崔沛東 戴國華 張婷

介紹了部分運(yùn)營商商用VoWiFi的現(xiàn)狀及部署策略，對VoWiFi與VoLTE協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)也做了介紹。對VoWiFi商用以及與VoLTE協(xié)同互操作存在的問題進(jìn)行了分析，并給出了相應(yīng)的策略建議。

VoWiFi VoLTE 切換

1 引言

VoLTE可以提升無線頻譜利用率、降低網(wǎng)絡(luò)覆蓋成本、降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本、提升用戶基礎(chǔ)通信體驗等，同時基于IMS架構(gòu)，可支持多種新型業(yè)務(wù)。這些優(yōu)勢成為全球運(yùn)營商部署VoLTE的強(qiáng)大驅(qū)動力，使得VoLTE已經(jīng)成為未來語音發(fā)展的必然趨勢。VoWiFi可以使用戶在沒有LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域通過Wi-Fi接入EPC網(wǎng)絡(luò)，從而享受無差異的IMS業(yè)務(wù)。特別是VoLTE部署初期以及室內(nèi)LTE信號質(zhì)量較差的情況，VoWiFi能很好地彌補(bǔ)VoLTE覆蓋的不足，提升用戶體驗。

現(xiàn)如今，越來越多的運(yùn)營商已經(jīng)部署并商用VoWiFi，終端和芯片廠商也積極推動VoWiFi的進(jìn)程。作為VoLTE的補(bǔ)充，VoWiFi的商用使得VoWiFi+VoLTE的語音策略會帶給用戶更好的通話體驗。這就要對二者的協(xié)同互操作進(jìn)行進(jìn)一步研究，包括協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)，VoWiFi與VoLTE的切換策略等。

2 VoWiFi的產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀及部署策略

2.1 運(yùn)營商商用VoWiFi現(xiàn)狀及部署策略

根據(jù)最新統(tǒng)計，目前全球已超過15個運(yùn)營商部署了VoWiFi，具體商用情況如表1所示。

運(yùn)營商會根據(jù)自己的需求定制不同的VoWiFi策略。如Verizon LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋較好，最初僅利用Wi-Fi分流高數(shù)據(jù)量的視頻業(yè)務(wù)。2015年11月在三星S6/S6e兩款終端上商用Wi-Fi Calling，用戶通過下載軟件更新的方式，可在家中、辦公室及旅行途中通過Wi-Fi接入EPC進(jìn)行語音及視頻的呼叫業(yè)務(wù)。呼叫US號碼全部免費(fèi)，呼叫美國以外的號碼按國際長途收費(fèi)。目前Verizon在高端機(jī)（三星S6/iPhone）上進(jìn)行認(rèn)證測試（包括VoWiFi與VoLTE的無縫切換），后續(xù)也會在更多的終端機(jī)型上進(jìn)行測試。據(jù)悉Verizon在VoWiFi和VoLTE的切換策略上采取VoLTE優(yōu)先的策略來保證用戶的通話質(zhì)量。

T-Mobile USA由于LTE覆蓋相對較差，在2011年即商用Wi-Fi Calling，2014年9月在全球首先推出基于ePDG架構(gòu)的VoWiFi業(yè)務(wù)，終端使用iPhone 6/iPhone 6 Plus，支持VoWiFi與VoLTE的雙向無縫切換。而ePDG架構(gòu)本身開放性較強(qiáng)，可以通過任何Wi-Fi AP接入T-Mobile的EPC核心網(wǎng)，彌補(bǔ)了VoLTE覆蓋不足的問題。由于針對VoWiFi的標(biāo)準(zhǔn)沒有完善，如Wi-Fi接入下的緊急呼叫、ePDG接入的用戶位置上報、IP Can變化后用戶位置上報、接入域選擇、被叫域選擇等，因此T-Mobile USA當(dāng)時推出的VoWiFi功能對終端、IMS網(wǎng)絡(luò)有大量的定制化要求，特別是對終端定制化要求較高。

Sprint在未部署VoLTE的情況下已經(jīng)商用VoWiFi來實現(xiàn)過渡，其已經(jīng)為美國多家機(jī)場提供了VoWiFi服務(wù)，同時也通過與合作伙伴合作的方式，實現(xiàn)了全球200多個國家和地區(qū)的VoWiFi通話，這也使其綜合競爭力得到了大幅提升。EE、Vodafone等歐洲運(yùn)營商也已經(jīng)商用VoWiFi；AT&T 2015年10月商用VoWiFi，目前也在高端機(jī)上進(jìn)行測試驗證。和歐美相比，亞洲運(yùn)營商VoWiFi工作開展相對遲緩，韓國、日本運(yùn)營商暫未部署VoWiFi；香港和記電訊2015年6月推出了VoWiFi服務(wù)；中國電信處于測試階段；中國移動RCS融合通信中的“新通話”中包含VoWiFi模塊，其VoWiFi業(yè)務(wù)能否同步開展還有待觀望；據(jù)了解，中國聯(lián)通采用APP的方式實現(xiàn)了VoWiFi商用。

2.2 芯片廠商及終端廠商對VoWiFi的支持情況

芯片方面：高通8974/8926/8928/8916/8939/8994/8992/8909/8929/8952/8996/9x25等均支持ePDG架構(gòu)，后續(xù)的芯片也都支持；海思計劃2016年支持VoWiFi和VoLTE的切換；MTK有MT6735/MT6753來支持。

終端方面：終端側(cè)有著不同的VoWiFi實現(xiàn)方式，三星基于自己的方案在AP層實現(xiàn)了VoWiFi功能，D2/Summit Tech/Taqua等軟件商提供了APP或是native的VoWiFi功能，主流的仍是基于芯片BP層實現(xiàn)VoWiFi。三星、LG、摩托羅拉等在北美均支持VoWiFi。

目前，雖然芯片、終端硬件基本支持ePDG架構(gòu)，但終端實現(xiàn)VoWiFi及與VoLTE的切換仍需滿足多項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。如三星、LG、摩托羅拉等在北美均支持VoWiFi，但國內(nèi)仍需推動軟件側(cè)支持VoWiFi的終端版本。

3 VoWiFi與VoLTE協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)分析及

策略建議

終端實現(xiàn)Wi-Fi上的語音通話有多種形式。終端通過已有接口接入存量的MSC完成業(yè)務(wù)處理。終端通過SBC的方式直接連入IMS核心網(wǎng)，這種方式易于部署，早期T-Mobile即采用此種方式商用Wi-Fi Calling，目前一些終端軟件方案解決商仍采用此種形式?；赟2a接口的形式標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)鏈支持程度較低，不支持Wi-Fi和LTE的無縫切換。傳統(tǒng)OTT的方式，如微信、Skype等，此種形式語音通話質(zhì)量較差且不支持VoLTE和VoWiFi的無縫切換。由于標(biāo)準(zhǔn)成熟度、產(chǎn)業(yè)鏈成熟度、互通性、可擴(kuò)展性等因素，目前國際上商用VoWiFi的運(yùn)營商均采用基于S2b接口的ePDG方案。GSMA國際標(biāo)準(zhǔn)組織更是明確了基于S2b接口的ePDG方案作為VoWiFi的主流方案。終端通過S2b接口方式接入EPC核心網(wǎng)，此時EPC網(wǎng)絡(luò)將WLAN接入視為不可信接入，則必須通過ePDG接入EPC，終端和ePDG之間采用IPSec隧道承載數(shù)據(jù)，使不可信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元無法感知數(shù)據(jù)傳輸，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕偻ㄟ^P-CSCF接入IMS實現(xiàn)VoWiFi功能。

3.1 VoWiFi與VoLTE的切換流程

（1）VoLTE切換至VoWiFi

終端進(jìn)行VoLTE呼叫，當(dāng)終端檢測到LTE信號強(qiáng)度與Wi-Fi信號強(qiáng)度達(dá)到切換門限時，IMS PDN切換至Wi-Fi，VoLTE呼叫切換至VoWiFi。具體如圖1所示。

UE通過LTE網(wǎng)絡(luò)接入EPC網(wǎng)絡(luò)，S-GW與P-GW間建立GTP隧道，通過P-CSCF接入IMS核心網(wǎng)，終端進(jìn)行VoLTE業(yè)務(wù)。UE檢測到Wi-Fi信號，同時LTE信號和Wi-Fi信號達(dá)到切換門限，終端發(fā)起切換。UE對Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行鑒權(quán)以及Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)對終端進(jìn)行授權(quán)。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和授權(quán)成功后，觸發(fā)附著流程。UE向ePDG發(fā)送IKE_AUTH request消息，發(fā)起認(rèn)證請求，ePDG向3GPP AAA Server請求UE切換前連接的PDN相關(guān)信息及用戶簽約信息。ePDG根據(jù)切換前的P-GW地址選擇P-GW，向P-GW發(fā)送Create Session Request消息，建立PDN連接。P-GW將自身的標(biāo)識和APN信息發(fā)送給AAA Server服務(wù)器，并從AAA Server服務(wù)器上獲取鑒權(quán)信息，更新用戶信息。P-GW向ePDG返回Create Session Response消息，ePDG將P-GW分配給UE的IP地址傳給UE，完成附著流程。UE和ePDG之間的IPSec隧道建立成功，ePDG和P-GW間的GTP隧道建立成功，UE可以通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)報文。P-GW發(fā)起3GPP EPS Bearer Release流程，釋放切換前LTE網(wǎng)絡(luò)的EPS承載資源。當(dāng)終端切換到Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)后，UE向P-CSCF發(fā)起重注冊，刷新當(dāng)前用戶注冊狀態(tài)。終端在Wi-Fi上完成IMS注冊，完成VoLTE至VoWiFi的切換。

（2）VoWiFi切換至VoLTE

UE通過ePDG接入EPC網(wǎng)絡(luò)，P-GW通過S2b接口與ePDG建立GTP隧道，通過P-CSCF接入IMS核心網(wǎng)，終端進(jìn)行VoWiFi業(yè)務(wù)。UE檢測到LTE信號，同時LTE信號和Wi-Fi信號達(dá)到切換門限，終端發(fā)起切換。UE向MME發(fā)送PDN Connectivity Request消息，完成鑒權(quán)附著流程后，MME發(fā)送Modify Bearer Request消息給S-GW請求更新承載。P-GW向S-GW返回Modify Bearer Response。S-GW將Modify Bearer Response消息轉(zhuǎn)發(fā)給MME，消息中攜帶EPS Bearer Identity，通知MME發(fā)生從Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)到LTE網(wǎng)絡(luò)的切換。UE和S-GW之間的專有承載建立成功，S-GW和P-GW間的GTP隧道建立成功，UE通過LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)報文的接收和發(fā)送。P-GW通知3GPP AAA更新P-GW地址。P-GW發(fā)起Non-3GPP EPS Bearer Release流程，釋放切換前Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)側(cè)EPS承載資源。當(dāng)終端切換到LTE網(wǎng)絡(luò)后，UE向P-CSCF發(fā)起重注冊，刷新當(dāng)前用戶注冊狀態(tài)。終端在LTE上完成IMS注冊，完成VoWiFi至VoLTE的切換。

3.2 VoWiFi與VoLTE的切換策略

目前國際標(biāo)準(zhǔn)對VoWiFi和VoLTE切換的具體策略沒有明確要求，運(yùn)營商可根據(jù)自己的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、用戶量等定制符合自己需求的切換策略。

（1）基于用戶選擇的切換策略

VoLTE相對于VoWiFi有著更好的語音質(zhì)量保障，而免費(fèi)Wi-Fi已經(jīng)培養(yǎng)了用戶的使用習(xí)慣，免費(fèi)的VoWiFi同樣有著強(qiáng)大的吸引力。終端上可設(shè)置Wi-Fi優(yōu)先或LTE優(yōu)先供用戶選擇，這就要求終端對應(yīng)不同設(shè)置有不同的切換策略。當(dāng)用戶設(shè)置Wi-Fi優(yōu)先時，用戶應(yīng)當(dāng)在Wi-Fi和LTE覆蓋均較好的網(wǎng)絡(luò)下優(yōu)先發(fā)起VoWiFi電話，在Wi-Fi信號強(qiáng)度較差或者丟失的情況下切換至VoLTE，在Wi-Fi信號強(qiáng)度較好時，切換至VoWiFi。當(dāng)用戶設(shè)置LTE優(yōu)先時，用戶應(yīng)當(dāng)在Wi-Fi和LTE覆蓋均較好的網(wǎng)絡(luò)下優(yōu)先發(fā)起VoLTE電話，在LTE信號強(qiáng)度較差或者丟失的情況下切換至VoWiFi，在LTE信號強(qiáng)度較好時，切換至VoLTE?？臻e態(tài)時的IMS PDN切換規(guī)則和通話中保持一致?；谟脩舻倪x擇在終端實現(xiàn)上較為繁瑣，同時不利于運(yùn)營商對VoWiFi的戰(zhàn)略部署。

（2）基于運(yùn)營商要求的切換策略

運(yùn)營商可根據(jù)自己商用VoWiFi以及VoLTE的戰(zhàn)略部署定制符合自己的切換策略。此時需考慮終端是否開放給用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先的選擇，因為運(yùn)營商定制的切換規(guī)則直接反映了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先的策略。如運(yùn)營商保障用戶的通話質(zhì)量，將VoWiFi作為VoLTE的補(bǔ)充，彌補(bǔ)部分地區(qū)及室內(nèi)覆蓋的不足，可設(shè)定切換規(guī)則為：在Wi-Fi和LTE覆蓋均較好的網(wǎng)絡(luò)下發(fā)起VoLTE電話；在LTE信號強(qiáng)度較差或者丟失的情況下切換至VoWiFi；在LTE信號強(qiáng)度較好時，忽略Wi-Fi強(qiáng)度，直接切換至VoLTE。若終端無網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先選擇設(shè)置，則空閑態(tài)時的IMS PDN切換規(guī)則和通話中保持一致；若終端仍有網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先選擇設(shè)置，則空閑態(tài)和通話中的IMS PDN切換規(guī)則相對獨(dú)立以避免沖突，用戶選擇的設(shè)置反映空閑態(tài)IMS PDN的優(yōu)先策略，控制呼叫建立的網(wǎng)絡(luò)，而運(yùn)營商仍可控制通話中的切換策略，雖然此種策略能兼顧運(yùn)營商及用戶的需求，但會提升語音的切換率，影響用戶體驗而且會增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

綜上所述，建議運(yùn)營商基于自己的需求設(shè)定切換策略，同時避免用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇。

3.3 VoWiFi與VoLTE的切換門限

終端發(fā)起VoWiFi與VoLTE的切換流程離不開切換門限的制定。切換門限可根據(jù)切換策略設(shè)定不同的值。如LTE高門限、LTE低門限、Wi-Fi高門限、Wi-Fi低門限等。高低門限的差值可根據(jù)運(yùn)營商自己的配置及策略設(shè)定。建議通過語音質(zhì)量、不同的切換場景等測試設(shè)定具體的門限值。

3.4 VoWiFi與VoLTE協(xié)同的其他問題

終端在數(shù)據(jù)連接態(tài)時VoLTE通話與VoWiFi通話的無縫切換（LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)連接態(tài)特指終端在無VoLTE通話時的LTE RRC_Connected狀態(tài)），評估語音對數(shù)據(jù)的影響以及數(shù)據(jù)對切換的影響，在不同終端進(jìn)行VoWiFi與VoLTE的兼容性，VoWiFi與VoLTE的切換時延及用戶感知等，建議針對這些VoWiFi與VoLTE的協(xié)同問題進(jìn)一步研究驗證以提高用戶體驗。

4 結(jié)束語

隨著國內(nèi)外運(yùn)營商VoLTE及VoWiFi的商用，運(yùn)營商實現(xiàn)VoWiFi與VoLTE的協(xié)同互操作需定制符合戰(zhàn)略需求的切換策略，二者的協(xié)同技術(shù)需進(jìn)一步研究與測試。相信未來VoWiFi與VoLTE協(xié)同的語音策略能給用戶帶來更好的語音體驗。

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