VoLTE系统架构与信令流程.ppt

VoLTE系统架构与信令流程 IMSR5参考模型 简化 SGW UE MGCF Mw SLF Cx HSS Cx MGW Mn Mj Mi Mr MRFC Sh ISC MRFP S CSCF Databases InterworkingElements ServicesElements IMS网络可分为如下几个部分SessionMgmt Routing CSCFs Databases SLF HSS ServicesElements AS MRFC MRFP Inter workingelements BGCF MGCFSGW MGW SupportEntities I CSCF Gm Mw Dx GGSN VisitedDomain HomeDomain BGCF SessionManagementandRouting P CSCF Go PDF SupportEntities Source THEIMS IPMultimediaconcepts servicesinthemobiledomain AS Mp SessionManagementandRouting P CSCF 1 3 P CSCF ProxyCallSessionControlFunction 用于在用户接入IMS网络 功能接近于一个Proxy与 UA UserAgent RFC3261 将用户注册请求转发到I CSCF与PDF功能交互在UE与S CSCF之间转发信息验证发起地与目的地的有效性检测紧急业务的发起向计费单元CCF Chargingcollectionfunction 发送计费信息提供IMS与UE之间SIP信息的完整性与安全性保护压缩 解压缩UE发出的压缩SIP信息 RFC3320 3485 3486 执行媒体控制策略 检查SDP消息中的媒体信息 Source THEIMS IPMultimediaconcepts servicesinthemobiledomain Mp SessionManagementandRouting I CSCF 2 3 SGW UE MGCF Mw SLF Cx HSS Cx MGW Mn Mj Mi Mr MRFC Sh ISC MRFP S CSCF AS I CSCF Interrogating CSCF 当用户漫游时作为用户接入归属网络的接入点一个运营商网络可以有多个I CSCF与HSS联系获取该用户归属的S CSCF地址向该S CSCF转发所有SIP请求与相应向CCF发送计费信息提供拓扑 配置与能力隐藏的功能 I CSCF Gm Mw Dx GGSN VisitedDomain HomeDomain BGCF SessionManagementandRouting P CSCF Go PDF Source THEIMS IPMultimediaconcepts servicesinthemobiledomain Mp SessionManagementandRouting S CSCF 3 3 SGW UE MGCF Mw SLF Cx HSS Cx MGW Mn Mj Mi Mr MRFC Sh ISC MRFP S CSCF AS S CSCF Serving CSCF IMS中业务控制核心 处于归属网络中负责UE的注册与任务管理在一个运营商网络中可以有多个S CSCF处理用户注册请求 如RFC3261中描述的registrar 记录所有注册UE的IP地址通过IMSAKA对用户鉴权从HSS中下载用户信息与业务数据路由被叫用户信息到P CSCF 主叫用户信息到I CSCF BGCF或AS负责任务控制与紧急呼叫处理通过DNS进行E 164到SIPURI Universalresourceidentifier 之间的转换进行媒体策略控制 维护任务执行时间向CCF发送计费信息 I CSCF Gm Mw Dx GGSN VisitedDomain HomeDomain BGCF SessionManagementandRouting P CSCF Go PDF Source THEIMS IPMultimediaconcepts servicesinthemobiledomain Mp Databases Databases HSSandSLF SGW UE MGCF Mw SLF Cx Cx MGW Mn Mj Mi Mr MRFC Sh ISC MRFP S CSCF AS HSS HomeSubscriberServer 存储与IMS有关的用户与服务信息 包括IMS相关功能包含CS域的HLR AUC功能包含PS域的HLR AUC功能HSS中包含用户标识 注册信息 接入参数与业务触发信息 3GPPTS23 002 23 003 23 008 SLF SubscriptionLocationFunction 用于协助I CSCF S CSCF与AS找到存储该用户信息的HSS I CSCF Gm Mw Dx GGSN VisitedDomain HomeDomain BGCF P CSCF Go PDF Source THEIMS IPMultimediaconcepts servicesinthemobiledomain HSS ServicesElements ServiceElements MRFC MRFP 1 2 SGW UE MGCF Mw SLF Cx HSS Cx MGW Mn Mj Mi Mr MRFC Sh ISC MRFP S CSCF AS MRFC MultimediaResourceFunctionController 支持与承载有关的业务 conferencing announcements transcoding 支持与S CSCF通过SIP互通并且通过MEGACO控制MRFP向CCF发送计费信息MRFP MultimediaResourceFunctionProcessor 按照MRFC的要求提供用户面的资源 I CSCF Gm Mw Dx GGSN VisitedDomain HomeDomain BGCF P CSCF Go PDF Source THEIMS IPMultimediaconcepts servicesinthemobiledomain Mp Mp ServicesElements ServiceElements AS 2 2 SGW UE MGCF Mw SLF Cx HSS Cx MGW Mn Mj Mi Mr MRFC Sh ISC MRFP S CSCF AS ApplicationServer AS 提供IMS的业务接收与处理来自IMS的SIP请求发送SIP请求向CCF与OSC发送计费信息 I CSCF Gm Mw Dx GGSN VisitedDomain HomeDomain BGCF P CSCF Go PDF Source THEIMS IPMultimediaconcepts servicesinthemobiledomain Mp InterworkingElements InterworkingElements BGCF MGCF 1 2 SGW UE MGCF Mw SLF Cx HSS Cx Mn Mj Mi Mr MRFC Sh ISC MRFP S CSCF AS I CSCF Gm Mw Dx GGSN BGCF P CSCF Go PDF MGW BreakoutGatewayControlFunction BGCF 用于选择合适的MGCF进行互通通过ENUMDNS按照被叫的E 164号码选择合适的MGCFMediaGatewayControlFunction MGCF 用于执行IMS与CS域的互通执行不同域之间的协议转换 BICC ISUP与SIP VisitedDomain HomeDomain Source THEIMS IPMultimediaconcepts servicesinthemobiledomain Mp InterworkingElements ServicesElements InterworkingElements MGW SGW 2 2 SGW UE MGCF Mw SLF Cx HSS Cx Mn Mj Mi Mr MRFC Sh ISC MRFP S CSCF AS I CSCF Gm Mw Dx GGSN BGCF P CSCF Go PDF MGW SignallingGateway SGW 用于连接不同的信令网络实施信令承载的转换 SS7 SIGTRAN MediaGatewayControlFunction MGW 连接不同域的用户平面 PSTN GSM WCDMA与IMS 不同网络之间的编解码转换 Source THEIMS IPMultimediaconcepts servicesinthemobiledomain VisitedDomain HomeDomain SupportEntities PDF SGW UE MGCF Mw SLF Cx HSS Cx MGW Mn Mj Mi Mr MRFC Sh ISC MRFP S CSCF AS PDF PolicyDecisionFunction 由P CSCF依据任务与媒体信息进行策略控制存储业务与媒体相关信息 IPaddress port bandwidth etc 生成用于标识PDF与任务的Authorisationtoken当收到GGSN请求后按照存储的任务 媒体信息作出QoS决策在任何时刻撤回授权控制对承载的使用当承载发生变化时通知P CSCF在GGSN与P CSCF之间交换ChargingID I CSCF Gm Mw Dx GGSN VisitedDomain HomeDomain BGCF SessionManagementandRouting P CSCF Go PDF Source THEIMS IPMultimediaconcepts servicesinthemobiledomain Mp 3GPPRel 5IPMultimediaSubsystem 总结 UE P CSCF I CSCF S CSCF BGCF MGCF Gm Mw Mw SLF Dx Cx HSS AS Cx MGW Mn Mj Mi Mr MRFC GGSN Go Sh VisitedDomain HomeDomain ISC MRFP SGW PDF SGW 3GPPRel5 6IMS主要协议与接口 UE P CSCF I CSCF MGCF Gm Mw Mw SLF Dx Cx HSS AS Cx MGW Mn Mj Mi SIP Megaco Mr MRFC GGSN Go COPSforPolicyControl Sh VisitedDomain HomeDomain ISC MRFP Megaco SIP ISUP SIP Compression S CSCF BGCF 主要IMS协议SIP SessionInitiationProtocol Gm Mw Mr Mi Mg Mj ISCDiameterDh Sh Cx Dx UsesDiameterSIPapplication Rf接口用于离线计费使用Diameter计费请求Ro接口用于在线计费使用DiameterCreditControlapplication DCCA PDF Rf Rf Ro Rf Rf Rf Ro Rf Ro Rf Dh Mg Mp R6Interface DS UE SV LTELTE多模双待单卡 USIM 终端通过同时接入LTE和CS网络实现数据业务和语音业务的共存和并发 数据业务通过LTE网络承载 语音业务通过传统电路域网络承载 LTE网络的语音业务实现方案 Dual StandbyUECSFallBackSingleRadioVoiceCallContinuity CSFB在语言呼叫建立阶段UE回退到2G 3G网络 从而延续传统电路域控制下的语音业务 VoLTE SRVCC在LTE网络中提供基于IMS网络的VoIP业务 当UE移动出LTE覆盖区时 通过切换到传统2G 3G电路域网络以保证语音业务的连续性 MSC EPC MSC EPC GSM 3G LTE GSM 3G Fallback LTE MSC EPC GSM 3G SRVCC LTE IMS CS业务处理节点 PSCore LTE网络中如何实现CS语音业务 CSCore BSC RNC MGW IMS GERAN UTRAN MSS CSCF VoIPAS GGSN SGSN BTS Node B EvolvedPC S P GW MME EUTRAN 电路域业务 IMS业务 VoLTE总体架构 MME S GW P GW eNB HSS PCRF P CSCF I S CSCFBGCF MGW TAS GERAN UTRAN MGW MGCF Callcontrolsignalling Userplanetraffic Othercontrolsignalling S6a Gx Rx Ma ISC Sh Mb S11 S1 MME S1 U SGsSv Mw Cx Mi Mn D MSS LTE Uu Access P GW MME HSS eNB PCRF IMS P CSCF IMSAS Register EvolvedPacketCore S1 MME S6a Gx S11 S1 U 1 DefaultBearer SIPQCI 5 1 用户附着在LTE网络并且建立IMS默认承载 SIPsignalling 2 IMSVOIP注册 SIP信令 2 SGi VoIPmedia 5 话音传输 5 S GW S5 VoLTE建立IMS默认与专用承载 Dedicatedbearer RTPQCI 1 3 发起IMS语音呼叫 SIP信令 4 通过PCC建立话音媒体面专用承载 4 4 3 QCI简介 QCI简介 LTE SRVCC解决LTE与CS切换需求 BSC eNb i MSC S MME 2G 3Gcoverage Mw Gm Network AnyAccess i Sv S6a Gr RTP IP Cx D RTP IP 3 IMS将用户平面更新到MGW侧 1 eNb通过MME向MSS发起SRVCC切换请求 2 在无线资源预留后MSS向IMS发起SRVCC切换请求 SCCAS Sh MMTelAS CSCF HSS HLR UserplaneafterSRVCChandover UserplanebeforeSRVCChandover LTEDomain SignallingUserplaneVoIMSVoCS S P GW SRVCC MGW 2G 3GCSDomain CSCF eSRVCC网络架构 除了归属网络中设置的SRVCC应用服务器 eSRVCC架构在拜访网络中引入了接入侧的锚定点 锚定点包括两部分功能 ATCF AccessTransferControlFunctionalityATGW AccessTransferGatewayATCF在呼叫过程中及接入侧转换后始终参与在会话控制平面中 它在拜访地执行接入承载的控制 在SRVCC发生时 负责控制来自本地CS域新媒体通道的转换 而无需更新远端的呼叫分支 ATGW受ATCF的控制 在呼叫过程中及接入转换后始终位于会话媒体通道内 虽然ATGW作为单独的功能单元描述 但在实际部署时 可以附着在不同的物理网元上 如IMS MGW CS MGW等 PDNGW CSMGW UE A Party UE B Party VisitedNetwork A Party ATGW P CSCF HomeNetwork A Party HomeNetwork B Party SCC AS I S CSCF P I S CSCF StablebearerlegbetweenATGWandUE B Party ATCF Gm SIP Mw SIP Mw SIP Gm SIP MSC S UE B 3GPPR10Solution VoLTE注册流程 VoLTE呼叫流程 SIP协议介绍 SIP SessionInitiationProtocol会话发起协议 IETF制定的多媒体通信系统框架协议之一基于文本的应用层控制协议 独立于底层协议用于建立 修改和终止IP网上的双方或多方多媒体会话 SIP六种信令 INVITE ACK CANCEL OPTIONS BYE REGISTERINVITE和ACK 建立呼叫 完成三次握手 或者用于建立以后改变会话属性 BYE 结束会话 OPTIONS用于查询服务器能力 CANCEL用于取消已经发出但未最终结束的请求 REGISTER用于客户出向注册服务器注册用户位置等消息 SIP呼叫流程 主叫挂机 ROHC SolutionArea Coverage capacityandpeakratesVisibility PublicShortDescription Robustheadercompressionsallowsforefficientusagesoftheairinterface BenefitsfortheCustomer Highernumberofvoicecallspercell FunctionalDescription Therobustheadercompression RoHC functioncompressestheheaderofIPpackets RoHCissupportedforIPv4andIPv6 ThefollowingRoHCprofilesaresupported 0 x0000ROHCuncompressed RFC4995 0 x0001ROHCRTP RFC3095 RFC4815 0 x0002ROHCUDP RFC3095 RFC4815 RoHCisappliedfortheEPSbearerwithQCI1 Theoperatorcanenable disablethefunctionalitypereNodeBbyO Msetting TTIbundling SolutionArea Coverage capacityandpeakratesVisibility PublicShortDescription TTIbundlingallowsforbetteruplinkperformanceatthecellborderinLTEandreducedPDCCHsignalingload BenefitsfortheCustomer BundlingofTTIsenhancestheuplinkcoverage OnetransportblockisallocatedtofourTTIsinsteadofoneTTI i e theenergypertransmittedbitisincreased FunctionalDescription TheFlexiMultiradioBTSsupportsTTIbundlinginordertoincreasetheuplinkcoverageandtoreducethePDCCHload TTIbundlingallowstoallocateonetransportblockinuplinktofourTTIsanduptothreePRBs whichleadstoanimproveduplinklinkbudget TheuplinkrateislimitedbythemaximumallocationofthreePRBs TTIbundlingisappliedonlyforUEswiththerelatedUEcapabilities TheradioresourcemanagementoftheeNodeBdynamicallyactivates deactivatesTTIbundlingperUEwiththeRRC RRCConnectionReconfigurationmessage Thethresholdsfortheactivationandthedeactivationareoperatorconfigurable TheRRCconnectionreconfigurationisperformedasanintra cellhandoverinordertoensurethattheUEandtheeNodeBaresynchronised TTIbundlingswitchesarenotperformedduringactiveUEhandovermeasurementsrequiringmeasurementgaps e g inter frequencyorIRAThandover asthismayleadtoadegradationofthehandoverperformance Thefollowingcountersareprovidedinordertomonitortheperformance e g NumberofULgrantsforTTIbundlingAveragenumberofUEsconfiguedforTTIBundlingmodeofsucDistributionofUEretentioninTTIBundlingmode short medium longUEretentioninTTIBundlingmode TheTTIbundlingfunctionalitycanbeenabled disabledpercellbyO Msettings VoIP媒体协议 1 采用UDP封装2 语音 RTP RTCP 3 语音编解码 G 711A u G 729 G 723 14 DTMF传输 RFC2833 RFC21985 传真 T 38 T 306 回声抑制 G 165 G 168 32 128MS 7 语音活动检测以及舒适噪音生成 RTP RTCP协议 RTP协议为端到端网络提供了时实传送数据 例如音频 视频 单播或者组播的业务 功能 RTP不能预留地址资源 也不能保证时实业务的QoS RTCP则是控制和监视RTP及其QoS的协议 RTP包格式 012381631 V 版本 RFC1889定义为2P 填充 若设置次位 包的实际数据内容比包本身小X 扩展 若设置扩展 固定报头后是报头扩展CC CSRC数值 标记多个CSRC数目M 标记 可用来标记谈话的开始PT 有效载荷 定义了有效载荷类型 G 711u A G 729 G 723 RFC2833 顺序编号 用于分析丢包率 RTCP协议 是RTPControlProtocol的英文缩写RTCP有以下常用消息SR 发送者报告 接收和发送来自活动参与者的统计RR 接收者报告 用来接收来自非活动参与者的统计SDES 源描述细节 包括CNAMEBYE 用来指示参与结束APP 用来表示应用具体功能 语音数据流 不同的编码算法对应不同的压缩性能 语音压缩算法 VoIP的QoS首先要考虑的是带宽 下表是不通协议带宽粗略的值 IP包所占的带宽 不包括链路层的开销 语音编码带宽 RTP包头 12bytesUDP包头 8bytesIP包头 20bytesITU标准规定 G 729每10ms一个帧 10字节 帧 723 5 3k一帧30ms 20字节 帧 723 6 3k一帧30ms 24字节 帧 静音检测的效率按60 计算 语音缓冲区动态调整 1 网络抖动 时延 丢包引起语音质量下降2 通过DSP完成缓冲区动态调整 使语音更趋平滑3 语音时延与语音清晰度平衡点4 对收端来说 语音失真尽量消除 语音丢包补偿技术 1 网络拥塞会引起丢包2 如果不做丢包补偿 用户将听到pops Clicks3 对语音而言 丢包补偿的方式是插值算法4 对传真面言 所传的包中含有上一个包的信息 冗余技术 AMR简介 全称AdaptiveMulti Rate 自适应多速率编码 主要用于移动设备的音频 压缩比比较大 但相对其他的压缩格式质量比较差 由于多用于人声 通话 效果还是很不错的 1 AMR 又称为AMR NB 相对于下面的WB而言 语音带宽范围 300 3400Hz 8KHz抽样2 AMR WB AMRWideBand 语音带宽范围 50 7000Hz16KHz抽样 AMR WB 全称为 AdaptiveMulti rate Wideband 即 自适应多速率宽带编码 采样频率为16kHz 是一种同时被国际标准化组织ITU T和3GPP采用的宽带语音编码标准 也称为G722 2标准 AMR WB提供语音带宽范围达到50 7000Hz 用户可主观感受到话音比以前更加自然 舒适和易于分辨 AMR NB AMR一共有16种编码方式 0 7对应8种不同的编码方式 8 15用于噪音或者保留用 AMR WB 语音测试截图 时延和抖动 MOS 丢包率 时延和抖动 时延 端到端包传递的时间 ITUG 114规范建议 在传输语音流量时 单向语音包端到端延迟要低于150ms 对于国际长途呼叫 特别是卫星传输时 可接受的单向延迟为300ms 如果超过300ms则通话的质量会变的让人不能忍受 过多的包延迟可以引起通话声音不清晰 不连贯或破碎 经验 大多数用户察觉不到小于100毫秒的延迟 当延迟在100毫秒和300毫秒之间时 说话者可以察觉到对方回复的轻微停顿 这种停顿可以影响到通话双方的交流 超过300毫秒 延迟就会很明显 用户开始互相等待对方的回复 通话过程变成类似对讲机式的模式 而且较长的时延也会将回声问题的影响放大 时延的产生因素 编码的处理 模拟形式的声音信号在CODEC被采样和量化为PCM信号 DSP对PCM信号进行压缩处理所产生的时延为编码处理时延 这种时延产生在设备侧 如果设备的编码器固定 则编码时延也固定 包化 包化就是将编码器输出的语音净荷放置到RTP UDP IP包中的过程 相对于编码的时延 包化的时延很小 因为包化的过程没有复杂的运算 仅仅是增加包头和计算校验和 而编码则有大量的数学运算 队列 Queuing 语音的净荷放置到IP包中后 要被设备转发到目的地 这些包会在设备的出接口队列中 等待被调度 转发设备不同的队列机制对IP包的处理有很大不同 可以通过合理的配置来减少语音包在队列中等待的时间 进而减少队列时延 串行化 Seri