劉國平，尼松濤，尹翔宇（.中國聯(lián)通重慶分公司，重慶40004；.中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司，河南鄭州450007；.愛立信（中國）通信有限公司，北京000）

1 VoLTE 語音業(yè)務(wù)需求背景

目前LTE 網(wǎng)絡(luò)已成為國內(nèi)外運營商主要運營網(wǎng)絡(luò)，但LTE 網(wǎng)絡(luò)從標(biāo)準(zhǔn)本身來講是天然的全IP 網(wǎng)絡(luò)，不再有傳統(tǒng)的電路域（CS域），這也就導(dǎo)致從業(yè)務(wù)能力提供上不再提供傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)，為了保持業(yè)務(wù)的延續(xù)性和一致性，必然面臨著LTE 用戶的語音業(yè)務(wù)如何發(fā)展問題：是繼續(xù)沿用現(xiàn)有的2G/3G 網(wǎng)絡(luò)為用戶提供語音業(yè)務(wù)，還是基于LTE 網(wǎng)絡(luò)為用戶提供全新的業(yè)務(wù)解決方案。

當(dāng)前，LTE語音業(yè)務(wù)主要有以下3種解決方案。

a）CSFB 方案：在3GPP R8 階段提出，終端優(yōu)選LTE 網(wǎng)絡(luò)駐留，LTE 只提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。當(dāng)用戶使用語音業(yè)務(wù)時，需要回落到原有2G/3G網(wǎng)絡(luò)。

b）雙待機方案：終端同時駐留在2G/3G 和LTE 網(wǎng)絡(luò)中。傳統(tǒng)的電路域提供語音業(yè)務(wù)，LTE 網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)和語音可以同時并發(fā)。

c）VoLTE/SRVCC 方案：在3GPP R8階段提出，提供基于IMS 的VoLTE 語音業(yè)務(wù)。在LTE 部署初期，還要考慮到LTE 無線覆蓋的不完善性，當(dāng)終端移動到LTE 未覆蓋的場景時，需要切換到2G/3G 網(wǎng)絡(luò)來保持語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

對于上述3類LTE語音解決方案，CSFB方案從本質(zhì)上，仍依賴于現(xiàn)有2G/3G 網(wǎng)絡(luò)為LTE 用戶提供語音業(yè)務(wù)，并且由于回落流程增加了語音業(yè)務(wù)接續(xù)時延，但終端支持較好且網(wǎng)絡(luò)改造量小，可作為LTE 部署初期的過渡方案；雙待機方案為純終端側(cè)解決方案，需要定制終端，并且對手機芯片、電池續(xù)航力都有較高要求，運營商不掌握技術(shù)主動權(quán)；VoLTE 解決方案是LTE 運營商提供語音業(yè)務(wù)的目標(biāo)方案，并且可充分發(fā)揮LTE及IMS 網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢，為用戶提供高質(zhì)量和更豐富語音業(yè)務(wù)體驗。

表1 是基于某運營商測試數(shù)據(jù)，對VoLTE 語音業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)2G/3G 語音業(yè)務(wù)實現(xiàn)進行了對比?？梢钥闯?，相對于2G/3G網(wǎng)絡(luò)，VoLTE語音將接續(xù)時延縮短至1/10，視頻質(zhì)量提升至10 倍，語音質(zhì)量提升至2 倍，頻譜利用效率提升至3倍。并且用戶通信體驗將由現(xiàn)在的窄帶語音和文字短信過渡到VoLTE 階段高清語音/視頻、多媒體消息。

表1 VoLTE語音和2G/3G語音對比

從上面分析可以看出，VoLTE 技術(shù)天然融合了LTE 網(wǎng)絡(luò)及IMS 先進技術(shù)，尤其是當(dāng)前面臨互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)語音業(yè)務(wù)擠壓以及豐富的業(yè)務(wù)類型沖擊的情況下，現(xiàn)有傳統(tǒng)運營商已將VoLTE 作為未來LTE 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下語音業(yè)務(wù)提供的目標(biāo)方案，而部署初期，需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀以及VoLTE自身技術(shù)特點，為現(xiàn)網(wǎng)語音業(yè)務(wù)向LTE網(wǎng)絡(luò)演進規(guī)劃合理網(wǎng)絡(luò)部署方案。

2 VoLTE 整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

VoLTE 業(yè)務(wù)涉及無線網(wǎng)、核心網(wǎng)多個域間網(wǎng)元配合，包括電路域、分組域、IMS域以及業(yè)務(wù)網(wǎng)元層面。

在VoLTE 網(wǎng)絡(luò)解決方案中，除了接入側(cè)主要由EPS系統(tǒng)提供承載，核心側(cè)由IMS系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)控制，還需要由PCC架構(gòu)實現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)QoS控制以及計費策略的控制，另外與現(xiàn)網(wǎng)電路域需要通過MME 與MSC Server 之間的接口來滿足業(yè)務(wù)的連續(xù)性需求，具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 VoLTE整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

各設(shè)備及網(wǎng)元的主要功能如下：

a）IMS 域設(shè)備網(wǎng)元主要完成呼叫控制、業(yè)務(wù)連續(xù)性及域選擇等功能。其中P/I/S-CSCF 支持鑒權(quán)、信令安全性保護、信令壓縮；MMTel-AS支持多媒體電話及補充業(yè)務(wù)，包括：號碼顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、會議電話等；引入ATCF/ATGW 功能，新增SCC-AS 以支持eSRVCC完成語音呼叫連續(xù)控制、接入/業(yè)務(wù)域選擇。

b）PS 域主要包括MME、S-GW、P-GW、HSS 等網(wǎng)元，EPS 網(wǎng)絡(luò)配合IMS 系統(tǒng)完成P-CSCF 發(fā)現(xiàn)、初始附著的信令默認承載建立、語音及視頻等業(yè)務(wù)專有承載的建立等。通常采用專門的IMS APN 來提供語音業(yè)務(wù)，信令承載采用QCI=5 的默認承載，語音承載采用QCI=1的專用承載。

c）CS 域中MSC 升級支持SRVCC 功能，通過與MME 之間的Sv 接口實現(xiàn)VoLTE 語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性，滿足通話過程中移出LTE覆蓋區(qū)平滑切換到2G/3G網(wǎng)絡(luò)的基本需求。

d）用戶數(shù)據(jù)域由現(xiàn)網(wǎng)EPC-HSS/HLR設(shè)備改造為HLR/EPC-HSS/IMS-HSS 三網(wǎng)融合設(shè)備，并支持非可信WLAN 接入用戶與鑒權(quán)信息存儲，及同一UE 同時從2個接入網(wǎng)注冊，在簽約數(shù)據(jù)發(fā)送變化時，向2個接入網(wǎng)推送更新簽約數(shù)據(jù)，包括APN和PGW的更新。

e）業(yè)務(wù)提供域提供VoLTE語音業(yè)務(wù)能力，繼承現(xiàn)有重要的增值/智能業(yè)務(wù)，主要包括MMTeL AS、MRFP、IM-SSF、SCC AS等網(wǎng)元。

f）PCC主要聯(lián)合P-CSCF（AF功能點）以及GGSN/P-GW（PCEF 功能點）完成策略控制決策和基于流進行計費控制的功能。

3 VoLTE 在現(xiàn)網(wǎng)部署關(guān)鍵問題

3.1 C S 域部署關(guān)鍵問題

VoLTE 部署初期因LTE 覆蓋問題需利用eSRVCC技術(shù)保證語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性，而實現(xiàn)eSRVCC 主要靠CS 域引入eMSC（包括eMSC Server 和eMGW）設(shè)備。eMSC 的作用為當(dāng)終端從LTE 網(wǎng)絡(luò)向2G/3G 網(wǎng)絡(luò)移動時，用來保證呼叫的連續(xù)性。即收到終端發(fā)起的位置變更請求后，根據(jù)請求消息中攜帶的目標(biāo)小區(qū)號，將用戶的接入位置由MME切換為目標(biāo)MSC Server。

整體上，eMSC建設(shè)方案可分為新建及現(xiàn)網(wǎng)升級2種方式，而根據(jù)基于目前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及Sv接口是否與SGs 接口合設(shè)的情況，eMSC 部署方式可細分為4種（見圖2），4種方案對比如表2所示。

圖2 eMSC部署方案

表2 eMSC建設(shè)方式對比

eSRVCC 切換場景與LTE 覆蓋相關(guān)，隨著LTE 覆蓋變好，eSRVCC 場景將逐步減少，也意味著對eMSC需求逐步減少，因此從投資有效性角度來看，方案一全部升級方案不可取。如果運營商現(xiàn)網(wǎng)端局或者關(guān)口局、MGCF 支持升級兼作eMSC，可以優(yōu)先考慮采用方案四關(guān)口局升級方案。對于現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元不支持升級改造的，可采用方案三新建方式。

3.2 PS 域部署關(guān)鍵問題

EPC 核心網(wǎng)關(guān)鍵功能節(jié)點包括MME 和S/P-GW，需要支持VoLTE相關(guān)功能。比如，需要為VoLTE用戶的IMS APN 請求分配IPv4 或IPv6 地址，部署P-CSCF發(fā)現(xiàn)及路由業(yè)務(wù)請求到IMS核心網(wǎng)，通過Gx接口執(zhí)行PCRF策略建立滿足業(yè)務(wù)QoS需求的EPC及空口承載，通過MME 與SRVCC-IWF 間的Sv 接口發(fā)起到CS 電路域的語音連續(xù)性請求等。APN 配置涉及終端、MME、P-GW 上的APN 配置，是EPC 核心網(wǎng)部署需要考慮的一個關(guān)鍵問題。

VoLTE業(yè)務(wù)和Internet業(yè)務(wù)可以共用APN，也可以使用獨立APN，兩大類業(yè)務(wù)使用不同的IP地址。共用APN方案部署簡單，但語音等電信業(yè)務(wù)容易受到Inter?net數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的影響。另外，語音業(yè)務(wù)一般基于通話時長進行計費，而Internet 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)基于流量計費，共用APN 方案需要根據(jù)IMS 費用識別碼（ICID——IMS Charging Identifier）剔除相關(guān)語音通話流量，計費支撐系統(tǒng)適配處理更復(fù)雜。而獨立APN 方案則沒有這個問題，根據(jù)APN 計費即可，因此一般建議采用獨立APN部署VoLTE業(yè)務(wù)。

3.3 IM S 域部署關(guān)鍵問題

IMS 支持豐富的接入類型和多媒體業(yè)務(wù)，早已被3GPP、GSMA 確定為移動語音向全IP 演進的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。對于已經(jīng)部署有IMS 的運營商，特別是前期以固網(wǎng)改造為驅(qū)動力建設(shè)IMS 的運營商，隨著VoLTE 新業(yè)務(wù)的引入，面對LTE 語音/短信這些新業(yè)務(wù)的需求，也需要考慮如何充分利用現(xiàn)網(wǎng)IMS 網(wǎng)絡(luò)資源，保證目前IMS大網(wǎng)建設(shè)的延續(xù)性，既滿足未來網(wǎng)絡(luò)演進的需求，又能夠保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運營，需要考慮如何盡可能發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的最大化效用，節(jié)省建設(shè)成本。

VoLTE階段IMS設(shè)備包括2類：

a）與固網(wǎng)相同的網(wǎng)元：S/E-CSCF/BGCF、I-CSCF、P-CSCF、HSS、MGCF、MMTEL AS、MRFC/MRFP、IMSSF、CCF、業(yè)務(wù)開通設(shè)備、OMC、ENUM/DNS、SBC、其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，局域網(wǎng)交換機、防火墻、CE路由器等。

b）新引入的網(wǎng)元：VoLTE-AS（包含MMTEL-AS、SCC AS、錨定SCP 以及IM-SSF 等功能）、VoLTE-SBC（包括SBC、P-CSCF、ATCF/ATGW等功能）、Ut服務(wù)器、IP-SM-GW、PCRF/SPR，另外還需要部署IBCF/TrGW等。

對于不同網(wǎng)元需要新建，而對于相同網(wǎng)元，移動網(wǎng)和固網(wǎng)在功能上又略有不同，是否合設(shè)有待進一步商榷。下面基于設(shè)備的技術(shù)特點，對固網(wǎng)/移動網(wǎng)IMS核心網(wǎng)元是否合設(shè)進行分析。

a）S-CSCF：根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展，未來可能產(chǎn)生多終端用戶，其各種標(biāo)識應(yīng)注冊在一個S-CSCF，統(tǒng)一保存用戶狀態(tài)，因此建議S-CSCF合設(shè)。

b）I-CSCF：建議合設(shè)，各省固網(wǎng)/移動網(wǎng)對外只有一個統(tǒng)一的I-CSCF域名，在各省ENUM/DNS上配置對應(yīng)省的I-CSCF 的IP 地址，這個IP 地址可以是負荷分擔(dān)的。如果分設(shè)，可能需要移動網(wǎng)、固網(wǎng)分別有一個入口。

c）HSS：為保證LTE 用戶“不換卡、不換號”使用VoLTE 業(yè)務(wù)，需對現(xiàn)網(wǎng)2G/3G/LTE 三網(wǎng)融合HSS/HLR全部升級改造支持IMS HSS功能。對不支持三網(wǎng)融合的HLR 設(shè)備進行替換。因此對于未建固網(wǎng)IMS 的運營商要求直接升級現(xiàn)有移動網(wǎng)EPC HSS 支持2G/3G/LTE/IMS 固網(wǎng)/移動網(wǎng)融合，而已建固網(wǎng)IMS的運營商，依然要求升級現(xiàn)有移動網(wǎng)EPC HSS 支持2G/3G/LTE/IMS 固網(wǎng)/移動網(wǎng)融合。

d）MGCF/IM-MGW：用于IMS 網(wǎng)絡(luò)與CS 網(wǎng)絡(luò)互通，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)關(guān)口局等連接關(guān)系，建議固網(wǎng)/移動網(wǎng)MGCF 合設(shè)，這樣不區(qū)分移動/固定，對其他運營商出口統(tǒng)一。

e）ENUM/DNS：如果固網(wǎng)/移動網(wǎng)設(shè)備不融合，那么固網(wǎng)/移動網(wǎng)互通的時候需要固網(wǎng)/移動網(wǎng)ENUM/DNS 互通，所有互通呼叫增加移動網(wǎng)ENUM/DNS 到固網(wǎng)ENUM/DNS的跳數(shù)。因此建議固網(wǎng)/移動網(wǎng)融合，擴容、升級各省原固網(wǎng)主大區(qū)ENUM/DNS支持固網(wǎng)/移動網(wǎng)融合。

3.4 業(yè)務(wù)域部署關(guān)鍵問題

業(yè)務(wù)層面的部署需要考慮2 個問題，第一個是如何保障VoLTE用戶在2G/3G網(wǎng)絡(luò)以及LTE網(wǎng)絡(luò)下的基本語音與補充業(yè)務(wù)體驗的一致性問題，第二個是現(xiàn)有2G/3G 智能網(wǎng)業(yè)務(wù)如何遷移至LTE，為VoLTE 用戶提供類似VPMN、400等增值業(yè)務(wù)服務(wù)。

為提供VoLTE 語音業(yè)務(wù)能力，同時根據(jù)現(xiàn)有補充業(yè)務(wù)、增值業(yè)務(wù)、智能業(yè)務(wù)在VoLTE下的繼承需求，需以省為單位新建VoLTE AS。新建VoLTE AS主要包括MMTel AS、MRFP等，其中MMTEL AS提供多媒體電話基本業(yè)務(wù)及補充業(yè)務(wù)，并同時集成MRFC功能，用于控制MRFP 功能，實現(xiàn)放音收號、語音會議、標(biāo)清視頻會議等功能。MRFP 提供放音收號資源、語音會議資源。而對現(xiàn)有業(yè)務(wù)的繼承目前存在2 種方案：SCP 通過IM-SSF互聯(lián)方案和SCP升級為AS方案。

方案一：IM-SSF互聯(lián)方案。本方案主要通過IMSSF 進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，現(xiàn)網(wǎng)SCP 無需支持SIP 協(xié)議，但現(xiàn)網(wǎng)SCP 仍需大量配合改造，具體組網(wǎng)如圖3 所示。本方案特點如下：

a）新增網(wǎng)元IM-SSF 與IMS 互聯(lián)，兼有智能外設(shè)（IP），提供放音功能。

b）全網(wǎng)SCP的改造，主要包括基于LTE位置信息的改造、基于LTE視頻通話特性的改造、基于HSS接口修改的適配改造。

方案二：SCP 升級為AS 方案。本方案中由現(xiàn)網(wǎng)SCP升級支持AS，支持CAP/SIP協(xié)議，繼承現(xiàn)有智能網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗，同時新增VoLTE AS，提供SCC/基礎(chǔ)業(yè)務(wù)/錨定功能，具體如圖4所示。本方案主要特點如下：

圖4 SCP升級為AS方案組網(wǎng)示意圖

a）新建VoLTE AS，提供SCC/基礎(chǔ)補充業(yè)務(wù)/錨定特性。

b）現(xiàn)網(wǎng)HLR升級為三網(wǎng)融合HSS，提供2G/3G用戶CSI簽約信息、提供LTE用戶iFC簽約信息。

c）SCP升級改造，支持SIP-ISC接口、Sh接口。

d）計費改造，支持VoLTE AS 與SCP AS 話單的挑單功能。

2種方案的對比如表3所示。

基于上述2 種方案的對比分析，建議優(yōu)選SCP 升級支持AS 方案進行補充業(yè)務(wù)、增值業(yè)務(wù)、智能業(yè)務(wù)在VoLTE下的繼承。

3.5 信令域部署關(guān)鍵問題

表3 現(xiàn)有智能網(wǎng)業(yè)務(wù)2種繼承方案對比

VoLTE 引入后，設(shè)備之間的通信將大量采用Di?ameter 信令，原有以No.7 信令為基礎(chǔ)的No.7 信令網(wǎng)無法完成Diameter 信令疏導(dǎo)。如何部署Diameter 信令網(wǎng)，保證網(wǎng)絡(luò)的可擴展性和易維護性成為運營商網(wǎng)絡(luò)演進過程中的一個關(guān)鍵問題。

Diameter信令網(wǎng)的架構(gòu)可以分為單級網(wǎng)絡(luò)和兩級網(wǎng)絡(luò)。單級網(wǎng)絡(luò)指DRA 采用一級架構(gòu)；兩級網(wǎng)絡(luò)指DRA 采用兩級架構(gòu)，其中一級H-DRA 類似目前的高級信令轉(zhuǎn)接點（H-STP），二級L-DRA類似于低級信令轉(zhuǎn)接點（L-STP）。

在單級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，將Diameter 網(wǎng)絡(luò)分為多個區(qū)域。

a）同一個區(qū)域內(nèi)的客戶端和服務(wù)器之間都通過區(qū)域內(nèi)的DRA網(wǎng)元進行通信。

b）各區(qū)域的DRA 之間網(wǎng)狀連接，形成一個Diam?eter信令路由網(wǎng)絡(luò)。

c）不同區(qū)域間的客戶端和服務(wù)器之間通過Diam?eter信令路由網(wǎng)絡(luò)進行通信。

在兩級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，將Diameter 網(wǎng)絡(luò)分為多個區(qū)域。

a）同一個區(qū)域內(nèi)的客戶端和服務(wù)器之間都通過區(qū)域內(nèi)的L-DRA網(wǎng)元進行通信。

b）各區(qū)域的高級DRA（H-DRA）之間網(wǎng)狀連接、區(qū)域內(nèi)的低級DRA（L-DRA）連接H-DRA，形成一個Diameter信令路由網(wǎng)絡(luò)。

c）不同區(qū)域間的客戶端和服務(wù)器之間通過Diam?eter信令路由網(wǎng)絡(luò)進行通信。

d）出于容災(zāi)和負荷分擔(dān)的考慮，區(qū)域內(nèi)的HDRA和L-DRA至少為成對設(shè)置。

2種方式對比如表4所示。

表4 2種DRA信令網(wǎng)組網(wǎng)方式對比

通過以上2 種方案的對比可以看出，在實際組網(wǎng)時，不同運營商可根據(jù)自身網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小、運行維護的管理組織特點綜合考慮，選擇適合自己的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。同一個運營商，在不同時期的架構(gòu)也可以不同，比如初期采用單級網(wǎng)絡(luò)，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大在需要的區(qū)域內(nèi)添加L-DRA變成兩級架構(gòu)。

4 結(jié)束語

隨著微信、Skype 等各類互聯(lián)網(wǎng)OTT 應(yīng)用的發(fā)展，傳統(tǒng)的2G/3G語音已經(jīng)無法對抗豐富的OTT應(yīng)用的蠶食，嚴重威脅到傳統(tǒng)運營商在信息產(chǎn)業(yè)界的地位，而VoLTE 語音應(yīng)用給運營商帶來了希望，因為VoLTE 可提供更快的連接速度和更高的通話質(zhì)量，且VoLTE是純IP化的語音解決方案，語音業(yè)務(wù)不再影響用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的使用，用戶通過VoLTE進行高清視頻通話的同時還能在線瀏覽網(wǎng)頁、查看郵件等，從目前技術(shù)發(fā)展態(tài)勢來看，VoLTE是運營商互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型關(guān)鍵一步。

對現(xiàn)有運營商而言，VoLTE 部署涉及IMS、CS、Di?ameter 信令網(wǎng)、EPC、PCC、用戶數(shù)據(jù)、2G/3G/LTE 無線網(wǎng)、重要業(yè)務(wù)平臺等多域、多系統(tǒng)的新建及改造，VoLTE 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與市場運營將面臨諸多方面的挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)前期的方案規(guī)劃工作尤其重要，運營商需要充分考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源情況，并對比分析各個環(huán)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)實施方案，從而降低建設(shè)和運維成本，縮短部署時間，建設(shè)出一張精品網(wǎng)絡(luò)，重構(gòu)運營商核心競爭力。

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［14］3GPP TS 32.260 Telecommunication management；Charging manage?ment；IP Multimedia Subsystem（IMS）charging［S/OL］.［2015-05-26］.ftp://ftp.3gpp.org/Specs/.

［15］ETSI TS 182 006 IP Multimedia Subsystem（IMS）；Stage 2 descrip?tion［S/OL］. ［2015- 05- 26］. http：//www.etsi.org/deliver/etsi_ts/182000_182099/182006/02.01.01_60/ts_182006v020101p.pdf.