VoLTE核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)融合改造

黃立鋼

【摘要】 隨著4G網(wǎng)絡(luò)的商用，VoLTE時(shí)代已到來，本文介紹了VoLTE特性，移動(dòng)核心網(wǎng)的現(xiàn)狀，VoLTE對核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)改造要求，以及VoLTE核心網(wǎng)建設(shè)方案。

【關(guān)鍵詞】 VoLTE eSRVCC 核心網(wǎng) 融合

一、前言

VoLTE+eSRVCC是4G網(wǎng)絡(luò)承載話音業(yè)務(wù)的目標(biāo)方案。VoLTE能顯著縮短接續(xù)時(shí)延、提供高清的音頻和視頻通話，極大提升用戶體驗(yàn)，2013年6月，GTI亞洲大會(huì)，中國移動(dòng)發(fā)布VoLTE技術(shù)白皮書，并積極推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)測試與改造工作，力爭盡快實(shí)現(xiàn)VoLTE商用。VoLTE的部署幾乎涉及所有核心網(wǎng)網(wǎng)元，VoLTE后核心網(wǎng)的重心逐步轉(zhuǎn)向IMS網(wǎng)絡(luò)，但仍需要電路域提供話音及短信能力，以滿足話音連續(xù)性要求及短信業(yè)務(wù)要求，這就對電路域提出升級(jí)改造要求，以提供eSRVCC能力及短信能力。

二、VoLTE特性

LTE沒有電路域，需要分組域提供IP語音業(yè)務(wù)，即VoLTE，VoLTE支持高清語音、高清視頻等通信業(yè)務(wù)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)網(wǎng)2G/3G的語音互通。

特征1：VoLTE由IMS提供呼叫控制和業(yè)務(wù)邏輯

VoLTE的信令和媒體經(jīng)EPC路由至IMS網(wǎng)絡(luò)，由IMS提供會(huì)話控制和業(yè)務(wù)邏輯。

特征2：VoLTE由EPC提供高質(zhì)量的分組域承載

在VoLTE中EPC作為IMS的接入網(wǎng)，通過全球統(tǒng)一的專用APN及獨(dú)立承載為用戶提供區(qū)別于普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS保障。

特征3：連續(xù)覆蓋前VoLTE可通過eSRVCC保障呼叫連續(xù)性

VoLTE終端在通話過程中漫游至無LTE覆蓋的區(qū)域時(shí)，通過eSRVCC將當(dāng)前呼叫切換至2G/3G電路域。

三、核心網(wǎng)概述

核心網(wǎng)構(gòu)架在傳送網(wǎng)及IP承載網(wǎng)之上，并承載業(yè)務(wù)網(wǎng)。參考中國移動(dòng)核心網(wǎng)，核心網(wǎng)由電路域、分組域和CM-IMS域三部分組成。電路域?yàn)?/3G移動(dòng)用戶提供語音和短信等會(huì)話業(yè)務(wù)，分組域分為2/3G分組域和LTE/EPC分組域，其中2/3G分組域?yàn)橐苿?dòng)用戶提供速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，LTE/EPC分組域?yàn)橐苿?dòng)用戶提供高帶寬、低時(shí)延發(fā)互聯(lián)網(wǎng)類高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

電路域和2/3G分組域已實(shí)現(xiàn)2G/3G融合組網(wǎng)，分組域已實(shí)現(xiàn)2/3G/EPC融合組網(wǎng)，后續(xù)將承擔(dān)起對接CM-IMS承載VoLTE語音的功能。目前CM-IMS域面向固定類用戶接入，提供多媒體及融合類業(yè)務(wù)，與電路域網(wǎng)絡(luò)共存并互通，后續(xù)將全面支持VoLTE高清語音。

7號(hào)信令網(wǎng)作為核心網(wǎng)電路域和分組域的支撐網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)核心網(wǎng)網(wǎng)元間信令的傳送，逐步進(jìn)行著IP化演進(jìn)。

HLR/HSS作為所有業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)支撐網(wǎng)元，負(fù)責(zé)全網(wǎng)2/3/4G用戶的簽約數(shù)據(jù)和位置信息的存儲(chǔ)。

核心網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)：構(gòu)筑寬帶、融合、開放、智能、可運(yùn)營可管理的核心控制網(wǎng)絡(luò)。

四、VoLTE部署對核心網(wǎng)要求

VoLTE解決方案相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)已成熟。3GPPR8定義了LTE/EPC，并針對VoLTE的場景定義了SRVCC、SPS等優(yōu)化機(jī)制，對于移動(dòng)話音的演進(jìn)定義了ICS架構(gòu)。 3GPPR9、R10和R11定義了VoLTE的進(jìn)一步增強(qiáng)。VoLTE解決方案主要涉及核心網(wǎng)和終端，在現(xiàn)網(wǎng)核心網(wǎng)三大域基礎(chǔ)上， VoLTE網(wǎng)絡(luò)融合改造是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，整體改造量巨大，VoLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)參考如圖4-1：

VoLTE涉及網(wǎng)元改造及功能如下：

網(wǎng)元 功能點(diǎn)

eMSC 支持Sv接口（MME和eMSC間的切換接口）；支持I2接口（到IMS的SIP接口）

HLR 支持三融合的HLR/ HSS；eSRVCC新增參數(shù)的存儲(chǔ)、及參數(shù)在S6a和Sh接口的傳遞

SBC/P-CSCF 支持ATCF、ATGW功能；支持IMS Rx接口

SCC AS 支持會(huì)話狀態(tài)維護(hù)及通知ATCF；支持域選擇功能；支持Sh接口新增參數(shù)

DRA 支持Cx接口，Sh接口信令尋址

MME 支持到CS域的切換；支持Sv接口

PGW/PCEF 支持Gx和專用承載的建立

PCRF 支持IMS Rx接口

五、 VoLTE核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)融合方案

VoLTE核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)融合方案主要包括：用戶數(shù)據(jù)融合方案、IMS域融合建設(shè)方案、電路域融合建設(shè)方案、分組域融合建設(shè)方案、4G PCC網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造方案、Diameter信令網(wǎng)建設(shè)方案。

5.1 用戶數(shù)據(jù)融合方案

（一）用戶數(shù)據(jù)融合目的

1、保證LTE用戶“不換卡、不換號(hào)”使用VoLTE業(yè)務(wù)。

2、 IMS HSS與HLR融合確保IMS與CS補(bǔ)充業(yè)務(wù)、鑒權(quán)數(shù)據(jù)一致，確保用戶在CS和VoLTE網(wǎng)絡(luò)中獲得一致語音業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

（二）用戶數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

中國移動(dòng)目前設(shè)置有HLR和EPS-HSS設(shè)備，還有CM-IMS網(wǎng)絡(luò)的HSS設(shè)備，4G CSFB時(shí)HLR和EPS-HSS已融合。

（三）用戶數(shù)據(jù)融合方案

考慮在現(xiàn)有融合HLR/EPS-HSS升級(jí)，支持IMS-HSS功能。原有CM-IMS建議保留鐵通號(hào)段，獨(dú)立用于固網(wǎng)IMS網(wǎng)絡(luò)。

圖5-1 VoLTE用戶數(shù)據(jù)融合方案

5.2 IMS域融合建設(shè)方案

（一）IMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)

滿足VOLTE接入控制、呼叫路由、業(yè)務(wù)處理、話音連續(xù)性、漫游能力需求。

（二）IMS網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

中國移動(dòng)CM-IMS是一個(gè)完整的核心網(wǎng)，核心網(wǎng)元分省部署，為中小企業(yè)用戶和家庭用戶提供固網(wǎng)業(yè)務(wù)，由各省公司運(yùn)營管理。

（三）VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

VoLTE IMS與各省現(xiàn)網(wǎng)IMS均考慮分省部署，核心控制層的功能一致，具備融合條件， VoLTE IMS與現(xiàn)網(wǎng)IMS共用原則：

獨(dú)立網(wǎng)元：VoLTE SBC、VoLTE AS 、3合1 HSS。

共用網(wǎng)元：CSCF、MGCF/MGW、ENUM/DNS。融合改造后IMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5-2：

5.3 電路域融合建設(shè)方案

（一）電路域融合建設(shè)目標(biāo)

滿足eSRVCC和Sv接口需求，實(shí)現(xiàn)LTE與2G/3G的互操作。

（二）電路域現(xiàn)狀

中國移動(dòng)電路域承載最基本的語音和短信業(yè)務(wù)，規(guī)模大、設(shè)備提供廠商多。目前已升級(jí)支持CSFB方案。

（三）VoLTE 電路域融合改造方案

需升級(jí)改造電路域軟交換設(shè)備MSC為eMSC，初期可考慮單個(gè)MSC POOL內(nèi)升級(jí)一套MSC，后續(xù)MGCF+IM_MGW考慮與電路域GMSC融合，以簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

5.4分組域融合建設(shè)方案

（一）分組域融合建設(shè)目標(biāo)：

滿足VoLTE與eSRVCC需求，為VoLTE提供業(yè)務(wù)承載、質(zhì)量控制、用戶定位等能力。

（二）分組域現(xiàn)狀

中國移動(dòng)分組域已實(shí)現(xiàn)2/3G/EPC融合組網(wǎng)。

（三）VoLTE 分組域融合改造方案

需升級(jí)改造MME/SGSN和SAE-GW/GGSN設(shè)備，VoLTE對EPC網(wǎng)元功能要求：

MME設(shè)備：應(yīng)支持Sv接口及SRVCC空口切換控制，支持VoLTE PCC，為IMS APN/VoLTE業(yè)務(wù)建立滿足Qos需求承載。

SAE-GW設(shè)備：支持P-CSCF發(fā)現(xiàn)功能，支持為VoLTE用戶分配IMS入口點(diǎn)P-CSCF地址，支持VoLTE PCC，為IMS APN/VoLTE業(yè)務(wù)建立滿足Qos需求承載。

建議所有MME/SGSN和SAE-GW/GGSN均升級(jí)支持VoLTE。

5.5 4G PCC網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造

（一）PCC網(wǎng)絡(luò)升級(jí)目標(biāo)

1、滿足VoLTE音視頻承載質(zhì)量要求，為VoLTE提供業(yè)務(wù)策略、計(jì)費(fèi)策略，支持VoLTE專用承載建立。

2、提供IMS與PS計(jì)費(fèi)關(guān)聯(lián)、位置上報(bào)功能。

3、滿足eSRVCC 功能要求。

（二）PCC網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

PCC系統(tǒng)是3GPP R7提出，作用于分組網(wǎng)絡(luò)的端到端策略控制架構(gòu)，可根據(jù)運(yùn)營需要，基于用戶、業(yè)務(wù)、流量、位置、時(shí)間等條件擬定策略，進(jìn)行數(shù)據(jù)流量控制及差異化服務(wù)，目前中國移動(dòng)已部署PCC，各省都部署有PCRF和PCEF。

（三）VoLTE PCC升級(jí)改造方案

在VoLTE中，PCC網(wǎng)絡(luò)作為應(yīng)用控制網(wǎng)絡(luò)IMS和接入控制網(wǎng)絡(luò)EPC間橋梁，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求到網(wǎng)絡(luò)資源控制的映射，同時(shí)將接入網(wǎng)絡(luò)相關(guān)信息反饋給IMS側(cè)，供業(yè)務(wù)使用。VoLTE借助PCC架構(gòu)為話音、視頻等業(yè)務(wù)按需建立專用承載通道，提供高優(yōu)先級(jí)和帶寬保障，確保無線和網(wǎng)絡(luò)側(cè)都能按照VoLTE質(zhì)量要求進(jìn)行資源分配和調(diào)度。

建議所有PCRF和PCEF升級(jí)改實(shí)現(xiàn)VoLTE功能。

圖5-5 VoLTE VoLTE PCC升級(jí)改造方案

5.6 Diameter信令網(wǎng)建設(shè)方案

VoLTE架構(gòu)下Diameter信令轉(zhuǎn)接需求：

LTE用戶移動(dòng)性管理信令：S6a接口。（基于事務(wù)，采用用戶碼號(hào)、主機(jī)名尋址）

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)PCC信令：含2/3/4G用戶Gx接口。（基于會(huì)話，采用APN+用戶碼號(hào)、主機(jī)名尋址）

VoLTE IMS信令：Cx、Sh、Zh接口。（基于事務(wù)，采用用戶碼號(hào)、主機(jī)名尋址）

VoLTE PCC信令： Gx、Rx接口。（基于會(huì)話，Gx：APN+用戶碼號(hào)、Rx：IP地址尋址）

其他：SLh、SLg接口信令（基于事務(wù)，SLh：用戶碼號(hào)、SLh：主機(jī)名尋址）

（一）Diameter信令網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)

1、滿足VoLTE會(huì)話管理及語音省間漫游需求。

2、滿足PCC會(huì)話綁定及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)同步需求。

（二）Diameter信令網(wǎng)建設(shè)方案

Diameter信令網(wǎng)采用分級(jí)、分區(qū)組網(wǎng)架構(gòu)，由信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)DRA分區(qū)匯接Diameter信令節(jié)點(diǎn)的信令消息。建議優(yōu)先采用三級(jí)組網(wǎng)。

考慮安全可靠、架構(gòu)清晰、長期穩(wěn)定原則，信令匯接區(qū)根據(jù)信令業(yè)務(wù)量劃分。

省內(nèi)、省際層面信令匯接區(qū)的劃分、DRA的部署及組網(wǎng)方式應(yīng)考慮各網(wǎng)絡(luò)層面的不同信令轉(zhuǎn)接需求。

省際層面：按大區(qū)或省劃分信令匯接區(qū)，一個(gè)省不能劃分為兩個(gè)信令匯接區(qū)。每個(gè)省際匯接區(qū)內(nèi)成對部署HDRA，分平面網(wǎng)狀相連。

省內(nèi)層面：按容量部署LDRA，如一對LDRA不能滿足全省需求，可劃分多個(gè)信令匯接區(qū)，每個(gè)匯接區(qū)內(nèi)成對部署LDRA，不同區(qū)間LDRA網(wǎng)狀相連。Diameter信令節(jié)點(diǎn)接入所屬匯接區(qū)成對LDRA。（核心網(wǎng)元分區(qū)接入所屬的一對LDRA；業(yè)務(wù)平臺(tái)就近接入一對LDRA。

圖5-6 Diameter信令網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

六、結(jié)束語

VoLTE時(shí)代已經(jīng)到來，核心網(wǎng)的全面融合時(shí)代也已經(jīng)到來。隨著LTE實(shí)現(xiàn)全面覆蓋， IMS將成為融合網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一業(yè)務(wù)控制層，核心網(wǎng)形成EPC+IMS的目標(biāo)架構(gòu)。移動(dòng)語音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)都將統(tǒng)一承載在該目標(biāo)架構(gòu)上。移動(dòng)語音業(yè)務(wù)將全部從傳統(tǒng)CS域轉(zhuǎn)向EPC+IMS進(jìn)行接入與控制，CS域走向消亡。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]趙訓(xùn)威，林輝，張明等.3GPP長期演進(jìn)（LTE）系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)規(guī)范.北京：人民郵電出版社，2010

[2]姜怡華，許慕鴻，習(xí)建德等.3GPP系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（SAE）原理及設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2010.

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