VoLTE信令流程

VoLTE概述

VOLTE全称为Voice over Long-Term Evolution（长期演进语音承载），意思是一个面向手机和数据终端的高速无线通信标准。它基于IP多媒体子系统（IMS）网络，在LTE上使用为控制层面（Control plane）和语音服务的媒体层面（Media plane）特制的配置文件，这使语音服务（控制和媒体层面）作为数据流在LTE数据承载网络中传输，而不再需维护和依赖传统的电路交换语音网络。

近年来VoLTE日益成为商用LTE网络的主流语音解决方案，它集成了 voice over IP (VoIP)， LTE 无线网 (E-UTRAN)， LTE 核心网 (EPC)， IMS (IP Multimedia Subsystem) 来支持在LTE网络上进行语音业务；
SIP (Session Initiation protocol) 协议用来创建、更新和中止一个VoLTE通话；在一次VoLTE通话过程中，SIP消息和2/3G语音通话的过程类似，也存在类似的消息，如CALL SETUP, SETUP, ALERTING, CONNECT等。SIP消息在QCI5承载上传输，QCI5作为默认承载，连接UE和IMS APN，因此SIP信令实际上是承载在PS(Packet Switch)域，而非传统的 CS(Circuit Switch) 域上。

VoLTE 协议栈

QCI5承载

VoLTE使用SIP协议用来建立、修改和删除会话，在呼叫流程中，SIP消息对应类似2/3G呼叫过程中的CALL SETUP、SETUP、ALERTING、 CONNECT等；
SIP消息承载在QCI5上，对eNodeB来说是业务数据包，不在信令面；

IMS（IP Multimedia Subsystem），IP多媒体子系统

IMS是一种全新的多媒体业务形式，它能够满足的终端客户更新颖、更多样化多媒体业务的需求。IMS被认为是下一代网络的核心技术，也是解决移动与固网融合，引入语音、数据、视频三重融合等差异化业务的重要方式。但是，全球IMS网络多数处于初级阶段，应用方式也处于业界探讨当中。

SBC（Session Border Controller），会谈边界控制器

会谈边界控制器（Session Border Controller, SBC），一种NAT穿透的方式。SBC可确保VoIP安全，又可提供媒体代理服务器的套件。
SBC架构于IMS网络之上，可作为IMS网络的SIP和RTSP的 Proxy Server，所有的SIP与RTSP讯息都会透过SBC来处理，SBC更具备NAT穿透的功能。

QCI (QoS Class Identifier) ，QoS类标识符

QCI (QoS Class Identifier)是一个标度值，用于衡量特定的提供给SDF（服务数据流）的包转发行为（如丢包率，包延迟预算），它同时应用于GBR和Non-GBR承载，用于指定访问节点内定义的控制承载级分组转发方式（如调度权重、接纳门限、队列管理门限、链路层协议配置等），这些都由运营商预先配置到接入网节点中。

QoS（Quality of Service，服务质量）

QCI的作用，比如打电话，打电话有一个过程，首先会建立信道，中间在建立一个EPS bearer，在EPS中会携带者一个qci。QCI表示Qos类别指示。这是一种特定标识 ，其定义了LTE数据报通信的质量。

QCI1 : 是VOLTE语音通道，通话的时候就建立，VOLTE终端通话的时候就是QCI9+5+1；

QCI2 : 是VOLTE视频通话通道，视频通话的时候建立，VOLTE终端视频通话的时候就是QCI9+5+1+2；

QCI5 : 是IMS消息专用通道，就是支持VOLTE的终端打开了VOLTE就一直存在QCI9+5；

QCI9 : 是LTE默认承载，任何4G终端驻留4G的时候QCI9常驻；

SIP（Session initialization Protocol），会话初始协议

SIP是多媒体通信协议。它是一个基于文本的应用层控制协议，用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。SIP 是一种源于互联网的IP 语音会话控制协议，具有灵活、易于实现、便于扩展等特点。

SIP注册

当VoLTE终端注册到IMS APN时会建立一条QCI5默认承载，但此时还不能进行VoLTE通话，因为VoLTE终端还需要到IMS上进行注册，SIP注册消息承载在QCI5上；
下图显示了SIP注册的基本流程：

SIP的注册流程包括：
1) Register（注册）: UE读取IMSI，发送Register消息给CSCF；
2) 401: CSCF 提取和保存IK和CK，在401响应中转发RAND和AUTN给UE；
3) Register: UE使用共享秘钥和RAND计算RES，重构 Register消息，并发送给CSCF;
4) 200 OK: CSCF响应200OK给UE，来指示基本注册成功。
注意：P-CSCF是IMS的入口设备。

注册是SIP协议中重要的功能，所谓注册，就是用户A客户端将自己的联系地址告知服务器，以便后续有其它用户呼叫用户A时，服务器能够将呼叫转接到用户A。SIP协议中的联系地址是指由账号、IP/PORT、传输方式等组成的地址记录，也称为URI。

国际移动用户识别码（英语：IMSI，International Mobile Subscriber Identity），是用于区分蜂窝网络中不同用户的、在所有蜂窝网络中不重复的识别码。

CSCF呼叫会话控制功能（Call Session Control Function）是IP多媒体子系统（IMS：IP Multimedia Subsystem）内部的功能实体，是整个IMS网络的核心。主要负责处理多媒体呼叫会话过程中的信令控制。它管理IMS网络的用户鉴权、IMS承载面QoS、与其它网络实体配合进行SIP会话的控制，以及业务协商和资源分配等。

VoLTE总体流程

下图显示出VoLTE终端开机后的标准流程，包括注册、呼叫和挂断过程:

VoLTE语音呼叫

和SIP注册类似，VoLTE通话也需要使用SIP消息，来初始化MO和MT之间的会话；
中间的流程图显示了一个VoLTE基本呼叫的SIP协商流程图；
右侧列出了典型的SIP请求和响应的用途。

Invite（邀请）：MO(主叫)发起一个VoLTE呼叫，向MT(被叫)发送一条Invite请求消息。

100 Trying：Invite请求的临时响应消息，通常是MT(被叫) 或者IMS用来指示已经正确收到了Invite请求。

183 session progress： 该响应用来指示会话正在处理中，一般是precondition打开时用来指示资源预留使用，由MT(被叫) 或IMS发送。

PRACK：PRACK通常和183消息成对出现，一般用来指示1xx响应已经正常收到，这里用来指示无线承载资源准备就绪。

UPDATE：UPDATE用来协商更新端到端的媒体面参数等。

180 Ringing：180振铃消息用来指示被叫已经振铃。

200 OK：200OK通常是对某请求消息的确认，一般表示某个事项已经完成，这里要关注最后一条，表示被叫已经摘机。

MO：Mobile Origination Call 主叫，即拨打电话的发起方，与MT（Mobile Termination Call 被叫）对应。

语音呼叫流程

左图为VoLTE基本呼叫的MO到P-CSCF(IMS入口网元)流程图部分.
呼叫流程中包括2类消息内容：一类是SIP消息；另一类是层3消息，其中蓝色部分消息内容为QCI1的激活过程.
只有QCI1承载建立完成后，Invite消息才能从P-CSCF转发给I/S-CSCF.