 就可以給SCC AS 提供準確的被叫域選信息。

3 VoLTE 用戶域選失敗原因分析與優化

在VoLTE 業務實際應用中，筆者發現當手機關掉VoLTE 語音開關，改在4G 網絡注冊后存在被叫接續失敗的可能。

3.1 定位失敗原因，跟蹤信令流程

1）首先被叫錨定至IMS 域。被叫歸屬HSS 根據簽約錨定業務（T-CSI）得到CAMEL 業務鍵SCP GT 通過SRI RSP 返回給主叫MSC，主叫MSC 根據SCP GT 發送IDP 消息到Anchor AS。

2）Anchor AS 根據業務鍵在被叫號碼前插1014450 得到IMRN 號碼返回給主叫MSC，MSC 根據IMRN 路由至IMS 域。

3）MGCF 刪除錨定前綴，完成被叫號碼還原后發送INVITE 至I-CSCF，I-CSCF 通過HSS 返回的能力集獲取S-CSCF。

4）S-CSCF 通過查詢HSS 觸發IFC，首先觸發到MMTEL AS 查詢補充業務，再觸發SCC AS 做被叫域選。

5）SCC AS 通過UDR 消息向被叫歸屬IMS HSS查詢T-ADS 信息。HSS 通過UDA 返回T-ADS 域選信息。其中：IMSVoiceOverPSSessionSupport=1，RATtype=1004，域選結果為IMS 域。

6）被叫在IMS 域接續失敗，呼叫釋放。

3.2 分析失敗原因，定位故障

當手機終端關閉VoLTE 功能后，終端改為在3/4G 網絡聯合位置更新，語音通過CSFB 實現。按照現網雙域注冊原則，此時MME 上有用戶附著信息，但是并未建立IMS VPN 專有承載。此時HSS 根據IMSVoiceOverPSSessionSupport=0 應該返回給SCC AS 的域選結果為CS 域，并返回CSRN 號碼。呼叫路由至2/3G 網絡接續。但是實際測試中發現，HSS返回的域選結果仍然是IMS 域，因為用戶未在IMS注冊，因此導致接續失敗。這種情況是因為手機注銷VoLTE 網絡失敗，而網絡側因為定時器未超時未主動發起注銷。HSS 認為用戶仍然注冊在IMS 域，而實際上手機終端已注冊在4G 網絡，因此返回了錯誤的域選結果。在一些特殊場景中有概率發生，例如在雙卡雙待手機一卡通話時，或者手機終端原因發起注銷失敗。優化措施及建議：通過在IMS 網絡增加IMS 尋呼失敗重選配置，即VoLTE 尋呼失敗，IMS 網絡會重新域選到2/3G 網絡獲取CSRN 漫游號碼進行尋呼。

3.3 域選優化措施及建議

通過在SCC AS 上增加IMS 尋呼失敗重選配置，即VoLTE 尋呼失敗，10s 后SCC AS 會重新獲取CSRN 漫游號碼尋呼。

4 結論

當前并且在一段時間內，VoLTE 語音解決方案主叫域選都會采用VoLTE 與CSFB/CS 呼叫并存的方式。手機主叫時通過終端與網絡能力指示選擇網絡，被叫時IMS 通過域選結果決定向分組域發起VoLTE呼叫或CS 域發起呼叫。VoLTE 手機關掉VoLTE 功能后，終端主動向IMS 網絡發起注銷，如果沒發送就是網絡側根據手機與AS 的心跳鏈接定時器超時發起注銷。因為手機終端原因或者HSS 側沒有更新用戶狀態，認為用戶沒有發起注銷，返回的域選結果仍然是IMS 域導致尋呼失敗。為避免域選失敗導致呼叫失敗，可以通過增加IMS 尋呼失敗重選配置的方式來解決。即在IMS 域尋呼失敗，IMS 網絡會再次獲取CSRN 漫游號碼路由至2/3G 尋呼。