周泉 中国移动通信集团江苏有限公司网络部工程师

中创信测技术专栏

针对Vo LTE监测分析的系统解决方案介绍（一）

周泉 中国移动通信集团江苏有限公司网络部工程师

编者按：随着中国移动4G网络覆盖日渐完善，VoLTE网络建设在提速，针对VoLTE监测分析的支撑手段研究也逐渐展开。监测和保证VoLTE网络信令面的会话控制质量与用户面的语音感知质量是运营商目前需要解决的重要问题。中国移动通信集团江苏有限公司周泉所撰《针对VoLTE监测分析的系统解决方案介绍》一文对VoLTE实现的网络架构和技术原理进行了全面的介绍，并对由中创信测公司参与实验局试点部署的VoLTE监测系统及解决方案进行了介绍，有助于维护人员了解VoLTE网络的最新维护手段。

随着中国移动4G网络覆盖日渐完善，VoLTE网络建设在提速，针对VoLTE监测分析的支撑手段研究也逐渐展开。本文对VoLTE实现的网络架构和技术原理进行了全面的介绍，其中包含各个接口涉及的业务流程和协议，并对VoLTE监测分析的系统解决方案进行了介绍。

LTE VoLTE IMS 信令监测

1 引言

随着LTE网络的全面建设和商用，LTE网络的语音解决方案也在不断优化中，VoLTE是4G时代的最终语音解决方案。其核心思想是采用IMS作为业务控制系统，EPC作为语音数据的承载网，IMS负责呼叫会话控制。借助IMS核心网对用户面、控制面、业务面的精细控制能力和All IP的网络承载，VoLTE可以实现精确的语音控制，可利用PCC架构实现端到端的QoS保障，合理、灵活地对多媒体会话进行按不同业务、不同服务质量，进行精细化计费控制。

互联网OTT厂商的语音产品（如SKYPE、微信等）在4G高速上网的条件下，与传统的运营商语音业务形成了竞争，而OTT语音产品本身固有的平台化、开放性、可玩性等丰富的应用功能，使其具有较强的竞争优势。运营商必须依靠VoLTE语音接通时间短、质量高等优点，与OTT竞争语音产品市场。

所以，监测和保证VoLTE网络信令面的会话控制质量与用户面的语音感知质量是运营商目前需要解决的重要问题。

2 LTE语音解决方案

LTE（Long Term Evolution）是新一代宽带无线移动通信技术，LTE以优化分组域为系统设计目标，LTE的网络架构不再区分电路域和分组域，采用统一的分组域架构。在此系统架构下，LTE网络不再支持传统的电路域语音解决方案，IMS控制的VoIP业务将作为未来LTE网络中的语音解决方案。由于目前VoIP业务的性能指标未能达到现有电路域语音业务的质量，而且需要全网布署IMS，因此在现有网络基础上，形成了双待机终端、CSFB和VoLTE 3种不同的语音解决方案。

（1）双待机终端语音解决方案

所谓双待机终端就是同时在2G/3G网络和LTE网络下待机，并且可以同时从2G/3G网络和LTE网络接收、发送信号。拨打电话时，双待机终端自动选择在2G/3G模式下进行语音通话；而LTE网络仅用于数据业务。

双待机终端语音解决方案的优点是拨打或接听电话与使用数据业务互不干扰，可以同时进行。但同时这也带来了它的缺点，那就是为了保证业务在不同网络模式下顺利进行，需要两个芯片（一个2G/3G芯片和一个LTE芯片）来实现，这时终端的耗电量以及辐射都较大。

（2）CSFB语音解决方案

CSFB方案的主要思想是，终端开机附着在LTE网络下，当用户进行语音业务时，从LTE网络回落到2G/ 3G的电路域重新接入，并按照电路域的业务流程发起或接听语音业务。回落的方式是释放LTE侧的无线链接，并且在释放消息中携带重定向字段，指出终端重新接入的制式和频点，称为重定位。重定位方式的优点是实现简单，对原有网络的改造量小；缺点是延迟相对较大。

为实现CSFB方案，需要在MME和2G/3G网络的MSC设备之间建立SGs接口。SGs接口在CSFB技术中起着桥梁作用，能够将两个不同的系统联系起来，实现用户在不同系统间的语音业务连续。CSFB的主要缺点是并未从本质上解决LTE提供语音业务的问题，而且每当用户需要语音业务时，用户在LTE网络下的业务都需要中断、切换或挂起，从而影响用户的体验。

AECOPD患者因气流受限易产生酸中毒和红细胞代偿性增加导致血小板聚集，病人出现血液流变学异常和血液高凝状态[19]，从而引起心衰或死亡。本研究AECOPD生存组患者血凝血因子D-二聚体、血浆粘度、全血粘度低、高切与死亡组患者均有显著的统计学差异，患者病情与这些凝血因子呈正相关。D-二聚体是交联纤维蛋白原特异性降解物，其水平升高表示体内呈高凝状态和继发性纤溶亢进，凝血酶活性增强，对AECOPD病情进展有很高的诊断价值[20]。AECOPD生存组患者血浆粘度、全血粘度低、高切均与死亡病人有统计学差异，其与病情具有一定的相关性。

（3）VoLTE语音解决方案

随着LTE网络的发展以及基站的建设，当LTE网络达到全覆盖时，VoLTE是4G时代的最终语音解决方案。

IMS网络可以配合LTE和EPC承载网实现基于分组域的端到端的语音、视频通信业务。通过IMS系统的控制，VoLTE解决方案可以提供和电路域性能相当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。

VoLTE是全IP条件下端到端的语音解决方案，涉及终端、无线、LTE、IMS、CS各技术域，旨在替代电路域话音。作为LTE网络最终的语音解决方案，VoLTE有其特有的优势，下面将对其做详细介绍。

3 VoLTE技术原理

3.1 VoLTE网络架构

VoLTE方案基于3GPP的IMS规范，已经被业界公认为解决LTE网络中话音服务的主要方案。VoLTE方案的网络架构如图1所示。其中，PCRF（Policy Control Rule Function）实现业务策略控制功能，P/I/ S-CSCF（Call Session Control Function）实现IMS呼叫会话控制功能，P-CSCF负责接收请求并向后传递，I-CSCF负责接收来自网络内部的任何指向寄存器的连接，S-CSCF负责处理注册、路由、维持承载、向HSS下载用户信息和服务配置。

VoLTE的通话规则是在IMS网络控制下，有LTE网络覆盖时，由LTE网络做语音承载；当无LTE网络覆盖时，会话切换到2G/3G网络下，以保证会话的连续性。所以，VoLTE的难点在于LTE网络与2G/3G网络切换流程相对复杂，是核心网电路域与IMS之间的切换，涉及IMS、电路域和LTE核心网之间的互操作。

为了实现LTE网络与2G/3G网络的互通，提出了SRVCC（正向业务连续性）方案，该方案主要是为了解决单射频UE在LTE/Pre-LTE和2G/3G CS网络之间移动时，如何保证语音呼叫连续性的问题，即保证单射频UE在IMS控制的VoIP和CS域语音之间的平滑切换。SRVCC的网络架构如图2所示。

可见，在SRVCC网络中，MSC Server和MME之间提供Sv接口支持SRVCC切换处理，MME需要兼顾语音的SRVCC切换和非语音的PS切换处理。该方案的切换流程是：

图1 VoLTE网络架构

图2 SRVCC网络架构图

●过程1：本端向IMS发起的会话切换，包括本端与远端进行的媒体切换——媒体路径：MGW→IP网络→远端网络（包括了远端的MGW-UE）。

●过程2：MSC向CS域内部发起承载建立过程以及UE从LTE侧切换到目标接入网（Radio切换）。Radio之间的切换很快，但是在切换前，需要将CS侧的网络侧通道建立好，最好将远端更新好。

这一复杂的过程决定其切换时延超过了300ms，所以在此基础上提出了优化方案——eSRVCC。

如图3所示，eSRVCC网络中新增了信令锚定点ATCF和媒体锚定点ATGW网元。当发生SRVCC切换时，ATCF控制ATGW将媒体面切换到MGW上，其余媒体面保持不变。这种通过在拜访地增加锚定节点缩短媒体更新路径的方法，实现了不超过300ms的切换性能。

图3 eRVCC网络架构图

图4 Vo IP话音业务流程

3.3 VoLTE业务流程

在LTE覆盖范围内，VoLTE发生话音业务的流程主要分为LTE终端开机附着、VoLTE呼叫建立、VoLTE呼叫释放3个过程。首先，通过UE与eNode B的无线连接建立、EPC注册/缺省承载建立/VoLTE支持发现，完成IMS的注册及用户鉴权；然后，建立UE与AS间的IMSVoIP会话，建立EPS专用承载，并开始VoIP话音会话；最后，在呼叫结束后，进行IMSVoIP会话和专用承载的释放。

VoLTE业务遵循IMS的话音业务流程，包含漫游和非漫游场景下的起呼、被叫等。端到端的VoLTE呼叫流程如图4所示。

（1）LTE网络附着：在LTE网络下附着，UE建立信令承载（UE中配置IMSAPN）。

（2）IMS注册：UE根据PS附着流程中获取的P-CSCF地址向IMS网络注册；IMS网络对UE进行鉴权，UE完成注册，网络保存用户的联系地址，用于后续的来话寻址。

（3）MO流程：用户拨打被叫号码，触发UE通过认证后的连接向IMS发起主叫流程；P/S-CSCF将呼叫路由到MMTelAS处理，业务处理结束后返回到S-CSCF。

（4）MT流程：主叫S-CSCF寻址到被叫S-CSCF；被叫S-CSCF根据签约情况触发被叫的服务MMTelAS，进行业务处理；完成后返回给S-CSCF，S-CSCF经由P-CSCF根据注册保存的UEcontact地址找到被叫UE；UE完成呼叫接续。

当通话超出LTE网络覆盖时，将发生eSRVCC切换。切换过程为：

（1）UE在LTE网络中Attach时，将UE支持的eSRVCC能力告知LTE-HSS，建立默认承载后，向IMS发起注册，告知IMS-HSSUE的eSRVCC能力，两个HSS可以合设。HSS将用户的eSRVCC相关能力的用户参数信息送给MME。

（2）当UE在VoLTE会话过程中移动到弱LTE覆盖时，MME通知MSC切换，ATCF将信令切换到MSC，控制ATGW切换媒体到MGW，同时ATCFIMS保持用户会话在线，会话结束后，UE恢复LTE数据承载。

eSRVCC具体切换业务流程如图5所示，切换信令流程如图6所示。

图5 eSRVCC切换业务流程

图6 eSRVCC切换信令流程

（未完待续）