杂七杂八话LTE（四十五）：初识VoLTE

从2015年末，各个移动地级市都在慢慢上马VoLTE。2016年，相信VoLTE是移动的重点推进业务。这几年网络建设来说，VoLTE虽然喊了很久，技术上也不算颠覆性创新，但由于涉及到无线架构中的诸多网元升级改造，整个工程层面来说，相当繁琐复杂。所以VoLTE的商用一拖再拖，即使今年上半年，移动的VoLTE可以说还是试用阶段，用户免费使用（至少在南京是这样）。和以往的语音技术相比，VoLTE的投入是巨大的。从测试角度来说，VoLTE的测试工作量也是巨大的。对于测试工程师，在无线侧要学习新内容，在网络侧的协议也要补充学习。本人也在逐步学习VoLTE，但由于实验室设备有限，更多学习内容来源于网上的各种资料，这边准备梳理下，供后续参考。后续的篇章中，多数图表都来自网上资料，如大家有需求，也可直接将资料发给大家。

先管中窥豹，看看什么是VoLTE。

作为一种新型语音技术，VoLTE（voice over LTE）是将语音承载到LTE数据层面的技术。众所周知，LTE时代，已经没有电路域，所以语音只能承载到数据域。VoLTE语音种类，除了传统的语音外，还有视频通话以及各种电信补充业务。VoLTE本身，对于网元来说，变化最大的是增加了IMS多媒体系统，这是整个VoLTE的核心。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。对于终端和eNB侧，只是功能上的应用。看看下面VoLTE架构图。

上图是典型的突出IMS域的VoLTE架构接口图。从图中也可以看到，IMS域涉及到的网元和接口众多。增加的网元及其功能主要有：

P-CSCF (Proxy Call Session Control Function)

用于在用户接入IMS网络，功能接近于一个Proxy与 (UA) User Agent (RFC3261)

将用户注册请求转发到I-CSCF

与PDF功能交互

在UE与S-CSCF之间转发信息

验证发起地与目的地的有效性

检测紧急业务的发起

向计费单元CCF (Charging collection function)发送计费信息

提供IMS与UE之间SIP信息的完整性与安全性保护

压缩/解压缩UE发出的压缩SIP信息 (RFC 3320, 3485, 3486)

执行媒体控制策略  (检查SDP消息中的媒体信息)

I-CSCF (Interrogating-CSCF)

当用户漫游时作为用户接入归属网络的接入点

一个运营商网络可以有多个I-CSCF

与HSS联系获取该用户归属的S-CSCF地址

向该S-CSCF转发所有SIP请求与相应

向CCF发送计费信息

提供拓扑、配置与能力隐藏的功能

S-CSCF (Serving-CSCF)

IMS中业务控制核心，处于归属网络中

负责UE的注册与任务管理

在一个运营商网络中可以有多个S-CSCF

处理用户注册请求 (如RFC3261中描述的registrar); 记录所有注册UE的IP地址

通过IMS AKA对用户鉴权

从HSS中下载用户信息与业务数据

路由被叫用户信息到P-CSCF，主叫用户信息到I-CSCF、BGCF或AS

负责任务控制与紧急呼叫处理

通过DNS进行E.164到SIP URI (Universal resource identifier)之间的转换

进行媒体策略控制，维护任务执行时间

向CCF发送计费信息

MRFC(Multimedia Resource Function Controller)

支持与承载有关的业务 (conferencing, announcements, transcoding)

支持与S-CSCF通过SIP互通并且通过MEGACO控制MRFP

向CCF发送计费信息

MRFP(Multimedia Resource Function Processor)

按照MRFC的要求提供用户面的资源

Breakout Gateway Control Function(BGCF)

用于选择合适的MGCF进行互通

通过ENUM DNS按照被叫的E.164号码选择合适的MGCF

Media Gateway Control Function(MGCF)

用于执行IMS与CS域的互通

执行不同域之间的协议转换（BICC, ISUP与SIP）

PDF (Policy Decision Function)

由P-CSCF依据任务与媒体信息进行策略控制

存储业务与媒体相关信息 (IP address, port #, bandwidth,etc.)

生成用于标识PDF与任务的Authorisation token

当收到GGSN请求后按照存储的任务/媒体信息作出QoS决策

在任何时刻撤回授权

控制对承载的使用

当承载发生变化时通知P-CSCF

在GGSN与P-CSCF之间交换Charging ID

IMS域的网元众多，对于一般无线侧的工程师来说，也无需了解太多这一侧的内容，只要知道大致组成即可。在实际工作中，这部分相当于黑盒，具体出问题，还需要IMS工程师来解答。

下图用表格形式总结了VoLTE时代，所涉及的各个网元，是不是感觉头要炸了。

下面链接，从网元接口角度介绍了总体组成。

以下这篇文章的介绍更加详细，大家可以仔细阅读。

http://www.wtoutiao.com/p/1dagPWg.html

此外，VoLTE所对应的协议栈修改内容也不少，主要是空口方面的增强，下图是VoLTE协议栈，左边是用户面，右边是信令面。网络侧协议，需要了解SIP和RTP等协议。此外，PHY,MAC,PDCP都有改动，涉及到的主要技术点： TTI-bundling， SPS， RoHC等。

在互操作方面，VoLTE需要切换到各种3G/2G网络，涉及到 eSRVCC过程。

所有这些内容，将会在接下来的篇章中探讨和总结。主要从以下几方面入手：

VoLTE基本信令

SIP协议认识

SIP基本信令

头压缩

TTI bundling

SPS

SRVCC

AMR 语音编解码

RTP/RTCP

MOS值测量

etc.

VoLTE内容博大精深，绝对可以用一本书来阐述。本人也希望借此学习，对通信协议能够有进一步的深入理解。

参考文档：

Voice over LTE - VoLTE

VoLTE无线功能与性能测试培训

史上最强悍的VoLTE秘籍