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        2G/3G退網(wǎng)后VoLTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)國際漫游技術(shù)方案探討

        2021-10-25 11:42:04關(guān)丹竹杜春生
        移動(dòng)通信 2021年5期
        關(guān)鍵詞:鑒權(quán)短消息流程圖

        關(guān)丹竹,杜春生

        (中國電信股份有限公司研究院,廣東 廣州 510630)

        0 引言

        隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,全球運(yùn)營2G/3G 網(wǎng)絡(luò)將逐步退網(wǎng),退網(wǎng)后,在國內(nèi)將采用純VoLTE 方式提供語音及短消息業(yè)務(wù)。當(dāng)VoLTE 用戶漫出至其他境外運(yùn)營商時(shí),如何繼續(xù)使用當(dāng)?shù)?G/3G 網(wǎng)絡(luò)的語音和短信業(yè)務(wù)?傳統(tǒng)2G/3G 境外運(yùn)營商的用戶漫游至純VoLTE 拜訪網(wǎng)絡(luò)時(shí),如何使用語音及短消息業(yè)務(wù)?這些都是有待解決的問題。

        通常,為實(shí)現(xiàn)VoLTE 用戶能在2G/3G 網(wǎng)絡(luò)漫游,核心網(wǎng)需部署融合HLR/HSS 網(wǎng)元并為用戶簽約2G/3G 的CS 和PS 業(yè)務(wù),短消息中心也需支持G/U 的MAP 信令。為實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)2G/3G 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的用戶能在純VoLTE 網(wǎng)絡(luò)漫游,需要部署MSC/VLR 網(wǎng)元。但是,2G/3G 網(wǎng)絡(luò)退網(wǎng)后,在目前傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)手段下,VoLTE 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無法實(shí)現(xiàn)漫游,本文提出了一種采用IWF(Inter Working Function)互通網(wǎng)關(guān)的方案,有望成為解決2G/3G 退網(wǎng)后VoLTE 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)國際漫游問題的可選方案。IWF 是不同網(wǎng)絡(luò)制式之間互通的網(wǎng)元,在不同的應(yīng)用場景中實(shí)現(xiàn)不同功能,本文討論的IWF 在拜訪地網(wǎng)絡(luò)和歸屬網(wǎng)絡(luò)中間,是VoLTE 網(wǎng)絡(luò)和2G/3G 網(wǎng)絡(luò)的橋梁,作為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的漫游網(wǎng)關(guān),完成協(xié)議轉(zhuǎn)換和相關(guān)流程處理功能。

        在漫入和漫出場景下,IWF 網(wǎng)關(guān)所實(shí)現(xiàn)的功能有所不同。本文分別就VoLTE 用戶漫出至境外運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)及境外運(yùn)營商用戶漫入VoLTE 網(wǎng)絡(luò)的位置更新、語音和短信業(yè)務(wù)等業(yè)務(wù)流程中所實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行簡要介紹。

        1 VoLTE用戶漫出場景

        1.1 漫出場景IWF的網(wǎng)絡(luò)位置及功能

        在漫出場景中,歸屬地是純VoLTE 網(wǎng)絡(luò),拜訪地是2G/3G 網(wǎng)絡(luò),IWF 網(wǎng)關(guān)由歸屬地建設(shè)及維護(hù)。在CS 域注冊場景中,IWF 對于拜訪地的CS 網(wǎng)絡(luò),相當(dāng)于歸屬地的“HLR”,輔助完成位置更新等流程;對于歸屬IMS 網(wǎng)絡(luò),IWF 模擬“BSF”(Bootstrapping Server Functionality)、“VoLTE AS”網(wǎng)元從用戶歸屬的IMS-HSS 獲取鑒權(quán)五元組和簽約業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換,并且模擬“P-CSCF”代理用戶進(jìn)行IMS 注冊。在語音業(yè)務(wù)中,漫出用戶在拜訪地運(yùn)營商的VMSC 下發(fā)起主叫業(yè)務(wù)流程,與普通的主叫業(yè)務(wù)流程類似,信令不經(jīng)過IWF;被叫業(yè)務(wù)中,IWF 對于歸屬IMS 網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于“P-CSCF”,另一方面模擬“HLR”向拜訪地請求MSRN(Mobile Station Roaming Number,動(dòng)態(tài)漫游號碼),并充當(dāng)BGCF(Breakout Gateway Control Function,出口網(wǎng)關(guān)控制功能),將呼叫路由至MGCF(Media Gateway Control Function,媒體網(wǎng)關(guān)控制功能)進(jìn)入CS 域。在短消息業(yè)務(wù)中,IWF 充當(dāng)了歸屬用戶“SMSC”的角色。圖1 為漫出場景IWF 網(wǎng)絡(luò)位置及功能示意圖。

        圖1 漫出場景IWF網(wǎng)絡(luò)位置及功能示意圖

        1.2 CS域位置更新

        VoLTE 用戶漫出到2G/3G 網(wǎng)絡(luò),UE 向拜訪地VMSC發(fā)起位置更新。如圖2 所示,步驟2-5 完成了2G/3G 網(wǎng)絡(luò)對UE 的鑒權(quán),對于拜訪CS 網(wǎng)絡(luò),IWF 相當(dāng)于歸屬地的HLR,向漫游地返回相應(yīng)的鑒權(quán)向量。其中,對于歸屬網(wǎng)絡(luò),IWF 需模擬BSF,通過Zh 接口向融合的HSS 發(fā)送MAR 消息請求鑒權(quán)向量,后續(xù)再進(jìn)行CS 域的位置更新。

        圖2 漫出場景的CS域位置更新流程圖

        在歸屬地端,IWF 模擬P-CSCF 發(fā)起IMS 注冊。步驟7-13 是通用的IMS 注冊流程,用戶注冊完成后,IWF保存為該用戶生成的注冊Contact 地址。步驟14:IWF模擬AS 向HSS 發(fā)送SNR 消息,訂閱并同時(shí)獲取用戶的MSISDN、透明數(shù)據(jù)等。步驟15-16 中IWF 將從HSS 獲取到的用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CS 域的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),完成后續(xù)的位置更新流程。

        1.3 被叫業(yè)務(wù)

        在被叫場景中,如圖3 中的步驟2,被叫S-CSCF根據(jù)之前IMS 注冊時(shí)保存的Path 將INVITE 消息路由至IWF。對于拜訪地的VMSC,IWF 相當(dāng)于歸屬網(wǎng)絡(luò)的HLR,通過步驟3 向用戶拜訪的VMSC 請求獲取MSRN。

        圖3 漫出場景的被叫業(yè)務(wù)流程圖

        對于歸屬網(wǎng)絡(luò),IWF 首先充當(dāng)被叫P-CSCF,在獲取到MSRN 后,IWF 需要充當(dāng)BGCF,選擇適當(dāng)?shù)腗GCF將呼叫路由至境外運(yùn)營商的VMSC。

        1.4 短消息始發(fā)業(yè)務(wù)

        漫出用戶通過境外運(yùn)營商的CS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短消息,此時(shí),對于拜訪網(wǎng)絡(luò)的VMSC,IWF 相當(dāng)于用戶歸屬的SMSC;如圖4 中的步驟2,IWF 將境外送過來的短消息由MAP 協(xié)議轉(zhuǎn)換為SIP 協(xié)議,構(gòu)造MESSAGE 消息,并將短消息發(fā)送給S-CSCF。

        圖4 漫出場景的短消息業(yè)務(wù)始發(fā)流程圖

        對于用戶歸屬的IMS 核心網(wǎng),IWF 相當(dāng)于拜訪地的P-CSCF。

        1.5 短消息終結(jié)業(yè)務(wù)

        在短消息終結(jié)場景中,如圖5 中的步驟1-4,首先歸屬地的IP-SM-GW 向被叫S-CSCF 發(fā)送MESSAGE 消息,S-CSCF 向IWF 轉(zhuǎn)發(fā)此消息,IWF 完成短消息從SIP 協(xié)議到MAP 協(xié)議的轉(zhuǎn)換并根據(jù)保存的MSC ID,向用戶拜訪的VMSC 發(fā)送MAP_MT_FORWARD_SHORT_MESSAGE_REQ 消息,VMSC 向UE 發(fā)送完短消息后,向IWF 返回MAP_MT_FORWARD_SHORT_MESSAGE_CNF 響應(yīng)消息。對于拜訪地的VMSC,IWF 相當(dāng)于歸屬網(wǎng)絡(luò)的SMSC。

        對于用戶歸屬的IMS 核心網(wǎng),IWF 相當(dāng)于拜訪地的P-CSCF,如圖5 中的步驟5-6,IWF 根據(jù)短信接收情況向IP-SM-GW 發(fā)送MESSAGE 消息,接收IP-SM-GW 返回200 響應(yīng)消息。

        圖5 漫出場景的短消息業(yè)務(wù)終結(jié)流程圖

        2 境外用戶漫入場景

        2.1 漫入場景IWF網(wǎng)絡(luò)位置及功能

        如圖6 所示,在漫入場景中,歸屬地是2G/3G 網(wǎng)絡(luò),拜訪地是VoLTE 網(wǎng)絡(luò),IWF 網(wǎng)元由拜訪地建設(shè)及維護(hù)。漫入用戶在VoLTE 網(wǎng)絡(luò)下發(fā)起IMS 注冊時(shí),對于拜訪網(wǎng)絡(luò)IWF 相當(dāng)于“IMS-HSS”,而對于歸屬網(wǎng)絡(luò)IWF 相當(dāng)于“MSC/VLR”,下載用戶的鑒權(quán)向量和簽約業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并完成協(xié)議轉(zhuǎn)換。主叫業(yè)務(wù)中,主叫S-CSCF/BGCF 都直接將呼叫路由至MGCF 進(jìn)入CS 域,主叫業(yè)務(wù)流程不需經(jīng)過IWF。被叫業(yè)務(wù)中,對于歸屬網(wǎng)絡(luò),IWF 充當(dāng)“VMSC”的角色為用戶分配MSRN,同時(shí)IWF 模擬“IMS-HSS”,向I-CSCF 返回S-CSCF的地址,并且充當(dāng)“ANCHOR AS”,根據(jù)S-CSCF 提供的MSRN 映射回相應(yīng)被叫用戶的IMPU。在短消息業(yè)務(wù)中,對于歸屬網(wǎng)絡(luò)IWF 充當(dāng)了拜訪地“VMSC”的角色,并將短消息轉(zhuǎn)發(fā)至IP-SM-GW。

        圖6 漫入場景IWF網(wǎng)絡(luò)位置及功能示意圖

        2.2 IMS注冊

        境外漫入用戶在拜訪地VoLTE 網(wǎng)絡(luò)下發(fā)起IMS 注冊,如圖7 中的步驟1-6,對于用戶歸屬的CS 網(wǎng)絡(luò),IWF相當(dāng)于拜訪地的VMSC,向用戶歸屬的HLR 發(fā)送MAP_UPDATE_LOCATION_REQ 消息,請求進(jìn)行位置更新并下載用戶數(shù)據(jù)。后續(xù),IWF 向用戶歸屬HLR 發(fā)送MAP_SEND_AUTHENTICATION_INFO_REQ 消息,請求獲取3G 的鑒權(quán)五元組。

        圖7 漫入場景的IMS注冊流程圖

        對于拜訪地IMS 網(wǎng)絡(luò),IWF 相當(dāng)于用戶歸屬的IMSHSS,此部分注冊流程可參考IMS 標(biāo)準(zhǔn)流程,其中,IWF需要將CS 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成IMS 的Service Profile。

        2.3 被叫業(yè)務(wù)

        用戶歸屬CS 網(wǎng)絡(luò)的端局或關(guān)口局收到呼叫入局的消息,如圖8 中的步驟2-5,V/GMSC 通過向HLR 請求被叫的路由信息。對于歸屬網(wǎng)絡(luò),IWF 相當(dāng)于拜訪地的VMSC,IWF 為用戶分配MSRN,境外運(yùn)營商的V/GMSC根據(jù)MSRN 發(fā)送出局的IAM 消息,將呼叫路由至國際局的GMSC/MGCF。

        圖8 漫入場景的被叫業(yè)務(wù)流程圖

        對于拜訪的IMS 網(wǎng)絡(luò),IWF 相當(dāng)于用戶歸屬的HSS 和ANCHOR AS。在步驟6-8 中,IWF 作為“ANCHOR AS”需要保存MSRN 和IMPU 的映射,完成被叫號碼的還原。作為“HSS”需要向I-CSCF 返回ANCHOR AS 和S-CSCF的地址。步驟11:S-CSCF 根據(jù)IMS 注冊時(shí)保存的UE Contact 信息和Path 頭域,向UE 發(fā)送INVITE 消息,后續(xù)的信令流程與普通CS2V 的呼叫流程的基本相同。

        2.4 短消息始發(fā)業(yè)務(wù)

        對于處理漫入用戶的短消息業(yè)務(wù),IWF 主要是完成短消息從IP-SM-GW 到用戶歸屬的短信中心的轉(zhuǎn)發(fā)。

        UE 發(fā)送短消息,S-CSCF 根據(jù)iFC(Initial Filtering Criteria,初始過濾準(zhǔn)則)信息向IP-SM-GW發(fā)送MESSAGE 消息。IP-SM-GW 根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)判斷用戶是否有相應(yīng)的權(quán)限,通過步驟2 并完成短消息從SIP到MAP 協(xié)議的轉(zhuǎn)換。對于用戶歸屬的SMSC,IWF 相當(dāng)于拜訪地的VMSC,IWF 需完成相應(yīng)MAP 消息的SCCP的地址轉(zhuǎn)換。如圖9 中的步驟4 所示,IWF 收到MAP_MO_FORWARD_SHORT_MESSAGE_REQ消息后,將SCCP層的Calling Party Address 改為IWF 的MSC ID,向境外運(yùn)營商的SMSC 轉(zhuǎn)發(fā)該消息。如圖9 步驟6 所示,IWF 收到境外SMSC 返回的MAP_MO_FORWARD_SHORT_MESSAGE_CNF 消息后,將SCCP 層的Called Party Address 改為IP-SM-GW 的信令點(diǎn)編碼并轉(zhuǎn)發(fā)該消息至IP-SM-GW。

        圖9 漫入場景的短消息始發(fā)業(yè)務(wù)流程圖

        2.5 短消息終結(jié)業(yè)務(wù)

        如圖10 中的步驟1-4 中,境外運(yùn)營商的SMSC 在收到短消息后,根據(jù)用戶的MSISDN 向HLR 發(fā)送MAP_SEND_ROUTING_INFO_FOR_SM_IND消息,獲取短消息路由信息,HLR 返回IWF 的GT 地址;IWF 將收到SMSC 發(fā)送的信令消息的SCCP 層Called Party Address 改為IP-SM-GW 的信令點(diǎn)編碼并轉(zhuǎn)發(fā)該消息至IP-SM-GW,IP-SM-GW 完成短消息從MAP 到SIP 的協(xié)議轉(zhuǎn)換,向UE 發(fā)送MESSAGE 消息。步驟6:UE 向IP-SM-GW 返回MESSAGE 消息,指示短消息終結(jié)成功后,IWF 收到MAP_MT_FORWARD_SHORT_MESSAGE_RSP 消息,將SCCP 層 的Calling Party Address改為自身的MSC ID,并模擬VMSC 向境外運(yùn)營商的SMSC轉(zhuǎn)發(fā)該消息。

        圖10 漫入場景的短消息終結(jié)業(yè)務(wù)流程圖

        3 結(jié)束語

        純VoLTE 網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)2G/3G 網(wǎng)絡(luò)的漫游方案,可選無線側(cè)退網(wǎng),保留2G/3G 核心網(wǎng)方式,但這給網(wǎng)絡(luò)維護(hù)帶來了負(fù)擔(dān),也不利于網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)。本文所介紹的方案中,IWF 在用戶漫游至國外的2G/3G 網(wǎng)絡(luò)時(shí)向用戶歸屬的IMS-HSS 獲取鑒權(quán)向量和簽約業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并完成協(xié)議轉(zhuǎn)換,無需新建或升級支持3GPP 2G/3G 的HLR、SMSC等網(wǎng)元,在傳統(tǒng)業(yè)務(wù)全面轉(zhuǎn)向VoLTE、VoNR 的技術(shù)趨勢下,既節(jié)約了投資也順應(yīng)時(shí)勢。

        隨著VoLTE 的普及和5G 的逐步商用,2G/3G 的退網(wǎng)呈加速狀態(tài),在2G/3G 網(wǎng)絡(luò)漫長的退網(wǎng)過程中,如何實(shí)現(xiàn)VoLTE 網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)漫游問題將是各運(yùn)營商面臨的問題,值得共同關(guān)注和探討,希望本文所介紹的方案可為業(yè)界提供參考和啟發(fā)。

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