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文檔簡(jiǎn)介

1、1、 VOLTE 1俗話說(shuō)的好,一入豪門深似海,對(duì)于VoLTE這個(gè)新技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)認(rèn)知也一樣,相比傳統(tǒng)的電信技術(shù),它糅合了大量計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的理念,正可謂吸毒毀一生,學(xué)習(xí)VoLTE毀三代。但是任何復(fù)雜、先進(jìn)的技術(shù)都是人類制定的,因此對(duì)于VoLTE的理解只要循序漸進(jìn),把握住總體脈絡(luò),以需求入手,應(yīng)該也不是什么天方夜譚。本系列撰文擬從一個(gè)傳統(tǒng)的無(wú)線優(yōu)化工程師的思維入手,嘗試逐步揭開(kāi)VoLTE神秘的面紗。如果單從電信網(wǎng)絡(luò)的眼光去看,VoLTE不過(guò)是承載在目前4G網(wǎng)絡(luò)中的一種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而已,只不過(guò)對(duì)于這種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QOS管理、調(diào)度需要引入新的系統(tǒng)或者功能進(jìn)行管控,這也就是我們常常說(shuō)的IPmultimedi

2、a subsystem(IP多媒體子系統(tǒng))或者IMS域的職責(zé)。對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工程師來(lái)講,VoLTE時(shí)代的來(lái)臨對(duì)于傳統(tǒng)的網(wǎng)優(yōu)工作存在不小的挑戰(zhàn),因?yàn)榇罅康膬?yōu)化工作會(huì)從無(wú)線層面上移到業(yè)務(wù)層面的優(yōu)化,熟悉一些IMS域核心網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)變得不可缺少。這一篇簡(jiǎn)單得從一些IMS域的重要網(wǎng)元以及基礎(chǔ)概念入手。任何信令的交互首先涉及的是尋址或者基于用戶、訂閱業(yè)務(wù)的標(biāo)識(shí),例如電信網(wǎng)絡(luò)中有IMSI、TMSI、P-TMSI、RNTI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)識(shí)(RNTI Radio Network Tempory Identity)在UE 和UTRAN 之間的信號(hào)信息內(nèi)部作為UE 的標(biāo)識(shí)。(RA-RNTI、P-RNTI、C-RN

3、TI、SPS-RNTI)、GUTI全球唯一臨時(shí)UE標(biāo)識(shí),在網(wǎng)絡(luò)中唯一標(biāo)識(shí)UE,可以減少IMSI、IMEI等用戶私有參數(shù)暴露在網(wǎng)絡(luò)傳輸中。GUTI由核心網(wǎng)分配,在attach accept, TAU accept, RAU accept等消息中帶給UE。第一次attach時(shí)UE攜帶IMSI,而之后MME會(huì)將IMSI和GUTI進(jìn)行一個(gè)對(duì)應(yīng),以后就一直用GUTI,通過(guò)attachaccept帶給UE.在一個(gè)MME下,GUTI等同于M-TMSI。等等常用的用戶或者業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí),在IMS域中同樣存在類似的標(biāo)識(shí),主要有如下三種,Private User Identities、 Public UserIdent

4、ities, Globally Routable User Agent URI(GRUU)。Private User Identities:該標(biāo)識(shí)最大的特點(diǎn)不是區(qū)分用戶,而是標(biāo)識(shí)用戶不同的訂閱業(yè)務(wù)。因此,對(duì)于每個(gè)用戶而言,都可以包含一個(gè)或者幾個(gè)這樣的私有用戶標(biāo)識(shí),該標(biāo)識(shí)并不被用來(lái)進(jìn)行SIP消息的路由尋址,而是被用來(lái)進(jìn)行注冊(cè)、鑒權(quán)、管理和統(tǒng)計(jì)。私有標(biāo)識(shí)由歸屬地網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行分配,遵循Network Access Identifier(網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)標(biāo)識(shí))的格式,如果沒(méi)有ISIM應(yīng)用,通常該私有標(biāo)識(shí)會(huì)從IMSI標(biāo)識(shí)中繼承。通常,該私有標(biāo)識(shí)的格式為用戶名域,如果從IMSI中繼承,則變成了”<IMSI

5、>ims.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3”。除此之外,私有用戶標(biāo)識(shí)不是動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí),而是對(duì)于該用戶訂閱業(yè)務(wù)的永久性標(biāo)識(shí),并且在歸屬地網(wǎng)絡(luò)中對(duì)于該訂閱業(yè)務(wù)始終有效。在IMS域注冊(cè)/去注冊(cè)階段,該私有標(biāo)識(shí)需要被鑒權(quán),HSS與S-CSCF需要存儲(chǔ)該私有標(biāo)識(shí)一邊區(qū)分用戶信息Public User Identities公共用戶標(biāo)識(shí)在IMS子系統(tǒng)內(nèi)被用來(lái)進(jìn)行用戶間的通信。公共用戶標(biāo)識(shí)可以被任何用戶使用,這就好比名片一樣,是一種通用的載體格式。公共用戶標(biāo)識(shí)遵循SIP URI或者Tel URI的格式,例如,當(dāng)遵循SIP URI格式時(shí),應(yīng)表示為”si

6、p:usernamedomain;如果遵循電信URI格式,則應(yīng)表示為”tel:+<cc><NDC><SN>,詳見(jiàn)IETF RFC 3966。一個(gè)用戶可以包含一個(gè)或者多個(gè)公共用戶標(biāo)識(shí),換言之,僅僅獲得公共用戶標(biāo)識(shí)無(wú)法與用戶進(jìn)行映射。對(duì)于ISIM應(yīng)用,至少需要安全的存儲(chǔ)一個(gè)公共用戶標(biāo)識(shí),但并不要求存貯該用戶其他的公共用戶標(biāo)識(shí)。對(duì)于擁有同一化名的一組公共用戶標(biāo)識(shí)的操作,有點(diǎn)類似“一榮俱榮”,也就是需要對(duì)組內(nèi)的公共用戶標(biāo)識(shí)進(jìn)行同樣的操作,這樣的公共用戶標(biāo)識(shí)組需要分別被存儲(chǔ)在HSS、AS(應(yīng)用服務(wù)器)、S-CSCF以及UE中。在IMS主叫或者被叫會(huì)話流程中,公共用戶標(biāo)

7、識(shí)需要提前被顯式或隱式的注冊(cè),值得注意的是,在注冊(cè)過(guò)程中,公共用戶標(biāo)識(shí)并不需要被鑒權(quán)。單從格式來(lái)講,私有用戶標(biāo)識(shí)更像電信網(wǎng)中的IMSI,而公共用戶標(biāo)識(shí)則更像電信網(wǎng)中的電話號(hào)碼或者計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的用戶名,這也說(shuō)明在注冊(cè)過(guò)程中為什么只對(duì)私有用戶標(biāo)識(shí)進(jìn)行鑒權(quán),而僅僅是將公共用戶標(biāo)識(shí)作為通信的對(duì)象。Globally Routable UserAgent URI(GRUU)全局路由用戶代理用戶資源標(biāo)識(shí),顧名思義,該標(biāo)識(shí)天生就是為了路由尋址而生的,之前提到,一個(gè)用戶可能有多個(gè)公共用戶標(biāo)識(shí),而且同一個(gè)公共用戶標(biāo)識(shí)也可以被多個(gè)用戶使用,那么在尋址路由的時(shí)候僅僅依靠公共用戶標(biāo)識(shí)就可能產(chǎn)生誤判(forking)。因

8、此需要將該公共標(biāo)識(shí)與特定的用戶實(shí)體進(jìn)行結(jié)合,因此這就是GRUU.GRUU分兩種,公共GRUU、臨時(shí)GRUU,前者映射公共用戶標(biāo)識(shí),而后者只在IMS域注冊(cè)狀態(tài)下存在,與公共用戶標(biāo)識(shí)無(wú)關(guān)。公共GRUU與臨時(shí)GRUU由IMS核心網(wǎng)在用戶注冊(cè)時(shí)對(duì)用戶進(jìn)行分配,SIP信令就是通過(guò)GRUU進(jìn)行特定用戶之間的尋址路由。2、 VOLTE 2IMS域核心網(wǎng)的網(wǎng)元、接口眾多,如果單純從IMS子系統(tǒng)的角度來(lái)看,各個(gè)網(wǎng)元、功能實(shí)體以及接口是如下這樣的如果需要全部掌握了解,需要花費(fèi)相當(dāng)?shù)墓Ψ?所以理解這些網(wǎng)元不可能眉毛胡子一把抓,需要循序漸進(jìn)。這里從IMS域內(nèi)的協(xié)議流程需要涉及的網(wǎng)元入手,逐步進(jìn)行摸索與理解。這里主要有

9、5個(gè)功能實(shí)體Proxy-CSCF、Interrogating-CSCF、Serving-CSCF和Breakout Gateway Control Function、MultimediaResource Function(其中MRF包含兩個(gè)邏輯網(wǎng)元MultimediaResource Function Controller和Multimedia Resource FunctionProcessor)。Proxy-CSCF全稱為Proxy-Call Session Control Function,只要是IMS域中涉及的會(huì)話流程,不可避免都要與P-CSCF、I-CSCF和S-CSCF這三個(gè)網(wǎng)元進(jìn)

10、行交互。P-CSCF比較好理解,類似一個(gè)代理服務(wù)器,主要負(fù)責(zé)接收服務(wù)請(qǐng)求并在IMS子網(wǎng)內(nèi)部中轉(zhuǎn)這些服務(wù)請(qǐng)求。如果需要中轉(zhuǎn)到其他的域,則要通過(guò)本地出口節(jié)點(diǎn)(IBCF)這個(gè)網(wǎng)元去實(shí)現(xiàn)。P-CSCF不僅轉(zhuǎn)發(fā)SIP注冊(cè)消息,同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)SIP消息到相應(yīng)的SIP服務(wù)器(S-CSCF)。在轉(zhuǎn)發(fā)SIP消息請(qǐng)求與反饋中,P-CSCF需要確保SIP消息中包含了當(dāng)前UE所處接入網(wǎng)的信息。除此之外,P-CSCF還有一些功能,包括檢測(cè)處理緊急呼叫請(qǐng)求、產(chǎn)生計(jì)費(fèi)話單、對(duì)會(huì)話的安全性管控、執(zhí)行SIP消息的壓縮與解壓縮、QoS管理、以及對(duì)于不同業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的檢測(cè)與處理。P-CSCF可以分別在拜訪地網(wǎng)絡(luò)以及歸屬地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)置,當(dāng)P

11、-CSCF設(shè)置在拜訪地網(wǎng)絡(luò),見(jiàn)下圖這兩種設(shè)置方式的區(qū)別在于,P-CSCF設(shè)置在拜訪地網(wǎng)絡(luò)時(shí),需要通過(guò)IBCF功能實(shí)體與不同域的S-CSCF進(jìn)行互聯(lián),而當(dāng)P-CSCF設(shè)置在歸屬地網(wǎng)絡(luò)時(shí),需要通過(guò)“發(fā)現(xiàn)”機(jī)制被UE來(lái)確定進(jìn)行信息交互,詳見(jiàn)3GPP 23.228 。簡(jiǎn)單的來(lái)看,P-CSCF功能實(shí)體起到了電信域與IMS域溝通互聯(lián)的作用,而IBCF則是不同IMS域之間的聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。Interrogating-CSCFI-CSCF是用戶接入IMS子系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn),這里容易和IBCF的功能混淆,其實(shí)這兩個(gè)功能實(shí)體有類似之處,只不過(guò)I-CSCF作為本域接入點(diǎn),而IBCF往往作為跨域(跨IMS域或者與I

12、MS域與其他IP多媒體網(wǎng)絡(luò))的出口或者訪問(wèn)節(jié)點(diǎn),這兩個(gè)功能上不同的邏輯節(jié)點(diǎn)往往可以合設(shè)為一個(gè)物理節(jié)點(diǎn)。除了二者對(duì)于所處IMS子系統(tǒng)的邏輯位置的不同,二者還是有很多相似之處。例如I-CSCF在UE注冊(cè)過(guò)程先從HSS獲取S-CSCF的地址,然后將該S-CSCF分配給該UE用來(lái)SIP注冊(cè),之后將SIP請(qǐng)求或者反饋路由到注冊(cè)的S-CSCF。I-CSCF在某些場(chǎng)景下還起到了地址翻譯的作用,當(dāng)需要進(jìn)行HSS位置查詢時(shí),I-CSCF需要提前將SIP請(qǐng)求里的SIP URI轉(zhuǎn)換成電信URI的格式,如果當(dāng)某些場(chǎng)合不需要對(duì)用戶尋址的時(shí)候,I-CSCF又可能起到了將電信URI翻譯成SIP URI的作用。另外當(dāng)會(huì)話的目

13、的地并不在IMS域內(nèi),I-CSCF又可以將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)出去,實(shí)際起到了IBCF的作用,或者直接回復(fù)接入失敗。I-CSCF域IBCF皆具有產(chǎn)生計(jì)費(fèi)話單的功能,這為漫游結(jié)算提供了支撐。Serving-CSCFS-CSCF是IMS子系統(tǒng)中極為重要的功能實(shí)體,主要負(fù)責(zé)會(huì)話控制服務(wù)。在IMS子系統(tǒng)中,可能存在多個(gè)S-CSCF邏輯網(wǎng)元,并且這些邏輯網(wǎng)元有各自不同的功能。S-CSCF可執(zhí)行如下功能1、 通過(guò)從HSS獲取的用戶信息完成注冊(cè)2、 當(dāng)UE在注冊(cè)階段上報(bào)支持GRUU能力,S-CSCF負(fù)責(zé)為UE分配唯一的P-GRUU,同時(shí)在每次重新注冊(cè)時(shí)分配唯一對(duì)應(yīng)的T-GRUU,并將該UE的GRUU分配情況反饋UE(當(dāng)

14、注冊(cè)信息改變的時(shí)候,例如T-GRUU改變的時(shí)候,S-CSCF也需要及時(shí)通知用戶),這有點(diǎn)類似EPS中MME在每次UE附著時(shí)為UE分配的TMSI的流程。3、 在注冊(cè)階段,S-CSCF還應(yīng)向P-CSCF和/或者UE提供基于公共用戶標(biāo)識(shí)的一些諸如用戶優(yōu)先級(jí)信息4、 對(duì)于注冊(cè)后的會(huì)話流程進(jìn)行管理,例如,在獲知用戶被禁止接入信息后,可以將會(huì)話流程拒絕掉。同時(shí),S-CSCF可以具備代理服務(wù)器或者用戶代理的一些功能,例如中轉(zhuǎn)服務(wù)請(qǐng)求或者獨(dú)立產(chǎn)生、終止SIP流程。對(duì)于主叫會(huì)話發(fā)起的流程,S-CSCF首先通過(guò)呼叫用戶的電話號(hào)碼或者SIP URI獲取呼叫用戶所在網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)地址,然后將SIP請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至該接入點(diǎn)。如

15、果主叫用戶和被叫用戶均在同一運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)下,則將SIP請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至該網(wǎng)絡(luò)下的I-CSCF網(wǎng)元。如果呼叫到PSTN網(wǎng)絡(luò)或者CS域,則需要將SIP請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至BGCF網(wǎng)元。同時(shí),S-CSCF需要確保主叫SIP請(qǐng)求和響應(yīng)的內(nèi)容符合IMS子網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)定義。如果INVITE消息里面包含用戶優(yōu)先級(jí)設(shè)置或者相應(yīng)的字符串,需要將這些信息同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)。值得注意的一點(diǎn),如果主叫請(qǐng)求來(lái)自于IMS內(nèi)部的應(yīng)用服務(wù)器,且該主叫請(qǐng)求所表征的用戶并沒(méi)有注冊(cè),那么S-CSCF需要先完成相應(yīng)的注冊(cè)流程,之后才會(huì)將來(lái)自應(yīng)用服務(wù)器的這些請(qǐng)求進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于被叫會(huì)話的流程,S-CSCF需要將SIP請(qǐng)求與響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)至P-CSCF,如果被叫

16、用戶位于PSTN或者電信網(wǎng)絡(luò)的CS域,S-CSCF需要修改SIP請(qǐng)求信息,并通過(guò)BGCF網(wǎng)元將請(qǐng)求或者反饋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如同對(duì)主叫會(huì)話流程的管理,在轉(zhuǎn)發(fā)SIP請(qǐng)求或者反饋的時(shí)候,需要確保SIP消息的格式滿足IMS子網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)定義。如果是跨IMS域的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā),S-CSCF需要將請(qǐng)求通過(guò)IBCF網(wǎng)元進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)。一如既往,S-CSCF也同樣兼具產(chǎn)生計(jì)費(fèi)話單功能。Breakout Gateway Control FunctionBreakout這個(gè)英文單詞的釋義為“突圍;中斷”,因此也就隱含了兩層意思,就是離開(kāi)IMS域,中轉(zhuǎn)到其他的域,例如PSTN/CS域等。BGCF起到了對(duì)被叫用戶的識(shí)別以及路由。如

17、果被叫用戶是本網(wǎng)絡(luò)的PSTN/CS域用戶,BGCF將下一跳路由到本網(wǎng)MGCF,后續(xù)由MGCF進(jìn)行與PSTN/CS域的交互。如果被叫用戶是位于其他網(wǎng)絡(luò)的PSTN/CS域用戶,那么BGCF會(huì)首先將下一跳路由到其他網(wǎng)絡(luò)的BGCF。如果被叫用戶位于其他的IMS網(wǎng)絡(luò),BGCF會(huì)將消息路由到該IMS網(wǎng)絡(luò)的I-CSCF(接入節(jié)點(diǎn))。Multimedia Resource Function多媒體資源功能可以被分成多媒體資源功能控制單元(MRFC)和多媒體資源功能處理單元(MRFP)兩個(gè)邏輯網(wǎng)元,如下圖所示電信網(wǎng)設(shè)計(jì)的基本架構(gòu)思想是將控制面與業(yè)務(wù)面進(jìn)行分離,例如在LTE核心網(wǎng)中,MME被設(shè)計(jì)用來(lái)進(jìn)行信令層面的處

18、理,而SGW/PGW則被設(shè)計(jì)用來(lái)對(duì)業(yè)務(wù)層面進(jìn)行處理。IMS的核心網(wǎng)功能實(shí)現(xiàn)也存在類似的思想,就是IMS域的控制面(信令面)與業(yè)務(wù)面。對(duì)于信令的處理可以在以上介紹的網(wǎng)元中實(shí)現(xiàn),如P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、BGCF等,對(duì)于媒體業(yè)務(wù)的處理主要位于應(yīng)用服務(wù)器中(AS),MRF(含MRFC和MRFP)的主要功能是媒體流的處理以及提供相應(yīng)的媒體資源,例如音頻編碼轉(zhuǎn)換、媒體業(yè)務(wù)分析、多媒體放音等等。3、 VOLTE-注冊(cè)信令流程對(duì)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)工程師而言,解讀電信網(wǎng)絡(luò)的信令是分析定位網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的有效手段之一。所謂兵馬未動(dòng),糧草先行,網(wǎng)絡(luò)信令就是先于業(yè)務(wù)流程的“糧草”,當(dāng)信令流程先打通時(shí),才能保障后

19、續(xù)業(yè)務(wù)流程的通暢與質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)信令不僅是UE與網(wǎng)絡(luò)信息交互的基礎(chǔ),同時(shí)也是各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間對(duì)話的“標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言”。對(duì)于IMS子系統(tǒng)中的信令也是同樣的道理,因此熟悉一些基本流程的信令對(duì)于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的排障、分析工作不無(wú)裨益。在IMS子系統(tǒng)中,只存在一種信令流程控制協(xié)議,就是Session Initiation Protocol,簡(jiǎn)稱SIP協(xié)議。該信令不僅存在于UE與P-CSCF之間的Gm接口,同時(shí)存在于IMS核心網(wǎng)其他眾多網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)之間的接口消息中,例如Mw,Mm,Mg,Mi,Mj,Mk,Mx等。值得注意的是,IMS網(wǎng)元之間的SIP協(xié)議可能與UE與網(wǎng)絡(luò)之間的SIP協(xié)議并不完全一樣。SIP協(xié)議最早起源于互聯(lián)

20、網(wǎng)機(jī)構(gòu)IETF所制定的多媒體通信協(xié)議,對(duì)于電信網(wǎng)絡(luò)的從業(yè)者來(lái)說(shuō),可能會(huì)相對(duì)比較陌生。對(duì)于傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng),大家耳熟能詳,涉及較多的諸如著名的7號(hào)信令,GPRS信令,NAS層協(xié)議,S1-AP協(xié)議,GTP-U隧道協(xié)議。而對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工程師而言,對(duì)于無(wú)線網(wǎng)協(xié)議(一般指的接入層協(xié)議)較熟悉的有GSM的RR信令,3G/4G網(wǎng)絡(luò)的RRC信令等。因此,看待SIP協(xié)議有時(shí)候需要拋開(kāi)固有的電信網(wǎng)絡(luò)思維,以互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的角度入手進(jìn)行理解。SIP是一個(gè)應(yīng)用層的信令控制協(xié)議。用于創(chuàng)建、修改和釋放一個(gè)或者多個(gè)參與者的會(huì)話。這些會(huì)話可以是Internet多媒體會(huì)議、IP電話或者多媒體分發(fā),其中最重要的應(yīng)用當(dāng)屬對(duì) V

21、oLTE(VoIP)會(huì)話流程的管理。SIP的一個(gè)重要特點(diǎn)是它不定義要建立的會(huì)話類型,而只定義如何管理會(huì)話,由于這樣的管控機(jī)制,對(duì)于眾多的基于IP的多媒體應(yīng)用(語(yǔ)音、視頻、音樂(lè)與視頻點(diǎn)播、交互式游戲)都可以由SIP協(xié)議來(lái)進(jìn)行管理。Session Description Protocal(SDP)則是對(duì)會(huì)話內(nèi)容定義的一種協(xié)議類型,它本身與傳輸控制協(xié)議無(wú)關(guān),僅僅可以看成對(duì)會(huì)話內(nèi)容的一種描述,例如,可以描述會(huì)話內(nèi)容是音頻,文本,視頻,短消息等。可以通俗把SIP比喻成維護(hù)管道的,對(duì)交互管道進(jìn)行控制的協(xié)議。而在管道里面走的內(nèi)容采取什么樣的格式,則是由SDP協(xié)議來(lái)進(jìn)行定義和描述。由于在電信網(wǎng)的視角觀察,IM

22、S的信令與媒體其實(shí)可以看成電信網(wǎng)的一種業(yè)務(wù),那么在UE發(fā)出SIP信令請(qǐng)求之前,首先需要為UE分配合適的IP-Connectivity Access Network(IP-CAN)承載,同時(shí)對(duì)于UE分配到的IP地址在IMS子系統(tǒng)中涉及的信令以及媒體業(yè)務(wù)需要保持一致。一個(gè)VoLTE語(yǔ)音電話,無(wú)非需要經(jīng)歷注冊(cè)/去注冊(cè)、IMS域內(nèi)主被叫,跨域主被叫,下面從IMS會(huì)話的的幾個(gè)關(guān)鍵信令流程進(jìn)行說(shuō)明:注冊(cè)如同4G網(wǎng)絡(luò)需要開(kāi)機(jī)或者outof service一段時(shí)間后進(jìn)行注冊(cè)附著流程一樣,IMS子系統(tǒng)的用戶同樣需要進(jìn)行在S-CSCF的注冊(cè),該IMS注冊(cè)流程可以在4G網(wǎng)絡(luò)完成注冊(cè)分配到了IP地址之后進(jìn)行。從注冊(cè)信

23、息流的意義來(lái)看,用戶總是位于漫游狀態(tài)發(fā)起的,換句話講,就是注冊(cè)流程對(duì)于用戶位于拜訪地網(wǎng)絡(luò)或者歸屬地網(wǎng)絡(luò)都是一樣的,只不過(guò)“漫游”在歸屬地網(wǎng)絡(luò)的用戶可以認(rèn)為其歸屬地網(wǎng)絡(luò)同時(shí)起到了拜訪地網(wǎng)絡(luò)和歸屬地網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元功能的作用。這句話說(shuō)的像協(xié)議一樣如老太太裹腳布一樣的嚴(yán)謹(jǐn)晦澀,其實(shí)說(shuō)白了就是單從注冊(cè)信令流程看,不區(qū)分漫游或非漫游用戶。對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工程師來(lái)講,一般只關(guān)注UE與網(wǎng)絡(luò)側(cè)交互的流程信令,至于IMS網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的信令交互,暫時(shí)可以放一放,這樣會(huì)使切入點(diǎn)更加直觀,流程的掌握更加高效。當(dāng)UE在接入網(wǎng)完成附著獲得IP分配后,就可以開(kāi)始進(jìn)行IMS域的注冊(cè)流程。UE首先將注冊(cè)信息發(fā)送給P-CSCF(當(dāng)然之前

24、需要進(jìn)行借助DHCP/DNS服務(wù)器進(jìn)行P-CSCF的“發(fā)現(xiàn)”流程),該注冊(cè)流程需要包含公共用戶標(biāo)識(shí),私有用戶標(biāo)識(shí),歸屬地網(wǎng)絡(luò)域名稱,UE分配的IP地址,UE實(shí)例標(biāo)識(shí),是否支持GRUU的指示。例如上圖,Sip Message = REGISTER sip: SIP/2.0這條消息就是Request-URI,主要標(biāo)識(shí)位置服務(wù)的域名,值得一提的是,與To標(biāo)頭域提供的內(nèi)容不同,Request-URI并不提供用戶名。From(f)與To(t)標(biāo)頭域包含的就是臨時(shí)公共用戶標(biāo)識(shí)(值得注意的是,460024211900023ims.mnc002

25、.就是私有用戶標(biāo)識(shí)),一般來(lái)講,如果不是第三方設(shè)備發(fā)起注冊(cè),這兩個(gè)標(biāo)頭域的內(nèi)容往往保持一致,其中含的內(nèi)容就是UE的IMSI信息,這里就是460024211900023;Call ID是對(duì)一組往返消息進(jìn)行標(biāo)識(shí),在該UE的每個(gè)注冊(cè)過(guò)程,Call-ID一般對(duì)于同一用戶的多次注冊(cè)流程都保持一致,同時(shí)對(duì)于同一用戶的不同會(huì)話要求有可能不同,例如,某次多媒體會(huì)議通話期間,對(duì)同一個(gè)用戶的邀請(qǐng)可能分配多個(gè)不同的Call ID,Call ID需要保持全球唯一(例如SIP Call ID,可采用IMEI填充),并且為了安全目的可以采取適當(dāng)?shù)募用軝C(jī)制;Cseq保證注冊(cè)請(qǐng)求的

26、順序,當(dāng)每次注冊(cè)請(qǐng)求發(fā)生的時(shí)候,Cseq的值應(yīng)該+1;Max-Forwards該值決定request消息在IMS內(nèi)部傳遞到目標(biāo)服務(wù)器所需經(jīng)歷的最大條數(shù),為了確保消息順利到達(dá),同時(shí)兼顧由于內(nèi)部循環(huán)導(dǎo)致的跳轉(zhuǎn)資源被過(guò)度消耗,該值一般設(shè)置為70,每一條以-1的方式進(jìn)行計(jì)算,直到0為止,將反饋483(too many hops)的錯(cuò)誤響應(yīng);Via(v)里面的信息主要說(shuō)明傳輸層的協(xié)議信息,例如這里傳輸層使用的協(xié)議就是TCP協(xié)議。同時(shí),還需含SIP 2.0,標(biāo)識(shí)著發(fā)送請(qǐng)求的協(xié)議名稱以及協(xié)議版本,另外,Via里還需要插入響應(yīng)發(fā)送的地址。這里還要包含branch參數(shù),除了CANCEL和ACK消息之外,該參數(shù)值

27、是唯一的,且前7位一定是z9hG4bK(RFC3261),該參數(shù)的主要作用是標(biāo)識(shí)SIP請(qǐng)求所創(chuàng)建的交互(UE與IMS網(wǎng)絡(luò)之間);m對(duì)應(yīng)的內(nèi)容進(jìn)行了媒體描述,首先包含媒體類型,例如這里的媒體類型就是視頻流(video),同時(shí)也包含接收媒體協(xié)議的端口號(hào),以及媒體格式描述(例如,傳輸包的格式描述)Authorization鑒權(quán)標(biāo)頭域中所含的內(nèi)容也有詳細(xì)的規(guī)定,例如username中含有的就是用戶私有標(biāo)識(shí),realm所含的是歸屬地網(wǎng)絡(luò)域名,uri所含的就是歸屬地域名的SIP URI格式,nonce中設(shè)置應(yīng)為空;Security-Client標(biāo)頭域指明了UE所支持的信令面的安全機(jī)制、IP層的安全機(jī)制算法

28、,同時(shí)還有安全協(xié)商所需要的參數(shù)。UE需要支持建立兩對(duì)安全協(xié)商機(jī)制。當(dāng)UE收到來(lái)自網(wǎng)絡(luò)401(Unauthorized)的響應(yīng)的時(shí)候,說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)UE進(jìn)行鑒權(quán)。其中最重要的一點(diǎn),UE需要校驗(yàn)Security-Server標(biāo)頭域所含的內(nèi)容,如果該項(xiàng)內(nèi)容未出現(xiàn)的在響應(yīng)消息里或者沒(méi)有包含安全協(xié)商所需要的相關(guān)參數(shù),UE可以丟棄這次的鑒權(quán)過(guò)程,另起爐灶的以新的call-ID發(fā)送新的注冊(cè)請(qǐng)求。當(dāng)校驗(yàn)通過(guò)后,UE需要根據(jù)P-CSCF要求和本身能力支持的鑒權(quán)算法同時(shí)結(jié)合IK和CK加密算法建立臨時(shí)的安全協(xié)商機(jī)制,并規(guī)定該臨時(shí)安全機(jī)制的有效時(shí)長(zhǎng)。接下來(lái),UE使用臨時(shí)安全協(xié)商機(jī)制再次發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求到P-CSCF受保護(hù)

29、端口(通過(guò)401 chanllenge獲?。?。除了初始未鑒權(quán)保護(hù)的注冊(cè)請(qǐng)求中的相關(guān)參數(shù),本次注冊(cè)請(qǐng)求中還應(yīng)包括如下參數(shù):realm:設(shè)為從401消息中收到的realm值;username:設(shè)為私有用戶標(biāo)識(shí);response:包含RES參數(shù);uri:設(shè)置為歸屬地網(wǎng)絡(luò)域名的SIP URI;algorithm:設(shè)為從401消息中收到的對(duì)應(yīng)值;nonce:設(shè)置為從401消息中收到的對(duì)應(yīng)值;P-Access-Network-Info標(biāo)頭域說(shuō)明了IMS承載的接入網(wǎng)絡(luò)類型,這里就是TD-LTE網(wǎng)絡(luò)(3GPP-E-UTRAN-TDD),同時(shí)還說(shuō)明了接入小區(qū)信息,utran-cell-id-3gpp=46000

30、18DA1A64B02;Security-Clientheader標(biāo)頭域說(shuō)明了UE所支持的媒體面加密機(jī)制情況。1、 當(dāng)P-CSCF收到注冊(cè)信息流的時(shí)候,P-CSCF需要通過(guò)歸屬地域名稱去確認(rèn)歸屬地的接入點(diǎn)( I-CSCF)。然后,P-CSCF需要將包含P-CSCF地址/名稱,公共用戶標(biāo)識(shí),私有用戶標(biāo)識(shí),P-CSCF網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí),UE IP地址等信息在注冊(cè)信息流利轉(zhuǎn)發(fā)到I-CSCF。名稱-地址解決機(jī)制被用來(lái)通過(guò)歸屬地域名解析出歸屬地的地址。P-CSCF網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)是用來(lái)被歸屬地網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)P-CSCF所在網(wǎng)絡(luò)的字符串。2、 I-CSCF需要將收到的信息發(fā)送給HSS進(jìn)行校驗(yàn)是否該用戶已經(jīng)注冊(cè)。同時(shí)HSS需要確

31、認(rèn)用戶是否允許注冊(cè)。3、 如果校驗(yàn)通過(guò),HSS將S-CSCF的名稱或S-CSCF的能力反饋給I-CSCF,以供I-CSCF進(jìn)行合適的S-CSCF選擇。如果校驗(yàn)不通過(guò),這里將反饋?zhàn)?cè)請(qǐng)求拒絕(reject)4、 I-CSCF從HSS獲取的S-CSCF名稱,通過(guò)名稱-地址解決機(jī)制獲取對(duì)應(yīng)的S-CSCF地址,將注冊(cè)請(qǐng)求發(fā)送給S-CSCF(含P-CSCF名稱/地址,公共用戶標(biāo)識(shí),私有用戶標(biāo)識(shí),歸屬地網(wǎng)絡(luò)域名稱,P-CSCF網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí),UE分配的IP地址)。如果對(duì)同一個(gè)公告標(biāo)識(shí)的注冊(cè)聯(lián)系地址超過(guò)S-CSCF預(yù)設(shè)的門限,S-CSCF可以拒絕該注冊(cè)請(qǐng)求。S-CSCF需要存貯拜訪地網(wǎng)絡(luò)P-CSCF的地址/名稱,

32、一旦有被叫呼叫,則可將信令請(qǐng)求進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),同時(shí)S-CSCF還需要記錄P-CSCF的網(wǎng)絡(luò)ID。5、 S-CSCF需要將公共用戶標(biāo)識(shí),私有用戶標(biāo)識(shí),S-CSCF名稱通過(guò)Cx接口發(fā)送HSS。6、 HSS存貯S-CSCF名稱,并將一些包含用戶名/地址或者安全的用戶信息發(fā)送給S-CSCF,以便用來(lái)進(jìn)行一些基于平臺(tái)的服務(wù)管控。7、 S-CSCF將存貯的用戶信息發(fā)送給服務(wù)平臺(tái),并進(jìn)行適合的服務(wù)管控。8、 S-CSCF將返回200 ok消息(包含歸屬地接入信息,GRUU組合)給I-CSCF。9、 如同上述,I-CSCF需要將200 ok消息(包含歸屬地接入信息,GRUU組合)轉(zhuǎn)發(fā)給P-CSCF,在轉(zhuǎn)發(fā)之后,I-

33、CSCF需要釋放存貯的相應(yīng)用戶注冊(cè)信息。10、 P-CSCF需要存貯歸屬地網(wǎng)絡(luò)接入信息,并將200 ok消息轉(zhuǎn)發(fā)給UE(含GRUU組)。UE在收到200 ok響應(yīng)之后,存貯此時(shí)的超時(shí)定時(shí)器,將P-Associated-URI header里面包含的第一個(gè)URI存儲(chǔ)為默認(rèn)的公共用戶標(biāo)識(shí),這里為<sip:+8618421195023>,并且將之進(jìn)行相應(yīng)的安全關(guān)聯(lián)。如果該標(biāo)頭域中不含該公共用戶標(biāo)識(shí),則認(rèn)為該標(biāo)識(shí)注冊(cè)被禁止。另外,UE需要變更前期的臨時(shí)安全協(xié)商機(jī)制固化為新建立的安全協(xié)商機(jī)制當(dāng)收到200 ok響應(yīng)后,UE

34、需要向S-CSCF訂閱注冊(cè)事件包。該消息中所含的參數(shù)意義如下:Sip Message =SUBSCRIBE sip:+8618421195023 SIP/2.0,說(shuō)明需要訂閱的公共用戶標(biāo)識(shí)的SIP URIf:需要包含公共用戶標(biāo)識(shí),這里+8618421195023其實(shí)就是電話號(hào)碼t:內(nèi)容與f一致o:事件標(biāo)頭域,應(yīng)設(shè)置為需要訂閱的“reg”事件包重新注冊(cè)UE需要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候發(fā)起重選注冊(cè)流程,例如以周期形式刷新已有的注冊(cè)信息或者響應(yīng)UE注冊(cè)信息的變動(dòng)。另外,當(dāng)承載IMS會(huì)話的IP-CAN發(fā)生了變化,UE也需要發(fā)起重新注冊(cè)流程。U

35、E重新注冊(cè)流程與上述UE注冊(cè)流程類似。UE需要與網(wǎng)絡(luò)側(cè)依據(jù)上次注冊(cè)時(shí)間同步更新周期注冊(cè)的定時(shí)器,只不過(guò)該定時(shí)器比網(wǎng)絡(luò)側(cè)的定時(shí)器略小。1、UE需要在網(wǎng)絡(luò)側(cè)的周期注冊(cè)定時(shí)器超時(shí)前發(fā)起重新注冊(cè)流程。UE將注冊(cè)信息發(fā)送給P-CSCF,其中需要含公共用戶標(biāo)識(shí)、私有用戶標(biāo)識(shí)、歸屬地域名、UE的IP地址、能力信息、IMEI標(biāo)識(shí)、是否支持GRUU的標(biāo)識(shí)。2、當(dāng)收到注冊(cè)請(qǐng)求后,P-CSCF并不用之前緩存的歸屬地網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)信息,而是重新通過(guò)歸屬地網(wǎng)絡(luò)名稱去發(fā)現(xiàn)歸屬地的接入點(diǎn)信息(I-CSCF)。P-CSCF會(huì)將注冊(cè)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給I-CSCF。后續(xù)注冊(cè)流程與前述一致。注冊(cè)取消注冊(cè)取消可以有兩個(gè)層面來(lái)發(fā)起,一個(gè)是UE層面

36、,另外一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)層面。UE層面的注冊(cè)取消流程與注冊(cè)發(fā)起流程是一致的,只不過(guò)注冊(cè)消息里面的超時(shí)時(shí)間設(shè)置為0秒,值得注意的注冊(cè)流程里的超時(shí)時(shí)間設(shè)置為600000秒。區(qū)別于注冊(cè)流程的有以下幾個(gè)步驟需要注意:1、 在注冊(cè)請(qǐng)求流程中將超時(shí)(expiration)值設(shè)置為0。4、當(dāng)I-CSCF發(fā)送S-CSCF尋址請(qǐng)求后,HSS根據(jù)該用戶公共標(biāo)識(shí)的注冊(cè)狀態(tài),將S-CSCF名稱發(fā)送給I-CSCF。6、S-CSCF收到注冊(cè)取消信令后,會(huì)將該消息轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)控制平臺(tái),服務(wù)控制平臺(tái)會(huì)將該公共用戶標(biāo)識(shí)訂閱的相關(guān)服務(wù)信息清除。7、根據(jù)運(yùn)營(yíng)商定制策略,S-CSCF會(huì)將含公共用戶標(biāo)識(shí)、私有用戶標(biāo)識(shí)、清除S-CSCF名稱或者保留

37、S-CSCF名稱的Cx接口信令發(fā)送HSS。HSS根據(jù)收到的清除S-CSCF名稱/保留S-CSCF名稱來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的S-CSCF名稱保留,即使保留S-CSCF名稱,后續(xù)HSS可以決定在任何時(shí)刻進(jìn)行清除。9、當(dāng)S-CSCF發(fā)出200 ok響應(yīng)信息給I-CSCF后,S-CSCF釋放該公共用戶標(biāo)識(shí)所有相關(guān)的注冊(cè)信息。11、當(dāng)P-CSCF發(fā)出200 ok響應(yīng)信息給UE后,P-CSCF釋放該公共用戶標(biāo)識(shí)相關(guān)的注冊(cè)信息,而如果存在關(guān)于IMS信令鏈接狀態(tài)的訂閱通知,P-CSCF需要取消該訂閱通知。網(wǎng)絡(luò)層面發(fā)起的注冊(cè)取消有些特殊情況下,例如終端沒(méi)電了,或者UE移出了服務(wù)區(qū),網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要發(fā)起對(duì)用戶的注冊(cè)取消流程。網(wǎng)絡(luò)

38、側(cè)發(fā)起注冊(cè)取消流程主要是為了在這些場(chǎng)景下對(duì)用戶后續(xù)提供穩(wěn)定有保障的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起的注冊(cè)流程取消僅僅針對(duì)IMS子系統(tǒng)內(nèi),與接入網(wǎng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。即IMS域注冊(cè)取消后,LTE網(wǎng)絡(luò)并不一定去附著。一般,IMS子系統(tǒng)發(fā)起注冊(cè)取消流程有如下的原因:網(wǎng)絡(luò)維護(hù):解決用戶重新注冊(cè)帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)缺失;網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù):當(dāng)用戶漫游到其他網(wǎng)絡(luò)而并沒(méi)有在源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行注冊(cè)取消;應(yīng)用服務(wù):由服務(wù)能力受限導(dǎo)致的注冊(cè)取消;訂閱管理:當(dāng)用戶欠費(fèi)、惡意欺詐、取消訂閱等等導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的IMS注冊(cè)取消。另外對(duì)于用戶變更服務(wù),也可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起IMS注冊(cè)取消。諸如以上的原因,網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起的注冊(cè)取消可以通過(guò)兩個(gè)流程觸發(fā),一個(gè)是注冊(cè)超時(shí),另外

39、一個(gè)則是強(qiáng)制流程。對(duì)于注冊(cè)超時(shí)而言,P-CSCF與S-CSCF各自維護(hù)一個(gè)定時(shí)器,這兩個(gè)定時(shí)器需要時(shí)間足夠接近,并且彼此之間不做同步。因此,當(dāng)S-CSCF定時(shí)器超時(shí)后,P-CSCF的定時(shí)器也認(rèn)為超時(shí),這樣P-CSCF可以直接將UE注冊(cè)取消,而不需要等待S-CSCF注冊(cè)取消的指令。詳見(jiàn)23.228.注冊(cè)取消流程可以由HSS、S-CSCF或者第三方網(wǎng)元(第三方網(wǎng)元通過(guò)HSS)發(fā)起,下圖說(shuō)明了由HSS(含通過(guò)HSS流程發(fā)起的第三方)發(fā)起的情況在這里不對(duì)注冊(cè)取消流程細(xì)節(jié)做詳細(xì)的說(shuō)明,不過(guò)需要提及值得注意的幾個(gè)關(guān)鍵步驟。對(duì)于步驟3,S-CSCF在向P-CSCF發(fā)起注冊(cè)取消流程的同時(shí),需要內(nèi)部同步該用戶的

40、注冊(cè)信息。如果收到HSS關(guān)于注冊(cè)取消的原因,可將原因一并轉(zhuǎn)發(fā)。一般由于UE不在服務(wù)區(qū)的原因,P-CSCF在向UE發(fā)出注冊(cè)取消流程后,不一定能收到UE的響應(yīng),這時(shí),PCSCF可以不必等待該200 ok響應(yīng),直接向S-CSCF發(fā)起響應(yīng)流程。下圖說(shuō)明的是由S-CSCF(或第三方網(wǎng)元通過(guò)S-CSCF)、服務(wù)控制平臺(tái)發(fā)起的注冊(cè)取消流程。于HSS發(fā)起的注冊(cè)取消流程唯一不同的是,S-CSCF在接收到P-CSCF注冊(cè)取消流程完成響應(yīng)之后,才通過(guò)Cx接口向HSS發(fā)送注冊(cè)信息清空流程。后記:初學(xué)VoLTE,感覺(jué)IMS涉及的協(xié)議SIP、SDP不像傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議那么標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。有時(shí),現(xiàn)網(wǎng)的一些實(shí)測(cè)log與協(xié)議描

41、述又不是完全的一致;有時(shí),由于精力的原因,光靠沒(méi)有太多的背景知識(shí),三兩手邊資料的個(gè)人解讀很難有多深入的理解。不過(guò),技術(shù)領(lǐng)域的更新?lián)Q代開(kāi)啟的思考與領(lǐng)悟的旅程也許才是網(wǎng)優(yōu)工程師最大的樂(lè)趣!4、 主叫信令流程注冊(cè)的目的是信息登記,并為后續(xù)的主被叫提前進(jìn)行了相應(yīng)的尋址。例如,主叫流程中信令所經(jīng)歷的網(wǎng)元路徑就是在注冊(cè)階段被分配好的,并在該UE注冊(cè)期間保持不變。IMS域的的主叫信令流程總覽如下:1、首先UE向P-CSCF發(fā)出SIP INVITE請(qǐng)求,包含初始SDP消息,該初始SDP消息包含一個(gè)多媒體會(huì)話的一個(gè)或多個(gè)媒體流。UE需要在INVITE消息了嵌入Accept:application/sdp,app

42、lication/3gpp-ims+xml,這里主要指明了MIME(MultipurposeInternet Mail Extensions)的業(yè)務(wù)格式類型(例如XML、HTML或者還是WMV等業(yè)務(wù)媒體格式),以便被服務(wù)器進(jìn)行正確的解碼處理,這一點(diǎn)在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中很普遍,如果沒(méi)有注明正確的類型,后果很難評(píng)估;P-Early-Media: supported,支持該消息意味著支持主叫早放,例如,當(dāng)收到180振鈴指示,UE按授權(quán)進(jìn)行相應(yīng)的媒體播放;P-Preferred-Identity: sip:+8613454444994,這里提供了用戶的公共標(biāo)識(shí),與后續(xù)從S-CSCF傳來(lái)的P-Asserted-Identity保持一致;P-Preferred-Service:urn:urn-7:3gpp-service.ims.icsi.mmtel, IMS Communication Service Identifier(ICSI),IMS通信服務(wù)標(biāo)識(shí)符在UE與網(wǎng)絡(luò)側(cè)標(biāo)記著應(yīng)用。UE通過(guò)該標(biāo)識(shí)符分發(fā)SIP消息到正確的應(yīng)用,而網(wǎng)絡(luò)側(cè)通過(guò)該標(biāo)識(shí)選擇正確的應(yīng)用服務(wù)器;a: *;+g.3gpp.icsi-ref=&quo

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