VoLTE信令流程解析及应用

1 VoLTE 业务概述

VoLTE 技术是3GPP 国际标准组织定义的，基于IMS（IP Multimedia Subsystem）网络的4G/LTE语音解决方案。通过IMS 网络，运营商既可以无缝的继承传统的语音、短信业务，还能将语音与丰富的增强功能进行整合，进一步提供多样化的服务。

VoLTE 网络架构包括无线接入、HSS（Home Subscriber Server 归属签约用户服务器）、PCC（Policy and Charging Controller，策略与计费控制）、分组域、电路域、信令网、IMS 核心网、业务平台等。VoLTE 用户位于LTE（Long Term Evolution，长期演进）无线覆盖下，通过LTE 无线网和EPC（Evolved Packet System）核心网接入IMS 域核心网和业务平台，由IMS 网元进行VoLTE路由和呼叫工程控制，由IMS 应用平台实现VoLTE业务的处理；并通过PCC 系统提供策略为VoLTE 音视频业务建立专用承载，从而提供VoLTE 业务端到端的QoS 保障。

2 IMS 网络常用接口协议

2.1 SIP 协议简介

会话初始协议SIP（Session Initiation Protocol）是由IETF（Internet Engineering Task Force）提出并主持研究的一个在IP 网络上进行多媒体通信的应用层控制协议（RFC3261），主要用于创建会话、修改会话和终结会话进程。

SIP 会话类型包括多媒体会议、Internet 电话等类似的应用。SIP 协议支持别名映射、重定向服务、ISDN（Integrated Services Digital Network）和IN 业务。它支持终端用户能够在任何地方、任何时间请求和获得已订购的任何电信业务。主要应用于Mw、Ut、ISC、Mi、Mg、Mj、Mk、Mr 等接口。

2.2 Diameter 协议简介

Diameter 协议由IETF（Internet Engineering Task Force）提出，作为RADIUS（Remote Authentication Dial In User Service）协议的改进或者替代，改进了RADIUS 协议在安全性、可靠性、扩容、漫游支持、故障切换方面的缺陷。他的引入是作为支持基于IP（Internet Protocol）技术的AAA（Authentication，Authorization and Accounting）协议，用来为众多的接入技术提供AAA 服务。

Diameter 协议在IMS 网络中使用于S6a/S6d、Cx、Dx、Sh、Rf、Gq、Ro、Gx、Rx、Zh 接口，用于注册认证、QoS 以及计费等功能。

3 VoLTE 典型信令流程及应用

3.1 LTE 用户呼叫CS 用户场景

1）主叫用户登陆在LTE 网络下，且已经完成IMS（IP Multimedia Subsystem）网络注册，被叫用户为CSFB（Circuit Swiched Fallback）用户。

2）主叫VoLTE户在LTE（Long Term Evolution）网络下起呼，被叫CSFB 用户在CS 域做被叫，IMS域和CS 域之间通过MGCF 网元和IM-MGW 完成信令面和媒体面互通。

3）各CSCF之间和MGCF网元间使用用SIP协议，MGCF 和CS 域网元之间采用BICC 协议。

4）呼叫过程中现网被叫侧承载建立一般采用早指配。

5 主被叫侧网元均使用IP 承载互联，其局间承载建立方式使用前向延迟。

6）使用融合HSS，即2/3G，SAE-HSS 和IMSHSS 属于合一部署。

3.2 LTE 用户呼叫CS 用户信令流程（图1）

图1

1）主叫信令面：主叫VoLTE 用户LTE 网络下发起会话请求，通过S-CSCF 触发呼叫至MMTel AS进行业务处理；S-CSCF 至ENUM/DNS 解析确认被叫用户为CS 域用户，从而将SIP 会话请求转至MGCF；MGCF 再进行路由分析并将会话请求路由出局。

2）被叫信令面：被叫MSC Server 寻呼被叫用户，被叫用户收到寻呼消息后回复响应消息。

3）被叫承载面建立：被叫MSC Server 指示MGW 网元建立被叫接入侧承载，并向主叫侧网元发消息通知局间承载建立并采用前向延迟。

4）主叫承载面建立：MGCF 网元指示IM-MGW 搭建主叫接入侧承载；之后主被叫进行媒体协商并建立局间承载。

3.3 信令流程应用-VoLTE 用户呼叫CS 用户空号

VoLTE 主叫用户信令面流程如下：

1）主叫用户UE_A 通过IMS 拜访网络入口SBC/P-CSCF 发送INVITE 消息发起会话。

携带Request-URI 用于标明请求的目的方，即tel:+86186####；携From 用于标明请求的发起方，携带请求发起者的URI；携To 用于标明请求的接收方，携带请求接收者的URI；Contact 用于标明直接联系请求发送方或应答方的URI 地址。

2）SBC/P-CSCF 接收INVITE 消息并进行处理，将自己的地址添加至Via 和Record-Route 头域。将注册过程中在“service-route”中存储的S-CSCF的地址添加至Route 头域。根据存储的S-CSCF 地址将INVITE 消息转发至S-CSCF。

3）S-CSCF 接收INVITE 消息并根据P-Asserted-Identity 头域中的主叫号码判断主叫已注册，则根据主叫用户签约的iFC 模板数据选择相应的MMTel AS 并将INVITE 消息转发至该AS 以触发主叫用户的业务。

4）MMTel AS 接收INVITE 消息并向主叫用户提供业务，然后发送INVITE 消息至S-CSCF。

5）S-CSCF 接收INVITE 消息并从Request-URI 中取出被叫IMPU，然后向ENUM/DNS 服务器发送ENUM/DNS QUERY 消息，以获取下一跳地址。

6）ENUM/DNS 服务器进行号码分析并将分析结果通过ENUM/DNS RSP 消息返回至S-CSCF，被叫为CS 用户查询DNS 后正常返回结果应为通配符。

S-CSCF 接收ENUM/DNS RSP 消息，发现被叫用户不属于IMS 域用户，将INVITE 消息转发至MGCF以获取路由信息。会话请求被送至CS 域完成后续信令流程。

7）而本案例中查询CS 用户DNS 后返回结果则是将被叫用户Tel URI 转为SIP URI（图2）。

图2

S-CSCF 认为该被叫为VoLTE 用户，后续根据SIP URI 中的用户域名查询ENUM/DNS，寻址被叫归属省I-CSCF。

8）被叫I-CSCF 向HSS 发起LIR 消息请求，并收到LIA 消息中显示DIAMETER_ERROR_USER_UNKNOWN(5001)。

9）5001 错误码解析。HSS 向对端返回LIA 消息，携带错误码：5001，提示“DIAMETER_ERROR_USER_UNKNOWN”。可能原因：（1）HSS 收到的请求消息LIR（Location Information Request）中携带的用户标识在HSS 中未开户（可以携带用户标识的AVP 包括：Public-Identity AVP、User-Name AVP、Wildcarded-PSI AVP、Wildcarded-IMPU AVP、MSISDN AVP）。（2）HSS 收到的请求消息LIR 携带的用户标识是PUSI（PUblic Service Identity）类型的用户标识，但是用户处于非激活状态。

本案例中被叫用户在HSS 中并未开通VOLTE 业务，因此主叫听到空号的录音通知，呼叫失败。

4 结论

VoLTE 是基于SIP 协议的语音通话，所有与IMS 交互的信令全部为SIP 信令，在理解VoLTE 信令方面必须对SIP 信令进行全面了解。本文通过对VoLTE 信令流程、相关协议的简要介绍，再结合用户信令追踪采集到的详细信息，讲述了如何依据信令流程及跟踪信息查找呼叫故障点，从而快速、全面完成故障分析、定位，也为其他维护人员快速定位故障，维护用户利益，保障网络畅通提供了一个实用的方法。