1-VoLTE关键技术及相关标准-杨红梅

《电信网技术》2013年2月第2期标准之窗1引言LTE网络是一个全IP的网络，只能提供分组域业务，用户不能直接使用电路域的业务，因此如何在LTE网络提供传统电路域的语音业务成为了一个亟需解决的问题。在LTE网络建设初期，由于LTE网络覆盖不连续，语音的控制和承载可以借助覆盖连续和成熟稳定的2G/3G网络，可采用双待机终端、CSFB（电路域回落）、SRVCC（单无线频率语音呼叫连续性）等过渡技术来实现语音业务，但是，由于各种过渡解决方案都存在这样那样的缺陷，都不能成为最终解决方案。所以，当运营商LTE网络覆盖达到一定连续性甚至全覆盖时，VoLTE（基于LTE的语音）解决方案应运而生。本文的“VoLTE”指的是是GSMA定义的标准LTE语音解决方案，即在LTE网络全覆盖时，通过IMS网络控制的LTE接入下的话音业务解决方案。2VoLTE系统架构当LTE网络达到全覆盖时，VoLTE语音方案将成为运营商的终极解决方案。VoLTE方案中，核心业务控制网络是IMS（IP多媒体子系统）网络，配合LTE/EPC（演进的分组核心网络）实现端到端的基于分组域的语音、视频通信业务。通过IMS系统的控制，VoLTE解决方案可以提供和电路域类似的语音业务及其补充业务，包括号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。2.1网络架构VoLTE解决方案中，实现VoIP语音业务时，除了由EPS（演进的分组系统，LTE和EPC合起来称为EPS）系统提供承载，由IMS系统提供业务控制外，通常还要由PCC架构实现用户业务QoS控制以及计费策略的控制。VoLTE业务的典型系统架构如图1所示。图1中主要包括UE、eNodeB、MME、S-GW、P-GW、HSS、PCRF、IMS域（P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、AS）、MMTtelAS等网元。IMS域主要完成CSCF呼叫控制等功能。支持基于ISIM的鉴权、信令的IPSec保护、Tel-URI和SIPURI、信令压缩、Ut接口的GBA或httpdigest鉴权功能，MMTtelAS支持类似GSM的多媒体电话补充业务、Ut接口的补充业务管理（基于XCAP）。IMS系统和EPS网络配合，可以提供和电路域类似的语音业务及其补充业务，包括号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。VoLTE系统采用专门的IMSAPN来提供语音业务，为信令和语音数据使用特定QCI的“承载”，从而保障给语音业务较高的QoS。通常，信令承载采用QCI=5的默认承载，语音承载采用QCI=1的专用承载。VoLTE关键技术及相关标准杨红梅工业和信息化部电信研究院通信标准研究所高级工程师胡泊工业和信息化部电信研究院通信标准研究所工程师摘要介绍了LTE网络语音（VoLTE）业务的体系架构和技术实现原理，阐述了VoLTE相关的国际和国内标准，分析了网络向VoLTE演进的相关技术和策略，最后展望了VoLTE业务的发展前景。关键词LTEVoLTE标准57··□TELECOMMUNICATIONSNETWORKTECHNOLOGYNo.2EPC域主要包括MME、S-GW、P-GW、HSS等网元，除了基本的EPC相关功能之外，还需要额外支持IMSAPN、初始附着的信令承载建立、P-CSCF发现以及信令和GBR承载丢失的处理等功能。PCRF（策略和计费规则功能）主要完成策略控制决策和基于流进行计费控制的功能。eNodeB主要负责RRM（无线资源管理）功能；IP头压缩及用户数据流加密；UE附着时的MME选择；寻呼信息的调度传输；广播信息的调度传输；以及设置和提供eNodeB的测量等。为了支持VoLTE业务，对于UE来说，除了需要支持LTE相关功能之外，还需要能支持IMS功能。2.2关键技术VoLTE语音解决方案的核心思想是采用IMS系统作为业务控制层，EPC仅作为承载层。借助IMS系统，不仅能够实现语音呼叫控制等功能，还能够合理、灵活地对多媒体会话进行计费。运营商可以基于用户的QoS，针对用户业务的不同内容（比如，是VoIP会话还是一次网页浏览或者是一条即时消息等），提供不同的资费标准。另外，IMS定义了为业务开发商使用的标准接口，通过这些接口使得运营商能够在多厂商环境下提供业务，避免绑定在单一厂商来获取新业务。VoLTE是全IP条件下端到端语音解决方案，涉及终端、无线、PS（分组域）、IMS（IP多媒体子系统）、CS（电路域）各技术领域，旨在提供和电路域话音相媲美的语音业务。采用VoLTE语音解决方案，对终端域、无线域和核心网分别有如下要求：核心网需要全面部署IMS系统，IMS域需要提供CSCF等呼叫控制以及HSS、MMTelAS和IP-SM-GW、MGCF/IBCF/TrGW等互通功能；需要引入LTE的设备S/P-GW、MME、以及为VoLTE提供承载通道和QoS控制能力。终端域需要支持VoLTE相关特性，包括RoHC（鲁棒头压缩）、RLCUM（无线链路连接非确认模式）以及LTEDRX（非连续接收）等功能。无线域需要引入LTE的设备eNodeB（E-UTRAN）。2.3业务流程从业务实现流程来看，一个LTE用户，驻留在LTE网络，如果要实现端到端的VoIP业务，要经过EPS附着、IMS注册、主叫流程和被叫流程（包括专有承载和IMS层信令交互）等几个过程。典型的VoLTE呼叫流程如图2所示。具体描述如下：(1)LTE网络附着●在LTE网络下附着，UE建立信令承载（UE中配置IMSAPN）。(2)IMS注册●UE根据PS附着流程中获取的P-CSCF地址向IMS网络发起注册请求；IMS网络对UE进行鉴权，图1VoLTE网络架构STANDARDSWINDOW58··《电信网技术》2013年2月第2期标准之窗UE完成注册。此时，网络保存用户的联系地址，用于后续的来话寻址。(3)MO流程●用户拨打被叫号码，触发UE通过认证后的连接向IMS发起主叫流程。●P/S-CSCF将呼叫路由到MMTelAS（电信补充业务的AS）处理,业务处理结束后返回到S-CSCF。(4)MT流程●主叫S-CSCF寻址到被叫S-CSCF。●被叫S-CSCF根据签约情况触发被叫的服务MMTelAS，进行业务处理。●完成后返回给S-CSCF，S-CSCF经由P-CSCF根据注册保存的UEcontact地址找到被叫UE；UE完成呼叫接续。3VoLTE相关标准VoLTE相关国际标准主要由国际标准组织3GPP制定，在3GPP的R5版本中定义了IMS体系架构和基本功能；在R6版本中细化了IMS的技术实现原理；R7版本主要是增加了语音业务连续性的实现方案和技术要求；R8版本提出了公共IMS（CommonIMS）的概念，从R7版本开始，对于混合组网情况下的语音业务连续性进行了详细的研究，包括VCC（语音呼叫连续性）、SRVCC（单无线频率语音呼叫连续性）以及ICS（IMS集中业务控制），R9版本考虑了IMS紧急呼叫的实现方式。另外，2009年，“声音共享计划（OneVoiceInitia-tive）”组织发布了一项IMS草案。此后，2010年2月，全球移动通信系统协会（GSMA）将该草案并入了LTE语音解决方案（VoLTE）。3.1国际标准主要相关国际标准如下：(1)3GPPTS23.237IP多媒体子系统（IMS）业务连续性。(2)3GPPTS23.292IP多媒体子系统（IMS）集中业务（ICS）。(3)3GPPTS23.216单无线频率语音呼叫连续性（SRVCC）。(4)3GPPTS23.856单无线频率语音呼叫连续性（SRVCC）增强。(5)3GPPTS23.272演进的分组系统(EPS)中的电路域回落。3.2国内标准图2VoLTE呼叫流程59··□TELECOMMUNICATIONSNETWORKTECHNOLOGYNo.2STANDARDSWINDOWVoLTE相关国内标准主要由中国通信标准化协会（CCSA）制定，相关国内规范包括：(1)《演进的分组核心网络语音业务解决方案研究》（已完成）。(2)《演进的移动分组域中支持双模单待语音呼叫连续性的设备技术要求》。(3)《演进的移动分组域中支持双模单待语音呼叫连续性的设备测试方法》。(4)《支持E-UTRAN到UTRAN/GERAN电路域业务回落技术的核心网设备技术要求》。(5)《支持E-UTRAN到UTRAN/GERAN电路域业务回落技术的核心网设备技术要求》。另外，CCSA计划后续制定VoLTE相关的研究报告和行业标准。4VoLTE演进的相关技术和策略任何一个新网络的部署，都不能做到一蹴而就，LTE网络也一样，很难在短时间内达到全面覆盖，因此在很长一段时间之内，会存在LTE网络以及传统的2G和3G网络共存的情况。当用户在LTE覆盖区发起呼叫之后，若移出LTE覆盖区并进入某个现有2G或3G网络时，需要采用合适的机制保证用户的呼叫不被中断，并保持语音业务连续。于是，就出现了多种过渡方案，目前，得到广泛认可和深入研究的方案有CSFB和SRVCC等。在LTE/EPC网络建网初期，如果运营商已经有成熟的2G/3G网络，出于对CS投资的保护和LTE/EPC的部署策略，运营商可以采用原有的CS域语音方案来提供语音服务，而LTE/EPC仅处理数据业务（包括IMS数据业务）。这种方案称为CSFB方案。CSFB技术和核心思想是：在LTE和2G/3G的双覆盖区域，对话音、LCS（位置业务）和补充业务，LTE/EPC网络触发终端从LTE接入回退到2G/3G网络接入并进行CS业务。对于语音业务，在起呼的时候，UE从LTE回退到CS域发起呼叫；终呼时，UE在LTE网络收到寻呼，触发UE回退到CS网络。对短消息业务，UE不需要回退到CS网络，在LTE下即可收发短消息。在LTE/EPC网络发展过程中，可能会出现LTE/EPC网络在部分地区能够提供VoIP业务，但不能实现VoIP业务的全覆盖的场景，此时可以借用2G/3G网络电路域的覆盖来保证语音业务本身的全覆盖。在LTE/EPC网络覆盖好的地区使用IMS的VoIP业务，当用户到达LTE/EPC网络覆盖边缘却具备良好2G/3G网络覆盖时，在EPC网络控制下，将用户正在进行的VoIP通话接续到2G/3G网络电路域。此方案称为SRVCC，SRVCC实际上是个切换过程，要求运营商已经部署了IMS网络。SR-VCC技术可能在LTE网络部署的前期和中期使用，随着LTE网络的覆盖扩大，SRVCC技术的使用逐渐减少。在LTE/EPC网络完成全覆盖，IMS网络的部署也达到成熟时，VoLTE将成为语音业务的首选解决方案。5结束语凭借在移动网络中的高效数据传输等优势，LTE/EPC已经成为未来移动通信网络演进的必然趋势，同时语音业务的发展也必将全面实现IP化。但是，无线网络全IP环境下支持电信级VoIP还有一个漫长的过程，IMS系统控制话音业务的稳定可靠性以及QoS保障也需要逐步提高和完善。因此，真正实现VoLTE将是一个漫长的过程，电路域语音业务将在很长一段时间内与分组域的高速数据业务并存，具体各种方案的部署时机将视移动网络运营商的实际网络情况以及运营策略而定。KeyTechniqueandRelatedSpecificationsofVoLTEAbstractThisarticledescribedthenetworkarchitectureandtechnicalimplementprincipleofVoiceoverLTE（VoLTE）,introducestherelatedinternationalanddomesticspecifications.Andthenanalyzesthemaintechniqueandpolicyofnetworkevolution.FinallyitputforththetrendsofVoLTE.KeywordsLTE,VoLTE,specification（收稿日期：2013-01-12）60··