LTE网络语音短信漫游方案研究

LTE 语音短信业务国际漫游方案研究报告语音短信业务国际漫游方案研究报告 中国联合网络通信集团有限公司 YBCU 025 2013 前言前言 本报告由中国联通公司技术部提出 本报告由中国联通公司技术部归口 本报告主要起草单位 中国联通公司技术部 中讯邮电咨询设计院有限公司 本标准主要起草人 本标准的修改和解释权属中国联通公司 2 目录目录 1研究背景 3 1 1 概述 3 1 2 国内外研究进展 4 1 3 主要研究内容 6 2LTE 运营商国际漫游场景选择 6 2 1 LTE 国际漫游架构 6 2 2 LTE 与 2G 3G 共存的国际漫游场景 8 2 2 1 漫游双方仅签订 2G 3G 漫游协议 8 2 2 2 漫游双方签订 2G 3G 和 LTE 漫游协议 9 2 3 总结 11 3LTE 语音业务国际漫游方案 12 3 1 概述 12 3 2 CSFB 13 3 3 VoLTE 14 3 3 1 IMS 漫游 14 3 3 2 RAVEL 架构 15 3 4 3 SRVCC 20 3 5 总结 23 4LTE 短信业务国际漫游方案 24 4 1概述 24 4 2SMS over SGS 24 4 3SMS over IP 26 4 4基于 IMS 的 SMS IM 26 4 5总结 26 5LTE 国际漫游互通需求及架构 27 5 1 漫游互通需求 27 5 2 漫游互通技术 27 5 2 1 GRX 27 5 2 2 IPX 28 5 3 总结 32 6LTE 语音短信业务国际漫游方案建议 33 6 1 应用场景分析 33 6 2 语音短信业务漫游方案建议 34 6 3 漫游互通方案建议 36 3 1研究背景研究背景 1 1 概述概述 20 世纪 90 年代以来 移动通信飞速发展 到 2002 年底全球移动用户数已超过固定用 户数 在 3G 大规模商用以后 多媒体服务与应用得到了广泛推广 而 3G 在速率 服务质 量 无缝传输等方面的局限性也将日益显露出来 势必需要带宽更宽的无线系统 当前 移动宽带化和宽带移动化的趋势已经愈加明显 同时无线通信领域的技术发展速度加快 技术竞争加剧 未来的移动通信将呈现网络日趋融合 多种接入技术综合应用 新业务不 断推出的发展趋势 为了满足未来网络和业务发展的需求 3GPP 组织于 2004 年 12 月正式成立了 LTE Long Term Evolution 研究项目 LTE 是 3G 的演进 主要特点是在 20MHz 频谱带宽下 能够提供下行 100Mbps 和上行 50Mbps 的峰值速率 相对于 3G 网络极大的提高了小区容 量和频谱效率 同时将网络延迟大大降低 以满足高速数据速率需求 随着 LTE 网络及关键技术国际标准和产业链的日渐成熟 国际主流运营商开始进行 LTE 网络的部署和运营 然而 由于 LTE 的主要驱动力来自数据业务 LTE 核心网取消了电路交 换域的概念 只保留了分组交换的功能 即只存在分组域 EPC 其本身功能仅定位于提供 数据业务 没有考虑语音业务的提供 考虑到从 2G 3G 到 LTE 演进后原有业务的继承性 需要考虑如何在 LTE 引入后选择合适的语音 短信解决方案以提供业务 实现网络的平滑演 进并有效解决语音等业务继承性是运营商需要考虑的问题 经过近些年的协议演进及各大 标准组织的探讨 目前业界基本达成一致认可的 LTE 语音业务提供方式主要包括以下几种 其一是 CSFB Circuit Switched Fall Back 语音解决方案 其基本原理是当终端驻留在 LTE 网络时 如果终端发起或接收呼叫 则需要先从 LTE 重选回 2G 3G 网络 由 2G 3G 的 电路域来提供语音 CSFB 语音解决方案是 LTE 引入初期的一种解决方案 目前已经被国际 标准化组织 NGMN 定义为 LTE 引入初期国际漫游的语音解决方案 另一类是多模双待手机 解决方案 手机同时驻留在 CS 域和 PS 域 语音仅在 CS 域发生 数据在 PS 域发生 这两 种方案均被认为是 LTE 引入初期语音业务提供的过渡方案 第三种解决方案是基于 IMS 的语音业务 VoIMS 提供方案 即在 LTE 覆盖范围内采用 IMS 实现语音 在语音呼叫过程中如果终端移动出 LTE 覆盖范围时 采用 SRVCC 以支持语 4 音业务连续性 目前业界已经一致将 VoIMS 作为 LTE 语音业务的长期目标解决方案 GSMA 和 NGMN 都已经宣布将 VoIMS 作为业界 LTE 下唯一的端到端的语音解决方案 对运营商而言 部署基于 IMS 的 VoLTE 方案是符合网络长期演进趋势的最佳方案 也 是向移动宽带语音演进的必经之路 从长远来看 这将给运营商带来两方面的价值 一是 提升无线频谱利用率 降低网络成本 因为对于语音业务 LTE 的频谱利用效率远远优于 传统制式 达到 GSM 的 4 倍以上 另一个价值就是提升用户体验 VoLTE 的体验明显优于 传统 CS 语音 首先 高清语音和视频编解码的引入显著提高了通信质量 其次 VoLTE 的 呼叫接续时长大幅缩短 据国内主流设备商测试表明 VoLTE 比 CS 呼叫缩短一半以上 第 三 与 RCS 的无缝集成可以带来丰富的业务 虽然 IMS 能够很好的解决 LTE 网络中的语音问题 但对于漫游用户 特别是国际漫游 由于呼叫建立时延和语音质量等问题 传统的 IMS 漫游及 LTE 漫游架构均无法提供完善的 语音漫游及互通方案 在传统的 PS 域中 漫游用户业务通过归属域 GGSN 接入并访问业务 会话信令及媒体流均路由回归属地 这种方式将产生一定时延 而在传统 CS 域漫游中 当 用户发起呼叫时 均由拜访地 MSC VLR 根据被叫号码进行路由选择 接续到被叫用户 不 同运营商网络间通过网间信令转接点 ISTP 进行互联 但由于 LTE 没有电路交换的概念 基于 IMS 的语音业务通过分组域提供 因此其语音漫游架构及互通模型都将发生变化 而随着国际间交流合作的增加 LTE 网络国际漫游互通将成为 LTE 部署和发展过程中不 可回避的重要问题 运营商需要考虑如何与其他运营商之间实现互联互通以及如何为用户 提供无缝漫游服务等 针对现存的语音解决方案 对于漫游的实现方案也分为利用 CSFB 实 现漫游以及 VoLTE 漫游方案 1 2 国内外研究进展国内外研究进展 对于 LTE 网络中语音和短信的漫游方案 目前 3GPP TS 23 272 中定义的 CSFB 架构即适 用于国际漫游场景 同时 GSMA IR 88 和 IR 38 标准也对 LTE 数据漫游和 CSFB 语音短信业 务漫游的技术要求和测试要求进行了定义和规范 对于基于 IMS 的 VoLTE 漫游 GSMA IREG 工作组提出了多项标准规范 除 IR 88 和 IR 92 之外 IR 65 IMS Roaming Interworking Guidelines 提出了 IMS 语音业务的国际漫 游及互通的基本原则和需求 IMS 漫游场景 漫游架构及网络互通互操作方案 并规范了 路由选择 业务要求以及寻址等关键问题 对 VoLTE 产业及运营商 IMS 国际漫游策略有重 大指导意义 根据 IR 65 规范 3GPP 在 TS23 228 Stage2 中也给出了 VoLTE 漫游基础架构和 5 关键功能描述 并对其注册流程 会话建立路由流程 用户面路由优化等进行了详细描述 此外 GSMA IR 34 对国际漫游中涉及的运营商间互通问题进行分析 并提出了运营商 漫游互通架构及路由方案 IR 67 对国际漫游互通中的域名解析问题进行了描述 对 DNS ENUM 系统进行规范 BA 27 对 IMS 漫游中的计费策略及计费模型进行了描述和定义 在实际部署方面 目前大部分已部署 LTE 网络的国际运营商 针对漫游的考虑 一阶 段均首先部署 LTE 纯数据漫游 同时将 CSFB 作为漫游用户的语音业务解决方案 短期内不 会通过 VoLTE 为用户提供语音业务漫游 其中 NTT Docomo 和 AT T 的 LTE 漫游部署计划 情况详见下表所示 表 1 1 LTE 运营商国际漫游部署计划 运营商国际漫游 场景 部署计划业务计费互通 漫入场景2013 年下半 年 NTT Docomo 漫出场景2014 年上半 年 通过 LTE 提供高 速数据业务 通 过 CSFB 回落 3G 提供 CS 语音业务 正在研究是否对 LTE 和 GSM 3G 区分计费 IPX LTE 数据漫 入 2013 年中LTE 纯数据业务 支持运营商在 LTE 网络上漫游 基于数据流量计 费 计划 LTE 3G 区分计 费 LTE 数据漫 出 2014 年一季 度 LTE 纯数据业务 要求终端必须支 持 CSFB 基于数据流量计 费 计划 LTE 3G 区分计 费 AT T VoLTE 业 务感知漫 游 2015 年上半 年 VoLTE 提供语音 业务 支持漫入 漫出 业务感知 基于业务计费 IPX 国内而言 中国移动将首先以 CSFB 支持 LTE 国际漫入和漫出用户的语音及短信业务 并在其发布 VoLTE 白皮书中表示未来将实现 VoLTE 漫游 但未明确部署时间 其要求 VoLTE 漫游终端同时支持空闲态 TD LTE FDD LTE 和 WCDMA 之间的双向小区重选及连接态 的切换定向和 eSRVCC 功能 同时终端支持优选 VoLTE 漫游出访 次选 CSFB 漫游出访的方 式 网络方面要求通过 IPX 网络进行中间国际转接 对于 VoLTE 终端漫游引入端到端的 6 IMS 漫游架构 要求 EPC 网络能够解析专用 IMS APN 实现语音媒体的本地疏导 LBO 同时 IMS 网络支持路由环回机制 IPX 网络支持 IMS 代理网关能力 中国移动已经于 2011 年 9 月参加并完成了由 MSF Multi Service Forum 组织 GSMA 协办的业界首次 VoLTE 漫游互通测试 该测试旨在验证多厂商环境下基于 LTE EPC IMS 技 术的 VoLTE 接口互联互通以确保 LTE 技术的多厂商部署策略 并验证遵循 3GPP LTE EPC 技 术以及 GSMA 在 IR 92 和 IR 65 中定义的 VoLTE 技术标准所开发和构建的 MSF 实际场景 测 试站点分布在德国和中国 由 Vodafone 和中国移动支持建设 测试场景包括遵照 GSMA 标 准定义的 IMS VoLTE 互通 全球漫游以及互联 中兴 华为 阿朗 思科等 19 家设备厂商 参与测试 这次试验有效推动了 IMS 和 LTE 技术的结合应用 对电信行业具有重要的意义 1 3 主要研究内容主要研究内容 本课题主要跟踪 GSMA 3GPP 等国际标准组织对 VoLTE 漫游方案的研究进展情况及产 业链现状 重点研究 LTE 网络演进过程中 语音及短信业务的国际漫游需求 CSFB SRVCC 及 VoLTE 部署在漫游中可能出现的问题 漫游中的网络互操作 GW 及 APN 选择以及信令 流程 互通 计费等问题及解决方案 并结合联通网络情况给出建议 重点包括 1 LTE 运营商的国际漫游架构和场景选择 2 LTE 语音业务国际漫游方案 包括 CSFB VoLTE 及 SRVCC 的组网架构 主要流程 等 3 LTE 短信业务国际漫游方案 包括 SMS over SGs 基于 IMS 的消息类业务等 4 LTE 国际漫游互通需求及架构 包括互通需求及 GRX IPX 在此基础之上 对上述方案进行评估 并结合中国联通网络现状 3G 国际漫游现状 以及产业链整体情况 提出中国联通未来 LTE 语音和短信业务的国际漫游策略和建议 2LTE 运营商国际漫游场景选择运营商国际漫游场景选择 2 1 LTE 国际漫游架构国际漫游架构 在 LTE 网络中 当用户漫游到其他运营商的网络中 则根据用户的需要 运营商间的 漫游协议和运营商的策略等 漫游用户的信令和媒体数据流可以由不同的网络提供 相应 的漫游架构也有所不同 在 LTE 漫游中 定义了三种不同的漫游架构 7 第一种漫游架构与 2G 3G 的 PS 域漫游类似 用户面由归属网络 HPLMN 路由 在该架 构中 HSS 和 PGW 以及相应的策略控制设备均在归属地 其他设备则位于漫游地 此时 漫游用户的所有业务都回到归属网络 其架构如图 2 1 所示 当 PGW 和 SGW 分属于归属 网络和拜访网络时 其间通过 S8 接口互通 MME SGWE UTRANUE PGW PCRF HSS 运营商业务 如 IMS PSS等 SI U LTE Uu S10 SI MME S8 S11 S6a SGi Gx Rx HPLMN VPLMN 图 2 1 用户面由归属网络路由的 LTE 漫游架构 另外两种漫游架构均属于用户面由本地疏导 Local Breakout LBO 的场景 区别在于 LTE 业务的提供方式 图 2 2 所示架构中 HSS 在归属地 归属地运营商的 H PCRF 也需要 参加策略控制 需要把用户策略控制参数传递给漫游地的 V PCRF 二者通过 S9 接口互通 用户面数据不回归属网络 而是在拜访网络中由本地疏导 但漫游用户仍使用归属网络的 业务 MME SGWE UTRANUE H PCRF HSS 归属网络运 营商业务 SI U LTE Uu S10 SI MME S11 S6a Gx Rx HPLMN VPLMN PGW 拜访网络 运营商PDN V PCRF S9 S5SGi 图 2 2 用户面本地疏导 归属网络提供业务的 LTE 漫游架构 8 在图 2 3 所示的架构中 与归属网络为漫游用户提供业务不同 不仅用户面数据由拜 访网络进行本地疏导 并且漫游用户也将使用拜访网络的业务 业务控制及路由均由拜访 网络提供 MME SGWE UTRANUE H PCRF HSS 拜访网络运 营商业务 SI U LTE Uu S10 SI MME S11 S6a Gx Rx HPLMN VPLMN PGW V PCRF S9 S5SGi 图 2 3 用户面本地疏导 拜访网络提供业务的 LTE 漫游架构 在这三种架构中 SGW 的选择由拜访网络 VPLMN 中的 MME SGSN 在初始附着或 PDN 连接建立过程中完成 PGW 的选择分为归属网络路由及拜访网络本地疏导两种方式 而为 了能够在拜访网络中选择正确的 PGW 归属网络 HPLMN 运营商应允许其漫游用户使用 VPLMN 地址 2 2 LTE 与与 2G 3G 共存的国际漫游场景共存的国际漫游场景 2 2 1 漫游双方仅签订漫游双方仅签订 2G 3G 漫游协议漫游协议 在 LTE 网络部署初期 可能存在两个 LTE 运营商之间仅签订 2G 3G 漫游协议 尚无开 通 LTE 漫游的场景 则其仅间互通仅可通过 Gp 接口 包括以下三种情况 场景 1 现有 GPRS 漫游 该场景描述了现有的 GPRS 漫游模型 SGSN 仅与 GGSN 通过 Gp 接口互联 HPLMN 可 能部署了 PGW 但仅为内部使用 不用于漫游场景 9 VPMN HPMN GGSN SGSN Gp 2G 3G 图 2 4 GPRS 漫游场景 场景 2 HPLMN 仅部署 PGW 作为漫游网关 该场景描述了 SGSN 仅通过 Gp 接口与 PGW 互联的场景 HPLMN 也部署 GGSN 但仅 为内部使用 不用于漫游场景 VPMN HPMN PGW SGSN Gp 2G 3G 图 2 5 HPLMN 仅部署漫游网关 PGW 场景 3 HPLMN 同时支持 GGSN 和 PGW 作为漫游网关 该场景描述了 SGSN 通过 Gp 接口与 GGSN 和 PGW 互联的情况 如果 HPLMN 对 GGSN 和 PGW 采用不同 APNs 则 SGSN 可在 GGSN 和 PGW 中选择 如果 HPLMN 对 GGSN 和 PGW 采用相同的 APNs 则 VPLMN SGSN 必须采用如下 UE 能力 如果 UE 具备 LTE 功能 则必须选择 PGW 如果 UE 仅具备 2G 3G 功能 则必选 GGSN VPMN HPMN GGSN SGSN Gp 2G 3G PGW Gp 图 2 6 HPLMN 同时支持 GGSN 和 PGW 作为漫游网关 10 2 2 2 漫游双方签订漫游双方签订 2G 3G 和和 LTE 漫游协议漫游协议 当漫游双方 LTE 运营商开通 LTE 漫游时 即两个运营商之间同时存在 2G 3G 漫游协议 和 LTE 漫游协议时 涉及到漫游用户的 2G 3G 与 LTE 间 RAT 切换 在该场景下 不允许在 一个 PLMN 中同时通过 Gp 和 S8 接口的 2G 3G 接入 即漫游用户在一个 VPLMN 中仅能选 择通过 Gp 或者 S8 接口接入 HPLMN 中的 PGW 包括以下四种网关选择情况 场景 1 HPLMN 仅部署 PGW 作为漫游网关 2G 3G 接入通过 Gp 接口 该场景描述了 SGSN 通过 Gp 接口连接 PGW SGW 通过 S8 接口连接 PGW 的情况 在 该场景中 漫游用户的 RAT 间切换锚定在 PGW 上 HPLMN 中 GGSN 不用于漫游 VPMN HPMN PGW SGSN Gp 2G 3G SGW LTE S8 图 2 7 HPLMN 仅部署 PGW 作为漫游网关 2G 3G 接入通过 Gp 接口 场景 2 HPLMN 部署 GGSN 和 PGW 作为漫游网关 2G 3G 接入通过 Gp 接口 该场景描述了 SGSN 通过 Gp 接口与 PGW 和 GGSN 互通 SGW 通过 S8 接口与 PGW 互 通的情况 在该场景中 2G 3G 数据接入通过 Gp 接口提供 RAT 间切换锚定在 PGW 上 如果 HPLMN 对 GGSN 和 PGW 采用不同 APNs 则 SGSN 可在 GGSN 和 PGW 中选择 如 果 HPLMN 对 GGSN 和 PGW 采用相同的 APNs 则 VPLMN SGSN 必须采用如下 UE 能力 如 果 UE 具备 LTE 功能 则必须选择 PGW 如果 UE 仅具备 2G 3G 功能 则必选 GGSN VPMN HPMN PGW 2G 3GLTE GGSN SGSNSGW Gp GpS8 图 2 8 HPLMN 部署 GGSN 和 PGW 作为漫游网关 2G 3G 接入通过 Gp 接口 场景 3 HPLMN 仅部署 PGW 作为漫游网关 2G 3G 接入通过 S4 S8 接口 11 该场景描述了 SGSN 通过 S4 接口连接 SGW SGW 通过 S8 接口连接 PGW 的情况 在该 场景中 如果 SGW 不变 则 RAT 间切换锚定在 SGW 上 如果 SGW 变化则锚定在 PGW 上 VPMN HPMN PGW 2G 3GLTE SGSNSGW S8 S4 图 2 9 HPLMN 仅部署 PGW 作为漫游网关 2G 3G 接入通过 S4 S8 接口 场景 4 HPLMN 部署 GGSN 和 PGW 作为漫游网关 2G 3G 接入通过 S4 S8 或 Gp 接口 该场景描述了 SGSN 通过 S4 接口连接 SGW 同时通过 Gp 接口连接 GGSN SGW 通过 S8 接口连接 PGW 的情况 该场景中 如果 SGW 不变 则 RAT 间切换锚定在 SGW 上 如果 SGW 变化则锚定在 PGW 上 如果 HPLMN 对 GGSN 和 PGW 采用不同 APNs 则 SGSN 可在 GGSN 和 PGW 中选择 如 果 HPLMN 对 GGSN 和 PGW 采用相同的 APNs 则 VPLMN SGSN 必须采用如下 UE 能力 如 果 UE 具备 LTE 功能 则必须选择 PGW 如果 UE 仅具备 2G 3G 功能 则必选 GGSN VPMN HPMN PGW 2G 3GLTE SGSNSGW S8 S4 GGSN Gp 图 2 10 HPLMN 部署 GGSN 和 PGW 作为漫游网关 2G 3G 接入通过 S4 S8 或 Gp 接口 2 3 总结总结 对于未签订 LTE 漫游协议的情况 拜访网络仅提供 2G 3G 接入 即漫游用户仅通过 SGSN 接入 目前日本运营商 NTT Docomo 已明确表示将支持 2 2 1 节所述三种场景 对于中国联通而言 对漫入场景 联通为漫入用户提供 2G 3G 接入 通过本地 SGSN 接入并路由至归属网络 根据终端能力选择 PGW 或 GGSN 目前中国联通现网 SGSN 已要 12 求升级支持 LTE 终端能力识别功能 并支持 EPC 格式域名构建 对于漫出场景 由于中国 联通目前已部署国际 GGSN 设备 EPC 网络建设策略为 GGSN 升级支持 PGW GGSN 融合设 备作为国际漫游出口 因此对于上述组网场景 应不存在场景 2 情况 要求支持场景 3 同时为了满足联通 LTE 未覆盖的过渡时期需求 也应支持场景 1 对于 LTE 漫游 回归属架构由 HPLMN 运营商提供对策略 计费等的完全控制权 通过 归属地 PGW 为漫游用户提供服务 用户能够访问 HPLMN 运营商自有业务 并能够应用原 有的防火墙及 VPN 功能 但是 由于这种方案需要将会话路由回归属地 因此将占用较多 的传输资源并带来一定的额外时延 而对于本地疏导 LBO 方案 由拜访地 PGW 为漫游用 户提供服务 会话用户面数据不需要路由回归属地 极大的节省了传输资源并优化时延 两种方案的对比如下表所示 表 2 1 LTE 漫游回归属架构与本地疏导架构比较 回归属路由架构回归属路由架构本地疏导本地疏导 LBO 架构架构 现有漫游流程影响与现有流程基本一致在 3G 数据漫游中 LBO 架构非 主流架构 面临改造 APN3G 网络归属路由的 APN 可重 用 必须设置新的 APN 用于 LTE LBO 数据漫游 VPLMN 提供互联网接入可延用目前 3G 漫游流程 HPLMN 需要与拜访网络的互联 网接入提供商签署新协议 中间网络转接成本 LTE 产生大大数据量将极大增 加中间转接成本 不需要增加中间网络转接成本 漫游数据延迟较差较好 安全性使用 HPLMN 的网络设备将提 供更好的安全性 安全性和可控性由 VPLMN 提供 HPLMN 无法控制 问题定位易于进行故障及差错定位难以进行故障和查错定位 TAP 可靠性更可靠 HPLMN 能够在其自有 PGW 上检查 CDR 相比较不可靠 对于纯数据业务的 LTE 漫游来说 由于其对时延不敏感 因此没有本地疏导的需求 且考虑到安全性 可靠性 策略控制 可实施性 用户习惯以及不同国家地区差异等因素 GSMA IR 88 中建议 LTE 的漫游模式默认设置为归属地漫游的方式 目前 AT T Telefonica NTT Docomo 等运营商均选择 LTE 数据漫游回归属的漫游方案 中国联通现有 3G 数据漫游采用回归属的漫游架构 漫出用户的数据业务将路由回联通 网络中的国际 GGSN 进行处理 在未来 LTE 网络部署中 考虑到上述因素 目前 LTE 数据 漫游策略定义为回归属漫游架构 13 3LTE 语音业务国际漫游方案语音业务国际漫游方案 3 1 概述概述 对于开放 LTE 网络提供数据漫游的场景 结合现有 LTE 网络语音提供方案 国际漫游 用户的语音业务提供包括如下方案 1 语音业务通过 CSFB 提供 2 语音业务通过基于 IMS 的 VoLTE 提供 根据不同运营商的策略不同可能包含或不包 含 SRVCC 3 双模双待终端 语音业务由 3G 网络提供 数据业务由 LTE 网络提供 4 仅开通 LTE 数据漫游 语音通过 3G 网络提供 对于数据业务优先的终端 当进行 语音业务时 需要用户手动关闭终端 LTE 功能 使终端重选附着到 3G 网络上 对于语音业 务优先的终端 则终端将优先附着到 2G 3G 网络上 无法访问 LTE 国际漫游数据业务 其中 方案 3 和方案 4 为终端行为 方案 1 和 2 则需要网络侧实现 作为研究 重点 3 2 CSFB CSFB 作为被运营商广泛采用的 LTE 语音过渡方案 能够为漫游用户提供语音业务 其 实现由漫游用户所在拜访网络通过 CSFB 回落到 CS 域提供语音业务 对于漫入用户 由中 国联通通过 CSFB 为其提供语音业务 对于联通漫出用户 由漫游对端运营商通过 CSFB 为 其提供语音业务 组网架构如图 3 1 所示 图 3 1 CSFB 漫游架构 14 其中 CSFB 涉及最关键的 MME MSC 网元及其之间的 SGs 接口均为拜访地网元 SGs 接口为内部接口 对于漫游和非漫游而言没有影响 国际漫游场景下的呼叫建立流程与非 漫游场景相同 对于拜访地运营商既存在 LTE 网络又存在 3G 或 2G 网络时 LTE 漫游用户由该拜访地 运营商提供语音业务 如果拜访地运营商仅存在 LTE 网络 无 3G 和 2G 网络时 如果 LTE 漫游用户终端为语音优先终端 则其将重选到其他运营商的 LTE 网络 通过 CSFB 获取语音 业务 或者重选到其他运营商的 3G 2G 网络 通过现有 CS 域获取语音业务 CSFB 语音业务的漫游互通与现有 3G 用户漫游互通一样 3G 语音国际漫游信令采取与 国际信令转接商直连的方式 实现与对端运营商之间的信令连接 国际话路的疏通则以话 路直连方式为主 通过第三方转接方式为辅 实现与漫游对端运营商之间的连接 3 3 VoLTE 3 3 1 IMS 漫游漫游 基于 IMS 的 VoLTE 语音解决方案被业界认为是 LTE 语音业务的最终目标方案 对于其 在漫游场景中的应用 GSMA 规范 IR 65 提出了三项需求 分别如下 1 当用户漫游时 基于 IMS 的用户面媒体路由应保证至少与现有 CS 域媒体面路由相 同的优化程度 2 在 VoIMS 中应维持与 CS 域一致的漫游计费模型 3 允许 HPMN 依据业务 商业考虑及监管等原因 强制将用户面媒体路由回归属 对应不同需求 IR 65 建议了两种 VoLTE 漫游架构 IMS 漫游架构和 RAVEL 架构 IMS 漫游架构如下图所示 其遵守标准的 IMS 流程 业务由归属地 S CSCF 触发 当用 户 A 漫游到拜访地 A 时 其通过拜访地 A 的 P CSCF 接入到 IMS 网络 用户注册 Register 请 求被送到拜访地 P CSCF 拜访地 P CSCF 通过 DNS 查询得到该用户归属域 I CSCF 然后注册 请求经由归属地 I CSCF 路由到归属地 S CSCF 由归属地 S CSCF 进行用户注册 用户发起主 被叫业务时 所有信令也都由拜访地 P CSCF 进行转发 并由归属地 S CSCF 进行业务控制 15 图 3 2 IMS 漫游架构 由于 IMS 漫游架构需要使用拜访地的 PGW 和 P CSCF 因此必须使用知名的 IMS APN 使用 IMS APN 附着时 PDN 连接建立同时也建立一个 QCI 5 的默认承载 该默认承载仅用 来传输 IMS 中的 SIP 信令 VoLTE 的语音数据需要由网络侧触发建立专用承载来传输 语音 业务的 QCI 等级为 1 对于业务的 QoS 策略控制 通过 PCRF 下发策略触发专用承载的建立 在国际漫游中 由于 VoLTE 基于 LTE 的 LBO 架构 因此 PGW 和 P CSCF 均位于拜访地 而 PCRF 位于归属地 因此即涉及到拜访地和归属地的 PCRF 交互 可能存在以下几种情况 1 拜访地 P CSCF 直接下发业务特性给拜访地 vPCRF vPCRF 根据漫游协议签订的静态 默认策略 直接下发策略给拜访地 PGW PGW 执行 即 VoLTE 漫游用户统一策略 不区 分用户 2 拜访地 P CSCF 通过漫游接口 Rx 下发业务特性给归属地 h PCRF 拜访地 PGW 通过 Gx 接口 直接获取归属地 PCRF 策略 但是在国际漫游中 由归属地策略直接控制拜访地 PGW 可行性较差 且需要 Rx 接口和 Gx 接口均通过 IPX 网络做中转 3 拜访地 P CSCF 通过漫游接口 Rx 下发业务特性给拜访地 v PCRF v PCRF 通过与 h PCRF 之间的 S9 接口获取归属地策略 vPCRF 通过 Gx 接口下发策略给拜访地 PGW 目前 S9 接口开启复杂 标准不完善且无必须的应用场景 16 3 3 2 RAVEL 架构架构 3 3 2 1 架构描述架构描述 由于语音业务对实时性的要求 LTE 语音漫游时延应满足 不高于 2G 3G 语音漫游时 延 的标准 而传统的 IMS 漫游则无法满足这一实时性要求 因此 VoLTE 漫游必须采用 基于 LBO 改进的新漫游架构 漫游用户通过拜访地的 PGW 和 P CSCF 获得 VoLTE 服务 减 少媒体流路由及呼叫时延 为了满足这一需求 使漫游用户数据无需路由回归属地 则需要在拜访网络新增一个 功能节点作为漫游用户会话的媒体锚定点 根据 GSMA IR 65 中规定 将在拜访地网络中新 增一个转接漫游功能实体 TRF Transit Roaming Function 来实现这一功能 3GPP TS23 228 中详细的定义了 TRF 及相应流程 该解决方案被命名为 RAVEL 架构 如下图 3 3 所示 MSC Server P CSCFATCF ATGW TRF IBCFIBCF TrGWTrGW S CSCF BGCF IBCF MGCF I CSCF MGW TrGW VPLMNHPLMN UE CS PSTN IMS 远端网络 图 3 3 RAVEL 架构 其中 该架构需遵循并满足如下结构需求及功能要求 P CSCF S CSCF TRF 及其他节点在不同网络间执行路由流程时 可通过信令来指 示一个 IBCF TrGW 是否应用 OMR 机制 并控制 OMR 流程的启用 为了支持媒体流不通过归属网络路由的场景 要求处理呼入请求的 IBCFs 应支持 OMR 机制并且允许其相应的 TrGWs 旁路 媒体流锚定应通过出口 IBCFs 控制 归属地网络 HPLMN 基于本地策略及拜访地网络 VPLMN 的支持情况来决定是否执行 路由环回流程 VPLMN 应从 HPLMN 获取足够的信息以识别会话是否执行了归属地路由或拜访地路 由 HPLMN 应发送一个指示给 VPLMN 以通告该会话为路由环回会话 以区别其他 17 漫入呼叫 则 VPLMN 可针对该环回呼叫执行正确计费及路由决策 如果本地策略要求由 BGCF 决定某个主叫 INVITE 请求的路由选择 则应由 BGCF 决 定是否执行路由环回流程 否则 由 S CSCF 决定 TRF 应选择适当的出口点 如 通过 MGCF 呼转到 CS PSTN 通过 IBCF 呼转到其他 IMS 网络 通过 I CSCF 在本网内呼转 将呼叫路由到目的网络 TRF 可利用诸如主 叫 UE 位置信息等信息来选择一个临近的出口点作为媒体锚定点 VPLMN 为 HPLMN 提供 TRF 的参考列表以供其选择 如果 VPLMN 未提供 TRF 地址 则 HPLMN 使用一个默认的生成地址 如果 HPLMN 运营商选择归属地路由而非 VPLMN 转接 则 HPLMN 应强制信令及媒 体均通过 HPLMN 路由并将呼叫路由到目的网络 3 3 2 2 会话发起路由流程会话发起路由流程 对于采用拜访地 VPLMN 路由的漫游方案 漫游用户获取地址及注册流程与传统 IMS 漫 游架构相似 其主叫方发起呼叫建立会话的路由流程有所不同 根据漫游需求及 RAVEL 架 构功能要求 具体流程如下图 3 4 所示 1 UE 发送 INVITE 请求给 P CSCF 2 P CSCF 将 INVITE 请求发送给拜访地 IBCF 基于运营商策略 P CSCF 在消息中增加 一个推荐的 TRF 参考 3 该 IBCF 为媒体流分配一个 TrGW 然后遵循标准 OMR 流程转发 INVITE 请求 如果 INVITE 请求路由回 VPLMN 且无中间节点锚定媒体 则允许该 TrGW 被旁路 4 5 中间网络及 HPLMN 的入口 IBCF 转发 INVITE 请求到 S CSCF 中间网络节点及 IBCF 均应支持 OMR 且允许其相应 TrGW 被旁路 6 S CSCF 执行业务触发 18 UEP CSCFTRFIBCFIPX s S CSCF MGCF IBCF MGW TrGW IBCF s 目目的的端端 1 INVITE 2 INVITE 3 INVITE 4 INVITE 5 INVITE 6 业业务务触触发发 7 INVITE 8 INVITE 9 INVITE 10 INVITE 11 路路由由发发现现 12 INVITE 13 INVITE 14 会会话话建建立立完完成成 媒媒体体流流媒媒体体流流 VPLMNHPLMN中间网络 图 3 4 RAVEL 架构会话发起流程 拜访地路由 7 S CSCF 执行路由选择 基于本地策略 且满足 UE 为漫游用户 VPLMN 呼叫路由漫游协议应用 非强制归 属地路由 S CSCF 决定将呼叫路由回 VPLMN INVITE 请求中增加路由环回标识以通告 VPLMN 该请求是被路由回拜访地且由 VPLMN 执行呼叫路由 S CSCF 同时将 UE 的位置信息发送给 VPLMN 如果该请求中包含可用的 TRF 优选参考信息 则 S CSCF 应用该 TRF 信息并将会话 路由回 VPLMN 中 如果未包含或不可用 则 S CSCF 使用一个默认的 TRF 生成地址 将会话路由回 VPLMN 如果本地策略要求接入 BGCF 为一个特定的 SIP 请求执行路由 则由 BGCF 决定是否 执行路由环回流程 8 9 HPLMN 中的 IBCF 及中间网络转发 SIP 请求到 VPLMN 中指明的 TRF 中间网络的 19 节点应支持 OMR 且允许其 TrGW 被旁路 10 VPLMN 中的 IBCF 收到 SIP 请求 发现 SDP 包含可选的媒体地址 并且允许 TrGW 旁路 则 IBCF 应用 OMR 来移除 VPLMN 和 HPLMN 中间的任意已分配 TrGW 并将 SIP 请求 转发给指示的 TRF 11 基于路由环回标识 TRF 识别该请求为归属地路由回拜访地的请求 TRF 执行主叫 方路由 基于可用的 SIP URI ENUM 查询 或 BGCF 路由将请求信令路由到目的网络 TRF 利用主叫 UE 位置等信息选择一个临近的出口点作为媒体锚定点 12 呼叫路由到被叫方 如果被叫方在 IMS 域内可达 则呼叫通过 IBCF 被路由到远端 如果被叫方在 CS 域可达 则呼叫通过 MGCF 被 breakout 到 CS 如果被叫方在 VPLMN 内可达 则呼叫被路由到 I CSCF 当请求被发往下一跳时 请求 URI 中包含被叫方信息 当转发到 IBCF 时 TRF 通过信令来保证媒体锚定在 VPLMN 如果被叫是 VPLMN 中的 IMS 用户 则直接将呼叫路由到目的端 不需要经过 MGCF IBCF 13 BGCF IBCF 执行一般的呼叫路由流程将呼叫路由到目的端网络 呼叫被锚定在 VPLMN 呼出 IBCF 发往目的端时不应用 OMR 14 会话建立完成 在后续的会话建立信令中 VPLMN 与 HPLMN 之间通过 IBCF 和中间网络回传的 OMR 信 息将触发任意已分配的 TrGW 释放 在 RAVEL 架构中 要求漫游用户的归属网络 HPLMN 能够强制采用归属地漫游 此时 信令面将不再路由回拜访地 不涉及到 TRF 的操作 其主要应用场景如下 1 与发起呼叫的漫游用户在同一归属地 HPLMN 及附近的被叫用户 2 拜访地 VPLMN 不支持本地路由 3 运营商策略配置及漫游协议约定 主叫方归属地 HPLMN 将选择强制采用归属地路由的方案 主叫方发起的会话建立流程 如图 3 5 所示 20 UEP CSCFTRFIBCFIPX s S CSCF MGCF IBCF MGW TrGW IBCF s 目目的的端端 1 INVITE 2 INVITE 3 INVITE 4 INVITE 5 INVITE 6 业业务务触触发发 7 INVITE 8 会会话话建建立立完完成成 媒媒体体流流媒媒体体流流 VPLMNHPLMN中间网络 图 3 5 RAVEL 架构会话发起流程 归属地路由 1 6 与拜访地路由流程相同 7 SCSCF 执行路由选择 由于 UE 为漫游用户 且要求归属地路由 SCSCF 直接将 INVITE 请求从归属地路由到目的地 如果本地策略要求接入 BGCF 为特定 SIP 请求执行路由 决策 则 BGCF 决定执行路由决策 当路由转发时 SCSCF BGCF 需依靠信令来保证每天锚 定在 HPLMN SCSCF 将基于本地策略 被叫位置信息及 VPLMN 对路由环回流程的支持情况 决定是 否执行归属地路由 8 会话建立完成 3 3 2 3 计费考虑计费考虑 VoLTE 主要基于业务计费 其收费方式可能基于时长 业务包等形式 因此 VoLTE 产生 的信令和语音数据都不应收取流量费 需要在用户产生的总流量中核减 VoLTE 语音漫游 的计费模型主要包括两部分 漫游计费及互通计费 互通计费产生于直连的通信双方 如果在会话发起方与目的端之间存在着多方互联 则互通计费采用级联链式计费的方式 该互通价值链中的每一方均仅计算与其直接互联的 前一节点及后一节点的相关费用 互通计费基于统计信息 sum counters 实现 该信息包 括以下内容 计费互联对端 数据流流向 计费时间 业务 是否承载信令或媒体 目的 21 端等 与互通计费不同 漫游计费则产生于拜才访地网络 VPLMN 与归属地网络 HPLMN 之间 用于用户漫游的额外费用 对于 RAVEL 漫游架构 由于存在路由环回过程 漫游用户所在拜访地运营商与归属地 运营商间存在两次方向相反的计费流 如图 3 6 所示 其中计费级联关系 1 2 3 代表由 拜访地运营商经 IPX 到归属地运营商之间的计费流 与其不同的是 计费级联关系 4 5 6 为发生路由环回时 由归属地运营商经 IPX 环回至拜访地运营商的计费流 7 代表 拜访地运营商到中间承载网络的计费流 8 代表承载网络到被叫方目的端的计费流 简化 中间互通网络 IPX 间计费 对该计费关系进行简化 目前一种可能的情况是 在归属地运营商向拜访地运营商支 付的漫游计费流 A 中还额外包括拜访地运营商经承载网络发往被叫方对端网络的计费流 如图 3 6 所示 由于存在环回 因此拜访地运营商 A 无需向 IPX1 支付互通计费 IPX1 无需 向 IPX2 支付互通计费 IPX2 也无需向归属地运营商支付互通计费 全部包含在计费关系 4 5 中由归属地运营商 A 支付 关于 RAVEL 的漫游计费模型标准化组织仍在进行研究 VPLMN A HPLMN A IPX1IPX2 目目的的端端 网网络络 用用户户A 用用户户A 用用户户B 用用户户B IP传传输输网网 A R R T TS S T TD D T T2 2 T T1 1 T TV VT T1 1 T TV VT TV V T TS S T TD D T TD D 图 3 6 RAVEL 架构漫游计费模型 简化 3 3 3 SRVCC 部署 VoLTE 之后 为了保证 VoLTE 用户移动到 LTE 网络边缘 切换到 3G 网络时语音通 话的连续性 引入了一种用于 SRVCC 的功能 该功能由 MSC Server 提供 即 SRVCC 增强型 MSC Server 下图只显示与 SRVCC 增强型 MSC Server 相关的必要模块 图中的 MSC Server 为 SRVCC 增强 SRVCC 增强型 MSC Server 可以不是连接到目标小区的最终目标 MSC 该架构适用于 漫游场景 即 SRVCC 不会影响 S8 和 S6a 接口 22 UEE UTRAN MME MSC Server 目标 UTRAN GERAN S GW P GW IMS UEUm UuIu cs A Iu ps Gb Sv S11S1 MME S1 U E UTRAN Uu HSS S6a SGSNS3 切换前的承载路径 切换后的承载路径 切换前的SIP信令路径 SGi 图 3 7 SRVCC 组网架构 对于已签订 LTE 漫游协议 由 VoLTE SRVCC 提供语音业务的国际漫游用户 其从拜访 地 LTE 网络接入拜访地 SBC P CSCF 从而路由到归属网络的 IMS 域 由归属网络 MMtel AS 提供语音业务 当用户从 LTE 网络切换到非 LTE 网络时 由 SRVCC 完成语音业务连续性 当切换完成之后 漫游用户将从拜访地 MSCs 接入 CS 网络继续语音业务 语音业务回落到 CS 域后 遵循现有 2G 3G 电路域语音漫游协议 由于 SRVCC 呼叫信令和承载的重建是端到端的 例如 VoLTE 主叫端为漫游用户 则当 其切换到 CS 域通过 MGW 进行传输时 其原有的由主叫端 SBC P CSCF 到被叫端的 SBC P CSCF 的呼叫媒体通路需要切换到由主叫端 MGW 到被叫端 SBC P CSCF 的通路上 由于涉及 被叫端的交互和媒体资源协商 因此在漫游场景中 特别是双方均漫游的场景下 SRVCC 将产生较大时延 可用性较差 由于 SRVCC 方案在漫游时 切换 UE 漫游或双方 UE 均漫游 切换过程和语音中断 可能过长 无法满足切换中保证用户体验的需求 所以 决定引入本地信令 媒体锚点 ATCF ATGW 缩短远端更新带来的时延问题 在该方案中 将锚定点称为 ATCF Access Transfer Control Function 其主要做信令面的锚定 并控制 ATGW Access Transfer Gateway 做媒体面的锚定 当发生切换的时候 MSC Server 只需要通知 ATCF 做一个内部切换即可 不需要对远端进行更新 这样可以大大缩短 IMS 侧更新会话的时长 达到缩短切换中语音 中断的目的 其组网架构如下所示 23 UE ISC Mc MSC Server CS MGW SCC AS ATCF Gm CS Access TAS I3 ATGW S CSCF Mw I2 P CSCF Location of functionality depends on deployment and collocation scenario Mx 图 3 8 eSRVCC 组网架构 SRVCC 的最大问题在于切换中断时延较长 不能在所有情况下满足 300ms 的语音中断 时延 而采用 eSRVCC 切换时 拜访地目标网络 MSC Server 不再直接与用户归属 IMS 网络 重建会话接入端 与远端重建媒体 而是与拜