VoLTE基本原理信令流程与端到端测试

《VoLTE基本原理、信令流程与端到端测试》

目录

▊什么是VoLTE？

▊LTE的语音解决方案

▊Volte业务特征

▊Volte与RCS的关系

▊SRVCC与eSRVCC

1.SRVCC基本架构

2.SRVCC流程及切换性能

3.eSRVCC切换

4.eSRVCC基本原理

5.eSRVCC的几个关键点

▊eSRVCC切换前后的信令流程

1.支持eSRVCC的UE注册流程

2.支持eSRVCC的UE主叫流程

3.UE的VoLTE被叫流程

4.UE的eSRVCC切换流程

▊VoLTE的端到端要求

1.终端

2.组网

3.端到端QoS

▊用户数据

▊域选择

▊无线侧要求

▊涉及改造的网元和内容

▊业务一致性

▊VoLTE网络改造要求（与CSFB对比）

▊《VoLTE呼叫验证和实时网络问题实例》网络研讨会，免费学习充电的机会，了解更多关于VoLTE测试的内容

▊什么是VoLTE？

VoLTE即Voice over LTE，它是一种IP数据传输技术，无需2G/3G网，全部业务承载于4G 网络上，可实现数据与语音业务在同一网络下的统一。换言之，4G网络下不仅仅提供高速率的数据业务，同时还提供高质量的音视频通话，后者便需要VoLTE技术来实现。

VoLTE相较2G、3G语音通话，语音质量能提高40%左右，因为它采用高分辨率编解码技术。VoLTE为用户带来更低的接入时延（拨号后的等待时间），比3G降50%，大概在2秒左右，而2G时代在6-7秒。此外，2G、3G下的掉线率时有发生，但VoLTE的掉线率接近于零。

因为对于语音业务，LTE的频谱利用效率远远优于传统制式，达到GSM的4倍以上。

另外，VoLTE与RCS的无缝集成可以带来丰富的业务。

VoLTE真正实现了端到端全IP语音，主要体现在：其空口IP化，由分组域提供承载，通过IMS进行会话控制。

VoLTE难点在于与2/3G切换流程相对复杂，是核心网电路域不IMS之间的切换，涉及IMS、电路域和LTE核心网之间的互操作，即eSRVCC（enhanced Single Radio Voice Call Continuity）。

▊LTE的语音解决方案

目前有CSFB、单卡双待机、VoLTE/SRVCC等多种LTE手机语音解决方案。

CSFB和双待机方案，由2/3G电路域提供语音；

VoLTE方案，由LTE分组域提供语音，并通过SRVCC功能保证与2/3G话音平滑切换。

VoLTE/SRVCC和CSFB对网络有升级改造要求。

双待机为终端实现方案，其本身对网络无升级要求，为满足数据业务互操作，需对2G进行相关升级，但对终端定制化要求较高。

▊Volte业务特征

▊Volte与RCS的关系

RCS（Rich Communication Suite）：电信运营商提供整套基于通讯录的呈现、即时通信、群组聊天、文件传送等在线通信应用，帮助运营商占据无线社匙市场主动地位，具有良好的互操作能力。

RCS-e（Rich Communication Suite-enhanced）：实际为欧洲运营商联盟为了尽快部署RCS 而推出的简化版本，语音仍基于电路域。

VoLTE语音、LTE高清可视电话、消息、甚至eSRVCC等均是独立的业务能力，而RCS是一个包含了多种能力的产品套件形态。

能力可以不基于RCS产品来提供，但结合RCS实现效果可能会更好。

▊SRVCC与eSRVCC

3GPP在R8阶段引入SRVCC/eSRVCC方案，在SRVCC方案中，由于需要在IMS网络中创建新承载，很容易导致切换时长高于300ms，影响终端用户体验。而eSRVCC方案相对于SRVCC 方案的增强在于减少了切换时长（切换时长小于300ms），使用户获得更好的通话体验。

SRVCC：媒体的切换点是对端网络设备（如对端UE），影响切换时长的主要因素是会话切换后需要在IMS网络中创建新的承载。

eSRVCC：相比于SRVCC，媒体切换点改为更靠近本端的设备。具体方案就是增加ATCF/ATGW 功能实体作为媒体锚定点，无论是切换前还是切换后的会话消息都要经过ATCF（Access Transfer Control Function）/ATGW（AccessTransfer Gateway）转发。后续在发生eSRVCC 切换时，只需要创建UE与ATGW之间的承载通道，对端设备与ATGW之间的媒体流还是通过原承载通道传输。这样其创建新承载通道的消息交互路径明显短于SRVCC方案，减少了切换时长。

SRVCC基本架构

在LTE覆盖范围内通过IMS提供VoIP语音，IMS提供呼叫控制及后续的切换控制。

在用户通话过程中移出LTE覆盖范围时，IMS作为控制点与CS域交互，将原有通话切换到CS域，保证语音业务连续性。

SRVCC关键技术点：

1.在MSC Server和MME之间定义Sv接口，提供异构网络间接入层切换控制；

2.通过设臵IWF互通网元，终结Sv接口，避免对原有电路域设备的改造；

3.IMS网络作为会话锚定点，统一进行会话层切换，保证会话跨网切换的连续性。SRVCC流程及切换性能

1.发起VoLTE呼叫：SRVCC终端发起向另一IMS终端的语音呼叫；

2.呼叫建立：呼叫成功，媒体连接建立，双方进行通话；

3.发起SRVCC切换：用户离开LTE覆盖，发生SRVCC切换,EPC网络通知SRVCC MSC准备切换，MSC完成电路域资源预留；

4.终端切换：MSC通过LTE网络通知终端切换到2G/TD；

5.远端媒体更新：SRVCC MSC发起远端媒体更新，通知远端IMS终端通过SRVCC MSC接收和发送语音；

6.媒体切换：进端IMS终端将媒体连接切换至SRVCC MSC；

7.呼叫接续：从SRVCC终端切换到2G/TD到进端IMS终端切换媒体完成。

eSRVCC切换

eSRVCC基本原理

通过拜访地增加锚定节点，缩短媒体更新路径，eSRVCC实现了不超300ms的切换性能要求。

●信令面在用户所在本地网络锚定，媒体面切换也在本地进行，不需要通知远端切换媒体面，通常不超过100ms，避免了可能的语音中断（约800ms），空口切换带来的语音中断无法避免（约200ms）。

ATCF功能

●ATCF决定是否需要对媒体面会话进行锚定

●执行会话切换，并控制媒体面的切换

●切换时根据ATU-STI通知SCC AS发生了SRVCC切换

●分配可路由标识STN-SR

ATGW功能

●在ATCF的控制下对媒体面进行锚定和释放

MME功能

●从HSS获取STN-SR，切换时通过Sv接口转发给eMSC

●将UE的SRVCC capability发送给HSS，用于后续锚定判断

●发起目标小区的SRVCC切换

●协调PS切换和SRVCC切换同步执行

eMSC功能

●由MME Sv接口的消息触发预留CS域资源

●ATCF发起会话切换

●选择发现ATCF

SCC AS功能

●锚定和关联会话

●确定是否使用eSRVCC

●提供C-MSISDN和ATU-STI等信息，用于路由和绑定会话

eSRVCC的几个关键点

网络如何获取UE的SRVCC能力？

●SRVCC能力的UE附着时，NAS信令中的MS network capability携带该能力至MME，但此时IMS仍不知道UE的能力。

●当UE进行IMS注册时，由亍SCC AS需通过ISD流程将STN-SR推送到MME上，复用该流程的应答消息将SRVCC能力送到HSS和SCC AS上，该流程对后续的域选择等方案至关重要。

负责锚定功能的几个网元相互之间如何发现和关联两个域的呼叫？

●eMSC和SCC AS通过STN-SR发现拜访地的ATCF

●ATCF收到ATU-STI决定锚定媒体，并在切换时通知归属地的SCC AS

●ATCF根据C-MSISDN关联切换后的电路域呼叫和原IMS用户的呼叫

▊eSRVCC切换前后的信令流程

1.支持eSRVCC的UE注册流程

支持eSRVCC的UE在IMS网络的基本注册流程与普通LTE终端在IMS网络的基本注册流程类似，差异在于P-CSCF与I-CSCF之间会增加一跳ATCF，后续所有流经P-CSCF的消息都会经过ATCF转发。

关键处理步骤：

P1：P-CSCF/ATCF收到UE的REGISTER消息后，判断此呼叫后续有可能发生eSRVCC 切换，则分配一个STN-SR号码，在REGISTER消息中增加Feature-Caps头域，并将其转发给I-CSCF。Feature-Caps头域的关键参数如下：

●+g.3gpp.atcf：STN-SR号码，用于eSRVCC IWF后续寻址ATCF。

●+g.3gpp.atcf-mgmt：ATCF的PSI号码，用于SCC AS后续寻址ATCF。

●+g.3gpp.atcf-path：ATCF URI号码，用于接受后续SCC AS发送的SIP MESSAGE 请求（其中携带eSRVCC相关信息）

P2：UE收到401响应后，重新构造REGISTER消息，携带RAND和RES，发送给S-CSCF。P-CSCF/ATCF对其的处理与P1步骤相同。

UE在IMS网络完成基本注册后，S-CSCF根据HSS上用户签约的iFC模板数据，向SCC AS发起第三方注册。对于分离的IMS-HSS与EPS-SS方案，消息流程如下所示：

P1-P5：SCC AS根据消息中Feature-Caps头域的+g.3gpp.atcf-mgmt标识，判断UE需要使用eSRVCC流程，则发送UDR消息到EPS-SS，请求下载用户的eSRVCC 能力、STN-SR号码和C-MSISDN号码。

P6：EPS-SS通过UDA响应将用户的eSRVCC信息返回给SCC AS。

P7-P10：SCC AS通知ATCF将eSRVCC相关信息（ATU-STI、C-MSISDN）与UE的本次注册信息进行绑定。

P11：SCC AS向EPS-SS发送PUR消息通知更新STN-SR号码。

P12：EPS-SS返回成功接收响应PUA。

P13：EPS-SS判断消息中携带的STN-SR号码等与本地保存的STN-SR号码等信息不一致，则将消息中携带的STN-SR号码等发送给MME。

P14：MME更新本地的STN-SR等号码后，向EPS-SS返回成功更新响应。

2.支持eSRVCC的UE主叫流程

同IMS基本呼叫相比，只描述关键部分：

P1：UE_A发起会话，向IMS拜访网络入口P-CSCF发送INVITE消息。

P2：P-CSCF/ATCF收到INVITE消息后，判断需要锚定此会话，则进行本端媒体资源预留，并将INVITE消息发送到S-CSCF。如果该会话的注册信息已绑定了eSRVCC相关信息，则P-CSCF/ATCF也将该会话与eSRVCC相关信息相绑定。

P3～P4：S-CSCF收到INVITE消息后，根据主叫用户签约的iFC模板数据，触发SCC AS。P5～P6：S-CSCF将呼叫接续到被叫侧。

P7：S-CSCF收到被叫侧的183响应后，将其转发给SCC AS。

P8：SCC AS收到183响应后，做如下处理：

1)判断主叫用户是否已在IMS-HSS签约了STN-SR号码和C-MSISDN号码。如是，则在183响应中增加Feature-Caps头域，表明该会话被SCC AS锚定。

2)将183响应发送给S-CSCF。

P9：P-CSCF/ATCF收到S-CSCF转发的183响应，发现其中携带+g.3gpp.srvcc

标识，则记录该标识与该会话的关联。

P10：UE_A收到183响应，发现其中携带Feature-Caps头域和+g.3gpp.srvcc

标识，则记录该会话支持eSRVCC切换。

P11～P12：S-CSCF收到被叫侧针对INVITE请求的200OK后，将其转发给SCC AS。

P13：SCC AS收到200OK后将200OK发送给S-CSCF。P14～P15：UE_A收到200 OK。

3.UE的VoLTE被叫流程

P1：被叫侧I-CSCF收到初始会话请求。

P2：I-CSCF将INVITE消息转发到被叫用户注册的S-CSCF。

P3：S-CSCF收到INVITE消息后，根据被叫用户签约的iFC模板数据，触发SCC AS。

P4：SCC AS收到INVITE消息后，做如下处理：

1)判断被叫用户是否已分配STN-SR号码和C-MSISDN号码。如是，则在INVITE 消息中增加Feature-Caps头域，表明该会话被SCC AS锚定。

2)将INVITE消息发送给S-CSCF。其中，关键参数如下：

●Feature-Caps头域：携带+g.3gpp.srvcc标识，表示该会话被SCC AS锚定。

P5：S-CSCF将INVITE消息发送到P-CSCF/ATCF。

P6：P-CSCF/ATCF收到INVITE消息后，判断需要锚定此会话，则进行本端媒体资源预留，并将INVITE消息发送给UE_B。

P7：UE_B收到INVITE消息，发现其中携带Feature-Caps头域和+g.3gpp.srvcc 标识，则记录该会话支持eSRVCC切换，并返回183响应。

P8～P9：P-CSCF/ATCF将183响应通过S-CSCF发送到SCC AS。P10～P11：SCC AS

收到183响应，并将其返回给主叫侧。P12～P16：UE_B向主叫侧返回200OK。

4.UE的eSRVCC切换流程

eSRVCC过程可以分为以下过程：

1.切换判断：eNodeB根据UE上传的测量报告（包括E-UTRAN网络下的小区信号测量报告以及邻近的UTRAN/GERAN网络的信号测量报告），判断是否进行接入网切换。

2.切换过程：

a)eNodeB判断需要切换接入网后，向源MME发送handover required消息。MME 根据消息里的eSRVCC指示，将QCI=1的语音承载和其他承载分离，同时根据切换请求消息中的Target ID选择一个eSRVCC IWF，通过Sv接口向其发起PS to CS Request切换请求。该消息中携带了之前ATCF为UE分配的STN-SR号码。

b)eSRVCC IWF收到切换请求消息后，根据消息中携带的Target ID，找到目标MSC Server（即切换目标侧所属MSC Server），然后在eSRVCC IWF和目标MSC Server间执行切换流程。目标侧UTRAN/GERAN网络的承载建立完成后，eSRVCC IWF根据STN-SR号码，建立eSRVCC IWF和ATCF/ATGW的承载。

c)ATCF根据C-MSISDN关联用户待切换的会话，更新ATGW上的承载信息，将本端媒体面切换为UTRAN/GERAN网络的承载，并通知SCC AS更新UE的接入域信息。

eSRVCC方案相对于SRVCC方案的优化在于减少了切换时长，确保切换时长小于300ms。由于SRVCC方案中，影响切换时长的主要因素是在IMS网络中创建新承载的过程，因此，eSRVCC相比于SRVCC优化的核心放在新承载创建路径上，如下图所示。

SRVCC方案：媒体的切换点是对端网络设备（如对端UE），本端接入网络发生变更后，需要将变更后的本端承载设备地址等信息发送给对端网络设备，进行承载地址的更新。

eSRVCC方案：媒体切换点改为更靠近本端的设备，以减少变更消息传输时长。具体方案就是在P-CSCF与I-CSCF/S-CSCF之间增加ATCF/ATGW功能实体（在华为提供的eSRVCC切换解决方案中，由SBC实现ATCF/ATGW功能），作为媒体锚定点，无论是切换前还是切换后的会话消息都要经过ATCF/ATGW转发。后续在发生eSRVCC切换时，只需要创建UE与ATGW之间的承载通道，对端设备与ATGW 之间的媒体流还是通过原承载通道传输。

eSRVCC方案中创建新承载通道的消息交互路径明显短于SRVCC方案，因此eSRVCC

方案相比SRVCC方案减少了切换时长。以下描述通话后的切换流程。

P1：UE_A和UE_B正在进行一个Active状态的会话，媒体锚定在ATCF/SBC。UE_A 根据当前所在地区E-UTRAN网络和UTRAN/GERAN网络的信号强度，向eNodeB上传系统测量报告。eNodeB经过判断决定切换后，向MME发送切换请求Handover Request消息；

P2：MME向UE_A当前所在地区的eSRVCC IWF发起eSRVCC切换请求PS to CS Request消息。

P3～P4：eSRVCC IWF向MME返回PS to CS Response消息。MME收到消息后，指示UE_A向UTRAN/GERAN网络发起切换。

P5：eSRVCC IWF首先向接入网络申请承载资源，申请过程与普通CS域用户发起呼叫时申请资源的过程相同。申请资源后，再根据STN-SR向ATCF/SBC发送INVITE消息，携带SDP信息。其中，关键参数如下：

●Request URI：STN-SR号码。

●P-Asserted-Identity头域：C-MSISDN号码。

P6：ATCF/SBC收到INVITE消息，根据其中STN-SR号码，判断该消息是由eSRVCC 切换产生。ATCF/SBC作如下处理：

1）ATCF/SBC从INVITE消息中获取C-MSISDN，结合本地保存的+g.3gpp.srvcc 标识、eSRVCC相关信息（ATU-STI等），确定UE_A需要切换的Active状态会话。

2）ATCF/SBC判断eSRVCC IWF发送的编解码列表是否包含原会话协商后使用的编解码。如果包含，则eSRVCC IWF支持会话正在使用的编解码，ATCF/SBC直接返回原会话协商后的编解码。

如果不包含，则eSRVCC IWF不支持会话正在使用的编解码，则ATCF/SBC按照SRVCC流程处理，将SRVCC IWF的切换请求转发给SCC AS，由SCC AS执行切换功能。

3）ATCF/SBC进行媒体协商修改，新建媒体端点，与eSRVCC IWF侧端点完成连接。

4）ATCF/SBC向eSRVCC IWF返回200OK消息，携带本端新建端点的SDP信息。

P7：eSRVCC IWF返回消息接收成功响应ACK。

P8～P9：eSRVCC IWF向MME返回PS to CS Complete Notification消息，表示UE_A已成功接入UTRAN/GERAN网络。

至此，UE_A与ATCF/SBC之间的承载资源信息分为CS网络承载和PS网络承载两部分。

P10：ATCF/SBC根据待切换会话关联的ATU-STI，向SCC AS发送INVITE消息，请求eSRVCC切换。其中，关键参数如下：

●Request-URI：待切换会话的ATU-STI。?P-Asserted-Identity：UE的

C-MSISDN号码。

●Require：携带tdialog标识，指示支持Target-Dialog头域。

●Target-Dialog：待切换会话的原Dialog ID，包括原会话的Call-ID，远端设备用户实例（remote-tag），本端设备用户实例（local-tag）。●SDP：UE的SDP，与原会话协商后的SDP相同。

P11：I-CSCF根据Request-URI查询HSS或根据本地PSI数据配置，判断被叫用户是一个PSI用户，根据查询结果将消息路由到SCC AS。Inivite消息中Route 头域包含SCC AS地址，携带orig和atu-sti参数。

●orig：指示SCC AS进行主叫侧处理。

●atu-sti：指示SCC AS，该消息是一个eSRVCC的切换请求。

P12：SCC AS收到INVITE消息后，通过其中Target-Dialog头域的原会话Call-ID 确定待切换的会话，并作如下处理：

●如果该会话处于Active状态，且具有激活的语音媒体成分，则SCC AS比较INVITE消息中的SDP是否与原会话协商后的SDP相同，并根据比较结果启动eSRVCC流程或SRVCC流程。

●如果相同，则SCC AS启动eSRVCC流程，修改该会话的接入域，表明用户已从CS域接入，便于后续业务进行域选择，并且返回200OK消息。由于原会话协商的SDP未改变，SCC AS不更新远端SDP。

●如果不相同，则SCC AS启动SRVCC流程，修改会话接入域，返回200OK消息，并且更新远端SDP。

P13：I-CSCF将SCC AS发送的200OK响应转发至ATCF/SBC。

P14：ATCF/SBC向SCC AS返回ACK消息。UE_A与UE_B之间恢复媒体连接。后续UE_A所在网络侧媒体信息基于CS网络承载。

P15～P16：SCC AS向UE_A发起BYE请求，释放原接入网络承载资源。

P17～P18：UE返回200OK，SBC、SCC AS释放原会话占用的承载资源。

▊VoLTE的端到端要求

终端：

业务配置管理功能

●支持Ut接口，支持对补充业务数据迚行配置

●支持DM

应用层功能要求

●SIP协议栈：遵循3GPP SIP profile

●IMS终端基本功能（IMS注册，IMS呼叫）

●IMS会话切换

●Mid-call特性

●支持基于SIP的即时消息

●支持基于RCS的融合消息功能

●编码要求：支持AMR，AMR-WB，H.264编解码类型

●支持应用层QoS参数到承载的映射

●基于PGW的IMS入口点发现机制

NAS层承载功能要求

●支持多PDN连接，其中IMS与用APN（用户丌可见）单独建立PDN连接●支持SRVCC能力上报、获知LTE无线是否支持VoLTE

L2/L3功能要求

●语音承载基本功能：QCI=1的QoS保证、RLC层

●语音承载无线优化功能：IP头压缩功能

●异系统测量及控制、SRVCC切换

物理层功能要求

●物理层无线优化功能：半持续调度SPS，TTI Bundling

RRM功能要求

●语音承载算法优化功能：

针对语音业务的RRM算法优化

组网：

●IMS与EPC间通过SGi接口连接，IMS信令和媒体都通过该接口承载

●建议VoLTE采用专用IMS APN，主要有三个优点：

-可保证LTE手机国际漫游时APN方案统一；

-可区分数据，区别计费；

-承载方案简单

●用户数据（HLR、SAE HSS和IMS HSS）融合

端到端QoS

无线侧针对语音和视频数据包特点优化和增强

接入侧通过PCC保证QoS

网络侧采用IP与网承载保证QoS

▊用户数据