VoWiFi與VoLTE的協同策略研究

崔沛東 戴國華 張婷

介紹了部分運營商商用VoWiFi的現狀及部署策略，對VoWiFi與VoLTE協同的關鍵技術也做了介紹。對VoWiFi商用以及與VoLTE協同互操作存在的問題進行了分析，并給出了相應的策略建議。

VoWiFi VoLTE 切換

1 引言

VoLTE可以提升無線頻譜利用率、降低網絡覆蓋成本、降低網絡運維成本、提升用戶基礎通信體驗等，同時基于IMS架構，可支持多種新型業務。這些優勢成為全球運營商部署VoLTE的強大驅動力，使得VoLTE已經成為未來語音發展的必然趨勢。VoWiFi可以使用戶在沒有LTE網絡覆蓋的區域通過Wi-Fi接入EPC網絡，從而享受無差異的IMS業務。特別是VoLTE部署初期以及室內LTE信號質量較差的情況，VoWiFi能很好地彌補VoLTE覆蓋的不足，提升用戶體驗。

現如今，越來越多的運營商已經部署并商用VoWiFi，終端和芯片廠商也積極推動VoWiFi的進程。作為VoLTE的補充，VoWiFi的商用使得VoWiFi+VoLTE的語音策略會帶給用戶更好的通話體驗。這就要對二者的協同互操作進行進一步研究，包括協同的關鍵技術，VoWiFi與VoLTE的切換策略等。

2 VoWiFi的產業鏈現狀及部署策略

2.1 運營商商用VoWiFi現狀及部署策略

根據最新統計，目前全球已超過15個運營商部署了VoWiFi，具體商用情況如表1所示。

運營商會根據自己的需求定制不同的VoWiFi策略。如Verizon LTE網絡覆蓋較好，最初僅利用Wi-Fi分流高數據量的視頻業務。2015年11月在三星S6/S6e兩款終端上商用Wi-Fi Calling，用戶通過下載軟件更新的方式，可在家中、辦公室及旅行途中通過Wi-Fi接入EPC進行語音及視頻的呼叫業務。呼叫US號碼全部免費，呼叫美國以外的號碼按國際長途收費。目前Verizon在高端機（三星S6/iPhone）上進行認證測試（包括VoWiFi與VoLTE的無縫切換），后續也會在更多的終端機型上進行測試。據悉Verizon在VoWiFi和VoLTE的切換策略上采取VoLTE優先的策略來保證用戶的通話質量。

T-Mobile USA由于LTE覆蓋相對較差，在2011年即商用Wi-Fi Calling，2014年9月在全球首先推出基于ePDG架構的VoWiFi業務，終端使用iPhone 6/iPhone 6 Plus，支持VoWiFi與VoLTE的雙向無縫切換。而ePDG架構本身開放性較強，可以通過任何Wi-Fi AP接入T-Mobile的EPC核心網，彌補了VoLTE覆蓋不足的問題。由于針對VoWiFi的標準沒有完善，如Wi-Fi接入下的緊急呼叫、ePDG接入的用戶位置上報、IP Can變化后用戶位置上報、接入域選擇、被叫域選擇等，因此T-Mobile USA當時推出的VoWiFi功能對終端、IMS網絡有大量的定制化要求，特別是對終端定制化要求較高。

Sprint在未部署VoLTE的情況下已經商用VoWiFi來實現過渡，其已經為美國多家機場提供了VoWiFi服務，同時也通過與合作伙伴合作的方式，實現了全球200多個國家和地區的VoWiFi通話，這也使其綜合競爭力得到了大幅提升。EE、Vodafone等歐洲運營商也已經商用VoWiFi；AT&T 2015年10月商用VoWiFi，目前也在高端機上進行測試驗證。和歐美相比，亞洲運營商VoWiFi工作開展相對遲緩，韓國、日本運營商暫未部署VoWiFi；香港和記電訊2015年6月推出了VoWiFi服務；中國電信處于測試階段；中國移動RCS融合通信中的“新通話”中包含VoWiFi模塊，其VoWiFi業務能否同步開展還有待觀望；據了解，中國聯通采用APP的方式實現了VoWiFi商用。

2.2 芯片廠商及終端廠商對VoWiFi的支持情況

芯片方面：高通8974/8926/8928/8916/8939/8994/8992/8909/8929/8952/8996/9x25等均支持ePDG架構，后續的芯片也都支持；海思計劃2016年支持VoWiFi和VoLTE的切換；MTK有MT6735/MT6753來支持。

終端方面：終端側有著不同的VoWiFi實現方式，三星基于自己的方案在AP層實現了VoWiFi功能，D2/Summit Tech/Taqua等軟件商提供了APP或是native的VoWiFi功能，主流的仍是基于芯片BP層實現VoWiFi。三星、LG、摩托羅拉等在北美均支持VoWiFi。

目前，雖然芯片、終端硬件基本支持ePDG架構，但終端實現VoWiFi及與VoLTE的切換仍需滿足多項技術標準。如三星、LG、摩托羅拉等在北美均支持VoWiFi，但國內仍需推動軟件側支持VoWiFi的終端版本。

3 VoWiFi與VoLTE協同關鍵技術分析及

策略建議

終端實現Wi-Fi上的語音通話有多種形式。終端通過已有接口接入存量的MSC完成業務處理。終端通過SBC的方式直接連入IMS核心網，這種方式易于部署，早期T-Mobile即采用此種方式商用Wi-Fi Calling，目前一些終端軟件方案解決商仍采用此種形式。基于S2a接口的形式標準和產業鏈支持程度較低，不支持Wi-Fi和LTE的無縫切換。傳統OTT的方式，如微信、Skype等，此種形式語音通話質量較差且不支持VoLTE和VoWiFi的無縫切換。由于標準成熟度、產業鏈成熟度、互通性、可擴展性等因素，目前國際上商用VoWiFi的運營商均采用基于S2b接口的ePDG方案。GSMA國際標準組織更是明確了基于S2b接口的ePDG方案作為VoWiFi的主流方案。終端通過S2b接口方式接入EPC核心網，此時EPC網絡將WLAN接入視為不可信接入，則必須通過ePDG接入EPC，終端和ePDG之間采用IPSec隧道承載數據，使不可信網絡的網元無法感知數據傳輸，從而保證數據傳輸的安全性，再通過P-CSCF接入IMS實現VoWiFi功能。

3.1 VoWiFi與VoLTE的切換流程

（1）VoLTE切換至VoWiFi

終端進行VoLTE呼叫，當終端檢測到LTE信號強度與Wi-Fi信號強度達到切換門限時，IMS PDN切換至Wi-Fi，VoLTE呼叫切換至VoWiFi。具體如圖1所示。

UE通過LTE網絡接入EPC網絡，S-GW與P-GW間建立GTP隧道，通過P-CSCF接入IMS核心網，終端進行VoLTE業務。UE檢測到Wi-Fi信號，同時LTE信號和Wi-Fi信號達到切換門限，終端發起切換。UE對Wi-Fi網絡進行鑒權以及Wi-Fi網絡對終端進行授權。Wi-Fi網絡鑒權和授權成功后，觸發附著流程。UE向ePDG發送IKE_AUTH request消息，發起認證請求，ePDG向3GPP AAA Server請求UE切換前連接的PDN相關信息及用戶簽約信息。ePDG根據切換前的P-GW地址選擇P-GW，向P-GW發送Create Session Request消息，建立PDN連接。P-GW將自身的標識和APN信息發送給AAA Server服務器，并從AAA Server服務器上獲取鑒權信息，更新用戶信息。P-GW向ePDG返回Create Session Response消息，ePDG將P-GW分配給UE的IP地址傳給UE，完成附著流程。UE和ePDG之間的IPSec隧道建立成功，ePDG和P-GW間的GTP隧道建立成功，UE可以通過Wi-Fi網絡發送和接收IP數據報文。P-GW發起3GPP EPS Bearer Release流程，釋放切換前LTE網絡的EPS承載資源。當終端切換到Wi-Fi網絡后，UE向P-CSCF發起重注冊，刷新當前用戶注冊狀態。終端在Wi-Fi上完成IMS注冊，完成VoLTE至VoWiFi的切換。

（2）VoWiFi切換至VoLTE

UE通過ePDG接入EPC網絡，P-GW通過S2b接口與ePDG建立GTP隧道，通過P-CSCF接入IMS核心網，終端進行VoWiFi業務。UE檢測到LTE信號，同時LTE信號和Wi-Fi信號達到切換門限，終端發起切換。UE向MME發送PDN Connectivity Request消息，完成鑒權附著流程后，MME發送Modify Bearer Request消息給S-GW請求更新承載。P-GW向S-GW返回Modify Bearer Response。S-GW將Modify Bearer Response消息轉發給MME，消息中攜帶EPS Bearer Identity，通知MME發生從Wi-Fi網絡到LTE網絡的切換。UE和S-GW之間的專有承載建立成功，S-GW和P-GW間的GTP隧道建立成功，UE通過LTE網絡進行數據報文的接收和發送。P-GW通知3GPP AAA更新P-GW地址。P-GW發起Non-3GPP EPS Bearer Release流程，釋放切換前Wi-Fi網絡側EPS承載資源。當終端切換到LTE網絡后，UE向P-CSCF發起重注冊，刷新當前用戶注冊狀態。終端在LTE上完成IMS注冊，完成VoWiFi至VoLTE的切換。

3.2 VoWiFi與VoLTE的切換策略

目前國際標準對VoWiFi和VoLTE切換的具體策略沒有明確要求，運營商可根據自己的網絡覆蓋、用戶量等定制符合自己需求的切換策略。

（1）基于用戶選擇的切換策略

VoLTE相對于VoWiFi有著更好的語音質量保障，而免費Wi-Fi已經培養了用戶的使用習慣，免費的VoWiFi同樣有著強大的吸引力。終端上可設置Wi-Fi優先或LTE優先供用戶選擇，這就要求終端對應不同設置有不同的切換策略。當用戶設置Wi-Fi優先時，用戶應當在Wi-Fi和LTE覆蓋均較好的網絡下優先發起VoWiFi電話，在Wi-Fi信號強度較差或者丟失的情況下切換至VoLTE，在Wi-Fi信號強度較好時，切換至VoWiFi。當用戶設置LTE優先時，用戶應當在Wi-Fi和LTE覆蓋均較好的網絡下優先發起VoLTE電話，在LTE信號強度較差或者丟失的情況下切換至VoWiFi，在LTE信號強度較好時，切換至VoLTE。空閑態時的IMS PDN切換規則和通話中保持一致。基于用戶的選擇在終端實現上較為繁瑣，同時不利于運營商對VoWiFi的戰略部署。

（2）基于運營商要求的切換策略

運營商可根據自己商用VoWiFi以及VoLTE的戰略部署定制符合自己的切換策略。此時需考慮終端是否開放給用戶進行網絡優先的選擇，因為運營商定制的切換規則直接反映了網絡優先的策略。如運營商保障用戶的通話質量，將VoWiFi作為VoLTE的補充，彌補部分地區及室內覆蓋的不足，可設定切換規則為：在Wi-Fi和LTE覆蓋均較好的網絡下發起VoLTE電話；在LTE信號強度較差或者丟失的情況下切換至VoWiFi；在LTE信號強度較好時，忽略Wi-Fi強度，直接切換至VoLTE。若終端無網絡優先選擇設置，則空閑態時的IMS PDN切換規則和通話中保持一致；若終端仍有網絡優先選擇設置，則空閑態和通話中的IMS PDN切換規則相對獨立以避免沖突，用戶選擇的設置反映空閑態IMS PDN的優先策略，控制呼叫建立的網絡，而運營商仍可控制通話中的切換策略，雖然此種策略能兼顧運營商及用戶的需求，但會提升語音的切換率，影響用戶體驗而且會增加網絡負荷。

綜上所述，建議運營商基于自己的需求設定切換策略，同時避免用戶進行網絡選擇。

3.3 VoWiFi與VoLTE的切換門限

終端發起VoWiFi與VoLTE的切換流程離不開切換門限的制定。切換門限可根據切換策略設定不同的值。如LTE高門限、LTE低門限、Wi-Fi高門限、Wi-Fi低門限等。高低門限的差值可根據運營商自己的配置及策略設定。建議通過語音質量、不同的切換場景等測試設定具體的門限值。

3.4 VoWiFi與VoLTE協同的其他問題

終端在數據連接態時VoLTE通話與VoWiFi通話的無縫切換（LTE數據業務連接態特指終端在無VoLTE通話時的LTE RRC_Connected狀態），評估語音對數據的影響以及數據對切換的影響，在不同終端進行VoWiFi與VoLTE的兼容性，VoWiFi與VoLTE的切換時延及用戶感知等，建議針對這些VoWiFi與VoLTE的協同問題進一步研究驗證以提高用戶體驗。

4 結束語

隨著國內外運營商VoLTE及VoWiFi的商用，運營商實現VoWiFi與VoLTE的協同互操作需定制符合戰略需求的切換策略，二者的協同技術需進一步研究與測試。相信未來VoWiFi與VoLTE協同的語音策略能給用戶帶來更好的語音體驗。

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