VoLTE最全知识点.docx
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VoLTE最全知识点.docx
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VoLTE最全知识点
VoLTE最全知识点
D
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。
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。
CSFB快速回落方案,可以在2s内回落。
1.3LTE语音解决方案(SRVCC)
●在LTE覆盖区内提供基于IP的高清晰语音和视频业务,在LTE覆盖区外仍通过CS域提供语音业务
●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
1.4LTE语音解决方案(eSRVCC)
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。
●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eSRVCC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。
1.eNodeB根据测量报告发起向RAN/GERAN的SRVCC切换过程
2.MME发送PStoCS的切换请求到EnhancedMSC(eMSC)
3.eMSC发送切换请求到MSC
4.MSC向RAN/GERAN发送切换请求,接受响应
5.建立eMSC和MSC之间的承载
6.eMSC发送会话请求,并路由到SCCAS
7-1.SCCAS发起新会话到远端用户,并将媒体流切换到MGW上
7-2.SCCAS释放旧会话
8.eMSC返回切换响应给eNodeB,eNodeB发送给切换响应给用户
1.5LTE语音解决方案(CSFB与SRVCC对比)
优点
缺点
CSFB
1.不引入IMS,重用现有的CS网络 2.终端产业链较成熟 3.3GPP标准化
1.现网需要改造 2.呼叫接续时间增加 3.语音通话期间,不能体验LTE高速数据业务
SRVCC
1.丰富的多媒体业务体验 2.高清语音和视频编解码明显提升用户感受 3.接续时间百毫秒级 4.提升频谱利用率,降低网络成本 5.3GPP标准化
1.需要建设IMS 2.终端产业链待成熟
SRVCC接续时间优于CSFB
1.6VoLTE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。
策略控制单元(PCC)
PCC(PolicyandChargingControl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。
包括:
PCEF(PolicyandChargingEnforcementFunction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(PolicyandChargingRuleFunction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。
信令网(DRA)
DRA(DiameterRoutingAgent路由代理):
下一代信令网,可以真正实现未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。
IMS域
SBC(SessionBorderControl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(ServingCallSessionControlFunction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(ProxyCallSessionControlFunction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UE,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(InterrogatingCallSessionControlFunction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(MultimediaGatewayControlFunction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(IPMultimediaGatewayIP多媒体网关):
IM-MGW负责IMS与PSTN/CS域之间的媒体流互通,提供CSCN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网络架构接口列表
功能域
接口名称
接口类型
连接网元
承载协议
分组域
S1-MME
信令
MME-eNodeB
GTP-C
S1-U
数据
SAEGW-eNodeB
GTP-U
S11
信令
MME-SAEGW
GTP-C
SGi
数据
SAEGW-VoLTESBC
应用层协议
SLg
信令
MME-LSP(GMLC)
Diameter
SLs
信令
MME-LSP(eSMLC)
SCTP
Sv
信令
MME-eMSC
GTP
PCC
Rx
信令
PCRF-VoLTESBC
Diameter
Gx
信令
PCRF-SAEGW
Diameter
IMS域
Gm
信令
VoLTEUE-VoLTESBC
SIP
Mw
信令
VoLTESBC-xCSCF
SIP
Mx
信令
xCSCF-IBCF
SIP
Mg
信令
I-CSCF/S-CSCF-MGCF
SIP
Mj
信令
BGCF-MGCF
SIP
Mw/I2
信令
xCSCF-eMSC
SIP
ISC
信令
xCSCF-IMSAS
SIP
Ut
信令
VoLTEUE/VoLTEAS-业务配置代理网关
XCAP
用户数据
Cx
信令
三合一HSS-xCSCF
Diameter
Sh
信令
三合一HSS-IMSAS
Diameter
Zh
信令
三合一HSS-业务配置代理网关
Diameter
SLh
信令
三合一HSS-LSP
Diameter
S6a
信令
三合一HSS-MME
Diameter
C/D
信令
三合一HSS-eMSC/GMSC
MAP
J
信令
三合一HSS——IP-SM-GW
MAP
2G/3G电路域
Nc
信令
MSC-MSC
BICC
CAP
信令
IMSSSF/MSC-智能网SCP
Camel
Gr
信令
SGSN-三合一HSS
MAP
VoLTE特性参数
参数特性
序号
参数
参数值
1
时间周期
Ø语音包传输时间间隔:
~20ms Ø语音静默期:
~160ms
2
速率
ØAMR-NB :
12.2kbps ØAMR-WB:
23.65kbps
3
负载净荷
(非压缩)
语音包大小:
~32bytes+IP包头(IPV440bytes,IPV660bytes)
VoLTEQoS要求
NGMN关于VoLTEQoS的要求
序号
参数
参数值
1
带宽
ØNGSN推荐值:
AMR-NB12.2kbps ØNGSN优选值:
AMR-WB23.65kbps
2
MOS值
ØAMR-NB@12.2kbpsMOS:
~3.6desired,~3.8preferred ØAMR-WB@23.85kbpsMOS:
~3.8desired,~4preferred Ø
3
丢包率
丢包率<0.5%
4
抖动
抖动<50ms/receptionpoint
5
时延
端到端时延<250ms
QCI等级
资源类型
优先级
数据包时延预算
数据包丢失率
典型业务
1
GBR
2
100ms
10-2
会话语音
2
4
150ms
10-3
会话视频(直播流媒体)
3
3
50ms
10-3
实时游戏
4
5
300ms
10-6
非会话视频(缓冲流媒体)
5
Non-GBR
1
100ms
10-6
IMS信令
6
6
300ms
10-6
视频(缓冲流媒体)
基于TCP的业务(如www\e-mail\chat\ftp\p2p文件共享\逐行扫描视频)
7
7
100ms
10-3
语音
视频(直播流媒体)
互动游戏
8
8
300ms
10-6
视频(缓冲流媒体)
基于TCP的业务(如www\e-mail\chat\ftp\p2p文件共享\逐行扫描视频)
9
9
二VoLTE协议栈
从无线角度来看:
VoLTE需要建立的承载
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。
VoLTE用户注册:
VoLTE用户在体验高质量通话之前,必须先进行VoLTE的注册流程,从无线角度来看,注册分为两个步骤:
(1)LTE无线的无线注册:
由于VoLTE实质上对于无线来说只是一种数据业务,所以,E-UTRAN网络需要为VoLTE提供数据发送的通道。
即,建立QCI=8/9的承载。
(2)IMS注册:
支持VoLTE的终端在完成LTE的注册后,会通过LTE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。
VoLTE控制面协议栈
VoLTE用户面协议栈
三VoLTE无线功能
3.1VoLTE无线设备技术要求概览
部署VoLTE,除了要求无线侧eNB支持相关基本功能外,还可根据实际需求,进一步考虑引入增强功能,以优化方案性能,提升网络整体质量,改善用户业务体验
3.2VoLTE无线增强功能-IP包头压缩(RoHC)
效果
压缩后,头开销降为4~6byte(开销占比降为12.5%~18.8%)
典型的VoIP数据包的净荷为32byte,对VoIP这样的小的数据包,IP头开销甚至超过净荷本身(IPv6的包头为60byte,头开销可达188%,IPv4的包头为40byte,头开销也有125%)
原理
仅在初次传输时发送数据包头的静态信息,后续不再重复发送(如IP地址等)
通过一定信息可推知数据流中其他信息时,可仅发送必须的信息,其他信息可由上下文推算(如SN号和IP-ID号都是以1为单位递增,可通过上下文推算)
IP包头压缩可大大降低头开销,提高VoLTE语音用户容量,提高数据业务吞吐量,增强边缘覆盖
3.3VoLTE无线增强功能-半持续调度(SPS)
效果
半持续调度是LTE中为了节省PDCCH数量而提出的一种新的调度方法,最初主要是针对VoIP业务。
其可大大降低信令开销,使信令开销资源最低可仅为业务的1.3%
原理
实现原理:
●VoIP的新传包由于其达到间隔是20ms,所以可以由一条信令分配频域资源,以后每隔20ms就“自动”用分配的频域资源传输新来的包;
●重传包由于其不可预测性,所以动态的调度每一次重传,因而叫“半”持续调度
TDD特性(上行双周期配置):
由于其HARQRTT与FDD有所差异,会导致重传包和新传包传输冲突,为解决这个TDD独有的问题,支持双周期的半持续性调度,即2DL:
2UL时为19ms和21ms;3DL:
1UL时为25ms和15ms
半持续调度可减少控制信令开销,节省PDCCH资源,在控制信道受限的情况下,提高系统容量;但在现网3:
1时隙配比下,因SPS采用保守调度算法(MCS不得高于15),可能导致系统容量受限于PUSCH而有所下降,故初期暂不建议引入
3.4VoLTE无线增强功能-TTIbundling
原理
当小区边缘UE功率受限时,由于资源受限,导致丢包率增加。
使用TTIbundling,四个连续子帧中的立刻重传,能积累能量,增大传输成功率,从而提高接收成功率,避免过多的HARQ重传
效果
●在标准中,VoIP业务不能同时采用SPS调度和上行TTIbundling,但可仅针对边缘用户使用TTIbundling
●性能增益:
-不考虑重传的情况下,单从1个TTI和4个TTI传输角度,HARQ进程为4,增益大约4dB(链路级仿真得出)
-考虑重传情况下,TDD增益仅为2dB,性能增益有限,但在控制信令会节省开销
●TDD特性:
由于上下行时隙不连续,而语音包又有20ms的周期限制,因此仅在2DL:
2UL配置时可使用TTIbundling
TTIBundling可提高边缘用户的接收性能,并减小控制信令开销
TTIBundling不可用于3DL:
1UL时隙配比中,且不与SPS同时开启
3.5VoLTE异系统切换-eSRVCC
原理
eSRVCC(enhancedSingleRadioVoiceCallContinuity)是LTEPS语音(VoLTE)到2G/3GCS语音的增强型切换功能,但较原有SRVCC功能,无线侧无无差异;
效果
eSRVCC功能是VoLTE在LTE网络覆盖未达到全面覆盖之前的重要补充功能。
eSRVCC功能在LTE建设初期和中期可保证VoLTE语音业务的连续性,以减少当用户移动出LTE覆盖导致的掉话,减少用户投诉。
eSRVCC保证用户移出4G覆盖区域时仍然保持通话连续性
3.6VoLTE无线功能支持情况
1)VoLTE无线基本功能
●无线承载组合、QCI1/2承载、RLC层模式、IMS紧急呼:
所有厂商eNB产品均已支持
●所有厂商eNB产品支持在语音和数据并发业务下eSRVCC流程的优先级
2)VoLTE无线增强功能:
●头压缩、半持续/延迟调度:
所有厂商eNB产品均已支持,并可与CDRX同时配置并激活;
●TTIbundling:
部分厂商eNB仍不能支持;
●eSRVCC测控和切换流程:
所有厂商eNB产品均已支持
3)VoLTE/eSRVCC方案性能摸底,包括4大类:
●掉话SINR测试:
不同的终端测出的性能有差异;各厂商和终端的VoLTE语音掉话SINR均在-3dB以下,满足LTE无线覆盖指标
●系统内切换性能:
各厂商系统内切换性能接近(20±6ms);开关DataForwarding、标清/高清语音、单语音/混合业务、X2切换/S1切换对于切换时延无明显影响
●语音用户容量:
单小区容量和调度算法紧密相关;在3:
1时隙配比下,所有主要厂商均能在正常通话条件下支持200用户。
RoHC头压缩算法对于容量提升效果明显,平均可达到26%左右的增益。
SPS厂商实现较差,部分厂商不支持多用户SPS
●SRVCC切换性能:
各厂商端到端时延均在300ms以下,满足SRVCC切换时延要求;单语音和混合业务对于SRVCC切换时延无明显影响
四VoLTE基本流程和信令解析
4.1VoLTE呼叫业务流程
上述A和B均是IDLE模式,互相进行拨打的方式是实际应用场景中最常见的一种方式了,具体流程如下。
1.用户A和B在注册成功后,无业务触发,MME发起上下文释放,将A和B均置为IDLE模式。
2.UEA呼叫UEB,此时A发现其为IDLE模式,则需要先建立信令连接。
首先缓存需要发送的数据,向eNodeB发起RRCConnectionRequest,携带初始UEID和S-TMSI(第一次是随机值,此时TMSI值应为有效)。
3.eNodeB向UE回复RRCConnectionSetup,其中携带无线资源专用配置信。
4.UE向eNodeB回复RRConnectionSetupComplete,确认RRC建立成功完成。
其中携带选择的PLMNID,注册的MME信息(plmn-id、mmegi、mmec),NAS消息(ServiceRequest)。
5.eNodeB发送InitialUEMessage到MME,其中携带eNodeBUES1APId,TAI,E-UTRAN-CGI,RRCEstablishmentCause,NASPDU为ServiceRequest。
6.MME侧用户面承载建立成功后向eNodeB返回InitialContextSetupRequest,携带MMEUES1APId,ERAB相关信息(QOS,GTP-TEID,ERABId,IP),UE安全能力和安全密钥,如果存在UE无线能力,也需要带回。
如果没有UE无线能力,则eNodeB需要向UE所要UE无线能力参数。
7.无线承载的建立,对上下文进行处理,eNodeB向UE发送RRCConnectionReconfiguration消息,其中包含测量配置,移动性配置,无线资源配置(RBs,MAC主要配置,物理信道配置),NAS信息和安全配置等信息。
8.eNodeB收到UE的RRCConnectionReconfigurationComplete消息,确认无线资源配置完成。
9.eNodeB向MME发送InitialContextSetupResponse消息,将eNodeB侧承载的IP和GTP-TEID带给MME。
在重配完成后,实际上已经可以发送上行数据了。
此时,完成建立EPS数据业务连接(QCI8/9承载),即完成在EPC侧的注册;以及IMS的注册(QCI5承载)。
10.用户A发送上行数据,呼叫用户B,首先向AS服务器发送INVITE请求,LTE系统中会以数据的方式进行传输,用户A发送上行数据到AS服务器,其中携带SIP信令INVITE请求。
11.AS服务器发送100Trying的确认消息给用户A,确认收到INVITE消息.。
12.同时转发INVITE到用户B,发送下行数据首先经过PDN网关到SGW网关。
13.SGW发现UEB为IDLE模式,发送下行数据到的通知到MME,同时缓存数据。
14.MME对UEB发起寻呼流程。
15.同上述步骤1-9:
步骤14-21,UEB也会完成在MME以及IMS的注册。
16.SGW将缓存的数据发往UEB,其中SIP信令为A呼叫B的INVITE消息。
UE发送上行数据到AS,携带回复的100Trying消息。
后续信令和数据的传输见A呼叫B(SIP呼叫业务流程)。
4.2SIP呼叫业务流程
上述步骤1-24详细描述了主叫与被叫之间的SIP信令流程,具体流程如下。
1.用户A,摘机对用户B发起呼叫,用户A首先向AS服务器发起INVITE请求。
2.AS服务器回复100Trying给用户A说明收到INVITE请求。
3.AS服务器通过认证确认用户认证已通过后,向被叫终端B转送INVITE请求。
4.用户B向AS服务器送呼叫处理中的应答消息,100Trying。
5.用户B向AS服务器送183SessionProgress消息,提示建立对话的进度信息。
(此时被叫QCI1专用承载建立)
6.AS服务器向主叫终端A转送183SessionProgress消息,终端A了解到整个Session的建立进度消息。
7.终端A向AS服务器回复临时应答消息PRACK,表示收到183SessionProgress消息。
(此时主叫QCI1专用承载建立)
8.AS服务器向被叫终端B转送临时应答消息PRACK,终端B了解到终端A收到183SessionProgress消息。
9.被叫终端B向AS服务器发送200OK消息,表示183SessionProgress请求已经处理成功。
10.AS服务器向主叫终端A转送200OK消息。
11.主叫终端A向AS服务器发送UPDATE消息,意在与被叫终端B协商相关SDP信息。
12.AS服务器向被叫终端B转送UPDATE消息。
13.被叫终端B向AS服务器发送200OK消息,表示UPDATE请求已经处理成功。
14.AS服务器向主叫用户A转送200OK消息,通知用户AUPDATE请求已经处理成功。
15.被叫用户B振铃,用户振铃后,向AS服务器发送180Ringing振铃信息。
16.AS服务器向主叫终端A转送180Ringing振铃信息。
17.被叫终端B向AS服务器发送200OK消息,表明主叫最初的INVITE请求已经处理成功。
18.AS服务器向主叫终端A转送200OK消息,通知主叫终端A,被叫终端B已经对INVITE请求处理成功。
19.主叫终端A向AS服务器发送ACK消息,意在通知被叫终端B,主叫侧已经了解被叫侧处理INVITE请求成功。
20.AS服务器向被叫终端B转送ACK信息。
21.用户A主动挂机,A向AS服务器发起通话结束BYTE信息。
22.AS服务器向被叫终端B转送BYTE信息。
23.被叫终端B向AS服务器发送200OK消息,表示对BYTE信息处理成功。
24.AS服务器向用户A转送200OK信息。
整个通话结束。
25.被叫用户B主动挂机流程同步骤21—24。
通过Wireshark抓包,SIP呼叫信令流程如下。
VoLTE呼叫空口及S1口信令流程(非SIP):
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