［馮薇薇］

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VoLTE緊急呼叫技術(shù)研究

［馮薇薇］

摘要

文章對(duì)VOLTE緊急呼叫技術(shù)進(jìn)行了闡述，具體包括VoLTE緊急呼叫業(yè)務(wù)特征、業(yè)務(wù)架構(gòu)、呼叫方案、標(biāo)準(zhǔn)及信令流程等，分析了存在的問題并對(duì)VOLTE緊急呼叫業(yè)務(wù)的發(fā)展方向提出了建議。

關(guān)鍵詞：VOLTE EPC IMS CS緊急呼叫緊急號(hào)碼列表 匿名 定位

馮薇薇

中國電信股份有限公司廣東研究院工程師，長期從事移動(dòng)通信領(lǐng)域技術(shù)研究，重點(diǎn)研究移動(dòng)核心網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。

1　VoLTE緊急呼叫業(yè)務(wù)描述和業(yè)務(wù)特征

VoLTE（Voice over LTE，基于LTE的話音呼叫）緊急呼叫業(yè)務(wù)是指在緊急情況下，VoLTE網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿足公眾的緊急呼叫需求，系統(tǒng)能結(jié)合VOLTE用戶撥打的緊急呼叫接入號(hào)碼以及用戶的位置信息將緊急呼叫路由到就近的應(yīng)急指揮中心/聯(lián)動(dòng)平臺(tái)。目前國內(nèi)使用的緊急呼叫接入號(hào)碼包括110報(bào)警、119火警和120救護(hù)等【1】。

VoLTE緊急呼叫業(yè)務(wù)的主要業(yè)務(wù)特征包括：

(1)支持未注冊用戶和由于欠費(fèi)等原因?qū)е抡I(yè)務(wù)無法使用的普通受限用戶使用緊急呼叫業(yè)務(wù)；

(2)就近接入，根據(jù)發(fā)起緊急呼叫時(shí)的位置信息把呼叫接入到就近的應(yīng)急指揮中心或聯(lián)動(dòng)平臺(tái)，使得用戶可以盡快獲得所需幫助。

(3)支持回?fù)?，允許應(yīng)急指揮中心回?fù)苡脩?，根?jù)需要對(duì)用戶位置及其他信息作進(jìn)一步確認(rèn)，回?fù)芄δ軆H適用于已注冊用戶發(fā)起的緊急呼叫業(yè)務(wù)。

2　VoLTE緊急呼叫業(yè)務(wù)架構(gòu)

VoLTE緊急通信業(yè)務(wù)由LRF（Location Retrieval Function，位置獲取功能）和E-CSCF（Emergency Call Session Control Function，緊急呼叫會(huì)話控制功能）等網(wǎng)元配合實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1。

緊急呼叫由UE（User Equipment，用戶設(shè)備）或AS（Application Server，應(yīng)用服務(wù)器）代理用戶發(fā)起，呼叫請求通過LTE網(wǎng)絡(luò)接入IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)，由P-CSCF（Proxy Call Session Control Function，代理呼叫會(huì)話控制功能）或S-CSCF（Serving Call Session Control Function，服務(wù)呼叫會(huì)話控制功能）送到E-CSCF，E-CSCF向LRF查詢用戶的位置信息以及緊急指揮中心的路由信息，并把呼叫路由到就近的緊急指揮中心/聯(lián)動(dòng)平臺(tái)。

VoLTE緊急呼叫對(duì)EPC（Evolved Packet System，演進(jìn)的分組核心）核心網(wǎng)的要求如表1。

圖1　VoLTE緊急通信業(yè)務(wù)架構(gòu)圖【7】

表1　VoLTE緊急呼叫對(duì)EPC核心網(wǎng)的要求

VoLTE緊急呼叫組網(wǎng)涉及的IMS主要功能實(shí)體如下表2：

表2　VoLTE緊急呼叫組網(wǎng)IMS主要功能實(shí)體

3　VoLTE緊急呼叫方案

目前，VoLTE緊急呼叫方案可分為兩類：基于IMS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)緊急呼叫的方案和回落到CS（Circuit Switched，電路交換）網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行緊急呼叫的方案。

根據(jù)終端能力是否支持緊急呼叫甄別，基于IMS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)緊急呼叫的方案存在兩種情況：（1）3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計(jì)劃）標(biāo)準(zhǔn)要求終端支持緊急號(hào)碼的存儲(chǔ)和緊急呼叫甄別，終端、EPC和IMS網(wǎng)絡(luò)均需支持3GPP標(biāo)準(zhǔn)緊急呼叫的標(biāo)準(zhǔn)流程；（2）、對(duì)于部分無法存儲(chǔ)緊急號(hào)碼和甄別緊急呼叫的終端，終端把緊急呼叫作為普通呼叫請求發(fā)送到IMS網(wǎng)絡(luò)，IMS網(wǎng)絡(luò)甄別緊急呼叫、添加用戶位置信息，并送往緊急呼叫會(huì)話控制網(wǎng)元E-CSCF/LRF來完成緊急呼叫處理并路由到緊急呼叫中心。

當(dāng)由于LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋率低、支持IMS緊急呼叫的終端匱乏等因素影響，導(dǎo)致VOLTE用戶無法在IMS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)緊急呼叫時(shí)，可采用回落到CS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行緊急呼叫的過渡方案，具體如表3：

表3　VOLTE緊急呼叫方案

4　標(biāo)準(zhǔn)及信令流程

4.1VoLTE緊急呼叫標(biāo)準(zhǔn)

VoLTE緊急呼叫標(biāo)準(zhǔn)基本成熟，VoLTE緊急呼叫相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)除回叫外已經(jīng)終結(jié)。VoLTE緊急呼叫相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如表4。

表4　VoLTE緊急呼叫標(biāo)準(zhǔn)

4.2VoLTE緊急呼叫基本信令流程

4.2.1VoLTE緊急呼叫的號(hào)碼獲取過程【3】【4】

當(dāng)UE發(fā)起附著請求或TAU（Tracking Area Update，跟蹤區(qū)更新）請求時(shí)，EPC網(wǎng)絡(luò)中的MME（Mobility Management Entity，移動(dòng)管理實(shí)體）通過Attach Accept消息或TAU Accept消息將配置的緊急呼叫號(hào)碼列表發(fā)送給UE，UE將該號(hào)碼保存在終端中，以便發(fā)起緊急呼叫時(shí)能正確識(shí)別。當(dāng)UE漫游到某地或重啟，都會(huì)重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)附著，此時(shí)新的MME也會(huì)將新的緊急呼叫號(hào)碼列表返回UE，UE同樣需要刷新本地存儲(chǔ)的號(hào)碼列表。

網(wǎng)絡(luò)下發(fā)緊急號(hào)碼流程如圖2：

圖2　網(wǎng)絡(luò)下發(fā)緊急號(hào)碼流程

過程如下：

（1）附著流程：

①：UE向MME發(fā)起附著請求。

②附著成功后，MME向UE發(fā)送Attach Accept消息，攜帶Emergency Number List信元，其中包含本地緊急呼叫號(hào)碼列表。

③UE將緊急呼叫號(hào)碼保存在本地，并向MME返回Attach Complete消息，完成附著流程。

（2）TAU流程：

①UE向MME發(fā)起TAU請求。

②TA（Tracking Area）更新成功后，MME向UE發(fā)送TAU Accept消息，攜帶Emergency Number List信元，其中包含本地緊急呼叫號(hào)碼列表。

③UE將緊急呼叫號(hào)碼保存在本地，并向MME返回TAU Complete消息，完成更新流程。

4.2.2VoLTE普通用戶緊急呼叫的緊急專用承載建立過程【5】

正常簽約且能正常使用業(yè)務(wù)的VoLTE用戶建立緊急專用承載的流程如圖3：

圖3　VoLTE普通用戶建立緊急專用承載流程

1.終端在創(chuàng)建PDN專有承載時(shí)，指示請求類型為緊急會(huì)話，信元Request Type取值為“Emergency”，表示緊急呼叫建立PDN連接。

2～3.S-GW/P-GW建立緊急承載請求。針對(duì)緊急專用承載，MME可以選擇特定的PDN-GW，應(yīng)優(yōu)選本地的PDN-GW。

4～5.緊急承載的QoS策略控制，PCRF提供特殊的PCC規(guī)則和認(rèn)證，保證該會(huì)話資源不被其他業(yè)務(wù)占用。

6～7.S-GW/P-GW建立緊急承載響應(yīng)。

8～13.無線承載建立。

14～17.S-GW/PGW的承載修改。

4.2.3VoLTE受限用戶緊急呼叫的緊急專用承載建立過程【5】

受限用戶緊急呼叫的緊急專用承載建立流程如圖4。受限用戶包括：（1）普通受限用戶：正常的簽約用戶，但是由于某種原因呼叫受限（比如欠費(fèi)或者不在該運(yùn)營商的位置區(qū)）；（2）有USIM卡（Universal Subscriber Identity Module，全球用戶識(shí)別卡）的受限用戶：用戶有USIM卡，但是USIM卡鑒權(quán)失敗的用戶，使用IMEI （International Mobile Equipment Identity，國際移動(dòng)設(shè)備標(biāo)識(shí)）進(jìn)行緊急呼叫；（3）無USIM卡的受限用戶：用戶沒有USIM卡，使用IMEI進(jìn)行緊急呼叫。

1 ～ 2.UE向MME發(fā)起附著請求Attach Request消息，其中信元Attach Type和Request Type取值為“Emergency”，表示為緊急附著。

圖4　VoLTE受限用戶緊急呼叫的緊急專用承載建立過程

3～5.MME對(duì)UE進(jìn)行鑒權(quán)，并獲取用戶信息（可選）。

6～11.MME進(jìn)行緊急資源承載創(chuàng)建。

12～15.無線承載建立。

16～17.UE收到Attach Accept消息，獲取PDN地址信息后，開始通過eNodeB向S-GW/P-GW發(fā)送上行分組數(shù)據(jù)包。

18～19.S-GW向UE發(fā)送緩存的下行分組數(shù)據(jù)包

4.2.4VoLTE緊急呼叫的IMS緊急注冊過程【6】

如圖5：

（1）終端創(chuàng)建緊急呼叫專用承載過程成功后，使用緊急呼叫專用承載的IP地址和端口發(fā)起緊急注冊。

（2） P-CSCF（BAC）通過Register消息中Contact頭域攜帶的參數(shù)“sos”識(shí)別該注冊為緊急注冊。

（3）I-CSCF查詢HSS，獲取合適的S-CSCF地址。

（4）I-CSCF根據(jù)HSS返回的S-CSCF地址，將呼叫路由到S-CSCF。

（5）S-CSCF注冊成功，下載用戶簽約數(shù)據(jù)，同時(shí)不影響可能已經(jīng)存在的普通承載注冊信息，實(shí)現(xiàn)雙注冊。

圖5　VoLTE緊急呼叫的IMS緊急注冊流程

4.2.5VoLTE緊急呼叫的IMS會(huì)話建立過程【7】如圖6

（1）LTE終端發(fā)起緊急呼叫的會(huì)話請求，攜帶位置信息。

①如果UE有用戶號(hào)碼信息，UE應(yīng)該使用P-Preferred-Identity頭域攜帶用戶的IMPU。

②如果UE無用戶號(hào)碼信息，UE應(yīng)該使用P-Preferred-Identity頭域攜帶用戶的設(shè)備標(biāo)識(shí)(IMEI)。

③如果用戶有合法的卡，用戶應(yīng)該攜帶IMPU。

（2）P-CSCF（SBC）根據(jù)請求目的地址和頭域Priority:emergency識(shí)別為緊急呼叫，支持根據(jù)接入域、接入類型、接入位置、目的地址配置選擇E-CSCF，并前傳請求。

①如果用戶未注冊，獲取P-Preferred-Identity頭域攜帶用戶的身份標(biāo)識(shí)生成P-Asserted-Identity。

②P-CSCF識(shí)別出緊急呼叫會(huì)話后，支持在Rx接口通過Service-URN通知PCRF執(zhí)行緊急呼叫的承載控制策略。

③P-CSCF將呼叫路由到用戶注冊時(shí)分配的E-CSCF。

（3）E-CSCF根據(jù)需要選擇執(zhí)行和LRF交互，獲取位置和路由信息。

（4）E-CSCF查詢LRF或本地配置的緊急呼叫中心表和號(hào)碼路由信息表，將呼叫經(jīng)MGCF路由到PSAP（EC）。

圖6　VoLTE緊急呼叫的IMS會(huì)話建立過程

5　挑戰(zhàn)及發(fā)展方向

目前，VoLTE緊急呼叫技術(shù)已基本成熟并得到應(yīng)用，但還面臨挑戰(zhàn)、存在需要解決的問題，包括匿名緊急呼叫回?fù)?、緊急呼叫精確定位、特殊場景無法發(fā)起緊急呼叫等：

VoLTE用戶終端發(fā)起緊急呼叫之前沒有向IMS注冊(無卡)或者注冊未成功（鑒權(quán)失?。r(shí)，將發(fā)起匿名緊急呼叫，如果用戶是匿名呼叫用戶,緊急呼叫處理中心如何能夠回?fù)芙o這個(gè)用戶是一個(gè)有待解決的問題,畢竟在處理緊急情況時(shí),回?fù)苡脩袅私飧嗲闆r是非常必要的。

為了在緊急情況下更好地為公眾提供救助服務(wù),對(duì)緊急呼叫進(jìn)行定位是網(wǎng)絡(luò)支持應(yīng)急通信的一個(gè)很重要的功能，在部分國家,已經(jīng)要求通信網(wǎng)絡(luò)必須具備對(duì)緊急呼叫進(jìn)行定位的能力。移動(dòng)定位的主要問題是很難做到精確定位,特別是在某些偏遠(yuǎn)地區(qū),一個(gè)基站的覆蓋半徑往往達(dá)到數(shù)公里,在這么大的范圍內(nèi)定位基本失去了意義,而在這些地方發(fā)生的緊急情況又恰恰最需要定位。新的技術(shù)可以結(jié)合GPS（Global Position System，全球定位系統(tǒng)）定位、終端信號(hào)的強(qiáng)度和方向等信息實(shí)現(xiàn)比較精確的定位,但是要真正將這些技術(shù)運(yùn)用到VoLTE網(wǎng)絡(luò)中,還需要大量的研究【2】。

在傳統(tǒng)緊急呼叫實(shí)現(xiàn)方案中，網(wǎng)絡(luò)側(cè)把已配置的緊急呼叫號(hào)碼列表下發(fā)給終端，終端將該列表臨時(shí)保存在終端內(nèi)存中，并依據(jù)該表確認(rèn)所撥打號(hào)碼是否為緊急號(hào)碼。在終端鑒權(quán)失敗、無卡終端首次發(fā)起呼叫等情況下，網(wǎng)絡(luò)側(cè)不會(huì)向終端下發(fā)已配置的緊急呼叫號(hào)碼列表，同時(shí)，終端內(nèi)置的緊急號(hào)碼可能與所撥打緊急號(hào)碼或所處區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的緊急號(hào)碼列表不匹配，導(dǎo)致緊急呼叫無法實(shí)現(xiàn)。要解決該問題，還需要采用新的專利思路、技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。

與VoLTE網(wǎng)絡(luò)面臨的其它挑戰(zhàn)一樣,對(duì)應(yīng)急通信的支持也是在VoLTE網(wǎng)絡(luò)研究中必須重視的一個(gè)領(lǐng)域,需要為應(yīng)急通信中存在的這些問題找到比較好的解決方法。只有戰(zhàn)勝了這些挑戰(zhàn),以LTE和IMS為基礎(chǔ)的VoLTE網(wǎng)絡(luò)才能真正走向成熟。

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收稿日期：（2016-02-16）

DOI:10.3969/j.issn.1006-6403.2016.03.013