VoLTE信令流程解析及應用

1 VoLTE 業務概述

VoLTE 技術是3GPP 國際標準組織定義的，基于IMS（IP Multimedia Subsystem）網絡的4G/LTE語音解決方案。通過IMS 網絡，運營商既可以無縫的繼承傳統的語音、短信業務，還能將語音與豐富的增強功能進行整合，進一步提供多樣化的服務。

VoLTE 網絡架構包括無線接入、HSS（Home Subscriber Server 歸屬簽約用戶服務器）、PCC（Policy and Charging Controller，策略與計費控制）、分組域、電路域、信令網、IMS 核心網、業務平臺等。VoLTE 用戶位于LTE（Long Term Evolution，長期演進）無線覆蓋下，通過LTE 無線網和EPC（Evolved Packet System）核心網接入IMS 域核心網和業務平臺，由IMS 網元進行VoLTE路由和呼叫工程控制，由IMS 應用平臺實現VoLTE業務的處理；并通過PCC 系統提供策略為VoLTE 音視頻業務建立專用承載，從而提供VoLTE 業務端到端的QoS 保障。

2 IMS 網絡常用接口協議

2.1 SIP 協議簡介

會話初始協議SIP（Session Initiation Protocol）是由IETF（Internet Engineering Task Force）提出并主持研究的一個在IP 網絡上進行多媒體通信的應用層控制協議（RFC3261），主要用于創建會話、修改會話和終結會話進程。

SIP 會話類型包括多媒體會議、Internet 電話等類似的應用。SIP 協議支持別名映射、重定向服務、ISDN（Integrated Services Digital Network）和IN 業務。它支持終端用戶能夠在任何地方、任何時間請求和獲得已訂購的任何電信業務。主要應用于Mw、Ut、ISC、Mi、Mg、Mj、Mk、Mr 等接口。

2.2 Diameter 協議簡介

Diameter 協議由IETF（Internet Engineering Task Force）提出，作為RADIUS（Remote Authentication Dial In User Service）協議的改進或者替代，改進了RADIUS 協議在安全性、可靠性、擴容、漫游支持、故障切換方面的缺陷。他的引入是作為支持基于IP（Internet Protocol）技術的AAA（Authentication，Authorization and Accounting）協議，用來為眾多的接入技術提供AAA 服務。

Diameter 協議在IMS 網絡中使用于S6a/S6d、Cx、Dx、Sh、Rf、Gq、Ro、Gx、Rx、Zh 接口，用于注冊認證、QoS 以及計費等功能。

3 VoLTE 典型信令流程及應用

3.1 LTE 用戶呼叫CS 用戶場景

1）主叫用戶登陸在LTE 網絡下，且已經完成IMS（IP Multimedia Subsystem）網絡注冊，被叫用戶為CSFB（Circuit Swiched Fallback）用戶。

2）主叫VoLTE戶在LTE（Long Term Evolution）網絡下起呼，被叫CSFB 用戶在CS 域做被叫，IMS域和CS 域之間通過MGCF 網元和IM-MGW 完成信令面和媒體面互通。

3）各CSCF之間和MGCF網元間使用用SIP協議，MGCF 和CS 域網元之間采用BICC 協議。

4）呼叫過程中現網被叫側承載建立一般采用早指配。

5 主被叫側網元均使用IP 承載互聯，其局間承載建立方式使用前向延遲。

6）使用融合HSS，即2/3G，SAE-HSS 和IMSHSS 屬于合一部署。

3.2 LTE 用戶呼叫CS 用戶信令流程（圖1）

圖1

1）主叫信令面：主叫VoLTE 用戶LTE 網絡下發起會話請求，通過S-CSCF 觸發呼叫至MMTel AS進行業務處理；S-CSCF 至ENUM/DNS 解析確認被叫用戶為CS 域用戶，從而將SIP 會話請求轉至MGCF；MGCF 再進行路由分析并將會話請求路由出局。

2）被叫信令面：被叫MSC Server 尋呼被叫用戶，被叫用戶收到尋呼消息后回復響應消息。

3）被叫承載面建立：被叫MSC Server 指示MGW 網元建立被叫接入側承載，并向主叫側網元發消息通知局間承載建立并采用前向延遲。

4）主叫承載面建立：MGCF 網元指示IM-MGW 搭建主叫接入側承載；之后主被叫進行媒體協商并建立局間承載。

3.3 信令流程應用-VoLTE 用戶呼叫CS 用戶空號

VoLTE 主叫用戶信令面流程如下：

1）主叫用戶UE_A 通過IMS 拜訪網絡入口SBC/P-CSCF 發送INVITE 消息發起會話。

攜帶Request-URI 用于標明請求的目的方，即tel:+86186####；攜From 用于標明請求的發起方，攜帶請求發起者的URI；攜To 用于標明請求的接收方，攜帶請求接收者的URI；Contact 用于標明直接聯系請求發送方或應答方的URI 地址。

2）SBC/P-CSCF 接收INVITE 消息并進行處理，將自己的地址添加至Via 和Record-Route 頭域。將注冊過程中在“service-route”中存儲的S-CSCF的地址添加至Route 頭域。根據存儲的S-CSCF 地址將INVITE 消息轉發至S-CSCF。

3）S-CSCF 接收INVITE 消息并根據P-Asserted-Identity 頭域中的主叫號碼判斷主叫已注冊，則根據主叫用戶簽約的iFC 模板數據選擇相應的MMTel AS 并將INVITE 消息轉發至該AS 以觸發主叫用戶的業務。

4）MMTel AS 接收INVITE 消息并向主叫用戶提供業務，然后發送INVITE 消息至S-CSCF。

5）S-CSCF 接收INVITE 消息并從Request-URI 中取出被叫IMPU，然后向ENUM/DNS 服務器發送ENUM/DNS QUERY 消息，以獲取下一跳地址。

6）ENUM/DNS 服務器進行號碼分析并將分析結果通過ENUM/DNS RSP 消息返回至S-CSCF，被叫為CS 用戶查詢DNS 后正常返回結果應為通配符。

S-CSCF 接收ENUM/DNS RSP 消息，發現被叫用戶不屬于IMS 域用戶，將INVITE 消息轉發至MGCF以獲取路由信息。會話請求被送至CS 域完成后續信令流程。

7）而本案例中查詢CS 用戶DNS 后返回結果則是將被叫用戶Tel URI 轉為SIP URI（圖2）。

圖2

S-CSCF 認為該被叫為VoLTE 用戶，后續根據SIP URI 中的用戶域名查詢ENUM/DNS，尋址被叫歸屬省I-CSCF。

8）被叫I-CSCF 向HSS 發起LIR 消息請求，并收到LIA 消息中顯示DIAMETER_ERROR_USER_UNKNOWN(5001)。

9）5001 錯誤碼解析。HSS 向對端返回LIA 消息，攜帶錯誤碼：5001，提示“DIAMETER_ERROR_USER_UNKNOWN”。可能原因：（1）HSS 收到的請求消息LIR（Location Information Request）中攜帶的用戶標識在HSS 中未開戶（可以攜帶用戶標識的AVP 包括：Public-Identity AVP、User-Name AVP、Wildcarded-PSI AVP、Wildcarded-IMPU AVP、MSISDN AVP）。（2）HSS 收到的請求消息LIR 攜帶的用戶標識是PUSI（PUblic Service Identity）類型的用戶標識，但是用戶處于非激活狀態。

本案例中被叫用戶在HSS 中并未開通VOLTE 業務，因此主叫聽到空號的錄音通知，呼叫失敗。

4 結論

VoLTE 是基于SIP 協議的語音通話，所有與IMS 交互的信令全部為SIP 信令，在理解VoLTE 信令方面必須對SIP 信令進行全面了解。本文通過對VoLTE 信令流程、相關協議的簡要介紹，再結合用戶信令追蹤采集到的詳細信息，講述了如何依據信令流程及跟蹤信息查找呼叫故障點，從而快速、全面完成故障分析、定位，也為其他維護人員快速定位故障，維護用戶利益，保障網絡暢通提供了一個實用的方法。