VoLTE技术普及之承载

VoLTE技术普及之——承载Volte业务的特殊性决定了LTE网络从无线侧到应用层使用了多种类型的承载来支持。所使用的承载，包括信令承载和业务承载：SRB和DRB等。通过对相关承载的学习和讨论，并结合VoLTE的协议结构，我们能弄清VoLTE如何在LTE的PS域和全IP网络中实现的这种传统的语音和视频通话业务。Volte即voiceoverLTE，从Volte的实现方式上看，它是全IP条件下的端到端语音方案。这里讲到的IP网络是由LTEEPS网络形成的承载网络。也就是说，传统的语音和视频通话业务建立在无线数据网络之上而实现的。从协议层次上来看，语音和视频通话业务是在LTE传统的协议栈的上层引入的。我们来看一下具体的VoLTE的协议架构。从图中可以看到，蓝色部分是VoLTE相关的协议以及业务，通过LTE无线和接入网络连接到IMS，在接入网中透传到IMS。IMS就相当于2/3G中的电路域的交换机设备MSC等，其作用就是作为CS域的核心网，能够对语音及视频话务进行接续、线路交换、计费等。要能够实现语音业务和视频通话业务到IMS的传递，必须要通过LTE的无线接入网络提供的承载网络。另外，要特别注意的是，不管是语音业务还是视频业务，以及处理VoLTE的这些应用的协议信令，比如SIP协议，都是建立在LTE网络的用户面的各种承载之上，而并不通过LTE网络的控制面来传递。也就是说，SIP协议作为VoLTE的控制消息是作为一种上层的PS数据业务来携带的。只是在实现这些不同的“业务”的承载的形式就会有所区别，这种区别就表现在通过LTE网络EPS提供的不同类型的承载来进行携带，这些类型主要是以QoS级别及QCI来加以区分。LTE无线侧基本协议包括物理层和层二（包括MAC、RLC及PDCP）及之上的应用层，从这张图中我们能看出，应用层被细化成多个以UDP/IP层为基础的应用协议，用以承载最上端的Voicestrams(包括视频流）。这部分在EUTRAN中是通过各类承载透传的，是不可见的。所以我们更应该关注这些承载的特性以及这些承载与具体的协议和数据流的关系。先看看LTE整个网络的业务承载结构，整个结构包含无线侧及核心网侧和全网的承载。我们知道一旦用户注册到网络，那么网络就为用户分配了一定的默认承载，这个默认承载是与用户本身的注册信息相关的。比如，如果用户是个普通的数据用户，所申请的业务是一般的PS域数据业务，则系统会分配一个默认的QCI=8/9的承载。在用户的所有的在线注册态（EMM-Registered）下，这样的承载一直成立。但是必须明确，一般情况下，即使用户终端处于RRC-IDLE状态，这种EPS承载也存在，只是此时的接入侧承载（E-RAB）暂时释放掉，即DRB和S1-Bearer都释放，但在各网络设备中保留承载信息即EPSbearercontext，以备需要建立连接时能够迅速恢复这些接入侧的承载。对于VoLTE来说，在终端进行初始化注册的时候，通过用户的签约数据，系统检测出终端是需要进行普通PS域业务外加VoLTE业务的，因此会要求手机发送APN信息，包含普通的PDN网络以及IMS网络信息，然后会在系统和终端之间先建立QCI=8/9和QCI=5的默认承载，其中QCI=5是优先级最高的SIP信令的承载。我们看到，系统在RrcconnectionReconfiguration命令中下发一个透传消息给UE：ActivateDefaultEPSBearerContext，目的是建立这些默认EPS承载，包括QCI=5和QCI=8/9。ActivateDefaultEPSBearerContext消息只在attach过程中建立EPS承载时使用，注册态下的下一次呼叫只需要在RrcconnectionReconfiguration中直接配置相应的DRB就可以直接恢复这些默认承载了。比如下图是一个注册态下的呼叫过程，在这条RrcconnectionReconfiguration命令中，DRB信息中包含两组DRB信息，eps-bearerIdentity是5和6的DRB分别对应QCI=8/9和QCI=5的默认承载。根据协议规定，编号从5开始，最大是15.从承载底层特性来看，这两条承载都是采用RLC-AM模式和PDCP的非RoHC压缩模式，适合于默认承载方式。上述承载完成即意味着默认承载QCI=8/9和QCI=5的承载建立，其中QCI=5的承载用于传输UE和IMS之间的SIP信令。所以可以看到第一条信令INVITE从UE发送到IMS申请语音呼叫。接下来，将利用开通的SIP通道，通过SIP协议的协商，决定通知接入网建立专用承载，DedicatedBearer用以承载语音数据。这个专用承载是全新的承载，每次呼叫在需要的时候建立，呼叫结束将完全释放。在这里通过activateDedicatedEPSBearerContextRequest消息请求建立专用承载。从信令字段看出，专用承载的ID号为顺次的编号7，QCI=1，采用RLC-UM和PDCP-RoHC的实现方式，适合于这种大数据流的语音数据业务。而在RRCconnectionReconfiguration携带的ESM信息的activateDedicatedEPSBearerContextRequest中包含了该承载相关的会话管理信息，包括签约数据率，TFT流信息等，对语音业务进行完整的定义。自此，有关VoLTE主叫接入相关的所有承载全部建立完成，后续就是SIP消息传输和协商和话务接续阶段。实际上，除了上述业务承载建立之外，为了承载这些上层业务，无线侧当然依据正常的流程同样建立好相应的信令承载：SRB，这一部分跟普通PS数据业务是完全相同的。在RRC连接建立的时候，MSG2、3、4都是由默认的信令承载SBR0承担，对应CCCH信道，通过该过程建立完成RRCconnection，也即SRB1，MSG5即RRCconnectionsetupcomplete开始用SRB1来进行携带，对应DCCH信道。而到RRCConnectionReconfigurationComplete意味着SRB2的建立。总结起来，为了支持VoLTE业务，LTE系统先后建立了2个信令承载（无线侧）和3个业务承载，其中业务承载包含默认的两个承载和专用的1个承载语音的承载。如果是可视电话业务的话，就应该在建立语音QCI=1的业务承载的同时，还需建立一个视频业务的QCI=2的专用承载。