基于号码携带的VoLTE网络互通研究

缪永生　倪明

摘要：认为VoLTE技术能够提供高清语音、视频等多媒体业务，是LTE下唯一的、端到端的目标语音解决方案。针对号码携带的国家/地区中各运营商VoLTE网络之间互通，提出了4种方案以及部署建议，从而实现了不同运营商VoLTE网络之间互通，对全球VoLTE网络互通有较强的借鉴和指导意义。

关键词：VoLTE；IMS；互通；号码携带

演进到第4代无线数据网络对运营商来说是大势所趋[1]，基于LTE的语音业务（VoLTE）能够提供高清语音业务与消息、高清视频等多媒体业务，以及同互联网业务进行融合，符合电信网络演进方向。全球移动通信系统协会（GSMA）和下一代移动通信网络联盟（NGMN）都已经宣布将VoLTE作为业界长期演进/（LTE）下唯一的、端到端的目标语音解决方案[2]。而目前只有同一个运营商的客户才能够使用VoLTE业务，为了应对过顶传球（OTT）的竞争，给客户更好的业务体验，不同电信运营商之间的VoLTE互通的需求尤为紧迫。

文章在深入研究VoLTE网络架构和流程基础上，重点研究了支持号码携带业务的国家和地区的不同运营商VoLTE网络之间的互通要求，提出了一些解决方案和部署建议。

1 VoLTE网络互通概况

1.1 VoLTE系统架构

在VoLTE系统架构中，由LTE和演进的分组网（EPC）系统提供承载，由IP多媒体子系统（IMS）系统提供业务控制，实现端到端的基于分组域的语音、视频业务。IMS作为控制核心，可以提供和电路域类似的语音业务及其补充业务，包括号码显示、呼叫转移、呼叫 等待、会议电话等。VoLTE网络典型系统架构如图1所示。图1中主要包括终端（UE）、LTE（eNodeB）、EPC（移动性管理实体（MME）、服务网关（S-GW）、PDN网关（P-GW））、IMS（接入会话边界控制（A-SBC）、代理呼叫会话控制（P-CSCF）、接入转换控制功能（ATCF）、查询呼叫会话控制（I-CSCF）、服务呼叫会话控制（S-CSCF）、应用服务器（AS）、电话号码映射工作组（ENUM）、媒体网关控制功能（MGCF）、签约位置功能/归属签约用户服务器（SLF/HSS））等网元。其中呼叫会话控制（CSCF）实现了呼叫控制，AS实现了类似2G/3G的多媒体电话补充业务[3-5]。

1.2 VoLTE与VoLTE网络互通

如果主、被叫用户均采用VoLTE业务，LTE和EPC网络对于VoLTE业务来说相当于接入网，并不参与网络互通。真正实现运营商间的VoLTE网络互通的是IMS系统，也可以说VoLTE网络的互通要求其实就是IMS网间的互通要求[6]。

通常对于不支持号码携带的国家/地区，跨运营商的VoLTE互通，能够根据被叫号码的信息，获知被叫用户所归属的运营商，从而实现不同运营商之间的互通。目前不同运营商VoLTE网络之间互通有如下的几种方案：

（1）主叫IMS网络完成主叫业务后，主叫IMS网络的S-CSCF，根据被叫号码的号段信息，路由业务请求到被叫号码归属的IMS网络[7-10]。

（2）出于安全考虑，跨运营商之间都会部署边界网关。主叫IMS网络完成主叫业务后，主叫IMS网络的互连边界控制功能（IBCF）根据被叫号码的号段信息，选择被叫号码归属的IMS网络，并将业务请求路由到被叫归属的IBCF网元。其中，信令面的互通网元是IBCF，互通协议采用会话发起协议（SIP）；媒体面的互通网元是转换网关（TrGW），互通协议采用实时传输协议（RTP）。

（3）由于电路交换域（CS）网络是各移动运营商成熟的网络，VoLTE与VoLTE 网络可以通过主叫IMS网络的S-CSCF将业务请求路由到MGCF，由主叫电路域网络路由到被叫电路域网络，再由被叫电路域网络路由到被叫IMS网络。这种方案的好处是通过电路域来路由保护了已有的投资，缺点是无法实现跨运营商的VoLTE高清语音、视频业务。

方案1和方案2类似，可以实现不支持号码携带的国家/地区不同运营商VoLTE网络之间互通，方案3缺点是无法实现跨运营商的VoLTE高清语音、视频业务。

1.3 号码携带下VoLTE网络之间互通

在网络支持号码携带业务后，用户的号码和运营商不再具有简单对应关系，现有网间互通根据被叫用户号码选路的方式被颠覆。号码携带可以是携入或者携出，号码携带业务开展后，对语音业务路由的判断采用被叫号码+路由号码（RN）综合判断的方式进行，对于签约号码携带业务的被叫用户则代之以RN为依据进行后续接续路由。对移动网络需要由主叫网络通过与号码携带数据库（NPDB）交互信息来判断用户是否签约号码携带业务以及RN信息，以便主叫网络根据RN信息选择正确的归属运营商网络。移动网络通常部署移动号码携带（MNP），MNP中保存了号码以及携入携出和RN等信息。

支持号码携带的国家和地区，跨运营商VoLTE网络之间的互通，就无法简单通过被叫号码进行路由。虽然电路域是成熟网络，支持查询MNP并针对被叫号码+RN完成路由，但是如果VoLTE网络之间通过传统电路域互通，由于承载的限制，则无法实现高清语音、视频业务。

在移动互联网时代，面对OTT的市场竞争，很多移动运营商正在加紧部署VoLTE网络，不同移动运营商也在加强合作，2014年AT&T和Verizon共同宣布2015年正式实现VoLTE跨网兼容和互通。其他国家和地区如香港CSL、HKT、数码通等运营商之间也在进行VoLTE互通测试或商用。因此号码携带的国家/地区各运营商VoLTE网络之间互通方案显得尤为重要和紧迫，必须能够实现支持号码携带的不同运营商VoLTE网络之间互通，从而实现VoLTE高清语音、视频业务。

2 VoLTE互通方案分析

2.1 两个VoLTE网络间互通方案

2.1.1 方案1

对于支持号码携带的国家和地区，如果不同的运营商之间进行VoLTE网络之间互通，那么就需要VoLTE和VoLTE直接互通，以保证高清语音、视频业务的正常开展。如果仅有两个运营商之间VoLTE互通，则可以采用下面提供的ENUM互查解决方案。假设运营商1的VoLTE用户呼叫运营商2的VoLTE用户，信令和媒体流向可参考图2。

（1）运营商1的主叫IMS网络完成主叫业务后，主叫S-CSCF查询主叫网络的ENUM。

（2）运营商1的ENUM在本地查找被叫用户，如果查询不到则向运营商2的ENUM查询。

（3）运营商2的ENUM返回查询结果给运营商1的ENUM，然后运营商1的ENUM将查询结果返回给S-CSCF。

（4）主叫IMS网络的S-CSCF/IBCF根据ENUM返回的结果，将业务请求路由到运营商2的IMS网络，实现两个运营商之间的VoLTE互通。

由于支持号码携带业务，号码无法区分不同的运营商，运营商1的ENUM在本地查询后，在对方开放ENUM查询接口的前提下，再去尝试查询运营商2的ENUM，这样就能确认被叫是否是运营商2的VoLTE用户，实现两个VOLTE网络的互通。

2.1.2 方案2

方案1需要ENUM在本地查找无果后，再去对端IMS网络查询ENUN。在方案1的基础上还有一种类似的解决方案2，需要S-CSCF定制处理逻辑，即S-CSCF首先查询本地ENUM，如果查询不到则再查询运营商2的ENUM，S-CSCF根据运营商2的ENUM返回结果，将业务请求路由到运营商2的IMS网络，能达到方案1同样的效果。方案2的如图3所示。这两个方案都需要运营商给对方IMS网络开放ENUM查询接口。

2.2 多个VoLTE网络间互通方案

2.2.1 方案1

通常一个国家/地区，移动运营商会多于两个，不同运营商之间的VoLTE互通会存在更多的困难。在支持号码携带的国家/地区，如果借鉴两个VoLTE互通方案，本地的ENUM需要不断地尝试其他运营商的ENUM，但效率低、时延大，方案不可行。

另外，传统的电路域移动网络，为了解决号码携带下的互通，通常必须部署移动号码携带（MNP），电路域网元查询MNP得到号码和RN信息，以便路由到正确的归属运营商。IMS网络目前和MNP网元没有直接的接口，如果IMS网络定制MAP接口直接查询MNP，一方面会增加IMS的复杂度；另一方面则会增加现网MNP的负荷。

假设电路域后续不再查询MNP，直接由IMS域查询MNP，但是这样对现网改动较大，且不利于保护运营商已有投资。因此在VoLTE网络建设初期阶段，我们提出了一种新的解决方案，实现了支持号码携带的国家/地区的多VoLTE网络之间的互通。

如图4所示，新方案需要部署一套共享ENUM，该逻辑网元可以和IMS中ENUM网元进行合设或者分设。共享ENUM从MNP中通过文件传输协议（FTP）同步文件方式，得到号码/号段归属运营商RN信息。当运营商1的主叫IMS网络完成主叫业务后，主叫S-CSCF查询主叫网络的ENUM。如果本地ENUM无查询的用户信息，则本地ENUM进一步查询共享 ENUM，共享ENUM根据从MNP得到的用户归属运营商RN信息，决定去相应运营商的ENUM查询。假设被叫号码现在归属运营商3，那么共享ENUM直接查询运营商3的ENUM，并返回相应的查询结果，主叫IMS网络通过查询结果将业务请求路由到运营商3。通过上述架构，实现了多VoLTE网络的互通，保证了高清语音、视频业务的正常开展。具体流程说明如下：

（1）MNP定时向共享 ENUM同步FTP数据文件。

（2）共享ENUM根据从MNP同步的数据，得到号码/号段对应的运营商信息，即根据同步数据中RN信息获知归属运营商信息。

（3）主叫IMS网络S-CSCF针对被叫号码，查询本地ENUM，ENUM在本地查找无果后，进一步查找共享ENUM。

（4）共享ENUM根据从MNP得到的号码归属运营商信息，查询用户归属运营商开放的ENUM，并返回查询结果给本地ENUM。

（5）主叫IMS网络S-CSCF/IBCF根据本地ENUM返回的结果，将业务请求路由到被叫归属的IMS网络。

通过该方案可以实现不同VoLTE之间的互通，并且可以实现VoLTE用户通过IMS网络的互通，非VoLTE用户不增加IMS网络的信令负荷，仍然通过传统电路域与其他运营商互通，这样保护了运营商的已有投资，与此同时还可以减少运营商对IMS网络的投资。

该方案要求互通的运营商之间，开放ENUM查询接口。对于个别运营商，出于安全等因素考虑，如果不愿意开放接口又想实现VoLTE互通，可以采用本方案。本方案可以通过共享 ENUM上静态预配置，然后直接给查询请求的本地ENUM构造成功响应，响应结果的SIP统一资源标识符（SIP URI）组成包括：userpart部分为号码，domain部分为归属运营商的域名，如再添加user=phone参数，这样主叫IMS网络同样可以根据ENUM返回的SIP URI路由并实现VoLTE互通。无论被叫是否是VoLTE用户，都会通过IMS网络路由到归属运营商网络，这样就会增加运营商IMS网络的信令负荷，不利于保护运营商已有的电路域投资。

2.2.2 方案2

在VoLTE网络不断发展的后期，IMS用户不断增加，CS域用户不断减少，此时不光有VoLTE互通需求，还有IMS网络承接非IMS号码路由的需求。那么可以通过AS直接查询MNP的方案实现VoLTE与VoLTE的互通。图5是该方案的示意图，主要流程如下：

（1）主叫IMS网络S-CSCF网元在做完主叫业务后，主叫侧最后再次触发AS，如多媒体电话（MMTEL）AS。

（2）AS通过MAP接口直接查询MNP，根据MNP返回的号码携带RN信息，能够在被叫号码前面插入不同的前缀。

（3）S-CSCF/IBCF可以根据号码前缀将业务请求路由到不同的归属运营商。

通过该方案同样可以实现VoLTE互通，且实现了非IMS用户由IMS网络路由的功能。电路域网元无需再查询MNP，对于MNP没有增加负荷消耗。如果归属运营商不支持VoLTE网络，那么S-CSCF根据号码前缀路由到MGCF，然后由电路域路由到归属网络。

3 VoLTE互通部署建议

对于不支持号码携带业务的国家/地区，通过号码/号段信息能够知道被叫号码所归属的运营商信息，现有方案能够实现不同运营商之间的VoLTE互通。

对于支持号码携带业务的国家和地区，我们提出了几种有效解决方案，能够实现支持号码携带的不同运营商VoLTE网络之间互通。各种方案优、缺点和部署建议，见表1。

4 结束语

我们重点研究了支持号码携带业务的国家和地区中不同运营商VoLTE网络之间的互通要求，并提出了4种有效解决方案，实现了不同运营商VoLTE网络之间互通。目前部分方案已经在香港地区进行了验证，方案可行，用户业务体验良好。这对于全球VoLTE网络互通有较强的借鉴意义。

参考文献

[1] 李中科， 梁斌， 廖芳芳. VoLTE和CS语音补充业务一致性方案研究[J]. 邮电设计技术， 2014（2）： 6-10

[2] 朱斌， 文涛， 符刚. VoLTE部署关键问题研究[J]. 邮电设计技术， 2014（2）： 1-5

[3] 刘扬， 张秀莹. 号码携带业务对IMS网络互通影响分析[J]. 邮电设计技术， 2012（5） ： 29-32

[4] 王志松， 刘冬梅， 张林林. VoLTE中的业务域部署方案[J]. 移动通信， 2014（3）： 57-62

[5] 缪永生. 通用引导架构在IMS网络中应用研究[J]. 中兴通讯技术， 2014， 20（4）： 40-43.doi： 10.3969/j.issn.1009-6868.2014.04.010

[6] 许慕鸿. LTE语音目标解决方案_VoLTE技术[J]. 现代电信科技， 2013（11） ： 33-45

[7] 3GPP TS 23.228 IP Multimedia Subsystem （IMS） [S]

[8] 3GPP TS 24.229 IP Multimedia Call Control based on SIP and SDP[S]

[9] 3GPP TS 23.221 Architectural Requirements Stage 1 [S]

[10] 3GPP TS 22.228 Service Requirements for the IP Multimedia Core Network Subsystem Stage 1 [S]