2G/3G退網(wǎng)后VoLTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)國際漫游技術(shù)方案探討

關(guān)丹竹，杜春生

（中國電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630）

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，全球運營2G/3G 網(wǎng)絡(luò)將逐步退網(wǎng)，退網(wǎng)后，在國內(nèi)將采用純VoLTE 方式提供語音及短消息業(yè)務(wù)。當(dāng)VoLTE 用戶漫出至其他境外運營商時，如何繼續(xù)使用當(dāng)?shù)?G/3G 網(wǎng)絡(luò)的語音和短信業(yè)務(wù)？傳統(tǒng)2G/3G 境外運營商的用戶漫游至純VoLTE 拜訪網(wǎng)絡(luò)時，如何使用語音及短消息業(yè)務(wù)？這些都是有待解決的問題。

通常，為實現(xiàn)VoLTE 用戶能在2G/3G 網(wǎng)絡(luò)漫游，核心網(wǎng)需部署融合HLR/HSS 網(wǎng)元并為用戶簽約2G/3G 的CS 和PS 業(yè)務(wù)，短消息中心也需支持G/U 的MAP 信令。為實現(xiàn)傳統(tǒng)2G/3G 網(wǎng)絡(luò)運營商的用戶能在純VoLTE 網(wǎng)絡(luò)漫游，需要部署MSC/VLR 網(wǎng)元。但是，2G/3G 網(wǎng)絡(luò)退網(wǎng)后，在目前傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)手段下，VoLTE 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無法實現(xiàn)漫游，本文提出了一種采用IWF（Inter Working Function）互通網(wǎng)關(guān)的方案，有望成為解決2G/3G 退網(wǎng)后VoLTE 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)國際漫游問題的可選方案。IWF 是不同網(wǎng)絡(luò)制式之間互通的網(wǎng)元，在不同的應(yīng)用場景中實現(xiàn)不同功能，本文討論的IWF 在拜訪地網(wǎng)絡(luò)和歸屬網(wǎng)絡(luò)中間，是VoLTE 網(wǎng)絡(luò)和2G/3G 網(wǎng)絡(luò)的橋梁，作為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的漫游網(wǎng)關(guān)，完成協(xié)議轉(zhuǎn)換和相關(guān)流程處理功能。

在漫入和漫出場景下，IWF 網(wǎng)關(guān)所實現(xiàn)的功能有所不同。本文分別就VoLTE 用戶漫出至境外運營商網(wǎng)絡(luò)及境外運營商用戶漫入VoLTE 網(wǎng)絡(luò)的位置更新、語音和短信業(yè)務(wù)等業(yè)務(wù)流程中所實現(xiàn)的功能進行簡要介紹。

1 VoLTE用戶漫出場景

1.1 漫出場景IWF的網(wǎng)絡(luò)位置及功能

在漫出場景中，歸屬地是純VoLTE 網(wǎng)絡(luò)，拜訪地是2G/3G 網(wǎng)絡(luò)，IWF 網(wǎng)關(guān)由歸屬地建設(shè)及維護。在CS 域注冊場景中，IWF 對于拜訪地的CS 網(wǎng)絡(luò)，相當(dāng)于歸屬地的“HLR”，輔助完成位置更新等流程；對于歸屬IMS 網(wǎng)絡(luò)，IWF 模擬“BSF”（Bootstrapping Server Functionality）、“VoLTE AS”網(wǎng)元從用戶歸屬的IMS-HSS 獲取鑒權(quán)五元組和簽約業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，并且模擬“P-CSCF”代理用戶進行IMS 注冊。在語音業(yè)務(wù)中，漫出用戶在拜訪地運營商的VMSC 下發(fā)起主叫業(yè)務(wù)流程，與普通的主叫業(yè)務(wù)流程類似，信令不經(jīng)過IWF；被叫業(yè)務(wù)中，IWF 對于歸屬IMS 網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于“P-CSCF”，另一方面模擬“HLR”向拜訪地請求MSRN（Mobile Station Roaming Number，動態(tài)漫游號碼），并充當(dāng)BGCF（Breakout Gateway Control Function，出口網(wǎng)關(guān)控制功能），將呼叫路由至MGCF（Media Gateway Control Function，媒體網(wǎng)關(guān)控制功能）進入CS 域。在短消息業(yè)務(wù)中，IWF 充當(dāng)了歸屬用戶“SMSC”的角色。圖1 為漫出場景IWF 網(wǎng)絡(luò)位置及功能示意圖。

圖1 漫出場景IWF網(wǎng)絡(luò)位置及功能示意圖

1.2 CS域位置更新

VoLTE 用戶漫出到2G/3G 網(wǎng)絡(luò)，UE 向拜訪地VMSC發(fā)起位置更新。如圖2 所示，步驟2-5 完成了2G/3G 網(wǎng)絡(luò)對UE 的鑒權(quán)，對于拜訪CS 網(wǎng)絡(luò)，IWF 相當(dāng)于歸屬地的HLR，向漫游地返回相應(yīng)的鑒權(quán)向量。其中，對于歸屬網(wǎng)絡(luò)，IWF 需模擬BSF，通過Zh 接口向融合的HSS 發(fā)送MAR 消息請求鑒權(quán)向量，后續(xù)再進行CS 域的位置更新。

圖2 漫出場景的CS域位置更新流程圖

在歸屬地端，IWF 模擬P-CSCF 發(fā)起IMS 注冊。步驟7-13 是通用的IMS 注冊流程，用戶注冊完成后，IWF保存為該用戶生成的注冊Contact 地址。步驟14：IWF模擬AS 向HSS 發(fā)送SNR 消息，訂閱并同時獲取用戶的MSISDN、透明數(shù)據(jù)等。步驟15-16 中IWF 將從HSS 獲取到的用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CS 域的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，完成后續(xù)的位置更新流程。

1.3 被叫業(yè)務(wù)

在被叫場景中，如圖3 中的步驟2，被叫S-CSCF根據(jù)之前IMS 注冊時保存的Path 將INVITE 消息路由至IWF。對于拜訪地的VMSC，IWF 相當(dāng)于歸屬網(wǎng)絡(luò)的HLR，通過步驟3 向用戶拜訪的VMSC 請求獲取MSRN。

圖3 漫出場景的被叫業(yè)務(wù)流程圖

對于歸屬網(wǎng)絡(luò)，IWF 首先充當(dāng)被叫P-CSCF，在獲取到MSRN 后，IWF 需要充當(dāng)BGCF，選擇適當(dāng)?shù)腗GCF將呼叫路由至境外運營商的VMSC。

1.4 短消息始發(fā)業(yè)務(wù)

漫出用戶通過境外運營商的CS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短消息，此時，對于拜訪網(wǎng)絡(luò)的VMSC，IWF 相當(dāng)于用戶歸屬的SMSC；如圖4 中的步驟2，IWF 將境外送過來的短消息由MAP 協(xié)議轉(zhuǎn)換為SIP 協(xié)議，構(gòu)造MESSAGE 消息，并將短消息發(fā)送給S-CSCF。

圖4 漫出場景的短消息業(yè)務(wù)始發(fā)流程圖

對于用戶歸屬的IMS 核心網(wǎng)，IWF 相當(dāng)于拜訪地的P-CSCF。

1.5 短消息終結(jié)業(yè)務(wù)

在短消息終結(jié)場景中，如圖5 中的步驟1-4，首先歸屬地的IP-SM-GW 向被叫S-CSCF 發(fā)送MESSAGE 消息，S-CSCF 向IWF 轉(zhuǎn)發(fā)此消息，IWF 完成短消息從SIP 協(xié)議到MAP 協(xié)議的轉(zhuǎn)換并根據(jù)保存的MSC ID，向用戶拜訪的VMSC 發(fā)送MAP_MT_FORWARD_SHORT_MESSAGE_REQ 消息，VMSC 向UE 發(fā)送完短消息后，向IWF 返回MAP_MT_FORWARD_SHORT_MESSAGE_CNF 響應(yīng)消息。對于拜訪地的VMSC，IWF 相當(dāng)于歸屬網(wǎng)絡(luò)的SMSC。

對于用戶歸屬的IMS 核心網(wǎng)，IWF 相當(dāng)于拜訪地的P-CSCF，如圖5 中的步驟5-6，IWF 根據(jù)短信接收情況向IP-SM-GW 發(fā)送MESSAGE 消息，接收IP-SM-GW 返回200 響應(yīng)消息。

圖5 漫出場景的短消息業(yè)務(wù)終結(jié)流程圖

2 境外用戶漫入場景

2.1 漫入場景IWF網(wǎng)絡(luò)位置及功能

如圖6 所示，在漫入場景中，歸屬地是2G/3G 網(wǎng)絡(luò)，拜訪地是VoLTE 網(wǎng)絡(luò)，IWF 網(wǎng)元由拜訪地建設(shè)及維護。漫入用戶在VoLTE 網(wǎng)絡(luò)下發(fā)起IMS 注冊時，對于拜訪網(wǎng)絡(luò)IWF 相當(dāng)于“IMS-HSS”，而對于歸屬網(wǎng)絡(luò)IWF 相當(dāng)于“MSC/VLR”，下載用戶的鑒權(quán)向量和簽約業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并完成協(xié)議轉(zhuǎn)換。主叫業(yè)務(wù)中，主叫S-CSCF/BGCF 都直接將呼叫路由至MGCF 進入CS 域，主叫業(yè)務(wù)流程不需經(jīng)過IWF。被叫業(yè)務(wù)中，對于歸屬網(wǎng)絡(luò)，IWF 充當(dāng)“VMSC”的角色為用戶分配MSRN，同時IWF 模擬“IMS-HSS”，向I-CSCF 返回S-CSCF的地址，并且充當(dāng)“ANCHOR AS”，根據(jù)S-CSCF 提供的MSRN 映射回相應(yīng)被叫用戶的IMPU。在短消息業(yè)務(wù)中，對于歸屬網(wǎng)絡(luò)IWF 充當(dāng)了拜訪地“VMSC”的角色，并將短消息轉(zhuǎn)發(fā)至IP-SM-GW。

圖6 漫入場景IWF網(wǎng)絡(luò)位置及功能示意圖

2.2 IMS注冊

境外漫入用戶在拜訪地VoLTE 網(wǎng)絡(luò)下發(fā)起IMS 注冊，如圖7 中的步驟1-6，對于用戶歸屬的CS 網(wǎng)絡(luò)，IWF相當(dāng)于拜訪地的VMSC，向用戶歸屬的HLR 發(fā)送MAP_UPDATE_LOCATION_REQ 消息，請求進行位置更新并下載用戶數(shù)據(jù)。后續(xù)，IWF 向用戶歸屬HLR 發(fā)送MAP_SEND_AUTHENTICATION_INFO_REQ 消息，請求獲取3G 的鑒權(quán)五元組。

圖7 漫入場景的IMS注冊流程圖

對于拜訪地IMS 網(wǎng)絡(luò)，IWF 相當(dāng)于用戶歸屬的IMSHSS，此部分注冊流程可參考IMS 標(biāo)準(zhǔn)流程，其中，IWF需要將CS 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成IMS 的Service Profile。

2.3 被叫業(yè)務(wù)

用戶歸屬CS 網(wǎng)絡(luò)的端局或關(guān)口局收到呼叫入局的消息，如圖8 中的步驟2-5，V/GMSC 通過向HLR 請求被叫的路由信息。對于歸屬網(wǎng)絡(luò)，IWF 相當(dāng)于拜訪地的VMSC，IWF 為用戶分配MSRN，境外運營商的V/GMSC根據(jù)MSRN 發(fā)送出局的IAM 消息，將呼叫路由至國際局的GMSC/MGCF。

圖8 漫入場景的被叫業(yè)務(wù)流程圖

對于拜訪的IMS 網(wǎng)絡(luò)，IWF 相當(dāng)于用戶歸屬的HSS 和ANCHOR AS。在步驟6-8 中，IWF 作為“ANCHOR AS”需要保存MSRN 和IMPU 的映射，完成被叫號碼的還原。作為“HSS”需要向I-CSCF 返回ANCHOR AS 和S-CSCF的地址。步驟11：S-CSCF 根據(jù)IMS 注冊時保存的UE Contact 信息和Path 頭域，向UE 發(fā)送INVITE 消息，后續(xù)的信令流程與普通CS2V 的呼叫流程的基本相同。

2.4 短消息始發(fā)業(yè)務(wù)

對于處理漫入用戶的短消息業(yè)務(wù)，IWF 主要是完成短消息從IP-SM-GW 到用戶歸屬的短信中心的轉(zhuǎn)發(fā)。

UE 發(fā)送短消息，S-CSCF 根據(jù)iFC（Initial Filtering Criteria，初始過濾準(zhǔn)則）信息向IP-SM-GW發(fā)送MESSAGE 消息。IP-SM-GW 根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)判斷用戶是否有相應(yīng)的權(quán)限，通過步驟2 并完成短消息從SIP到MAP 協(xié)議的轉(zhuǎn)換。對于用戶歸屬的SMSC，IWF 相當(dāng)于拜訪地的VMSC，IWF 需完成相應(yīng)MAP 消息的SCCP的地址轉(zhuǎn)換。如圖9 中的步驟4 所示，IWF 收到MAP_MO_FORWARD_SHORT_MESSAGE_REQ消息后，將SCCP層的Calling Party Address 改為IWF 的MSC ID，向境外運營商的SMSC 轉(zhuǎn)發(fā)該消息。如圖9 步驟6 所示，IWF 收到境外SMSC 返回的MAP_MO_FORWARD_SHORT_MESSAGE_CNF 消息后，將SCCP 層的Called Party Address 改為IP-SM-GW 的信令點編碼并轉(zhuǎn)發(fā)該消息至IP-SM-GW。

圖9 漫入場景的短消息始發(fā)業(yè)務(wù)流程圖

2.5 短消息終結(jié)業(yè)務(wù)

如圖10 中的步驟1-4 中，境外運營商的SMSC 在收到短消息后，根據(jù)用戶的MSISDN 向HLR 發(fā)送MAP_SEND_ROUTING_INFO_FOR_SM_IND消息，獲取短消息路由信息，HLR 返回IWF 的GT 地址；IWF 將收到SMSC 發(fā)送的信令消息的SCCP 層Called Party Address 改為IP-SM-GW 的信令點編碼并轉(zhuǎn)發(fā)該消息至IP-SM-GW，IP-SM-GW 完成短消息從MAP 到SIP 的協(xié)議轉(zhuǎn)換，向UE 發(fā)送MESSAGE 消息。步驟6：UE 向IP-SM-GW 返回MESSAGE 消息，指示短消息終結(jié)成功后，IWF 收到MAP_MT_FORWARD_SHORT_MESSAGE_RSP 消息，將SCCP 層 的Calling Party Address改為自身的MSC ID，并模擬VMSC 向境外運營商的SMSC轉(zhuǎn)發(fā)該消息。

圖10 漫入場景的短消息終結(jié)業(yè)務(wù)流程圖

3 結(jié)束語

純VoLTE 網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)2G/3G 網(wǎng)絡(luò)的漫游方案，可選無線側(cè)退網(wǎng)，保留2G/3G 核心網(wǎng)方式，但這給網(wǎng)絡(luò)維護帶來了負(fù)擔(dān)，也不利于網(wǎng)絡(luò)的演進。本文所介紹的方案中，IWF 在用戶漫游至國外的2G/3G 網(wǎng)絡(luò)時向用戶歸屬的IMS-HSS 獲取鑒權(quán)向量和簽約業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并完成協(xié)議轉(zhuǎn)換，無需新建或升級支持3GPP 2G/3G 的HLR、SMSC等網(wǎng)元，在傳統(tǒng)業(yè)務(wù)全面轉(zhuǎn)向VoLTE、VoNR 的技術(shù)趨勢下，既節(jié)約了投資也順應(yīng)時勢。

隨著VoLTE 的普及和5G 的逐步商用，2G/3G 的退網(wǎng)呈加速狀態(tài)，在2G/3G 網(wǎng)絡(luò)漫長的退網(wǎng)過程中，如何實現(xiàn)VoLTE 網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)漫游問題將是各運營商面臨的問題，值得共同關(guān)注和探討，希望本文所介紹的方案可為業(yè)界提供參考和啟發(fā)。