VoWiFi与VoLTE的协同策略研究

崔沛东 戴国华 张婷

介绍了部分运营商商用VoWiFi的现状及部署策略，对VoWiFi与VoLTE协同的关键技术也做了介绍。对VoWiFi商用以及与VoLTE协同互操作存在的问题进行了分析，并给出了相应的策略建议。

VoWiFi VoLTE 切换

1 引言

VoLTE可以提升无线频谱利用率、降低网络覆盖成本、降低网络运维成本、提升用户基础通信体验等，同时基于IMS架构，可支持多种新型业务。这些优势成为全球运营商部署VoLTE的强大驱动力，使得VoLTE已经成为未来语音发展的必然趋势。VoWiFi可以使用户在没有LTE网络覆盖的区域通过Wi-Fi接入EPC网络，从而享受无差异的IMS业务。特别是VoLTE部署初期以及室内LTE信号质量较差的情况，VoWiFi能很好地弥补VoLTE覆盖的不足，提升用户体验。

现如今，越来越多的运营商已经部署并商用VoWiFi，终端和芯片厂商也积极推动VoWiFi的进程。作为VoLTE的补充，VoWiFi的商用使得VoWiFi+VoLTE的语音策略会带给用户更好的通话体验。这就要对二者的协同互操作进行进一步研究，包括协同的关键技术，VoWiFi与VoLTE的切换策略等。

2 VoWiFi的产业链现状及部署策略

2.1 运营商商用VoWiFi现状及部署策略

根据最新统计，目前全球已超过15个运营商部署了VoWiFi，具体商用情况如表1所示。

运营商会根据自己的需求定制不同的VoWiFi策略。如Verizon LTE网络覆盖较好，最初仅利用Wi-Fi分流高数据量的视频业务。2015年11月在三星S6/S6e两款终端上商用Wi-Fi Calling，用户通过下载软件更新的方式，可在家中、办公室及旅行途中通过Wi-Fi接入EPC进行语音及视频的呼叫业务。呼叫US号码全部免费，呼叫美国以外的号码按国际长途收费。目前Verizon在高端机（三星S6/iPhone）上进行认证测试（包括VoWiFi与VoLTE的无缝切换），后续也会在更多的终端机型上进行测试。据悉Verizon在VoWiFi和VoLTE的切换策略上采取VoLTE优先的策略来保证用户的通话质量。

T-Mobile USA由于LTE覆盖相对较差，在2011年即商用Wi-Fi Calling，2014年9月在全球首先推出基于ePDG架构的VoWiFi业务，终端使用iPhone 6/iPhone 6 Plus，支持VoWiFi与VoLTE的双向无缝切换。而ePDG架构本身开放性较强，可以通过任何Wi-Fi AP接入T-Mobile的EPC核心网，弥补了VoLTE覆盖不足的问题。由于针对VoWiFi的标准没有完善，如Wi-Fi接入下的紧急呼叫、ePDG接入的用户位置上报、IP Can变化后用户位置上报、接入域选择、被叫域选择等，因此T-Mobile USA当时推出的VoWiFi功能对终端、IMS网络有大量的定制化要求，特别是对终端定制化要求较高。

Sprint在未部署VoLTE的情况下已经商用VoWiFi来实现过渡，其已经为美国多家机场提供了VoWiFi服务，同时也通过与合作伙伴合作的方式，实现了全球200多个国家和地区的VoWiFi通话，这也使其综合竞争力得到了大幅提升。EE、Vodafone等欧洲运营商也已经商用VoWiFi；AT&T 2015年10月商用VoWiFi，目前也在高端机上进行测试验证。和欧美相比，亚洲运营商VoWiFi工作开展相对迟缓，韩国、日本运营商暂未部署VoWiFi；香港和记电讯2015年6月推出了VoWiFi服务；中国电信处于测试阶段；中国移动RCS融合通信中的“新通话”中包含VoWiFi模块，其VoWiFi业务能否同步开展还有待观望；据了解，中国联通采用APP的方式实现了VoWiFi商用。

2.2 芯片厂商及终端厂商对VoWiFi的支持情况

芯片方面：高通8974/8926/8928/8916/8939/8994/8992/8909/8929/8952/8996/9x25等均支持ePDG架构，后续的芯片也都支持；海思计划2016年支持VoWiFi和VoLTE的切换；MTK有MT6735/MT6753来支持。

终端方面：终端侧有着不同的VoWiFi实现方式，三星基于自己的方案在AP层实现了VoWiFi功能，D2/Summit Tech/Taqua等软件商提供了APP或是native的VoWiFi功能，主流的仍是基于芯片BP层实现VoWiFi。三星、LG、摩托罗拉等在北美均支持VoWiFi。

目前，虽然芯片、终端硬件基本支持ePDG架构，但终端实现VoWiFi及与VoLTE的切换仍需满足多项技术标准。如三星、LG、摩托罗拉等在北美均支持VoWiFi，但国内仍需推动软件侧支持VoWiFi的终端版本。

3 VoWiFi与VoLTE协同关键技术分析及

策略建议

终端实现Wi-Fi上的语音通话有多种形式。终端通过已有接口接入存量的MSC完成业务处理。终端通过SBC的方式直接连入IMS核心网，这种方式易于部署，早期T-Mobile即采用此种方式商用Wi-Fi Calling，目前一些终端软件方案解决商仍采用此种形式。基于S2a接口的形式标准和产业链支持程度较低，不支持Wi-Fi和LTE的无缝切换。传统OTT的方式，如微信、Skype等，此种形式语音通话质量较差且不支持VoLTE和VoWiFi的无缝切换。由于标准成熟度、产业链成熟度、互通性、可扩展性等因素，目前国际上商用VoWiFi的运营商均采用基于S2b接口的ePDG方案。GSMA国际标准组织更是明确了基于S2b接口的ePDG方案作为VoWiFi的主流方案。终端通过S2b接口方式接入EPC核心网，此时EPC网络将WLAN接入视为不可信接入，则必须通过ePDG接入EPC，终端和ePDG之间采用IPSec隧道承载数据，使不可信网络的网元无法感知数据传输，从而保证数据传输的安全性，再通过P-CSCF接入IMS实现VoWiFi功能。

3.1 VoWiFi与VoLTE的切换流程

（1）VoLTE切换至VoWiFi

终端进行VoLTE呼叫，当终端检测到LTE信号强度与Wi-Fi信号强度达到切换门限时，IMS PDN切换至Wi-Fi，VoLTE呼叫切换至VoWiFi。具体如图1所示。

UE通过LTE网络接入EPC网络，S-GW与P-GW间建立GTP隧道，通过P-CSCF接入IMS核心网，终端进行VoLTE业务。UE检测到Wi-Fi信号，同时LTE信号和Wi-Fi信号达到切换门限，终端发起切换。UE对Wi-Fi网络进行鉴权以及Wi-Fi网络对终端进行授权。Wi-Fi网络鉴权和授权成功后，触发附着流程。UE向ePDG发送IKE_AUTH request消息，发起认证请求，ePDG向3GPP AAA Server请求UE切换前连接的PDN相关信息及用户签约信息。ePDG根据切换前的P-GW地址选择P-GW，向P-GW发送Create Session Request消息，建立PDN连接。P-GW将自身的标识和APN信息发送给AAA Server服务器，并从AAA Server服务器上获取鉴权信息，更新用户信息。P-GW向ePDG返回Create Session Response消息，ePDG将P-GW分配给UE的IP地址传给UE，完成附着流程。UE和ePDG之间的IPSec隧道建立成功，ePDG和P-GW间的GTP隧道建立成功，UE可以通过Wi-Fi网络发送和接收IP数据报文。P-GW发起3GPP EPS Bearer Release流程，释放切换前LTE网络的EPS承载资源。当终端切换到Wi-Fi网络后，UE向P-CSCF发起重注册，刷新当前用户注册状态。终端在Wi-Fi上完成IMS注册，完成VoLTE至VoWiFi的切换。

（2）VoWiFi切换至VoLTE

UE通过ePDG接入EPC网络，P-GW通过S2b接口与ePDG建立GTP隧道，通过P-CSCF接入IMS核心网，终端进行VoWiFi业务。UE检测到LTE信号，同时LTE信号和Wi-Fi信号达到切换门限，终端发起切换。UE向MME发送PDN Connectivity Request消息，完成鉴权附着流程后，MME发送Modify Bearer Request消息给S-GW请求更新承载。P-GW向S-GW返回Modify Bearer Response。S-GW将Modify Bearer Response消息转发给MME，消息中携带EPS Bearer Identity，通知MME发生从Wi-Fi网络到LTE网络的切换。UE和S-GW之间的专有承载建立成功，S-GW和P-GW间的GTP隧道建立成功，UE通过LTE网络进行数据报文的接收和发送。P-GW通知3GPP AAA更新P-GW地址。P-GW发起Non-3GPP EPS Bearer Release流程，释放切换前Wi-Fi网络侧EPS承载资源。当终端切换到LTE网络后，UE向P-CSCF发起重注册，刷新当前用户注册状态。终端在LTE上完成IMS注册，完成VoWiFi至VoLTE的切换。

3.2 VoWiFi与VoLTE的切换策略

目前国际标准对VoWiFi和VoLTE切换的具体策略没有明确要求，运营商可根据自己的网络覆盖、用户量等定制符合自己需求的切换策略。

（1）基于用户选择的切换策略

VoLTE相对于VoWiFi有着更好的语音质量保障，而免费Wi-Fi已经培养了用户的使用习惯，免费的VoWiFi同样有着强大的吸引力。终端上可设置Wi-Fi优先或LTE优先供用户选择，这就要求终端对应不同设置有不同的切换策略。当用户设置Wi-Fi优先时，用户应当在Wi-Fi和LTE覆盖均较好的网络下优先发起VoWiFi电话，在Wi-Fi信号强度较差或者丢失的情况下切换至VoLTE，在Wi-Fi信号强度较好时，切换至VoWiFi。当用户设置LTE优先时，用户应当在Wi-Fi和LTE覆盖均较好的网络下优先发起VoLTE电话，在LTE信号强度较差或者丢失的情况下切换至VoWiFi，在LTE信号强度较好时，切换至VoLTE。空闲态时的IMS PDN切换规则和通话中保持一致。基于用户的选择在终端实现上较为繁琐，同时不利于运营商对VoWiFi的战略部署。

（2）基于运营商要求的切换策略

运营商可根据自己商用VoWiFi以及VoLTE的战略部署定制符合自己的切换策略。此时需考虑终端是否开放给用户进行网络优先的选择，因为运营商定制的切换规则直接反映了网络优先的策略。如运营商保障用户的通话质量，将VoWiFi作为VoLTE的补充，弥补部分地区及室内覆盖的不足，可设定切换规则为：在Wi-Fi和LTE覆盖均较好的网络下发起VoLTE电话；在LTE信号强度较差或者丢失的情况下切换至VoWiFi；在LTE信号强度较好时，忽略Wi-Fi强度，直接切换至VoLTE。若终端无网络优先选择设置，则空闲态时的IMS PDN切换规则和通话中保持一致；若终端仍有网络优先选择设置，则空闲态和通话中的IMS PDN切换规则相对独立以避免冲突，用户选择的设置反映空闲态IMS PDN的优先策略，控制呼叫建立的网络，而运营商仍可控制通话中的切换策略，虽然此种策略能兼顾运营商及用户的需求，但会提升语音的切换率，影响用户体验而且会增加网络负荷。

综上所述，建议运营商基于自己的需求设定切换策略，同时避免用户进行网络选择。

3.3 VoWiFi与VoLTE的切换门限

终端发起VoWiFi与VoLTE的切换流程离不开切换门限的制定。切换门限可根据切换策略设定不同的值。如LTE高门限、LTE低门限、Wi-Fi高门限、Wi-Fi低门限等。高低门限的差值可根据运营商自己的配置及策略设定。建议通过语音质量、不同的切换场景等测试设定具体的门限值。

3.4 VoWiFi与VoLTE协同的其他问题

终端在数据连接态时VoLTE通话与VoWiFi通话的无缝切换（LTE数据业务连接态特指终端在无VoLTE通话时的LTE RRC_Connected状态），评估语音对数据的影响以及数据对切换的影响，在不同终端进行VoWiFi与VoLTE的兼容性，VoWiFi与VoLTE的切换时延及用户感知等，建议针对这些VoWiFi与VoLTE的协同问题进一步研究验证以提高用户体验。

4 结束语

随着国内外运营商VoLTE及VoWiFi的商用，运营商实现VoWiFi与VoLTE的协同互操作需定制符合战略需求的切换策略，二者的协同技术需进一步研究与测试。相信未来VoWiFi与VoLTE协同的语音策略能给用户带来更好的语音体验。

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