VoLTE的核心网解决方案

于艳丽 张 艳

（江苏省邮电规划设计院有限责任公司，江苏 南京 210000）

VoLTE的核心网解决方案

于艳丽 张 艳

（江苏省邮电规划设计院有限责任公司，江苏 南京 210000）

进入2013年，全球LTE商用网络数量出现快速增长，伴随着移动通信核心网向全网IP化及扁平化推进，以及VoLTE技术的成熟和商用，基于IMS系统控制的VoLTE技术将作为LTE网络支持语音业务的主要应对策略。如何保证话音质量，不影响客户体验？如何最小化核心网的升级改造投资？如何平滑升级到支持VoLTE的核心网？本文将围绕上述问题展开讨论。

VoLTE；SRVCC；EPC

1．引言

进入2013年，全球LTE商用网络数量出现快速增长，伴随着移动通信核心网向全网IP化及扁平化推进，以及VoLTE技术的成熟和商用，CS域将逐步消亡。作为LTE网络下的最佳话音解决方案，基于IMS的VoLTE将作为LTE网络支持语音业务的主要应对策略，但仍存在一些关键性问题待解决。

2．待解决的关键性问题

LTE大规模覆盖后，VoLTE用户在核心网层面将涉及CS域、EPC、IMS域，用户终端将如何接入IMS域进行会话控制，如何选择APN类型，以保证方案的统一，同时便于管理和计费?如何保证语音在离开LTE覆盖时的语音连续性?终端可以驻留在不同网络，如何准确选择网络寻呼被叫？VoLTE是用PS域承载语音，如何保证PS域承载语音的业务质量？下面将围绕这四个问题简述其解决方案。

3．核心网接入方案

VoLTE解决方案中，实现VoIP语音业务时，由EPS系统提供承载，由IMS系统提供业务控制，由PCC架构实现用户业务QoS控制以及计费策略的控制。

IMS域主要完成CSCF呼叫控制等功能。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。IMS系统和EPS网络配合，可以提供和电路域类似的语音业务及其补充业务，包括：号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。这就要求核心网需要全面部署IMS系统，IMS域需要提供CSCF等呼叫控制以及HSS、MMTel AS和IP-SM-GW等互通功能；需要引入LTE的设备S/P-GW、MME和为VoLTE提供承载通道和QoS控制能力。

VoLTE采用专门的IMSAPN来提供语音业务，为信令和语音数据使用特定QCI(QoS等级标识符)的“承载”，从而保障给语音业务较高的QoS。采用IMS APN主要有以下优点：采用IMS APN，可保证LTE手机国际漫游时APN方案统一，现在所有国家的数据APN都不统一，对于本地数据流量，可以直接找本地的PGW，对于国际漫游的数据流量，直接路由回归属PLMN；采用IMS APN，都直接路由到本地的P-GW，进而找到P-CSCF；采用IMS APN，可区别数据管理，区别计费，另外，采用IMSAPN，其承载方案也相对简单。

4．语音业务连续性

LTE网络的引入初衷主要是针对数据业务，但是话音业务仍将是不可或缺的重要业务。SAE架构中可以通过分组域提供高质量的话音业务，但是考虑到LTE网络的建设和全网部署仍需要较长的时间，为了保障话音业务的连续性，3GPP提出了两个关键技术：CSFB技术和SRVCC技术。

以下从四个方面对两种语音连续性方案进行对比分析。

对现有网络的影响：CSFB方案需要升级现有软交换设备MSC SERVER，具备“联合位置更新”功能，支持SGs接口协议等；SAE网络中的MME也需要支持SGs接口协议。

SRVCC方案需要IMS网络的支持，同时现网软交换设备MSC SERVER和MME功能需要增强；HSS网元还需要增加存储一个特殊参数STN-SR。

呼叫建立时延及切换：CSFB方案本质上是会话建立流程，其在CS语音会话建立之前UE就已进入CS网络，会存在一定的呼叫建立迟延。CSFB一般情况下不需要考虑切换问题，但需要注意由于骚扰电话等在LTE与2G/3G网络之间的频繁切换，造成网络资源的浪费。

SRVCC方案的切换过程，包括承载层的PS-CS切换和业务层的IMS域切换两部分，信令流程复杂，时延较长，且时延主要是由于IMS核心网远端终端做媒体面更新过程导致的，如果考虑到远端终端的漫游情况及媒体处理能力，该时延还会增加。

对终端的要求：终端均要求是多模单待手机，支持LTE，3G和GSM/GPRS模式，且任何时刻只能工作在其中的某一种模式。

应用场景：CSFB方案适用于2G/3G电路域与LTE的无线网络重叠覆盖的场景，网络结构简单，不需要部署IMS系统，能有效利用现有CS网络投资。由CS网络提供语音业务，LTE提供数据业务。

通过比较分析，根据LTE网络覆盖和终端成熟度情况，话音连续性方案也应分阶段部署。在LTE引入阶段，可引入多模双待终端，采用CSFB技术，对共覆盖区域的MSC Server均进行升级改造以支持CSFB。在LTE大规模商用阶段，SRVCC终端成熟，在LTE网络由IMS提供话音业务，可以部署独立的SRVCC增强MSC，支持Sv接口和SIP接口，避免所有MSC的升级。

而SRVCC技术存在切换性能问题，无法达到语音终端时长小于300ms的部署要求，会严重影响VoLTE用户体验，因此SRVCC方案仅适用于运营商已部署IMS网络，在LTE网络已经能提供基于IMS的语音业务，但LTE没有达到全网覆盖的场景。在SRVCC的基础上，通过拜访地引入ATCF作为媒体锚定点，节省远端媒体更新时间，可将切换时延降低至300ms以内，且无CS到LTE反向切换需求。应在LTE网络具备大面积连续覆盖后部署eSRVCC，避免切换频率过高，影响网络效率和掉话率。要求核心网进行以下升级改造：MME升级支持eSRVCC切换和Sv接口；少量MSC升级支持eSRVCC切换，Sv接口（MME和eMSC之间的切换接口），I2/ Mw接口（到IMS的SIP接口）；IMS域新增SCC AS提供会话切换；P-CSCF升级支持切换锚定功能；eNodeB升级支持eSRVCC，实现难度与连接态互操作相当；同时，终端支持IMS和eSRVCC。

5．被叫接续方案

LTE双待机、CSFB手机都只有电路域话音，不存在“被叫接续网络域选择”问题。VoLTE手机既可以在电路域使用语音业务，也可以在IMS域（LTE承载）使用语音业务，且使用同样的码号，因此存在“被叫接续网络域选择”的问题，即网络如何识别用户当前的驻留网络，接续到该用户。

目前国际标准默认IMS统一做域选择，所有回话统一锚定到IMS域判断用户可在哪个域接听呼叫，但是采用此方案，将给网络带来大量的信令和媒体迂回，需要进一步优化：CS域主叫，由CS域执行被叫接续网络域选择；IMS域主叫，由IMS域执行被叫接续网络选择，其改造点在话音AS和融合HLR/HSS，令其支持域选择功能，这样可以有效避免域路由迂回，减少呼叫时延，保障话音质量。

6．语音业务质量

VoLTE是用PS域承载语音，如何保证语音质量是需要考虑的重要问题。针对语音数据包特点优化和增强，无线侧可通过半持续性调度、IP头压缩等机制保证承载质量；接入侧通过PCC保证QoS，P-CSCF支持AF功能，通过PCC和EPC交互提供QoS保障，同时要求承载VoLTE语音的数据包应使用最高优先级进行调度。网络侧则采用IP专网承载保证QoS，EPC核心网和SGi接口都应通过IP专网承载，同时要求IMS网络侧基于IP专网承载。下面重点阐述LTE/SAE阶段引入的PCC的分阶段部署方案。

引入PCC技术后，基于以上的PCC架构，PCC的工作原理包括以下三个部分：制定差异化的市场和业务策略，由计费中心为用户订购相关市场和业务策略；PCRF根据计费中心获取签约信息、市场策略、AF提供的业务信息等输入进行决策，生成网络管控策略。由PCRF将QoS及计费策略下发给PCEF；PCEF基于用户和业务类型进行限速和门控，并将QoS发送给SGSN/MME及无线侧，无线、核心网共同进行策略执行。

现阶段PCC架构部署建议：

部署第一步建议——小范围试点：对于现有GPRS/ UMTS/EPS网络引入PCC架构的初期建议采用小范围试点的方案。

无线区域可以选择一个或几个无线区域部署（尽量选择不同特点的管控场景，如分别选择一个高校区、一个商业区等），核心网选择改造无线区域对应的GGSN/P-GW改造为PCEF，独立新建一个PCRF/SPR；尽量减少对现有核心网的影响。

部署第二步建议——根据无线区域部署

小范围试点完成后，可以跟据管控需要对重点区域进行部署。本阶段区域选择建议为：部署区域重点考虑高校区和商业中心区；在数据业务较密集的热点区域进行优先部署；优先选取容量负荷大、综合无线利用率普遍较高的区域；选取区域尽量保持连续覆盖。核心网根据无线区域部署对应的核心网改造部署。

部署第三步建议——全网部署

全网无线区域全部部署PCC功能，实现全网的策略和计费控制功能。对应的核心网全部改造支持PCC架构。

7．结语

随着LTE网络技术的日益成熟，移动通信系统的网络架构将逐步向EPS演进，语音业务IP化也是语音业务必然的发展趋势。但是，真正实现VoLTE将是一个漫长的过程。因此，电路域语音业务将在很长一段时间内与分组域业务并存；基于双待机终端的语音解决方案、CSFB技术以及SRVCC技术方案将在网络演进过渡阶段发挥重要作用。最终随着LTE和IMS网络的全面部署，基于VoLTE的语音解决方案将是最终的选择。

[1]周晴，钱蕾，张燕，方晶晶，陈曦，刘果．SAE原理与网络规划[J]．北京：人民出版社，2013．9．

The Core Network Solution Based on VoLTE

Yu Yanli Zhang Yan
(Jiangsu Post and Telecommunications Planning and Designing Institute Co.,LTD.,Nanjing 210000,Jiangsu)

The global number of LTE network grows rapidly in 2013,with the evolution of mobile core network to the entire IP and flattening network.VoLTE based on the IMS system control will become the main strategy of LTE supporting voice business for the maturity of VoLTE technology.How to ensure the quality of voice not to affect the customer experience?How to minimize the core network upgrading investment?How upgrade to the core network supporting VoLTE smoothly?This article will discuss the above problems.

VoLTE;SRVCC;EPC

于艳丽，女，江苏南京人，本科，中级通信工程师，研究方向：EPC架构、核心网融合等。