VoLTE信令分析手册（无线侧常用）

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VoLTE信令分析手册

部门 TDD网络基础性能部作者张艳丽 00257121 日期 2015-4

VoLTE信令分析手册 .................................................................................................................................. 1 1 2

前言......................................................................................................................................................... 2 初始注册 ................................................................................................................................................ 3 2.1

Initial attach ................................................................................................................................. 4 2.1.1 Attach Request（piggybacked PDN connectivity request） ............................................. 4 2.1.2 Attach Accept(piggybacked Activate default EPS bearer context request)......................... 5 2.2

IMS PDN Connection建立 ........................................................................................................ 6 2.2.1 PDN connectivity request ................................................................................................... 6 2.2.2 E-RAB SETUP REQUEST ................................................................................................. 8 2.2.3 Activate default EPS bearer context request ...................................................................... 8 2.3

IMS域SIP注册 ........................................................................................................................ 9 2.3.1 SIP Register ..................................................................................................................... 10 2.3.2 401 Unauthorized ............................................................................................................. 12 2.3.3 SIP Register ..................................................................................................................... 13 2.3.4 SIP 200 OK ...................................................................................................................... 14

VoLTE呼叫VoLTE流程 ..................................................................................................................... 15 3.1

主叫呼叫流程 ........................................................................................................................ 15 3.1.1 RRCConnectionRequest .................................................................................................. 17 3.1.2 RRCConnectionSetup ...................................................................................................... 17 3.1.3 RRCConnectionSetupComplete ....................................................................................... 19 3.1.4 INITIAL UE MESSAGE ..................................................................................................... 19 3.1.5 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST ............................................................................ 19 3.1.6 RRCConnectionReconfiguration（DRB setup-QCI9/QCI5） ......................................... 21 3.1.7 INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE ......................................................................... 23

3.1.8 SIP INVITE ....................................................................................................................... 24 3.1.9 SIP 100 TRYING .............................................................................................................. 28 3.1.10 3.1.11 3.1.12 3.1.13 3.1.14 3.1.15 3.1.16 3.1.17 3.1.18 3.1.19 3.1.20 3.1.21 3.1.22 3.2 3.3

SIP 183 Session Progress ........................................................................................... 28 AAR .............................................................................................................................. 29 AAA .............................................................................................................................. 31 E-RAB SETUP REQUEST ........................................................................................... 32 RRCConnectionReconfiguration（DRB setup-QCI1） .............................................. 33 ACTIVATE DEDICATED EPS BEARER CONTEXT REQUEST .................................. 34 SIP PRACK .................................................................................................................. 36 SIP 200 OK(PRACK) ................................................................................................... 37 SIP UPDATE ................................................................................................................ 37 SIP 200 OK（UPDATE） ........................................................................................... 38 SIP 180 ringing ............................................................................................................. 39 SIP 200 OK（INVITE） .............................................................................................. 39 SIP ACK ....................................................................................................................... 39

被叫呼叫建立流程 ............................................................................................................... 40 VoLTE呼叫释放 ..................................................................................................................... 41 3.3.1 SIP BYE ........................................................................................................................... 42 3.3.2 SIP 200 OK（BYE） ....................................................................................................... 42 3.3.3 STR/STA .......................................................................................................................... 42 3.3.4 E-RAB RELEASE COMMAND ......................................................................................... 43 3.3.5 Deactivate EPS bearer context request ........................................................................... 43

1 前言

本文根据深圳中移动项目VoLTE试商用测试，整理VoLTE呼叫信令流程，关键消息及关键IE

定义说明，并给出了相关协议参考说明，供相关同事了解VoLTE E2E流程，也可根据个人需求，查询相关协议进行深入学习和掌握。深圳移动VoLTE E2E网元如下：网元 eNodeB MME S-GW/P-GW PCRF IMS 测试UE 设备商 Huawei Ericsson Ericsson Ericsson Huawei Huawei Mate7 因此，本文信令消息说明，仅包括Huawei侧设备：eNodeB，IMS入口点SBC/P-CSCF，Huawei Mate7。

因如下接口设备不是我司设备，本文未做说明：

1) MME与S-GW，S-GW与P-GW之间遵从GTPv2-C，相应规范为TS 29.274; 2) PCRF与P-GW之间遵从Gx接口协议，相应规范为TS 29.212.

2 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。

2.1 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。

2.1.1 Attach Request（piggybacked PDN connectivity request）

Attach Request消息关键IE截图：关键IE IE取值定义 EPS附着类型： 24.301 9.9.3.11 EPS attach type UE请求的IP地址类型： 24.301 9.9.4.10 PDN type 24.008 10.5.5.12 MS network capability 【解析】UE上报srvcc能力和Notification能力给 MME。 24.008 10.5.5.28 Voice domain preference and UE's 【解析】终端上报UE的语音优先策略和终端属性 usage setting 2.1.2 Attach Accept(piggybacked Activate default EPS bearer context request)

Attach Accept关键IE截图：关键IE IE取值定义 EPS附着结果： 24.301 9.9.3.10 EPS attach result 【解析】这里表示combined attach成功 24.301 9.9.4.9 PDN address 【解析】该例中缺省承载为QCI9，数据APN为cmnet，为UE分配了IPv4地址。

24.301 9.9.3.12A EPS network feature support 【解析】这里表示网络支持IMS VoIP业务。 2.2 IMS PDN Connection建立

2.2.1 PDN connectivity request

关键IE IE取值定义 24.301 9.9.4.10 PDN type 24.008 10.5.6.17 Request type 【解析】VoLTE UE发起到IMS APN PDN Connection建立，APN IE填写为IMS well-known APN. 24.008 10.5.6.1 Access point name 24.008 10.5.6.3 Protocol configuration options 【解析】终端请求P-CSCF地址 2.2.2 E-RAB SETUP REQUEST

关键IE IE取值定义 36.413 9.1.3.1 E-RAB SETUP REQUEST 【解析】NAS PDU对eNodeB透明

2.2.3 Activate default EPS bearer context request

关键IE IE取值定义 PDN address 【解析】激活IMS PDN connection default EPS bearer（QCI5），并分配IP地址 24.008 10.5.6.3 Protocol configuration options 【解析】MME将从P-GW获取到的P-CSCF地址发送给UE 2.3 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IE。

2.3.1 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）。关键IE Request-URI REGISTER sip:ims.mnc007.mcc460.3gppnetwork.org SIP/2.0 【解析】用于指示注册位置服务的归属域名 IE取值定义 RFC 3261 10.2 Constructing the REGISTER Request To: From:

SBC侧信令跟踪：

相关详细消息介绍如下：

3.1.1 RRCConnectionRequest

Idle态UE因有上层业务需求，发起RRC建立流程，发送RRCConnectionRequest消息。关键IE IE取值定义 36.331 RRCConnectionRequest 【解析】携带UE ID信息【解析】携带RRC建立原因值 24.301 5.3.1.1 Establishment of the NAS signalling connection 【说明】规定NAS层什么场景下，提供S-TMSI信息给AS层 24.301 D.1 Mapping of NAS procedure to RRC establishment cause (S1 mode only) 【说明】规定NAS流程与RRC establishmentcause取值对应关系

3.1.2 RRCConnectionSetup

eNodeB发送RRCConnectionSetup消息，建立SRB1，配置ul-SCH-Config，PhysicalConfigDedicated（pdsch-ConfigDedicated/ pucch-ConfigDedicated/ schedulingRequestConfig…）等信息。关键IE IE取值定义 36.331 RadioResourceConfigDedicated 36.331 RLC-Config 36.331 LogicalchannelConfig 36.331 MAC-MainConfig 36.331 PhysicalConfigDedicated 36.331 PUCCH-Config 36.331SchedulingRequestConfig 3.1.3

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）。

3.1.4

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。

3.1.5 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）。关键IE IE取值定义 36.413 9.1.4.1 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 9.2.1.15 E-RAB Level QoS Parameters 【解析】E-RAB to Be Setup Item IE用来指示要建立E-RAB承载相关信息，包括E-RAB ID，QoS（QCI，ARP等），GTP-TEID，Transport Layer Address信息等 36.413 9.1.4.1 INITIAL CONTEXT SETUP 【解析】该IE表示UE和MME支持SRVCC REQUEST 9.2.1.58 SRVCC Operation Possible

36.331 UE-EUTRA-Capability 36..331 B.1 Feature group indicators 该IE定义了UE在E-UTRA网络的无线能力。【解析】携带UE无线网络能力，该IE字段丰富，包括终端RoHC能力，SPS能力，TTI bundling能力，RLC UM mode能力，SRVCC能力等等

3.1.6 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）。关键IE IE取值定义 36.331 RadioResourceConfigDedicated 36.331 PDCP-Config 36.331 RLC-Config 36.331 LogicalChannelConfig 【解析】（1）eps-BearerIdentity（即：E-RAB to Be Setup Item IE→E-RAB ID）和drb-Identity一一对应（2）logicalChannelIdentity：逻辑信道ID，MAC subheader中包含该字段，用于指示相应的MAC SDU属于哪个逻辑信道 3.1.7 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。关键IE IE取值定义 36.413 9.1.4.3 INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE 3.1.8

SIP INVITE

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

关键IE Request URI sip:17820500319;phone-context=gd.ims.mnc000.mcc460.3gppnetwork.org@gd.ims.mnc000.mcc460.3gppnetwork.org;user=phone SIP/2.0 【解析】用于表明请求的目的方，可以为SIP URI和tel URI From: ;tag=rrfcbjy 【解析】用于标明请求的发起方，携带请求发起者的URI 19.1 SIP and SIPS Uniform Resource Indicators RFC 3966 The tel URI for Telephone Numbers RFC 3261： 20.20 From IE取值定义 RFC 3261 7.1 Requests 19.3 Tags

To: \RFC 3261： 20.39 To

context=gd.ims.mnc000.mcc460.3gppnetwork.org@gd.ims.mnc000.mcc460.3gppnetwork.org;user=phone>

【解析】用于标明请求的接收方，携带请求接收者的URI。 Contact:

;+sip.instance=\ma:imei:86516602-493704-0>\ref=\service.ims.icsi.mmtel\+g.3gpp.mid-call;+g.3gpp.srvcc-alerting

【解析】用于标明直接联系请求发送方或应答方的URI地址

24.237 C.2 Definition of media feature tag g.3gpp.mid-call

24.237 C.5 Definition of media feature tag g.3gpp.srvcc-alerting

+g.3gpp.mid-call：表示UE支持mid-call SRVCC切

换

+g.3gpp.srvcc-alerting：表示UE支持Alerting SRVCC

切换

P-Access-Network-Info: 3GPP-E-UTRAN-24.229 7.2A.4 P-Access-Network-Info header field

TDD;utran-cell-id-3gpp=4600027912C70801

【解析】PANI头域应该携带终端当前接入网络的信息

RFC 3455 Private Header (P-Header) Extensions to the Session Initiation Protocol (SIP) for the 3rd-Generation Partnership Project (3GPP)

m=audio 31024 RTP/AVP 107 105 101 102 a=rtpmap:107 AMR-WB/16000/1

a=fmtp:107 mode-change-capability=2;max-red=0 a=rtpmap:105 AMR/8000/1

a=fmtp:105 mode-change-capability=2;max-red=0

RFC 4566 SDP: Session Description Protocol 5.14. Media Descriptions (\5.13. Attributes (\6. SDP Attributes

a=rtpmap:101 telephone-event/16000 a=fmtp:101 0-15 a=rtpmap:102 telephone-event/8000 a=fmtp:102 0-15 【解析】SDP中携带主叫支持的codec类型，媒体类型等信息，如：m=audio 31024 RTP/AVP 107 105 RFC 3550 11. RTP over Network and Transport Protocols 101 102，这里表示媒体类型为audio，媒体包RTP传输端口号为31024（隐含表示RTCP传输端口号为31025），传输协议为RTP/AVP，支持的媒体payload type number为107 105 101 102，后面相应的a行定义payload type number所对应的编解码类型信息。 b=AS:49 b=RR:1837 b=RS:612 【解析】用来指示RTP/RTCP所需带宽 RFC 4566 SDP: Session Description Protocol 5.8. Bandwidth (\ b=: RFC 3556 Session Description Protocol (SDP) Bandwidth Modifiers for RTP Control Protocol (RTCP) Bandwidth The for these modifiers is in units of bits per second with an integer value. Supported: 100rel,histinfo,join,norefersub,precondition,replaces,timer,sec-agree … RFC 3312 Integration of Resource Management and Session Initiation Protocol (SIP) 24.229 a=curr:qos local none a=curr:qos remote none a=des:qos mandatory local sendrecv a=des:qos optional remote sendrecv 【解析】Supported头域中指示本端支持precondition，同时SDP中携带precondition相关的QoS参数。 5.1.3 Call initiation - UE-originating case 5.1.3.1 Initial INVITE request 规定了主叫UE对Precondition机制的要求 a=ptime:20 a=maxptime:240 【解析】语音包打包时长信息 RFC 4566 SDP: Session Description Protocol 6. SDP Attributes 3.1.9

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。

3.1.10 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相同。

3.1.11 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。

关键IE IE取值定义 29.214 5.3.25 Service-Info-Status-AVP 【解析】P-CSCF（AF）向PCRF指示业务状态信息 29.214 5.3.19 Media-Type AVP 【解析】指示媒体类型 29.214 5.3.14 Max-Requested-Bandwidth-DL AVP 【解析】下行IP flow所需要最大带宽 29.214 5.3.15 Max-Requested-Bandwidth-UL AVP 【解析】上行IP flow所需要最大带宽 29.214 5.3.20 RR-Bandwidth AVP 【解析】指示RTCP receiver report所需要的带宽 29.214 5.3.21 RS-Bandwidth AVP 【解析】指示RTCP sender report所需要的带宽 29.214 5.3.11 Flow-Status AVP

【解析】指示该IP flow是否enable，enable状态会放通IP flow上的媒体流数据包 24.229 5.3.8 Flow-Description AVP 5.3.9 Flow-Number AVP 5.3.12 Flow-Usage AVP 【解析】RTP业务流packet filter信息【解析】RTCP业务流packet filter信息 3.1.12 AAA

PCRF发送AAA消息对AAR消息进行应答。

3.1.13 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。关键IE IE取值定义 36.413 9.1.3.1 E-RAB SETUP REQUEST 9.2.1.15 E-RAB Level QoS Parameters 【解析】MME触发建立E-RAB承载（QCI1），GBR=MBR=51kbp，相应的携带NAS PDU信元，由eNodeB转发给UE 9.2.1.18 GBR QoS Information 9.2.1.19 Bit Rate 3.1.14 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。关键IE IE取值定义参考 RRCConnectionReconfiguration（DRB setup-QCI9/QCI5） 3.1.15 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）。关键IE IE取值定义 24.301 8.3.3 Activate dedicated EPS bearer context request 【解析】新建dedicated EPS bearer ID为7，关联的default EPS bearer ID为6 9.3.2 EPS bearer identity 9.9.4.6 Linked EPS bearer identity 9.9.4.3 EPS quality of service 【解析】dedicated EPS bearer QoS参数（QCI1，MBR,GBR）【注意】当MBR和GBR速率大于64kbps后，需要根据协议折算实际速率取值 24.008 10.5.6.12 Traffic Flow Template

【解析】创建TFT-packet filter，用以将上层业务包映射到相应的dedicated EPS bearer。 3.1.16 SIP PRACK

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

3.1.17 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。