VoLTE核心网基础-1603
VoLTE基础信令流程与详细解析
VOLTE信令流程VOLTE是基于SIP协议的语音通话，所有与IMS交互的信令全部为SIP信令，在理解VOLTE 信令方面必须对SIP信令进行了解，EPC只是做为业务承载体。
由于SIP信令是以加密方式传输，SIP信令只有在CN侧和终端侧才能解码，基站CDL无法记录SIP信令，同时CDL无法解码较多NAS层直传消息，所以本文中的信令说明部分不结合CDL信令进行说明1.注册流程及重要信令详解SIP 提供了发现机制，如果用户要发起和另一个用户的会话，SIP 必须发现可到达目的用户的当前主机，注册将记录地址URI 和一个或者多个联系地址相关联，这样才能进行呼叫等业务。
严格意义上说，SUBSCRIBE和NOTIFY过程不属于注册过程，但由于该过程在注册完成后紧跟着出现，所以本文将该过程放在注册流程中进行说明。
用户的注销过程与注册过程相似，主要就是注销请求中,expire值为0，所以本文中不再进行单独说明，注销过程无SUBSCRIBE信令，是因为UE注册时已有SUBSCRIBE。
信令说明如下：1.UE进行Attach，建立QCI=9的默认承载，并使用IMS APN建立PDN连接；2.建立立QCI=5的默认承载，用于传送SIP信令；3.UE通过QCI=5的默认承载向IMS发起注册请求；4.P-CSCF通过HSS获知用户信息不在数据库中，便向终端代理回送401 Unauthorized 质询信息，其中包含安全认证所需的令牌；5.终端将用户标识和密码根据安全认证令牌加密后，再次用REGISTER消息报告给P-CSCF服务器；6.P-CSCF将REGISTER 消息中的用户信息解密，验证其合法后，IMS核心网将该用户信息登记到数据库中，并向终端返回成功响应消息200 OK；7.用户向IMS订阅注册事件包8.服务器应答订阅成功9.IMS服务器发送notify消息，由于订阅的用户已经注册，所以IMS服务器回应Notify消息中，状态为active，同时携带XML信息10.终端发送Notify 200表示接收成功注册过程测试信令载图如下：注销过程测试信令截图如下：1)Activate Default EPS Bearer Context Request（QCI=5）该信令是用于建立QCI=5的默认承载，所有SIP信令都通过QCI=5的承载传输，该信令的内容已在该信令前的RRC重配置中附带下来。
VoLTE基本原理及信令流程
VoLTE基本原理及信令流程VoLTE（Voice over LTE）是一种利用LTE（Long Term Evolution）网络进行语音通信的技术，它基于IP（Internet Protocol）网络传输语音数据。
相比传统的2G和3G网络，VoLTE具有更高的音质和更低的延迟。
1.注册过程：用户开机后，VoLTE终端会与LTE网络建立连接，并向网络注册。
这个过程称为注册过程，用于告知网络该终端支持VoLTE功能。
2.语音呼叫建立：当用户发起语音呼叫时，VoLTE终端会发送SIP INVITE消息给IMS核心网（IMS Core）。
这个消息包含呼叫的目标号码等信息。
IMS Core会根据目标号码找到对应的终端，并发送SIP 180 Ringing消息给呼叫发起方，告知对方被叫正在被呼叫。
3.媒体协商和传输：4.语音呼叫结束：当任意一方终止通话时，VoLTE终端会发送SIP BYE消息给IMS Core，通知对方终止通话。
IMS Core会向对方发送SIP 200 OK消息，然后释放呼叫资源。
在VoLTE信令流程中，还涉及到一些附加功能和协议：- 呼叫转接（Call Transfer）：可以将一通通话转移到另一个终端或另一个网络上。
- 呼叫等待（Call Waiting）：当用户在通话时接到另一个呼叫，可以选择接听或挂断当前通话。
- 呼叫保持（Call Hold）：用户可以将当前通话放置在保持状态，然后接听另一个呼叫。
一旦通话结束，用户可以重新回到保持的通话。
-媒体协商：在语音呼叫建立时，VoLTE终端之间会协商音频编解码方式、传输格式等参数，以确保语音质量和兼容性。
总结起来，VoLTE基于IP网络传输语音数据，利用IMS架构支持语音和其他多媒体服务。
其信令流程包括注册过程、语音呼叫建立、媒体协商和传输，以及语音呼叫结束。
VoLTE还支持一些附加功能和协议，如呼叫转接、呼叫等待和呼叫保持等。
通过VoLTE技术，用户可以在LTE网络上以更高音质和更低延迟进行语音通话。
VOLTE信令流程-核心网流程
,VOLTE_MO_MT流程1 . VoLTE语音呼叫路由原则1.1 ：VoLTE 主叫（1）VoLTE用户附着在LTE，如果被叫是VoLTE用户，则将呼叫路由至被叫归属IMS 域，由被叫归属IMS 进行被叫域选，根据域选结果进行后续路由；（2）VoLTE用户附着在LTE，如果被叫是CS用户，则呼叫从主叫归属IMS 域直接进入CS 域，由CS域完成后续呼叫；（3）VoLTE用户附着在CS，如果被叫是VoLTE用户，通过被叫锚定方案将语音接续到被叫归属IMS 域，由被叫归属IMS 进行被叫域选，根据域选结果进行后续路由；（4）VoLTE用户附着在CS，如果被叫是CS用户，呼叫同现网CS用户呼叫CS用户。
1.2 ：VoLTE 被叫（1）主叫是VoLTE用户，附着在LTE，被叫是VoLTE用户，则将呼叫路由至被叫归属IMS 域，由被叫归属IMS 进行被叫域选，并根据域选结果进行后续路由；（2）主叫是VoLTE用户，附着在CS，被叫是VoLTE用户，通过锚定方案将语音接续到被叫归属IMS 域，由被叫归属IMS 进行被叫域选，根据域选结果进行后续路由；（3）主叫是CS用户，被叫是VoLTE用户，通过锚定方案将语音接续到被叫归属IMS 域，由归属IMS 进行被叫域选，根据域选结果进行后续路由；1.3 ：Precondition建立媒体PDP上下文的过程称为资源预留。
对于双方的UE 而言，建立PDP上下文的执行过程是相互独立的。
这意味着在资源被成功预留之前，根本无法保证所协商的媒体会话是否可以建立起来。
因此，Precondition 作用主要是为了保证在确认本地和主叫方的资源预留都已成功之前，被叫方不应振铃,以最大程度减少被叫方振铃但接听电话又失败的情况1.4 ：VoLTE 信令包过渡（（（diameter or sip or gtpv2 or megaco or dns or camel or bicc or gsm_map）&& !（diameter.cmd.code == 280）） && !（diameter.cmd.code == 257）） && !（diameter.cmd.code ==282）2. VoLTE用户（LTE附着）呼叫VoLTE用户（LTE/CS附着）2.1 VoLTE 用户呼叫VoLTE 用户，主被叫均附着在LTE1 主叫用户UE(O)的呼叫请求发送到主叫PCSCF。
VOLTE网络架构及基本原理
信令
MME-eNodeB
GTP-C
S1-U
数据
SAE GW-eNodeB
GTP-U
S11
信令
MME-SAE GW
GTP-C
SGi
数据
SAE GW-VoLTE SBC
SIP/RTCP/RTP
SLg
信令
MME-LSP(GMLC)
Diameter
SLs
信令
MME-LSP(eSMLC)
SCTP
Sv
信令
MME-eMSC
GTP
PCC
Rx
信令
PCRF-VoLTE SBC
Diameter
Gx
信令
PCRF-SAE GW
Diameter
IMS域
Gm
信令
VoLTE UE-VoLTE SBC
SIP
Mw
信令
VoLTE SBC-xCSCF
SIP
Mx
信令
xCSCF-IBCF
SIP
Mg
信令
I-CSCF/S-CSCF-MGCF
VoLTE涉及的基本概念——注册
VoLTE涉及的基本概念——域选择
什么叫域选择？ 由于支持VoLTE的终端可以有多种模式，在不同的信号强度覆盖下可以附着在不同的网络，如有时附着在2G/3G网络，有时附着在LTE网络，因此，支持VoLTE的终端在呼叫时就要选择接入其中一个网络进行语音通话，选择接入网络的过程就称为域选 如何完成域选？ 用户作为主叫时，由终端根据保存的注册网络信息完成域选择 作为被叫时，由网络侧查询融合HLR/HSS获取注册网络信息完成域选择
三合一HSS-业务配置代理网关
Diameter
VOLTE都有哪些关键技术呢？（网络架构及网元篇）
VOLTE都有哪些关键技术呢？（网络架构及网元篇）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（由GSM协会在PRD IR.92中定义），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。
VoLTE的语音和数据容量超过3G UMTS三倍以上，超过2G GSM六倍以上。
因为VoLTE数据包信头比未优化的VoIP/LTE更小，它也更有效地利用了带宽。
以上VOLTE的定义来自科学百科从百科说明，可以看出VOLTE是建立在LTE网络，提供的语音解决方案，质量上优于2，3G，5G时代在开通VONR前，语音出来也是回落到VOLTE上。
以上三点缺一不可。
简单的回顾了VOLTE的定义，和开通条件，那VOLTE有什么关键技术呢？下面我们从三个大块，带你认识VOLTEVoLTE引入从无线网、核心网、信令网、承载网、用户数据等端到端的网络改变,各个网元分别进行相应的新建的升级扩容：升级扩容IMS Core, 新建VoLTE AS等业务平台，电路域：MSC改造支持eSRVCC功能，用户数据：HLR/SAE-HSS/IMS-HSS融合的数据库，信令网：建设可靠的DRA信令网，分组域：EPC，支持IMS APN、QoS保证、SRVCC切换等，PCC：PCRF支持VoLTE的QoS控制，承载网：支持IPv6/IPv4双IMS域，4G无线接入网：TTI Bundling, RLC分片，ROHC头压缩，半静态调度等，支撑系统：计费、业务发放系统的改造。
VOLTE基本网络架构从以上的基本网络架构，我们可以看到，把相应网元功能，都做了归集，从上到下分别为：运营支撑层、业务层、核心网层、接入层和终端层。
电信VoLTE核心网三大区六节点
电信VoLTE核心网三大区六节点南区：设置广州+成都双节点，主要负责西藏、四川、云南、贵州、湖南、广东、广西、海南，八省。
中区：设置上海+西安双节点，主要负责上海、浙江、福建、江西、湖北、重庆、陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆，八省两市一区，北区：设置北京+南京双节点，主要负责江苏、安徽、山东、河南、山西、河北、天津、北京、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江，九省两市一区。
电信VoLTE和移动VoLTE不同，虽然都采用了NFV技术，但移动VoLTE是分省建设的，而电信VoLTE是全国统一建设的。
就是说，电信VoLTE和腾讯微信没有本质差别，其VoLTE核心软件不归属某个省，而是部署在集团层面。
具体来说，就是在北京、南京、西安三大节点部署了3套功能完全相同且具备负载分担功能的VoLTE核心软件。
也就是说，某个节点瘫痪了，另外两个节点自动接替瘫痪节点进行工作，两个节点瘫痪了，最后那个节点自动接替服务全国用户。
因此，电信VoLTE的成本非常低，移动VoLTE建设了31套，每个省公司一套，电信VoLTE 只建设了3套，达到了互联网公司的运维集中度。
另外，电信VoLTE设备是完全基于NFV虚拟化的，就是说没有专用设备，硬件都是标准的x86服务器，跟互联网公司完全一样。
VoLTE软件跑在云端。
VoLTE云可以弹性扩容／收缩，设备利用率达到了互联网公司的级别，真正实现了互联网公司的成本——几乎就是零成本。
所以，电信VoLTE可以实现网内通话全免费，不再按分钟计费，流量纳入套餐。
毕竟你就算微信语音、QQ语音，也是要支付流量费的。
当然，VoLTE流量是很小的，HD语音每秒才3KB（双向6KB），每个月就算通话500分钟，语音流量也才6KB／秒*60秒／分钟*500分钟=180MB，标准套餐都能裹进去。
另外，电信VoLTE支持VoWiFi，也就是说，跟微信、QQ，一样，你连上wifi的话，VoLTE 流量就不走4G，改走wifi了，而此时就不需要支付流量费了。
VoLTE基础技术培训
网元接口1网元接口IMS 网络拓扑MMTel-AS 补充业务：-OIP, OIR, TIP, TIR -CDIV(CFU, CFNL, CFB, CFNRc, CFNR)-呼叫禁止(ICB, OCB, ICB-R, OCB-IC)-呼叫保持，呼叫等待-MWI-多跳会议•VOLTE 网络分为终端、接入网、承载网、核心网、业务平台，其中较为复杂的是核心网，主要分为分组域(接入核心网)、策略控制单元、信令网、IMS 域、CS 域、用户域。
DNS 域名解析和ENUM (SIP URI /TEL URI / IP 的号码转换)功能三合一HSS (EPC-HSS / IMS-HSS /HLR)IBGFI-BGF 提供与其它IMS 网络互通的媒体通道资源S103S101S102Mw/I2CUPS 后增加Sx网元接口三组“网元三角关系”SBC 和PGW 之间无信令接口VoLTE 流程中PCRF 负责“传话”建专载/更新专载都在SBC触发SBC–Rx PCRF –Gx PGW PCRF 需要对Gx/Rx 做会话绑定Gx/Rx的Diameter信令走DRA 路由两台DRA 之间需要数据同步SBC 是IMS 的安全边界门卫I-CSCF 是个没记性的包打听注册找哪个代理？问I-CSCF 谁是为主叫提供服务的代理？该I-CSCF 是主叫侧网元呼叫找哪个代理？问I-CSCF 谁是为被叫提供服务的代理？该I-CSCF 是被叫侧网元P-CSCF 与SBC 合设，是IMS 入口注意顺序！删除专载-Delete Bearer Command sgw-Delete Bearer Request sgw-Delete Bearer Response sgwUE 上下文释放：EPCCommander CSCF代理的代理代理包打听PCC 门卫策略执行策略控制传话网元接口PCC网元PCC 门卫策略执行策略控制传话PCC =Policy and Charging Control 策略与计费控制主要功能：策略控制、计费控制功能、业务数据流的事件报告-PCRF （Policy and Charging Rule Function 策略和计费规则功能）:负责策略控制和基于流计费控制决策的功能。
VOLTE知识点
VOLTE知识点1、VOLTE概述和基本特征VOLTE是什么？最直接简单的理解就是VOIP，因为LTE没有电路域，需要基于分组域提供IP语音业务，即VoLTE(Voice over LTE)。
特征1：VoLTE由IMS提供呼叫控制和业务逻辑。
VoLTE的信令和媒体经EPC路由至IMS网络，由IMS提供会话控制和业务逻辑。
特征2：VoLTE由EPC提供高质量的分组域承载。
在VoLTE中EPC作为IMS的接入网，通过全球统一的专用APN(‘IMS’ APN) 及独立承载为用户提供区别于普通数据业务的QoS保障。
特征3：连续覆盖前VoLTE可通过eSRVCC保障呼叫连续性。
VoLTE终端在通话过程中漫游至无LTE覆盖的区域时，通过eSRVCC将当前呼叫切换至2G/3G电路域，此时2G/3G网络作为IMS的接入网。
2、VoLTE竞争力体验VoLTE 2G/3G特性呼叫时延0.5-2秒5-8秒视频质量典型分辨率：480*640可选720P/1080P分辨率：176*144话音质量AMR-WB频率：50~7000Hz编解码：AMR-WB23.85Kbps抽样：16KHzAMR-NB频率：300~3400Hz编解码：AMR-NB12.2Kbps抽样：8KHz3、终端开机的IMS注册过程用户开机以后，首先完成EPC附着过程，建立QCI=9默认承载，附着完成以后，发起IMS注册过程和鉴权。
在IMS注册流程中，先建立QCI=5的SIP信令承载。
然后进行SIP的注册过程，当完成注册过程以后，就可以进行VoLTE呼叫了。
SIP信令的注册过程如下图所示。
SIP注册过程：序号消息解释1 用户首次试呼时，终端向代理服务器发送REGISTER注册请求2 IMS认证/计费中心获知用户信息不在数据库中，向终端回401 Unauthorized质询信息，其中包含安全认证所需的令牌3 终端将用户标识和密码根据安全认证令牌加密后，再次用REGISTER消息报告给IMS服务器4 IMS服务器将REGISTER消息中的用户信息解密，认证合法后，将该用户信息登记到数据库中，并向终端返回响应消息200 OK。
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VoLTE用户IMS注册流程
VoLTE用户IMS注册时由拜访地P-CSCF（SBC/ATCF）、I-CSCF向归属网络发起注册
注：使用USIM卡的VoLTE用户注册时，由于通过USIM卡导出的注册IMPU（SIP:IMSI@）无省份信息， 故只能通过拜访地I-CSCF由DRA向归属HSS进行查询。
归属省
UAR：User-Authorization-Request UAA：User-Authorization-Answer
SAR：Server-Assignment-Request SAA：Server-Assignment-Answer
VoLTE Call (LTE part)
UE eNB MME SAE-GW PCRF P-CSCF
13
VoLTE用户eSRVCC切换流程
6、向UE建立媒体连接 3a、eMSC与BSC为 eSRVCC切换准备网络 资源 3b、eMSC使用STNSR号码向ATCF发起呼 叫建立请求 4、ATCF进行锚定并执 行会话转移。
UE
QoS策略控制, 计费
P-CSCF
Rx
I-CSCF
S-CSCF
MRFC
PCRF
Gx PGW
MRF = 铃音，通知，多方通话
Mj
Mi
MRFP
• 在CS与IMS域之间的控制层网关， 发起/ 终结七号信令 • 提供媒体层（MGW）的控制与管理
Visited Domain Home Domain
BGCF
•IMS 系统的呼叫控制核心实 现多个实时业务的分发，具 有中心路由引擎、策略管理 和策略执行功能
存储所有与用户相关的业 务数据，用户标识、鉴权 数据、接入参数、业务触 发信息;漫游信息，并完 SLF 成用户漫游控制。
Dx Gm Mw Cx Mw
Sh HSS ISC Cx Mr AS
业务服务器： TAS，彩铃，SCP等
2 3 HSS
3. Update Location ACK (STN-SR, APN=CNMET, IMS (QCI=5))
PCRF
4. Create Session Request (APN=cmnet, QCI=9) 8. (APN=IMS, QCI=5)
4 8
9
9. Authorization (PCC Rule; QoS etc)
Supported
Unknown
VoLTE UE S6a-ULR(InitialAttach, T-ADS) move from MAP-CNL 2G/3G to
IDA ( IMS-VOICE-OVER-PS-NOT-SUPPORTED or IMS-VOICE-OVER-PS-SUPPORTED or IMS-VOICE-OVER-PS-UNKNOWN)
LTE
VoLTE UE move from LTE to
MME address √ SGSN address
MAP-UGL (w/o T-ADS) Sh: UDA (VoLTE support yes/no/unknown) VoLTE call ISC: SIPInvite Route into CS MAP-SRI (MSRN)
Dx Cx
Sh HSS ISC Cx Mr AS
业务服务器： TAS，彩铃，SCP等
Gm
Mw
Mw
UE
QoS策略控制, 计费
P-CSCF
Rx
I-CSCF
S-CSCF
MRFC
PCRF
Gx PGW
MRF ：铃音，通知等
Mj
Mi
MRFP
• 在CS与IMS域之间的控制层网关， 发起/ 终结七号信令 • 提供媒体层（MGW）的控制与管理
• CS域：各网元主要实现LTE用户在2G/3G网络下的移动性管理和基本语音 业务，包括切换，CS语音回落等功能。
网元：eMSS/MGCF；MGW； • 用户数据存储：统一存放VoLTE用户的业务数据，供CS域、IMS域和EPC 域获取用户数据。
网元：HSS（HSS-FE+ONE NDS）
网络架构 (福建)
2/3G PS注册状态 已注册 未注册 未注册 未注册 4G注册状态 —— 已注册 已注册 未注册 MME上报支持 VoLTE —— 支持 不支持 —— IMS Voice Not Supported Supported Not Supported Not Supported
12
诺基亚IMS域选择功能实现
SIP signalling VoIP media 5.
移动的VoLTE使用专门的IMS APN，Internet业务使用其他APN • 1.用户附着在LTE网络，并且建立IMS默认承载，QCI=5，用于承载SIP信令 • 2. IMS VOIP注册 (SIP信令) • 3. 发起IMS语音呼叫 (SIP信令) • 4. 通过PCRF建媒体面专用承载（语音媒体流使用QCI=1的专载，视频使用QCI=2的专载）
9
Insert-subscription-data (STN-SR)
3
Cx接口
MME
H-DRA
4 6
HSS
UAR SIP Register
1 A
P-CSCF ATCF
3
4
UAA(scscf name)
MAR/MAA SAR/SAA
8
SIP Register (STN-SR)
2
SIP Register (STN-SR)
VoLTE核心网基础
1 06/03/2016 Confidential
© Nokia 2014 - File Name - Version - Creator - DocID
目录
组网结构及概念
VoLTE相关流程
核心网优化举例
Go
VoLTE案例分析
3GPP IP Multimedia Subsystem
5. Create Session Response (APN, QCI, UE address); 10. (P-CSCF address )
Voice domain preference： (1) CS voice only; (2) IMS PS voice preferred，CS voice as secondary; (3) CS voice preferred， IMS PS voice as secondary; (4) IMS PS voice only;
目录
组网结构及概念
VoLTE相关流程
核心网优化举例
VoLTE案例分析
EPS附着和IMS默认承载（信令）建立流程
1、Attach request (SR-VCC, Voice domain preference =IMS PS voice preferred，CS voice as secondary;) 2、Update Location request （ Homogeneous Support of IMS Over PS Sessions） 7、PDN connectivity request (IMS APN)
MGCF
Mn MGW
媒体面承载
3GPP IP Multimedia Subsystem
•IMS 系统的呼叫控制核心实 现多个实时业务的分发，具 有中心路由引擎、策略管理 和策略执行功能
存储所有与用户相关的业 务数据，用户标识、鉴权 数据、接入参数、业务触 发信息;漫游信息，并完 SLF 成用户漫游控制。
Activate Dedicated EPS Bearer Context Accept (E-CGI/TAI) Create Bearer Response (ULI: E-CGI/TAI) CCR （ E-CGI/TAI ） CCA
RAR（ E-CGI/TAI ） RAA
中国移动IMS域选择功能要求
AAR(bandwidth, flow-description)
Re-Auth-Request (charging rule install :QCI, MBR, GBR, TFT； AF-Charging-Identifier) Re-Auth-Answer
Create Bearer Request (QCI, MBR, GBR, TFT)
AAA
RRC Connection Reconfiguration (QCI, MBR, GBR, TFT, eRAB ID) RRC Connection Reconfiguration Complete
Bearer Setup Response Direct Transfer (Session Management Response)
1
A
eNodeB
7
6
1 1
MME
5
1 0
S&P GW
6. Attach Accept (APN, QCI, UE address, IMS over PS =1(support) ) voice 11. E_RABSetupRequest , Activate default EPS bearer context request (P-CSCF address)
2G/3G
MME address √ SGSN √ address
1. 2. 3.
HSS上有SGSN的地址（包括只有PS注册跟PS、EPS都注册两种情况），域选择CS，UDA返 回IMSVoiceOverPSSessionSupport值为0。 若 在 HSS 没有 SGSN 的 地 址 ， 在 MME 上查 到 了 用 户状 态 。那么 HSS 将根 据 IMS-VOICEOVER-PS判断预选结果。如果该参数为unknow，则需要通过IDR向MME获取。 若 既 查 不 到 SGSN 地 址 ， 在 MME 上 也 查 不 到 用 户 状 态 ， 域 选 择 CS ， UDA 返 回 IMSVoiceOverPSSessionSupport值为2。