手机MODEM 开发（28）--- VoLTE介绍
VoLTE介绍
1.1 LTE语音解决方案演进
SvLTE(Simultaneous Voice and LTE), 即双待手机方式。手机同时工作在LTE和CS，前者提供数据业务，后者提供语音业务。是纯粹基于手机的方案。对网络无特别要求，不需要部署IMS，缺点是手机成本高、耗电高。目前已经有CDMA1x和LTE的双待手机，被一些CDMA运营商采用作为IMS部署前的过渡方案，而GSM/UMTS和LTE的双待手机目前还没有推出。
CSFB(Circuit Switched Fall Back),LTE只提供数据业务，当发起或者接受语音呼叫时，回落到CS域进行处理。运营商无需部署IMS，只需要升级MSC就可以支持。这是一种快速提供业务的方案，但缺点是呼叫接续速度慢。CSFB适合作为IMS部署之前的过渡方案，另外还可以用来解决LTE手机漫游场景的语音呼叫问题，在拜访地网络没有部署IMS，或者IMS漫游协议尚未应用的情况下，CSFB可以为漫入的LTE用户提供语音业务。
SRVCC(Single Radio Voice Call Continuity),解决语音控制和移动到CS网络切换时的语音连续性问题。
为基于IMS的VOIP呼叫解决方案，利用IMS核心网络提供LTE VoIP语音业务的路由、控制和业务触发，并提供LTE向2G/3G切换时的语音连续性保证。SRVCC的实现过程实质上就是一个切换过程，在LTE网络中 终端是通过IMS来实现语音功能的，当终端离开LTE网络后，则通过MSC server(Mobile Switching Center server)切换到2G/3G 网络中从而实现z在2G/3G网络中的语音功能。
VoLTE(Voice over Long Term Evolution),实现LTE网络中的IMS域提供高清晰的语音服务。 IMS由于支持多种接入和丰富的多媒体业务，成为全IP时代的核心网标准架构。经历了过去几年的发展成熟后，如今IMS已经跨越裂谷，成为固定话音领域VoBB、PSTN网改的主流选择，而且也被3GPP、GSMA确定为移动语音的标准架构。
1.2 LTE语音解决方案(CSFB)
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。
1.3 LTE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
1.4 LTE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 PS to CS的切换请求到Enhanced MSC（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SCC AS
7-1. SCC AS 发起新会话到远端用户，并将媒体流切换 到MGW上
7-2. SCC AS 释放旧会话
- eMSC返回切换响应给eNodeB，eNodeB发送给切换响应给用户
1.5 LTE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
1.6 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 。
策略控制单元（PCC）
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。
包括: PCEF（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。
信令网(DRA)
DRA（Diameter Routing Agent 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（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（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 |
SAE GW-eNodeB |
GTP-U |
||
| S11 |
信令 |
MME-SAE GW |
GTP-C |
||
| SGi |
数据 |
SAE GW-VoLTE SBC |
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-VoLTE SBC |
Diameter |
|
| Gx |
信令 |
PCRF-SAE GW |
Diameter |
||
| IMS域 |
Gm |
信令 |
VoLTE UE-VoLTE SBC |
SIP |
|
| Mw |
信令 |
VoLTE SBC-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-IMS AS |
SIP |
||
| Ut |
信令 |
VoLTE UE/VoLTE AS-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-IMS AS |
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 |
IMS SSF/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: ~32 bytes+ IP 包头(IPV4 40 bytes, IPV6 60bytes) |
VoLTE QoS要求
| NGMN关于VoLTE QoS的要求 |
||
| 序号 |
参数 |
参数值 |
| 1 |
带宽 |
ØNGSN推荐值: AMR-NB 12.2 kbps ØNGSN优选值: AMR-WB 23.65kbps
|
| 2 |
MOS值 |
ØAMR-NB @12.2kbps MOS: ~3.6 desired, ~3.8 preferred ØAMR-WB @23.85kbps MOS: ~3.8 desired, ~ 4preferred Ø |
| 3 |
丢包率 |
丢包率 < 0.5% |
| 4 |
抖动 |
抖动 < 50 ms / reception point |
| 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 |
100 ms |
10-2 |
会话语音 |
| 2 |
4 |
150 ms |
10-3 |
会话视频（直播流媒体） |
|
| 3 |
3 |
50 ms |
10-3 |
实时游戏 |
|
| 4 |
5 |
300 ms |
10-6 |
非会话视频（缓冲流媒体） |
|
| 5 |
Non-GBR |
1 |
100 ms |
10-6 |
IMS 信令 |
| 6 |
6 |
300 ms |
10-6 |
视频（缓冲流媒体） |
|
| 7 |
7 |
100 ms |
10-3 |
语音 互动游戏 |
|
| 8 |
8 |
300 ms |
10-6 |
视频（缓冲流媒体） |
|
| 9 |
9 |