基于QoS保障的VoLTE网络优势分析

admin

文：殷智刚 中国移动通信集团河南有限公司

摘要：本文重点介绍了VoLTE的QoS保障机制，分析在资源共享的IP网络上，VoLTE相对OTT软件的优势，并根据网络测试情况给以验证。

VoLTE是通过LTE网络作为业务接入、IMS网络实现业务控制的话音解决方案，可实现数据与话音业务在同一网络下的统一，实现与现网2G/3G的话音互通和无缝切换。2013年6月，GTI亚洲大会上，中国移动发布VoLTE技术白皮书，随后中国移动开始积极建设VoLTE网络，VoLTE网络的建设不仅仅是话音技术的演进，更是运营商对OTT业务的反击。

1 VoLTE QoS业务逻辑
QoS是指网络通信过程中，允许用户业务在分组丢失率、延迟、抖动和带宽等方面获得可预期的服务水平。3GPP定义了不同的QCI（QoS Class Identifier），对应于不同优先级、不同属性的承载类型，根据不同业务提供不同的服务质量，实现对VoLTE呼叫的QoS保证。QCI用于决定要进行的业务类型，业务类型也就决定了对应在承载上数据传输速率，因此对应每个QCI都会有相应的GBR、MBR。

3GPP标准只定义QCI值1～9，标准QCI值和QoS参数之间的映射关系表如表1所示。

ARP主要体现为会话管理的接入控制部分，包括承载建立、更新请求中的优先级控制。GBR即保证带宽，表示一条EPC承载能够保证提供的带宽。MBR即最大带宽，表示一条EPC承载能够提供的最大带宽，系统通过限制流量通过的方式禁止数据流的比特速率超过MBR。
VoLTE的QoS业务逻辑如图1所示。

网元间的信息传递为VoLTE业务的QoS参数在SAE-HSS签约配置，UE发起VoLTE业务后，P-GW/S-GW、SBC(P-CSCF)、PCRF网元通过3GPP信令协商QoS参数（QCI、ARP、GBR和MBR）并传递到各个业务网元，各个业务网元根据QoS参数和网络资源来差异化调度。业务网元向IP承载网发送报文时根据报文的分类和报文优先级的映射配置，打上相应的IP DSCP、VLAN Pri优先级标签。IP承载网根据业务网元打的标记实施QoS队列调度、限速、整形等动作。

2 VoLTE流程分析
2.1 UE注册
UE在核心网附着，需要先建立缺省APN的缺省承载，然后再建立其它缺省承载或专有承载。IMS业务APN的缺省承载主要包括鉴权和位置更新流程、缺省承载流程。
中国移动采用IMS业务使用独立APN的方式对APN进行划分，在UE、MME和P-GW配置两个APN，注册成功后，数据APN默认承载的QCI为8或9，IMSAPN默认承载的QCI为5，用于传输IMS信令；专有承载中QCI为1用于承载话音媒体流，QCI为2用于视频媒体流。
2.2会话流程
VoLTE话音业务主叫流程主要包括话音流专有承载建立、专有承载资源修改、话音呼叫结束后专有承载释放等3个过程，如图2所示。

专有承载建立图2中网元P-CSCF收到183（Answer）(4)后下发AAR消息给PCRF开始建立专有承载。AAR包括媒体描述信息、用户标识、IMS应用层计费标识等。
PCRF收到AAR消息，通过AAR下发的用户标识和之前从PCEF得到的接入网信息关联到相应的IP-CAN会话，并定位到对应的PCEF。PCRF根据得到的业务QoS参数和用户订阅信息做策略决策，提供授权的QoS，并通过RAR消息将QoS和事件触发信息的门控策略发送至P-GW。
专有承载建立后，P-GW向PCRF发送CCR_u（12）消息，通知资源预留成功，当PCRF向P-CSCF发送RAR（13）消息，通知承载建立情况。P-CSCF前转INVITE 183（Answer）消息给UE，此时话音专有承载建立完毕，用户进行话音通话。

3 VoLTE优势分析
3.1 QoS保障下的话音业务
VoLTE通过PCC架构，为VoLTE业务设置高优先级的QoS规则，从而保障话音通信的质量。LTE采用承载级QoS保障，传输流模板（TFT）及其中的分组过滤器将上层业务数据流进行相应的EPS承载映射，最终实现用户数据的区分QoS保障。实际数据配置中，VoLTE采用QCI=1的专用承载作为话音承载，QCI=2的专有承载作为视频通话，QCI=5的默认承载作为IMS信令承载，QCI=5的优先级最高，保证了信令业务的优先，QCI=1的话音业务优先级次之，保障话音数据分组的优先资源调度和传送。
OTT话音是上层应用业务，LTE网络承载将其认定为普通数据传输，于是OTT话音将与其它普通数据分组使用相同的默认承载（QCI=8/9）。这将导致OTT话音与其它业务抢占公共带宽资源，引起OTT话音出现误码、分组丢失、时延大等一系列服务质量问题。因此，基于LTE的OTT话音业务无法得到有效的QoS保障。
与传统通信质量和OTT相比，VoLTE的话音更清晰，通话质量更好。VoLTE采用50～7000Hz的AMRWB23.85kbit/s解编码，VoLTE的话音更清晰、效果更逼真。而OTT话音通过软件在不能保证带宽的情况下，话音质量也得不到保证。从对VoLTE和OTT进行网络实测来看，VoLTE的MOS值为3.6～4.0以上，而OTT通话MOS值为2.1～3.5。
VoLTE的接通时间更短，呼叫时延是2G/3G通话的1/10。通常2G/3G通话从客户开始拨打到返回提示音平均约需6～9s，而基于VoLTE技术的4G高清通话平均等待时间仅需2s左右，未来可以控制在1s以内。
从目前网络的实测来看，VoLTE的时延在2～3s，而OTT的时延为3～8s，时延明显较大。
VoLTE提供专有承载QCI=2的视频通话，可以达到720P的视频质量，而OTT视频通话同其它网络应用共享带宽，通话质量受周围环境影响较大。从网络实测来看，VoLTE视频通话较流畅，OTT视频通话拖动明显，体验受网络波动影响很大。
在其它方面如省电省流量等，从对网络的实测来看，VoLTE比OTT应用省电30%以上，而VoLTE视频和话音占用网络带宽只有OTT应用的将近50%。VoLTE体验无论质量和稳定都要优于OTT同类应用。
3.2融合2G/3G的移动性管理
VoLTE是架构在4G网络上全IP条件下的端到端话音方案，它融合了LTE、IMS以及2G/3G网络，对UE用户有完善的移动性管理方案，用户的可用性得到有效保障，在4G没有覆盖的地区，可以有2G/3G网络保证用户的可用，同时对于4G弱覆盖地区，即使通话中的用户也可以有eSRVCC技术保证移动用户业务的连续性。同时，VoLTE替代、继承现有2G/3G用户能够享受的业务如补充业务、增值业务、智能网业务等，同时也可以与VoLTE用户、2G/3G用户、CM-IMS用户、外网用户无缝互通。
OTT话音业务是手机用户的上层应用业务，它依赖于用户数据业务的可用性，没有用户自己的移动性管理手段，而OTT应用一旦从4G网络掉到2G网络，话音通话就会中断，另外同其它业务的互通也有局限性。
另外国际漫游互通的实现。由于3GPP全球标准化，各大网络设备商以及终端设备商均投身其下，VoLTE国际漫游也将得以快速部署。
3.3 终端的习惯性应用
中国移动提出了以VoLTE为核心的“新通话”、“新消息”和“新联系”的“三新”融合通信服务，丰富了通信行业的流量经营，也为用户提供了更多更便捷的通信和网络社交选择。
新通话以VoLTE替代基本电路域话音，实现更高质量的用户体验，新消息是基于RCS，无缝对接各种格式的消息和媒体，而新联系是实名社交网络公众信息和个人服务的入口。中国移动的“三新”功能内嵌于用户的新定制终端上，无需复杂的APP安装，优化软件功能，运行效率高，更加简单易用。特别是对网络及新技术不熟悉的用户群体，更加方便。而OTT相关软件要进行手工安装，还要实时打开软件，相比传统的手机使用较复杂。
3.4 安全的网络保障
VoLTE网络是中国移动具有高可靠性及安全性的内部网络。通过IMS域、EPS域及PCC架构的联合保障，话音业务端到端时延、误码率等服务质量也都获得严格保证，网络的相对封闭也使得用户的隐私得到有效保障，另外VoLTE也是以真实手机号和实名制为前提的，信息安全更有保障。
而OTT应用建立在Internet基础之上，继承了IP网络易受攻击的先天不足。如其服务器容易遭受病毒、网上黑客等的攻击。但其中最为人所担忧的是OTT应用与传统通信相比更容易实现窃听，会造成用户通信信息的泄露。

iscehsj

多谢楼主分享

lorry38

学习了VOLTE基础，在返回来看，理解不同

pemhmk

多谢分享! 学习了 ！！