VoLTE系统架构与信令流程ppt课件.ppt

1、VoLTE系统架构与信令流程,IMS R5 参考模型 (简化),SGW,UE,MGCF,Mw,SLF,Cx,HSS,Cx,MGW,Mn,Mj,Mi,Mr,MRFC,Sh,ISC,MRFP,S-CSCF,Databases,Interworking Elements,Services Elements,IMS 网络可分为如下几个部分 Session Mgmt 记录所有注册UE的IP地址 通过IMS AKA对用户鉴权 从HSS中下载用户信息与业务数据 路由被叫用户信息到P-CSCF，主叫用户信息到I-CSCF、BGCF或AS 负责任务控制与紧急呼叫处理 通过DNS进行E.164到SIP URI (

2、Universal resource identifier)之间的转换 进行媒体策略控制，维护任务执行时间 向CCF发送计费信息,I-CSCF,Gm,Mw,Dx,GGSN,Visited Domain,Home Domain,BGCF,Session Management and Routing,P-CSCF,Go,PDF,Source: THE IMS, IP Multimedia concepts & services in the mobile domain,第 5 页,Mp,Databases,Databases (HSS and SLF),SGW,UE,MGCF,Mw,SLF,Cx,

3、Cx,MGW,Mn,Mj,Mi,Mr,MRFC,Sh,ISC,MRFP,S-CSCF,AS,HSS(Home Subscriber Server) 存储与IMS有关的用户与服务信息，包括 IMS相关功能 包含CS域的HLR/AUC功能 包含PS域的HLR/AUC功能 HSS中包含用户标识、注册信息、接入参数与业务触发信息 (3GPP TS 23.002, 23.003. 23.008) SLF(Subscription Location Function) 用于协助I-CSCF、S-CSCF与AS找到存储该用户信息的HSS,I-CSCF,Gm,Mw,Dx,GGSN,Visited Domain

4、,Home Domain,BGCF,P-CSCF,Go,PDF,Source: THE IMS, IP Multimedia concepts & services in the mobile domain,HSS,第 6 页,Services Elements,Service Elements (MRFC, MRFP) (1/2),SGW,UE,MGCF,Mw,SLF,Cx,HSS,Cx,MGW,Mn,Mj,Mi,Mr,MRFC,Sh,ISC,MRFP,S-CSCF,AS,MRFC(Multimedia Resource Function Controller) 支持与承载有关的业务 (co

5、nferencing, announcements, transcoding) 支持与S-CSCF通过SIP互通并且通过MEGACO控制MRFP 向CCF发送计费信息 MRFP(Multimedia Resource Function Processor) 按照MRFC的要求提供用户面的资源,I-CSCF,Gm,Mw,Dx,GGSN,Visited Domain,Home Domain,BGCF,P-CSCF,Go,PDF,Source: THE IMS, IP Multimedia concepts & services in the mobile domain,Mp,第 7 页,Mp,Se

6、rvices Elements,Service Elements (AS) (2/2),SGW,UE,MGCF,Mw,SLF,Cx,HSS,Cx,MGW,Mn,Mj,Mi,Mr,MRFC,Sh,ISC,MRFP,S-CSCF,AS,Application Server (AS) 提供IMS的业务 接收与处理来自IMS的SIP请求 发送SIP请求 向CCF与OSC发送计费信息,I-CSCF,Gm,Mw,Dx,GGSN,Visited Domain,Home Domain,BGCF,P-CSCF,Go,PDF,Source: THE IMS, IP Multimedia concepts & se

7、rvices in the mobile domain,第 8 页,Mp,Interworking Elements,Interworking Elements (BGCF, MGCF) (1/2),SGW,UE,MGCF,Mw,SLF,Cx,HSS,Cx,Mn,Mj,Mi,Mr,MRFC,Sh,ISC,MRFP,S-CSCF,AS,I-CSCF,Gm,Mw,Dx,GGSN,BGCF,P-CSCF,Go,PDF,MGW,Breakout Gateway Control Function(BGCF) 用于选择合适的MGCF进行互通 通过ENUM DNS按照被叫的E.164号码选择合适的MGCF

8、Media Gateway Control Function(MGCF) 用于执行IMS与CS域的互通 执行不同域之间的协议转换（BICC, ISUP与SIP）,Visited Domain,Home Domain,Source: THE IMS, IP Multimedia concepts & services in the mobile domain,第 9 页,Mp,Interworking Elements,Services Elements,Interworking Elements (MGW, SGW) (2/2),SGW,UE,MGCF,Mw,SLF,Cx,HSS,Cx,Mn,

9、Mj,Mi,Mr,MRFC,Sh,ISC,MRFP,S-CSCF,AS,I-CSCF,Gm,Mw,Dx,GGSN,BGCF,P-CSCF,Go,PDF,MGW,Signalling Gateway(SGW) 用于连接不同的信令网络 实施信令承载的转换 (SS7-SIGTRAN) Media Gateway Control Function(MGW) 连接不同域的用户平面 (PSTN, GSM, WCDMA与IMS) 不同网络之间的编解码转换,Source: THE IMS, IP Multimedia concepts & services in the mobile domain,Visit

10、ed Domain,Home Domain,第 10 页,Support Entities (PDF),SGW,UE,MGCF,Mw,SLF,Cx,HSS,Cx,MGW,Mn,Mj,Mi,Mr,MRFC,Sh,ISC,MRFP,S-CSCF,AS,PDF (Policy Decision Function) 由P-CSCF依据任务与媒体信息进行策略控制 存储业务与媒体相关信息 (IP address, port #, bandwidth,etc.) 生成用于标识PDF与任务的Authorisation token 当收到GGSN请求后按照存储的任务/媒体信息作出QoS决策 在任何时刻撤回授权

11、控制对承载的使用 当承载发生变化时通知P-CSCF 在GGSN与P-CSCF之间交换Charging ID,I-CSCF,Gm,Mw,Dx,GGSN,Visited Domain,Home Domain,BGCF,Session Management and Routing,P-CSCF,Go,PDF,Source: THE IMS, IP Multimedia concepts & services in the mobile domain,Mp,第 11 页,3GPP Rel5 IP Multimedia Subsystem (总结),UE,P-CSCF,I-CSCF,S-CSCF,BGC

12、F,MGCF,Gm,Mw,Mw,SLF,Dx,Cx,HSS,AS,Cx,MGW,Mn,Mj,Mi,Mr,MRFC,GGSN,Go,Sh,Visited Domain,Home Domain,ISC,MRFP,SGW,PDF,第 12 页,SGW,3GPP Rel 5/6 IMS主要协议与接口,UE,P-CSCF,I-CSCF,MGCF,Gm,Mw,Mw,SLF,Dx,Cx,HSS,AS,Cx,MGW,Mn,Mj,Mi,SIP,Megaco,Mr,MRFC,GGSN,Go,COPS for Policy Control,Sh,Visited Domain,Home Domain,ISC,MRFP

13、,Megaco,SIP-ISUP,SIP,Compression,S-CSCF,BGCF,主要IMS协议 SIP (Session Initiation Protocol) Gm, Mw, Mr, Mi, Mg, Mj, ISC Diameter Dh, Sh, Cx, Dx (Uses Diameter SIP application) Rf接口用于离线计费 使用Diameter计费请求 Ro接口用于在线计费 使用Diameter Credit Control application（DCCA）,PDF,Rf,Rf,Ro,Rf,Rf,Rf,Ro,Rf,Ro,Rf,Dh,Mg,Mp,R6 In

14、terface,第 13 页,DS-UE/SV-LTE LTE多模双待单卡（USIM）终端通过同时接入LTE和CS网络实现数据业务和语音业务的共存和并发：数据业务通过LTE网络承载，语音业务通过传统电路域网络承载。,LTE网络的语音业务实现方案,Dual-Standby UE CS Fall Back Single Radio Voice Call Continuity,CSFB 在语言呼叫建立阶段UE回退到2G/3G网络，从而延续传统电路域控制下的语音业务。,VoLTE+SRVCC 在LTE网络中提供基于IMS网络的VoIP业务。当UE移动出LTE覆盖区时，通过切换到传统2G/3G电路域网络

15、以保证语音业务的连续性。,MSC,EPC,MSC,EPC,GSM/3G,LTE,GSM/3G,Fallback,LTE,MSC,EPC,GSM/3G,SRVCC,LTE,IMS,CS业务处理节点,第 14 页,PS Core,LTE网络中如何实现CS语音业务？,CS Core,BSC,RNC,MGW,IMS,GERAN/UTRAN,MSS,CSCF,VoIP AS,GGSN,SGSN,BTS,Node-B,Evolved PC,S/P-GW,MME,EUTRAN,电路域业务,IMS业务,第 15 页,VoLTE总体架构,MME,S-GW,P-GW,eNB,HSS,PCRF,P-CSCF,I/S

16、-CSCFBGCF,MGW,TAS,GERAN/UTRAN,MGW,MGCF,Call control signalling,User plane traffic,Other control signalling,S6a,Gx,Rx,Ma, ISC,Sh,Mb,S11,S1-MME,S1-U,SGs Sv,Mw,Cx,Mi,Mn,D,MSS,LTE-Uu,第 16 页,Access,P- GW,MME,HSS,eNB,PCRF,IMS,P-CSCF,IMS AS,Register,Evolved Packet Core,S1-MME,S6a,Gx,S11,S1-U,1.,Default Bea

17、rer SIP QCI=5,1.用户附着在LTE网络并且建立IMS默认承载,SIP signalling,2. IMS VOIP注册 (SIP信令),2.,SGi,VoIP media,5. 话音传输,5.,S-GW,S5,VoLTE 建立IMS默认与专用承载,Dedicated bearer RTP QCI=1,3. 发起IMS语音呼叫 (SIP信令),4. 通过PCC建立话音媒体面专用承载,4.,4.,3.,第 17 页,QCI简介,QCI简介,LTE,SRVCC 解决LTE与CS切换需求,BSC,eNb,i,MSC-S,MME,2G/3G coverage,Mw,Gm,Network,A

18、ny Access,i,Sv,S6a/Gr+,RTP/IP,Cx,D,RTP/IP,3.IMS将用户平面更新到MGW侧,1. eNb 通过MME向MSS发起SRVCC切换请求,2. 在无线资源预留后MSS向IMS发起SRVCC切换请求,SCC AS,Sh,MMTel AS,CSCF,HSS/HLR,Userplane after SRVCC handover,Userplane before SRVCC handover,LTE Domain,Signalling Userplane VoIMS VoCS,S/P-GW,SRVCC,MGW,2G/3G CS Domain,CSCF,第 20 页

19、,eSRVCC网络架构,除了归属网络中设置的SRVCC应用服务器，eSRVCC架构在拜访网络中引入了接入侧的锚定点，锚定点包括两部分功能： ATCF ：Access Transfer Control Functionality ATGW：Access Transfer Gateway ATCF在呼叫过程中及接入侧转换后始终参与在会话控制平面中，它在拜访地执行接入承载的控制，在SRVCC发生时，负责控制来自本地CS域新媒体通道的转换，而无需更新远端的呼叫分支。 ATGW受ATCF的控制，在呼叫过程中及接入转换后始终位于会话媒体通道内。虽然ATGW作为单独的功能单元描述，但在实际部署时，可以附着在

20、不同的物理网元上，如IMS-MGW，CS-MGW等。,PDN GW,CS MGW,UE (A-Party),UE (B-Party),Visited Network(A-Party),ATGW,P-CSCF,Home Network(A-Party),Home Network(B-Party),SCC-AS,I-/S-CSCF,P-/I-/S-CSCF,Stable bearer leg between ATGW and UE (B-Party),ATCF,Gm (SIP),Mw (SIP),Mw (SIP),Gm (SIP),MSC-S,UE-B,3GPP R10 Solution:,第 2

21、1 页,VoLTE注册流程,VoLTE呼叫流程,SIP协议介绍,SIP(Session Initiation Protocol会话发起协议) IETF制定的多媒体通信系统框架协议之一 基于文本的应用层控制协议，独立于底层协议 用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方多媒体会话。 SIP六种信令： INVITE、ACK、CANCEL、OPTIONS、BYE、REGISTER INVITE和ACK: 建立呼叫，完成三次握手，或者用于建立以后改变会话属性； BYE: 结束会话； OPTIONS用于查询服务器能力； CANCEL用于取消已经发出但未最终结束的请求； REGISTER用于客户出向注册服务

22、器注册用户位置等消息。,第 24 页,SIP呼叫流程,第 25 页,第 26 页,主叫挂机,ROHC,Solution Area: Coverage, capacity and peak rates Visibility: Public Short Description: Robust header compressions allows for efficient usages of the air interface. Benefits for the Customer: Higher number of voice calls per cell. Functional Descript

23、ion: The robust header compression (RoHC) function compresses the headerof IP packets. RoHC is supported for IPv4 and IPv6. The following RoHC profiles are supported: 0 x0000 ROHC uncompressed (RFC 4995) 0 x0001 ROHC RTP (RFC 3095, RFC4815) 0 x0002 ROHC UDP (RFC 3095, RFC4815) RoHC is applied for th

24、e EPS bearer with QCI 1. The operator can enable / disable the functionality per eNode B by O&M setting.,TTI bundling,Solution Area: Coverage, capacity and peak rates Visibility: Public Short Description: TTI bundling allows for better uplink performance at the cell border in LTE and reduced PDCCH s

25、ignaling load. Benefits for the Customer: Bundling of TTIs enhances the uplink coverage. One transport block is allocated to four TTIs instead of one TTI, i.e. the energy per transmitted bit is increased. Functional Description: The Flexi Multiradio BTS supports TTI bundling in order to increase the

26、 uplink coverage and to reduce the PDCCH load. TTI bundling allows to allocate one transport block in uplink to four TTIs and up to three PRBs, which leads to an improved uplink link budget. The uplink rate is limited by the maximum allocation of three PRBs. TTI bundling is applied only for UEs with

27、 the related UE capabilities. The radio resource management of the eNode B dynamically activates / deactivates TTI bundling per UE with the RRC:RRCConnectionReconfiguration message. The thresholds for the activation and the deactivation are operator configurable. The RRC connection reconfiguration i

28、s performed as an intra-cell handover in order to ensure that the UE and the eNode B are synchronised. TTI bundling switches are not performed during active UE handover measurements requiring measurement gaps (e.g. inter-frequency or IRAT handover) as this may lead to a degradation of the handover p

29、erformance. The following counters are provided in order to monitor the performance, e.g.: Number of UL grants for TTI bundling Average number of UEs configued for TTI Bundling mode of suc Distribution of UE retention in TTI Bundling mode(short/medium/long UE retention in TTI Bundling mode) The TTI

30、bundling functionality can be enabled / disabled per cell by O&M settings.,VoIP媒体协议,1. 采用UDP封装 2. 语音: RTP(RTCP) 3. 语音编解码：G.711A/u、G.729、G.723.1 4. DTMF传输：RFC2833、RFC2198 5. 传真：T.38、T.30 6. 回声抑制： G.165/G.168(32-128MS) 7. 语音活动检测以及舒适噪音生成,RTP/RTCP协议,RTP协议为端到端网络提供了时实传送数据（例如音频、视频、单播或者组播的业务功能 。 RTP不能预留地址资源

31、，也不能保证时实业务的QoS。 RTCP则是控制和监视RTP及其QoS的协议。,RTP包格式,0 1 2 3 8 16 31,V：版本，RFC1889 定义为2 P：填充，若设置次位，包的实际数据内容比包本身小 X：扩展，若设置扩展，固定报头后是报头扩展 CC：CSRC 数值，标记多个CSRC数目 M：标记，可用来标记谈话的开始 PT：有效载荷，定义了有效载荷类型（G.711u/A，G.729, G.723，RFC2833） 顺序编号：用于分析丢包率,RTCP协议,是RTP Control Protocol的英文缩写 RTCP 有以下常用消息 SR: 发送者报告，接收和发送来自活动参与者的统计

32、 RR: 接收者报告，用来接收来自非活动参与者的统计 SDES: 源描述细节，包括CNAME BYE: 用来指示参与结束 APP: 用来表示应用具体功能,语音数据流,不同的编码算法对应不同的压缩性能。,语音压缩算法,VoIP的QoS首先要考虑的是带宽。下表是不通协议带宽粗略的值 (IP包所占的带宽，不包括链路层的开销),语音编码带宽,RTP包头：12bytes UDP包头：8bytes IP包头：20bytes ITU标准规定：G.729每10ms一个帧，10字节/帧、723-5.3k一帧30ms，20字节/帧、723-6.3k一帧30ms，24字节/帧。 静音检测的效率按60计算,语音缓冲区

33、动态调整,1. 网络抖动、时延、丢包引起语音质量下降 2. 通过DSP完成缓冲区动态调整，使语音更趋平滑 3. 语音时延与语音清晰度平衡点 4. 对收端来说，语音失真尽量消除,语音丢包补偿技术,1. 网络拥塞会引起丢包 2. 如果不做丢包补偿，用户将听到 pops & Clicks 3. 对语音而言，丢包补偿的方式是插值算法 4. 对传真面言，所传的包中含有上一个包的信息(冗余技术),AMR简介,全称Adaptive Multi-Rate，自适应多速率编码，主要用于移动设备的音频，压缩比比较大，但相对其他的压缩格式质量比较差，由于多用于人声，通话，效果还是很不错的。,1. AMR: 又称为AM

34、R-NB，相对于下面的WB而言， 语音带宽范围：3003400Hz， 8KHz抽样 2. AMR-WB:AMR WideBand， 语音带宽范围： 507000Hz 16KHz抽样 “AMR-WB”全称为“Adaptive Multi-rate - Wideband”，即“自适应多速率宽带编码”，采样频率为16kHz，是一种同时被国际标准化组织ITU-T和3GPP采用的宽带语音编码标准，也称 为G722.2标准。AMR-WB提供语音带宽范围达到507000Hz，用户可主观感受到话音比以前更加自然、舒适和易于分辨。,AMR-NB,AMR一共有16种编码方式，0-7对应8种不同的编码方式，8-15

35、用于噪音或者保留用。,AMR-WB,语音测试截图,时延和抖动,MOS,丢包率,时延和抖动,时延：端到端包传递的时间,ITU G.114规范建议，在传输语音流量时,单向语音包端到端延迟要低于150ms(对于国际长途呼叫,特别是卫星传输时,可接受的单向延迟为300ms。如果超过300ms则通话的质量会变的让人不能忍受。过多的包延迟可以引起通话声音不清晰、不连贯或破碎。,经验：大多数用户察觉不到小于100毫秒的延迟，当延迟在100毫秒和300毫秒之间时，说话者可以察觉到对方回复的轻微停顿。这种停顿可以影响到通话双方的交流。超过300毫秒，延迟就会很明显，用户开始互相等待对方的回复，通话过程变成类似对

36、讲机式的模式。而且较长的时延也会将回声问题的影响放大。,时延的产生因素,编码的处理：模拟形式的声音信号在CODEC被采样和量化为PCM信号，DSP对PCM信号进行压缩处理所产生的时延为编码处理时延。 这种时延产生在设备侧，如果设备的编码器固定，则编码时延也固定。包化：包化就是将编码器输出的语音净荷放置到RTP/UDP/IP包中的过程，相对于编码的时延，包化的时延很小，因为包化的过程没有复杂的运算，仅仅是增加包头和计算校验和，而编码则有大量的数学运算。队列（Queuing）：语音的净荷放置到IP包中后，要被设备转发到目的地，这些包会在设备的出接口队列中，等待被调度。转发设备不同的队列机制对IP包的处理有很大不同。可以通过合理的配置来减少语音包在队列中等待的时间，进而减少队列时延。串行化（Serialization）：接口队列中的语音IP包，被送离设备前会放置到接口的物理队列当中，如果物理队列中有一个较大分组，还在发送状态，则语音分组必须等