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-VoWiFi与VoLTE协同策略研究-第 7 页VoWiFi与VoLTE协同策略研究摘要：介绍了VoWi-Fi的商业发展现状，分析了VoWi-Fi的关键技术问题。包括鉴权接入技术、工作原理架构、终端通过Wi-fi的EPC附着、完成附着后的IMS注册、VoWi-Fi与VoLTE的协同互操作，并对现阶段VoWi-Fi存在的问题进行了分析，并给出了相应的建议。关键字：VoWi-Fi；VoLTE；ePDG近年来，随着VoLTE网络的大规模商用，大量用户的语音业务将承载在全IP的LTE+EPC+IMS网络上，实现语音、短信、补充业务等IMS业务，并可支持多种新型业务，国内外运营商都对VoLTE进行积极部署，但LTE无线网络的无缝覆盖必然是一个长期的逐渐的过程，VoWi-Fi可以很好地对VoLTE进行补充，尤其弥补了LTE室内覆盖的不足，用户可以在没有LTE网络覆盖的区域通过Wi-Fi接入EPC网络，让用户享受无差异的IMS业务，提升用户的体验。Wi-Fi作为一种接入速度快，建设成本低的无线接入手段已经被广泛应用与城市生活的各个方面，从家庭使用的无线路由器，到楼宇内的接入热点，包括城市重点商业区域的免费Wi-Fi，还有运营商已经大规模覆盖的无线接入热点，这些都是可以充分利用，减少LTE覆盖补盲成本的巨大现有资源。一、VoWi-Fi的实现方式VoWi-Fi作为一种语音末端接入技术已经应用了数年，目前比较常用的应用方式有5种。1、 非可信域EPC接入方式该方式通过运营商部署的WLAN网络可信的接入EPC网络(S2a接口),也采用PGW作为WLAN-LTE切换的锚点，主要问题在于必须通过运营商部署的可靠WLAN网络接入，相关部署灵活性及成本都比非可信域EPC接入要高。2、 OTT接入方式该方式是一个完全架构在Internet上的接入方式，用户需要下载相关的APP如微信，Skype等， 3、 非可信域EPC接入方式该方式是目前业界使用最多的一种接入方式，可通过公共非信任域Wi-Fi完成用户UE接入运营商的EPC网络（S2b接口）,并将PGW作为WLAN-LTE的锚点，避免了为实现WLAN-LTE切换而对UE终端能力提出过高的要求，只要求UE额外支持IPSec和IKEV2鉴权即可，此时EPC网络将WLAN视为不可信接入，必须通过ePDG接入EPC，终端和ePDG之间采用IPSec隧道承载数据，是不可信的网元无法感知数据传输，从而保证数据传输的安全性。目前国际上商用VoWi-Fi的运营商均采用这种基于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VoWi-Fi的主流方案。二、VoWi-Fi的商用情况目前全球已经有超过15个运营商部署了VoWi-Fi，如T-Mobile通过VoWi-Fi有效弥补了LTE覆盖不足的缺点。而Sprint通过商用VoWi-Fi，并积极与国内外厂商合作，实现了全球200多个国家和地区的VoWi-Fi通话，显著提高了其市场竞争力。相较于欧美，亚洲地区的VoWi-Fi发展相对迟缓，日韩运营商暂未部署VoWi-Fi，中国联通和中国电信目前处于测试阶段，中国移动的RCS通信中的“新通话”中包含了VoWi-Fi模块。三星基于自己的方案在AP层实现了VoWi-Fi功能。中兴通讯与Apple/D2/Summit Tech/Taqua等终端和解决方案提供厂商建立了广泛的业务联系和联合实验室，共同推进VoWi-Fi的产业进程，并已经完成了与Apple的VoWi-FiIoT测试。高通部分芯片已经具备VoWi-Fi能力，相应终端在BP层实现了VoWi-Fi功能。三、VoWi-Fi关键技术的介绍VoWi-Fi的工作原理：终端用户通过WLAN网络接入ePDG，ePDG通过与AAA Server交互，完成对终端的鉴权；鉴权通过后，ePDG通过S2b接口将业务请求发送到P-GW，并完成终端在EPC网络的附着，从而在IMS完成VoWi-Fi用户的注册，注册完成后，用户即可发起相应的VoWi-Fi业务，组网架构如图所示：ePDG连接到AAA Server和PGW,为UE提供信令和数据业务通道。AAA Server为用户鉴权中心，通过SWm接口Vo-WiFi用户进行网络鉴权，通过S6b接口和P-GW互通，通过SWx接口和HSS互通，将P-GW的地址更新到HLR/HSS，使用户在LTE和Wi-Fi间切换时，不会出现PDN连接断连。HLR/HSS主要负责储存用户的签约数据和鉴权信息，用户通过Wi-Fi网络接入时，由P-CSCF提供到IMS网络的入口。用户在进行VoWi-Fi业务时只要有3个关键流程：终端EPC附着流程、EPC附着成功后的IMS注册流程以及LTE与Wi-Fi的切换流程。终端若要进行Vo-WiFi业务。首先要通过Wi-Fi网络接入到运营商的EPC核心网，简单流程如下：1、 UE发起EPC附着请求；2、 HSS和AAA获取用户鉴权信息；3、 AAA对UE进行鉴权认证；4、 ePDG请求建立默认承载；5、 S/P-GW与PCRF进行IP-CAN流程，完成PGW注册；6、 HSS通知MME更新P-GW ID， S/P-GW返回默认承载响应，完成EPC网络附着。用户通过Wi-Fi网络连接到运营商的EPC网络之后，需连接到IMS网络中以实现语音、短信、补充业务等IMS业务，注册鉴权流程包括用户对网络的鉴权以及网络对用户的鉴权，简单流程如下：1、 UE读取SIM卡信息以获取IMSI，再从IMSI推导出IMPI和T-IMPU，向P-CSCF发送注册消息请求注册；2、 P-CSCF发送AAR（Answer Auth Request）消息至PCRF指示订阅信令承载，P-CSCF转发Register消息至I-CSCF；3、 I-CSCF和HSS交互下载鉴权向量信息；4、 I-CSCF转发401 Unauthorized消息至P-CSCF，P-CSCF获取IK和CK，并转发401 Unauthorized消息至UE，UE检查鉴权参数AUTH，完成用户对网络的鉴权。5、 S-CSCF发送SAR消息至IMS-HSS请求下载用户签约数据，S-CSCF根据从IMS-HSS处下载的用户签约信息向ATS发送第三方注册请求。6、 ATS收到Register消息后，判断用户是Wi-Fi接入，刷新注册状态，发送User Data Request 消息给HSS，请求获取用户数据，ATS根据收到的用户数据完成对用户的鉴权。VoWi-Fi的核心商用价值为对VoLTE业务的补充，弥补LTE覆盖的不足。这就要求实现VoWi-Fi和VoLTE通话的无缝切换，分为VoLTE切换至VoWi-Fi和VoWi-Fi切换至VoLTE。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切换至VoWi-Fi。1、 UE对Wi-Fi网络进行鉴权以及Wi-Fi网络对终端进行授权，成功后触发附着流程，2、 UE向ePDG发送IKE_AUTH Request消息，发起认证请求，ePDG向AAA Server请求UE切换前连接的PDN相关信息及用户签约信息。3、 ePDG根据切换前的P-GW地址选择P-GW，向P-GW发送Creat Session Request 消息，建立PDN连接。4、 P-GW将自身的标识和APN信息发送给AAA Server， 并从AAA Server上获取鉴权信息，更新用户信息。P-GW向ePDG返回Creat Session Response 消息，ePDG将P-GW分配的IP地址发送给UE，完成附着流程。5、 UE和ePDG之间的IPSec隧道建立完成，ePDG与P-GW之间的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。6、 P-GW发起3GPP EPS Bears Release流程，释放切换前LTE网络的EPS承载资。7、 当终端切换到Wi-Fi网络，UE向P-CSCF发起重注册，刷新当前用户注册状态，终端在IMS上完成重注册，完成VoLTE切换至VoWi-Fi。当UE移动到LTE网络覆盖更强的区域时，UE将从Wi-Fi网络接入切换到LTE网络接入。1、 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。2、 P-GW向S-GW返回Modify Bearer Response消息，S-GW将Modify Bearer Response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。3、 UE和S-GW之间的专有承载建立成功，UE通过LTE网络进行数据报文的接收和发送。4、 P-GW通知AAA Server 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。5、 当UE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重注册，完成VoWi-Fi至VoLTE的切换。四、VoWi-Fi与VoLTE的切换策略研究1、 基于用户选择的切换策略免费的Wi-Fi培养了用户的使用习惯，而免费的VoWi-Fi同样对用户有着强大的吸引力。终端上可以设置Wi-Fi优先或VoLTE优先策略供用户选择，这就要求终端对不同的设置有不同的切换策略。当用户选择Wi-Fi优先时，优先发起VoWi-Fi通话，在Wi-Fi信号较差或丢失时切换至VoLTE，当Wi-Fi信号较好时切换VoWi-Fi。当用户设置在或VoLTE优先时，优先发起VoLTE通话，在VoLTE信号不好时，切换至VoWi-Fi，当VoLTE信号较好时切换至VoLTE。这种基于用户的选择在终端上实现较为繁琐，同时不利于运营商对VoWi-Fi的战略部署。2、 基于运营商要求的切换策略运营商可以根据自己商用VoWi-Fi及以及VoLTE的战略部署制定符合自己的切换策略。此时需要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。如运营商为保障用户的通话质量，将VoWi-Fi作为VoLTE的补充，弥补部分地区及室内分布的不足，可设定切换规则为：在Wi-Fi和LTE覆盖均较好的区域发起VoLTE电话，在LTE信号较差或丢失的情况下切换至VoWi-Fi；在LTE信号较好时，忽略Wi-Fi信号，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和用户的需求，但会提升语音的切换频率，从而增加网络负荷并影响用户体验。五、结束语 本文介绍了VoWi-Fi相关产业现状，分析了VoWi-Fi的关键技术如鉴权、附着、切换等，提出了VoWi-Fi存在的问题并给出了相关建议。 随着国内外运营商VoLTE及VoWi-Fi的商用，运营商实现VoWi-Fi与VoLTE的协同互操作需要制定负荷为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VoLTE+VoWi-Fi的语音解决技术方案可以不断地进步和完善，给用户带来更好的语音体验。参考文献1GSMA IR.51.IMS Profile for Voice ,Video and SMS over Wi-FiS.2015.23GPP TS 23.402.Architecture enhencements for non-3GPP accesses 12.5 S.20143 3GPP TS 33.402.3rd Generation Partnership Project:Technical Specification Group Services and System Aspects;3GPP System Architecture Evolution;Security aspects of non-3GPP accessesS.20144 GSMA IR.92. IMS Profile for Voice and SMS 7.0S.20135 GSMA IR.94. IMS Profile for Conversational Video Service 5.0S.2013