VoLTE 信令分析手册

目录

1 初始注册 

1.1 Initial attach

1.1.1 Attach Request（piggybacked PDN connectivity request）

1.1.2   Attach Accept(piggybacked Activate default EPS bearer context request)

1.2 IMS PDN Connection 建立

1.2.1 PDN connectivity request

1.2.2 E-RAB SETUP REQUEST

1.2.3 Activate default EPS bearer context reques

1.3 IMS 域 SIP 注册

1.3.1 SIP Register

1.3.2 401 Unauthorized

1.3.3 SIP Register

1.3.4 SIP 200 OK

2 VoLTE 呼叫 VoLTE 流程

2.1 主叫呼叫流程

2.1.1 RRCConnectionRequest

2.1.2 RRCConnectionSetup

2.1.3 RRCConnectionSetupComplete

2.1.4 INITIAL UE MESSAGE

2.1.5 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST

2.1.6 RRCConnectionReconfiguration（DRB setup-QCI9/QCI5）

2.1.7 INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE

2.1.8 SIP INVITE

2.1.9 SIP 100 TRYING

2.1.10 SIP 183 Session Progress

2.1.11 AAR

2.1.12 AAA PCRF

2.1.13 E-RAB SETUP REQUEST

2.1.14 RRCConnectionReconfiguration（DRB setup-QCI1）

2.1.15 ACTIVATE DEDICATED EPS BEARER CONTEXT REQUEST

2.1.16 SIP PRACK

2.1.17 SIP 200 OK(PRACK)

3.1.18 SIP UPDATE

2.1.19 SIP 200 OK（UPDATE）

2.1.21 SIP 180 ringing

2.1.22 SIP 200 OK（INVITE）

2.1.23 SIP ACK

2.2 被叫呼叫建立流程

2.3 VoLTE 呼叫释放

2.3.1 SIP BYE

2.3.2 SIP 200 OK（BYE）

2.3.3 STR/STA P-CSCF

2.3.4 E-RAB RELEASE COMMAND

2.3.5 Deactivate EPS bearer context request

1 初始注册 

1) VoLTE UE 在 LTE 网络内发起 Initial attach 流程，建立数据 APN 的 PDN connection，相应的 default EPS bearer 为 QCI9/8（由 HSS 上用户签约数据决定）； 当核心网也支持 VoLTE 时，MME 会在 Attach 过程中告知 UE 网络侧支持 VoLTE。

2) VoLTE UE 发起到 IMS APN 的 PDN connection 建立流程，相应的缺省承载为 QCI5；在该过 程中，获取 IMS 入口点 P-CSCF 地址信息。

3) VoLTE UE 发起到 IMS 域的注册，SIP 注册消息承载在 QCI5 缺省承载上。

1.1 Initial attach

中移动终端会发起 combined attach 流程，在 Initial attach 过程中同时完成 CSFB 附着和普通数 据业务附着。

数据 APN 采用 IPv4 地址，IMS APN 采用 IPv6 地址。

1.1.1 Attach Request（piggybacked PDN connectivity request）

Attach Request 消息关键 IE 截图：

1.1.2   Attach Accept(piggybacked Activate default EPS bearer context request)

Attach Accept 关键 IE 截图：

1.2 IMS PDN Connection 建立

1.2.1 PDN connectivity request

1.2.2 E-RAB SETUP REQUEST

1.2.3 Activate default EPS bearer context reques

1.3 IMS 域 SIP 注册

LTE 网络在 IMS 注册过程中，负责提供接入通道，负责消息转发，SIP 注册消息承载在 IMS PDN connection 的 default EPS bearer（QCI5）上，流程示意图如下：

GSMA IR.92 规定在 IMS 注册过程中，采用 IMS-AKA 算法完成 UE 和 IMS 网络之间的双向认证， 认证成功后建立安全联盟 SA（Security Association），UE 和 P-CSCF 间 SIP 信令采用 IPsec 报文 进去安全保护，完整性保护必选和加密可选：

如下为 P-CSCF（SE2900）信令截图：

下面以 P-CSCF 信令跟踪消息截图，简单说明关键消息。

1.3.1 SIP Register

UE 读取 USIM 卡信息获取 IMSI，再从 IMSI 推导出 IMPI 和 IMPU，向 IMS 拜访网络入口 P-CSCF 发送 REGISTER 消息请求注册（在 SIP default port 5060 上发送）。

1.3.2 401 Unauthorized

1.3.3 SIP Register

UE 收到 401 响应后，根据本地 USIM/ISIM 中保存的共享密钥对 AUTN 进行认证，认证通过则 表明 401 消息来源于用户真实的归属网络，UE 对 IMS 网络鉴权通过。再基于共享密钥和 RAND 计算出 RES（Response），重新构造 REGISTER 消息，携带 RES，发给 P-CSCF。

1.3.4 SIP 200 OK

P-CSCF 收到 UE 发送的 SIP Register 消息后，转发给 I-CSCF/S-CSCF， S-CSCF 收到鉴权响应， 将期望收到的鉴权响应 XRES 和实际收到的鉴权响应 RES 进行比较。如果两者匹配，则 IMS 网络对 UE 鉴权通过。向 UE 回复 SIP 200 OK，表明初始注册成功。

2 VoLTE 呼叫 VoLTE 流程

2.1 主叫呼叫流程

eNodeB 虚用户信令跟踪：

SBC 侧信令跟踪：

相关详细消息介绍如下：

2.1.1 RRCConnectionRequest

Idle 态 UE 因有上层业务需求，发起 RRC 建立流程，发送 RRCConnectionRequest 消息。

2.1.2 RRCConnectionSetup

eNodeB 发送 RRCConnectionSetup 消息，建立 SRB1，配置 ul-SCH-Config，PhysicalConfigDedicated （pdsch-ConfigDedicated/ pucch-ConfigDedicated/ schedulingRequestConfig…）等信息。

2.1.3 RRCConnectionSetupComplete

终端回复 RRCConnectionSetupComplete 消息，携带 selectedPLMN-Identity 和 dedicatedInfoNAS（对 应 Initial NAS Message，这里为 Service Request 消息）。

2.1.4 INITIAL UE MESSAGE

eNodeB 将在 RRCConnectionSetupComplete 消息中收到的 NAS 消息（dedicatedInfoNAS IE），通过 Initial UE Message 消息发送给 MME，同时携带 UE 接入当前小区的 TAI，ECGI，RRC Establishment Cause，S-TMSI 等信息。

2.1.5 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST

Idle 态 VoLTE UE 退出 idle 态时，同时建立 QCI9 和 QCI5 两个缺省承载。 若 UE 和 MME 都支持 SRVCC 能力，会携带 SRVCC Operation Possible IE。 通常，成功 attach 的终端，退出 idle 过程中，MME 会携带 UE Radio Capability IE，从该 IE 中，可以获取到 UE 无线网络能力，如：RoHC 能力，FGI（SRVCC/SPS/TTI bundling 等能力）。

2.1.6 RRCConnectionReconfiguration（DRB setup-QCI9/QCI5）

收到核心网 MME 下发的 InitialContextSetupRequest 消息，根据 E-RAB to Be Setup Item 触发空口 建立相应的 DRB（完成 PDCP-config，RLC-config，LogicalChannelConfig）。

2.1.7 INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE

eNodeB 给 MME 回复 INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE 消息，确认 E-RAB 承载建立结果。

2.1.8 SIP INVITE

用户发起 VoLTE 呼叫，UE 构造 SIP INVITE 消息（携带 SDP offer 信息），在 UE 进入 Active 态 后，UE 在 QCI5 default EPS bearer 上将 SIP INVITE 发送给 P-CSCF。

2.1.9 SIP 100 TRYING

P-CSCF 收到 INVITE 消息后，回复临时响应消息 100 TRYING 给 UE，用以停止 UE 重发 INVITE 消息。

2.1.10 SIP 183 Session Progress

被叫终端回复 183 Session Progress（携带 SDP Answer），经过 IMS 核心网设备转发给主叫用户 接入的 P-CSCF。

如下 183 session progress 消息为主叫 P-CSCF 发送给主叫 UE 信令截图：

此后，P-CSCF 根据 INVITE（SDP Offer）和 183 Session Progress（SDP Answer）协商 SDP 结果， 发送 AAR 消息给 PCRF，触发 EPS 专用承载（QCI1）建立。 该 183 Session Progress 表示协商的 codec 为 AMR-WB，相关 IE 定义与 SIP INVITE

2.1.11 AAR

主叫 P-CSCF 收到被叫 183 Session Progress（SDP Answer）后，触发 AAR 消息给 PCRF，触发专 用承载（QCI1）建立，携带媒体业务流相关信息，媒体带宽需求等信息。

2.1.12 AAA PCRF

发送 AAA 消息对 AAR 消息进行应答。

2.1.13 E-RAB SETUP REQUEST

MME 发送 E-RAB SETUP REQUEST 消息，请求建立 E-RAB 承载（QCI1），用来承载 VOLTE 媒体 面数据包。

2.1.14 RRCConnectionReconfiguration（DRB setup-QCI1）

eNodeB 根据 MME 下发的 E-RAB SETUP REQUEST，触发建立空口 DRB 承载，同时，将 E-RAB SETUP REQUEST 消息中的 NAS PDU 通过 RRCConnectionReconfiguration→dedicatedInfoNASList。

2.1.15 ACTIVATE DEDICATED EPS BEARER CONTEXT REQUEST

专用承载建立时，核心网 MME 会下发 ACTIVATE DEDICATED EPS BEARER CONTEXT REQUEST， 请求为已有缺省承载的 PDN connection 激活专有承载（这里为 QCI1）。

2.1.16 SIP PRACK

终端收到 SIP 183 session Progress，回复 PRACK 进行应答.

2.1.17 SIP 200 OK(PRACK)

被叫终端收到 PRACK 消息后，回复 SIP 200 OK 对 PRACK 进行确认，通过核心网发送给主叫 P-CSCF，再发给主叫 UE：

3.1.18 SIP UPDATE

主叫终端完成资源预留，即：QCI1 承载建立完成后，发送 SIP UPDATE 消息，指示本端 Precondition 已满足。

相关 IE 定义与 SIP INVITE 相同。

2.1.19 SIP 200 OK（UPDATE）

被叫侧完成资源预留后，返回 SIP 200 OK (UPDATE)给主叫侧，参数“a=curr:qos local sendrecv”指示 被叫侧 Precondition 已经满足。

被叫侧 SIP 200 OK（UPDATE）经过核心网发送给主叫 P-CSCF，再发送给主叫 UE。 到此，主被叫资源预留完成（QCI1 EPS bearer 建立成功）：

相关 IE 定义与 SIP INVITE 相同

3.1.20 PDN GW initiated Dedicated bearer modification-Optional

PCRF 根据本地策略和业务媒体信息变更触发 P-GW 发起 QCI1 dedicated EPS bearer 修改，P-GW 根据修改内容不同，流程上略有差异：

（1） 有 QoS 参数更新（GBR/MBR/ARP）

（2） 无 QoS 参数更新（TFT）

说明：本次呼叫流程中未涉及 dedicated bearer 更新流程。

2.1.21 SIP 180 ringing

主被叫终端资源预留完成后，被叫侧振铃并发送 SIP 180 ringing。

2.1.22 SIP 200 OK（INVITE）

被叫摘机后，回复 SIP 200 OK（INVITE）给主叫：

2.1.23 SIP ACK

主叫收到被叫摘机消息 SIP 200 OK（INVITE）后，回复 SIP ACK 消息给被叫进行确认。 此后，主被叫进入正常通话状态。

2.2 被叫呼叫建立流程

SBC 侧信令跟踪：

相关消息说明，请参考：主叫呼叫流程

2.3 VoLTE 呼叫释放

eNodeB 侧信令跟踪：

SBC 侧信令跟踪：

2.3.1 SIP BYE

用户挂机，发送 SIP BYE 消息：

2.3.2 SIP 200 OK（BYE）

核心网转发 SIP BYE 消息，对端 UE 回复 SIP 200 OK，作为对 BYE 消息的响应，经过核心网发 送给挂机用户所在 P-CSCF，进而转给挂机用户。

2.3.3 STR/STA P-CSCF

发送 STR 消息触发 dedicated EPS bearer（QCI1）释放。

PCRF 回复 STA 消息对 STR 消息进行应答。

2.3.4 E-RAB RELEASE COMMAND

MME 发送 E-RAB RELEASE COMMAND 触发 E-RAB 释放（QCI1）

2.3.5 Deactivate EPS bearer context request

MME 在 E-RAB RELEASE COMMAND 消息中携带 NAS PDU（Deactivate EPS bearer context request）， 由 eNodeB 转发给 UE，触发释放相应的 EPS bearer。