VoLTE网络域选原理分析与优化

2020-11-29 12:44
科技传播 2020年9期
关键词:号码语音终端

1 概述

当前移动核心网逐步向IMS 网络演进,VoLTE语音业务开始大规模商用,手机的语音与数据业务均可通过2/3/4G 网络承载。VoLTE 是3GPP 标准定义的,基于IMS 网络的LTE 语音解决方案。通过IMS 网络,移动运营商不仅可以实现传统的语音、短消息业务,还可以将语音通话与丰富的增强功能相整合,提供多样化的服务。VoLTE 终端对于网络的选择更加复杂,本文主要分析VoLTE 网络的域选原理,并通过实例分析域选失败的原因,提出针对性的优化措施。

2 VoLTE 域选技术实现原理

2.1 VoLTE 用户主叫域选

当前大部分VoLTE 手机终端除了支持VoLTE 高清通话,同时也会支持CSFB 和CS 域呼叫。那么当用户在使用“打电话”软件(应用程序)拨号的时候,终端使用什么方式(应用协议)发起呼叫,取决于终端当时所处的网络情况。而网络的选择是由终端与网络能力指示进行匹配,最终决定终端驻留在哪个网络。

2.1.1 终端支持的语音能力

终端向MME 发起附着请求,Attach Request消息中包含Voice domain preference and UE's usage setting 信元用来携带终端的语音能力。该信元包含两层内容:

1)Voice domain preference:表明终端支持那种语音方式或更偏好于使用哪种语音方式,有4 种取值方式:CS Voice only(只支持CSFB)、IMS PS Voice only(只支持VoLTE)、CS Voice preferred IMS PS Voice as secondary(同时支持CSFB 和VoLTE,但优选CSFB)、IMS PS Voice preferred CS Voice as secondary(同时支持CSFB 和VoLTE,但优选VoLTE)。

2)UE's usage setting:表明终端设置为语音优先(Voice centric)还是数据优先(Data Centric)。如果LTE 终端上设置数据优先,只要EPC 网络数据业务可用,终端就会驻留在4G 的LTE网络,而不管当前网络是否能够提供CSFB 或者VoLTE 的语音业务。该信元有两种取值方式:Voice centric(以语音业务为中心)、Data centric(以数据业务为中心)。

2.1.2 网络支持的语音能力

EPC 网络的语音能力是网络通过Attach 和TAU响应消息向终端指示网络是否支持VoLTE 或CSFB。

1)网络CSFB 能力的指示:Attach Accept 和TAU Accept 消息中会携带“EPS attach result/EPS update result”信元和“Additional update result”信元,向终端指示网络是否支持CSFB。

2)网络VoLTE 能力的指示:Attach Accept和TAU Accept 消息中也会携带“EPS network feature support”信元,其中包括“IMS voice over PS session indicator”标志位。该标志位用来指示网络是否支持VoLTE。同时也会指示网络是否支持紧急呼叫。

2.2 VoLTE 用户被叫域选

由于呼叫发起时,被叫用户可能在LTE 网络中,也有可能在2G、3G 网络。IMS 网络中SCC AS 网元(T-ADS)会通过sh 接口向HSS 查询用户当前所处的网络信息,来决定向电路域发起CS 呼叫还是向分组域发起VoLTE 呼叫,这个过程就是被叫域选。目前常用的被叫域选方案是单域注册方案。单域注册是指:UE 从MME 接入时,MME 从S6a 接口向HSS发起Update Location流程时,指示HSS进行单注册,HSS 应该向SGSN 发起Cancel Location 流程注销UE 的SGSN 位置信息,HLR/HSS 仅保留UE 的MME 位置信息。当UE 在SGSN 与MME 之间移动时,HSS 保存网络信息如下:

1)UE 从SGSN 移动至MME:现网HSS 默认支持双注册,通过MME 向HSS 发送Update Location 消息时会将single-registration-indication 标识置为1,指示HSS 进行单域注册。HSS 在收到单注册指示后,会向用户之前注册的SGSN 发送“SGSN Update Procedure”类型的Cancel Location 消息,同时删除注册的SGSN 号码。这种情况下,用户在4G 网络时HSS 中只有MME 信息。

2)UE 从MME 移动至SGSN:SGSN 的Gr 接口MAP 协议无法携带单注册指示,而HSS 当前默认配置支持双注册。这种情况下,UE 移动到2、3G 网络后,SGSN 在向HLR/HSS 发送位置更新后,HLR/HSS 不会清空MME 信息。

综上,MME 去HSS 做位置更新时HSS 会清空SGSN 的GT。而SGSN 去HSS 位置更新时,HSS 不会清空MME 的hostname。这就表明,只要HSS 上有SGSN 的信息,就说明用户当前处在2G、3G 网络,IMS 网络应向电路域呼叫被叫。反之,如果HSS 上没有SGSN 信息,只有MME 信息,那就表明用户当前处在4G 网络,IMS 网络应向分组域呼叫。使用这种判断方式,HSS 就可以给SCC AS 提供准确的被叫域选信息。

3 VoLTE 用户域选失败原因分析与优化

在VoLTE 业务实际应用中,笔者发现当手机关掉VoLTE 语音开关,改在4G 网络注册后存在被叫接续失败的可能。

3.1 定位失败原因,跟踪信令流程

1)首先被叫锚定至IMS 域。被叫归属HSS 根据签约锚定业务(T-CSI)得到CAMEL 业务键SCP GT 通过SRI RSP 返回给主叫MSC,主叫MSC 根据SCP GT 发送IDP 消息到Anchor AS。

2)Anchor AS 根据业务键在被叫号码前插1014450 得到IMRN 号码返回给主叫MSC,MSC 根据IMRN 路由至IMS 域。

3)MGCF 删除锚定前缀,完成被叫号码还原后发送INVITE 至I-CSCF,I-CSCF 通过HSS 返回的能力集获取S-CSCF。

4)S-CSCF 通过查询HSS 触发IFC,首先触发到MMTEL AS 查询补充业务,再触发SCC AS 做被叫域选。

5)SCC AS 通过UDR 消息向被叫归属IMS HSS查询T-ADS 信息。HSS 通过UDA 返回T-ADS 域选信息。其中:IMSVoiceOverPSSessionSupport=1,RATtype=1004,域选结果为IMS 域。

6)被叫在IMS 域接续失败,呼叫释放。

3.2 分析失败原因,定位故障

当手机终端关闭VoLTE 功能后,终端改为在3/4G 网络联合位置更新,语音通过CSFB 实现。按照现网双域注册原则,此时MME 上有用户附着信息,但是并未建立IMS VPN 专有承载。此时HSS 根据IMSVoiceOverPSSessionSupport=0 应该返回给SCC AS 的域选结果为CS 域,并返回CSRN 号码。呼叫路由至2/3G 网络接续。但是实际测试中发现,HSS返回的域选结果仍然是IMS 域,因为用户未在IMS注册,因此导致接续失败。这种情况是因为手机注销VoLTE 网络失败,而网络侧因为定时器未超时未主动发起注销。HSS 认为用户仍然注册在IMS 域,而实际上手机终端已注册在4G 网络,因此返回了错误的域选结果。在一些特殊场景中有概率发生,例如在双卡双待手机一卡通话时,或者手机终端原因发起注销失败。优化措施及建议:通过在IMS 网络增加IMS 寻呼失败重选配置,即VoLTE 寻呼失败,IMS 网络会重新域选到2/3G 网络获取CSRN 漫游号码进行寻呼。

3.3 域选优化措施及建议

通过在SCC AS 上增加IMS 寻呼失败重选配置,即VoLTE 寻呼失败,10s 后SCC AS 会重新获取CSRN 漫游号码寻呼。

4 结论

当前并且在一段时间内,VoLTE 语音解决方案主叫域选都会采用VoLTE 与CSFB/CS 呼叫并存的方式。手机主叫时通过终端与网络能力指示选择网络,被叫时IMS 通过域选结果决定向分组域发起VoLTE呼叫或CS 域发起呼叫。VoLTE 手机关掉VoLTE 功能后,终端主动向IMS 网络发起注销,如果没发送就是网络侧根据手机与AS 的心跳链接定时器超时发起注销。因为手机终端原因或者HSS 侧没有更新用户状态,认为用户没有发起注销,返回的域选结果仍然是IMS 域导致寻呼失败。为避免域选失败导致呼叫失败,可以通过增加IMS 寻呼失败重选配置的方式来解决。即在IMS 域寻呼失败,IMS 网络会再次获取CSRN 漫游号码路由至2/3G 寻呼。

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