VoLTE用戶緊急呼叫的實現技術研究

朱曉潔

（中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

VoLTE用戶緊急呼叫的實現技術研究

朱曉潔

（中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

基于現役IMS網絡緊急呼叫實現技術及存在問題的分析，研究滿足VoLTE用戶要求的緊急呼叫系統架構及呼叫實現流程。通過對IMS固定用戶和移動VoLTE用戶的緊急呼叫實現技術進行比較，提出VoLTE用戶緊急呼叫業(yè)務實現存在的問題，建議運營商盡快結合本地管制政策明確緊急呼叫的需求，從而促進設備廠商和終端廠商的產品研發(fā)及應用部署。

IMS VoLTE 緊急呼叫 實現技術

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.03.031

1 引言

緊急呼叫是指用戶在緊急情況下，通過手機或固定電話等通信終端撥打報警或求救號碼而發(fā)起的呼叫請求，通信網絡則根據用戶所在的位置信息把呼叫連接到就近的緊急特服中心。目前中國大陸使用的緊急特服號碼包括110（報警）、119（火警）和120（救護）等。

傳統固定電話網絡根據用戶撥打的緊急特服號碼直接從本地匯接局路由到就近的緊急特服中心，現役移動網絡則根據用戶接入的基站信息判斷用戶地理位置，再由網絡接續(xù)到就近的緊急特服中心。在LTE環(huán)境下，緊急呼叫可以有電路域回落方案（如回落到GSM、CDMA 1X等）和VoLTE方案這2種實現方式。其中，電路域回落方案是LTE語音終端檢測到緊急呼叫號碼則由電路域發(fā)起呼叫，沿用現有移動網絡的實現模式，可以作為LTE覆蓋不完善時提供緊急呼叫服務的一種過渡方案；VoLTE系統方案則由終端、EPC和IMS配合實現緊急呼叫服務，是VoLTE環(huán)境下緊急呼叫的目標方案。

隨著LTE網絡的部署，移動用戶的數據業(yè)務逐漸遷移到4G網絡，基于IMS的LTE話音業(yè)務（VoLTE）成為業(yè)界公認的LTE環(huán)境下話音業(yè)務目標解決方案。由于電路域逐步退網，因此回落電路域的緊急呼叫方案僅適用于過渡階段，而VoLTE系統實現緊急呼叫的方案成為LTE環(huán)境下緊急呼叫的目標方案，由終端、EPC與IMS相配合，根據發(fā)起呼叫的用戶位置信息把緊急呼叫接續(xù)到就近的緊急特服中心。

緊急呼叫的連接與用戶位置信息的獲取密切相關，因此必須準確判斷用戶位置信息才能為用戶提供精準的服務。在VoLTE環(huán)境下，由于用戶漫游后仍存在連接到漫游前所附著網絡的可能性，導致用戶實際位置與其所連接的網絡位置信息不匹配，必須要通過特殊機制重新把用戶連接到就近的網絡，才能通過就近網絡連接到就近的緊急特服中心，完成緊急呼叫接續(xù)服務。本文通過分析VoLTE環(huán)境下緊急呼叫存在的問題，研究VoLTE用戶緊急呼叫的實現機制。

2 現役IMS網絡緊急呼叫實現技術及問題

當前IMS網絡的部署重點解決FTTx用戶接入及傳統PSTN網絡的替代問題，用戶使用傳統POTS終端或SIP軟/硬終端，采用固定接入的方式，用戶位置與網絡位置信息相匹配，不存在用戶漫游發(fā)生位置變化的問題，無需動態(tài)獲取用戶的位置信息。

現役IMS網絡用戶的接入主要存在AGCF與可信任H.248 AG結合接入傳統POTS終端、可信任SIP AG接入傳統POTS終端、SBC接入SIP軟/硬終端或不可信任SIP AG/IAD帶POTS終端等方式。如圖1所示。

方式一：AGCF與H.248 AG接入POTS終端，用于解決傳統PSTN網絡替代，為用戶提供傳統網絡話音服務。H.248 AG作為網絡的可信任設備提供用戶接入服務。

方式二：SIP AG接入POTS終端，用于解決傳統PSTN網絡替代，為用戶提供傳統話音服務。SIP AG作為網絡的可信任設備直接連接到IMS網絡或作為不可信任設備通過會話邊緣控制器（SBC）接入到IMS網絡。

方式三：SIP軟/硬終端和SIP IAD通過SBC接入，終端通過FTTx等寬帶接入模式接入IMS網絡，為用戶提供音視頻多媒體通信服務。SIP軟/硬終端和SIP IAD作為不可信任終端需要通過SBC實現與網絡之間的安全隔離。

圖1 現役IMS網絡的緊急呼叫實現架構

在用戶位置信息的獲取上，由于POTS終端和SIP軟/硬終端均無法準確提供用戶的位置信息，因此現役IMS網絡中用戶的位置信息采用網絡提供的模式。對于可信任設備/終端接入方式，由AGCF或SIP AG提供用戶的位置信息；對于不可信任設備/終端接入方式，則由SBC完成用戶位置信息的提供，用戶開戶時即通過靜態(tài)配置方式設置好位置信息（如H.248 AG標識、SIP AG標識、虛擬SBC標識等用戶所連接的網絡設備標識）。

用戶發(fā)起緊急呼叫時，根據用戶的接入方式，由AGCF、SIP AG或SBC甄別緊急呼叫并在呼叫請求中加插用戶的位置信息，然后把呼叫路由到緊急呼叫的會話處理和路由設備E-CSCF，E-CSCF再根據用戶位置信息把呼叫路由到就近的緊急呼叫特服中心，從而實現緊急呼叫的就近接入。

在現行的緊急呼叫實現機制中，由于用戶位置信息采用靜態(tài)配置的方式，因此無法滿足用戶漫游及位置動態(tài)更新的要求。為了解決此問題，在VoLTE用戶接入IMS系統時，需要引入新的機制實現用戶位置信息的動態(tài)更新。

此外，由于各國采用的緊急呼叫號碼差異較大，而用戶漫游地點的不確定性，要求網絡及終端能夠支持不同國家和地區(qū)的緊急呼叫號碼識別。

3 VoLTE緊急呼叫系統架構

第三代合作伙伴計劃（3GPP）對VoLTE用戶接入IMS的緊急呼叫系統架構如圖2所示：

緊急呼叫業(yè)務需要終端、EPC和IMS配合實現，IMS核心主要由位置資源功能（LRF）和緊急呼叫會話控制設備（E-CSCF）等網元配合完成相關處理。網絡和終端的主要功能如下：

（1）IMS核心網

P-CSCF：代理會話控制網元，是用戶接入IMS網絡的入口點，提供緊急會話和緊急注冊的接入功能，能識別并標記緊急會話，且提供QoS控制。

S-CSCF：服務會話控制網元，負責處理用戶的正常注冊和緊急注冊管理以及正常呼叫的SIP會話控制。

E-CSCF：緊急呼叫會話控制網元，負責處理緊急呼叫會話控制，將緊急呼叫會話路由到正確的緊急呼叫特服中心。

LRF：提供緊急呼叫用戶的位置信息，目前多與E-CSCF采用合設方式。

BGCF/MGCF：IMS與軟交換/PSTN網絡的互通網元，當緊急呼叫特服中心部署在軟交換/PSTN網絡時，負責把緊急呼叫路由到軟交換/PSTN網絡。

IBCF：IMS與其他IP網絡的互通網元，負責把緊急呼叫連接到部署在其他IP網絡的緊急呼叫特服中心。

EATF：負責緊急呼叫的會話連續(xù)性業(yè)務處理，提供會話錨定、分組域會話到電路域會話切換的功能。

（2）EPC核心網：負責用戶簽約數據存儲、移動性管理和數據交換。用戶正常附著或跟蹤區(qū)更新時，EPC處理相關請求并在結果中返回預配置的當地緊急呼叫號碼，且處理用戶發(fā)起的緊急附著請求。

圖2 3GPP定義IMS緊急呼叫系統架構

（3）UE：VoLTE手機終端，存儲用戶附著網絡的緊急呼叫號碼信息，并根據存儲號碼甄別緊急呼叫，發(fā)起緊急注冊和緊急呼叫請求。

4 VoLTE用戶緊急呼叫的實現流程

根據現行的LTE用戶附著流程，用戶附著并通過附著地的EPC建立了IMS默認PDN承載后，漫游到新的拜訪地時，在用戶關開機前并不更新PDN連接，因此用戶漫游后仍通過原有IMS默認承載接入IMS網絡。例如，用戶在廣州附著連接到IMS后坐火車抵達北京，在北京漫游的過程中仍使用原有的廣州IMS連接（假定全過程手機終端沒有開機重啟），因此若用戶在北京發(fā)起110等緊急呼叫時，網絡仍通過廣州的EPC和P-CSCF完成接續(xù)，無法快速準確地把呼叫接續(xù)到北京的緊急特服中心。此外，各國使用緊急呼叫號碼有差異，需要解決漫游時終端所存儲的緊急號碼有效性問題。

針對上述問題，3GPP引入終端存儲當地緊急號碼和針對緊急呼叫重新發(fā)起IMS注冊機制來保障緊急呼叫的就近接入以及緊急號碼準確性。VoLTE用戶緊急呼叫的總體實現流程如圖3所示：

圖3 VoLTE用戶緊急呼叫實現流程

（1）終端存儲緊急號碼

◆當終端發(fā)起附著請求或跟蹤區(qū)更新請求時，EPC通過附著成功消息或跟蹤區(qū)更新成功消息將配置的本地緊急呼叫號碼列表發(fā)送給終端。

◆終端保存該緊急呼叫號碼列表用于緊急呼叫的準確甄別，通過這種動態(tài)下發(fā)的方式來解決不同國家和地區(qū)的緊急通信號碼不同的問題。

（2）終端甄別緊急呼叫

用戶撥打緊急號碼，終端根據所存儲的緊急號碼列表甄別出該呼叫為緊急呼叫。

（3）建立緊急呼叫的專有承載

終端甄別出緊急呼叫后，根據用戶的VoLTE業(yè)務狀態(tài)不同采取相應處理機制，具體如下：

◆若用戶為普通用戶，則終端請求創(chuàng)建PDN專有承載，指示請求類型為緊急會話，信元Request Type取值為“Emergency”，表示為緊急呼叫建立PDN連接，EPC根據請求選擇就近的PGW完成緊急呼叫專有承載的建立。

◆若用戶為受限用戶（如欠費或USIM卡無法鑒權的用戶等），則向EPC發(fā)起緊急附著和建立緊急呼叫的專有承載連接請求，其中信元Attach Type和Request Type取值為“Emergency”，表示為緊急附著，EPC根據請求完成緊急附著以及緊急承載的建立。

（4）UE發(fā)起緊急注冊

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地址和端口向本地PGW提供的本地P-CSCF發(fā)起緊急注冊，建立用戶到本地P-CSCF的連接。

（5）UE發(fā)起緊急會話請求，IMS把呼叫連接到就近的緊急呼叫中心

LTE終端發(fā)起緊急呼叫的會話請求，攜帶位置信息。如果UE有用戶號碼信息，則UE使用用戶的IMPU；如果UE無用戶號碼信息，則UE應該使用用戶的設備標識（IMEI）。

5 VoLTE和固定用戶的緊急呼叫實現技術比較及建議

基于緊急呼叫需要根據用戶位置信息接入就近緊急呼叫特服中心的要求，由于移動用戶漫游但未發(fā)起重新注冊時用戶連接的P-CSCF不變，因此需要引入緊急注冊機制保障用戶從就近的P-CSCF連接到漫游地的緊急特服中心，導致VoLTE緊急呼叫實現流程要比IMS網絡固定用戶的緊急呼叫流程復雜。固定IMS用戶和VoLTE用戶的緊急呼叫實現技術比較如表1所示。

從表1可見，VoLTE的緊急呼叫技術實現涉及終端、EPC和IMS網絡的相互配合，需要從終端和網絡層面推進相關功能的研發(fā)，才具備在網絡中部署應用的條件。當前IMS支持緊急注冊、EPC支持緊急號碼下發(fā)和終端支持緊急號碼存儲甄別等功能尚在研發(fā)之中，而各國有差異的本地化需求更有待運營商明確。針對目前LTE部署加快的局面，建議運營商根據政府管制情況盡快明確緊急呼叫相關需求，推動終端和設備廠商完善相關功能，以便在將來VoLTE正式商用部署時具備緊急呼叫的能力。

表1 固定IMS用戶和VoLTE用戶的緊急呼叫實現技術比較

6 結束語

基于IMS的LTE話音業(yè)務（VoLTE）被業(yè)界認為是未來移動話音業(yè)務的發(fā)展方向，隨著LTE網絡的部署，VoLTE的應用將越來越廣泛，緊急呼叫業(yè)務作為基礎語音服務的一部分，必定要在VoLTE業(yè)務中得以保障。盡管3GPP在標準中提出了緊急呼叫實現的技術框架，但是由于各國對緊急呼叫的管制政策不同，需要運營商根據本國的管制特點制定詳細的技術方案，推進網絡設備廠商和終端廠商的產品研發(fā)，以便于在VoLTE商用部署中順利實現緊急呼叫業(yè)務的繼承。

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[2] YD/T 2541-2013. 基于統一IMS的緊急呼叫業(yè)務技術要求（第一階段）[S]. 2013.

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[7] 3GPP TS 23.271 V12.0.0. Functional Stage 2 Description of LCS[S]. 2013.

Research on the Implementation of Emergency Call for VoLTE Users

ZHU Xiao-jie

(Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China)

According to the analysis on the troubles in the technical implementation of emergency call in existing IMS network, the system architecture and implementation flow of emergency call for VoLTE users are re searched in this paper. By comparing the technical implementations of both fixed IMS and mobile VoLTE users, the problems in the implementation of emergency call for VoLTE users are presented. It is suggested that operators should specify the requirements for emergency call in the light of local regulatory policy to promote the product research, development,application and deployment for equipment and terminal enterprises.

IMS VoLTE emergency call technical implementation

TN915.43

B

1006-1010(2015)03-0143-05

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

2014-10-09

袁婷 yuanting@mbcom.cn

朱曉潔：高級工程師，學士畢業(yè)于北京郵電大學通信工程專業(yè)，現任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，長期從事電信網技術標準和網絡發(fā)展戰(zhàn)略研究工作。