周泉 中國移動通信集團江蘇有限公司網絡部工程師

中創(chuàng)信測技術專欄

針對Vo LTE監(jiān)測分析的系統(tǒng)解決方案介紹（一）

周泉 中國移動通信集團江蘇有限公司網絡部工程師

編者按：隨著中國移動4G網絡覆蓋日漸完善，VoLTE網絡建設在提速，針對VoLTE監(jiān)測分析的支撐手段研究也逐漸展開。監(jiān)測和保證VoLTE網絡信令面的會話控制質量與用戶面的語音感知質量是運營商目前需要解決的重要問題。中國移動通信集團江蘇有限公司周泉所撰《針對VoLTE監(jiān)測分析的系統(tǒng)解決方案介紹》一文對VoLTE實現(xiàn)的網絡架構和技術原理進行了全面的介紹，并對由中創(chuàng)信測公司參與實驗局試點部署的VoLTE監(jiān)測系統(tǒng)及解決方案進行了介紹，有助于維護人員了解VoLTE網絡的最新維護手段。

隨著中國移動4G網絡覆蓋日漸完善，VoLTE網絡建設在提速，針對VoLTE監(jiān)測分析的支撐手段研究也逐漸展開。本文對VoLTE實現(xiàn)的網絡架構和技術原理進行了全面的介紹，其中包含各個接口涉及的業(yè)務流程和協(xié)議，并對VoLTE監(jiān)測分析的系統(tǒng)解決方案進行了介紹。

LTE VoLTE IMS 信令監(jiān)測

1 引言

隨著LTE網絡的全面建設和商用，LTE網絡的語音解決方案也在不斷優(yōu)化中，VoLTE是4G時代的最終語音解決方案。其核心思想是采用IMS作為業(yè)務控制系統(tǒng)，EPC作為語音數(shù)據(jù)的承載網，IMS負責呼叫會話控制。借助IMS核心網對用戶面、控制面、業(yè)務面的精細控制能力和All IP的網絡承載，VoLTE可以實現(xiàn)精確的語音控制，可利用PCC架構實現(xiàn)端到端的QoS保障，合理、靈活地對多媒體會話進行按不同業(yè)務、不同服務質量，進行精細化計費控制。

互聯(lián)網OTT廠商的語音產品（如SKYPE、微信等）在4G高速上網的條件下，與傳統(tǒng)的運營商語音業(yè)務形成了競爭，而OTT語音產品本身固有的平臺化、開放性、可玩性等豐富的應用功能，使其具有較強的競爭優(yōu)勢。運營商必須依靠VoLTE語音接通時間短、質量高等優(yōu)點，與OTT競爭語音產品市場。

所以，監(jiān)測和保證VoLTE網絡信令面的會話控制質量與用戶面的語音感知質量是運營商目前需要解決的重要問題。

2 LTE語音解決方案

LTE（Long Term Evolution）是新一代寬帶無線移動通信技術，LTE以優(yōu)化分組域為系統(tǒng)設計目標，LTE的網絡架構不再區(qū)分電路域和分組域，采用統(tǒng)一的分組域架構。在此系統(tǒng)架構下，LTE網絡不再支持傳統(tǒng)的電路域語音解決方案，IMS控制的VoIP業(yè)務將作為未來LTE網絡中的語音解決方案。由于目前VoIP業(yè)務的性能指標未能達到現(xiàn)有電路域語音業(yè)務的質量，而且需要全網布署IMS，因此在現(xiàn)有網絡基礎上，形成了雙待機終端、CSFB和VoLTE 3種不同的語音解決方案。

（1）雙待機終端語音解決方案

所謂雙待機終端就是同時在2G/3G網絡和LTE網絡下待機，并且可以同時從2G/3G網絡和LTE網絡接收、發(fā)送信號。撥打電話時，雙待機終端自動選擇在2G/3G模式下進行語音通話；而LTE網絡僅用于數(shù)據(jù)業(yè)務。

雙待機終端語音解決方案的優(yōu)點是撥打或接聽電話與使用數(shù)據(jù)業(yè)務互不干擾，可以同時進行。但同時這也帶來了它的缺點，那就是為了保證業(yè)務在不同網絡模式下順利進行，需要兩個芯片（一個2G/3G芯片和一個LTE芯片）來實現(xiàn)，這時終端的耗電量以及輻射都較大。

（2）CSFB語音解決方案

CSFB方案的主要思想是，終端開機附著在LTE網絡下，當用戶進行語音業(yè)務時，從LTE網絡回落到2G/ 3G的電路域重新接入，并按照電路域的業(yè)務流程發(fā)起或接聽語音業(yè)務?；芈涞姆绞绞轻尫臠TE側的無線鏈接，并且在釋放消息中攜帶重定向字段，指出終端重新接入的制式和頻點，稱為重定位。重定位方式的優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，對原有網絡的改造量?。蝗秉c是延遲相對較大。

為實現(xiàn)CSFB方案，需要在MME和2G/3G網絡的MSC設備之間建立SGs接口。SGs接口在CSFB技術中起著橋梁作用，能夠將兩個不同的系統(tǒng)聯(lián)系起來，實現(xiàn)用戶在不同系統(tǒng)間的語音業(yè)務連續(xù)。CSFB的主要缺點是并未從本質上解決LTE提供語音業(yè)務的問題，而且每當用戶需要語音業(yè)務時，用戶在LTE網絡下的業(yè)務都需要中斷、切換或掛起，從而影響用戶的體驗。

AECOPD患者因氣流受限易產生酸中毒和紅細胞代償性增加導致血小板聚集，病人出現(xiàn)血液流變學異常和血液高凝狀態(tài)[19]，從而引起心衰或死亡。本研究AECOPD生存組患者血凝血因子D-二聚體、血漿粘度、全血粘度低、高切與死亡組患者均有顯著的統(tǒng)計學差異，患者病情與這些凝血因子呈正相關。D-二聚體是交聯(lián)纖維蛋白原特異性降解物，其水平升高表示體內呈高凝狀態(tài)和繼發(fā)性纖溶亢進，凝血酶活性增強，對AECOPD病情進展有很高的診斷價值[20]。AECOPD生存組患者血漿粘度、全血粘度低、高切均與死亡病人有統(tǒng)計學差異，其與病情具有一定的相關性。

（3）VoLTE語音解決方案

隨著LTE網絡的發(fā)展以及基站的建設，當LTE網絡達到全覆蓋時，VoLTE是4G時代的最終語音解決方案。

IMS網絡可以配合LTE和EPC承載網實現(xiàn)基于分組域的端到端的語音、視頻通信業(yè)務。通過IMS系統(tǒng)的控制，VoLTE解決方案可以提供和電路域性能相當?shù)恼Z音業(yè)務及其補充業(yè)務，包括號碼顯示、呼叫轉移、呼叫等待、會議電話等。

VoLTE是全IP條件下端到端的語音解決方案，涉及終端、無線、LTE、IMS、CS各技術域，旨在替代電路域話音。作為LTE網絡最終的語音解決方案，VoLTE有其特有的優(yōu)勢，下面將對其做詳細介紹。

3 VoLTE技術原理

3.1 VoLTE網絡架構

VoLTE方案基于3GPP的IMS規(guī)范，已經被業(yè)界公認為解決LTE網絡中話音服務的主要方案。VoLTE方案的網絡架構如圖1所示。其中，PCRF（Policy Control Rule Function）實現(xiàn)業(yè)務策略控制功能，P/I/ S-CSCF（Call Session Control Function）實現(xiàn)IMS呼叫會話控制功能，P-CSCF負責接收請求并向后傳遞，I-CSCF負責接收來自網絡內部的任何指向寄存器的連接，S-CSCF負責處理注冊、路由、維持承載、向HSS下載用戶信息和服務配置。

VoLTE的通話規(guī)則是在IMS網絡控制下，有LTE網絡覆蓋時，由LTE網絡做語音承載；當無LTE網絡覆蓋時，會話切換到2G/3G網絡下，以保證會話的連續(xù)性。所以，VoLTE的難點在于LTE網絡與2G/3G網絡切換流程相對復雜，是核心網電路域與IMS之間的切換，涉及IMS、電路域和LTE核心網之間的互操作。

為了實現(xiàn)LTE網絡與2G/3G網絡的互通，提出了SRVCC（正向業(yè)務連續(xù)性）方案，該方案主要是為了解決單射頻UE在LTE/Pre-LTE和2G/3G CS網絡之間移動時，如何保證語音呼叫連續(xù)性的問題，即保證單射頻UE在IMS控制的VoIP和CS域語音之間的平滑切換。SRVCC的網絡架構如圖2所示。

可見，在SRVCC網絡中，MSC Server和MME之間提供Sv接口支持SRVCC切換處理，MME需要兼顧語音的SRVCC切換和非語音的PS切換處理。該方案的切換流程是：

圖1 VoLTE網絡架構

圖2 SRVCC網絡架構圖

●過程1：本端向IMS發(fā)起的會話切換，包括本端與遠端進行的媒體切換——媒體路徑：MGW→IP網絡→遠端網絡（包括了遠端的MGW-UE）。

●過程2：MSC向CS域內部發(fā)起承載建立過程以及UE從LTE側切換到目標接入網（Radio切換）。Radio之間的切換很快，但是在切換前，需要將CS側的網絡側通道建立好，最好將遠端更新好。

這一復雜的過程決定其切換時延超過了300ms，所以在此基礎上提出了優(yōu)化方案——eSRVCC。

如圖3所示，eSRVCC網絡中新增了信令錨定點ATCF和媒體錨定點ATGW網元。當發(fā)生SRVCC切換時，ATCF控制ATGW將媒體面切換到MGW上，其余媒體面保持不變。這種通過在拜訪地增加錨定節(jié)點縮短媒體更新路徑的方法，實現(xiàn)了不超過300ms的切換性能。

圖3 eRVCC網絡架構圖

圖4 Vo IP話音業(yè)務流程

3.3 VoLTE業(yè)務流程

在LTE覆蓋范圍內，VoLTE發(fā)生話音業(yè)務的流程主要分為LTE終端開機附著、VoLTE呼叫建立、VoLTE呼叫釋放3個過程。首先，通過UE與eNode B的無線連接建立、EPC注冊/缺省承載建立/VoLTE支持發(fā)現(xiàn)，完成IMS的注冊及用戶鑒權；然后，建立UE與AS間的IMSVoIP會話，建立EPS專用承載，并開始VoIP話音會話；最后，在呼叫結束后，進行IMSVoIP會話和專用承載的釋放。

VoLTE業(yè)務遵循IMS的話音業(yè)務流程，包含漫游和非漫游場景下的起呼、被叫等。端到端的VoLTE呼叫流程如圖4所示。

（1）LTE網絡附著：在LTE網絡下附著，UE建立信令承載（UE中配置IMSAPN）。

（2）IMS注冊：UE根據(jù)PS附著流程中獲取的P-CSCF地址向IMS網絡注冊；IMS網絡對UE進行鑒權，UE完成注冊，網絡保存用戶的聯(lián)系地址，用于后續(xù)的來話尋址。

（3）MO流程：用戶撥打被叫號碼，觸發(fā)UE通過認證后的連接向IMS發(fā)起主叫流程；P/S-CSCF將呼叫路由到MMTelAS處理，業(yè)務處理結束后返回到S-CSCF。

（4）MT流程：主叫S-CSCF尋址到被叫S-CSCF；被叫S-CSCF根據(jù)簽約情況觸發(fā)被叫的服務MMTelAS，進行業(yè)務處理；完成后返回給S-CSCF，S-CSCF經由P-CSCF根據(jù)注冊保存的UEcontact地址找到被叫UE；UE完成呼叫接續(xù)。

當通話超出LTE網絡覆蓋時，將發(fā)生eSRVCC切換。切換過程為：

（1）UE在LTE網絡中Attach時，將UE支持的eSRVCC能力告知LTE-HSS，建立默認承載后，向IMS發(fā)起注冊，告知IMS-HSSUE的eSRVCC能力，兩個HSS可以合設。HSS將用戶的eSRVCC相關能力的用戶參數(shù)信息送給MME。

（2）當UE在VoLTE會話過程中移動到弱LTE覆蓋時，MME通知MSC切換，ATCF將信令切換到MSC，控制ATGW切換媒體到MGW，同時ATCFIMS保持用戶會話在線，會話結束后，UE恢復LTE數(shù)據(jù)承載。

eSRVCC具體切換業(yè)務流程如圖5所示，切換信令流程如圖6所示。

圖5 eSRVCC切換業(yè)務流程

圖6 eSRVCC切換信令流程

（未完待續(xù)）