基于號(hào)碼攜帶的VoLTE網(wǎng)絡(luò)互通研究

1、 基于號(hào)碼攜帶的VoLTE網(wǎng)絡(luò)互通研究【摘要】：VoLTE能夠提供高清語音、視頻等多媒體業(yè)務(wù)，是LTE下唯一的、端到端的目標(biāo)語音解決方案。在深入研究VoLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和流程基礎(chǔ)上，對(duì)于支持號(hào)碼攜帶業(yè)務(wù)的國家和地區(qū)，重點(diǎn)研究了的不同運(yùn)營商VoLTE網(wǎng)絡(luò)之間的互通要求，給出了針對(duì)不同場(chǎng)景和階段的四種解決方案以及部署建議，對(duì)VoLTE互通部署有較強(qiáng)的借鑒意義?！娟P(guān)鍵詞】：VoLTE，IMS，互通，號(hào)碼攜帶中圖法分類號(hào)：TN915文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AResearch on VoLTE network interworking based on number portabilityMiao Yongsheng

2、 Ni Ming （Nanjing ZTE Software Co., Ltd. Nanjing 210000）Abstract: VoLTE network can provide multimedia services such as HD audio and video call.VoLTE is the target solution for audio service based on LTE access. On the research of VoLTE network architecture and process, based on multi-VoLTE interwor

3、king requirement for supporting number portability services country/region, the paper gives four effective solutions for different scenes and stage. At the same time, the paper gives deployment suggestion according to the solutions.It is helpful for defferent operator VoLTE network interworking.Key

4、words: VoLTE, IMS, VoLTE Interworking, Number Portability0 前言演進(jìn)到第四代無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（LTE/EPC，Long Term Evolution長(zhǎng)期演進(jìn)/ Evolved Packet Core演進(jìn)的分組網(wǎng)）對(duì)運(yùn)營商來說是大勢(shì)所趨1，VoLTE（Voice Over LTE，基于LTE的語音業(yè)務(wù)）能夠提供高清語音業(yè)務(wù)與消息、高清視頻等多媒體業(yè)務(wù)，以及同互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行融合，符合電信網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方向。GSMA（Global System for Mobile Communications assembly，GSM協(xié)會(huì)）和NGMN（Next Ge

5、neration Mobile Netwoks，下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟）都已經(jīng)宣布將VoLTE作為業(yè)界LTE下唯一的、端到端的目標(biāo)語音解決方案2。而目前只有同一個(gè)運(yùn)營商的客戶才能夠使用VoLTE業(yè)務(wù)，為了應(yīng)對(duì)OTT（Over The Top，過頂傳球）的競(jìng)爭(zhēng)，給客戶更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，不同電信運(yùn)營商之間的VoLTE互通的需求尤為緊迫。本文在深入研究VoLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和流程基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了支持號(hào)碼攜帶業(yè)務(wù)的國家和地區(qū)的不同運(yùn)營商VoLTE網(wǎng)絡(luò)之間的互通要求，提出了一些解決方案和部署建議。1 背景1.1 VolTE系統(tǒng)架構(gòu)VoLTE 系統(tǒng)架構(gòu)中，由LTE和EPC系統(tǒng)提供承載，由IMS（IP Mult

6、imedia Subsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)控制，實(shí)現(xiàn)端到端的基于分組域的語音、視頻業(yè)務(wù)。IMS作為控制核心，可以提供和電路域類似的語音業(yè)務(wù)及其補(bǔ)充業(yè)務(wù)，包括號(hào)碼顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫 等待、會(huì)議電話等。VoLTE網(wǎng)絡(luò)典型系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。圖1中主要包括UE、LTE（eNodeB）、EPC（MME、S-GW、P-GW）、IMS（A-SBC、P-CSCF、ATCF、I-CSCF、S-CSCF、AS、ENUM、MGCF、SLF/HSS）等網(wǎng)元。其中CSCF實(shí)現(xiàn)了呼叫控制；AS（Aplication Server）實(shí)現(xiàn)了類似2G/3G的多媒體電話補(bǔ)充業(yè)務(wù)3-5。圖1 VoLTE系

7、統(tǒng)架構(gòu)示意圖UE：終端eNodeB：演進(jìn)的節(jié)點(diǎn)BMME：移動(dòng)性管理實(shí)體S-GW：服務(wù)網(wǎng)關(guān)P-GW： PDN網(wǎng)關(guān)A-SBC：接入會(huì)話邊界控制P-CSCF代理呼叫會(huì)話控制ATCF：接入轉(zhuǎn)換控制功能I-CSCF：查詢呼叫會(huì)話控制S-CSCF：服務(wù)呼叫會(huì)話控制AS：應(yīng)用服務(wù)器ENUM：電話號(hào)碼映射工作組MGCF：媒體網(wǎng)關(guān)控制功能SLF/HSS：歸屬簽約用戶服務(wù)器IBCF：互連邊界控制功能TrGW：翻譯網(wǎng)關(guān)1.2 VoLTE與VoLTE網(wǎng)絡(luò)互通如果主、被叫用戶均采用VoLTE業(yè)務(wù)，LTE和EPC網(wǎng)絡(luò)對(duì)于VoLTE業(yè)務(wù)來說相當(dāng)于接入網(wǎng)，并不參與網(wǎng)絡(luò)互通。真正實(shí)現(xiàn)運(yùn)營商間的VoLTE網(wǎng)絡(luò)互通的是IMS系統(tǒng)。

8、也可以說VoLTE網(wǎng)絡(luò)的互通要求其實(shí)就是IMS網(wǎng)間的互通要求6。通常對(duì)于不支持號(hào)碼攜帶的國家/地區(qū)，跨運(yùn)營商的VoLTE互通，能夠根據(jù)被叫號(hào)碼的信息，獲知被叫用戶所歸屬的運(yùn)營商，從而實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)營商之間的互通。目前不同運(yùn)營商VoLTE網(wǎng)絡(luò)之間互通有如下幾種方案：方案一：主叫IMS網(wǎng)絡(luò)完成主叫業(yè)務(wù)后，主叫IMS網(wǎng)絡(luò)的SCSCF（server call session control function）或者BGCF（Breakout Gateway Control Function），根據(jù)被叫號(hào)碼的號(hào)段信息，路由業(yè)務(wù)請(qǐng)求到被叫號(hào)碼歸屬的IMS網(wǎng)絡(luò)7-10。方案二：出于安全考慮，跨運(yùn)營商之間都會(huì)部署邊

9、界網(wǎng)關(guān)。主叫IMS網(wǎng)絡(luò)完成主叫業(yè)務(wù)后，主叫IMS網(wǎng)絡(luò)的IBCF（Interconnection BorderControl Function），根據(jù)被叫號(hào)碼的號(hào)段信息，選擇被叫號(hào)碼歸屬的IMS網(wǎng)絡(luò)，將業(yè)務(wù)請(qǐng)求路由到被叫歸屬的IBCF網(wǎng)元。其中，信令面的互通網(wǎng)元是互聯(lián)邊界控制功能IBCF，互通協(xié)議采用SIP協(xié)議；媒體面的互通網(wǎng)元是過渡網(wǎng)關(guān)TrGW（Transition Gateway），互通協(xié)議采用RTP協(xié)議。方案三：由于CS電路域（Circuit Switching Domain）網(wǎng)絡(luò)是各移動(dòng)運(yùn)營商成熟的網(wǎng)絡(luò)，VoLTE與VoLTE 網(wǎng)絡(luò)可以通過主叫IMS網(wǎng)絡(luò)的SCSCF將業(yè)務(wù)請(qǐng)求路由到MGC

10、F（Media Gateway Control Function），由主叫電路域網(wǎng)絡(luò)路由到被叫電路域網(wǎng)絡(luò)，再由被叫電路域網(wǎng)絡(luò)路由到被叫IMS網(wǎng)絡(luò)。這種方案好處是通過電路域來路由保護(hù)了已有的投資，缺點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)跨運(yùn)營商的VoLTE高清語音、視頻業(yè)務(wù)。方案一和方案二類似，可以實(shí)現(xiàn)不支持號(hào)碼攜帶的國家/地區(qū)不同運(yùn)營商VoLTE網(wǎng)絡(luò)之間互通，方案三缺點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)跨運(yùn)營商的VoLTE高清語音、視頻業(yè)務(wù)。1.3 號(hào)碼攜帶下VoLTE網(wǎng)絡(luò)之間互通在網(wǎng)絡(luò)支持號(hào)碼攜帶業(yè)務(wù)后，用戶的號(hào)碼和運(yùn)營商不再具有簡(jiǎn)單對(duì)應(yīng)關(guān)系，現(xiàn)有網(wǎng)間互通根據(jù)被叫用戶號(hào)碼選路的方式被顛覆。號(hào)碼攜帶可以是攜入或者攜出，號(hào)碼攜帶業(yè)務(wù)開展后，對(duì)語

11、音業(yè)務(wù)路由的判斷采用被叫號(hào)碼+路由號(hào)碼RN（route number）綜合判斷的方式進(jìn)行，對(duì)于簽約號(hào)碼攜帶業(yè)務(wù)的被叫用戶則代之以RN為依據(jù)進(jìn)行后續(xù)接續(xù)路由。對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需要由主叫網(wǎng)絡(luò)通過與號(hào)碼攜帶數(shù)據(jù)庫（NPDB）交互信息來判斷用戶是否簽約號(hào)碼攜帶業(yè)務(wù)以及RN信息，以便主叫網(wǎng)絡(luò)根據(jù)RN信息選擇正確的歸屬運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通常部署MNP（Mobile Number Portable，移動(dòng)號(hào)碼攜帶），MNP中保存了號(hào)碼以及攜入攜出和RN等信息。支持號(hào)碼攜帶的國家和地區(qū)，跨運(yùn)營商VoLTE網(wǎng)絡(luò)之間的互通，就無法簡(jiǎn)單的通過被叫號(hào)碼進(jìn)行路由。雖然電路域是成熟網(wǎng)絡(luò)，支持查詢MNP并針對(duì)被叫號(hào)碼+RN完成路

12、由，但是如果VoLTE網(wǎng)絡(luò)之間通過傳統(tǒng)電路域互通，由于承載的限制，則無法實(shí)現(xiàn)高清語音、視頻業(yè)務(wù)。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，面對(duì)OTT的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，很多移動(dòng)運(yùn)營商正在加緊部署VoLTE網(wǎng)絡(luò)，不同移動(dòng)運(yùn)營商也在加強(qiáng)合作，2014年AT&T和Verizon共同宣布2015年正式實(shí)現(xiàn)VoLTE跨網(wǎng)兼容和互通。其他國家和地區(qū)如香港CSL、HKT、數(shù)碼通等運(yùn)營商之間也在進(jìn)行VoLTE互通測(cè)試或商用。因此號(hào)碼攜帶的國家/地區(qū)各運(yùn)營商VoLTE網(wǎng)絡(luò)之間互通方案顯得尤為重要和緊迫，必須能夠?qū)崿F(xiàn)支持號(hào)碼攜帶的不同運(yùn)營商VoLTE網(wǎng)絡(luò)之間互通，實(shí)現(xiàn)VoLTE高清語音、視頻業(yè)務(wù)。2 互通方案分析2.1 兩個(gè)VoLTE網(wǎng)絡(luò)間互通

13、方案1對(duì)于支持號(hào)碼攜帶的國家和地區(qū)，如果不同的運(yùn)營商之間進(jìn)行VoLTE網(wǎng)絡(luò)之間互通，那么就需要VoLTE和VoLTE直接互通，保證高清語音、視頻業(yè)務(wù)的正常開展。如果僅有兩個(gè)運(yùn)營商之間VoLTE互通，下面提供了一種ENUM互查解決方案。假設(shè)運(yùn)營商1的VoLTE用戶呼叫運(yùn)營商2的VoLTE用戶，基本流程如下，信令和媒體流向可參考圖2：1、運(yùn)營商1的主叫IMS網(wǎng)絡(luò)完成主叫業(yè)務(wù)后，主叫SCSCF查詢主叫網(wǎng)絡(luò)的ENUM；2、運(yùn)營商1的ENUM在本地查找被叫用戶，如果查詢不到則向運(yùn)營商2的ENUM查詢；3、運(yùn)營商2的ENUM返回查詢結(jié)果給運(yùn)營商1的ENUM，然后運(yùn)營商1的ENUM將查詢結(jié)果返回給SCSCF

14、；4、主叫IMS網(wǎng)絡(luò)的SCSCF/IBCF根據(jù)ENUM返回的結(jié)果，將業(yè)務(wù)請(qǐng)求路由到運(yùn)營商2的IMS網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)運(yùn)營商之間的VoLTE互通。由于支持號(hào)碼攜帶業(yè)務(wù)，號(hào)碼無法區(qū)分不同的運(yùn)營商，運(yùn)營商1的ENUM在本地查詢后，在對(duì)方開放ENUM查詢接口的前提下，再去嘗試查詢運(yùn)營商2的ENUM，這樣就能確認(rèn)被叫是否是運(yùn)營商2的VoLTE用戶，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)VOLTE網(wǎng)絡(luò)的互通。圖2：ENUM互查方案示意圖2.2 兩個(gè)VoLTE網(wǎng)絡(luò)間互通方案2方案1需要ENUM在本地查找無果后，再去對(duì)端IMS網(wǎng)絡(luò)查詢ENUN，在方案1的基礎(chǔ)上還有一種類似的解決方案2，需要SCSCF定制處理邏輯，既SCSCF首先查詢本

15、地ENUM，如果查詢不到則再查詢運(yùn)營商2的ENUM，SCSCF根據(jù)運(yùn)營商2的ENUM返回結(jié)果，將業(yè)務(wù)請(qǐng)求路由到運(yùn)營商2的IMS網(wǎng)絡(luò)，能達(dá)到方案1同樣的效果。方案2的示意圖如圖3所示。這兩個(gè)方案都需要運(yùn)營商給對(duì)方IMS網(wǎng)絡(luò)開放ENUM查詢接口。圖3：SCSCF查詢方案示意圖2.3 多個(gè)VoLTE網(wǎng)絡(luò)間互通方案3通常一個(gè)國家/地區(qū)，移動(dòng)運(yùn)營商會(huì)多于兩個(gè)，那么此時(shí)不同運(yùn)營商之間的VoLTE互通就存在更多的困難，在支持號(hào)碼攜帶的國家/地區(qū)，如果借鑒兩個(gè)VolTE互通方案，本地的ENUM需要不斷嘗試其他運(yùn)營商的ENUM，效率低，時(shí)延大，方案不可行。另外，傳統(tǒng)的電路域移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，為了解決號(hào)碼攜帶下的互通，通

16、常必須部署移動(dòng)號(hào)碼攜帶MNP，電路域網(wǎng)元查詢MNP得到號(hào)碼和RN信息，以便路由到正確的歸屬運(yùn)營商。IMS網(wǎng)絡(luò)目前和MNP網(wǎng)元沒有直接的接口，如果IMS網(wǎng)絡(luò)定制MAP接口直接查詢MNP，一方面會(huì)增加IMS的復(fù)雜度；另一方面會(huì)增加現(xiàn)網(wǎng)MNP的負(fù)荷。假設(shè)電路域后續(xù)不再查詢MNP，直接由IMS域查詢MNP，但是這樣對(duì)現(xiàn)網(wǎng)改動(dòng)較大，且不利于保護(hù)運(yùn)營商已有投資。因此在VoLTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期階段，本文提出了一種新的解決方案，實(shí)現(xiàn)了支持號(hào)碼攜帶的國家/地區(qū)的多VoLTE網(wǎng)絡(luò)之間的互通。如圖4所示，新方案需要部署一套share ENUM，該邏輯網(wǎng)元可以和IMS中ENUM網(wǎng)元進(jìn)行合設(shè)或者分設(shè)，share ENUM

17、從MNP中通過FTP同步文件方式，得到號(hào)碼/號(hào)段歸屬運(yùn)營商RN信息。當(dāng)運(yùn)營商1的主叫IMS網(wǎng)絡(luò)完成主叫業(yè)務(wù)后，主叫SCSCF查詢主叫網(wǎng)絡(luò)的ENUM，如果本地ENUM無查詢的用戶信息，則本地ENUM進(jìn)一步查詢share ENUM，share ENUM根據(jù)從MNP得到的用戶歸屬運(yùn)營商RN信息，決定去相應(yīng)運(yùn)營商的ENUM查詢，假設(shè)被叫號(hào)碼現(xiàn)在歸屬運(yùn)營商3，那么share ENUM直接查詢運(yùn)營商3的ENUM，并返回相應(yīng)的查詢結(jié)果，主叫IMS網(wǎng)絡(luò)通過查詢結(jié)果將業(yè)務(wù)請(qǐng)求路由到運(yùn)營商3。通過上述架構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了多VoLTE網(wǎng)絡(luò)的互通，保證了高清語音、視頻業(yè)務(wù)的正常開展。具體流程說明如下：1、MNP定時(shí)向sh

18、are ENUM同步FTP數(shù)據(jù)文件； 2、share ENUM根據(jù)從MNP同步的數(shù)據(jù)，得到號(hào)碼/號(hào)段對(duì)應(yīng)的運(yùn)營商信息，具體來說根據(jù)同步數(shù)據(jù)中RN信息獲知?dú)w屬運(yùn)營商信息； 3、主叫IMS網(wǎng)絡(luò)SCSCF針對(duì)被叫號(hào)碼，查詢本地ENUM，ENUM在本地查找無果后，進(jìn)一步查找share ENUM；4、share ENUM根據(jù)從MNP得到的號(hào)碼歸屬運(yùn)營商信息，查詢用戶歸屬運(yùn)營商開放的的ENUM，并返回查詢結(jié)果給本地ENUM； 5、主叫IMS網(wǎng)絡(luò)SCSCF/IBCF根據(jù)本地ENUM返回的結(jié)果，將業(yè)務(wù)請(qǐng)求路由到被叫歸屬的IMS網(wǎng)絡(luò)。通過該方案可以實(shí)現(xiàn)不同VoLTE之間的互通，且方案實(shí)現(xiàn)了VoLTE用戶通過IM

19、S網(wǎng)絡(luò)互通，非VoLTE用戶不增加IMS網(wǎng)絡(luò)的信令負(fù)荷，仍然通過傳統(tǒng)電路域與其它運(yùn)營商互通，保護(hù)了運(yùn)營商已有投資，同時(shí)減少了運(yùn)營商對(duì)IMS網(wǎng)絡(luò)的投資。圖4 share ENUM互通方案示意圖該方案要求互通的運(yùn)營商之間，開放ENUM查詢接口。對(duì)于個(gè)別運(yùn)營商，出于安全等其他考慮，如果不愿意開放接口又想實(shí)現(xiàn)VoLTE互通，本方案可以通過share ENUM上靜態(tài)預(yù)配置，share ENUM直接給查詢請(qǐng)求的本地ENUM構(gòu)造成功響應(yīng)，響應(yīng)結(jié)果的SIP URI組成包括：userpart部分為號(hào)碼，domain部分為歸屬運(yùn)營商的域名，再添加user=phone參數(shù)，這樣主叫IMS網(wǎng)絡(luò)同樣可以根據(jù)ENUM返回

20、的SIP URI路由并實(shí)現(xiàn)VoLTE互通。但是這樣一來，無論被叫是否是VoLTE用戶，都會(huì)通過IMS網(wǎng)絡(luò)路由到歸屬運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，這樣會(huì)增加運(yùn)營商IMS網(wǎng)絡(luò)的信令負(fù)荷，不利于保護(hù)運(yùn)營商已有的電路域投資。2.4 多個(gè)VoLTE網(wǎng)絡(luò)間互通方案4當(dāng)VoLTE網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展的后期，IMS用戶不斷增加，CS域用戶不斷減少，此時(shí)不光有VoLTE互通需求，還有IMS網(wǎng)絡(luò)承接非IMS號(hào)碼路由的需求。那么可以通過應(yīng)用服務(wù)器AS直接查詢MNP（移動(dòng)號(hào)碼攜帶）的方案實(shí)現(xiàn)VoLTE與VoLTE的互通，圖5是示意圖，主要流程如下：1、主叫IMS網(wǎng)絡(luò)SCSCF網(wǎng)元在做完主叫業(yè)務(wù)后，主叫側(cè)最后再次觸發(fā)AS，如MMTEL（Mult

21、i Media Telephony）AS；2、AS通過MAP接口直接查詢MNP，根據(jù)MNP返回的號(hào)碼攜帶RN信息在被叫號(hào)碼前面插入不同的前綴；3、SCSCF/IBCF根據(jù)號(hào)碼前綴將業(yè)務(wù)請(qǐng)求路由到不同的歸屬運(yùn)營商。通過該方案同樣可以實(shí)現(xiàn)VoLTE互通，且實(shí)現(xiàn)了非IMS用戶由IMS網(wǎng)絡(luò)路由的功能。電路域網(wǎng)元無需再查詢MNP，對(duì)于MNP沒有增加負(fù)荷消耗。如果歸屬運(yùn)營商不支持VoLTE網(wǎng)絡(luò)，那么SCSCF根據(jù)號(hào)碼前綴路由到MGCF，然后由電路域路由到歸屬網(wǎng)絡(luò)。圖5：MMTEL AS查詢MNP方案示意圖3 VoLTE互通部署建議對(duì)于不支持號(hào)碼攜帶業(yè)務(wù)的國家和地區(qū)，通過號(hào)碼/號(hào)段信息能夠知道被叫號(hào)碼所歸屬

22、的運(yùn)營商信息，現(xiàn)有方案能夠?qū)崿F(xiàn)不同運(yùn)營商之間的VoLTE互通。對(duì)于支持號(hào)碼攜帶業(yè)務(wù)的國家和地區(qū)，本文提出了幾種有效解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)支持號(hào)碼攜帶的不同運(yùn)營商VoLTE網(wǎng)絡(luò)之間互通。各種方案優(yōu)、缺點(diǎn)和部署建議參考下面表格：表1：VoLTE互通方案分析表格適用場(chǎng)景方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)部署建議兩個(gè)VoLTE網(wǎng)絡(luò)互通方案1實(shí)現(xiàn)互通，CSCF無需改動(dòng)；ENUM需要定制邏輯；要求對(duì)方網(wǎng)絡(luò)開放ENUM查詢接口；適用兩個(gè)VoLTE網(wǎng)絡(luò)之間互通方案2實(shí)現(xiàn)互通；ENUM無需改動(dòng)SCSCF需要定制邏輯；要求對(duì)方網(wǎng)絡(luò)開放ENUM查詢接口；適用兩個(gè)VoLTE網(wǎng)絡(luò)之間互通多個(gè)VoLTE網(wǎng)絡(luò)互通方案3對(duì)IMS和CS網(wǎng)絡(luò)改動(dòng)較小，保護(hù)了運(yùn)營商電路域已有投資MNP和ENUM之間同步方案實(shí)時(shí)性不足；需要部署share ENUM；適用于VoLTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期方案4僅需要MMTEL AS改動(dòng)，對(duì)互通網(wǎng)絡(luò)無特殊要求IMS網(wǎng)絡(luò)需要查詢MNP；IMS網(wǎng)絡(luò)需要承擔(dān)非IMS用戶的路由；適用于VoLTE網(wǎng)絡(luò)后期，IMS用戶較多場(chǎng)景4 結(jié)束語本文重點(diǎn)研究