1 引言
OTT语音通信在移动互联网时代得到了极大的关注与应用，这给运营商传统语音业务也带来了相应的冲击。随着移动通信网络所能提供的数据传输速率的提升及业务时延的缩小，这种冲击也将变得越来越大。LTE技术能提供超过100M的下行速率，同时大幅降低端到端时延，用户面单向时延将控制在5ms以内。如何在4G时代继续确保语音业务的主导地位，成为电信运营商需要重点关注的问题。在此背景下，本文对VoLTE技术展开分析，分别介绍了实现VoLTE技术的网络架构、VoLTE业务的关键流程和QoS保障机制，重点分析VoLTE技术如何在资源共享的全IP网络上，实现可靠性和语音质量不低于传统电路域的语音业务，最终确保与OTT语音竞争的优势地位。
2 VoLTE网络架构
VoLTE业务实现方案是以LTE作为接入和承载网络，以IMS（IP Multimedia System）作为语音和多媒体等业务的控制网络，并通过PCC架构和EPS协同提供QoS保障机制，满足端到端语音业务需求。
VoLTE网络架构由E-UTRAN、EPC和IMS控制域组成，如图1所示。其中E-UTRAN主要包括eNodeB，eNodeB是3GPP用于替代UMTS Node B和RNC联合功能的LTE无线接入设备。
EPC主要包括MME、S-GW和P-GW等。其中MME是EPC的控制面实体；S-GW是本地的移动性锚点；P-GW是连接外部分组数据网络的锚点，并拥有PCEF及IP地址分配等功能；PCRF是完成策略控制的功能实体；HSS用于存放用户签约数据。
IMS包括的主要网元有CSCF和MMTel AS等。其中P/I/S-CSCF为呼叫会话控制功能实体，主要完成呼叫会话过程中信令转发、路由及具体控制功能；MMTel AS提供多媒体通信及补充业务。由于本文主要针对VoLTE纯网络形态进行探讨，所以不涉及与其它网络的互通网元及结构分析。
3 VoLTE业务流程
VoLTE语音会话的建立需要UE、E-UTRAN、EPC、IMS完成一系列的信令交互和资源准备。VoLTE业务流程可以划分为EPC附着、IMS注册、VoLTE会话建立、VoLTE媒体流通信、VoLTE会话释放五个阶段，如图2所示。
LTE用户在EPS网络中注册，至少需要建立一个PDN连接。对于VoLTE用户，针对IMS APN的PDN连接将一直保持。用于IMS信令传输的默认承载将在EPC附着过程中创建，而用于媒体传输的专用承载将于VoLTE会话建立过程创建。下面对主要的流程分别进行介绍。
3.1 EPC附着
UE进行VoLTE业务前，需要先对EPC网络进行附着，如图3所示。
（1）UE开机后，与eNodeB建立RRC连接。
（2）UE进行EPS注册，同时通知HSS对用户信息进行更新，HSS将用户的默认PDN及用于SIP信令承载的QoS信息发回MME（假如默认PDN不是IMS PDN，IMS注册前还需先建立IMS PDN）。
（3）建立EPS默认承载。P-GW先通过IP-CAN会话建立过程向PCRF获取默认PCC规则，然后将用户IP地址、EPS默认承载QoS等用户信息经由S-GW返回给MME。
（4）P-GW将P-CSCF地址发给MME，MME对新的用户信息进行确认更新，并将EPS默认承载QoS、用户IP地址、P-CSCF地址等通过eNodeB下发给UE。
（5）UE经由eNodeB向MME发送附着完成消息，建立无线承载。
3.2 IMS注册
用户完成EPS附着，需要在IMS网络完成注册，注册流程如图4所示。
（1）UE首先向网络为其分配的S-CSCF发送注册请求。
（2）S-CSCF从HSS获取用户鉴权数据。
（3）S-CSCF将用户鉴权数据封装进401响应回送给UE。
（4）P-CSCF和UE根据401响应中的鉴权参数建立IPsec安全关联。
（5—7）S-CSCF收到UE第二次发送的注册请求后，对UE进行鉴权。若鉴权通过，则从HSS下载用户配置，并向UE返回200OK指示鉴权完成。
（8）注册成功后，S-CSCF通知用户签约的MMTel AS完成第三方注册。
（9、10）UE和P-CSCF分别向S-CSCF订阅用户注册状态信息。
3.3 VoLTE会话建立
在VoLTE通话前，需要进行媒体协商及资源预留等会话建立操作，如图5所示。
（1）UE1将封装有媒体类型及编解码方案的SDP请求通过INVITE消息发给UE2。
（2）UE2将自己支持的方案类型通过183响应返回给UE1。
（3、4）UE1向UE2发送携带有选定媒体类型及编解码方案的PRACK请求，并开始专用承载建立。
（5、6）UE2接收到PRACK请求后回复200OK用于确认，并开始专用承载建立。
（7）UE1收到200OK确认并完成专用承载建立后，向UE2发送UPDATE消息进行媒体更新。
（8、9）UE2接收到UPDATE消息，向UE1返回200OK表示接受请求。当UE2完成专用承载建立后，开始振铃并向UE1返回180振铃响应。
（10）UE2摘机，向UE1返回200OK响应。
（11）UE1收到200OK响应后，向UE2发送ACK确认消息。至此，会话建立完成。
VoLTE会话建立完成后，UE1和UE2之间正式开始VoLTE媒体流的通信。
3.4 VoLTE会话释放
