1、LTE 语音业务的几种解决方案 一 VoLTE(Voice over LTE)LTE 承载语音 定义: 随着移动宽带网络的演进,移动语音正在从软交换向移动宽 带语音的方向发展。无线侧从 GSM/CDMA/UMTS演进到 LTE,核 心网从 CS向 IMS演进。目前比较普遍采用的是基于 IMS的 VoLTE的 移动宽带语音方案,即语音和数据业务 都通过 PS域进行传输,华为 也采用该方法 。 原理: 基础 VoLTE语音业务的组网在 LTE-EPC的组网基础上,引入 IMS网络, IMS网络的主要目的是实现通话建立、号码分析、通话拆 线等信令处理功能,语音数据承载在 EPC网络上。 VoLTE基
2、础语音 业务组网图如图 1所示。 VoLTE 基础语音业务的网络结构图 基本语音呼叫建立过程如下描述: UE拨号发起呼叫,通过缺省承载与 IMS网关交互 SIP信令, 完成号码分析、被叫信令建立等动作。 通话建立之后, PGW根据 PCRF下发的策略发起专有承载 建立过程。 用户语音数据通过专有承载进行传输。 用户通话结束后, UE发出拆线请求,通过缺省承载与 IMS网关交互 SIP信令,完成拆线、资源释放等动作。 1.2 基于 VoLTE 的优先语音服务 定义 : 基于 VoLTE的优先语音服务是允许特定签约者或者其他被授权者在网 络拥塞或者紧急状况下时优先获取网络资源,从而及时完成救助、调
3、度管 理等工作。特定签约者可以是政府授权的个人、紧急事务处理官员或者其 它授权者,在标准中称这类有优先接入权限的人为服务用户 (Service User)。 基于 VoLTE的优先语音服务业务包括 EPS-MPS和 IMS-MPS两种业务 (移动定位 服务)。 原理 : MPS业务是在网络拥塞情况下给某类服务用户一个更高的优先级来使 用系统资源。该业务可以提供 E2E的优先级处理。 基于 VoLTE的优先语音服务特性组网图 基于 VoLTE的优先语音服务特性涉及网元功能介绍 基于 VoLTE的优 先语音服务特性在基本接入流程中,对四个 接入过程中做了优先级的特殊处理,保证基于 VoLTE的优先
4、 语音服务用户能够高优先级的使用网络,按照流程顺序分别 为: MME高优先级创建用户会话 P-GW高优先级创建承载 IMS高优先级接入用户 MME高优先级寻呼 UE 基于 VoLTE的优先语音服务与普通流程的区别: 1) MME高优先级创建用户会话 1、 UE的在发起业务请求时,在消息中携带 高优先级 指示。 2、 eNodeB根据 UE携带的 Access Class在 initial UE message中的 RRC establishment cause中设定 HighPriorityAccess。 3、用户在 HSS签约基于 VoLTE的优先语音服务业务, HSS在 UE接 入时将基于
5、 VoLTE的优先语音服务业务标识下发给 MME。 4、 MME根据 HighPriorityAccess原因值和 HSS下发的签约信息判断 是否允许该 UE进行高优先接入。若没有 MPS EPS Priority签约,则 将该 UE作为普通用户处理。 2) P-GW高优先级创建承载 1、 SPR检测到用户的基于 VoLTE的优先语音服务签约数据 ( MPS业务相关的优先级 )发生变化时在 Sp接口将 MPS相关的 签约数据下发给 PCRF。 2、 PCRF将 SPR下发的 UE 基于 VoLTE的优先语音服务签约数据 ( ARP和 QCI)下发给 P-GW。 3、 P-GW根据 PCRF下发
6、的 ARP和 QCI创建承载。 3) IMS高优先级接入用户 1、用户在 IMS-HSS中签约基于 VoLTE的优先语音服务业务。 2、在 UE接入 IMS过程中, IMS-HSS将用户的签约数据下发 给 CSCF。 3、 CSCF将 IMS-HSS下发的签约数据通过 Rx接口提供 MPS业 务请求给 PCRF。 4、 PCRF将 CSCF下发的 UE 基于 VoLTE的优先语音服务签约数 据( ARP和 QCI)下发给 P-GW。 5、 P-GW根据 PCRF下发的 ARP和 QCI创建承载。 4) MME高优先级寻呼 UE 1、 S-GW在 Downlink Data Notificati
7、on、 Create Bearer Request、 Update Bearer Request中携带 ARP信息给 MME。 2、 MME根据 SET MPSARP命令的“ PRILVL” 参数值,与 S-GW下发的 ARP值比较,判断 S-GW下发的 ARP是否小于等于配置的 ARP值。 如果是,在 paging消息中增加 Paging Priority, Paging Priority的值根据 S-GW下发的 ARP来设定。 如果不是,按普通业务处理。 3、 eNodeB根据 MME下发的 Paging Priority信息进行高优先寻呼。 二 CSFB ( Circuit Switch
8、ed Fallback in Evolved Packet System) 背景: 随着无线数据业务需求的增长和 LTE商用条件的成熟,运营商在现有GERAN/UTRAN网络的基础上,将逐步引入 LTE网络满足人们快速增长的无线数 据业务需求,但如何同时为用户提供语音服务,也成为运营商引入 LTE前不得 不面对的问题。 3GPP TS23.272 V8.5.0 提供了一种 电路域回落 的机制,保证 用 户 同时注册在 EPS网络 和 传统的电路域网络 ,在用户发起语音业务时,由 EPS网络指示用户回落到目标电路域网络之后,再发起语音呼叫 。用户的短消 息通过 EPS网络和传统的电路域网络之间传
9、递来实现,不必回落到目标电路域 网络,该短消息解决方案就是 SMS over SGs 2.1 短消息的实现 定义 : 基于 SGs接口实现短消息,即将用户的短消息在 EPS网 络和传统 的电路域网络之间传递来提供短消息业务, 不必回 落到目标电路域网络 。 实现原理: 短消息业务原理图 当有短消息业务进行时, MME作为中间转发节点完 成 UE和 MSC消息的转发,协助 UE和 MSC完成短消息功能。 短消息功能 和 语音功能 的 主要区别 在于,短消息功能不需要 将 UE回落到GERAN/UTRAN网络,直接利用 E-UTRAN网络为 UE提供 短消息业务。 电路域移动性管理: 为了基于 S
10、Gs接口实现短消息业务, MME需 要辅助 MSC完成电路域的移动性管理,具体内容如下: UE通过 EPS网络注册电路域业 务; UE通过 EPS网络完成电路域位置变更通知; MSC通过 EPS网络对 UE进行电路域寻呼; UE通过 EPS网络注销电路域业务; 2.2 基于 CSFB 的语音业务 定义: 基于 CSFB( Circuit Switched Fallback)的语音业务,是一 种在不引入 IMS( IP Multimedia Subsystem)的情况下,利用现 有的 GU( GERAN /UMTS)网络实现语音通话的一种语音解决方 案。该方案在用户发起语音业务时,由 EPS(
11、Evolved Packet System)网络指示用户回落到 目标电路域网络之后,再发起语 音呼叫。 CSFB网络架构图 CS Fallback是通过重用 Gs接口的方法来实现的,即 MME( Mobility Management Entity)和 MSC( Mobile Switching Center)之间存在一个类似现有 SGSN( Serving GPRS Support Node)和 MSC之间 Gs接口的 SGs接口。 CS Fallback逻辑架构如所示 。 2.3.1 语音主叫 UE在 RRC( Radio Resource Control)空闲态和 RRC连接态,可以发起
12、 CS Fallback语音主 叫业务。网络决定指示 UE回落到目标 GERAN/UTRAN网络的方式包括: 如果 UE和目标网络支持 PS切换,则 eNodeB通过 PS切换流程指示 UE回落。 如果 UE或者目标网络不支持 PS切换,但支持异系统的小区改变指令 CCO( Cell Change Order)且目标系统是 GERAN, eNodeB通过 NACC( Network Assisted Cell Change)流程得到目标接入网络信息,并通过 CCO方式指导 UE回落。 如果 UE或者目标网络既不支持 PS切换,也不支持到 GERAN的异 系统的小区 改变指令( CCO), eN
13、odeB通过带重定向信息的 RRC连接释放方式指示 UE回落。 UE接入到目标网络后,继续发起电路域的语音呼叫。 语音主叫原理图 语音主叫实现过程 UE发起主叫语音业务。 MME指示 eNodeB需要将 UE回落的到 GERAN/UTRAN网络。 eNodeB根据 UE能力采取对应的方式将 UE回落到 GERAN/UTRAN网络。 UE在 GERAN/UTRAN网络发起主叫语音业务。 2.3.2 语音被叫 MSC收到对 UE的被叫语音请求,通过存在的 SGs关联和 UE的 EPS attached状态知道UE附着在哪个 MME上。 MSC向该 MME发起寻呼请求, MME通过 UE的 MM上下
14、文可以得知当 前 UE处于空闲态或连接态。如果 UE处于空闲态, MME通过 eNodeB在空口寻呼该UE;如果 UE处于连接态, MME通过 NAS消息通知 UE有来自 CS域的呼叫请求。 UE回复 Extended Service Request消息表明是否接受本次呼叫,如果 UE接受本次呼叫,网络决定指示 UE回落到目标 GERAN/UTRAN网络的 方式包括: 如果 UE和目标网络支持 PS切换,则 eNodeB通过 PS handover流 程指示 UE回落。 如果 UE或目标网络不支持 PS切换但支持异系统的小区改变指 令( CCO)且目标系统是 GERAN, eNodeB通过 N
15、ACC流程得到目 标接入网络信息,并通过 CCO方式指导UE回落。 如果 UE或目标网络既不支持 PS切换,也不支持到 GERAN的异 系统的小区改变指令( CCO), eNodeB通过带重定向信息的 RRC连 接释放方式指示 UE回落。 UE接入到目标网络后,继续发起电路域的语音呼叫。 语音被叫原理图 语音被叫实现过程: MSC通知 MME有 UE的被叫语音业 务。 MME指示 eNodeB需要将 UE回落到 GERAN/UTRAN网络(如果 UE处于空闲态则需要先指示 eNodeB发起寻呼流程,待 UE重新接入到 LTE网络后再指示 eNodeB将 UE回落到 GERAN/UTRAN网络)
16、 eNodeB根据 UE能力采取对应的方式将 UE回落到 GERANUTRAN网络。 UE在 GERAN/UTRAN网络建立电路域连接完成语音通话 。 三 SRVCC ( Single Radio Voice Call Continuity)单语音 呼叫持续 应用场景 SRVCC业务主要应用在 混合组网 的网络中,在 LTE网络部署初期,只在部 分地区有网络存在,当用户从 LTE网络漫游到 只有 GSM/UMTS网络区域时,原 有的 LTE网络语音接入就需要切换到 GSM/UMTS网络中。 SRVCC保证了 切换 的 过程中 用户语音 业务不中断,提高运营商服务质量。 原理: 当用户在 LTE
17、网络进行语音业务并需要切换至 GSM/UMTS网络时,为 了保证不中断用户 的语音业务,产品提供了 SRVCC解决方案,解决了基于 LTE网络的语音业务向 GSM/UMTS网络的语音业务的 无缝切换 。 实现过程 1、 当 eNodeB根据 UE发上的 测量报告做出切换判决后,向 MME发送切换请求消息。 MME收到 eNodeB的切换请求消息后,向 MSC发送请求消息。 2、 当用户在 LTE网络时, SRVCC AS连接 UE in LTE和被叫侧。 当用户移动到CS网络时, SRVCC AS连接 UE in CS和被叫侧。 SRVCC AS的功能,就是实现 session transfe
18、r的功能。 SRVCC业务组网结构图 SRVCC解决方案中的附着流程和普通附着流程的 不同 之处 : UE在 Attach Request消息中携带 MS network capability,该参数 指示 是否支持SRVCC功能。 HSS给 MME回复的 Update Location Response消息中携带 STRSN和 MSISDN。MME将这两个参数保存在 EPS上下文中。 如果 MME支持 SRVCC业务, MME在 Initial Context Setup Reqfrom MME to E-UTRAN 消息中携带 SRVCC标志,表示 UE和 MME都 支持 SRVCC业务,
19、 SRVCC is possible。 SRVCC切换性能的主要问题: IMS域会话切换和远端媒体更新可能需要花费很长时间 IMS侧会话切换和空口切换没有协调同步 导致语音中断时间较长,严重影响用户体验,因此切换性能必须进行优化 。 最短语音中断总时长 800ms 最长语音中断总时长则可能大于 1s 四 eSRVCC 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。 基本原理: 通过拜访地增加锚 定节点,缩短媒体
20、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) 。 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。 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