VoLTE本质是通过EPS来提供业务接入(包括无线承载和EPC承载),通过IMS核心网提供业务控制(包括会话控制和业务逻辑处理及被叫域选择),通过与GSM网络协助来提供业务连续性(eSRVCC等)。其逻辑架构如下图:

一、IMS相关网元简介

 

SBC

VoLTE SBC(Session Border Controller)---会话边缘控制器,包含P-CSCF/AGW、ATCF/ATGW功能模块。

P-CSCF(Proxy CSCF)/AGW(Application Gateway):是IMS中与用户的第一个连接点,P-CSCF提供注册鉴权、信令保护、信令压缩、媒体授权、QoS控制、信令路由、紧急呼叫、漫游计费等功能。为支持号码补全以及紧急呼叫,P-CSCF需能识别紧急呼叫,获取用户位置信息,并在SIP信令中添加相应信息,且能将位置信息映射为区号。

ATCF/ATGW是VoLTE用户在当前所在网络的信令面和媒体面的锚定点,在发生eSRVCC时将VoLTE用户接入侧的媒体面从LTE切换到电路域,并保持媒体面的连接。

 CSCF 

CSCF(Call Session Control Function)—会话控制和路由,包含I-CSCF、S-CSCF、E-CSCF:

S-CSCF(Server CSCF):S-CSCF在IMS核心网中处于核心的控制地位,负责对UE的注册鉴权和会话控制,执行针对主叫端及被叫端IMS用户的基本会话路由功能,并根据用户签约IMS触发规则,在条件满足时进行到AS的增值业务路由触发及业务控制交互;

I-CSCF(interrogating CSCF):类似IMS的关口节点,提供S-CSCF指派、路由查询功能;

E-CSCF,从P-CSCF接受紧急会话建立请求,并完成用户接入位置信息查询和紧急呼叫路由等功能。

目前I-CSCF和S-CSCF在物理实体上是合设的

VoLTE AS 

应用服务器(Application Server)为IMS用户提供增值业务,可以位于用户归属网,也可以由第三方提供,主要包含如下功能模块:

MMTel AS(MultiMediaTelephony多媒体电话应用服务器):用于为VoLTE用户提供多媒体电话基本业务和补充业务;

SCC AS(Service Call Continuity Application Server服务集中化和连续性应用服务器):实现VoLTE的被叫域选择,eSRVCC过程中的信令控制;

被叫锚定功能:支持CAP接口,提供被叫用户锚定至IMS;

IM-SSF(IP Multimedia-Service Switch Function智能业务触发网关):用于触发现有SCP,实现智能网业务逻辑;

业务配置转发(AP):实现业务配置请求的汇聚和转发;

MRF(Multimedia Resource Function多媒体资源功能):负责对媒体资源的控制和处理,实现音视频播放、会议、DTMF收号和音频录音等功能。MRF包括多媒体资源控制器MRFC(Multimedia Resource Function Controller)和多媒体资源处理器MRFP(Multimedia Resource Function Processor)。

HSS 

VoLTE中的HSS(Home Subscriber Server)---归属用户服务器是HLR/AuC、IMS-HSS、EPS-HSS三合一融合设备,统一存储VoLTE用户在2/3/4G及IMS的用户数据,处理2/3/4G及IMS网络中呼叫控制网元对用户的数据访问,还通过开通接口接收并响应BOSS业务开通指令。

MGCF/IM-MGW

MGCF(Media Gateway Control Function媒体网关控制功能)用于IMS域与CS域的互通,负责完成控制面信令的互通(PSTN/CS域侧ISUP/BICC协议与CM-IMS侧SIP协议的交互和互通),并控制IM-MGW(IP Multimedia-Media Gateway媒体网关)完成用户面媒体面的互通、号码规整、号码分析和路由、放音、放音抑制、视频回落等功能。

IM-MGW(媒体网关)负责在MGCF的控制下完成VoLTE用户面IP承载与CS域承载之间的转换,提供编解码转换、承载资源管理和放音功能。

BGCF 

BGCF(Breakout Gateway Control Function出口网关控制功能)用于IMS到CS的呼叫路由,BGCF收到来自S-CSCF的呼叫请求后根据本地配置选择合适的MGCF进行转发。

DRA 

DRA(Diameter Routing Agent路由代理节点)负责LTE Diameter信令目的地址翻译和转接, 实现LTE用户的鉴权、位置更新、计费管理。

二、IMS中的接口协议简介

 

Diameter

Diameter协议包括基本协议,NAS(网络接入服务)协议,EAP(可扩展鉴别)协议,MIP(移动IP)协议,CMS(密码消息语法)协议等

RTP/RTCP

应用层承载面协议,会话建立后,RTP(Real-time Transport Protocol实时传输协议)协议保证媒体流的实时传输;RTCP(Real-time Transport Control Protocol实时传输控制协议)协议对实时传输的媒体流进行监控。

SIP简介

会话(Session):描述两个用户之间的媒体连接

会话流程:实现主叫UE和被叫UE之间的多媒体会话

会话流程中包括媒体的协商(包括媒体类型和编码方式的协商)和双方的资源预留过程。

会话初始协议(Session Initial Protocol)是一个在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议,它被用来管理创建、修改和终结一个或多个参加者参加的会话进程,与SDP、RTP/RTCP、DNS等协议配合,共同完成IMS中的会话建立及媒体协商。

终端和网络互为客户端和服务器,使用标准的基于文本的请求(Request),然后以标准的基于文本的回复来应答(Response)。

请求(客户端)

REGISTER   注册

INVITE      邀请

PRACK      提供临时确认

UPDATE     更新连接状态

ACK         对INVITE消息的最终确认

BYE         挂断电话

SUBSCRIBE  订阅事件通知

NOTIFY      通知订阅者新的事件

CANCEL     取消

应答(服务端)

1XX--临时响应。表示请求已接收,接收方正在处理。

常见的有:100Trying、183Provisional Acknowledge、180 Ringing

2 XX --成功响应。请求已成功收到、理解并被接受。

常见的有:200 OK、202Accepted、204 No Notification

3 XX --重定向响应。请求方需要采取进一步动作以完成请求。

4 XX --客户端响应错误。客户端提供了错误的语法或者无法从服务端得到响应。

常见的有:401Unatuhorized、486Busy Here、481Call transaction does not exist

5 XX --服务端响应错误。服务器无法提供合法的请求。

常见的有:500 Server Internal Error、503Service Unavailable、580Precondition Failure

6 XX --全局失败响应。请求不能再任何一个服务器上得到满足,产生该响应的服务器需要知道有关用户的确切信息。

三、SDP简介

会话描述协议SDP(Session Description Protocol)协议为应用层的控制协议,用于会话建立过程中的媒体协商。

媒体协商

主叫和被叫UE在会话的建立过程汇总需要对媒体的类型和编码方式达成一致,为此使用SDP请求和应答机制对媒体进行协商。

双方协商的媒体类型包括视频、音频、文本、聊天等。

每种媒体类型包括多种编码方式,如音频包括PCMU、G.726编码、AMR-WB(自适用多速率宽带)编码等。

双方需要协商都支持的媒体类型以及所使用的编码方式。

 

资源预留

为保证双方所协商的媒体会话可以建立,空口需要为主叫和被叫用户分配资源,在资源被成功预留之前,不能保证媒体会话可以建立

一般情况下进行SDP提供/应答的协商确定了媒体格式和编码方式后可进行资源预留。

主叫资源预留的开始和结束

主叫UE发送Invite消息后,启动资源预留过程。

主叫UE发送UPDATE请求表明资源预留成功

UPDATE请求发送的前提:

(1)主叫UE通过空口流程获知通话资源预留成功

(2)收到被叫针对PRACK的200OK响应

被叫资源预留的开始和结束

ü 被叫UE收到主叫UE的Invite消息后,返回183响应并启动资源预留过程。

ü 被叫发送UPDATE200表明资源预留成功,前提为主叫和被叫的资源预留均成功。

(1)被叫UE收到主叫的UE的UPDATE请求后得知主叫UE的资源预留成功。

(2)被叫UE通过空口流程获知通话资源预留成功。

四、被叫域选择和锚定方案

 

VoLTE用户被叫域选择流程

T-ADS(Terminating Access Domain Selection),即被叫域选择功能。

VoLTE手机既有可以在电路域使用语音业务,也可在IMS域使用语音业务,且使用同样的码号,因此存在“被叫接续网络选择”的问题,即网络如何识别被叫用户当前的驻留网络,并接续到该用户。

三融合HSS/HLR执行如下域选择过程:

若用户仅在IMS注册,则应选择IMS域

若用户尽在CS注册,则应选择CS域

若用户在IMS和CS均未注册,则应选择IMS域

若用户在IMS和CS均已注册,则应进一步判断用户在SGSN和MME的注册状态:

若有用户在SGSN的注册信息,无论用户是否在MME注册,则应选择CS域

若无用户在SGSN的注册信息,而有用户在MME的注册信息,则向MME查询用户状态和终端能力

若无用户在SGSN的注册信息,也无用户在MME的注册信息(用户在电路域关闭了所有APN),则应选择CS域

被叫锚定方案

被叫锚定是指对于被叫VoLTE用户无论处于LTE还是GSM覆盖下,均先将呼叫送至其归属省的IMS网络进行处理,此处的锚定即固定送至IMS网络的意思。

被叫锚定的原因为无论被叫VoLTE用户处于LTE覆盖还是GSM覆盖均可保持补充业务(如呼叫等待、呼叫保持、呼叫转移、号码显示、多方通话等)的一致性。在VoLTE网络中用户补充业务的处理由AS负责完成,MSC不掌握VoLTE用户被叫补充业务信息,所以即便被叫用户处于GSM覆盖下,仍然要由AS来触发和提供补充业务,需要将呼叫送至IMS网络