于艷麗 張 艷

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

VoLTE的核心網(wǎng)解決方案

于艷麗 張 艷

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

進(jìn)入2013年，全球LTE商用網(wǎng)絡(luò)數(shù)量出現(xiàn)快速增長，伴隨著移動通信核心網(wǎng)向全網(wǎng)IP化及扁平化推進(jìn)，以及VoLTE技術(shù)的成熟和商用，基于IMS系統(tǒng)控制的VoLTE技術(shù)將作為LTE網(wǎng)絡(luò)支持語音業(yè)務(wù)的主要應(yīng)對策略。如何保證話音質(zhì)量，不影響客戶體驗？如何最小化核心網(wǎng)的升級改造投資？如何平滑升級到支持VoLTE的核心網(wǎng)？本文將圍繞上述問題展開討論。

VoLTE；SRVCC；EPC

1．引言

進(jìn)入2013年，全球LTE商用網(wǎng)絡(luò)數(shù)量出現(xiàn)快速增長，伴隨著移動通信核心網(wǎng)向全網(wǎng)IP化及扁平化推進(jìn)，以及VoLTE技術(shù)的成熟和商用，CS域?qū)⒅鸩较?。作為LTE網(wǎng)絡(luò)下的最佳話音解決方案，基于IMS的VoLTE將作為LTE網(wǎng)絡(luò)支持語音業(yè)務(wù)的主要應(yīng)對策略，但仍存在一些關(guān)鍵性問題待解決。

2．待解決的關(guān)鍵性問題

LTE大規(guī)模覆蓋后，VoLTE用戶在核心網(wǎng)層面將涉及CS域、EPC、IMS域，用戶終端將如何接入IMS域進(jìn)行會話控制，如何選擇APN類型，以保證方案的統(tǒng)一，同時便于管理和計費(fèi)?如何保證語音在離開LTE覆蓋時的語音連續(xù)性?終端可以駐留在不同網(wǎng)絡(luò)，如何準(zhǔn)確選擇網(wǎng)絡(luò)尋呼被叫？VoLTE是用PS域承載語音，如何保證PS域承載語音的業(yè)務(wù)質(zhì)量？下面將圍繞這四個問題簡述其解決方案。

3．核心網(wǎng)接入方案

VoLTE解決方案中，實現(xiàn)VoIP語音業(yè)務(wù)時，由EPS系統(tǒng)提供承載，由IMS系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)控制，由PCC架構(gòu)實現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)QoS控制以及計費(fèi)策略的控制。

IMS域主要完成CSCF呼叫控制等功能。IMS與EPC間通過SGi接口連接，IMS信令和媒體都通過該接口承載。IMS系統(tǒng)和EPS網(wǎng)絡(luò)配合，可以提供和電路域類似的語音業(yè)務(wù)及其補(bǔ)充業(yè)務(wù)，包括：號碼顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、會議電話等。這就要求核心網(wǎng)需要全面部署IMS系統(tǒng)，IMS域需要提供CSCF等呼叫控制以及HSS、MMTel AS和IP-SM-GW等互通功能；需要引入LTE的設(shè)備S/P-GW、MME和為VoLTE提供承載通道和QoS控制能力。

VoLTE采用專門的IMSAPN來提供語音業(yè)務(wù)，為信令和語音數(shù)據(jù)使用特定QCI(QoS等級標(biāo)識符)的“承載”，從而保障給語音業(yè)務(wù)較高的QoS。采用IMS APN主要有以下優(yōu)點：采用IMS APN，可保證LTE手機(jī)國際漫游時APN方案統(tǒng)一，現(xiàn)在所有國家的數(shù)據(jù)APN都不統(tǒng)一，對于本地數(shù)據(jù)流量，可以直接找本地的PGW，對于國際漫游的數(shù)據(jù)流量，直接路由回歸屬PLMN；采用IMS APN，都直接路由到本地的P-GW，進(jìn)而找到P-CSCF；采用IMS APN，可區(qū)別數(shù)據(jù)管理，區(qū)別計費(fèi)，另外，采用IMSAPN，其承載方案也相對簡單。

4．語音業(yè)務(wù)連續(xù)性

LTE網(wǎng)絡(luò)的引入初衷主要是針對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但是話音業(yè)務(wù)仍將是不可或缺的重要業(yè)務(wù)。SAE架構(gòu)中可以通過分組域提供高質(zhì)量的話音業(yè)務(wù)，但是考慮到LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和全網(wǎng)部署仍需要較長的時間，為了保障話音業(yè)務(wù)的連續(xù)性，3GPP提出了兩個關(guān)鍵技術(shù)：CSFB技術(shù)和SRVCC技術(shù)。

以下從四個方面對兩種語音連續(xù)性方案進(jìn)行對比分析。

對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的影響：CSFB方案需要升級現(xiàn)有軟交換設(shè)備MSC SERVER，具備“聯(lián)合位置更新”功能，支持SGs接口協(xié)議等；SAE網(wǎng)絡(luò)中的MME也需要支持SGs接口協(xié)議。

SRVCC方案需要IMS網(wǎng)絡(luò)的支持，同時現(xiàn)網(wǎng)軟交換設(shè)備MSC SERVER和MME功能需要增強(qiáng)；HSS網(wǎng)元還需要增加存儲一個特殊參數(shù)STN-SR。

呼叫建立時延及切換：CSFB方案本質(zhì)上是會話建立流程，其在CS語音會話建立之前UE就已進(jìn)入CS網(wǎng)絡(luò)，會存在一定的呼叫建立遲延。CSFB一般情況下不需要考慮切換問題，但需要注意由于騷擾電話等在LTE與2G/3G網(wǎng)絡(luò)之間的頻繁切換，造成網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。

SRVCC方案的切換過程，包括承載層的PS-CS切換和業(yè)務(wù)層的IMS域切換兩部分，信令流程復(fù)雜，時延較長，且時延主要是由于IMS核心網(wǎng)遠(yuǎn)端終端做媒體面更新過程導(dǎo)致的，如果考慮到遠(yuǎn)端終端的漫游情況及媒體處理能力，該時延還會增加。

對終端的要求：終端均要求是多模單待手機(jī)，支持LTE，3G和GSM/GPRS模式，且任何時刻只能工作在其中的某一種模式。

應(yīng)用場景：CSFB方案適用于2G/3G電路域與LTE的無線網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋的場景，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，不需要部署IMS系統(tǒng)，能有效利用現(xiàn)有CS網(wǎng)絡(luò)投資。由CS網(wǎng)絡(luò)提供語音業(yè)務(wù)，LTE提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

通過比較分析，根據(jù)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋和終端成熟度情況，話音連續(xù)性方案也應(yīng)分階段部署。在LTE引入階段，可引入多模雙待終端，采用CSFB技術(shù)，對共覆蓋區(qū)域的MSC Server均進(jìn)行升級改造以支持CSFB。在LTE大規(guī)模商用階段，SRVCC終端成熟，在LTE網(wǎng)絡(luò)由IMS提供話音業(yè)務(wù)，可以部署獨立的SRVCC增強(qiáng)MSC，支持Sv接口和SIP接口，避免所有MSC的升級。

而SRVCC技術(shù)存在切換性能問題，無法達(dá)到語音終端時長小于300ms的部署要求，會嚴(yán)重影響VoLTE用戶體驗，因此SRVCC方案僅適用于運(yùn)營商已部署IMS網(wǎng)絡(luò)，在LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能提供基于IMS的語音業(yè)務(wù)，但LTE沒有達(dá)到全網(wǎng)覆蓋的場景。在SRVCC的基礎(chǔ)上，通過拜訪地引入ATCF作為媒體錨定點，節(jié)省遠(yuǎn)端媒體更新時間，可將切換時延降低至300ms以內(nèi)，且無CS到LTE反向切換需求。應(yīng)在LTE網(wǎng)絡(luò)具備大面積連續(xù)覆蓋后部署eSRVCC，避免切換頻率過高，影響網(wǎng)絡(luò)效率和掉話率。要求核心網(wǎng)進(jìn)行以下升級改造：MME升級支持eSRVCC切換和Sv接口；少量MSC升級支持eSRVCC切換，Sv接口（MME和eMSC之間的切換接口），I2/ Mw接口（到IMS的SIP接口）；IMS域新增SCC AS提供會話切換；P-CSCF升級支持切換錨定功能；eNodeB升級支持eSRVCC，實現(xiàn)難度與連接態(tài)互操作相當(dāng)；同時，終端支持IMS和eSRVCC。

5．被叫接續(xù)方案

LTE雙待機(jī)、CSFB手機(jī)都只有電路域話音，不存在“被叫接續(xù)網(wǎng)絡(luò)域選擇”問題。VoLTE手機(jī)既可以在電路域使用語音業(yè)務(wù)，也可以在IMS域（LTE承載）使用語音業(yè)務(wù)，且使用同樣的碼號，因此存在“被叫接續(xù)網(wǎng)絡(luò)域選擇”的問題，即網(wǎng)絡(luò)如何識別用戶當(dāng)前的駐留網(wǎng)絡(luò)，接續(xù)到該用戶。

目前國際標(biāo)準(zhǔn)默認(rèn)IMS統(tǒng)一做域選擇，所有回話統(tǒng)一錨定到IMS域判斷用戶可在哪個域接聽呼叫，但是采用此方案，將給網(wǎng)絡(luò)帶來大量的信令和媒體迂回，需要進(jìn)一步優(yōu)化：CS域主叫，由CS域執(zhí)行被叫接續(xù)網(wǎng)絡(luò)域選擇；IMS域主叫，由IMS域執(zhí)行被叫接續(xù)網(wǎng)絡(luò)選擇，其改造點在話音AS和融合HLR/HSS，令其支持域選擇功能，這樣可以有效避免域路由迂回，減少呼叫時延，保障話音質(zhì)量。

6．語音業(yè)務(wù)質(zhì)量

VoLTE是用PS域承載語音，如何保證語音質(zhì)量是需要考慮的重要問題。針對語音數(shù)據(jù)包特點優(yōu)化和增強(qiáng)，無線側(cè)可通過半持續(xù)性調(diào)度、IP頭壓縮等機(jī)制保證承載質(zhì)量；接入側(cè)通過PCC保證QoS，P-CSCF支持AF功能，通過PCC和EPC交互提供QoS保障，同時要求承載VoLTE語音的數(shù)據(jù)包應(yīng)使用最高優(yōu)先級進(jìn)行調(diào)度。網(wǎng)絡(luò)側(cè)則采用IP專網(wǎng)承載保證QoS，EPC核心網(wǎng)和SGi接口都應(yīng)通過IP專網(wǎng)承載，同時要求IMS網(wǎng)絡(luò)側(cè)基于IP專網(wǎng)承載。下面重點闡述LTE/SAE階段引入的PCC的分階段部署方案。

引入PCC技術(shù)后，基于以上的PCC架構(gòu)，PCC的工作原理包括以下三個部分：制定差異化的市場和業(yè)務(wù)策略，由計費(fèi)中心為用戶訂購相關(guān)市場和業(yè)務(wù)策略；PCRF根據(jù)計費(fèi)中心獲取簽約信息、市場策略、AF提供的業(yè)務(wù)信息等輸入進(jìn)行決策，生成網(wǎng)絡(luò)管控策略。由PCRF將QoS及計費(fèi)策略下發(fā)給PCEF；PCEF基于用戶和業(yè)務(wù)類型進(jìn)行限速和門控，并將QoS發(fā)送給SGSN/MME及無線側(cè)，無線、核心網(wǎng)共同進(jìn)行策略執(zhí)行。

現(xiàn)階段PCC架構(gòu)部署建議：

部署第一步建議——小范圍試點：對于現(xiàn)有GPRS/ UMTS/EPS網(wǎng)絡(luò)引入PCC架構(gòu)的初期建議采用小范圍試點的方案。

無線區(qū)域可以選擇一個或幾個無線區(qū)域部署（盡量選擇不同特點的管控場景，如分別選擇一個高校區(qū)、一個商業(yè)區(qū)等），核心網(wǎng)選擇改造無線區(qū)域?qū)?yīng)的GGSN/P-GW改造為PCEF，獨立新建一個PCRF/SPR；盡量減少對現(xiàn)有核心網(wǎng)的影響。

部署第二步建議——根據(jù)無線區(qū)域部署

小范圍試點完成后，可以跟據(jù)管控需要對重點區(qū)域進(jìn)行部署。本階段區(qū)域選擇建議為：部署區(qū)域重點考慮高校區(qū)和商業(yè)中心區(qū)；在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)較密集的熱點區(qū)域進(jìn)行優(yōu)先部署；優(yōu)先選取容量負(fù)荷大、綜合無線利用率普遍較高的區(qū)域；選取區(qū)域盡量保持連續(xù)覆蓋。核心網(wǎng)根據(jù)無線區(qū)域部署對應(yīng)的核心網(wǎng)改造部署。

部署第三步建議——全網(wǎng)部署

全網(wǎng)無線區(qū)域全部部署PCC功能，實現(xiàn)全網(wǎng)的策略和計費(fèi)控制功能。對應(yīng)的核心網(wǎng)全部改造支持PCC架構(gòu)。

7．結(jié)語

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益成熟，移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將逐步向EPS演進(jìn)，語音業(yè)務(wù)IP化也是語音業(yè)務(wù)必然的發(fā)展趨勢。但是，真正實現(xiàn)VoLTE將是一個漫長的過程。因此，電路域語音業(yè)務(wù)將在很長一段時間內(nèi)與分組域業(yè)務(wù)并存；基于雙待機(jī)終端的語音解決方案、CSFB技術(shù)以及SRVCC技術(shù)方案將在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過渡階段發(fā)揮重要作用。最終隨著LTE和IMS網(wǎng)絡(luò)的全面部署，基于VoLTE的語音解決方案將是最終的選擇。

[1]周晴，錢蕾，張燕，方晶晶，陳曦，劉果．SAE原理與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃[J]．北京：人民出版社，2013．9．

The Core Network Solution Based on VoLTE

Yu Yanli Zhang Yan
(Jiangsu Post and Telecommunications Planning and Designing Institute Co.,LTD.,Nanjing 210000,Jiangsu)

The global number of LTE network grows rapidly in 2013,with the evolution of mobile core network to the entire IP and flattening network.VoLTE based on the IMS system control will become the main strategy of LTE supporting voice business for the maturity of VoLTE technology.How to ensure the quality of voice not to affect the customer experience?How to minimize the core network upgrading investment?How upgrade to the core network supporting VoLTE smoothly?This article will discuss the above problems.

VoLTE;SRVCC;EPC

于艷麗，女，江蘇南京人，本科，中級通信工程師，研究方向：EPC架構(gòu)、核心網(wǎng)融合等。