数据业务|指示_VoLTE端到端业务详解|VoLTE用户注册流程

篇首语：本文由编程笔记#小编为大家整理，主要介绍了VoLTE端到端业务详解 | VoLTE用户注册流程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

书籍来源&＃xff1a;艾怀丽《VoLTE端到端业务详解》

一边学习一边整理书中的笔记&＃xff0c;并与大家分享&＃xff0c;侵权即删&＃xff0c;谢谢支持&＃xff01;

附上汇总贴&＃xff1a;VoLTE端到端业务详解 | 汇总_COCOgsta的博客-CSDN博客

注册是用户向签约网络请求授权使用业务的过程&＃xff0c;在VoLTE解决方案中&＃xff0c;LTE用户根据实际的信号强度覆盖&＃xff0c;可以由UE选择附着到CS网络或LTE网络进行注册。对于CS网络注册&＃xff0c;注册过程与传统CS网络用户注册过程相同。对于LTE网络注册&＃xff0c;UE首先附着到EPC网络&＃xff0c;再在IMS网络注册。用户注册后&＃xff0c;可以享受归属网络提供的服务&＃xff0c;包括对用户当前地址和用户身份进行绑定&＃xff1b;用户可以正常使用各种签约业务。

PDN&＃xff08;Packet Data Network&＃xff09;是UE要接入的目的网络&＃xff0c;对于LTE网络&＃xff0c;就是UE要接入到Internet&＃xff0c;还是IMS。

APN&＃xff08;Acess Point Name&＃xff09;接入点名用来标识UE接入一个指定的外部网络或一种类型的服务&＃xff0c;即在UE/PGW里定义用于标识目的PDN。对于LTE网络&＃xff0c;就是UE要接入到哪个PGW&＃xff0c;通过这个PGW的SGi接口可以接入到Internet还是IMS。

PDN连接是UE和一个特定PDN之间的IP连接&＃xff0c;比如IMS APN指的就是UE接入IMS&＃xff0c;CxNET APN指的就是UE接入Internet&＃xff0c;实际上就是PGW网元面向用户使用不同APN时建立通往不同目的网络的一个通道&＃xff0c;对于VoLTE业务来说&＃xff0c;当用户使用VoLTE业务的时候&＃xff0c;PGW会将用户的SIP信令消息和RTP媒体流送往IMS网络处理。

5.2.1 EPC附着

图5-22所示为VoLTE用户EPC附着流程。

总的来说&＃xff0c;EPC附着分为9个过程。

流程1&＃xff1a;终端发起Attach Request请求&＃xff0c;并告诉网络支持VoLTE语音业务&＃xff1b;

流程2&＃xff1a;MME收到终端的附着请求&＃xff0c;有可能向HSS要用户的鉴权数据并向用户发起鉴权请求&＃xff0c;待用户鉴权通过后&＃xff0c;向HSS请求用户的业务签约数据&＃xff1b;

流程3&＃xff1a;获取用户的签约数据&＃xff0c;包含APN、MSISDN等信息&＃xff1b;

流程4&＃xff1a;MME向PGW申请建立数据业务的默认承载&＃xff08;基于用户签约默认APN为数据业务APN的特性&＃xff09;&＃xff0c;MME根据APN配置和网络拓扑选择SGW和PGW&＃xff0c;向SGW发起Create Session Request请求消息&＃xff0c;消息中携带数据业务APN及QCI信息&＃xff1b;

流程5&＃xff1a;在数据业务开启PCC的情况下&＃xff0c;PGW触发数据业务默认承载的PCC流程&＃xff0c;PGW通过CCR请求向PCRF发起PCC流程&＃xff1b;PCRF通过CCA向PCRF下放PCC规则和QoS信息&＃xff1b;

流程6&＃xff1a;PGW向MME返回会话建立响应消息&＃xff0c;SGW向MME返回Create Session Response信息&＃xff0c;消息中包括UE IP地址和DNS地址&＃xff1b;

流程7&＃xff1a;MME向UE返回附着接受消息&＃xff0c;包括PGW为UE分配的IP地址和DNS地址&＃xff1b;

以上7步的具体信令流程图如图5-23所示。

流程8&＃xff1a;终端发起VoLTE语音业务的PDN连接建立请求&＃xff1b;

流程9&＃xff1a;网络侧为用户建立VoLTE语音业务的默认承载。

第8、9步的具体信令流程如图5-24所示。

其中&＃xff0c;第2步中的MME向HSS要用户鉴权数据和业务数据的详细过程如下。

MME收到请求后向HSS发起Update Location请求信息&＃xff1b;MME收到UE的Attach Request后先检查本地是否有该用户的鉴权集&＃xff0c;如果没有&＃xff0c;MME则向HSS发送AIR消息请求鉴权数据&＃xff0c;消息中携带用户的IMSI&＃xff0c;HSS向MME返回AIA消息&＃xff0c;消息中携带用户的四元组鉴权向量&＃xff0c;包括XRES、RAND、AUTN、KASME&＃xff0c;EPC网络针对终端的USIM卡完成鉴权流程后&＃xff0c;MME向SAE-HSS发送Update Location Request消息&＃xff0c;获取用户信息。

Update Location Request消息中携带了两个关键信元&＃xff0c;包含UE SRVCC Capability&＃xff08;指示UE是否支持SRVCC能力&＃xff09;、Homogeneous-Support-of-IMS-Voice-Over-PS-Sessions&＃xff08;指示所在RA/TA是否支持IMS Voice PS Sessions&＃xff09;。

HSS向MME回复Update Location ACK信息&＃xff0c;包括STN-SR、C-MSISDN、默认APN&＃xff08;比如XXnet APN&＃xff09;、一个或多个PDN签约上下文[比如&＃xff0c;IMS APN及QoS&＃xff08;QCI&＃61;5&＃xff0c;ARP&＃61;9&＃xff09;]。

此时返回的STN-SR是HSS给这个用户签约的一个号码&＃xff0c;用户实际注册的ATCF网元的STN-SR会在IMS域注册时通过Register消息上报给SCCAS网元&＃xff0c;SCCAS会通过HSS重新插入到MME中去。

其中第8、9步的详细过程说明如图5-25所示。

流程1&＃xff1a;在Attach和TAU过程中&＃xff0c;MME向VoLTE终端发送的Attach Accept、TAU Accept消息中包含“IMS Voice over PS Sessions&＃61;1(support)”&＃xff1b;VoLTE终端主动向MME发起IMS APN承载建立请求。

流程2&＃xff1a;MME向分组域融合DNS发起APN解析请求&＃xff0c;根据DNS的解析结果&＃xff0c;优选同一SAE-GW中的SGW和PGW&＃xff1b;随后MME向SAE-GW发起Create Session Request请求消息&＃xff0c;消息中携带IMS APN及QCI信息。

流程3&＃xff1a;PGW与PCRF之间进行PCC信息&＃xff08;该UE的相关策略信息&＃xff09;交互&＃xff08;CCR/CCA&＃xff09;。

流程4&＃xff1a;EPS&＃xff08;无线LTE&＃43;EPC核心网&＃xff09;网络为VoLTE用户建立IMS APN默认承载&＃xff0c;PGW经SGW、MME、eNB返回的信息中包含PGW为用户分配的IPv6地址、PGW中预先配置的VoLTE SBC的IP地址列表。

备注&＃xff1a;

我们是假定VoLTE用户签约默认APN是数据业务&＃xff0c;假如VoLTE用户签约默认APN是IMS APN呢&＃xff0c;那EPC注册过程会有哪些不同呢&＃xff1f;

我们主要关注的是VoLTE用户通过EPC注册后获取到网络分配的IP地址以及P-CSCF地址是什么&＃xff0c;那我们就要查看Attach Accept消息&＃xff0c;现网一般都是给用户签约数据业务APN为默认APN&＃xff0c;所以现网是通过查看E-RAB Setup Request消息&＃xff0c;这些细节不影响对于VoLTE业务整体流程的理解&＃xff0c;但在日常故障或用户投诉处理过程中则需要咱们了解这些细节。

5.2.2 IMS注册

VoLTE用户进行IMS注册时由拜访地P-CSCF&＃xff08;SBC/ATCF&＃xff09;、I-CSCF向归属网络发起注册&＃xff0c;使用USIM卡的VoLTE用户注册时&＃xff0c;如果通过USIM卡导出的注册IMPU&＃xff08;比如SIP:IMSI&＃64;ims.mnc.mcc460.3gppnetwork.org&＃xff09;无省份信息&＃xff0c;则只能通过拜访地I-CSCF由DRA向归属HSS进行查询。具体注册流程如图5-26所示。

流程1&＃xff1a;终端根据附着流程获得的P-CSCF地址&＃xff0c;通过EPC网络向P-CSCF发起注册。

流程2&＃xff1a;P-CSCF具备ATCF功能&＃xff0c;在注册消息中插入STN-SR&＃xff1b;P-CSCF根据导出的注册IMPU域名向DNS发起查询&＃xff0c;查询结果为P-CSCF拜访本省的I-CSCF地址&＃xff0c;并将注册消息发送给I-CSCF。

流程3&＃xff1a;I-CSCF通过Cx接口向HSS查询服务S-CSCF信息。

流程4&＃xff1a;HSS向I-CSCF下发能力集。

流程5&＃xff1a;I-CSCF根据本地配置并通过查询DNS将注册消息发送给用户归属S-CSCF。

流程6&＃xff1a;S-CSCF通过Cx接口向HSS下载用户鉴权向量和签约数据&＃xff0c;并对用户进行鉴权。

流程7&＃xff1a;鉴权完成后&＃xff0c;S-CSCF向SCCAS发起第三方注册流程。

流程8&＃xff1a;SCCAS通过Sh接口向HSS下载用户签约信息与透明数据&＃xff0c;其中包括终端SRVCC能力和STN-SR值&＃xff0c;SCCAS通过Message消息向ATCF通知AUT-STI值和C-MSISDN值&＃xff0c;如果SCCAS发现注册消息中的值与HSS中STN-SR值不同&＃xff0c;那么将通过Sh接口向HSS更新该值。

流程9&＃xff1a;HSS通过S6a接口将更新的STN-SR值通知MME&＃xff0c;MME更新STN-SR值。

备注&＃xff1a;

a.STN-SR、AUT-STI值和C-MSISDN这三个参数在SRVCC业务过程中是怎么影响接续的&＃xff0c;在SRVCC专题中会具体描述。

b.终端发起注册&＃xff08;初始注册、重注册&＃xff09;请求时&＃xff0c;如收到网络侧发送的错误响应&＃xff08;如408、500、504&＃xff09;&＃xff0c;终端应立即重新发起注册消息&＃xff1b;当多次注册不成功后&＃xff0c;终端应具备一定的智能性&＃xff0c;不应频繁地自动向网络发起注册消息。

5.2.3 第三方注册

IMS域注册完成后&＃xff0c;S-CSCF根据VoLTE用户签约的iFC&＃xff08;Shared iFC&＃xff09;&＃xff0c;向相应的IMS AS发起第三方注册。

第三方注册流程如图5-27所示。

S-CSCF从VoLTE用户归属三融合HSS/HLR获得用户IMS签约数据&＃xff0c;其中包括用户签约的Shared iFC&＃xff0c;并将Shared iFC映射为标准iFC&＃xff0c;根据iFC优先级和对应AS主机名按顺序将用户注册到IMS AS&＃xff0c;一般来说&＃xff0c;VoLTE用户会签约三个AS&＃xff0c;包含SCCAS&＃xff08;域选和SRVCC两个功能&＃xff09;、VoLTE MMTEL AS&＃xff08;VoLTE业务基本功能&＃xff09;、IP-SM-GW&＃xff08;短信网关功能&＃xff09;。具体注册顺序为&＃xff1a;首先注册SCCAS、然后注册VoLTE MMTEL AS、最后注册IP-SM-GW&＃xff1b;现网一般是SCCAS与VoLTE MMTEL AS综合设置为VoLTE AS&＃xff0c;可一次完成SCCAS和VoLTE AS的注册。

&＃xff08;1&＃xff09;SCCAS注册

① S-CSCF根据用户iFC签约中的SCCAS POOL主机名向IMS DNS发起查询&＃xff0c;并根据IMS DNS返回的解析结果选择SCCAS&＃xff0c;向SCCAS发起第三方注册请求。

② SCCAS通过Sh接口从用户归属三融合HSS/HLR下载用户签约信息和透明数据&＃xff0c;其中包括终端SRVCC能力和STN-SR值&＃xff0c;若SCCAS发现注册消息中的STN-SR值与三融合HSS/HLR下载的值不同&＃xff0c;则通过Sh接口更新三融合HSS/HLR中的STN-SR值。

③ SCCAS向S-CSCF返回SCCAS第三方注册成功消息。

④ 三融合HSS/HLR通过S6a接口更新VoLTE用户拜访MME中的STN-SR值。

⑤ SCCAS通过消息告知VoLTE SBC/ATCF用户的AUT-STI和C-MSISDN。

&＃xff08;2&＃xff09;VoLTE TAS注册

① S-CSCF根据用户iFC签约中的VoLTE TAS POOL主机名向IMS DNS发起查询&＃xff0c;并根据IMS DNS返回的解析结果选择VoLTE TAS&＃xff0c;向VoLTE TAS发起第三方注册请求。

② VoLTE TAS通过Sh接口从用户归属三融合HSS/HLR下载用户透明数据。

③ VoLTE TAS向S-CSCF返回VoLTE TAS第三方注册成功消息。

&＃xff08;3&＃xff09;IP_SM_GW第三方注册

① S-CSCF根据用户iFC签约中的IP_SM_GW通用主机名向IMS DNS发起查询&＃xff0c;IMS DNS向一级IMS DNS发起查询&＃xff0c;S-CSCF根据IMS DNS返回的解析结果选择IP_SM_GW&＃xff0c;向IP_SM_GW发起第三方注册请求。

② IP_SM_GW通过Sh接口更新用户归属三融合HSS/HLR中短信业务路由信息&＃xff0c;将三融合HSS/HLR中短信业务地址修改为IP_SM_GW网元地址。

③ IP_SM_GW向S-CSCF返回IP_SM_GW第三方注册成功消息。

5.2.4 IP Sec流程

IMS网络的VoLTE业务的核心控制平台&＃xff0c;具有基于会话初始协议&＃xff08;SIP&＃xff09;的全IP架构&＃xff0c;IP协议固有的缺陷和安全漏洞使IMS很容易遭受攻击&＃xff0c;IMS要求所有用户在使用IMS服务之前都必须进行鉴权&＃xff08;认证和授权&＃xff09;&＃xff0c;协商建立安全的接入通道&＃xff0c;即IMS使用因特网协议安全&＃xff08;IPSec&＃xff09;为IMS系统提供安全保护。

终端发起注册&＃xff08;初始注册、重注册&＃xff09;请求时&＃xff0c;当收到网络侧发送的错误响应&＃xff08;如408、500、504&＃xff09;&＃xff0c;终端会立即重新发起注册消息&＃xff0c;在移动通信网络的VoLTE业务中一般都采用AKA的鉴权方式&＃xff0c;终端需要立即将IP Sec SA清除&＃xff0c;重新构建无保护的初始注册消息&＃xff0c;未经IP Sec SA保护通道发送的所有注册消息&＃xff0c;均需要重新鉴权&＃xff0c;S-CSCF重新发起挑战。S-CSCF通过Integrity-Protected参数判定消息是否经过IP Sec SA通道保护。

下面详细描述VoLTE用户注册时的IP Sec相关过程。

5.2.4.1 参数协商过程

3GPP协议33.203关于SA建立的参数协商描述如图5-28所示。

&＃xff08;1&＃xff09;SM1消息携带终端侧的SPI信息、端口信息以及加密和完整性保护的算法

SM1:

举例如下&＃xff1a;

&＃xff08;2&＃xff09;SM6消息携带P-CSCF侧的SPI信息&＃xff0c;端口信息以及加密和完整性保护的算法

SM6:

举例如下&＃xff1a;

&＃xff08;3&＃xff09;SM7消息携带终端和P-CSCF侧的SPI信息&＃xff0c;端口信息以及加密和完整性保护的算法

SM7:

举例如下&＃xff1a;

&＃xff08;4&＃xff09;SM8消息携带完整性保护指示给S-CSCF

SM8:

5.2.4.2 SA通道建立过程

SA通道建立过程描述如图5-29所示。

&＃xff08;1&＃xff09;初始注册消息

始发端口是终端侧SIP的知名端口&＃xff1a;5060。

目的端口是P-CSCF侧SIP的知名端口&＃xff1a;5060。

初始注册消息是未受保护的消息。

&＃xff08;2&＃xff09;终端收到401消息后&＃xff0c;上发注册消息

始发端口使用终端分配的Port-UC。

目的端口是P-CSCF分配的Port-PS。

这个注册消息是在受保护的通道中传递&＃xff0c;对应的200 OK消息&＃xff08;SM12&＃xff09;也是在这个SA中传递

&＃xff08;3&＃xff09;用户作为被叫&＃xff0c;P-CSCF发送Invite消息给终端。

始发端口使用P-CSCF分配的Port-PC。

目的端口使用终端分配的Port-US。

后续的180和200 OK消息也是使用这个SA通道。

5.2.4.3 应用示例

1.典型事例

图5-30所示为常见的注册流程&＃xff0c;SA通道各个端口信息详细描述如下。

&＃xff08;1&＃xff09;终端侧端口信息

Port-UC&＃61;49215;

Port-US&＃61;49216。

&＃xff08;2&＃xff09;P-CSCF侧端口信息

Port-PC&＃61;9950;

Port-PS&＃61;9900。

&＃xff08;3&＃xff09;首次注册消息使用SIP知名端口&＃xff1a;5060

终端收到401消息后&＃xff0c;使用的源端口是Port-UC&＃61;49215&＃xff0c;目标端口是Port-PS&＃61;9900。

注册完成的200 OK消息&＃xff0c;使用的源端口是Port-PS&＃61;9900&＃xff0c;目标端口是Port-UC&＃61;49215。

终端发起订阅消息&＃xff0c;使用的源端口是Port-UC&＃61;49215&＃xff0c;目标端口是Port-PS&＃61;9900。

核心网反馈的订阅消息&＃xff0c;使用的源端口是Port-PC&＃61;9950&＃xff1b;目标端口是Port-US&＃61;49216。

核心网发送订阅的鉴权消息&＃xff0c;使用的源端口是Port-PC&＃61;9950&＃xff1b;目标端口是Port-US&＃61;49216。

终端反馈的订阅鉴权消息的200 OK响应&＃xff0c;使用的源端口是Port-UC&＃61;49215&＃xff0c;目标端口是Port-PS&＃61;9900。

2.SA创建过程

如图5-31所示&＃xff0c;SA创建过程详细描述如下。

① 初始注册Register消息长度超过1300字节&＃xff0c;需要通过TCP链路传递消息&＃xff0c;首先进行TCP的三次握手建立TCP链路。

按照协议&＃xff0c;只有初始注册消息和首个401消息才能在未受保护的通道中传送&＃xff0c;终端收到401消息以后&＃xff0c;后续的消息需要通过受保护的SA通道发送&＃xff0c;因此拆除掉原来的未受保护的TCP链路。

② 由于401后面的注册消息长度仍然大于1300字节&＃xff0c;因此还需要创建TCP链路&＃xff0c;这次使用的端口是前面协商的端口&＃xff0c;终端侧使用Port-UC&＃xff0c;P-CSCF侧使用Port-US。

这个通道是SA安全通道&＃xff0c;对于注册事务的后续消息&＃xff0c;都是通过TCP通道来传递的。

终端侧收到注册的200 OK消息后&＃xff0c;将TCP链路拆除。根据协议描述&＃xff0c;通道是拆除还是保留由SIP应用层自行决定。

3.订阅过程SA通道使用

如图5-32所示&＃xff0c;订阅过程SA通道使用过程详细描述如下。

① 终端上报订阅消息&＃xff0c;消息长度小于1300字节&＃xff0c;使用UDP协议传送&＃xff0c;不需要创建链路的过程。

直接使用SA安全通道&＃xff0c;源端口使用Port-UC&＃xff0c;目的端口使用Port-PS。

对于订阅的200 OK消息&＃xff0c;因为其长度小于1300字节&＃xff0c;因此继续使用UDP传送。由于UDP没有链路的概念&＃xff0c;因此不会订阅原来上发的通道&＃xff0c;而是使用另外一个SA通道&＃xff0c;本地端口是Port-PC&＃xff0c;目标端口是Port-US。

② 对于订阅通知鉴权消息&＃xff0c;因为长度也是小于1300字节&＃xff0c;因此同上面的订阅消息一样&＃xff0c;都是使用UDP&＃xff0c;上行消息和下行消息使用两个不同的SA通道。

4.呼叫过程中SA通道使用

如图5-33所示&＃xff0c;呼叫过程SA通道使用过程详细描述如下。

① 终端作为被叫的流程。P-CSCF对于发给终端的第一个Invite消息&＃xff0c;当前都是使用UDP传输。

按照规范&＃xff0c;当Invite消息长度超过1300字节时&＃xff0c;应该使用TCP协议传输。

终端返回的183消息也是使用UDP消息&＃xff0c;尽管长度也超过了1300字节。

② 对于Prack消息&＃xff0c;当前P-CSCF是根据用户注册时使用的传输协议类型来决定的&＃xff0c;由于注册时是使用TCP&＃xff0c;因此这里的Prack使用TCP来传输&＃xff0c;由于之前没有建立这个方向的TCP链路&＃xff0c;因此这里需要有TCP建链过程。

对于P-CSCF建立的TCP链路&＃xff0c;不会立刻删除&＃xff0c;在对应的事务结束以后&＃xff0c;保持3分钟才拆除链路&＃xff0c;以RST消息拆除。

5.重注册鉴权导致SA更换过程

如图5-34所示&＃xff0c;重注册鉴权中SA更换过程详细描述如下。

① 重注册消息可以通过受保护的SA通道发来&＃xff0c;也可以通过未被保护的知名端口发来&＃xff0c;如果从知名端口发来&＃xff0c;那么原来的SA通道不再使用&＃xff0c;流程如初始注册过程。

② SA更换的过程中&＃xff0c;Port-s端口不更换&＃xff0c;只更换Port-c。对于终端来说&＃xff0c;初始有两个旧的SA通道&＃xff1a;进&＃xff08;Inbound&＃xff09;和出&＃xff08;Outbound&＃xff09;。

③ 如果注册消息从受保护的SA通道发来&＃xff0c;那么401也需要从SA通道下发给终端。在收到401消息后&＃xff0c;根据401中的P-CSCF分配的新的Port-PC&＃xff0c;以及终端自己分配的Port-UC&＃xff0c;创建两个新的SA通道。

④ 401后的注册消息&＃xff0c;从新的SA通道发送出去&＃xff0c;在收到对应的200 OK消息后&＃xff0c;这个鉴权流程完成。这时并存有4个SA通道&＃xff08;两个旧的SA和两个新的SA&＃xff09;。

⑤新的通道的生命周期取两个值的最大值&＃xff1a;旧的SA通道的剩余生命周期时长&＃xff1b;注册200 OK消息里面携带的失效时长。

6.旧SA通道删除流程&＃xff08;UE&＃xff09;

如图5-35所示&＃xff0c;UE发起的SA通道删除过程详细描述如下。

UE始发的消息需要从新的SA发送&＃xff0c;除非这个消息属于一个悬置的SIP事务&＃xff0c;且该SIP事务前期消息由旧的SA来发送。如果旧的SA还在被使用&＃xff0c;则称为“一个悬置的SIP事务”。在UE收到P-CSCF新的SA通道传来的消息时&＃xff0c;旧的SA通道在SIP消息传递完毕或旧的SA通道生命周期结束的条件下可以将旧的SA通道删除。而且&＃xff0c;在旧的SA通道生命周期结束后&＃xff0c;SA通道可无条件删除。

7.旧SA通道删除流程&＃xff08;P-CSCF&＃xff09;

如图5-36所示&＃xff0c;P-CSCF发起的SA通道删除过程详细描述如下。

① 当在旧SA上收到UE的新的SA通道&＃xff08;Inbound&＃xff09;传来消息或还有很短的生命周期时&＃xff0c;P-CSCF需开始使用新的SA来发送消息。只有一种情况是例外的&＃xff0c;即一个SIP消息属于一个悬置的SIP事务则需在旧SA上传送。旧SA通道在SIP消息传送完毕或生命周期结束时可以删除&＃xff0c;通常是在旧SA通道生命周期结束后会删除。

② 这一段旧的SA通道删除的时机&＃xff0c;协议描述得不是很清楚&＃xff0c;从当前实现的情况来看&＃xff0c;终端和P-CSCF理解的是在生命周期结束的点才删除旧的SA。

当前的生命周期取注册的200 OK里面的失效时长为3600s。