2G/3G退網后VoLTE異構網絡國際漫游技術方案探討

關丹竹，杜春生

（中國電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630）

0 引言

隨著網絡技術的發展，全球運營2G/3G 網絡將逐步退網，退網后，在國內將采用純VoLTE 方式提供語音及短消息業務。當VoLTE 用戶漫出至其他境外運營商時，如何繼續使用當地2G/3G 網絡的語音和短信業務？傳統2G/3G 境外運營商的用戶漫游至純VoLTE 拜訪網絡時，如何使用語音及短消息業務？這些都是有待解決的問題。

通常，為實現VoLTE 用戶能在2G/3G 網絡漫游，核心網需部署融合HLR/HSS 網元并為用戶簽約2G/3G 的CS 和PS 業務，短消息中心也需支持G/U 的MAP 信令。為實現傳統2G/3G 網絡運營商的用戶能在純VoLTE 網絡漫游，需要部署MSC/VLR 網元。但是，2G/3G 網絡退網后，在目前傳統的標準和技術手段下，VoLTE 異構網絡無法實現漫游，本文提出了一種采用IWF（Inter Working Function）互通網關的方案，有望成為解決2G/3G 退網后VoLTE 異構網絡國際漫游問題的可選方案。IWF 是不同網絡制式之間互通的網元，在不同的應用場景中實現不同功能，本文討論的IWF 在拜訪地網絡和歸屬網絡中間，是VoLTE 網絡和2G/3G 網絡的橋梁，作為異構網絡的漫游網關，完成協議轉換和相關流程處理功能。

在漫入和漫出場景下，IWF 網關所實現的功能有所不同。本文分別就VoLTE 用戶漫出至境外運營商網絡及境外運營商用戶漫入VoLTE 網絡的位置更新、語音和短信業務等業務流程中所實現的功能進行簡要介紹。

1 VoLTE用戶漫出場景

1.1 漫出場景IWF的網絡位置及功能

在漫出場景中，歸屬地是純VoLTE 網絡，拜訪地是2G/3G 網絡，IWF 網關由歸屬地建設及維護。在CS 域注冊場景中，IWF 對于拜訪地的CS 網絡，相當于歸屬地的“HLR”，輔助完成位置更新等流程；對于歸屬IMS 網絡，IWF 模擬“BSF”（Bootstrapping Server Functionality）、“VoLTE AS”網元從用戶歸屬的IMS-HSS 獲取鑒權五元組和簽約業務數據并進行協議轉換，并且模擬“P-CSCF”代理用戶進行IMS 注冊。在語音業務中，漫出用戶在拜訪地運營商的VMSC 下發起主叫業務流程，與普通的主叫業務流程類似，信令不經過IWF；被叫業務中，IWF 對于歸屬IMS 網絡相當于“P-CSCF”，另一方面模擬“HLR”向拜訪地請求MSRN（Mobile Station Roaming Number，動態漫游號碼），并充當BGCF（Breakout Gateway Control Function，出口網關控制功能），將呼叫路由至MGCF（Media Gateway Control Function，媒體網關控制功能）進入CS 域。在短消息業務中，IWF 充當了歸屬用戶“SMSC”的角色。圖1 為漫出場景IWF 網絡位置及功能示意圖。

圖1 漫出場景IWF網絡位置及功能示意圖

1.2 CS域位置更新

VoLTE 用戶漫出到2G/3G 網絡，UE 向拜訪地VMSC發起位置更新。如圖2 所示，步驟2-5 完成了2G/3G 網絡對UE 的鑒權，對于拜訪CS 網絡，IWF 相當于歸屬地的HLR，向漫游地返回相應的鑒權向量。其中，對于歸屬網絡，IWF 需模擬BSF，通過Zh 接口向融合的HSS 發送MAR 消息請求鑒權向量，后續再進行CS 域的位置更新。

圖2 漫出場景的CS域位置更新流程圖

在歸屬地端，IWF 模擬P-CSCF 發起IMS 注冊。步驟7-13 是通用的IMS 注冊流程，用戶注冊完成后，IWF保存為該用戶生成的注冊Contact 地址。步驟14：IWF模擬AS 向HSS 發送SNR 消息，訂閱并同時獲取用戶的MSISDN、透明數據等。步驟15-16 中IWF 將從HSS 獲取到的用戶業務數據轉換為CS 域的業務數據，完成后續的位置更新流程。

1.3 被叫業務

在被叫場景中，如圖3 中的步驟2，被叫S-CSCF根據之前IMS 注冊時保存的Path 將INVITE 消息路由至IWF。對于拜訪地的VMSC，IWF 相當于歸屬網絡的HLR，通過步驟3 向用戶拜訪的VMSC 請求獲取MSRN。

圖3 漫出場景的被叫業務流程圖

對于歸屬網絡，IWF 首先充當被叫P-CSCF，在獲取到MSRN 后，IWF 需要充當BGCF，選擇適當的MGCF將呼叫路由至境外運營商的VMSC。

1.4 短消息始發業務

漫出用戶通過境外運營商的CS 網絡發送短消息，此時，對于拜訪網絡的VMSC，IWF 相當于用戶歸屬的SMSC；如圖4 中的步驟2，IWF 將境外送過來的短消息由MAP 協議轉換為SIP 協議，構造MESSAGE 消息，并將短消息發送給S-CSCF。

圖4 漫出場景的短消息業務始發流程圖

對于用戶歸屬的IMS 核心網，IWF 相當于拜訪地的P-CSCF。

1.5 短消息終結業務

在短消息終結場景中，如圖5 中的步驟1-4，首先歸屬地的IP-SM-GW 向被叫S-CSCF 發送MESSAGE 消息，S-CSCF 向IWF 轉發此消息，IWF 完成短消息從SIP 協議到MAP 協議的轉換并根據保存的MSC ID，向用戶拜訪的VMSC 發送MAP_MT_FORWARD_SHORT_MESSAGE_REQ 消息，VMSC 向UE 發送完短消息后，向IWF 返回MAP_MT_FORWARD_SHORT_MESSAGE_CNF 響應消息。對于拜訪地的VMSC，IWF 相當于歸屬網絡的SMSC。

對于用戶歸屬的IMS 核心網，IWF 相當于拜訪地的P-CSCF，如圖5 中的步驟5-6，IWF 根據短信接收情況向IP-SM-GW 發送MESSAGE 消息，接收IP-SM-GW 返回200 響應消息。

圖5 漫出場景的短消息業務終結流程圖

2 境外用戶漫入場景

2.1 漫入場景IWF網絡位置及功能

如圖6 所示，在漫入場景中，歸屬地是2G/3G 網絡，拜訪地是VoLTE 網絡，IWF 網元由拜訪地建設及維護。漫入用戶在VoLTE 網絡下發起IMS 注冊時，對于拜訪網絡IWF 相當于“IMS-HSS”，而對于歸屬網絡IWF 相當于“MSC/VLR”，下載用戶的鑒權向量和簽約業務數據并完成協議轉換。主叫業務中，主叫S-CSCF/BGCF 都直接將呼叫路由至MGCF 進入CS 域，主叫業務流程不需經過IWF。被叫業務中，對于歸屬網絡，IWF 充當“VMSC”的角色為用戶分配MSRN，同時IWF 模擬“IMS-HSS”，向I-CSCF 返回S-CSCF的地址，并且充當“ANCHOR AS”，根據S-CSCF 提供的MSRN 映射回相應被叫用戶的IMPU。在短消息業務中，對于歸屬網絡IWF 充當了拜訪地“VMSC”的角色，并將短消息轉發至IP-SM-GW。

圖6 漫入場景IWF網絡位置及功能示意圖

2.2 IMS注冊

境外漫入用戶在拜訪地VoLTE 網絡下發起IMS 注冊，如圖7 中的步驟1-6，對于用戶歸屬的CS 網絡，IWF相當于拜訪地的VMSC，向用戶歸屬的HLR 發送MAP_UPDATE_LOCATION_REQ 消息，請求進行位置更新并下載用戶數據。后續，IWF 向用戶歸屬HLR 發送MAP_SEND_AUTHENTICATION_INFO_REQ 消息，請求獲取3G 的鑒權五元組。

圖7 漫入場景的IMS注冊流程圖

對于拜訪地IMS 網絡，IWF 相當于用戶歸屬的IMSHSS，此部分注冊流程可參考IMS 標準流程，其中，IWF需要將CS 業務數據轉換成IMS 的Service Profile。

2.3 被叫業務

用戶歸屬CS 網絡的端局或關口局收到呼叫入局的消息，如圖8 中的步驟2-5，V/GMSC 通過向HLR 請求被叫的路由信息。對于歸屬網絡，IWF 相當于拜訪地的VMSC，IWF 為用戶分配MSRN，境外運營商的V/GMSC根據MSRN 發送出局的IAM 消息，將呼叫路由至國際局的GMSC/MGCF。

圖8 漫入場景的被叫業務流程圖

對于拜訪的IMS 網絡，IWF 相當于用戶歸屬的HSS 和ANCHOR AS。在步驟6-8 中，IWF 作為“ANCHOR AS”需要保存MSRN 和IMPU 的映射，完成被叫號碼的還原。作為“HSS”需要向I-CSCF 返回ANCHOR AS 和S-CSCF的地址。步驟11：S-CSCF 根據IMS 注冊時保存的UE Contact 信息和Path 頭域，向UE 發送INVITE 消息，后續的信令流程與普通CS2V 的呼叫流程的基本相同。

2.4 短消息始發業務

對于處理漫入用戶的短消息業務，IWF 主要是完成短消息從IP-SM-GW 到用戶歸屬的短信中心的轉發。

UE 發送短消息，S-CSCF 根據iFC（Initial Filtering Criteria，初始過濾準則）信息向IP-SM-GW發送MESSAGE 消息。IP-SM-GW 根據用戶的業務數據判斷用戶是否有相應的權限，通過步驟2 并完成短消息從SIP到MAP 協議的轉換。對于用戶歸屬的SMSC，IWF 相當于拜訪地的VMSC，IWF 需完成相應MAP 消息的SCCP的地址轉換。如圖9 中的步驟4 所示，IWF 收到MAP_MO_FORWARD_SHORT_MESSAGE_REQ消息后，將SCCP層的Calling Party Address 改為IWF 的MSC ID，向境外運營商的SMSC 轉發該消息。如圖9 步驟6 所示，IWF 收到境外SMSC 返回的MAP_MO_FORWARD_SHORT_MESSAGE_CNF 消息后，將SCCP 層的Called Party Address 改為IP-SM-GW 的信令點編碼并轉發該消息至IP-SM-GW。

圖9 漫入場景的短消息始發業務流程圖

2.5 短消息終結業務

如圖10 中的步驟1-4 中，境外運營商的SMSC 在收到短消息后，根據用戶的MSISDN 向HLR 發送MAP_SEND_ROUTING_INFO_FOR_SM_IND消息，獲取短消息路由信息，HLR 返回IWF 的GT 地址；IWF 將收到SMSC 發送的信令消息的SCCP 層Called Party Address 改為IP-SM-GW 的信令點編碼并轉發該消息至IP-SM-GW，IP-SM-GW 完成短消息從MAP 到SIP 的協議轉換，向UE 發送MESSAGE 消息。步驟6：UE 向IP-SM-GW 返回MESSAGE 消息，指示短消息終結成功后，IWF 收到MAP_MT_FORWARD_SHORT_MESSAGE_RSP 消息，將SCCP 層 的Calling Party Address改為自身的MSC ID，并模擬VMSC 向境外運營商的SMSC轉發該消息。

圖10 漫入場景的短消息終結業務流程圖

3 結束語

純VoLTE 網絡與傳統2G/3G 網絡的漫游方案，可選無線側退網，保留2G/3G 核心網方式，但這給網絡維護帶來了負擔，也不利于網絡的演進。本文所介紹的方案中，IWF 在用戶漫游至國外的2G/3G 網絡時向用戶歸屬的IMS-HSS 獲取鑒權向量和簽約業務數據并完成協議轉換，無需新建或升級支持3GPP 2G/3G 的HLR、SMSC等網元，在傳統業務全面轉向VoLTE、VoNR 的技術趨勢下，既節約了投資也順應時勢。

隨著VoLTE 的普及和5G 的逐步商用，2G/3G 的退網呈加速狀態，在2G/3G 網絡漫長的退網過程中，如何實現VoLTE 網絡異構漫游問題將是各運營商面臨的問題，值得共同關注和探討，希望本文所介紹的方案可為業界提供參考和啟發。