當年伊拉克戰(zhàn)爭發(fā)生的時候,曾經有一位名人說過這樣一句話:“石器時代不是因為沒有了石頭而讓石器時代結束,而是因為出現了可替代石頭的工具。石油時代也不是因為石油枯竭而結束,而是因為出現了可替代的新能源”。人類進步的主要表現就是生產生活工具的進步和迭代。雖然全球技術和經濟受疫情的沖擊,但是,通信技術變革的腳步一點沒有因此停滯或變慢,巨大的用戶生活需求必然推動其發(fā)展速度。今天,基于5G的全新的“人與人”,’“人與物”和“物與物”全媒體實時通信時代已經來臨。在5G-advanced的技術架構的推動下,VoNR網絡也開始支持了更強大的VoNR+的網絡,而且傳統的語音網絡環(huán)境中取得了重大的突破,同時因為IMS數據通道的引入,疊加了數據通道以后,使得用戶場景發(fā)生了革命性的改變,應用生態(tài)出現了全域的可視化,實時交互的特點,支持了通話處于圖片文檔交互,AI智能語音接入,遠程共享協作等功能。對很多行業(yè)客服系統,協同和遠程協作,同聲傳譯等都是一個顛覆。如何面對5G VoNR的新通話技術環(huán)境的客戶需求,是我們IP語音行業(yè)廠家集成商面對的一個重大挑戰(zhàn)。最近,愛立信和中國移動都分別發(fā)布了基于5G網絡環(huán)境中移動端市場研究報告和關于5G VoNR新通話技術白皮書。這兩份報告是2022年非常重要的研究報告,可以作為行業(yè)用戶未來五年的行業(yè)發(fā)展的風向標參考。筆者針對兩篇報告結合自己的思考對未來業(yè)務發(fā)展做一點比較初淺的個人看法。另外,在新IP企業(yè)通信的討論中,筆者缺少了關于一些運營商及最新平臺技術的討論。為了彌補這部分內容,我們結合IMS網絡技術和最新5G 環(huán)境VoNR新通話技術來對當前以及未來技術做一個概覽說明。
IMS是目前通信網絡中核心的一個部分,同時對SIP的支持做了很多的拓展。我們在關于SIP系列講座中介紹了很多從底層到上層接入點方式,例如PSTN和SIP trunk,但是現在的網絡服務已經發(fā)生了根本性的改變,IMS已經在開始商用。事實上,IMS可以支持多種方式的接入,包括WIMAX,LTE,wifi,DSL等方式。傳統的接入方式中,有的只能上網,有的只能支持電視服務,有的只能支持PSTN接入,這些服務都不能提供一個統一的接入方式,運營商維護升級也面臨很多問題。LTE或者VoLTE和其他方式相比較,在支持傳統服務的基礎上,它們可以支持了更多的服務。

此圖例及以下圖例均來自于互聯網資源
為了讓讀者更多了解IMS以及VoLTE網絡中SIP注冊呼叫的工作流程,同時也為了配合筆者的SIP協議及新IP企業(yè)通信網絡技術概論,所以今天我們專門做一個關于IMS網絡和最新5G網絡環(huán)境中的新通話技術的介紹。首先說明,本章節(jié)探討的網絡架構都是非常復雜的網絡,涉及了很多龐雜的相關接口和官方規(guī)范,筆者的精力和能力以及認知水平有限,因此很難在每個細節(jié)都給予讀者一個非常完整詳細的解釋,筆者僅討論和SIP語音呼叫緊密相關的IMS核心模塊和呼叫流程。網絡上有很多非常專業(yè)的技術規(guī)范說明,讀者可以參考專門的資料去學習。
因此,在本文章中,我們將重點介紹關于IMS網絡在4G,5G網絡環(huán)境下的背景介紹,IMS主要的規(guī)范協議,例如IR.92,LTE的網絡架構背景知識,IMS的核心模塊功能,SIP在IMS的注冊工作流程,SIP在IMS的幾個重要參數介紹,SIP在VoLTE的呼叫流程,Precondition和開源IMS平臺,5G環(huán)境VoNR中的新通話技術場景使用以及利用小程序開發(fā)的各種機會。
1-關于IMS網絡在4G和5G的商業(yè)化大事記
為了讓讀者能夠快速全面了解關于IMS網絡的最新動態(tài),我們在此章節(jié)首先簡單回顧一下IMS網絡規(guī)范的發(fā)布節(jié)點時間和我國目前IMS網絡商業(yè)化的最新動態(tài)。IMS網絡全稱是IP Multimedia Subsystem,即IP多媒體子系統。IMS網絡架構技術基于3GPP和ITU等組織規(guī)范,在2002年其Release 5(R5)中首次提出,各國多年都在不斷推動其商業(yè)化的發(fā)展,其商業(yè)化進程不同國家有著不同的發(fā)展歷程, 其可預期的市場增長率也非常驚人。

根據愛立信2022年6月份發(fā)布的移動市場研究報告指出,LTE網絡簽約數的增長也是非常驚人。根據到2022年底,VoLTE簽約數預計將超過46億。

在最近幾年,我國的IMS網絡技術應用取得了比較大的進展。2019年2月,工業(yè)和信息化部在湖南、四川兩省組織開展IMS網絡互聯互通試點工作。緊接著,2020年5月,在兩省試點取得成功的基礎上,工業(yè)和信息化部決定在全國推廣IMS網絡互聯互通。2021年8月,全國移動通信網IMS網絡實現IP化互聯互通,正式為用戶提供服務。因此,2021年應該算是一個IMS網絡正式實現互聯互通業(yè)務開啟的元年。
2-4G和LTE以及其核心模塊功能
雖然我們已經進入了5G時代,部分事件用戶都已經開始使用或者“被使用”5G網絡,已經感受到了4G或者5G的快速上網和其他服務的便捷性。但是我們仍然需要從4G網絡開始討論我們今天的話題。首先讓我們介紹一下LTE的基本架構和其核心的模塊功能。以下圖例是一個比較抽象的一個移動網絡架構圖。在以下圖例中我們可以看到,整個網絡架構包括了幾個核心的模塊功能,它們是:UE終端,eNodeB設備,RAN無線接入網絡,LTE網絡,GW(接入IP核心網絡的gateway)。運營商的核心網絡通過Gateway來實現對接。這里,我們可以看到,手機終端首先啟動,然后找到自己的網絡,接入到LTE網絡,通過GW實現所有簽權認證,然后可以實現對其他User的呼叫。這里,筆者提醒讀者,當我們寫這個章節(jié)時,所引用的內容可能已經過時,例如現在的5G技術和其他的傳輸方式。如果讀者有興趣的話,可以參考3GPP的一些標準來做進一步的研究。此組織官方網站可以獲得最新的技術信息。

3-RAN和EPC核心模塊概覽以及連接方式
讀者通過上面圖例可以看到,用戶在接入網絡時,需要經過兩個核心的模塊,他們是RAN和EPC。現在讓我們進一步了解一下網絡中的核心內容RAN和EPC的功能和執(zhí)行流程。EPC的全稱是Evolved Packet Core,它是LTE的核心要素,負責其他主要模塊的功能實現。

以下圖例中介紹了UE如何通過RAN來接入到LTE網絡,然后實現真正的業(yè)務支持。

讓我們結合具體的模塊介紹一下UE注冊LTE網絡實現業(yè)務流程的幾個主要步驟:
- 首先UE通過RAN無線接入網絡,連接到MME。MME全稱是Mobility Management Entity,它負責控制移動和UE的安全訪問等控制流程。
- 然后MME查詢HSS服務器,進行簽權認證查詢服務,獲得用戶相關信息。HSS負責用戶訂閱的相關權限和服務信息。HSS全稱是Home Subscriber Server,主要是支持移動管理,呼叫和會話創(chuàng)建等功能。這里的HSS取決于運營商的部署配置,一般可能通過多臺數據庫服務器來實現。
- MME連接到SGW,通過SGW獲得路由和傳輸IP數據的信息。SGW負責UE內部設備連接外部的網絡。
- RAN網絡會提供一個UE的Bearer 能力支持的控制,通過PGW實現IP地址獲取,連接外部的IP網絡,并且實現數據策略控制,計費控制等功能。通過PGW就可以實現IP網絡的連接和IMS核心網絡的連接。
- UE用戶可以需要實現執(zhí)行Default bearer的信令控制流程,信令成功連接以后,開始實行數據的服務功能。要求支持的QCI=5是對其語音質量的規(guī)定,關于QCI的知識,我們在以前的QOS講座中有所介紹,用戶可以參考。Dedicated Bearer實現對數據的控制(連接網絡),用戶就可以通過IP網絡實現對外部網絡的其他業(yè)務,例如Skype聊天,連接WebRTC等業(yè)務。當然,用戶是否開啟這些服務,取決于運營商的服務類型,一般情況下,運營商當然希望使用自己本身的服務,可能有的運營商關閉了一些服務。這需要用戶看具體的運營商場景。
這里,讀者要注意,因為我們沒有涉及非常細節(jié)的網絡介紹,可能有的新讀者有一點迷惑,把LTE網絡和IMS混為一談。事實上,通過上面的圖例我們可以看到,PGW連接到IP網絡以后,從開始真正進入IMS服務的場景中。所以,讀者一定要注意HSS和PGW的邊界。
4-IMS網絡的核心模塊
前面我們介紹了UE如何實現LTE網絡的連接。如果UE要實現SIP業(yè)務需求的話,需要經過IMS網絡。IMS 和傳統其他的網絡服務比較,它提供了更加豐富的功能,并且集成了所有以前傳統的網絡的服務功能,例如語音,視頻,游戲,短信和在線服務,電話會議等服務功能,使用一個IP網絡可以實現用戶擴容,呼叫控制等功能。其網絡結構包括了應用服務,會話控制和訪問傳輸三個層面的結構。SIP注冊呼叫需要經過以下IMS幾個核心模塊的處理才能完成正式的注冊呼叫。

我們根據以上圖例中紅色部分標志的模塊,對這些模塊進行一個簡單的介紹:
- CSCF功能負責控制呼叫會話管理(Call Session Control Function),包括對模塊有I-CSCF,S-CSCF和P-CSCF。
- S-CSCF(Serving CSCF)負責注冊功能和管理會話。
- P-CSCF(Proxying CSCF)配合S-CSCF工作,負責SIP會話創(chuàng)建。這里一定要注意,P-CSCF是UE進入到IMS的第一個節(jié)點。
- I-CSCF(Interrogating-CSCF)是從外部網絡進入到IMS網絡的入口,負責呼入呼叫的處理,同時配合ENUM/DNS進行查詢服務。
- HSS(Home Subscriber Server)負責數據庫查詢對用戶身份和所支持的服務進行查詢確認。它通常配合AAA服務器進行簽權和認證查詢。有的運營商把在IMS網絡和EPC網絡各自部署一臺HSS,有的運營商則單獨合并為一臺HSS服務器。我們這里所使用的就是一臺HSS服務器來輔助IMS和EPC一起工作。
- AS(Application Server)提供對用戶訂閱的應用業(yè)務的支持,包括游戲,視頻,在線服務,短信服務等。
- TAS(Telephony Application Server)也是一種應用服務功能,但是這里重點強調的是對語音視頻呼叫所提供的服務,包括呼叫數量的限制,電話前轉,呼叫能力等支持, 例如開源的Asterisk,freeSWITCH等。
- PCRF(Policy Charging and Rules Function),它負責定義呼叫規(guī)則來控制用戶的呼叫功能,例如計費和QOS。它配合PGW來支持用戶QOS。
- ENUM/DNS負責對用戶地址和號碼屬性進行查詢服務,PSTN接入查詢。
5-SIP終端注冊IMS網絡流程
我們了解了IMS核心模塊的主要功能后,我們介紹呼叫的第一步-如何在IMS網絡中實現SIP終端注冊流程。

在UE注冊的流程中,整個流程大概經過以下幾個步驟:
- 首先UE啟動以后,通過PGW獲得一個IP地址,上面我們已經說明,PGW是連接IP網絡的一個網關節(jié)點。UE獲得IP地址信息以后,通知到PGW。
- PGW然后連接P-CSCF,對UE用戶進行注冊。
- P-CSCF連接到I-CSCF進行簽權認證,要求I-CSCF對其UE用戶進行查詢。
- I-CSCF連接到HSS服務器對用戶狀態(tài)信息進行查詢。
- 最后I-CSCF確認用戶狀態(tài)以后,發(fā)送UE注冊信息到S-CSCF模塊。最后完成注冊流程。到此步驟,用戶可以進行呼叫,并且UE狀態(tài)處于有效狀態(tài)。
以下SIP注冊示例告訴我們整個SIP注冊的基本流程,注冊流程和我們上面提到的是完全一致的。

6-IMS網絡中的SIP呼叫流程
UE用戶成功注冊以后,UE用戶就可以開始呼叫。現在讓我們看看UE用戶之間通過IMS網絡進行的呼叫流程。

兩個UE通過IMS呼叫大概經過以下一些步驟(和其他文檔介紹可能有所差別):
- 首先UE通過PGW進行呼叫,進入IMS網絡。
- PGW發(fā)送SIP INVITE消息到Proxy GW(P-CSCF)。
- P-CSCF發(fā)送消息到S-CSCF。
- 當INVITE消息到達S-CSCF以后,S-CSCF發(fā)送數據到TAS服務器,查詢UE用戶的呼叫能力支持。
- 通過TAS服務器獲得呼叫能力支持的查詢,例如號碼隱藏等服務,然后把查詢數據追加到此呼叫。
- S-CSCF然后發(fā)送數據到ENUM/DNS服務器查詢號碼格式和IP地址等相關信息。通過DNS查詢以后,獲悉目的地的INVITE地址等相關信息。
- S-CSCF獲得相關DNS查詢信息后,發(fā)送數據到目的地的IMS網絡中的I-CSCF。上面,我們已經介紹過,I-CSCF是IMS網絡的入口。所以,首先對其進行流程處理。
- 目的地運營商通過I-CSCF對用戶進行查詢,通過HSS服務器獲得用戶地址和在線狀態(tài)信息。
- I-CSCF繼續(xù)對S-CSCF模塊發(fā)送數據。SIP INVITE會繼續(xù)轉發(fā)到S-CSCF模塊進行下一步處理。
- 目的地S-CSCF繼續(xù)查詢TAS服務器,很多號碼的支持能力和其他增值服務相關信息。
- S-CSCF獲得目的地用戶的TAS能力信息以后,發(fā)送SIP INVITE到Proxy(P-CSCF),對其UE進行呼叫。
- 最后,目的地運營商通過P-CSCF對被叫UE進行呼叫。到此,呼叫流程創(chuàng)建過程結束。
這里,讀者要注意,在兩個IMS網絡實現互聯互通時,IMS網絡支持了一個SBC在邊界節(jié)點,SBC可以對IMS網絡之間進行防火墻設置和其他的兼容性能力支持。具體的SBC的技術討論,我們在以前的章節(jié)已經進行了非常完整的介紹,用戶可以參考。另外,如果需要查詢PCRF模塊時,可能需要對其計費和呼叫進行控制,這里已忽略此步驟。如果大家不了解SBC的話,可以訪問鼎信通達官方網站了解SBC的配套解決方案和部署架構。
7-不同運營商IMS網絡的互聯互通以及IR.92規(guī)范
目前比較主流的IMS廠家(例如,愛立信,華為,思科,ZTE,諾基亞,阿朗,ribbon等)提供了IMS非常復雜的解決方案,這些廠家的IMS網絡部署在不同國家和地區(qū),業(yè)務場景和功能配置都可能存在很大的差異。其業(yè)務功能包括了QoS保障設置,計費,服務能力支持和安全以及漫游等功能。如何讓廠家的服務統一到一個規(guī)范中,廠家都需要遵守一個規(guī)范來服務客戶。在關于IMS網絡服務的規(guī)范中,GSMA IR.92是一個大家一般推薦的規(guī)范,也是學習IMS網絡技術的一個技術架構的入口,讀者可以參考其規(guī)范內容來學習。用戶可以根據此規(guī)范來進一步了解其互聯互通服務的細節(jié)。IR.92已經發(fā)布了很多版本,我們可以參考2021年發(fā)布的V16來做簡單介紹。因為讀者學習3GPP關于IMS網絡規(guī)范時,讀者如果沒有一個非常權威的概覽說明的話,讀者在學習這些規(guī)范時會感到非常迷惑。在此規(guī)范中,我們可以獲得所有關于3GPP中IMS網絡的主要的比較完善的關于IMS的規(guī)范,和主要參考3GPP TS系列的規(guī)范。另外,在IR.92中的IMS profile中規(guī)定了各種IMS功能列表,包括了基本基礎功能,例如IMS網絡中SIP注冊流程,forking, 認證,呼叫創(chuàng)建和結束,早期媒體流,SIP 會話定時器。功能列表中也包括了IMS增值服務功能,例如,Ad-Hoc 多方會議,通信承載能力,通信等待,初始身份限定等增值服務功能。IR.92中規(guī)范了關于IMS網絡的媒體,包括了語音媒體(編碼,RTP/SDP,RTCP,抖動管理),DTMF和data channel(因為數據通道的引入,使得5G中的VoNR服務功能實現了數據交互的可能性)。另外,IR.92 規(guī)范了一系列關于Radio and Packet Core的功能,例如,無線傳輸能力,承載能力管理和P-CSCF發(fā)現等。除了以上核心功能因為,在IR.92中還規(guī)定了其他的普通功能,例如積極服務,漫游,能力發(fā)現和SMS功能。這些不同類型的服務都和具體的IMS部署提供商之間的互聯互通有著非常緊密的關系,不同IMS網絡之間需要此規(guī)范來協同統一,方便不同用戶之間的服務保障。因為篇幅有限,筆者不可能非常詳細介紹這些服務的細節(jié)和相關的TS規(guī)范。如果讀者想了解其具體細節(jié)的話,可以參考其最新發(fā)布版本,并且結合相關的TS 版本來深入學習。
8-VoLTE概覽
VoLTE(Voice over LTE) 是一種LTE網絡的服務類型。大家都知道,在相對VoIP開放的市場中,如果僅運營商僅提供一種話費低廉的語音呼叫服務,市場上已經有很多話費低廉的小型運營商,運營商已經很難和一些小運營商所提供的SIP 中繼進行市場競爭。為了留住客戶,增加和客戶粘性,運營商必須提供語音質量更加好的,服務更加全面的服務。VoLTE就可以幫助運營商提供更多的有競爭力的產品服務。VoLTE和傳統的其他接入方式相比,可以通過更多的業(yè)務功能,提供更多富媒體的支持。具體的功能包括:
VoIP 語音視頻呼叫
IM 即時通訊工具,QQ,Skype,whatapp,wechat 等等
在線狀態(tài)支持
數據共享
多方電話會議
視頻會議
現在讓我們進一步了解一下VoLTE環(huán)境下的SIP呼叫流程中關于幾個關鍵細節(jié)。

和以前我們介紹的SIP INVITE有所區(qū)別,它增加了100rel和precondition。這里,100rel表示PRACK;precondition表示終端設備所需要的支持能力,它會保持協商的網絡資源為下一步的會話流程做準備,如果協商失敗,則連接失敗。注意,這里的Supported:precondition列出的參數不一定都是必須使用的,需要使用Required:precondition來表示必須支持的參數。再次說明,precondition是一個非常復雜的討論話題,因為本人能力和微信篇幅的關系,只能簡單介紹基本的幾個步驟和流程。
Precondtion 應用是一個非常必要的過程,就是為了避免不必要的雙方協商的資源浪費,很多時候網絡環(huán)境類似于一個工作效率非常低下的員工溝通過程,假設或想當然可以對方滿足條件,最后發(fā)現承諾的不能實現。因此,我們必須提前解決兩個問題:如果對方沒有準備好,就不要接受我的要求;如果沒有準備好,不要對對方發(fā)送任何請求。

以下圖例介紹了precondition的協商過程包括UE1 發(fā)送INVITE,直到UE2 發(fā)送200 OK的流程。

在以上的圖例中讀者一定要注意SDP中的幾個參數,讀者可能產生歧義。
a=curr: 表示當前狀態(tài)的precondtion type
a=des:表示希望獲得的precondition type,很多人錯誤以為是目的地des。
a=conf:表示最終確認的precondtion type
strength-tag 表示是強制,可選,未知,none,失敗等
direction-tag從字面意思可以看出是方向協商,包括none, send, recv和sendrecv
從協商流程圖中可以簡單看出,事實上,整個predcondition協商過程就是一直檢查當前狀態(tài)到期望狀態(tài)的過程。只要滿足了雙方條件,則協商成功。以下圖例簡單介紹了QOS協商的過程,可能更加有助于讀者理解precondition。

具體的流程圖在后續(xù)的部分有詳細說明。在VoLTE業(yè)務呼叫中,它支持的編碼類型有所不同,VoLTE支持的編碼包括:AMR,AMR-WB和EVS。關于編碼的具體細節(jié),筆者在這里不會做太多介紹,用戶可以到3GPP官方網站查閱。
b=是SDP的一個拓展,表示bandwidth,具體語法:
b=:
modifier包括:AR,RS和RR,簡單來說,各自分別表示應用中RTCP最大支持帶寬,本地帶寬和接收方帶寬。
更多細節(jié),請參考RFC3556。
Precondition 包括三種類型:conn(Connectivity, 查閱RFC5898),qos(QoS precondition,查閱RFC3312)和seq(Security precondition,RFC5027)。如果讀者有興趣的話,可以根據相關的RFC對precondition的三種類型做更加深入的研究。
9-SIP在VOLTE的呼叫流程
根據以上的介紹,我們可以大概看出SIP在VoLTE中的呼叫流程,UE1呼叫UE2,發(fā)生INVITE消息,UE2返回183 消息攜帶可支持的編碼。UE1 收到183消息以后,返回到PCRF時,流程需要查詢PCRF,獲得網絡資源例如編碼和計費的能力支持。PCFR然后發(fā)送用戶消息到PGW,PGW將設置QOS,PGW將配合S-CSCF,MME和eNodeB,重新設置一個新的bearer QCI=1,QCI=1用來發(fā)送呼叫媒體。

支持能力的協商流程(可參考上面提到的precondition)大概經過以下五個步驟:
- UE1 發(fā)送PRACK 消息到UE2,通知對方自己的bearer 支持能力。
- UE2 收到UE1的消息,然后發(fā)送自己的PRACK消息。
- UE1收到UE2消息以后,發(fā)送一個UPDTAE消息攜帶重新協商的SDP消息。
- UE2收到UE1以后,重新確認SDP,設置發(fā)送bearer消息。
- UE2發(fā)送180 ring消息。媒體開始建立。
10-開源IMS網絡環(huán)境
開源一直在通信和互聯網,甚至于物聯網技術中都扮演著非常重要的角色。如果大家一談起IMS網絡的話,一般都是在運營商的環(huán)境中才能接觸到,這樣的話,如果讀者想了解更多IMS的知識的話,基本上沒有其他的途徑。目前,有幾個比較不錯的開源平臺,如果讀者希望了解更多IMS的知識內容,可以自己親自搭建IMS平臺,通過測試來進一步了解IMS技術:
1.開源軟交換Kamailio,它支持基本的IMS核心模塊,可以進行IMS注冊,呼叫測試。

2.OpenIMS,它是老牌的開源IMS平臺,基于SER開發(fā),具有相對比較完整的功能和規(guī)范的模塊,可以用來學習,但是社區(qū)不活躍,需要自己花費時間去研究。官方的系統鏡像已經不能下載,需要通過第三方下載資源下載。

3.Clearwater 是最近幾年發(fā)展起來的開源IMS平臺,因為有非常強大的技術支持,贊助商都是比較有名的運營商,所以相對比較活躍。文檔也比較完整。但是此項目前幾年已經停止。

在學習開源平臺時,讀者需要配合3GPP的學習資料來進行研究。個人感覺,3GPP的學習資料和RFC相比相對比較“凌亂”,很多時候,一個TS版本可以有幾百頁。筆者查閱的TS 23.228,它大概有300多頁,所以建議先掌握整個架構和基本流程,然后針對性地學習一些模塊,否則讀者會非常迷惑。
11-VoNR在5G中應用討論
現在大家常說的一句話就是我們生在了一個偉大的時代。每個人對這個時代有不同的解讀。在通信行業(yè)或者具體的語音行業(yè)也同樣如此。我們從傳統的PSTN到VOIP,再到現在的VoNR。技術迭代發(fā)生了翻天覆地的變化,我們的職業(yè)軌跡也隨之發(fā)生改變。我們看到了這個語音生態(tài)鏈的起起伏伏。對我們來說,這是一個幸運也是一個不幸。幸運的是你可以不斷學習新的技術和知識,避免出現認知瓶頸,體驗不同的人生。不幸的是,我們需要不斷學習,不斷摒棄舊有的知識和經驗,不斷適應新的用戶場景和需求。如果大家熟悉語音網絡技術的發(fā)展史的話,應該都熟悉Voice over XXX 是什么意思。這三個over代表著一個時代。從最早的PSTN 語音技術,脫離了PSTN以后就開始over。從早期的Voice over IP-VoIP, 到Voice over LTE-VoLET,一直到最近5G時代的Voice over New radio-VoNR。 從4G的VoLTE到5G的VoNR,其無線網絡中的語音承載能力仍然需要IMS來實現。這里,因為業(yè)務和關注點不同,我們僅關注行業(yè)產品和5G的關系。以下是一個關于IMS網絡和5G接口的支持能力說明。


讀者需要注意,所有的和我們討論的IMS core中SIP相關的信令和RTP流都通過UPF來傳輸。另外一個比較重要的節(jié)點就是語音回落的技術。我們可以根據以下圖例簡單了解一下4G網絡和5G網絡之間關于語音承載的處理流程。

因為在無線網絡發(fā)展過程中,運營商需要考慮早期網絡部署和技術的實現,語音回落方式。4G時代需要利用CSFB 語音回落到2G/3G實現語音功能,同樣的邏輯,5G仍然回落方式(EPS FB)到LET網絡來承載語音業(yè)務。前途是光明的,道路是曲折的。任何技術進步都是一個循序漸進的過程,各種網絡遷移也不例外。從5G網絡初期的服務應用到成熟期還有一段路要走。


不過,因為5G網絡實現了更多的業(yè)務生態(tài),所以其推進速度也非常快。5G網絡的VoNR出現了新通話技術的服務場景。在愛立信剛剛發(fā)布的最新移動市場研究報告中(下面的圖例中),2021年LTE的全球簽約數是39億,到2022年LTE請求用戶簽約數將達到46億,同時將伴隨著VoNR業(yè)務的興起。

中國在關于5G的VoNR新通話技術已經走到了世界前列。2022年4月21號中國電信宣布在深圳實現了VoNR通話業(yè)務。

今年6月份,中國移動研究院也發(fā)布了5G 新通話技術白皮書。在此白皮書中,對VoNR的技術應用場景做了比較系統的介紹:
具體來說, 5G 新通話基于 5G 網絡的超清語音通話、視頻通話業(yè)務及相關增值業(yè)務,提供一系列創(chuàng)新的通話增強服務和創(chuàng)新應用,如 5G VoNR 超清通話、智能翻譯(中英文實時翻譯、語音轉大字等)、趣味通話、智能客服、內容分享、遠程協助等功能,為用戶帶來多媒體、可視化、全交互的通話體驗。
https://baike.baidu.com/item/5g%E6%96%B0%E9%80%9A%E8%AF%9D/60761294?fr=aladdin
前面筆者已經提到,因為IMS網絡引入了data channel,所以在通話中進行數據共享成為可能,用戶在音視頻通話過程中可以實現文件傳輸,圖片共享和其他的協同工作。和傳統的語音IVR或者其他智能客服相比,VoNR新通話技術極大增加了語音互動能力,完全實現了全交互的通話體驗。對于一般相關的企業(yè)集成商或者服務提供商來說,VoNR+終端是一個非常大的突破點,可以通過小程序方式實現豐富的前端語言開發(fā)支持,進一步為企業(yè)和小程序開發(fā)者打造了基于運營商生態(tài)鏈的架構基座,同時能夠針對不同業(yè)務場景實現深度集成。

Nothing Is Perfect。雖然筆者前面介紹了VoNR很多優(yōu)勢。但是,我們仍然需要樂觀地接受新技術帶來的挑戰(zhàn)。運營商和用戶其實目前比較擔心的問題有兩個:一個是用戶體驗或者性能,另外一個就是安全。
用戶體驗最基本的就是通話創(chuàng)建時是否出現呼叫失敗的問題或者時延的問題。VoNR 新通話技術在部署使用過程中也需要面對很多的挑戰(zhàn),在遷移部署過程中仍然需要考慮一些本身固有限制因素或者技術挑戰(zhàn),例如無線接入類型不同的切換時的時延,網絡切換時的SIP呼叫創(chuàng)建時的消息傳送延遲,網絡切換時的SIP消息丟失,SIP頭中支持的5G網絡參數的兼容性。這些都是一些需要面對的挑戰(zhàn)。以下是一個功能測試中的性能對比表供讀者參考。筆者相信,這些問題隨著技術和網絡環(huán)境的不斷優(yōu)化,這些問題會大大減少。

雖然華為在關于5G高清通話對VoNR的商業(yè)應用中實現了相對比較低的時延,實現了秒撥秒通,目前接入延遲已經低于2秒內,基本做到了撥號即達。但是,我們仍然需要從整體網絡架構和不同運營環(huán)境切換來觀察其最終性能效果。

除了用戶關心的性能以外,5G網絡的安全肯定也是大家非常關心的問題。因為在5G網絡中會支持更多的網絡接入,更多的智能終端,當然也包括了很多的物聯網IOT終端和物聯網基礎架構等網元。在這些部署分散,傳輸節(jié)點多,節(jié)點網絡安全策略不同的環(huán)境中,任何其中一臺設備或者終端的數據出現泄漏可能會導致整個業(yè)務數據的泄漏,而且還不容易排查問題。AT&T對5G邊緣設備部署做了一個調查,以下是關于對安全設備調查的統計結果,只有9%的用戶對edge 安全設備有比較大的信心。

因此,在無安全防護意識,安全意識不充分的的環(huán)境中,用戶端各種安全問題層出不窮。

GSMA在2019年發(fā)布的5G安全報告中提出了一個比較典型的一個例子,就是ZTE設備漏洞的問題,這些設備出現了安全漏洞,導致了相關設備的全球安全隱患。

根據GSMA的建議,GSMA給出了一個關于5G安全的指導,包括了從終端到網絡,以及SD-WAN等方方面面的安全措施的說明。如果讀者比較關心5G網絡的安全的話,可以參考其指導說明學習。

12-總結
在本文章中,筆者首先介紹了關于當前4G/5G的網絡背景知識和業(yè)務需求的發(fā)展,國內關于IMS網絡商業(yè)化的幾個大事記,然后介紹了關于IMS網絡的背景知識,SIP在IMS網絡中的注冊呼叫流程,IR.92 規(guī)范中關于IMS網絡的服務和兼容性詳解。然后進一步介紹了LTE網絡環(huán)境中的SIP注冊呼叫流程,4G網絡的核心模塊和LTE關系。筆者花費了大量篇幅重點介紹了5G網絡中VoNR新通話技術環(huán)境的相關業(yè)務場景,目前全球對5G包括VoNR部署的說明,然后具體介紹了中國運營商關于新通話技術白皮書以及場景介紹。特別針對關于VoNR+終端實現做了解讀,希望企業(yè)集成商和小程序開發(fā)用戶能夠在基于運營商生態(tài)鏈平臺基座基礎上開發(fā)出更多具有創(chuàng)新性的產品。最后針對5G面對的性能挑戰(zhàn)和安全問題做了比較深度分析,希望對讀者在5G應用中有所提醒。
需要說明的是,筆者因為個人水平,個人認知時間有限,沒有能力通過一篇文章涵蓋所有技術細節(jié),僅希望通過本文章的脈絡為讀者提供一個清晰的針對IMS,IMS服務和相關規(guī)范以及4G/5G中語音行業(yè)的發(fā)展趨勢的一個全面解讀,希望為讀者提供一個對新企業(yè)通信業(yè)務中運營商和整個網絡環(huán)境以及業(yè)務能力趨勢的參考,如果文章中出現個別拼寫,介紹理解錯誤敬請諒解。
參考資料:
www.asterisk.org.cn
www.dinstar.com
http://www.3gpp.org/
https://tools.ietf.org/html/rfc3312
https://tools.ietf.org/html/rfc5898
https://tools.ietf.org/html/rfc4032
https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3556.txt
http://netovate.com/docs/LTEWS2014.pdf
http://www.projectclearwater.org/
https://wap.miit.gov.cn/jgsj/xgj/gzdt/art/2021/art_f1061f9e551249fcab35db7fb2052134.html
http://www.openimscore.org/
https://www.kamailio.org/w/2013/05/ims-kamailio/
https://www.verifiedmarketresearch.com/product/ip-multimedia-subsystem-ims-market/
http://www.cww.net.cn/article?id=456230
https://www.ericsson.com/49d3a0/assets/local/reports-papers/mobility-report/documents/2022/ericsson-mobility-report-june-2022.pdf
https://www.gsma.com/membership/wp-content/uploads/2019/11/5G-Research_A4.pdf