基于开源协议栈的VOLTE通信平台的研究和实现

2021-07-02杨存顺蒋立兵

通信电源技术 2021年5期

杨存顺，蒋立兵

（中国电子科技集团公司第三十研究所，四川成都 610041）

0 引言

随着移动通信技术的演进和应用场景的更新，人们对移动数据的需求也不断增长，4G已经成为现代网络的主流制式。4G网络也称为演进的分组系统（Evolved Packet System，EPS），在解决了数据问题后，对于语音问题则采取了双待手机方式（Simultaneous Voice and LTE，SVLTE）、电路回落（CS Fall Back，CSFB）以及VoLTE共3种解决方案。

SVLTE模式实质是终端同时工作在2G和4G两种网络上，2G解决语音问题，4G解决数据问题，该方案要求终端具备两种射频模块，同时对终端功耗和散热提出较高的要求。CSFB模式是指非语音状态驻留在4G网络，有语音时返回2G模式，该方案由于需要两张网络互相操作，导致主叫用户需要等待很长时间才能拨通电话，及时性和用户体验较差。VoLTE是基于4G网络叠加IMS网络实现语音通信的解决方案，可以很好地解决终端能耗和通话及时性的问题，逐渐成为4G网络语音的最佳解决方案[1-3]。

1 平台搭建

1.1 开源协议栈简介

OAI是一个基于软件无线电并遵循3GPP协议从核心网到接入网的开源LTE项目，该项目可以利用1台或多台计算机终端编译安装实现MME、PGW、HSS、UE以及eNodeB，搭建一个专业的LTE通信系统，形成较为完善的LTE核心网与基站到终端的完整解决方案。

Open IMS是由Fraunhofer Insitute FOKUS开发，基于标准协议规范架构提供的一款免费开源软件。Open IMS提供了P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF以及HSS等IMS核心架构元素，可以在一台或多台电脑上实现整个平台搭建，并利用其提供的基于3GPP的IMS服务控制接口实现IMS网络建构，如图1所示。

图1 Open IMS系统架构

1.2 平台配置

IMS核心网服务器主要由P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF以及HSS共4个功能实体组成，在整个VoLTE通信协议栈中处于中间位置，处于LTE核心网和接入网之间。其中最主要的功能实体是CSCF（包括P-CSCF、I-CSCF以及S-CSCF），用于处理注册、会话以及事务型等信息消息。下面从模拟网络的架构具体分析各实体的功能和建立。

1.2.1 P-CSCF

P-CSCF是UE在IMS网络的第一个接触点，所有的SIP消息无论是从UE发送到IMS网络还是从IMS发送给UE都必须通过P-CSCF，其主要功能是负责会话控制、处理验证请求以及SIP信息转发。该功能实体配置在一台服务器上，IP地址为192.168.11.10。

1.2.2 I-CSCF

I-CSCF提供会话控制功能，用来完成对用户的查询。UE注册流程中，可以去查询HSS确定UE的服务S-CSCF。同时由于I-CSCF是运营商内网的接触点，因此该网元还负责网络安全方面的功能，实现对网络的隐藏。该功能实体配置在一台服务器上，IP地址为192.168.11.11。

1.2.3 S-CSCF

S-CSCF是IMS网络的核心，记录用户的呼叫状态，完成呼叫控制功能。UE注册流程中，负责提供会话控制和注册请求应答。该功能实体和I-CSCF配置在同一台服务器上，IP地址为192.168.11.11。

1.2.4 IMS-HSS

IMS-HSS存储业务过滤规则（initial FilterCriteria，iFC）和在线状态，即存储用户都开通了哪些业务、开通的业务怎么触发以及给哪个AS处理等。该功能实体配置在一台服务器上，IP地址为192.168.11.12。