VoLTE緊急呼叫技術研究

［馮薇薇］

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VoLTE緊急呼叫技術研究

［馮薇薇］

摘要

文章對VOLTE緊急呼叫技術進行了闡述，具體包括VoLTE緊急呼叫業(yè)務特征、業(yè)務架構、呼叫方案、標準及信令流程等，分析了存在的問題并對VOLTE緊急呼叫業(yè)務的發(fā)展方向提出了建議。

關鍵詞：VOLTE EPC IMS CS緊急呼叫緊急號碼列表 匿名 定位

馮薇薇

中國電信股份有限公司廣東研究院工程師，長期從事移動通信領域技術研究，重點研究移動核心網相關技術。

1　VoLTE緊急呼叫業(yè)務描述和業(yè)務特征

VoLTE（Voice over LTE，基于LTE的話音呼叫）緊急呼叫業(yè)務是指在緊急情況下，VoLTE網絡應滿足公眾的緊急呼叫需求，系統(tǒng)能結合VOLTE用戶撥打的緊急呼叫接入號碼以及用戶的位置信息將緊急呼叫路由到就近的應急指揮中心/聯(lián)動平臺。目前國內使用的緊急呼叫接入號碼包括110報警、119火警和120救護等【1】。

VoLTE緊急呼叫業(yè)務的主要業(yè)務特征包括：

(1)支持未注冊用戶和由于欠費等原因導致正常業(yè)務無法使用的普通受限用戶使用緊急呼叫業(yè)務；

(2)就近接入，根據發(fā)起緊急呼叫時的位置信息把呼叫接入到就近的應急指揮中心或聯(lián)動平臺，使得用戶可以盡快獲得所需幫助。

(3)支持回撥，允許應急指揮中心回撥用戶，根據需要對用戶位置及其他信息作進一步確認，回撥功能僅適用于已注冊用戶發(fā)起的緊急呼叫業(yè)務。

2　VoLTE緊急呼叫業(yè)務架構

VoLTE緊急通信業(yè)務由LRF（Location Retrieval Function，位置獲取功能）和E-CSCF（Emergency Call Session Control Function，緊急呼叫會話控制功能）等網元配合實現(xiàn)，系統(tǒng)架構如圖1。

緊急呼叫由UE（User Equipment，用戶設備）或AS（Application Server，應用服務器）代理用戶發(fā)起，呼叫請求通過LTE網絡接入IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體系統(tǒng)）網絡，由P-CSCF（Proxy Call Session Control Function，代理呼叫會話控制功能）或S-CSCF（Serving Call Session Control Function，服務呼叫會話控制功能）送到E-CSCF，E-CSCF向LRF查詢用戶的位置信息以及緊急指揮中心的路由信息，并把呼叫路由到就近的緊急指揮中心/聯(lián)動平臺。

VoLTE緊急呼叫對EPC（Evolved Packet System，演進的分組核心）核心網的要求如表1。

圖1　VoLTE緊急通信業(yè)務架構圖【7】

表1　VoLTE緊急呼叫對EPC核心網的要求

VoLTE緊急呼叫組網涉及的IMS主要功能實體如下表2：

表2　VoLTE緊急呼叫組網IMS主要功能實體

3　VoLTE緊急呼叫方案

目前，VoLTE緊急呼叫方案可分為兩類：基于IMS網絡實現(xiàn)緊急呼叫的方案和回落到CS（Circuit Switched，電路交換）網絡進行緊急呼叫的方案。

根據終端能力是否支持緊急呼叫甄別，基于IMS網絡實現(xiàn)緊急呼叫的方案存在兩種情況：（1）3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃）標準要求終端支持緊急號碼的存儲和緊急呼叫甄別，終端、EPC和IMS網絡均需支持3GPP標準緊急呼叫的標準流程；（2）、對于部分無法存儲緊急號碼和甄別緊急呼叫的終端，終端把緊急呼叫作為普通呼叫請求發(fā)送到IMS網絡，IMS網絡甄別緊急呼叫、添加用戶位置信息，并送往緊急呼叫會話控制網元E-CSCF/LRF來完成緊急呼叫處理并路由到緊急呼叫中心。

當由于LTE網絡覆蓋率低、支持IMS緊急呼叫的終端匱乏等因素影響，導致VOLTE用戶無法在IMS網絡實現(xiàn)緊急呼叫時，可采用回落到CS網絡進行緊急呼叫的過渡方案，具體如表3：

表3　VOLTE緊急呼叫方案

4　標準及信令流程

4.1VoLTE緊急呼叫標準

VoLTE緊急呼叫標準基本成熟，VoLTE緊急呼叫相關標準除回叫外已經終結。VoLTE緊急呼叫相關標準如表4。

表4　VoLTE緊急呼叫標準

4.2VoLTE緊急呼叫基本信令流程

4.2.1VoLTE緊急呼叫的號碼獲取過程【3】【4】

當UE發(fā)起附著請求或TAU（Tracking Area Update，跟蹤區(qū)更新）請求時，EPC網絡中的MME（Mobility Management Entity，移動管理實體）通過Attach Accept消息或TAU Accept消息將配置的緊急呼叫號碼列表發(fā)送給UE，UE將該號碼保存在終端中，以便發(fā)起緊急呼叫時能正確識別。當UE漫游到某地或重啟，都會重新進行網絡附著，此時新的MME也會將新的緊急呼叫號碼列表返回UE，UE同樣需要刷新本地存儲的號碼列表。

網絡下發(fā)緊急號碼流程如圖2：

圖2　網絡下發(fā)緊急號碼流程

過程如下：

（1）附著流程：

①：UE向MME發(fā)起附著請求。

②附著成功后，MME向UE發(fā)送Attach Accept消息，攜帶Emergency Number List信元，其中包含本地緊急呼叫號碼列表。

③UE將緊急呼叫號碼保存在本地，并向MME返回Attach Complete消息，完成附著流程。

（2）TAU流程：

①UE向MME發(fā)起TAU請求。

②TA（Tracking Area）更新成功后，MME向UE發(fā)送TAU Accept消息，攜帶Emergency Number List信元，其中包含本地緊急呼叫號碼列表。

③UE將緊急呼叫號碼保存在本地，并向MME返回TAU Complete消息，完成更新流程。

4.2.2VoLTE普通用戶緊急呼叫的緊急專用承載建立過程【5】

正常簽約且能正常使用業(yè)務的VoLTE用戶建立緊急專用承載的流程如圖3：

圖3　VoLTE普通用戶建立緊急專用承載流程

1.終端在創(chuàng)建PDN專有承載時，指示請求類型為緊急會話，信元Request Type取值為“Emergency”，表示緊急呼叫建立PDN連接。

2～3.S-GW/P-GW建立緊急承載請求。針對緊急專用承載，MME可以選擇特定的PDN-GW，應優(yōu)選本地的PDN-GW。

4～5.緊急承載的QoS策略控制，PCRF提供特殊的PCC規(guī)則和認證，保證該會話資源不被其他業(yè)務占用。

6～7.S-GW/P-GW建立緊急承載響應。

8～13.無線承載建立。

14～17.S-GW/PGW的承載修改。

4.2.3VoLTE受限用戶緊急呼叫的緊急專用承載建立過程【5】

受限用戶緊急呼叫的緊急專用承載建立流程如圖4。受限用戶包括：（1）普通受限用戶：正常的簽約用戶，但是由于某種原因呼叫受限（比如欠費或者不在該運營商的位置區(qū)）；（2）有USIM卡（Universal Subscriber Identity Module，全球用戶識別卡）的受限用戶：用戶有USIM卡，但是USIM卡鑒權失敗的用戶，使用IMEI （International Mobile Equipment Identity，國際移動設備標識）進行緊急呼叫；（3）無USIM卡的受限用戶：用戶沒有USIM卡，使用IMEI進行緊急呼叫。

1 ～ 2.UE向MME發(fā)起附著請求Attach Request消息，其中信元Attach Type和Request Type取值為“Emergency”，表示為緊急附著。

圖4　VoLTE受限用戶緊急呼叫的緊急專用承載建立過程

3～5.MME對UE進行鑒權，并獲取用戶信息（可選）。

6～11.MME進行緊急資源承載創(chuàng)建。

12～15.無線承載建立。

16～17.UE收到Attach Accept消息，獲取PDN地址信息后，開始通過eNodeB向S-GW/P-GW發(fā)送上行分組數(shù)據包。

18～19.S-GW向UE發(fā)送緩存的下行分組數(shù)據包

4.2.4VoLTE緊急呼叫的IMS緊急注冊過程【6】

如圖5：

（1）終端創(chuàng)建緊急呼叫專用承載過程成功后，使用緊急呼叫專用承載的IP地址和端口發(fā)起緊急注冊。

（2） P-CSCF（BAC）通過Register消息中Contact頭域攜帶的參數(shù)“sos”識別該注冊為緊急注冊。

（3）I-CSCF查詢HSS，獲取合適的S-CSCF地址。

（4）I-CSCF根據HSS返回的S-CSCF地址，將呼叫路由到S-CSCF。

（5）S-CSCF注冊成功，下載用戶簽約數(shù)據，同時不影響可能已經存在的普通承載注冊信息，實現(xiàn)雙注冊。

圖5　VoLTE緊急呼叫的IMS緊急注冊流程

4.2.5VoLTE緊急呼叫的IMS會話建立過程【7】如圖6

（1）LTE終端發(fā)起緊急呼叫的會話請求，攜帶位置信息。

①如果UE有用戶號碼信息，UE應該使用P-Preferred-Identity頭域攜帶用戶的IMPU。

②如果UE無用戶號碼信息，UE應該使用P-Preferred-Identity頭域攜帶用戶的設備標識(IMEI)。

③如果用戶有合法的卡，用戶應該攜帶IMPU。

（2）P-CSCF（SBC）根據請求目的地址和頭域Priority:emergency識別為緊急呼叫，支持根據接入域、接入類型、接入位置、目的地址配置選擇E-CSCF，并前傳請求。

①如果用戶未注冊，獲取P-Preferred-Identity頭域攜帶用戶的身份標識生成P-Asserted-Identity。

②P-CSCF識別出緊急呼叫會話后，支持在Rx接口通過Service-URN通知PCRF執(zhí)行緊急呼叫的承載控制策略。

③P-CSCF將呼叫路由到用戶注冊時分配的E-CSCF。

（3）E-CSCF根據需要選擇執(zhí)行和LRF交互，獲取位置和路由信息。

（4）E-CSCF查詢LRF或本地配置的緊急呼叫中心表和號碼路由信息表，將呼叫經MGCF路由到PSAP（EC）。

圖6　VoLTE緊急呼叫的IMS會話建立過程

5　挑戰(zhàn)及發(fā)展方向

目前，VoLTE緊急呼叫技術已基本成熟并得到應用，但還面臨挑戰(zhàn)、存在需要解決的問題，包括匿名緊急呼叫回撥、緊急呼叫精確定位、特殊場景無法發(fā)起緊急呼叫等：

VoLTE用戶終端發(fā)起緊急呼叫之前沒有向IMS注冊(無卡)或者注冊未成功（鑒權失敗）時，將發(fā)起匿名緊急呼叫，如果用戶是匿名呼叫用戶,緊急呼叫處理中心如何能夠回撥給這個用戶是一個有待解決的問題,畢竟在處理緊急情況時,回撥用戶了解更多情況是非常必要的。

為了在緊急情況下更好地為公眾提供救助服務,對緊急呼叫進行定位是網絡支持應急通信的一個很重要的功能，在部分國家,已經要求通信網絡必須具備對緊急呼叫進行定位的能力。移動定位的主要問題是很難做到精確定位,特別是在某些偏遠地區(qū),一個基站的覆蓋半徑往往達到數(shù)公里,在這么大的范圍內定位基本失去了意義,而在這些地方發(fā)生的緊急情況又恰恰最需要定位。新的技術可以結合GPS（Global Position System，全球定位系統(tǒng)）定位、終端信號的強度和方向等信息實現(xiàn)比較精確的定位,但是要真正將這些技術運用到VoLTE網絡中,還需要大量的研究【2】。

在傳統(tǒng)緊急呼叫實現(xiàn)方案中，網絡側把已配置的緊急呼叫號碼列表下發(fā)給終端，終端將該列表臨時保存在終端內存中，并依據該表確認所撥打號碼是否為緊急號碼。在終端鑒權失敗、無卡終端首次發(fā)起呼叫等情況下，網絡側不會向終端下發(fā)已配置的緊急呼叫號碼列表，同時，終端內置的緊急號碼可能與所撥打緊急號碼或所處區(qū)域網絡的緊急號碼列表不匹配，導致緊急呼叫無法實現(xiàn)。要解決該問題，還需要采用新的專利思路、技術方案來實現(xiàn)。

與VoLTE網絡面臨的其它挑戰(zhàn)一樣,對應急通信的支持也是在VoLTE網絡研究中必須重視的一個領域,需要為應急通信中存在的這些問題找到比較好的解決方法。只有戰(zhàn)勝了這些挑戰(zhàn),以LTE和IMS為基礎的VoLTE網絡才能真正走向成熟。

參考文獻

1朱曉潔.VoLTE用戶緊急呼叫的實現(xiàn)技術研究[J].移動通信,2015,39(3/4):143-147

2曹遠.應急通信-下一代網絡面臨的又一挑戰(zhàn).世界電信,2006,19(6):41-43

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收稿日期：（2016-02-16）

DOI:10.3969/j.issn.1006-6403.2016.03.013