VOLTE技术原理培训课件.ppt

1、中国普天信息产业股份有限公司 Potevio Company Limited,VOLTE技术原理,网络优化部技术支持,第一节 概述 第二节 IMS网元实体介绍 第三节 IMS注册基本流程,第一章 IMS（VOLTE）网络架构及原理,第三章 VOLTE基本信令流程,第二章 VOLTE关键技术及原理,概述,IMS（IP 多媒体子系统 ）是一组规范，描述用于实现基于 IP 的电话和多媒体服务的下一代网络 (NGN) 体系结构。IMS 定义了一个完整的体系结构和框架，允许在基于 IP 的基础设施上对声音、视频、数据和移动网络技术进行聚合。它填补了两个最成功的通信范式（移动电话和 Internet 技术

2、）之间的空白。 IMS 最初是在 3GPP 第 5 版中推出的，其中将互联网工程工作小组Internet Engineering Task Force ，IETF定义的“会话发起协议”（Session nitiated Protocol，SIP）作为了 IMS 的主要协议。R10才具备了完全取代电路交换时代（CS、PSTN）语音相关业务的全部功能。 IMS是3GPP R5阶段增加的WCDMA网络中的一个子系统，在3GPP相关协议中对IMS的描述如下： IMS ：IP Multimedia subsystem（3GPP TS 23.002 ） The IM subsystem comprises

3、 all CN elements for provision of IP multimedia services comprising audio, video, text, chat, etc. and a combination of them delivered over the PS domain. The entities related to IMS are CSCF, MGCF, MRF, etc. as defined in the stage 2 of the IM subsystem TS 23.228 34. See TS 22.228 27 for some servi

4、ce examples of IMS. IMS是用于电信行业的先进技术工具集，类似于一个包含各种工具的百宝箱,IMS网络架构,第一节 概述 第二节 IMS网元实体介绍 第三节 IMS注册基本流程,第一章 IMS（VOLTE）网络架构及原理,IMS网络架构-网元实体,P-CSCF：代理呼叫控制功能模块，是IMS核心网络与用户终端的接口网元；与用户终端侧配合完成AKA鉴权、安全机制协商、IPSec加密保护、信令压缩等功能，在与有PDF功能模块的接入终端还可以配合完成资源预留功能；与I-CSCF/S-CSCF侧配合完成呼叫的接续处理。 I-CSCF：问询呼叫控制功能模块，为归属网络中P-CSCF的呼

5、入选择合适的S-CSCF，为拜访网络的外部IMS网提供接入。 S-CSCF：服务呼叫控制功能模块，IMS核心网中呼叫控制核心模块，负责对终端的注册鉴权、会话控制、用户业务信息管理及向AS触发指定业务等功能。 HSS：归属用户服务模块，IMS网络中核心用户数据库，保存归属网络中IMS用户的签约信息，包括基本标识、路由信息、业务签约信息等。 SLF：签约数据定位功能模块，当运营商网络中存在多个HSS时，为I-CSCF/S-CSCF选择合适的HSS。 PCC（Policy and Charging Control 策略与计费控制）：提供策略控制、计费控制功能、业务数据流的事件报告等功能。 PCEF（

6、Policy and Charging Enforcement Function 策略和计费执行功能）：主要包含业务数据流的检测、策略执行和基于流的计费功能。 PCRF（Policy and Charging Rule Function策略和计费规则功能）：包含策略控制决策和基于流计费控制的功能，PCRF接受来自PCEF、SPR和AF的输入，向PCEF提供关于业务数据流检测、门控、基于QoS和基于流计费的网络控制功能。并结结合PCRF的自定义信息做出PCC决策。 MGCF：媒体网关控制功能，负责IMS网络与CS网络之间进行通信 IM-MGW：IMS多媒体网关提供CS与IMS之间的用户平面链路转

7、换，类似H248终端设备就是属于这一类。 MRFC：媒体资源功能控制器，解析来自S-CSCF、AS的资源控制命令，并控制MRFP提供媒体资源，如三方会议混音、通告音等。 MRFP：媒体资源功能处理器，在MRFC控制下，为终端提供媒体资源。 SIP AS：SIP应用服务器，提供各种业务处理，如仿真PSTN业务、Centrex业务等。 SIP Terminals：包括SIP软终端、SIP硬终端、SIP IAD接入设备、SIP AG接入设备等，当前我们设备就属于这一类。,IMS网络架构网元实体,IMS实体可以被粗略的分为六大类：会话控制和路由实体族（S-CSCF、P-CSCF、I-CSCF）、数据库

8、实体（HSS、SLF）、互联实体（MGCF、IM-MGW、SGW）、服务相关实体（应用服务器、MRFC、MRFP）、支持性实体（THIG、SEG、PDF）和计费相关实体。需要理解一个非常重要的事实，IMS标准没有详细描述网络实体的内部功能。例如，HSS内部有三个功能部分：IMS功能、CS域所需的必要功能和PS 域所需的必要功能。3GPP标准没有描述IMS功能部分PS功能部分如何交互。相反的，它描述实体间的接口和接口支持的功能（例如CSCF如何从HSS获 取用户数据）。,CSCF网络中位置,IMS网络架构网元实体功能,CSCF：Call Session Control Function CSCF

9、按其位置和功能又可分为 P/S/I 三种类型：其中： P-CSCF(Proxy CSCF)：是IMS中与用户的第一个连接点， 提供代理（Proxy）功能，即接受业务请求并转发它们；P-CSCF也可提供用户代理（UA）功能，即在异常情况下中断和独立产生SIP会话；P-CSCF是IMS网络的初始接入点，所有起始和终止于于SIP终端的会话均通过P-CSCF。 S-CSCF(Serving CSCF)：S-CSCF在IMS核心网中处于核心的控制地位，配合HSS网元对用户进行鉴权，并从HSS处下载用户签约的业务信息，并对用户主叫和被叫侧的IMS用户的基本会话路由功能进行管理，并根据用户签约的IMS触发规

10、则，在条件满足时进行到AS的增值业务路由触发及业务控制交互； I-CSCF(Interrogating CSCF)：IMS归属网络的入口点。在注册过程中I-CSCF通过查询HSS为用户选择一个S-CSCF。在呼叫过程中，去往IMS网络的呼叫信息首先路由到I-CSCF，由I-CSCF从HSS获取用户所注册的S-CSCF，将消息路由到S-CSCF。 P/S/I-CSCF在物理实体上完全可以是合一的，在实际组网时，其划分和部署需综合考虑对IMS业务接入方式、CSCF的容量、能力及用户业务量需求等因素。,IMS网络架构网元实体功能,P-CSCF(Proxy CSCF) ：Proxy Call Sess

11、ion Control Function 基于UE在请求消息中放置的域名，将SIP Register 消息发给域的查询CSCF； 向服务CSCF（S-CSCF）转发SIP请求和应答消息； 向UE转发SIP请求和应答消息； 检查紧急呼叫的建立请求； 发送计费相关的信息给计费采集功能实体； 提供SIP消息的完整性保护，以及维护UE和P-CSCF间的安全关联； 压缩和解压跟UE间的SIP消息； 向用户的登记处（S-CSCF）订阅注册事件； 执行媒体控制策略； 维持会话定时器； 和策略控制实体（PDF）交互。,IMS网络架构网元实体功能,I-CSCF： Interrogating Call Sessi

12、on Control Function,I-CSCF是一个网络的入口点，所有通向这个网络中的用户的连接都会经过这个网络的I-CSCF。一个运营网络中可能有多个I-CSCF。I-CSCF提供的功能是： 联系HSS，并获取为一个用户提供服务的S-CSCF的名字(完成S-CSCF查找定位）； 根据从HSS那儿获取到的需要支持的能力，分配一个满足要求的S-CSCF。只有当前用户没有分配S-CSCF的情况下，才分配一个S-CSCF； 转发SIP请求或者应答消息给S-CSCF； 给CCF发送计费相关信息； 提供隐藏功能。I-CSCF可以包含一个叫做网络拓扑隐藏互联网关（THIG）的功能实体。THIG可以被

13、用来对运营网络之外的部分隐藏网络的配置、能力和拓扑。,IMS网络架构网元实体功能,S-CSCF： Serving Call Session Control Function S-CSCF位于所属地网络，是IMS的大脑。它为UE提供注册服务和会话控制。当UE加入一个会话的时候，S-CSCF维护会话的状态，并同服务平台和计费功能实体打交道，以支持运营商所需的服务。在一个运营网络中，可能存在多个S-CSCF，各个S-CSCF也可能支持不同的能力和功能。更为具体的，S-CSCF完成以下功能： 处理注册请求。S-CSCF知道UE的IP地址，也知道它用来接入IMS的P-CSCF； RFC3261 中定义

14、使用IMS认证和密钥协定（AKA）计划来对用户进行认证。 当用户注册或者处理发往一个未注册用户的请求时，从HSS下载用户信息和这个用户的服务相关信息。 将通往移动侧的通信路由给P-CSCF，将移动侧发起的通信路由给I-CSCF、出局网关控制功能实体（BGCF）或者应用服务器（AS）。 进行会话控制； 和服务平台交互。当收到一个请求或者应答消息的时候，判断是否要路由到某个AS作进一步处理。 通过域名解析服务器（DNS）将E.164形式的电话号码翻译成SIPURI。因为IMS内的SIP信令的路由只使用SIPURI，所以会需要这个翻译。使用Draft-ietf-enum-rfc2916bis描述的格

15、式； 监管注册定时器。能够在需要的时候注销用户。 当运营商支持IMS紧急呼叫时，能够进行选择紧急处理中心。 执行媒体控制策略。S-CSCF能够检查SDP的内容，并检查是否包含用户所不允许的媒体和编结码。如果消息里面建议的SDP不符合运营商的策略，则S-CSCF拒绝这个请求，并给UE发送SIP错误消息488。 维护会话定时器。 为支持离线计费功能而向CCF发送计费相关信息。为支持在线计费功能而向在线计费系统（OCS）发送计费相关信息。,IMS网络架构网元实体功能,HSS: Home Subscriber Server HSS是归属网络中保存IMS用户的签约信息，包括基本标识、路由信息以及业务签约

16、信息等集中综合数据库，位于IMS核心网络架构的最顶层，HSS中保存的主要信息包括： IMS用户标识（包括公共及私有标识IMPU、IMPI）、号码和地址信息 IMS用户安全上下文：用户网络接入认证的密钥信息 IMS用户的路由信息：HSS支持用户的注册，并且存储用户的位置信息 IMS用户的业务签约信息：包括其他AS的增值业务数据 漫游授权信息、已分配的S-CSCF名称之类的参数,用户标识符包含两个类型：私有用户标识符和公共用户标识符。私有用户标识符由所属地网络运营商分配，并用以注册和授权等目的。公共用户标识符是被其他用户用来发起通话呼叫的。IMS接入参数用来建立会话，它包括用户认证、漫游授权和所分

17、配的S-CSCF等信息。服务触发信息用以支持SIP服务的执行。HSS同样能提供某个特定用户的对S-CSCF能力的要求。这个信息被I-CSCF用来为用户选择最合适的S-CSCF。,订阅信息定位功能实体（SLF）：当一个网络中部署了多个可单独寻址的HSS时，SLF作为一种解决机制，使得I-CSCF、S-CSCF和AS能够找到给定用户标识符对应的用户订阅信息。SLF查询响应HSS的IP地址,IMS网络架构网元实体功能,AS(Application Server)：为IMS用户提供增值业务，可以位于用户归属网，也可以由第三方提供，其中： AS包括SIP AS、 OSA AS和 IM-SSF（servi

18、ce switch Function，业务交换功能）三类，其中，OSA AS通过OSA Service Capability Servers而不是直接与IMS网元交互，IM-SSF则提供IMS SIP到CS CAP的映射及SSP触发能力，使IMS域VoIP业务用户能无缝继承CS智能业务；,AS通过与HSS的接口 获得用户业务相关的数据和用户状态信息，其中，SIP AS和OSA SCS与HSS间为基于Diameter的Sh接口，IM-SSF与HSS间为基于MAP的Si接口； S-CSCF与AS间的ISC接口用于AS进行相应的业务控制,OSA：Open Services Architecture,

19、IMS网络架构网元实体功能,SLF(Subscription Locator Function )：在运营商内设置多个HSS的情况下，I-CSCF在登记注册及事务建立过程中通过SLF获得用户签约数据所在的HSS域名，可与HSS合设。 MGCF(Media Gateway Control Function)：实现IMS核心控制面与PSTN或PLMN CS的交互，支持ISUP/BICC与SIP的协议交互及呼叫互通。当被叫用户I-CSCF通过MGCF接收到2G、3G或PSTN用户打来电话查询HSS获取被叫S-CSCF，并转发SIP请求消息至S-CSCF处理 IM-MGW(IMS-Media Gate

20、way Function)：完成IMS与PSTN及CS域用户面宽窄带承载互通及必要的Codec编解码变换。 BGCF(Breakout Gateway Control Function )：根据互通规则配置或被叫分析，为IMS到PSTN/CS的呼叫选择MGCF，从而实现MGCF路由的自动获取。主叫S-CSCF发现被叫来自23G或PSTN将SIP会话请求转发给出口网关控制功能实体BGCF，不在同一IMS发至相应BGCF。选择MGCF实体处理。 MRFC(Multimedia Resource Function Controller)：通过H.248控制MRFP上的媒体资源，负责根据来自S-CSC

21、F和AS的SIP资源控制命令，控制MRFP实体 MRFP(Multimedia Resource Function Processor)：作为网络公共资源，在MRFC控制下提供资源服务，包括媒体流混合（多方会议）、多媒体信息播放（放音、流媒体）、媒体内容解析处理（码变换、语音识别等）。,VoLTE网络架构-网元功能,DNS、ENUM Server：DNS(Domain Name System)服务器负责URL地址到IP地址的解析，可以直接借助Internet公网上的分层DNS Server，也可直接在网内新建DNS服务器。ENUM(E.164 Number URI Mapping)服务器负责电

22、话号码到URL的转换，一般需IMS运营商新建。 DHCP Server：在标准DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol )服务功能的基础上，增加在动态分配IP地址过程中向IMS终端指定P-CSCF的URL地址的处理。,IMS网络架构-接口内容,业务平台： 升级智能网、彩铃、彩印等业务平台 IMS域： 升级扩容IMS Core, 新建 VoLTE AS等业务平台 用户数据：HLR/SAE-HSS/IMS-HSS融合数据库 信令网： 重构可靠的DRA信令网 核心网： EPC：支持IMS APN、QoS保证、SRVCC切换等 MSC: 改造支持eSRVCC功能

23、 PCC： PCRF支持VoLTE QoS控制 4G无线接入网： TTI Bundling, RLC分片,ROHC头压缩，半静态调度等 2G无线接入网： 支持用户eSRVCC通话结束后小区重选返回4G 承载网： 支持IPv6/IPv4双栈 支撑系统： 计费、业务发放系统的改造,为了实现既有业务的一致性、继承性，以及业务连续性，网络要进行较为复杂的改造,IMS网络架构-接口内容,IMS 各网元之间通过不同接口进行连接，涉及到不同的通信协议。,IMS网络内部大部分实体单元之间 采用基于IP传输的Diameter协议， 包括Cx,Dx ,Sh ,Dh,IMS 网络架构-接口内容,VoLTE共涉及38

24、个接口，其中最常用的接口包括以下5个方面的28个，22个为新增接口,第一节 概述 第二节 IMS网元实体介绍 第三节 IMS注册基本流程,第一章 IMS（VOLTE）网络架构及原理,IMS流程-注册过程,IMS注册过程 注册是将UE的IP地址和IMPU的绑定关系存储到IMS系统中。 注册包括UE和网络的双向认证过程,IMS用户拥有两种用户标识： 私有标识 (IMPI：IM Private Identity)和公有标识 (IMPU：IM Public Identity)： 一个私有标识对应一个物理终端，用于UE和网络的双向认证。 公有标识则是该用户对外可寻址的标识。 IMPU和IMPI之间为多对

25、多的关系即存在一机多号和一号多机。 IMPU、IMPI、归属网络域名称等以SIP URI的形式出现，SIP URI遵从与电子邮件相同的格式，即“用户名域名”。,第三方注册,IMS流程-注册过程,CSCF：为呼叫会话控制单元，又分为P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF。 HSS：为归属用户服务器，存储IMS用户的签约数据以及无线用户的鉴权五元组等 DNS：负责URI地址到IP地址的解析，在IMS网络中负责将归属网络（I-CSCF）的SIP URI转换成归属网络的IP地址。 AS(Application Server)：为IMS用户提供增值业务。,注册过程涉及到的网元,IMS流程-注册过程,I

26、MS流程-会话过程,IMS流程-会话过程,注册流程：P-CSCF需要通过DNS查询找到I-CSCF，I-CSCF通过HSS查询获得S-CSCF的能力集，从而选择一个S-CSCF。 会话流程：P-CSCF直接将消息发往S-CSCF。（注册过程中已经记录了S-CSCF的地址信息）,会话流程与注册流程路由区别,第一节 VOLTE基本概念及框架 第二节 VOLTE关键技术 第三节 VOLTE技术相关,第二章 VOLTE关键技术及原理,VOLTE是什么,VoLTE（Voice over Long TermEvolution），3GPP标准定义的，基于IMS网络的LTE语音解决方案。它是架构在LTE网络上

27、、全IP条件下、基于IMS Server的端到端语音方案，全部业务承载于4G网络上，可实现数据与语音业务在同一网络下的统一。,语音会话由IMS网元进行控制。在LTE侧，语音以IP包的形式进行传输； 相较于传统意义的OTT（over the top)语音，如Skype、微信、QQ语音，VoLTE可由运营商进行掌控，即语音业务的识别、呼叫建立、计费均在运营商控制之下，脱离了沦为管道的窘境； 相较于传统意义的VoIP语音，VoLTE针对语音可提供更好的QoS保障，用户感知更好。相应的，各网元均有对应的QoS保障要求及技术；,VOLTE演进,LTE语音方案的演进：从LTE部署初期基于纯终端的解决方式S

28、vLTE，演进到IMS系统逐渐部署使用的CSFB、SRVCC，直至LTE完全部署时，实现完全基于IMS域提供高清晰的语音服务。,中国移动TD-LTE语音解决方案以VoLTE为主，兼顾CSFB以满足用户选择特殊终端及国际漫入的需求，同时双待机方案作为一种终端形态将长期存在。,三种语音方案对比,LTE语音解决方案CSFB与SRVCC,1、LTE部署的初期，LTE只处理数据业务， 语音业务回落到CS域处理。 2、作为部署IMS前的过渡方案，可以快速 提供语音业务，但是接续速度慢。 3、CSFB快速回落方案，可以在2s内回落。,1、在LTE覆盖区内提供基于IP的高清晰语音和视频业务，在LTE覆盖区外仍

29、通过CS域提供语音业务。 2、SRVCC实现LTE网络中的IMS域语音到2G/3G网络中的CS域语音的无缝切换。 3、eSRVCC方案相对于SRVCC方案的增强在于减少了切换时长（切换时长小于300ms），使用户获得更好的通话体验。,LTE语音解决方案CSFB与SRVCC,SRVCC：媒体的切换点是对端网络设备（如对端UE），影响切换时长的主要因素是会话切换后需要在IMS网络中创建新的承载。 eSRVCC：相比于SRVCC，媒体切换点改为更靠近本端的设备。具体方案就是增加ATCF/ATGW功能实体作为媒体锚定点，无论是切换前还是切换后的会话消息都要经过ATCF/ATGW转发。后续在发生eSRV

30、CC切换时，只需要创建UE与ATGW之间的承载通道，对端设备与ATGW之间的媒体流还是通过原承载通道传输。这样其创建新承载通道的消息交互路径明显短于SRVCC方案，减少了切换时长。,VoLTE网络架构,VoLTE网络架构,从整体上看，VoLTE网络分为终端、接入网、承载网、核心网、业务平台。 其中，较为复杂的是核心网，主要分为分组域（接入核心网）、策略控制单元、信令网、 IMS域、CS域、用户域 。 其中，策略控制单元（PCC）主要内容如下： 策略控制单元PCC（Policy and Charging Control策略与计费控制）：提供策略控制、计费控制功能、业务数据流的事件报告等功能。 P

31、CEF（Policy and Charging Enforcement Function 策略和计费执行功能）：主要包含业务数据流的检测、策略执行和基于流的计费功能。 PCRF（Policy and Charging Rule Function策略和计费规则功能）：包含策略控制决策和基于流计费控制的功能，PCRF接受来自PCEF、SPR和AF的输入，向PCEF提供关于业务数据流检测、门控、基于QoS和基于流计费的网络控制功能。并结合PCRF的自定义信息做出PCC决策。 信令网（DRA）主要内容如下： DRA（Diameter Routing Agent 路由代理）：下一代信令网，可以真正实现未

32、来核心网逐步的扩展，简化网络，实现快速部署、高效维护及增强网络安全。 部署DRA的好处：解决移动用户漫游到其他网络时，用户的鉴权、认证、位置登记、计费策略等信息在漫游网络与归属网络之间的传递。在一些业务应用场景中，保证对于同一个用户，AF和PCEF能够寻址到同一个PCRF，通过部署Diameter 代理来实现IP地址和IMSI的动态绑定以完成寻址。,VoLTE网络架构,IMS域主要内容如下： SBC（Session Border Control 会话边界控制器）：IMS网络中一个重要的网络节点，其位于IMS网络的边界，起着将终端用户接入到IMS核心网的重要作用。它的主要功能包括接入许可控制，网

33、络拓扑隐藏，NAT以及NAT穿越，QoS及带宽策略，和网络安全机制等。 S-CSCF（Serving Call Session Control Function 服务会话控制功能）：是IMS的核心所在，它位于归属网络，为UE进行会话控制和注册请求，但当UE处于会话中时，S-CSCF处理网络中的会话状态。在同一个运营商的网络中，可以有多个S-CSCF。 P-CSCF（Proxy Call Session Control Function 代理会话控制功能）：是IMS中用户的第一个联系点（在信令平面），从SIP的角度来看，它是一个出站/入站的SIP代理服务器，所有的SIP信令，无论是来自用户设备U

34、E，还是发送给UE的，都必须经过P-CSCF。UE使用本地CSCF发现机制可以获得P-CSCF的地址。P-CSCF负责验证请求，将它转发给指定的目标，并且处理和转发响应。 I-CSCF（Interrogating Call Session Control Function 协商会话控制功能）： I-CSCF是一个运营商网络内部的接触点，所有与这个网络运营商的用户连接都要经过这个实体。在一个网络中可以有多个I-CSCF。 MGCF（Multimedia Gateway Control Function 多媒体网关控制功能）：在IP多媒体子系统（IMS）的一个组成部分，与CSCF通信和控制媒体信道

35、在一个IMS-MGW中的连接。它在ISDN部分（ISUP）和IMS呼机控制协议之间执行协议转换。 IM-MGW（IP Multimedia Gateway IP多媒体网关）： IM-MGW负责IMS与PSTN/CS域之间的媒体流互通，提供CS CN网络和IMS之间的用户面链路，支持PSTN/电路域TDM承载和IMS用户IP承载的转换。主要功能是承载和媒体处理。在IMS终端不支持CS端编码时IM-MGW完成编解码的转换工作。IM-MGW也可以在MGCF的控制下完成呼叫的连续。,VoLTE网络Qos要求,同样是传输IP，OTT为尽力而为，VOLTE有自己的标准,QCI等级表,VoLTE承载需求,什

36、么是EPS承载？,VoLTE承载需求,在LTE网络中，UE发起语音或视频业务时，需要建立对应的承载来完成业务的建立。 无线侧需要建立的承载： （1）语音业务载组合：SRB1+SRB2+2xAM DRB+1xUM DRB，其中，UM DRB的QCI=1，2个AM DRB的QCI分别为QCI=5和QCI=8/9。 （2）视频业务承载组合：SRB1+SRB2+2xAM DRB+2xUM DRB，其中，2个UM DRB的QCI=1和QCI=2，2个AM DRB的QCI分别为QCI=5和QCI=8/9。 核心网侧需要建立的QoS承载： （1）QCI=1：语音承载；QCI=2：视频承载。 （2）QCI=5

37、：SIP/SDP传输IMS信令承载。 （3）QCI=8/9：一般上网业务承载。 另外，要实现语音或视频业务需要UE同时建立三个数据承载外，还需要UE建立RRC链接信令承载：SRB1和SRB2。,因此，当VoLTE用户进行注册时，需要经过如下的流程： 首先，EPC的注册：即需要完成建立QCI=8/9的承载。 其次，IMS注册：支持VoLTE的终端在完成EPC的注册后，会通过EPC的承载向IMS网元发起注册(类似于高层应用的注册)，即，建立QCI=5的承载；在该注册完成后，用户就可以使用VoLTE进行语音通话了。即，会触发核心网建立一条QCI=1的专用承载用于传输IMS语音包。,第一节 VOLTE

38、基本概念及框架 第二节 VOLTE关键技术 第三节 VOLTE技术相关,第二章 VOLTE关键技术及原理,VoLTE关键技术,DRX,VoLTE关键技术TTI Bundling,TTI Bundling（TTI捆绑或者子帧捆绑）用于提高用户在小区边缘覆盖的一种方法。当TTI Bundling使能时，上行调度DCI0一次授权后，在连续的4个上行子帧上传输同一传输块，且仅在第四次传输后有对应的PHICH反馈，重传也是4个连续上行TTI发射的一种调度方法，可以充分利用4个上行子帧发送的数据进行数据合并，通过合并增益提升数据可靠性。由于仅在第四次传输后有对应的PHICH反馈，所以此时反馈的为底层合并后

39、数据的接收效果，从而大大提高的数据的可靠性。 TTIB只适用于上行，通常在远点低 SINR下被激活，TTI 捆绑对TDD仅仅适用于上下行配比为0、1、6的情况。对于上下行1：3配置协议明确不适用TTIbundling 技术做补偿增益。,TTIB( TTI Bundling):,VOLTE关键技术-TTIB,TTI Bundling（Transmission Time Interval）功能主要针对上行传输的类似VoIP场景。 TTI Bundling 功能通常在远点很低的 SINR下被激活，大幅提高小区的覆盖范围。在远点时，普通调度通常会有很高的HARQ传输失败，而TTI Bundling可以

40、减少BLER和传输失败导致的延时。所以最终提高用户的 VoLTE体验。（例如：低速率的通话业务）。 TD-LTE每TTI（传输时间间隔）时间内进行一次资源调度，为减少时延，LTE中物理层调度的基本单位是1ms，这也意味着HARQ要不断地确认包是否传送到。但在某些小区边缘，覆盖受限的情况下，UE受到其本身发射功率的限制，在1ms的时间间隔内，手机没有足够的时间去完成一个完整的语音包可靠传送。 TTI Bundling解决方案是将多个连续TTI捆绑在一起，无需每个TTI都要等待HARQ反馈，一个数据包在绑定的连续的TTI发出，只需要在绑定的最后一次传输完成后才反馈HARQ。比如绑定4个TTI，一个

41、数据包的副本会在4个上行子帧发送，仅在第4次传输后有对应的PHICH反馈。这样做的好处是：首先，不必每一个数据包都等待回应，减小了时延；其次，4个连续重复的数据包更有利于接收端的解码，也就是说，相当于减少了系统对小区边缘的最低信噪比的要求。4个TTI捆绑在一起可以提升4dB的上行覆盖增益。当TTI Bundling使能时，掉话率将会降低，同时远点的UE BLER 和流量指标将得到改善。 激活TTI Bundling功能依靠两个重要的门限，SINR IN和 SINR OUT。简单来说，当UE 的SINR 值低于 SINR IN门限时，激活TTI Bundling，反之，若UE的 SINR 值大于

42、 SINR OUT门限时，去激活 TTI Bundling功能。 如果 SINR IN参数设置较高，则会导致TTI Bundling在不恰当的时刻激活，从而影响小区流量。 如果 SINR IN门限较低，UE 将不会被激活而无法获得 TTI Bundling的增益。 如果 SINR OUT 门限较高，则UE无法在合适的时候被去激活TTI Bundling功能，从而也会导致影响小区流量。,VoLTE关键技术SPS,对于VoIP类型的业务，其数据包大小比较固定，到达时间间隔满足一定规律的实时性业务(典型的话音业务周期一般是20ms)，针对这种特性，LTE系统引入了半静态调度技术(Semi-Persi

43、stent Scheduling)。SPS是在指定子帧上按照预先分配的资源进行新传，但重传时为了降低时延，仍然采用动态调度的方式。 系统资源（包括上行和下行）是通过PDCCH分配的，UE通过保存相应的资源分配，而后就可以周期性重复使用相同的时频资源。不需要在每个TTI都为UE下发DCI（包括上行或下行的），从而降低了对应的PDCCH CCE资源开销，有效提升了系统效率及容量。,SPS(Semi Persistent Schedule)：,SPS,和数据业务包不同，语音业务包的尺寸小，发送频繁。LTE发送数据包时，需要控制信道来指示上下行共享信道的资源分配方式，这对于尺寸小且发送频繁的语音包来说

44、，会消耗更多的控制区域资源，控制区域资源的不足将极大的限制小区内同时支持的VoLTE用户数。 为解决这个问题，引入SPS调度，即半静态调度。与动态调度时每个TTI为UE分配一次无线资源不同（通过PDCCH指定），SPS允许半静态配置无线资源，并将该资源周期性地分配给某个特定UE。 简单地说，eNodeB在某个TTI使用SPS C-RNTI加扰的PDCCH指定UE所使用的无线资源（这里将其称为SPS资源），每过一个周期，UE就使用该SPS资源来收或发数据。eNodeB无需在该子帧（这里将其称为SPS子帧）下发PDCCH来指定分配的资源。即，SPS具有“一次分配，多次使用”的特点，不需要在每个TT

45、I都为UE下发DCI（包括上行或下行的DCI），从而降低了对应的PDCCH开销（CCE资源）。解决了控制区域资源的不足的问题。,需要注意的是，配置了SPS调度的UE可以同时进行动态调度，但是需要区分PDCCH是用于动态调度还是SPS调度。因此，配置了SPS调度的UE有2个标志：一个正常的C-RNTI，用于动态调度，在随机接入过程中分配；另一个是SPS C-RNTI，用于SPS调度，通过SPS-Config的semiPersistSchedC-RNTI字段配置。,VoLTE关键技术ROHC,ROHC(Radio Overhead Compression)： ROHC主要功能是将核心网和UE之间的

46、数据报文的报文头，如IP头、UDP头、RTP头进行压缩后，再进行传输，达到节省空口带宽资源的作用。,对于VoLTE来说，一般语音数据的平均长度只有十几个字节，但是报文头 RTP/UDP/IP头会占到40字节，在IPv6中达到60字节。空口带宽利用率非常低 (20%左右)。ROHC提供的头压缩算法能够在极差的信道条件下将RTP/UDP/IP头 压缩到最小的1个字节，带宽利用率最高可达97.5%，具有很高的实用价值。所以 3GPP LTE的协议规范中明确提出了要采用 ROHC压缩算法来实现PDCP层的头压缩 功能。,由于相邻节点之间，同一数据流连续分组报文头中存在一些不变的冗余信息头和一些有变化规

47、律的动态信息头，即压缩中的静态域和动态域。为了节省空口的带宽资源，可以在数据流开始传递时发送完整报文头部信息，后续数据包信头中只传递报文头部中变化的部分和相对于同一个流的关联标识符，达到缩小数据头的字节数，从而有效利用无线带宽资源。,ROHC支持的头压缩算法类型,VoLTE关键技术ROHC,标清/高清理论速率计算,ROHC开启后理论速率计算,测试速率与理论计算速率相当，符合预期,VOLTE关键技术-ROHC,VOLTE关键技术-DRX,DRX（Discontinuous Reception）即非连续接收，是指UE仅在必要的时间段打开接收机进入激活期，以接收下行数据和信令，而在其他时间关闭接收机

48、进入休眠期，停止接收下行数据和信令的一种节省UE电力消耗的工作模式。 在DRX工作模式下，DRX周期包含激活期和休眠期，UE的工作状态对应为激活态和休眠态。DRX工作模式下，UE不需要连续侦听PDCCH （Physical Downlink Control Channel）信道，所以节省了UE的电力消耗，延长了UE的使用时间。 DRX状态为连续接收态和RRC idle态之间的一个中间状态，DRX状态的存在减少了RRC Connected状态向RRC idle态转换的概率，从而可以减少整个网络的信令开销，此收益在智能UE所占比例较高的网络中效果更为明显。 由于VoLTE流量是可以预知的（20ms

49、数据包），UE不用随时监视物理控制信道PDCCH，可以在通话中关闭UE接收，直到语音包到达时才唤醒，达到省电的目的。,VoLTE关键技术-协议栈,VoLTE涉及的关键技术，主要包括ROHC、SPS、TTIB、DRX等。ECN（Explicit Congestion Notification）：eNodeB根据空口链路的情况，通知UE，改变语音业务的编 码速率，进而提高系统的容量与覆盖范围。 ROHC（Radio Overhead Compression）：ROHC 对各层包头进行压缩，有效地减小包头的大小，提高 空口的传输效率。 SPS（Semi Persistent Schedule）：由于

50、VoLTE语音业务的周期是20ms，且具有一定的规律性。采用SPS 半静态调度，对PDCCH所需资源进行分配，可以节约CCE资源，进而提高系统可接入VoLTE用户数。 TTIB（TTI Bundling）：TTI 绑定，或称子帧绑定。为处在小区边缘用户而设计的，是提高用户在小区 边缘覆盖的有效方法。 DRX（Discontinuous Reception）即非连续接收，是指UE仅在必要的时间段打开接收机进入激活期，以 接收下行数据和信令，而在其他时间关闭接收机进入休眠期，停止接收下行数据和信令的一种节省UE 电力消耗的工作模式。,VoLTE关键技术-协议栈,其中，左半部分为用户面协议栈，右半部

51、分为控制面协议栈。它们最大的区别在于应用层使用不同的协议，前者使用RTP/RTCP协议，后者使用SIP/SDP协议。,IMS会话信令 SIP协议 IMS补充业务（supplemnetary Service,SS )的配置是通过HTTP/XCAP协议传输的 语音或数据包由RTP/RTCP协议传输,TCP/IP或UDP/IP或TLS（传输安全）,三种传输层协议如何选择呢？,VoLTE关键技术-协议栈,RTP/RTCP流是建立在UDP/IP之上。当需要被邀请人都通过各自的终端设备被通知到后，就可以使用RTCP来控制特定Media的通信，比如RTCP控制信息要求开始Audio/Video的播放，那么就

52、开始使用RTP进行实时数据传输，在传输过程中，RTCP负责QoS。 语音和音频按照协议需要QCI=1和QCI=2的语音承载。根据延迟要求，无线侧用户面RLC选用UM模式传输，保证其实时性要求。,用户面,控制面,（1）SIP/SDP流是建立在UDP/IP之上，用于终端之间应用控制。SIP流用于初始化一个Session，并负责传输SDP包。而SDP包中描述了一个Session中包含哪些媒体数据，邀请人等。 （2）SIP/SDP流是传输IMS信令的，需要建立承载中优先级最高的传输QCI=5，无线侧用户面RLC采用AM模式，保障其正确性。,VoLTE关键技术-Precondition,对于主被叫双方的

53、UE而言，建立PDP上下文激活的过程是相互独立的，这就意味着在会话建立之前， 根本无法所协商的媒体会话都能够建立起来，Precondition的功能主要是保证在双方资源预留成功之前， 被叫方不郑铃，从而最大程度的避免由于被叫方振铃后呼叫建立失败的现象。,所谓预制条件就是指专用EPS承载 也称资源预留,VoLTE关键技术-AMR,VoLTE关键技术-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。,第一节 VOLTE基本概念及框架 第二节 VOLTE关键技术 第三节 VOLTE技术相关,第二章 VOLTE关键技术及原理,VoLTE技术相关-SI

54、P,SIP(Session Initiation Protocol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、REGISTER INVITE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。,VoLTE技术相关-SIP,VoLT

55、E技术相关-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。,RTCP是RTP Control Protocol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CNAME BYE: 用来指示参与结束 APP: 用来表示应用具体功能,VoLTE技术相关-P-CSCF的发现,P-CSCF是UE连接到IMS网络的唯一接口点

56、，因此UE如何获取P-CSCF的地址，及P-CSCF发现 过程就是非常重要的事情，UE一般一般可以通过以下动态或静态办法获得P-CSCF IP地址。 通过DHCP；如果LTE网络部署了DHCP服务器，则在附着后通过DHCP来查询P-CSCF查询， 如果返回的其域名，则UE会进一步通过DNS获取其IP地址。 通过附着过程；UE通过包含在attach请求或PDN连接请求消息中的PCO（Protocol Configuration Option,)IE 来要求核心网提供P-CSCF IP地址。 移动终端 APN 通过读取ISIM卡；预先静态写好的P-CSCF IP地址。 不灵活,补充： APN指一种

57、网络接入技术，是通过手机上网时必须配置的一个参数，它决定了手机通过哪种接入方式来访问网络。 对于手机用户来说，可以访问的外部网络类型有很多，例如：Internet、WAP网站、集团企业内部网络、行业内部专用网络。而不同的接入点所能访问的范围以及接入的方式是不同的，网络侧如何知道手机激活以后要访问哪个网络从而分配哪个网段的IP呢，这就要靠APN来区分了，即APN决定了用户的手机通过哪种接入方式来访问什么样的网络。,第一节 VOLTE协议简介 第二节 信令流程 第三节 eSRVCC语音方案,第三章 VOLTE基本信令流程,VOLTE协议,SIP协议栈,VOLTE的协议架构如上图，从图中可以看到，S

58、IP协议只在终端和IMS支持，对于无线接入网只是一个透传做用。,Can we talk?(My IP/RTP端口。）,OK （My IP/RTP端口。）,SIP在建立和维持终止多媒体会话协议上，支持5个方面： 用户定位： 检查终端用户的位置，用于通讯。 用户有效性：检查用户参与会话的意愿程度。 用户能力：检查媒体和媒体的参数。 建立会话：”ringing”,建立会话参数在呼叫方和被叫方。 会话管理：包括发送和终止会话，修改会话参数，激活服务等等。,SIP协议是一个基于文本的协议，使用UTF-8字符集（RFC22797）。,SIP协议,在VOLTE中引入了IMS，对VOLTE进行业务控制，MME

59、只是做为业务的承载体，IMS对业务的控制全部通过SIP消息完成，在学习VOLTE的过程中必须学习SIP消息。 SIP有两种类型的消息，它们是：,（1）请求：从客户机发到服务器的消息。 （2）响应：从服务器发到客户机的消息。,SIP协议,响应消息包含数字响应代码，SIP响应代码集部分基于HTTP响应代码。 有两种类型的响应，它们是：,临时响应（1XX）：临时响应被服务器用来指示进程，但是不终结SIP事物。 最终响应（2XX，3XX，4XX，5XX，6XX）：最终响应终止SIP事物。,应答码是包含了，并且扩展了HTTP/1.1应答码。并不是所有的HTTP/1.1应答码都适当应用，只有在这里指出的是适当的。其他HTTP/1.1应答码不应当使用。并且，SIP也定义了新的应答码系列，6xx。,SIP协议,1XX临时应答响应,临时应答，也就是消息性质的应答，标志了对方服务器正在处理请求，并且还没有决定最后的应答。如果服务器处理请求需要花200ms以上才能产生终结应答的时候，它应当发送一个1xx应答。 注意 1xx应答并不是可靠传输的。他们不会导致客户端传送一个ACK应答。,100 Trying 这个应答表示下一个节点的服务器已经接收到了这个请求并且还没有执行这个请求的特定动作（比如， 正在打开数据库的时候）。100(Trying)应答和其他临时应答不同