VoLTE UE開機(jī)附著流程核心網(wǎng)側(cè)的研究

VoLTEUE開機(jī)附著流程核心網(wǎng)側(cè)的研究VoLTEUE在LTE網(wǎng)絡(luò)中使用語音業(yè)務(wù)首先要保證正常的網(wǎng)絡(luò)附著，從最根本的VoLTEUE附著成功的信令流程入手，將此過程分為EPS附著過程和IMS注冊過程，對這兩個過程進(jìn)展了詳細(xì)的分析。結(jié)合實(shí)際情況，提出了附著過程中可能存在的異常情況及解決方法，為快速準(zhǔn)確地定位問題提供了幫助。VoLTEIMSSVLTECSFB1引言2022年12月，中國聯(lián)通宣布2022年將在LTE網(wǎng)絡(luò)部署VoLTE〔VoiceoverLTE，基于LTE的語音〕，自此三家根底運(yùn)營商都已決定在LTE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)VoLTE。所謂的VoLTE就是基于LTE網(wǎng)絡(luò)提供的語音業(yè)務(wù)。由于采用AMR-WB〔AdaptiveMultiRateWideband，自適應(yīng)多速率寬帶編碼〕編解碼技術(shù)，VoLTE相對2G/3G的語音，不管是呼叫時延還是語音質(zhì)量都有很大改善，呼叫時延由2G/3G網(wǎng)絡(luò)的5s～8s縮短為0.5s～2s。語音質(zhì)量相對2G/3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)步了40%左右。VoLTEUE開機(jī)附著網(wǎng)絡(luò)的成功是決定用戶能否正常使用VoLTE業(yè)務(wù)的前提，對VoLTEUE開機(jī)附著信令流程研究的重要性和必要性也就不言而喻了。2LTE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)語音業(yè)務(wù)的三種方案從網(wǎng)絡(luò)和終端情況來看，在LTE網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)語音業(yè)務(wù)的三種方案包括了SVLTE〔SimultaneousVoiceandLTE，語音和LTE雙待〕、CSFB〔CircuitSwitchedFallBack，電路域回落〕、VoLTE。〔1〕SVLTE：要求支持多模雙待，即同時在2G或3G網(wǎng)絡(luò)的CS域、PS域或LTE網(wǎng)絡(luò)附著，2G或3G網(wǎng)絡(luò)的CS域提供話音業(yè)務(wù)，2G/3G網(wǎng)絡(luò)的PS域或LTE網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這種方案不需要改造2G/3G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，而且語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以同時進(jìn)展。用戶使用語音感知同現(xiàn)網(wǎng)一樣。缺點(diǎn)就是造價(jià)高，耗電較大?！?〕CSFB：LTE網(wǎng)絡(luò)建立初期根本都在熱點(diǎn)區(qū)域建立，因此只提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。UE發(fā)起語音呼叫或接聽時，需回落到的2G/3G的CS域，使用與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的CS域與LTE無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋重疊局部。改造2G/3G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的要求少，只需要晉級與LTE無線網(wǎng)絡(luò)有重疊區(qū)域的MSC/VLR，以支持SGs接口實(shí)現(xiàn)與MME的對接，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)合附著/位置更新、語音尋呼、收發(fā)短消息等功能。缺點(diǎn)是用戶做語音業(yè)務(wù)時的時延會有所增加?！?〕VoLTE：引入IMS〔IPMultimediaSubsystem，IP多媒體子系統(tǒng)〕核心網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)基于IMS控制的VoLTE以及SRVCC〔SingleRadioVoiceCallContinuity，單射頻語音呼叫連續(xù)〕，在LTE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)語音和多媒體業(yè)務(wù)，在LTE網(wǎng)絡(luò)信號好的地方使用VoLTE。在語音通話過程中LTE網(wǎng)絡(luò)信號變?nèi)鯐r切換到2G/3G的CS域，以支持話音通話的連續(xù)性。該方案要求2G/3G網(wǎng)絡(luò)中與MME對接的MSC晉級改造支持Sv接口，LTE網(wǎng)的全部MME晉級改造支持Sv接口，HSS的功能要包括HLR/SAEHSS/IMSHSS支持的功能，并支持C-MSISDN等存儲，IMS域要部署SCCAS〔ServiceCentralizationandContinuityApplicationServer，效勞集中和連續(xù)性應(yīng)用效勞器〕網(wǎng)元，LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)模要求大面積連續(xù)。此時的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造可以將2G/3G網(wǎng)絡(luò)和LTE網(wǎng)絡(luò)當(dāng)作IMS的接入網(wǎng)。缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)改造本錢較大，目前支持VoLTE的種類也較少。對于第一種方案，目前中國聯(lián)通沒有考慮采用。第二種方案適用于LTE網(wǎng)絡(luò)建立的初期和中期，中國聯(lián)通目前采用此方案。第三種方案適用于LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)大規(guī)模覆蓋的階段。雖然中國聯(lián)通2022年開場在LTE網(wǎng)絡(luò)部署VoLTE，但是考慮到LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量要到達(dá)或優(yōu)于2G/3G的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和覆蓋質(zhì)量，這不是一兩年時間就可以完成的，因此支持VoLTE的還需支持CSFB功能。這樣用戶使用VoLTE業(yè)務(wù)出現(xiàn)故障時就可以成功回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)的CS域，或者由于LTE網(wǎng)絡(luò)信號弱，用戶使用語言業(yè)務(wù)時通過SRVCC從LTE網(wǎng)能及時成功切換到2G/3G的CS域，從而不影響用戶正常地使用語音業(yè)務(wù)。3VoLTEUE開機(jī)附著過程分析根據(jù)發(fā)生信令消息的過程和作用，可以把VoLTEUE開機(jī)附著流程分為兩個過程：〔1〕EPC網(wǎng)絡(luò)的附著流程；〔2〕IMS域的注冊流程。3.1EPC附著流程VoLTEUE開機(jī)發(fā)起附著懇求，通過鑒權(quán)后就會建立一個默認(rèn)承載，該承載使得VoLTEUE可以“永久在線〞，之后VoLTEUE會建立一個用于IMS信令的默認(rèn)承載。其信令流程如圖1所示?！?〕步驟1：VoLTEUE開機(jī)，向MME發(fā)起附著懇求AttachRequest消息。該消息里攜帶了UE的IMSI、附著類型、語音域優(yōu)先和UE形式、MS是否支持SRVCC的網(wǎng)絡(luò)才能等參數(shù)。表1是這幾個關(guān)鍵信元消息的解釋?！?〕步驟2-5：LTE網(wǎng)絡(luò)和UE互相進(jìn)展鑒權(quán)?！?〕步驟6-7：鑒權(quán)成功后，MME通知HSS，UE支持SRVCC和EPC網(wǎng)絡(luò)支持IMS語音業(yè)務(wù)，同時MME從HSS獲取簽約數(shù)據(jù)，包括默認(rèn)承載上下文，一個或多個承載簽約上下文。默認(rèn)承載配置數(shù)據(jù)QCI〔QoSclassidentifier，Qos等級標(biāo)識〕=9，而用于IMS默認(rèn)承載QCI=5。〔4〕步驟8-12：假設(shè)UE支持CSFB，那么通過SGs接口在2G/3G的CS域做位置更新流程，同時標(biāo)記LTE/EPS附著，保存相關(guān)MME信息，建立UE登記的VLR與MME的SGs關(guān)聯(lián)。之后VLR回消息給MME，消息帶有LAI和TMSI，從而在MME建立了SGs關(guān)聯(lián)?！?〕步驟13-16：根據(jù)用戶在HSS的簽約信息和PCRF配置的PCC規(guī)那么，建立QCI=9的默認(rèn)承載，為用戶提供“永遠(yuǎn)在線〞的效勞。〔6〕步驟17-22：VoLTEUE收到AttachAccept消息，消息里除了有LAI、TMSI、AMBER〔AggregateMaximumBitRate，聚合最大比特率〕、UEIP地址、P-CSCF地址外，還有告知終端binedEPS/IMSIattach完成，網(wǎng)絡(luò)側(cè)支持VoLTE〔EPSnetworkfeaturesupport信元的ims-vops：IMSvoiceoverPSsessioninS1modesupported〕。根據(jù)這些信息，從而建立QCI=5的IMS信令默認(rèn)承載，用于承載SIP信令。從以上信令流程可以知道，VoLTEUE開機(jī)流程比普通LTEUE要多建立一條QCI=5的默認(rèn)承載，用于承載IMS信令，同時附著懇求消息的信元消息也更加豐富。3.2IMS注冊流程VoLTE注冊IMS的過程就是UE和IMS網(wǎng)絡(luò)互相鑒權(quán)的過程，鑒權(quán)通過后，IMS網(wǎng)絡(luò)從HSS獲取用戶相關(guān)簽約信息，從而完成IMS注冊。其詳細(xì)過程如圖2所示。〔1〕步驟1-8：由于VoLTEUE首次在IMS注冊，IMS沒有UE的信息，會向HSS查詢用戶是否開戶和相關(guān)鑒權(quán)信息，將鑒權(quán)元素AUTH和RAND放入401響應(yīng)發(fā)到UE。UE根據(jù)401消息對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展鑒權(quán)。〔2〕步驟9-15：UE對網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)沒問題后算出RES，放入重新構(gòu)造的REGISTER消息里，IMS收到消息，就會對US進(jìn)展鑒權(quán)，假設(shè)沒有問題，就會給UE回200響應(yīng)消息，表示IMS注冊成功。通過這兩個階段的過程，VoLTEUE開機(jī)附著過程就全部完成，之后就可以在LTE網(wǎng)絡(luò)正常做語音主叫和被叫業(yè)務(wù)。4異常情況分析和討論對于VoLTEUE開機(jī)附著的整個流程，主要提出了幾種在核心網(wǎng)中可能出現(xiàn)導(dǎo)致附著失敗的異常情況：終端原因引起的失敗，SGs接口側(cè)的失敗，EPC側(cè)失敗和IMS網(wǎng)絡(luò)回絕。4.1終端原因引起的附著失敗終端問題是由于終端上報(bào)的消息核心網(wǎng)不識別導(dǎo)致。此類問題可能有：〔1〕VoLTE終端接入LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展注冊時，由于上報(bào)一些終端參數(shù)如IMEI為空或不全，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不識別或不承受，核心網(wǎng)側(cè)下發(fā)攜帶IllegalME的回絕消息，導(dǎo)致用戶附著失敗。用戶只有重新開關(guān)機(jī)或拔插卡，才會再次嘗試進(jìn)展附著，在此之前用戶不能使用包括PS和CS在內(nèi)的所有業(yè)務(wù)，這樣會影響用戶使用感知。由于國內(nèi)沒有EIR設(shè)備，最好的解決方法是制止網(wǎng)絡(luò)下發(fā)此類消息。〔2〕終端上報(bào)的一些數(shù)據(jù)，可能與核心網(wǎng)配置的數(shù)據(jù)不一致，導(dǎo)致附著失敗。如UE在Attach懇求消息有ESMinformationtransferflag=0，即UE不提供APN，網(wǎng)絡(luò)就會使用用戶簽約的默認(rèn)APN。假設(shè)根據(jù)這個APN沒有找到對應(yīng)的P-GW，MME就當(dāng)成失敗來處理，從而附著失敗。終端問題處理較為費(fèi)事，容易解決的問題通過終端設(shè)置就可以解決，但是復(fù)雜的情況就需要通過網(wǎng)絡(luò)晉級或者終端廠家對終端進(jìn)展晉級來解決。4.2SGs接口側(cè)的失敗SGs接口側(cè)出現(xiàn)的問題主要是參數(shù)配置錯誤引起的，如UE要正確回落到2G/3G域，那么MME上就要配置相關(guān)TA〔LTETrackingArea〕與LA〔2G/3GLocationArea〕的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)UE附著的TA，映射出TA對應(yīng)的LA，再關(guān)聯(lián)到LA對應(yīng)的MSC上。MME配置TA映射的LA的數(shù)據(jù)，并在結(jié)合附著時發(fā)給MSC/VLR，MSC/VLR一般都檢查SGs接口上報(bào)LA的有效性。當(dāng)MSC/VLR沒有配置該LA時，MSC/VLR直接回絕用戶在SGs接口的位置懇求，導(dǎo)致結(jié)合附著失敗。這類問題多在新增LAC或TAC時出現(xiàn)。因此當(dāng)新增相關(guān)數(shù)據(jù)時，要及時在網(wǎng)元上配置相關(guān)數(shù)據(jù)，同時要防止漏配或錯配。4.3EPC側(cè)失敗這類失敗的原因主要包括：〔1〕MME配置的加密算法種類不全。當(dāng)UE上報(bào)MME終端才能的加密算法和MME配置的不一致時，MME返回協(xié)議錯誤消息，導(dǎo)致附著失敗。根據(jù)3GPP定義的終端，MME可支持的加密算法有：AES、SNOW、ZUC這3種，假設(shè)不使用加密算法那么為NULL。因此MME必須設(shè)置4種算法，以便支持現(xiàn)網(wǎng)中所有類型的終端。〔2〕DNS配置的解析數(shù)據(jù)不全或錯誤，導(dǎo)致解析為UE效勞的S/P-GW地址不對，從而無法正常地建立承載，導(dǎo)致附著失敗。這種情況在WCDMA網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)初期也出現(xiàn)過。解決方法一般是在DNS配置正確數(shù)據(jù)或MME開啟APN糾錯功能。4.4IMS網(wǎng)絡(luò)回絕引起的附著失敗IMS引起的失敗原因包括以下幾個方面：重定向錯誤〔錯誤碼3xx〕；客戶端錯誤〔錯誤碼4xx〕；效勞端錯誤〔錯誤碼5xx〕；全局錯誤〔錯誤碼6xx〕。在附著過程中經(jīng)常出現(xiàn)的錯誤是4xx的客戶端錯誤和5xx的效勞器錯誤。如UE在HSS簽約的注冊信息有問題或UE發(fā)的P-CSCF的IP地址有問題或IMS配置的接入網(wǎng)平安策略有問題，這些都會返回403失敗碼。系統(tǒng)負(fù)荷過大，會返回503失敗碼。這些返回的SIP失敗碼都帶有詳細(xì)的失敗原因值，也就是SIP消息錯誤碼的Warning頭域，根據(jù)Warning頭域的內(nèi)容可以快速準(zhǔn)確地定位故障。5完畢語本文對VoLTEUE附著過程核心網(wǎng)側(cè)信令流程進(jìn)展詳細(xì)研究，并對可能導(dǎo)致UE附著失敗的情況進(jìn)展分析，為更加有效解地解決問題提供了幫助。目前中國聯(lián)通在局部省市已經(jīng)開展了VoLTE試驗(yàn)，但是由于只是進(jìn)展最根本的業(yè)務(wù)測試，一旦開場大規(guī)模商用，將會出現(xiàn)很多意想不到的問題。希望在今后的工作中能提出解決異常情況更有效的方法。參考文獻(xiàn)：[1]3GPPTS23.401.TechnicalSpecificationGroupServicesandSystemAspects；GPRSenhancementsforE-UTRANaccess[S].2022.[2]鄧巍，謝浩，李明欣.LTE網(wǎng)絡(luò)附著分析及問題討論[J].挪動通信，2022〔8〕：34-38.[3]鄭杰.LTE網(wǎng)絡(luò)中用戶附著問題研究[J].中國科技信息，2022〔2〕：163-166.[4]王國仲，李小文.TD-LTEUE開機(jī)附著信令過程的詳細(xì)研究[J].廣東通信技術(shù)，2022〔9〕：19-22.2022〔2〕：30-32.[6]劉毅，王瓊.LTE系統(tǒng)中PDN連接過程的建立與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2022，34〔12〕：94-96.[7]張建偉，傅孝毅.UMTS系統(tǒng)和LTE系統(tǒng)的業(yè)務(wù)