VoLTE網(wǎng)絡(luò)域選原理分析與優(yōu)化

1 概述

當(dāng)前移動(dòng)核心網(wǎng)逐步向IMS 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，VoLTE語音業(yè)務(wù)開始大規(guī)模商用，手機(jī)的語音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)均可通過2/3/4G 網(wǎng)絡(luò)承載。VoLTE 是3GPP 標(biāo)準(zhǔn)定義的，基于IMS 網(wǎng)絡(luò)的LTE 語音解決方案。通過IMS 網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)運(yùn)營商不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的語音、短消息業(yè)務(wù)，還可以將語音通話與豐富的增強(qiáng)功能相整合，提供多樣化的服務(wù)。VoLTE 終端對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的選擇更加復(fù)雜，本文主要分析VoLTE 網(wǎng)絡(luò)的域選原理，并通過實(shí)例分析域選失敗的原因，提出針對(duì)性的優(yōu)化措施。

2 VoLTE 域選技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理

2.1 VoLTE 用戶主叫域選

當(dāng)前大部分VoLTE 手機(jī)終端除了支持VoLTE 高清通話，同時(shí)也會(huì)支持CSFB 和CS 域呼叫。那么當(dāng)用戶在使用“打電話”軟件（應(yīng)用程序）撥號(hào)的時(shí)候，終端使用什么方式（應(yīng)用協(xié)議）發(fā)起呼叫，取決于終端當(dāng)時(shí)所處的網(wǎng)絡(luò)情況。而網(wǎng)絡(luò)的選擇是由終端與網(wǎng)絡(luò)能力指示進(jìn)行匹配，最終決定終端駐留在哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

2.1.1 終端支持的語音能力

終端向MME 發(fā)起附著請(qǐng)求，Attach Request消息中包含Voice domain preference and UE's usage setting 信元用來攜帶終端的語音能力。該信元包含兩層內(nèi)容：

1）Voice domain preference：表明終端支持那種語音方式或更偏好于使用哪種語音方式，有4 種取值方式：CS Voice only(只支持CSFB)、IMS PS Voice only（只支持VoLTE）、CS Voice preferred IMS PS Voice as secondary（同時(shí)支持CSFB 和VoLTE，但優(yōu)選CSFB）、IMS PS Voice preferred CS Voice as secondary（同時(shí)支持CSFB 和VoLTE，但優(yōu)選VoLTE）。

2）UE's usage setting：表明終端設(shè)置為語音優(yōu)先（Voice centric）還是數(shù)據(jù)優(yōu)先（Data Centric）。如果LTE 終端上設(shè)置數(shù)據(jù)優(yōu)先，只要EPC 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可用，終端就會(huì)駐留在4G 的LTE網(wǎng)絡(luò)，而不管當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)是否能夠提供CSFB 或者VoLTE 的語音業(yè)務(wù)。該信元有兩種取值方式：Voice centric（以語音業(yè)務(wù)為中心）、Data centric（以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為中心）。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)支持的語音能力

EPC 網(wǎng)絡(luò)的語音能力是網(wǎng)絡(luò)通過Attach 和TAU響應(yīng)消息向終端指示網(wǎng)絡(luò)是否支持VoLTE 或CSFB。

1）網(wǎng)絡(luò)CSFB 能力的指示：Attach Accept 和TAU Accept 消息中會(huì)攜帶“EPS attach result/EPS update result”信元和“Additional update result”信元，向終端指示網(wǎng)絡(luò)是否支持CSFB。

2）網(wǎng)絡(luò)VoLTE 能力的指示：Attach Accept和TAU Accept 消息中也會(huì)攜帶“EPS network feature support”信元，其中包括“IMS voice over PS session indicator”標(biāo)志位。該標(biāo)志位用來指示網(wǎng)絡(luò)是否支持VoLTE。同時(shí)也會(huì)指示網(wǎng)絡(luò)是否支持緊急呼叫。

2.2 VoLTE 用戶被叫域選

由于呼叫發(fā)起時(shí)，被叫用戶可能在LTE 網(wǎng)絡(luò)中，也有可能在2G、3G 網(wǎng)絡(luò)。IMS 網(wǎng)絡(luò)中SCC AS 網(wǎng)元（T-ADS）會(huì)通過sh 接口向HSS 查詢用戶當(dāng)前所處的網(wǎng)絡(luò)信息，來決定向電路域發(fā)起CS 呼叫還是向分組域發(fā)起VoLTE 呼叫，這個(gè)過程就是被叫域選。目前常用的被叫域選方案是單域注冊(cè)方案。單域注冊(cè)是指：UE 從MME 接入時(shí)，MME 從S6a 接口向HSS發(fā)起Update Location流程時(shí)，指示HSS進(jìn)行單注冊(cè)，HSS 應(yīng)該向SGSN 發(fā)起Cancel Location 流程注銷UE 的SGSN 位置信息，HLR/HSS 僅保留UE 的MME 位置信息。當(dāng)UE 在SGSN 與MME 之間移動(dòng)時(shí)，HSS 保存網(wǎng)絡(luò)信息如下：

1）UE 從SGSN 移動(dòng)至MME：現(xiàn)網(wǎng)HSS 默認(rèn)支持雙注冊(cè)，通過MME 向HSS 發(fā)送Update Location 消息時(shí)會(huì)將single-registration-indication 標(biāo)識(shí)置為1，指示HSS 進(jìn)行單域注冊(cè)。HSS 在收到單注冊(cè)指示后，會(huì)向用戶之前注冊(cè)的SGSN 發(fā)送“SGSN Update Procedure”類型的Cancel Location 消息，同時(shí)刪除注冊(cè)的SGSN 號(hào)碼。這種情況下，用戶在4G 網(wǎng)絡(luò)時(shí)HSS 中只有MME 信息。

2）UE 從MME 移動(dòng)至SGSN：SGSN 的Gr 接口MAP 協(xié)議無法攜帶單注冊(cè)指示，而HSS 當(dāng)前默認(rèn)配置支持雙注冊(cè)。這種情況下，UE 移動(dòng)到2、3G 網(wǎng)絡(luò)后，SGSN 在向HLR/HSS 發(fā)送位置更新后，HLR/HSS 不會(huì)清空MME 信息。

綜上，MME 去HSS 做位置更新時(shí)HSS 會(huì)清空SGSN 的GT。而SGSN 去HSS 位置更新時(shí)，HSS 不會(huì)清空MME 的hostname。這就表明，只要HSS 上有SGSN 的信息，就說明用戶當(dāng)前處在2G、3G 網(wǎng)絡(luò)，IMS 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)向電路域呼叫被叫。反之，如果HSS 上沒有SGSN 信息，只有MME 信息，那就表明用戶當(dāng)前處在4G 網(wǎng)絡(luò)，IMS 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)向分組域呼叫。使用這種判斷方式，HSS 就可以給SCC AS 提供準(zhǔn)確的被叫域選信息。

3 VoLTE 用戶域選失敗原因分析與優(yōu)化

在VoLTE 業(yè)務(wù)實(shí)際應(yīng)用中，筆者發(fā)現(xiàn)當(dāng)手機(jī)關(guān)掉VoLTE 語音開關(guān)，改在4G 網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)后存在被叫接續(xù)失敗的可能。

3.1 定位失敗原因，跟蹤信令流程

1）首先被叫錨定至IMS 域。被叫歸屬HSS 根據(jù)簽約錨定業(yè)務(wù)（T-CSI）得到CAMEL 業(yè)務(wù)鍵SCP GT 通過SRI RSP 返回給主叫MSC，主叫MSC 根據(jù)SCP GT 發(fā)送IDP 消息到Anchor AS。

2）Anchor AS 根據(jù)業(yè)務(wù)鍵在被叫號(hào)碼前插1014450 得到IMRN 號(hào)碼返回給主叫MSC，MSC 根據(jù)IMRN 路由至IMS 域。

3）MGCF 刪除錨定前綴，完成被叫號(hào)碼還原后發(fā)送INVITE 至I-CSCF，I-CSCF 通過HSS 返回的能力集獲取S-CSCF。

4）S-CSCF 通過查詢HSS 觸發(fā)IFC，首先觸發(fā)到MMTEL AS 查詢補(bǔ)充業(yè)務(wù)，再觸發(fā)SCC AS 做被叫域選。

5）SCC AS 通過UDR 消息向被叫歸屬IMS HSS查詢T-ADS 信息。HSS 通過UDA 返回T-ADS 域選信息。其中：IMSVoiceOverPSSessionSupport=1，RATtype=1004，域選結(jié)果為IMS 域。

6）被叫在IMS 域接續(xù)失敗，呼叫釋放。

3.2 分析失敗原因，定位故障

當(dāng)手機(jī)終端關(guān)閉VoLTE 功能后，終端改為在3/4G 網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合位置更新，語音通過CSFB 實(shí)現(xiàn)。按照現(xiàn)網(wǎng)雙域注冊(cè)原則，此時(shí)MME 上有用戶附著信息，但是并未建立IMS VPN 專有承載。此時(shí)HSS 根據(jù)IMSVoiceOverPSSessionSupport=0 應(yīng)該返回給SCC AS 的域選結(jié)果為CS 域，并返回CSRN 號(hào)碼。呼叫路由至2/3G 網(wǎng)絡(luò)接續(xù)。但是實(shí)際測試中發(fā)現(xiàn)，HSS返回的域選結(jié)果仍然是IMS 域，因?yàn)橛脩粑丛贗MS注冊(cè)，因此導(dǎo)致接續(xù)失敗。這種情況是因?yàn)槭謾C(jī)注銷VoLTE 網(wǎng)絡(luò)失敗，而網(wǎng)絡(luò)側(cè)因?yàn)槎〞r(shí)器未超時(shí)未主動(dòng)發(fā)起注銷。HSS 認(rèn)為用戶仍然注冊(cè)在IMS 域，而實(shí)際上手機(jī)終端已注冊(cè)在4G 網(wǎng)絡(luò)，因此返回了錯(cuò)誤的域選結(jié)果。在一些特殊場景中有概率發(fā)生，例如在雙卡雙待手機(jī)一卡通話時(shí)，或者手機(jī)終端原因發(fā)起注銷失敗。優(yōu)化措施及建議：通過在IMS 網(wǎng)絡(luò)增加IMS 尋呼失敗重選配置，即VoLTE 尋呼失敗，IMS 網(wǎng)絡(luò)會(huì)重新域選到2/3G 網(wǎng)絡(luò)獲取CSRN 漫游號(hào)碼進(jìn)行尋呼。

3.3 域選優(yōu)化措施及建議

通過在SCC AS 上增加IMS 尋呼失敗重選配置，即VoLTE 尋呼失敗，10s 后SCC AS 會(huì)重新獲取CSRN 漫游號(hào)碼尋呼。

4 結(jié)論

當(dāng)前并且在一段時(shí)間內(nèi)，VoLTE 語音解決方案主叫域選都會(huì)采用VoLTE 與CSFB/CS 呼叫并存的方式。手機(jī)主叫時(shí)通過終端與網(wǎng)絡(luò)能力指示選擇網(wǎng)絡(luò)，被叫時(shí)IMS 通過域選結(jié)果決定向分組域發(fā)起VoLTE呼叫或CS 域發(fā)起呼叫。VoLTE 手機(jī)關(guān)掉VoLTE 功能后，終端主動(dòng)向IMS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)起注銷，如果沒發(fā)送就是網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)手機(jī)與AS 的心跳鏈接定時(shí)器超時(shí)發(fā)起注銷。因?yàn)槭謾C(jī)終端原因或者HSS 側(cè)沒有更新用戶狀態(tài)，認(rèn)為用戶沒有發(fā)起注銷，返回的域選結(jié)果仍然是IMS 域?qū)е聦ず羰?。為避免域選失敗導(dǎo)致呼叫失敗，可以通過增加IMS 尋呼失敗重選配置的方式來解決。即在IMS 域?qū)ず羰?，IMS 網(wǎng)絡(luò)會(huì)再次獲取CSRN 漫游號(hào)碼路由至2/3G 尋呼。