LTE下有两种通话方式:
1.VOLTE(Voice over Long-Term Evolution)即在LTE下通过数据域进行通话;
2.CSFB(circuit Switched Fallback)即从LTE回落到3G或者2G下进行通话,默认联通是回落到3G下通话,移动是回落到2G下通话
下面分别介绍这两种方式下的通话机制:
volte流程介绍:
VOLTE是基于SIP协议的语音通话,所有与IMS交互的信令全部为SIP信令,在理解VOLTE信令方面必须对SIP信令进行了解,EPC只是做为业务承载体
SIP 提供了发现机制,如果用户要发起和另一个用户的会话,SIP 必须发现可到达目的用户的当前主机,注册将记录地址 URI 和一个或者多个联系地址相关联,这样才能进行呼叫等业务。
严格意义上说,SUBSCRIBE和NOTIFY过程不属于注册过程,但由于该过程在注册完成后紧跟着出现,所以本文将该过程放在注册流程中进行说明。用户的注销过程与注册过程相似。用户的注销过程与注册过程相似,主要就是注销请求中,expire值为0,所以本文中不再进行单独说明,注销过程无SUBSCRIBE信令,是因为UE注册时已有SUBSCRIBE。
注册流程介绍:
IMS注册过程
信令说明如下:
1. UE进行Attach,建立QCI=9的默认承载,并使用IMS APN建立PDN连接;
2. 建立立QCI=5的默认承载,用于传送SIP信令;
3. UE通过QCI=5的默认承载向IMS发起注册请求;
4. P-CSCF通过HSS获知用户信息不在数据库中,便向终端代理回送401
Unauthorized 质询信息,其中包含安全认证所需的令牌;
5. 终端将用户标识和密码根据安全认证令牌加密后,再次用REGISTER消息报Unauthorized 质询信息,其中包含安全认证所需的令牌;
6. P-CSCF将REGISTER 消息中的用户信息解密,验证其合法后,IMS核心网将该用户信息登记到数据库中,并向终端返回成功响应消息200 OK;
7. 用户向IMS订阅注册事件包;
8. 服务器应答订阅成功;
9.IMS 服务器发送notify消息,由于订阅的用户已经注册,所有IMS服务器回应Notify消息中状态为active,同时携带XML信息
VoLTE 通话流程介绍,具体如下流程:
续下面的图
整个VoLTE通话过程
通话流程各个阶段介绍
1、用户发起呼叫,CM 通知IMS ,IMS 创建并发送INVITE 消息
Reliable provisional responses (100 Rel)
SDP for audio codec support
2、当LTE栈接收到该消息时,它启动一个服务请求过程。 RRC层执行RACH过程以进入RRC连接状态并发送该消息。
3、LTE栈发送INVITE 消息
a、INVITE到达P-CSCF1。 它通过I-CSCF路由到服务UE的S-CSCF。 S-CSCF确定目的地可通 过IMS(不是CS /固定电话用户)到达并转发请求到相应的I-CSCF。 该消息最终被传递给服务UE2的PGW通过其P-CSCF(P-CSCF2)。
b、UE2在E-UTRAN上寻呼,并执行RACH过程以响应LTE寻呼
c、INVITE消息被发送到UE2并被路由到IMS客户端2。
4、P-CSCF1向IMS客户端1发送100:Trying,以指示INVITE已被转发到目的地。
5、IMS client2 响应180 Ringing
180(Ringing)消息在SDP中仅包含一个编解码器选择
180(Ringing)消息通过INVITE消息之后的反向路径到达IMS客户端1。
6、当P-CSCF1和P-CSCF2收到180(振铃)消息时,它们触发专用承载的网络启动推送。 P-CSCF通过与PCRF建立Diameter会话触发网络发起的专用EPS承载创建。 这是通过发送一个包含以下内容的AARequest完成的:
由IMS PDN分配给UE的IP地址
媒体组件描述,它在180(Ringing)消息中指定来自SDP的编解码器和业务流模板(TFT)
7、响应于步骤6中的AA-Requsest消息,PCRF使用从P-CSCF获得的IP地址来识别IP连通性接入网络(IP-CAN)会话。 它使用在IP-CAN会话建立期间从HSS /用户简档库(SPR)下载的QoS策略信息和从P-CSCF接收的媒体描述来确定用于承载语音业务的专用EPS承载的QoS和过滤器信息。 它通过发送带有QoS信息和FlowDescription字段的(直径)RAR命令来执行IP-CAN会话修改
QoS-Information specifies QCI, ARP, GBR/MBR parameters.
For GPRS Tunneling Protocol (GTP), this command reaches PGW.
8、在GTP的情况下,PGW通过基于接收到的RAR命令的Flow-Description字段安装分组过滤器来创建S5 EPS承载。 它向SGW发送创建承载请求。 该消息包含EPS承载QoS,S5 / S8-Tunnel-ID,TFT和LBI(专用承载链接到的默认承载的EPS承载ID)。
9、SGW向MME发送包含EPS承载QoS,S1-Tunnel-ID,TFT和LBI的创建承载请求。
10、MME为专用承载选择EPS bearer ID。 它创建NAS消息激活专用EPS承载上下文请求消息,并在称为承载建立请求的MME消息中将其发送到eNB。 重要的领域是:
承载建立请求,其中包含EPS承载ID,EPS QoS,S1-Tunnel-ID和NAS消息
激活专用EPS承载上下文请求消息,指定EPS承载ID,TFT,QoS参数和LBI的NAS消息。
11、eNB将EPS承载QoS映射到无线承载QoS。 它发送RRC连接重配置消息,该消息包含链接到EPS承载ID的数据无线承载(DRB),该承载ID能够在无线电级别保证QoS。 RRC连接重配置也包含来自MME的NAS消息。
12、当UE使用RRCConnection重配置完成确认无线承载激活时,eNB向MME发送承载建立响应,指示可以分配EPS承载QoS。 该消息包含EPS承载ID和S1-Tunnel-ID。
如果eNB没有资源,它会回应失败。
13、UE中的NAS层以UL信息传输消息中的NAS消息激活专用EPS承载上下文接受进行响应。 而且,当网络发起的专用承载被创建时,LTE栈:
使用NAS消息/ RRC消息的内容来创建到无线承载的业务流之间的映射。
预计安装的UL TFT在SDP应答中具有目的地IP地址/端口,并且在SDP报价中具有广告的源IP /端口的DL TFT。
14、eNB在UL NAS传输中将NAS消息转发给MME。
15、The MME sends a Create Bearer Response message to the SGW
16、The SGW sends a Create Bearer Response message to the PGW.
17、The PGW sends an RAR response message to the PCRF
18、收到RAR响应消息后,PCRF向P-CSCF发送AA-Answer命令,指示专用承载建立成功。
19、UE1中的IMS客户端发送PRACK SIP消息。 该PRACK消息通过与步骤3中相同的一组节点到达UE2上的IMS客户端。
20、UE2中的IMS客户端在接收PRACK时以200(OK)响应。 此响应确认PRACK并接受SDP-Offer。
UE2中的IMS客户端在接收到确认180(振铃)的PRACK之后提醒用户。
21、当目标用户应答呼叫时,IMS客户端2向源IMS客户端1发送200(OK)消息。 该消息用作初始INVITE消息的200(OK)。
22、IMS客户端1用ACK确认200(OK),媒体流已准备好建立
CSFB流程介绍
主叫CSFB流程说明
1) UE发起CS Fallback语音业务请求。UE语音拨打时,会发一条extended service request,消息里会携带CSFB信息。其中service-type信元指示业务类型为始发CSFB语音业务,同时携带该UE在联合附着过程中CS域给它分配的TMSI。之后会在基站的辅助下回落至2G。
2) MME发送Initial Context Setup Request消息给eNodeB,包含CS Fallback Indicator。该消息指示eNodeB,UE因CS Fallback业务需要回落到UTRAN/GERAN。
3) eNodeB要求UE开始系统的小区测量,并获得UE上报的测量报告,确定重定向的目标系统小区。然后向UE发送目标系统具体的无线配置信息,并释放连接。LTE网络通过RIM流程(无线消息管理流程)提前获取2G目标小区广播信息,将2G网络的广播信息一并填充至RRC Release消息中下发,省去终端读取2G广播信息的时间(约省1.83秒)
4) UE接入目标系统小区,发起CS域的业务请求CM Service Request。如果CM业务请求消息中携带“CSMO”标志,则MSC Server记录本次呼叫是移动始端CSFB呼叫。
5) 如果目标系统小区归属的MSC Server与UE附着EPS网络时登记的MSC Server不同,则该MSC Server收到UE的业务请求时,由于没有该UE的信息,可以采取隐式位置更新流程,接受用户请求。如果MSC Server不支持隐式位置更新,且MSC Server没有用户数据,则拒绝该用户的业务请求。如果MSC Server拒绝用户的业务请求会导致UE发起一个CS域位置更新流程。终端发起位置更新请求,且位置更新请求消息中的Additional update parameters信元中携带CSMO标识,同时该标识有效,则MSC Server会记录本次呼叫是CSFB呼叫。(CS fallback紧急呼叫流程中,CM_SERVICE_REQUEST消息前无需位置更新。)
6)完成位置更新后UE再次在 CS域建立语音呼叫流程。
7) 通话结束后,MSC Server向主叫回落到的BSC发送的拆线消息CLEAR_COMMAND消息中携带CSFB Indication信元,指示BSC拆除空口连接并指示UE回到LTE网络。 或者MSC Server向主叫回落到的RNC发送IU_RELEASE_COMMAND消息,携带End Of CSFB信元,指示RNC拆除空口连接并指示UE回到LTE网络。
8) MSC收到BSC的CLEAR_COMPLETE消息/RNC的IU_RELEASE_COMPLETE消息表示呼叫结束,A口拆链完成。接入侧在指示终端重选网络时只针对CSFB用户通话前携带LTE频点,实现CSFB终端快速返回LTE,快速回落过程也称为FastReturn(用户不可及时间可缩短为1-2秒。)。
2.6.2 CSFB被叫流程
MSC Server收到对UE的被叫语音请求,通过存在的SGs关联和MME信息,向该MME发起寻呼请求。MME通过eNodeB在空口寻呼该UE,并指示UE回落到目标GERAN/UTRAN网络。UE接入到目标网络后,在电路域继续进行语音呼叫。
被叫CSFB流程说明
1) GMSC Server向被叫用户归属HLR发送取路由信息请求。
2) HLR收到该SRI消息后,向被叫用户当前附着到的old MSC Server获取漫游号码。
3) old MSC Server为该次呼叫分配漫游号码MSRN1,并返回给HLR。
4) HLR将该漫游号码发送给GMSC。
5) GMSC收到该漫游号码后,进行号码分析,根据分析结果将呼叫路由到old MSC Server。
6) MSC Server收到IAM入局(例如中继ISUP入局)消息后,根据存在的SGs关联和MME信息,发送SGsAP-PAGING-REQUEST(携带IMSI,TMSI,Service indicator ,CLI,LAC)消息给MME。
7) MME发送Paging消息给eNodeB。eNodeB发起空口的Paging流程。
8) UE建立连接并发送Extended Service Request消息给MME(消息中携带“CSMT”移动终端标识)。
9) MME发送SGsAP-SERVICE-REQUEST消息给MSC Server。MSC Server收到此消息,不再向MME重发寻呼请求消息。为避免呼叫接续过程中,主叫等待时间过长,MSC Server收到包含空闲态指
示的SGs Service Request消息,先通知主叫,呼叫正在接续过程中。
10) MME发送Initial UE Context Setup消息给eNodeB,包含CS Fallback Indicator。该消息指示eNodeB,UE因CSFB业务需要回落到UTRAN/GERAN。
11) UE回落到CS域之后,UE检测到当前的位置区信息和存储的位置区不同,将发起位置更新。MSC Server收到UE发送的LOCATION_UPDATE_REQUEST消息。这种情况下,UE不需要回Paging Response给MSC Server,UE直接发送SETUP消息建立呼叫。如果位置更新消息中携带“CSMT”标志,则MSC Server记录本次呼叫是CSFB呼叫。
12) 伴随着空口、A/Iu-CS接口连接的建立,UE回Paging Response消息给MSC Server,该消息中携带CSMT标识,即使BSC/RNC没有向该UE发起过寻呼请求,也需要能处理UE的寻呼响应。如果寻呼响应消息中的位置区信息和VLR中保存的不一致,则VLR在业务接入成功之后将SGs关联置为非关联。
13) 建立CS呼叫。
14)通话结束后,指示BSC/RNC拆除空口连接并指示UE回到LTE网络。
15) MSC收到BSC的CLEAR_COMPLETE消息/RNC的IU_RELEASE_COMPLETE消息表示呼叫结束。接入侧在指示终端重选网络时只针对CSFB用户携带LTE频点,实现CSFB终端快速返回E-UTRAN。FastReturn方案也需要网络的支持,如果网络不支持,则通过网络优先级的方式返回LTE(一般为最高优先级)
如下log流程:
CSFB流程
VoLTE和CSFB的有缺点:
csfb需要2g3g网络和4g网络重叠覆盖,这样驻留4g的手机在拨语音呼叫zhidao时候可以回滚到2g3g大多数手机都支持csfb,lte网络初始阶段都要csfb方式支持语音,但是呼叫时延长volte是在lte网络覆盖达到绝大部分区域时候部回署,优点是使用4g一张单独的网络就支持语音和数据业务,不需要2g3g网络的帮助,呼叫时延短。但是需要手机端支持。
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