基于号码携带的VoLTE网络互通研究

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部分内容：
缪永生/ MIAOYongsheng
1
倪明/ NI Ming
2
（1.中兴软件有限责任公司，江苏
南京210000；
2. 中兴通讯股份有限公司，广东深圳
518057）
（1.Nanjing ZTE Software Co., Ltd., Nanjing
210000, China；
2.ZTE Corporation, Shenzhen 518057,
China）
收稿日期：2015-11-15
网络出版时间：2015-12-24
DOI：10.3969/j.issn.1009-6868.2016.01.014
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1228.TN.20151224.1649.004.html
基于号码携带的VoLTE网络互通研究
VoLTE Network Interworking Based on Number Portability
中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1009-6868(2016) 01-0054-005
认为VoLTE技术能够提供高清语音、视频等多媒体业务，是LTE下唯一的、
端到端的目标语音解决方案。针对号码携带的国家/地区中各运营商VoLTE网络之
间互通，提出了4种方案以及部署建议，从而实现了不同运营商VoLTE网络之间互
通，对全球VoLTE网络互通有较强的借鉴和指导意义。
VoLTE；IMS；互通；号码携带
Voiceover LTE (VoLTE) technology is used for multimedia services such
as high definition (HD) audio and video calling. VoLTE is the only target solution for
end-to-end audio service based on LTE. For multi-VoLTEs interworking for
supporting number portability service’s in the country/region, we give four effective
solutions for different scenes and stage, as well as its deployment suggestion
according to the solutions. It is helpful for different operator VoLTE network
interworking.
VoLTE; IP multimedia subsystem (IMS); VoLTE interworking; number
portability
摘要：
关键词：
Abstract:
Keywords:
技术广角 缪永生等 基于号码携带的VoLTE网络互通研究
ZTETECHNOLOGYJOURNAL
中兴通讯技术 54 2016年2月第22卷第1期Feb.2016 Vol.22No.1
演
进到第4代无线数据网络对运
营 商 来 说 是 大 势 所 趋[1]，基 于
LTE的语音业务（VoLTE）能够提供高
清语音业务与消息、高清视频等多媒
体 业 务，以 及 同 互 联 网 业 务 进 行 融
合，符合电信网络演进方向。全球移
动通信系统协会（GSMA）和下一代移
动 通 信 网 络 联 盟（NGMN）都 已 经 宣
布 将VoLTE作 为 业 界 长 期 演 进/
（LTE）下唯一的、端到端的目标语音
解决方案[2]。而目前只有同一个运营
商的客户才能够使用VoLTE业务，为
了应对过顶传球（OTT）的竞争，给客
户更好的业务体验，不同电信运营商
之间的VoLTE互通的需求尤为紧迫。
文 章 在 深 入 研 究VoLTE网 络 架
构和流程基础上，重点研究了支持号
码携带业务的国家和地区的不同运
营商VoLTE网络之间的互通要求，提
出了一些解决方案和部署建议。
1 VoLTE网络互通概况
1.1 VoLTE系统架构
在VoLTE系统架构中，由LTE和
演进的分组网（EPC）系统提供承载，
由IP多 媒 体 子 系 统（IMS）系 统 提 供
业务控制，实现端到端的基于分组域
的语音、视频业务。IMS作为控制核
心，可以提供和电路域类似的语音业
务及其补充业务，包括号码显示、呼
叫 转 移、呼 叫等 待、会 议 电 话 等。
VoLTE网 络 典 型 系 统 架 构 如图1所
示。图1中主要包括终端（UE）、LTE
（eNodeB）、EPC（移 动 性 管 理 实 体
（MME）、服 务 网 关（S-GW）、PDN网
关（P-GW））、IMS（接入会话边界控
制（A-SBC）、代理呼叫会话控制（PCSCF）、接入转换控制功能（ATCF）、
查询呼叫会话控制（I-CSCF）、服务呼
叫 会 话 控 制（S-CSCF）、应 用 服 务 器
（AS）、电 话 号 码 映 射 工 作 组
（ENUM）、媒 体 网 关 控 制 功 能
（MGCF）、签约位置功能/归属签约用
户服务器（SLF/HSS））等网元。其中
呼叫会话控制（CSCF）实现了呼叫控
制，AS实现了类似2G/3G的多媒体电
话补充业务[3-5]。
1.2 VoLTE与VoLTE网络互通
如果主、被叫用户均采用VoLTE
业务，LTE和EPC网络对于VoLTE业
务来说相当于接入网，并不参与网络
互 通。真 正 实 现 运 营 商 间 的VoLTE
网 络 互 通 的 是IMS系 统，也 可 以 说
VoLTE网络的互通要求其实就是IMS
网间的互通要求[6]。
通 常 对 于 不支持号码携带的国
家/地区，跨运营商的VoLTE互通，能
够根据被叫号码的信息，获知被叫用
户所归属的运营商，从而实现不同运
营商之间的互通。目前不同运营商
VoLTE网 络 之 间 互 通 有 如 下 的 几 种
方案：
AS ENUM MGCF
SLF/
HSS
I/S-CSCF
IBCF
TrGW
SBC/P-CSCF/ATCF
UE
MME/S-GW/P-GW
eNodeB
运营商1
技术广角 缪永生等
ZTETECHNOLOGYJOURNAL
基于号码携带的VoLTE网络互通研究
55 2016年2月第22卷第1期Feb.2016 Vol.22No.1 中兴通讯技术
（1）主叫IMS网络完成主叫业务
后，主叫IMS网络的S-CSCF，根据被
叫号码的号段信息，路由业务请求到
被叫号码归属的IMS网络[7-10]。
（2）出于安全考虑，跨运营商之
间都会部署边界网关。主叫IMS网
络完成主叫业务后，主叫IMS网络的
互连边界控制功能（IBCF）根据被叫
号码的号段信息，选择被叫号码归属
的IMS网络，并将业务请求路由到被
叫归属的IBCF网元。其中，信令面
的互通网元是IBCF，互通协议采用会
话发起协议（SIP）；媒体面的互通网
元是转换网关（TrGW），互通协议采
用实时传输协议（RTP）。
（3）由于电路交换域（CS）网络是
各移动运营商成熟的网络，VoLTE与
VoLTE网 络 可 以 通 过 主 叫IMS网 络
的S-CSCF将业务请求路由到MGCF，
由主叫电路域网络路由到被叫电路
域网络，再由被叫电路域网络路由到
被叫IMS网络。这种方案的好处是
通过电路域来路由保护了已有的投
资，缺 点 是 无 法 实 现 跨 运 营 商 的
VoLTE高清语音、视频业务。
方案1和方案2类似，可以实现
不支持号码携带的国家/地区不同运
营商VoLTE网络之间互通，方案3缺
点是无法实现跨运营商的VoLTE高
清语音、视频业务。
1.3 号码携带下VoLTE网络之间互通
在网络支持号码携带业务后，用
户的号码和运营商不再具有简单对
应关系，现有网间互通根据被叫用户
号码选路的方式被颠覆。号码携带
可以是携入或者携出，号码携带业务
开展后，对语音业务路由的判断采用
被叫号码+路由号码（RN）综合判断
的方式进行，对于签约号码携带业务
的被叫用户则代之以RN为依据进行
后续接续路由。对移动网络需要由
主 叫 网 络 通 过 与 号 码 携 带 数 据 库
（NPDB）交互信息来判断用户是否签
约号码携带业务以及RN信息，以便
主叫网络根据RN信息选择正确的归
属运营商网络。移动网络通常部署
移动号码携带（MNP），MNP中保存了
号码以及携入携出和RN等信息。
支持号码携带的国家和地区，跨
运营商VoLTE网络之间的互通，就无
法简单通过被叫号码进行路由。虽
然电路域是成熟网络，支持查询MNP
并针对被叫号码+RN完成路由，但是
如果VoLTE网络之间通过传统电路
域互通，由于承载的限制，则无法实
现高清语音、视频业务。
在移动互联网时代，面对OTT的
市场竞争，很多移动运营商正在加紧
部署VoLTE网络，不同移动运营商也
在加强合作，2014年AT&T和Verizon
共同宣布2015年正式实现VoLTE跨
网兼容和互通。其他国家和地区如
香港CSL、HKT、数码通等运营商之间
也 在 进 行VoLTE互 通 测 试 或 商 用。
因此号码携带的国家/地区各运营商
VoLTE网 络 之 间 互 通 方 案 显 得 尤 为
重要和紧迫，必须能够实现支持号码
携带的不同运营商VoLTE网络之间
互通，从而实现VoLTE高清语音、视
频业务。
2 VoLTE互通方案分析
2.1 两个VoLTE网络间互通方案
2.1.1方案1
对 于 支 持 号码携带的国家和地
区，如 果 不 同 的 运 营 商 之 间 进 行
VoLTE网 络 之 间 互 通，那 么 就 需 要
VoLTE和VoLTE直接互通，以保证高
清语音、视频业务的正常开展。如果
仅有两个运营商之间VoLTE互通，则
可 以 采 用 下 面 提 供 的ENUM互 查 解
决 方 案。假 设 运 营 商1的VoLTE用
户呼叫运营商2的VoLTE用户，信令
和媒体流向可参考图2。
（1）运营商1的主叫IMS网络完
成主叫业务后，主叫S-CSCF查询主
叫网络的ENUM。
（2）运营商1的ENUM在本地查
找被叫用户，如果查询不到则向运营
商2的ENUM查询。
（3）运营商2的ENUM返回查询
结果给运营商1的ENUM，然后运营
商1的ENUM将 查 询 结 果 返 回 给SCSCF。
（4）主 叫IMS 网 络 的S- CSCF/
IBCF根据ENUM返回的结果，将业务
请求路由到运营商2的IMS网络，实
现两个运营商之间的VoLTE互通。
由于支持号码携带业务，号码无
AS：应用服务器
ATCF：接入转换控制功能
eNodeB：演进的节点B
ENUM：电话号码映射工作组
HSS：归属签约用户服务器
IBCF：互连边界控制功能
I-CSCF：查询呼叫会话控制
MGCF：媒体网关控制功能
MME：移动性管理实体
P-CSCF：代理呼叫会话控制
P-GW：PDN网关
SBC：会话边界控制
S-CSCF：服务呼叫会话控制
SLF：签约位置功能
TrGW：转换网关
UE：终端
▲图1 VoLTE系统架构
AS ENUM MGCF
IBCF
TrGW
I/S-CSCF
SBC/P-CSCF/ATCF
MME/S-GW/P-GW
eNodeB
UE 运营商2
SLF/
HSS
AS
S-CSCF
I-CSCF
SBC/P-CSCF/ATCF
SLE/HSS
UE
TrGW
IBCF
ENUM
AS
ENUM
TrGW
IBCF
S-CSCF
I-CSCF
SBC/P-CSCF/ATCF
UE
SLE/HSS
：媒体
：信号
LTE/EFC LTE/EFC
运营商1 运营商2
AS
S-CSCF
I-CSCF
SBC/P-CSCF/ATCF
SLE/HSS
UE
TrGW
IBCF
ENUM
中兴通讯技术 56 2016年2月第22卷第1期Feb.2016 Vol.22No.1
法 区 分 不 同 的 运 营 商，运 营 商1的
ENUM在 本 地 查 询 后，在 对 方 开 放
ENUM查询接口的前提下，再去尝试
查询运营商2的ENUM，这样就能确
认 被 叫 是 否 是 运 营 商2的VoLTE用
户，实现两个VOLTE网络的互通。
2.1.2方案2
方案1需要ENUM在本地查找无
果 后，再 去 对 端IMS 网 络 查 询
ENUN。在方案1的基础上还有一种
类似的解决方案2，需要S-CSCF定制
处理逻辑，即S-CSCF首先查询本地
ENUM，如果查询不到则再查询运营
商2的ENUM，S-CSCF根据运营商2
的ENUM返回结果，将业务请求路由
到运营商2的IMS网络，能达到方案
1同 样 的 效 果。方 案2的 如图3所
示。这两个方案都需要运营商给对
方IMS网络开放ENUM查询接口。
2.2 多个VoLTE网络间互通方案
2.2.1方案1
通 常 一 个 国 家/地 区，移 动 运 营
商 会 多 于 两 个，不 同 运 营 商 之 间 的
VoLTE互 通 会 存 在 更 多 的 困 难。在
支持号码携带的国家/地区，如果借
鉴 两 个VoLTE互 通 方 案，本 地 的
ENUM需 要 不 断 地 尝 试 其 他 运 营 商
的ENUM，但效率低、时延大，方案不
可行。
另外，传统的电路域移动网络，
为了解决号码携带下的互通，通常必
须部署移动号码携带（MNP），电路域
网元查询MNP得到号码和RN信息，
以便路由到正确的归属运营商。IMS
网络目前和MNP网元没有直接的接
口，如果IMS网络定制MAP接口直接
查询MNP，一方面会增加IMS的复杂
度；另 一 方 面 则 会 增 加 现 网MNP的
负荷。
假设电路域后续不再查询MNP，
直接由IMS域查询MNP，但是这样对
现网改动较大，且不利于保护运营商
已有投资。因此在VoLTE网络建设
初期阶段，我们提出了一种新的解决
方案，实现了支持号码携带的国家/
地区的多VoLTE网络之间的互通。
如图4所示，新方案需要部署一
套 共 享ENUM，该 逻 辑 网 元 可 以 和
IMS 中ENUM网 元 进 行 合 设 或 者 分
设。共享ENUM从MNP中通过文件
传输协议（FTP）同步文件方式，得到
号码/号段归属运营商RN信息。当
运营商1的主叫IMS网络完成主叫业
务后，主叫S-CSCF查询主叫网络的
ENUM。如果本地ENUM无查询的用
户信息，则本地ENUM进一步查询共
享ENUM，共享ENUM根据从MNP得
技术广角 缪永生等 基于号码携带的VoLTE网络互通研究
ZTETECHNOLOGYJOURNAL
▲图2 ENUM互查方案
AS：应用服务器
ATCF：接入转换控制功能
ENUM：电话号码映射工作组
EPC：演进的分组网
HSS：归属签约用户服务器
IBCF：互连边界控制功能
I-CSCF：查询呼叫会话控制
LTE：长期演进
P-CSCF：代理呼叫会话控制
SBC：会话边界控制
S-CSCF：服务呼叫会话控制
SLF：签约位置功能
TrGW：转换网关
UE：终端
AS：应用服务器
ATCF：接入转换控制功能
ENUM：电话号码映射工作组
EPC：演进的分组网
HSS：归属签约用户服务器
IBCF：互连边界控制功能
I-CSCF：查询呼叫会话控制
LTE：长期演进
P-CSCF：代理呼叫会话控制
SBC：会话边界控制
S-CSCF：服务呼叫会话控制
SLF：签约位置功能
TrGW：转换网关
UE：终端
▲图3 S-CSCF查询方案
AS
ENUM
TrGW
IBCF
S-CSCF
I-CSCF
SBC/P-CSCF/ATCF
UE
SLE/HSS
：媒体
：信号
LTE/EFC LTE/EFC
运营商1 运营商2
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到的用户归属运营商RN信息，决定
去 相 应 运 营 商 的ENUM查 询。假 设
被叫号码现在归属运营商3，那么共
享ENUM直 接 查 询 运 营 商3 的
ENUM，并返回相应的查询结果，主叫
IMS网络通过查询结果将业务请求路
由到运营商3。通过上述架构，实现
了多VoLTE网络的互通，保证了高清
语音、视频业务的正常开展。具体流
程说明如下：
（1）MNP定时向共享ENUM同步
FTP数据文件。
（2）共享ENUM根据从MNP同步
的数据，得到号码/号段对应的运营
商信息，即根据同步数据中RN信息
获知归属运营商信息。
（3）主叫IMS网络S-CSCF针对被
叫号码，查询本地ENUM，ENUM在本
地 查 找 无 果 后，进 一 步 查 找 共 享
ENUM。
（4）共享ENUM根据从MNP得到
的号码归属运营商信息，查询用户归
属运营商开放的ENUM，并返回查询
结果给本地ENUM。
（5）主 叫IMS 网 络S- CSCF/IBCF
根据本地ENUM返回的结果，将业务
请求路由到被叫归属的IMS网络。
通过该方案可以实现不同VoLTE
之间的互通，并且可以实现VoLTE用
户通过IMS网络的互通，非VoLTE用
户不增加IMS网络的信令负荷，仍然
通过传统电路域与其他运营商互通，
这样保护了运营商的已有投资，与此
同时还可以减少运营商对IMS网络
的投资。
该方案要求互通的运营商之间，
开 放ENUM查 询 接 口。对 于 个 别 运
营商，出于安全等因素考虑，如果不
愿意开放接口又想实现VoLTE互通，
可以采用本方案。本方案可以通过
共享ENUM上静态预配置，然后直接
给 查 询 请 求 的 本 地ENUM构 造 成 功
响应，响应结果的SIP统一资源标识
符（SIP URI）组 成 包 括：userpart部 分
为号码，domain部分为归属运营商的
域名，如再添加user=phone参数，这样
主叫IMS网络同样可以根据ENUM返
回 的SIP URI路 由 并 实 现VoLTE互
通。无论被叫是否是VoLTE用户，都
会通过IMS网络路由到归属运营商
网络，这样就会增加运营商IMS网络
的信令负荷，不利于保护运营商已有
的电路域投资。
2.2.2方案2
在VoLTE网络不断发展的后期，
IMS用户不断增加，CS域用户不断减
少，此时不光有VoLTE互通需求，还
有IMS网络承接非IMS号码路由的需
求。那么可以通过AS直接查询MNP
的 方 案 实 现VoLTE与VoLTE的 互
通。图5是该方案的示意图，主要流
程如下：
（1）主叫IMS网络S-CSCF网元在
做完主叫业务后，主叫侧最后再次触
发AS，如多媒体电话（MMTEL）AS。
（2）AS通 过MAP接 口 直 接 查 询
MNP，根据MNP返回的号码携带RN
信息，能够在被叫号码前面插入不同
的前缀。
（3）S-CSCF/IBCF可 以 根 据 号 码
前缀将业务请求路由到不同的归属
运营商。
通过该方案同样可以实现VoLTE
互通，且实现了非IMS用户由IMS网
络路由的功能。电路域网元无需再
查 询MNP，对 于MNP没 有 增 加 负 荷
消 耗。如 果 归 属 运 营 商 不 支 持
VoLTE网 络，那 么S-CSCF根 据 号 码
前缀路由到MGCF，然后由电路域路
由到归属网络。
3 VoLTE互通部署建议
对 于 不 支 持号码携带业务的国
家/地区，通过号码/号段信息能够知
道被叫号码所归属的运营商信息，现
有方案能够实现不同运营商之间的
VoLTE互通。
对 于 支 持 号码携带业务的国家
和地区，我们提出了几种有效解决方
案，能够实现支持号码携带的不同运
营商VoLTE网络之间互通。各种方
案优、缺点和部署建议，见表1。
4 结束语
我 们 重 点 研究了支持号码携带
业 务 的 国 家 和 地 区 中 不 同 运 营 商
VoLTE网络之间的互通要求，并提出
技术广角 缪永生等
ZTETECHNOLOGYJOURNAL
基于号码携带的VoLTE网络互通研究
▲图4 共享ENUM互通方案
ENUM：电话号码映射工作组
I-CSCF：查询呼叫会话控制
MNP：移动号码携带
S-CSCF：服务呼叫会话控制
MGCF：媒体网关控制功能
I/S-CSCF
MNP
ENUM
运营商3
I/S-CSCF
MNP
ENUM
运营商2
ENUM
I/S-CSCF
MNP
MGCF
ENUM
(共享)
运营商1
：MNP需向ENUM同步号码
携带数据
：网元间接口
I/S-CSCF
MNP
ENUM
运营商3
I/S-CSCF
MNP
ENUM
运营商2
了4种有效解决方案，实现了不同运
营商VoLTE网络之间互通。目前部
分方案已经在香港地区进行了验证，
方案可行，用户业务体验良好。这对
于全球VoLTE网络互通有较强的借
鉴意义。
中兴通讯技术 58 2016年2月第22卷第1期Feb.2016 Vol.22No.1
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ZTETECHNOLOGYJOURNAL
AS：应用服务器
ENUM：电话号码映射工作组
I-CSCF：查询呼叫会话控制
MMTEL：多媒体电话
MNP：移动号码携带
S-CSCF：服务呼叫会话控制
▲图5 MMTEL AS查询MNP方案
▼表1 VoLTE互通方案分析
AS：应用服务器
CS：电路交换域
CSCF：呼叫会话控制
ENUM：电话号码映射工作组
IMS：IP多媒体子系统
MMTEL：多媒体电话
MNP：移动号码携带
S-CSCF：服务呼叫会话控制
VoLTE：基于LTE的语音业务
适用场景
两个VoLTE
网络互通
多个VoLTE
网络互通
方案
方案1
方案2
方案3
方案4
优点
实现互通，CSCF
无需改动
实现互通，ENUM
无需改动
对IMS和CS网络改动
较小，保护了运营商
电路域已有投资
仅需要MMTEL AS
改动，对互通网络
无特殊要求
缺点
ENUM需要定制逻辑，要求
对方网络开放ENUM查询接口
S-CSCF需要定制逻辑，要求
对方网络开放ENUM查询接口
MNP和ENUM之间同步方案
实时性不足，需要部署共享
ENUM
IMS网络需要查询MNP，
IMS网络需要承担非IMS
用户的路由
部署建议
适用两个VoLTE
网络之间互通
适用两个VoLTE
网络之间互通
适用于VoLTE
网络建设初期
适用于VoLTE
网络后期，IMS
用户较多场景
参考文献
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业务一致性方案研究[J]. 邮电设计技术, 2014
(2): 6-10
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署方案[J]. 移动通信, 2014(3): 57-62
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[J]. 中兴通讯技术, 2014, 20(4): 40-43.doi:
10.3969/j.issn.1009-6868.2014.04.010
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(IMS) [S]
[8] 3GPP TS24.229IP Multimedia Call Control
based on SIP and SDP[S]
[9] 3GPP TS23.221Architectural Requirements
Stage1[S]
[10] 3GPP TS22.228Service Requirements for
the IP Multimedia Core Network Subsystem
Stage1[S]
作者简介
缪永生，中兴软件有限责任
公司系统工程师；研究方向
为移动通信、IMS、VoLTE、
虚拟仪器；已申请/授权15
项专利。
倪明，中兴通讯股份有限公
司IMS产品总工；研究方
向为NGN、IMS、VoLTE；已
发布10多篇论文、多项授
权专利。
MMTEL AS
I/S-CSCF MGCF
MNP
运营商1
综合信息
2016年Wi-Fi设备出货量将新增30亿台
Wi-Fi联盟近日宣布WiFi设备出货量已经达到120
亿台，到2016年年底有望冲破150亿台。
市场研究机构ABI Research研究主管菲尔·索利斯
表示：随着2016年Wi-Fi设备出货量有望新增30亿台，
运行在2.4GHz和5GHz频带的双频带设备出货量也将
逐年增加，Wi-Fi增长势头毫无放缓的迹象。
Wi-Fi联盟还公布了2016年的技术路线图。同时，
还将引进WiGig认证，支持多重视流影像、4K视频同步
等多种情景模式。
此外，Wi-Fi位置计划将催生基于位置信息的新应
用程序。在位置网络的覆盖范围内，支持Wi-Fi位置的
设备将可对室内和室外的位置作出精确定位。
（转载自《中国信息产业网》）
：AS通过MAP接口查询MNP
：网元间接口