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1、VoLTE 信令分析手册部门TDD 网络基础性能部作者日期002571212015-4目录VoLTE 信令分析手册11前言32初始42.1Initial attach42.1.1Attach Request（piggybacked PDN connectivity request）42.1.2Attach Accept(piggybacked Activate default EPS bearer context request)52.2IMS PDN Connection 建立72.2.1PDN connectivity request72.2.2E-RAB SETUP REQUEST82.

2、2.3Activate default EPS bearer context request9日期修订内容作者2015-4-30初稿完成002571212015-6-191. 修改呼叫建立流程图：a) 默认承载 QCI9 和 QCI5 属于不同的 PDN connection， 在 idle 流 ，MME 会分别发送两个Modify Bearer Request 消息b) 在 Update 和 200 OK（Update）进行 SDP 协商后，根据媒体流 SDP 协 商 结 果 以 及 PCRF 策略触发 QCI1 dedicated EPS bearer 修改流程2. 补充 QCI1 ded

3、icated EPS bearer 修改流程示意图002571212015-7-161. 修改 VoLTE 呼叫流程图中笔误（E-RAB RELEASERESPONSE）002571212015-8-41. 修改 3.1.8 SIP INVITE 两处笔误002571212.3IMS 域 SIP. 92.3.1SIP Register102.3.2401 Unauthorized122.3.3SIP Register132.3.4SIP 200 OK143VoLTE 呼叫 VoLTE 流程153.1主叫呼叫流程153.1.1RRCConnectionRequest173.1.2RRCConne

4、ctionSetup173.1.3RRCConnectionSetupComplete193.1.4INITIAL UE MESSAGE193.1.5INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST193.1.6RRCConnectionReconfiguration（DRB setup-QCI9/QCI5）213.1.7INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE233.1.8SIP INVITE243.1.9SIP 100 TRYING283.1.10SIP 183 Session Progress283.1.11AAR293.1.12AAA313.1.13E-R

5、AB SETUP REQUEST323.1.14RRCConnectionReconfiguration（DRB setup-QCI1）333.1.15ACTIVATE DEDICATED EPS BEARER CONTEXT REQUEST343.1.16SIP PRACK363.1.17SIP 200 OK(PRACK)373.1.18SIP UPDATE373.1.19SIP 200 OK（UPDATE）383.1.20PDN GW initiated Dedicated bearer modification-Optional393.1.21SIP 180 ringing393.1.2

6、2SIP 200 OK（INVITE）403.1.23K403.2被叫呼叫建立流程413.3VoLTE 呼叫. 423.3.1SIP BYE433.3.2SIP 200 OK（BYE）433.3.3STR/STA433.3.4E-RAB RELEASED443.3.5Deactivate EPS bearer context request441前言本文根据中移动项目VoLTE 试测试，整理 VoLTE 呼叫信令流程，关键消息及关键 IE定义说明，并给出了相关协议参考说明，供相关同事了解 VoLTE E2E 流程，也可根据个人需求，相关协议进行深入学习和掌握。移动 VoLTE E2E 网元如下

7、：侧：eNodeB，IMS点 SBC/P-CSCF，因此，本文信令消息说明，仅Mate7。因如下接口不是我司，本文未做说明：1)MME 与 S-GW，S-GW 与 P-GW 之间遵从 GTPv2-C，相应规范为 TS 29.274;2)PCRF 与P-GW 之间遵从 Gx 接口协议，相应规范为 TS 29.212.网元商eNodeBMMEEricssonS-GW/P-GWEricssonPCRFEricssonIMS测试 UEMate7初始21)VoLTE UE 在 LTE 网络内发起 Initial attach 流程，建立数据 APN 的 PDN connection，相应的default

8、 EPS bearer 为 QCI9/8（由 HSS 上用户签约数据决定）；当网也支持 VoLTE 时，MME 会在 Attach 过告知 UE 网络侧支持 VoLTE。2)VoLTE UE 发起到 IMS APN 的 PDN connection 建立流程，相应的缺省承载为 QCI5；在该过，获取 IMS点 P-CSCF 地址。3)VoLTE UE 发起到 IMS 域的，SIP消息承载在 QCI5 缺省承载上。2.1Initial attach中移动终端会发起 combined attach 流程，在 Initial attach 过同时完成 CSFB 附着和普通数据业务附着。数据 APN

9、采用 IPv4 地址，IMS APN 采用 IPv6 地址。2.1.1Attach Request（piggybacked PDN connectivity request）Attach Request 消息关键 IE 截图：关键 IEIE 取值定义EPS 附着类型：24.301 1 EPS attach type2.1.2Attach Accept(piggybacked Activate default EPS bearer context request)Attach Accept 关键 IE 截图：关键 IEIE 取值定义【】这里表示 combined attachEPS

10、 附着结果：24.301 0 EPS attach resultUE 请求的 IP 地址类型：24.301 0 PDN type【】UE 上报 srvcc 能力和 Notification 能力给MME。24.008 2 MS network capability【】终端上报 UE 的语音优先策略和终端属性24.008 8Voice domain preference and UEs usage setting24.301 PDN address】该例中缺省承载为 QCI9，数据 APN 为【cmnet，为 UE 分配

11、了 IPv4 地址。24.301 2A EPS network feature support【】这里表示网络支持 IMS VoIP 业务。IMS PDN Connection 建立PDN connectivity request关键 IEIE 取值定义【】VoLTE UE 发起到 IMS APN PDN Connection建立，APN IE 填写为 IMS well-known APN.24.301 0 PDN type24.008 7 Request type24.008 Access point name2.

12、2.2E-RAB SETUP REQUEST关键 IEIE 取值定义【】NAS PDU 对 eNodeB 透明36.413 E-RAB SETUP REQUEST【】终端请求 P-CSCF 地址24.008 Protocol configuration options2.2.3Activate default EPS bearer context requestIMS 域 SIP2.3LTE 网络在 IMS过，负责提供接入通道，负责消息转发，SIP消息承载在 IMSPDN connection 的 default EPS bearer（QCI5）上，流程示意图如

13、下：关键 IEIE 取值定义【】激活 IMS PDN connection default EPS bearer（QCI5），并分配 IP 地址PDN address【】MME 将从 P-GW 获取到的 P-CSCF 地址发送给 UE24.008 Protocol configuration optionsGSMA IR.92 规定在IMS过，采用 IMS-AKA 算法完成 UE 和 IMS 网络之间的双向认证，认证后建立安全联盟 SA（Security Association），UE 和 P-CSCF 间 SIP 信令采用 IPsec 报文进去安全保护，完整性保护必选和加密

14、可选：如下为 P-CSCF（SE2900）信令截图：下面以 P-CSCF 信令跟踪消息截图，简单说明关键消息 IE。2.3.1SIP RegisterUEU获取 IMSI，再从 IMSI 推导出 IMPI 和 IMPU，向 IMS 拜访网络P-CSCF发送 REGISTER 消息请求（在 SIP default port 5060 上发送）。关键 IEIE 取值定义Request-URI REGISTERsip:SIP/2.0【】用于指示位置服务的归属域名RFC 3261 10.2 Constructing the REGIST

15、ER RequestTo:From:;tag=bbfcbjY【】用户的公共标识 T-IMPU（Temporary IP Multimedia Public Identity）。24.229 .1GeneralContact:;expires=600000;+g.3gpp.icsi-ref=urn%3Aurn-7%3A3gpp- service.ims.icsi.mmtel;+g.3gpp.smsip;+sip.ins tance= Contact 头域会携带用户的地址，注册时长。同时会携带一些表明支持业务的能力RFC3261 10.2Constructingthe REGISTE

16、R Request24.229 .1GeneralSupported: path,sec-agree Allow:INVITE,ACK,OPTIONS,BYE,CANCEL,UPDATE,NO TIFY,MESSAGE,REFERRequire: sec-agreeRFC 3329 Security Mechanism Agreement for the Session Initiation Protocol (SIP)24.229： .2Initial registration using IMS AKA2.3.2401 UnauthorizedProxy-Req

17、uire: sec-agreeSecurity-:ipsec-3gpp;alg=hmac-sha-1- 96;prot=esp;mod=trans;ealg=null;spi- c=10056126;spi-s=50257551;port-c=31163;port- s=31850【】SIP 消息建立安全机制（IPSec-Security Association，指定 IPSec 完保（alg）和加密（ealg）算法）33.203：7 Security association set-up procedure33.203 The use of Security Mechanism Agreem

18、ent for SIP Sessions 21 for security mode set-upAuthorization:Digestusername=460075205000317ims.mnc007.mcc46 0.3,realm=ims.mnc007.mcc460.3g ,uri=sip:ims.mnc007.mcc460.3gppne ,nonce=,response=24.229： .2Initial registration using IMS AKA33.203：6.1Authenticati

19、on and key agreementVia:SIP/2.0/UDP 2409:8809:8440:9:7704:8b30:9e08:e3d0:5060;branch=z9hG4bKckfcbjyomayomlhaaOZ1;rport24.229 .1General2.3.3SIP RegisterUE 收到 401 响应后，根据本地 USIM/ISIM 中保存的共享密钥对 AUTN 进行认证，认证通过则表明 401 消息来源于用户真实的归属网络，UE 对 IMS 网络鉴权通过。再基于共享密钥和 RAND计算出 RES（Response），重新构造 REGISTER 消息，携带

20、 RES，发给 P-CSCF。关键 IEIE 取值定义Require: sec-agree24.229 .1IMS AKA - generalProxy-Require: sec-agreeSecurity-:ipsec-3gpp;alg=hmac-sha-1-96;prot=esp;mod=trans;ealg=null;spi-关键 IEIE 取值定义WWW-Authenticate:Digest realm=,nonc e=FqUvhuGXRIt4wIySLWOTwoFmGgnHu3CVh/JY e23LT5

21、4=,algorithm=AKAv1-MD5,qop=auth【】下发鉴权RFC 326133.203 6.1.1Authentication of an IM-subscriber RFC 3310Security-Server:ipsec-3gpp;alg=hmac-sha-1- 96;prot=esp;mod=trans;ealg=null;spi- c=2147534534;spi-s=2147534566;port-c=9950;port- s=9900【】服务端建立 IPSec Association，分配保密端口作为传输层的源、目的端口RFC 3329 Security Mech

22、anism Agreement for the Session Initiation Protocol (SIP)33.203：7Security association set-up procedure2.3.4SIP 200 OKP-CSCF 收到 UE 发送的 SIP Register 消息后，转发给 I-CSCF/S-CSCF， S-CSCF 收到鉴权响应，将期望收到的鉴权响应 XRES 和实际收到的鉴权响应 RES 进行比较。如果两者匹配，则 IMS网络对 UE 鉴权通过。向 UE 回复SIP 200 OK，表明初始。c=10056126;spi-s=50257551;port-c=

23、31163;port- s=31850,ipsec-3gpp;alg=hmac-md5- 96;prot=esp;mod=trans;ealg=null;spi- c=10056126;spi-s=50257551;port-c=31163;port- s=31850Security-Verify:ipsec-3gpp;alg=hmac-sha-1- 96;prot=esp;mod=trans;ealg=null;spi- c=2147534534;spi-s=2147534566;port-c=9950;port- s=9900【】建立 IPSec AssociationAuthorizat

24、ion:Digestnonce=FqUvhuGXRIt4wIySLWOTwoFmGgnHu3CV h/JYe23LT54=,username=460075205000317,uri=sip:ims.mnc 007.,realm=ims.mnc000. ,algorithm=AKAv1- MD5,response=e4c1070a1e2d1d11c82ef054687c7 1a2,qop=auth,cnonce=35402d0c35402cec

25、,nc=0000000124.229 .1IMS AKA - general3VoLTE 呼叫VoLTE 流程3.1主叫呼叫流程SBC/ P-CSCFUEeNBMMES-GWP-GWPCRFRRCConnectionRequestUE initiate service requestInitiate VoLTE ca lprocedure if UE is in idle stateRRCConnectionSetup(SRB1/ul-SCH-Config/PhysicalConfigDedicated)RRCConnectionSetupComplete(dedicatedIn

26、foNAS)INITIAL UE MESSAGE(NAS-PDU=Service Request)INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST(E-RAB setup-QCI9/QCI5,SRVCC Operation Possible )SecurityModedSecurityModeCompleteRRCConnectionReconfiguration(SRB2/DRB1/DRB2)RRCConnectionReconfigurationComplete2对Mod fy Bearer消息 分别修改QCI5/QCI9 EPS bearerINITIAL CONTEXT SE

27、TUP RESPONSEModify Bearer Request基于PDN connec ion进行承载修改Modify Bearer Request 2Modify Bearer Response 2SIP：INVITE（SDP offer）SIP：100 TryingSIP：183（SDP Answer）AARProvisioning of PCC rulesRARProvisioning of SessionInformationAAARAADedicated Bearer ActivationCreate Bearer RequestCreate Bearer RequestE-RA

28、B SETUP REQUEST/ACTIVATE DEDICATED EPS BEARER CONTEXT REQUESTRRC Connection Reconfiguration/ACTIVATE DEDICATED EPS BEARER CONTEXT REQUESTRRC Connection Reconfiguration CompleteE-RAB SETUP RESPONSEUL Information Transfer /ACTIVATE DEDICATED EPS BEARER CONTEXT ACCEPTUPLINK NAS TRANSPORT /ACTIVATE DEDI

29、CATED EPS BEARER CONTEXT ACCEPTCreate Bearer ResponseCreate Bearer ResponseSIP：183 Session Progress（SDP Answer）SIP：PRACKSIP：200 OK（PRACK）SIP：UPDATE（a=curr:qos local sendrecv a=curr:qos remote none）SIP：200 OK(UPDATE)AARRARPDN GW initiated bearer modification（optional）AAARAASIP：200 OK（a=curr:qos local

30、 sendrecv a=curr:qos remote sendrecv）SIP：180 ringingSIP：200 OK（INVITE）KBoth Way VoLTE RTP media carried on the QCI=1 dedicated bearereNodeB 虚用户信令跟踪：SBC 侧信令跟踪：相关详细消息如下：3.1.1RRCConnectionRequestIdle 态 UE 因有上层业务需求，发起 RRC 建立流程，发送 RRCConnectionRequest 消息。关键 IEIE 取值定义36.331 RRCConnectionRequest】携带 UE ID【2

31、4.301 Establishment of the NAS signalling】携带 RRC 建立【值connection【说明】规定 NAS 层什么场景下，提供 S-TMSI给 AS 层24.301 D.1Mapof NAS procedure to RRCestablishment cause (S1 mode only)【说明】规定 NAS 流程与 RRC establishmentcause 取值对应3.1.2RRCConnectionSetupeNodeB 发送 RRCConnectionSetup 消息，建立 SRB1，配置 ul-SCH-Config，Physi

32、calConfigDedicated（pdsch-ConfigDedicated/ pucch-ConfigDedicated/ schedulingReqonfig）等。关键 IEIE 取值定义36.331 RadioResourceConfigDedicated36.331 RLC-Config36.331 LogicalchannelConfig36.331 MAC-MainConfig36.331 PhysicalConfigDedicated36.331 PUCCH-Config3.1.3RRCConnectionSetupComplete终端回复 RRCConnectionSetu

33、pComplete 消息，携带 selectedPLMN-Identity 和 dedicatedInfoNAS（对应 Initial NAS Message，这里为 Service Request 消息）。3.1.4INITIAL UE MESSAGEeNodeB 将在 RRCConnectionSetupComplete 消息中收到的 NAS 消息（dedicatedInfoNAS IE），通过Initial UE Message 消息发送给 MME，同时携带 UE 接入当前小区的 TAI，ECGI，RRC EstablishmentCause，S-TMSI 等。3.1.5INITIAL

34、CONTEXT SETUP REQUESTIdle 态 VoLTE UEidle 态时，同时建立 QCI9 和 QCI5 两个缺省承载。若 UE 和 MME 都支持 SRVCC 能力，会携带SRVCC Operation Possible IE。通常，attach 的终端，idle 过，MME 会携带 UE Radio Capability IE，从该 IE 中，36.331SchedulingReqonfig可以获取到 UE 无线网络能力，如：RoHC 能力，FGI（SRVCC/SPS/TTI bundling 等能力）。关键 IEIE 取值定义【 】E-RAB to Be Setup It

35、em IE 用来指示要建立 E-RAB 承载相关 ， E-RAB ID，QoS（QCI，ARP 等）， GTP-TEID，Transport Layer Address 等36.413 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST5E-RAB Level QoS Parameters【】该 IE 表示 UE 和 MME 支持 SRVCC36.413 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST8SRVCC Operation PossibleRRCConnectionReconfiguration（DRB se

36、tup-QCI9/QCI5）3.1.6收到网 MME 下发的 InitialContextSetupRequest 消息，根据 E-RAB to Be Setup Item 触发空口建立相应的 DRB（完成 PDCP-config，RLC-config，LogicalChannelConfig）。关键 IEIE 取值定义36.331 RadioResourceConfigDedicated36.331 PDCP-Config【】携带 UE 无线网络能力，该 IE 字段丰富终端 RoHC 能力，SPS 能力，TTI bundling能力，RLC UM mode 能力，SRVCC 能力等等36.3

37、31 UE-EUTRA-Capability36.331 B.1Feature group indicators该 IE 定义了 UE 在 E-UTRA 网络的无线能力。36.331 RLC-Config36.331 LogicalChannelConfig【】（1）eps-BearerIdentity（即：E-RAB to Be Setup ItemIEE-RAB ID）和 drb-Identity 一一对应（ 2 ） logicalChannelIdentity ： 逻辑信道 ID ， MACsubheader 中包含该字段，用于指示相应的 MACSDU 属于哪个逻辑信道3.1.7INIT

38、IAL CONTEXT SETUP RESPONSEeNodeB 给 MME 回复 INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE 消息，确认 E-RAB 承载建立结果。关键 IEIE 取值定义3.1.8SIP INVITE用户发起 VoLTE 呼叫，UE 构造 SIP INVITE 消息（携带 SDP offer），在 UE 进入 Active 态后，UE 在 QCI5 default EPS bearer 上将 SIP INVITE 发送给 P-CSCF。36.413 INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE关键 IEIE 取值定义Reque

39、st URIsip:;phone-context= ;user= phone SIP/2.0【 】用于标明请求的目的方，可以为 SIPURI 和 tel URIRFC 32617.1 Requests19.1 SIP and SIPS Uniform Resource Indicators RFC 3966The tel URI for Telephone NumbersFrom:;tag=rrfcbjy【】用于标明请求的发起方，携带请求发起者的 UR

40、IRFC 3261： 20.20 From19.3 TagsTo:【】用于标明请求的接收方，携带请求接收者的 URI。RFC 3261： 20.39 ToContact:;+sip.instance=;+g.3gpp.icsi- ref=urn%3Aurn-7%3A3gpp- service.ims.icsi.mmtel;+g.3gpp.mid- call;+g.3gpp.srvcc-alerting【】用于标明直接请求发送应答方的URI 地址+g.3gpp.mid-call：表示 UE 支持 mid-call SRVCC 切换+g.3gpp.srvcc-alerting：表示 UE 支持Al

41、erting SRVCC切换24.237 C.2Definition of media feature tag g.3gpp.mid-call24.237 C.5Definition of media feature tag g.3gpp.srvcc-alertingP-Access-Network-Info:3GPP-E-UTRAN- TDD;utran-cell-id-3gpp=C70801【】PANI 头域应该携带终端当前接入网络的信息24.229 7.2A.4P-Access-Network-Info header fieldRFC 3455 Private Header (P-Hea

42、der) Extensions to the Session Initiation Protocol (SIP) for the 3rd-Generation Partnership Project (3GPP)m=audio 31024 RTP/AVP 107 105 101 102a=rtpmap:107 AMR-WB/16000/1a=fmtp:107 mode-change-capability=2;max-red=0 a=rtpmap:105 AMR/8000/1a=fmtp:105 mode-change-capability=2;max-red=0RFC 4566 SDP: Se

43、ssion Description Protocol5.14.Media Descriptions (m=)5.13.Attributes (a=)6.SDP Attributesa=rtpmap:101 telephone-event/16000 a=fmtp:101 0-15a=rtpmap:102 telephone-event/8000 a=fmtp:102 0-15【】SDP 中携带主叫支持的 codec 类型，媒体类型等，如：m=audio 31024 RTP/AVP 107 105101 102，这里表示媒体类型为 audio，媒体包 RTP 传输端为 3102（4 隐含表示 R

44、TCP传输端为31025），传输协议为RTP/AVP，支持的媒体 payload type number 为 107 105 101 102，后面相应的 a 行定义payload type number所对应的编解码类型。RFC 355011. RTP over Network and Transport Protocolsb=AS:49 b=RR:1837 b=RS:612【】用来指示 RTP/RTCP 所需带宽RFC 4566 SDP: Session Description Protocol5.8. Bandwidth (b=)b=:RFC 3556 Session Descriptio

45、n Protocol (SDP) Bandwidth Modifiers for RTP Control Protocol (RTCP) BandwidthThe for thesemodifiers is in units of bits per second with an integer value.Supported: 100rel,histinfo,join,norefersub,precondition,replace s,timer,sec-agreeRFC 3312 Integration of Resource Management and Session Initiatio

46、n Protocol (SIP)24.2293.1.9SIP 100 TRYINGP-CSCF 收到 INVITE 消息后，回复临时响应消息 100 TRYING 给 UE，用以停止 UE 重发 INVITE消息。3.1.10SIP 183 Session Progress被叫终端回复 183 Session Progress（携带 SDP Answer），经过 IMS网转发给主叫用户接入的 P-CSCF。a=curr:qos local none a=curr:qos remote nonea=des:qos mandatory local sendrecv a=des:qos option

47、al remote sendrecv【 】 Supported 头域中指示本端支持precondition，同时 SDP 中携带 precondition 相关的 QoS 参数。5.1.3 Call initiation - UE-originating case Initial INVITE request规定了主叫 UE 对 Precondition 机制的要求a=ptime:20 a=maxptime:240【】语音包打包时长RFC 4566 SDP: Session Description Protocol6. SDP Attributes如下 183 session p

48、rogress 消息为主叫 P-CSCF 发送给主叫 UE 信令截图：此后，P-CSCF 根据 INVITE（SDP Offer）和 183 Session Progress（SDP Answer）协商 SDP 结果，发送 AAR 消息给 PCRF，触发 EPS承载（QCI1）建立。该 183 Session Progress 表示协商的 codec 为 AMR-WB，相关 IE 定义与 SIP INVITE 相同。3.1.11AAR主叫 P-CSCF 收到被叫 183 Session Progress（SDP Answer）后，触发 AAR 消息给PCRF，触发专用承载（QCI1）建立，携带媒体业务流相关，媒体带宽需求等。关键 IEIE 取值定义【】P-CSCF（AF）向 PCRF 指示业务状态29.214 5.3.25 Service-Info-Status-AVP【】指示媒体类型29.214 5.3.19 Media-Type AVP【】下行 IP flow 所需要最大带宽29.214 5.3.14 Max-Requested-Bandwidth-DL AVP【】上行 IP flow 所需要最大带宽29.2