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电信级QoS保障下VoLTE的优势分析(2)

在语音会话结束后,终端可发起相应的会话释放,具体流程如图6所示。 
  (1)UE2挂机将向UE1发起BYE请求。 
  (2、3)当BYE请求经由UE2及UE1各自归属网络P-CSCF时,P-CSCF将经由PCRF通知P-GW执行专用承载拆除工作。 
  (4—6)UE1及UE2完成专用承载拆除,同时UE1将向UE2返回200OK响应。 
  除了终端发起的VoLTE会话释放场景,当某一端用户专用承载丢失,P-GW也会触发PCRF向归属网络P-CSCF发送会话释放消息,并由P-CSCF向对端网络发起BYE请求,接下来的会话释放流程与终端发起情况类似,此处不再赘述。 
  4 VoLTE的QoS保障机制与OTT语音的比较 
  结合前文针对VoLTE网络架构和业务流程的分析,下面对VoLTE语音通信的QoS保障机制及相对于OTT语音的优势进行进一步阐述。 
  4.1 VoLTE的QoS保障机制 
  VoLTE的QoS保障通过EPS域和IMS域共同完成,以下进行具体分析。 
  (1)EPS域的QoS保障 
  EPS采用端到端、层次化网络架构,并以承载的形式进行数据传输。如图7所示,LTE系统将端到端的业务划分为EPS承载和外部承载,而EPS承载又进一步分为无线承载、S1承载和S5/S8承载。 
  LTE没有沿用3G制式的QoS协商及专用信道机制,在空口只保留共享信道以利于采用更灵活的资源调度进行QoS保障。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(SDF)进行相应的EPS承载映射,最终实现用户数据的区分QoS保障。EPS承载分为GBR承载和Non-GBR承载,GBR承载是指网络对承载速率进行严格保障的承载,而Non-GBR承载的速率将得不到保障。QCI作为重要的QoS参数,是接入点对承载级数据分组进行分类的重要依据。3GPP根据数据分组资源类型、时延、误码率、业务的不同将QCI分成9个等级(见表1)。VoLTE采用QCI=1的专用承载作为语音承载,QCI=5的默认承载作为IMS信令承载,从而保障语音数据分组的优先资源调度和传送。 
  (2)IMS域的QoS保障 
  在EPC附着和IMS会话建立过程中,连接EPS域和IMS域的PCC架构将参与VoLTE的QoS保障。EPC附着时,P-GW通过IP-CAN会话建立向PCRF获取缺省PCC规则,PCRF则向SPR获取用户信息并将其转换成相应的策略发往P-GW以建立默认承载;IMS会话建立时,P-CSCF将语音会话信息发往PCRF,PCRF进行QoS授权,授权通过后PCRF将QoS信息发往P-GW,P-GW根据接收到的QoS信息建立语音业务专用承载。这样,通过PCC架构,可以为VoLTE业务设置高优先级的QoS规则,从而保障语音通信的质量。 
  4.2 与基于LTE的OTT语音对比 
  OTT语音是上层应用业务,在LTE网络中底层承载将其认定为普通数据传输,于是OTT语音将与其它普通数据分组使用相同的Internet PDN连接的Non-GBR默认承载(QCI=8/9)。这将导致OTT语音与其它业务抢占公共带宽资源,引起OTT语音出现误码、丢包、时延大等一系列服务质量问题。因此,基于LTE的OTT语音业务无法得到有效的QoS保障。而对于VoLTE,前面提到其采用高QoS等级的语音及信令承载,且建立独立于普通数据业务的PDN连接,能在EPS域和IMS域获得良好的QoS保障。 
  同时,VoLTE对空口也作了进一步的优化。首先,RLC层采用UM模式,通过取消RLC重传机制来减少业务时延。其次,针对上行功率受限场景采用TTI Bunding技术,通过在同个HARQ进程连续发送相同RLC层分片4个不同冗余版本,以此来降低小区覆盖边缘VoLTE语音数据的误码率和时延。OTT语音采用普通数据处理机制,无法使用以上的优化特性。另外,由于通过软件方式完成会话建立及语音数据处理,OTT语音业务时延也相应增加。 
  从端到端来看,VoLTE业务走的是电信运营商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,语音业务端到端时延、误码率等服务质量都获得严格保证,这些都是OTT语音业务无法做到的。OTT分组数据需要通过Internet寻路至对端网络,而Internet一般采用无QoS保障的Best-Effort数据传输方式,这将导致OTT语音质量的进一步下降。 
  除了QoS无法得到可靠保障外,OTT语音在手机资源消耗、终端信道资源占用、异系统切换、异OTT应用兼容性等方面也得不到良好表现。对于这些问题,VoLTE采用底层数据处理、非连续性接收(DRX)、鲁棒性头压缩(RoHC)、半静态调度(SPS)、单载波语音呼叫连续性(SRVCC)等技术及本身拥有的特性,都能较好解决。在提高用户体验上,VoLTE可以采用高清语音、富通信套件(RCS)、增强富通信套件(RCSe)等丰富的业务形态来提高差异化优势。 
  5 结束语 
  VoLTE是电信运营商充分利用LTE网络在语音业务上演进的必然结果,它不单拥有传统的电信级QoS保障机制及业务特性,而且拥有新兴的如高清语音、RCS/RCSe的业务形态,在良好的服务质量和绝佳的用户体验上更能迎接OTT通信软件的挑战。当然,不论是从产业链及投入成本的角度,还是从网络演进策略的角度,要实现VoLTE还有很多问题需要考虑。但是,作为能充分利用先进网络技术并围绕提高用户感知体验,同时考虑运营商自身特点的VoLTE技术,相信在不远的将来必能得到广泛应用。 
  参考文献: 
  [1] GSMA IR 92.V7.0. IMS Profile for Voice and SMS[S]. 2013. 
  [2] GSMA IR 94.V6.0. IMS Profile for Video Service[S]. 2013. 
  [3] 3GPP TS 23.203. Policy and Charging Control Architecture[S]. 2013. 
  [4] 3GPP TS 23.207. End-to-end Quality of Service(QoS) Concept and Architecture[S]. 2012. 
  [5] 3GPP TS 23.228. IP Multimedia Subsystem(IMS) Stage2[S]. 2013. 
  [6] 3GPP TS 36.321. Medium Access Control(MAC) protocol specification[S]. 2013.


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