2G/3G退网后VoLTE异构网络国际漫游技术方案探讨

关丹竹，杜春生

（中国电信股份有限公司研究院，广东 广州 510630）

0 引言

随着网络技术的发展，全球运营2G/3G 网络将逐步退网，退网后，在国内将采用纯VoLTE 方式提供语音及短消息业务。当VoLTE 用户漫出至其他境外运营商时，如何继续使用当地2G/3G 网络的语音和短信业务？传统2G/3G 境外运营商的用户漫游至纯VoLTE 拜访网络时，如何使用语音及短消息业务？这些都是有待解决的问题。

通常，为实现VoLTE 用户能在2G/3G 网络漫游，核心网需部署融合HLR/HSS 网元并为用户签约2G/3G 的CS 和PS 业务，短消息中心也需支持G/U 的MAP 信令。为实现传统2G/3G 网络运营商的用户能在纯VoLTE 网络漫游，需要部署MSC/VLR 网元。但是，2G/3G 网络退网后，在目前传统的标准和技术手段下，VoLTE 异构网络无法实现漫游，本文提出了一种采用IWF（Inter Working Function）互通网关的方案，有望成为解决2G/3G 退网后VoLTE 异构网络国际漫游问题的可选方案。IWF 是不同网络制式之间互通的网元，在不同的应用场景中实现不同功能，本文讨论的IWF 在拜访地网络和归属网络中间，是VoLTE 网络和2G/3G 网络的桥梁，作为异构网络的漫游网关，完成协议转换和相关流程处理功能。

在漫入和漫出场景下，IWF 网关所实现的功能有所不同。本文分别就VoLTE 用户漫出至境外运营商网络及境外运营商用户漫入VoLTE 网络的位置更新、语音和短信业务等业务流程中所实现的功能进行简要介绍。

1 VoLTE用户漫出场景

1.1 漫出场景IWF的网络位置及功能

在漫出场景中，归属地是纯VoLTE 网络，拜访地是2G/3G 网络，IWF 网关由归属地建设及维护。在CS 域注册场景中，IWF 对于拜访地的CS 网络，相当于归属地的“HLR”，辅助完成位置更新等流程；对于归属IMS 网络，IWF 模拟“BSF”（Bootstrapping Server Functionality）、“VoLTE AS”网元从用户归属的IMS-HSS 获取鉴权五元组和签约业务数据并进行协议转换，并且模拟“P-CSCF”代理用户进行IMS 注册。在语音业务中，漫出用户在拜访地运营商的VMSC 下发起主叫业务流程，与普通的主叫业务流程类似，信令不经过IWF；被叫业务中，IWF 对于归属IMS 网络相当于“P-CSCF”，另一方面模拟“HLR”向拜访地请求MSRN（Mobile Station Roaming Number，动态漫游号码），并充当BGCF（Breakout Gateway Control Function，出口网关控制功能），将呼叫路由至MGCF（Media Gateway Control Function，媒体网关控制功能）进入CS 域。在短消息业务中，IWF 充当了归属用户“SMSC”的角色。图1 为漫出场景IWF 网络位置及功能示意图。

图1 漫出场景IWF网络位置及功能示意图

1.2 CS域位置更新

VoLTE 用户漫出到2G/3G 网络，UE 向拜访地VMSC发起位置更新。如图2 所示，步骤2-5 完成了2G/3G 网络对UE 的鉴权，对于拜访CS 网络，IWF 相当于归属地的HLR，向漫游地返回相应的鉴权向量。其中，对于归属网络，IWF 需模拟BSF，通过Zh 接口向融合的HSS 发送MAR 消息请求鉴权向量，后续再进行CS 域的位置更新。

图2 漫出场景的CS域位置更新流程图

在归属地端，IWF 模拟P-CSCF 发起IMS 注册。步骤7-13 是通用的IMS 注册流程，用户注册完成后，IWF保存为该用户生成的注册Contact 地址。步骤14：IWF模拟AS 向HSS 发送SNR 消息，订阅并同时获取用户的MSISDN、透明数据等。步骤15-16 中IWF 将从HSS 获取到的用户业务数据转换为CS 域的业务数据，完成后续的位置更新流程。

1.3 被叫业务

在被叫场景中，如图3 中的步骤2，被叫S-CSCF根据之前IMS 注册时保存的Path 将INVITE 消息路由至IWF。对于拜访地的VMSC，IWF 相当于归属网络的HLR，通过步骤3 向用户拜访的VMSC 请求获取MSRN。

图3 漫出场景的被叫业务流程图

对于归属网络，IWF 首先充当被叫P-CSCF，在获取到MSRN 后，IWF 需要充当BGCF，选择适当的MGCF将呼叫路由至境外运营商的VMSC。

1.4 短消息始发业务

漫出用户通过境外运营商的CS 网络发送短消息，此时，对于拜访网络的VMSC，IWF 相当于用户归属的SMSC；如图4 中的步骤2，IWF 将境外送过来的短消息由MAP 协议转换为SIP 协议，构造MESSAGE 消息，并将短消息发送给S-CSCF。

图4 漫出场景的短消息业务始发流程图

对于用户归属的IMS 核心网，IWF 相当于拜访地的P-CSCF。

1.5 短消息终结业务

在短消息终结场景中，如图5 中的步骤1-4，首先归属地的IP-SM-GW 向被叫S-CSCF 发送MESSAGE 消息，S-CSCF 向IWF 转发此消息，IWF 完成短消息从SIP 协议到MAP 协议的转换并根据保存的MSC ID，向用户拜访的VMSC 发送MAP_MT_FORWARD_SHORT_MESSAGE_REQ 消息，VMSC 向UE 发送完短消息后，向IWF 返回MAP_MT_FORWARD_SHORT_MESSAGE_CNF 响应消息。对于拜访地的VMSC，IWF 相当于归属网络的SMSC。

对于用户归属的IMS 核心网，IWF 相当于拜访地的P-CSCF，如图5 中的步骤5-6，IWF 根据短信接收情况向IP-SM-GW 发送MESSAGE 消息，接收IP-SM-GW 返回200 响应消息。

图5 漫出场景的短消息业务终结流程图

2 境外用户漫入场景

2.1 漫入场景IWF网络位置及功能

如图6 所示，在漫入场景中，归属地是2G/3G 网络，拜访地是VoLTE 网络，IWF 网元由拜访地建设及维护。漫入用户在VoLTE 网络下发起IMS 注册时，对于拜访网络IWF 相当于“IMS-HSS”，而对于归属网络IWF 相当于“MSC/VLR”，下载用户的鉴权向量和签约业务数据并完成协议转换。主叫业务中，主叫S-CSCF/BGCF 都直接将呼叫路由至MGCF 进入CS 域，主叫业务流程不需经过IWF。被叫业务中，对于归属网络，IWF 充当“VMSC”的角色为用户分配MSRN，同时IWF 模拟“IMS-HSS”，向I-CSCF 返回S-CSCF的地址，并且充当“ANCHOR AS”，根据S-CSCF 提供的MSRN 映射回相应被叫用户的IMPU。在短消息业务中，对于归属网络IWF 充当了拜访地“VMSC”的角色，并将短消息转发至IP-SM-GW。

图6 漫入场景IWF网络位置及功能示意图

2.2 IMS注册

境外漫入用户在拜访地VoLTE 网络下发起IMS 注册，如图7 中的步骤1-6，对于用户归属的CS 网络，IWF相当于拜访地的VMSC，向用户归属的HLR 发送MAP_UPDATE_LOCATION_REQ 消息，请求进行位置更新并下载用户数据。后续，IWF 向用户归属HLR 发送MAP_SEND_AUTHENTICATION_INFO_REQ 消息，请求获取3G 的鉴权五元组。

图7 漫入场景的IMS注册流程图

对于拜访地IMS 网络，IWF 相当于用户归属的IMSHSS，此部分注册流程可参考IMS 标准流程，其中，IWF需要将CS 业务数据转换成IMS 的Service Profile。

2.3 被叫业务

用户归属CS 网络的端局或关口局收到呼叫入局的消息，如图8 中的步骤2-5，V/GMSC 通过向HLR 请求被叫的路由信息。对于归属网络，IWF 相当于拜访地的VMSC，IWF 为用户分配MSRN，境外运营商的V/GMSC根据MSRN 发送出局的IAM 消息，将呼叫路由至国际局的GMSC/MGCF。

图8 漫入场景的被叫业务流程图

对于拜访的IMS 网络，IWF 相当于用户归属的HSS 和ANCHOR AS。在步骤6-8 中，IWF 作为“ANCHOR AS”需要保存MSRN 和IMPU 的映射，完成被叫号码的还原。作为“HSS”需要向I-CSCF 返回ANCHOR AS 和S-CSCF的地址。步骤11：S-CSCF 根据IMS 注册时保存的UE Contact 信息和Path 头域，向UE 发送INVITE 消息，后续的信令流程与普通CS2V 的呼叫流程的基本相同。

2.4 短消息始发业务

对于处理漫入用户的短消息业务，IWF 主要是完成短消息从IP-SM-GW 到用户归属的短信中心的转发。

UE 发送短消息，S-CSCF 根据iFC（Initial Filtering Criteria，初始过滤准则）信息向IP-SM-GW发送MESSAGE 消息。IP-SM-GW 根据用户的业务数据判断用户是否有相应的权限，通过步骤2 并完成短消息从SIP到MAP 协议的转换。对于用户归属的SMSC，IWF 相当于拜访地的VMSC，IWF 需完成相应MAP 消息的SCCP的地址转换。如图9 中的步骤4 所示，IWF 收到MAP_MO_FORWARD_SHORT_MESSAGE_REQ消息后，将SCCP层的Calling Party Address 改为IWF 的MSC ID，向境外运营商的SMSC 转发该消息。如图9 步骤6 所示，IWF 收到境外SMSC 返回的MAP_MO_FORWARD_SHORT_MESSAGE_CNF 消息后，将SCCP 层的Called Party Address 改为IP-SM-GW 的信令点编码并转发该消息至IP-SM-GW。

图9 漫入场景的短消息始发业务流程图

2.5 短消息终结业务

如图10 中的步骤1-4 中，境外运营商的SMSC 在收到短消息后，根据用户的MSISDN 向HLR 发送MAP_SEND_ROUTING_INFO_FOR_SM_IND消息，获取短消息路由信息，HLR 返回IWF 的GT 地址；IWF 将收到SMSC 发送的信令消息的SCCP 层Called Party Address 改为IP-SM-GW 的信令点编码并转发该消息至IP-SM-GW，IP-SM-GW 完成短消息从MAP 到SIP 的协议转换，向UE 发送MESSAGE 消息。步骤6：UE 向IP-SM-GW 返回MESSAGE 消息，指示短消息终结成功后，IWF 收到MAP_MT_FORWARD_SHORT_MESSAGE_RSP 消息，将SCCP 层 的Calling Party Address改为自身的MSC ID，并模拟VMSC 向境外运营商的SMSC转发该消息。

图10 漫入场景的短消息终结业务流程图

3 结束语

纯VoLTE 网络与传统2G/3G 网络的漫游方案，可选无线侧退网，保留2G/3G 核心网方式，但这给网络维护带来了负担，也不利于网络的演进。本文所介绍的方案中，IWF 在用户漫游至国外的2G/3G 网络时向用户归属的IMS-HSS 获取鉴权向量和签约业务数据并完成协议转换，无需新建或升级支持3GPP 2G/3G 的HLR、SMSC等网元，在传统业务全面转向VoLTE、VoNR 的技术趋势下，既节约了投资也顺应时势。

随着VoLTE 的普及和5G 的逐步商用，2G/3G 的退网呈加速状态，在2G/3G 网络漫长的退网过程中，如何实现VoLTE 网络异构漫游问题将是各运营商面临的问题，值得共同关注和探讨，希望本文所介绍的方案可为业界提供参考和启发。