基于VoLTE的多媒体彩铃业务的设计与实现

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2015年7月第7期（第28卷总第214期）月刊
电信工程技术与标准化工程与设计2015年第7期
基于VoLTE的多媒体彩铃业务的设计与实现*
乔木1,2,王晶1,2
(1北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京100876；2东信北邮信息技术有限公
司，北京100191)
摘　要MRBT是一种采用多媒体作为回铃音的增值业务。多媒体彩铃是一种基于被叫，展示在主叫终端的业务。本
文结合3GPPLTE下的VoLTE话音解决方案和多媒体彩铃的业务属性，提出了一种具有QoS保障的VoLTE彩
铃实现方案，包括系统的设计和基于会话的SIP信令，并对资源预留机制中的关键部分给出示例。
关键词多媒体彩铃；VoLTE；资源预留增值业务
中图分类号TN929.5文献标识码A文章编号1008-5599（2015）07-0052-06
收稿日期：2015-07-01
*基金项目：国家973计划项目（编号：2013CB329102）；国家自然科学基金资助项目（编号：61471063,61421061,61372120,61271019,61101119,
61121001）；教育部科学技术研究重点(重大)项目资助（编号：MCM20130310）；北京市自然科学基金资助项目（编号：4152039）；北京高
等学校青年英才计划项目（编号：YETP0473）。
1引言
随着移动互联网产业的高速发展和智能终端功能
的不断强大，移动通信网络承载更高速、更丰富、更
便捷分组数据业务能力的要求越来越强烈。移动通信
网络正从2G、3G向4G时代演进，LTE（LongTerm
Evolution，长期演进）以其高速、宽带、低时延等特
性，被作为4G时代的移动通信制式。目前LTE下的
话音解决方案有多模双待、CSFB（CircuitSwitched
FallBack，电路域回落）以及VoLTE（Voiceover
LTE），其中VoLTE是业界公认的LTE网络下的目标
话音解决方案。
彩铃业务是一项由被叫用户定制，为主叫用户提
供一段悦耳的音乐或一句问候语来替代普通回铃音的业
务。其作为传统的电信增值业务，市场渗透率和覆盖率
已经非常高，2G、3G技术也相对成熟，彩铃业务一直
以来也是运营商增值业务收入的主要来源之一。因此，
实现彩铃业务在4G网络下平滑演进是至关重要的。此
外，基于VoLTE场景下的多媒体彩铃业务，音质将有
很大的提升，甚至可以支持高清音频、视频播放，显著
提高了用户体验的满意度。VoLTE的发展，将给彩铃
基于“黄金15s”的富媒体业务带来新的生机。
2业务背景
VoLTE是基于IMS网络的话音解决方案，其将
LTE网络作为话音的接入承载，通过IMS网络为话音
呼叫提供信令控制和话务路由。由于彩铃平台位于IMS
域，处于较高的业务层面，信令和媒体承载严格分离，
当同一无线网络下大量用户同时发起呼叫时，此时会出
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现无线链路上资源不足问题，进而出现信令平面接通的情
况下，媒体平面上连接失败的现象，最终导致主被叫之间
无法进行话音交互，这将严重影响用户体验。因此设计出
一种具有QoS保障的VoLTE彩铃实现方案是至关重要的。
本文所讨论的是VoLTE场景下具有资源预留机制
的彩铃实现方案。建立媒体传输通道的过程叫做资源预
留，方案实现的原则是：在被叫摘机之前，通过特殊的
资源预留信令结合QoS设置，在空中接口预留住本次通
话的媒体资源，从而保证用户的通话质量。
方案将整个会话过程分为播放彩铃和用户通话两
个阶段，每个阶段均采用SDP（SessionDescription
Protocol,会话描述协议）提议/应答（offer/answer）
机制，进行主被叫媒体协商，通过媒体协商，主被叫双
方就本次通话的媒体类型和编解码方案达成一致。同时，
为了实现QoS保证，方案采用资源预留机制，在通话之
前，主被叫分别预留出本次通话的空中接口资源，以期
保证媒体会话成功建立。
3技术实现
3.1VoLTE系统组网
VoLTE为标准LTE话音解决方案，它
采用IMS系统作为业务控制层，采用EPC
（EvolvedPacketCore）作为承载层。EPC
网络不具备话音和多媒体业务的呼叫控制功
能，因此VoLTE借助IMS网络，实现呼叫
控制和话务路由。
VoLTE网络主要分为以下3个部分：无
线接入侧Access，EPC核心网侧以及控制侧
Control[1]，系统架构如图1所示。
（1）无线接入侧主要由eNodeB组成，
eNodeB具有3G网络中NodeB功能和大
部分RNC（RadioNetworkController）功能。
（2）EPC核心网主要由MME（Mobility
ManagementEntity）、S-GW（Serving
Gateway）、P-GW（PDNGateway）3个实体组成：
MME：移动性管理实体，它是原3G网络中的
SGSN网元演进而来的，主要负责EPC核心控制功能。
S-GW：服务网关，它提供用户面功能，负责数据
分组路由和转发，并支持终端移动性切换用户数据功能。
P-GW：分组数据网关，它主要负责终端和外部分
组数据网络的数据传输。
（3）控制侧网络主要由IMS、HSS（Home
SubscriberServer）和PCRF（PolicyandCharging
RulesFunction）组成[2]。
HSS：负责存储IMS用户的相关信息及其相关业
务信息。
PCRF：主要与IMS系统接入节点P-CSCF互通，
负责检查、控制应用侧所需的媒体资源的分配。
IMS：IMS包含多种AS(ApplicationServer)，其
中包括VoLTE彩铃AS。
含有VoLTE彩铃平台的拓扑结构如图2所示。
图1VoLTE系统架构
图2包含彩铃AS的VoLTE组网架构
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3.2彩铃业务平台设计
VoLTE彩铃平台属于IMS网元中的一
个AS，位于IMS业务层之上。其按功能逻
辑可分为6大部分，如图3所示，分别为
SIP前台，AS，MS，铃音资源服务器，数据库，
Portal。在实际组网中，这些逻辑部分可以
实现在一个或多个物理实体上，多个SIP前
台与多个AS之间以及多个AS与多个MS
之间可以交叉相连[3]。各功能实体的描述如下：
（1）SIP前台：负责对外来SIP信令以及外出SIP
信令进行控制和管理，负责超时重发SIP消息以及拦截
重发消息。
（2）AS：负责呼叫过程中IMS域彩铃业务控制，
通过SIP前台与S-CSCF交互。AS与S-CSCF交互
以实现对业务的呼叫控制，并执行彩铃的业务逻辑。
（3）MS：MS根据AS的指示与主叫进行媒体协商，
并根据媒体协商结果播放被叫定制的铃音。MS与主叫之
间直接通过IP网络传送多媒体流，采用的协议为RTP
（Real-timeTransportProtocol,实时传输协议）。
（4）铃音资源服务器：其负责存储媒体文件，并通
过NFS/TFTP协议接收MS的请求并将媒体文件传送
给MS。
（5）Portal：Portal是VoLTE彩铃的门户网站，
VoLTE彩铃用户可以使用WWW浏览器通过Web接
口登录门户网站，订制并设置彩铃的播放规则。比如用
户可以新建群组，并且给该群组设置指定铃音，针对不
同用户以及不同的时间段设置个性化铃音等。
（6）DB（DataBase）：用户信息数据库，负责存
储用户业务数据，其余网元通过数据库访问接口可以访
问用户信息数据库。
3.3信令流程
VoLTE彩铃为被叫侧业务，当主叫IMS域发起
的INVITE消息送至被叫IMS域S-CSCF后，被叫
S-CSCF通过用户的IFC（InitialFilterCriteria）签
约信息，触发到彩铃平台，彩铃平台进行主被叫的资源
预留过程，为主叫播放高清彩铃。当被叫接听后，彩铃
平台需要作为B2BUA角色通过SIP信令将被叫和主叫
的通话媒体做端到端的协商，这里会出现主叫终端在播
放彩铃后改变本地媒体端口的情况，本流程考虑此情况，
设计出一种能够保证主被叫在通话阶段更新主被叫媒体
信息的方案，从而保证主被叫的通话畅通。具体流程如
图4所示。
VoLTE彩铃信令流程描述如下：
步骤1～6：主叫发出初始INVITE，被叫IMS域
的彩铃AS收到INVITE消息，彩铃AS透传主被叫消息，
完成主被叫资源预留；
步骤7～8：被叫返回180，到达被叫归属域彩铃
AS；
步骤9〜12：彩铃AS向主叫域update彩铃的SDP（其
中currentstatus的local为sendrecv，remote为none，
携带conf要求），主叫根据自身状态回复200update（携
带SDP，其currentstatus的local为none，remote为
sendrecv），后续待主叫资源预留成功后，发送update（携
带SDP，其currentstatus的local为sendrecv，remote
为sendrecv），彩铃AS回复200udpate（携带彩铃
SDP，其currentstatus的local为sendrecv，remote为
sendrecv）；
注：主叫可能根据自身状态，在步骤10的SDP中
将local标识为sendrecv，此时后续无步骤11、12；
步骤13：彩铃AS在确认主叫的资源预留完成后，
向主叫播放彩铃，并转发180消息；
图3VoLTE彩铃平台系统结构
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步骤14～15：被叫UE摘机回复200OK，经被
叫TAS、I/S-CSCF传递到彩铃AS，彩铃AS停止彩
铃播放；
步骤16：彩铃AS向主叫UE发送Update，携带
步骤6中收到B用户SDP，其
中local标识为sendrecv，携带
conf要求；
若主叫媒体、端口不变化，
则进行以下步骤，
步骤17～19：主叫侧回复
200Update（携带SDP，其中
local标识为none。注：若local
标识为sendrecv，则无步骤18、
19），后续主叫资源预留成功，
发起update（携带SDP，其中
local标识为sendrecv）。彩铃
AS比对步骤5、18（若无18步，
则选步骤17）中的SDP的媒体
能力、端口无变化。向主叫回复
200Update（携带步骤6中收到
B用户SDP，local为sendrecv，
remote为sendrecv）；
步骤20～21：彩铃AS向
主叫发送初始invite的200OK，
并转发主叫的Ack至被叫，完成
主被叫的通话协商。
若主叫媒体、端口发生变化，
则进行以下步骤：
步骤17～30：主叫侧回
复200Update（携带SDP，其
中local标识为none。注：若
local标识为sendrecv，则无步
骤18、28），后续主叫资源预留
成功，发起Update（携带SDP，
其中local标识为sendrecv）。彩
铃AS比对步骤5、18（若无18步，则选步骤17）中
的SDP的媒体能力、端口有变化。彩铃AS向被叫发
送Ack。通过Update机制向被叫更新主叫侧媒体、端
口变化，完成被叫侧资源预留。彩铃AS将被叫侧完成
图4VoLTE彩铃信令流程图
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回复200（OK），表示双方资源预留都已经成功，这时
B才可以对初始INVITE请求发出SIP180（振铃）响应，
会话建立完成。
为了实现上述机制，主被叫在SDPoffer/answer
的协商过程中需要交换预置条件[5]。
如下例所示：
m=audio20002RTP/AVP0
a=curr:qoslocalsendrecv
a=curr:qosremotenone
a=des:qosmandatorylocalsendrecv
a=des:qosnoneremotesendrecv
在A发送给B的消息中将携带此信息。其中，倒
数第二行：
a=des:qosmandatorylocalsendrecv
这一行指出了主叫用户端（local）想要的（des）
服务质量（QoS）预置条件。主叫用户需要在发送和接
收两个方向（sendrecv）预留资源，因为音频流（audio）
是双向的。它还声明如果主叫用户不能成功预留资源，
会话将不会建立（mandatory）。
最后一行：
a=des:qosnoneremotesendrecv
指出了被叫用户端（remote）想要的（des）服务
质量（QoS）预置条件。由于主叫和被叫用户终端彼此
之间没有直接连接，因此主叫终端不知道对方终端以哪
种方式附着到网络，如果此时被叫端是通过CS电话网
络接入，因而并不需要进行任何资源预留，因此主叫
侧只能要求如果对端需要资源预留的话，应该同时在
收和发两个方向上进行预留（sendrecv）。但是主叫侧
当前并不知道真的需要进行预留才能建立起媒体会话
（none）。
a=curr:qoslocalnone
a=curr:qosremotenone
这两行表示目前（curr）无论主叫方（local）还是
被叫方（remote）都还没有（none）实现任何和服务质
量（qos）有关的预置条件。a=des的行能够用于为本
资源预留的SDP通过200Update(若无28步，则通过
Update机制向主叫侧同步信息)更新至主叫侧。彩铃
AS向主叫侧回复针对初始INVITE的200OK，主叫
回复Ack至彩铃AS。主被叫进行通话。
3.4资源预留机制
由于VoLTE是基于IMS提供话音业务的，所以主
被叫之间的会话建立是通过SIP信令协商的，而SIP本
身不支持媒体协商，因此本方案采用在SIP消息中携带
SDP描述来达到媒体协商目的。方案利用媒体协商和资
源预留机制，在呼叫建立之前，在主被叫侧分别完成资
源预留。
本节将阐述如何实现资源预留（precondition）机
制[4]。如图5所示，A表示主叫用户，B表示被叫用户。
首先A发起初始INVITE请求，该请求将携带表示主被
叫均没有完成资源预留的预置信息。此信息将通知被叫
B，告知B：在双方均没有完成资源预留前，B不能振
铃。此时B返回183消息表示同意A的请求，此时B
开始资源预留。A收到B的回复也开始资源预留。此过
程中，如果B先完成资源预留，B仍不能振铃，因为根
据之前的协商必须保证双方都已资源预留成功，才能够
振铃。当A资源预留成功后，将马上发送UPDATE消
息给被叫B，通知B主叫端已经资源预留成功。此时B
图5precondition机制信令流程
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DesignandmplementationofultimediaingackoneerviceasedonVoLTE
QIAOMu1,2,WANGJing1,2
(1StateKeyLabofNetworkingandSwitchingTechnology,BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing
100876,China;2EBUPTInformationTechnologyCo.,Ltd.,Beijing100191,China)
AbstractMultimediaRingBackTone(MRBT)serviceisavalue-addedservicethatmakesmultimediaasthering
backtone.MRBTisaservicebasedonthecalledanddisplayonthecaller.Thispaper,withtheVoLTE
andthebusinesspropertyofMRBT,proposeaQoSguaranteeimplementationprogram,including
systemdesignandsession-basedSIPsignaling,andgiveexamplesofthekeypartofprecondition
mechanism.
KeywordsMRBT;VoLTE;preconditionvalue-addedservice
参考文献
[1]MiikkaPoikselka,HarriHolma,JukkaHongisto.VOICEOVERLTE[M].
Hoboken:JohnWiley&Sons,2012.
[2]韩健.VoLTE网络架构及关键技术论述[J].科技视界,2014(9).
[3]黄顺，李炜.基于IMS多媒体彩像业务网关模式的设计与实现[J].
电信技术，2010(10).
[4]RFC3312.Integrationofresourcemanagementandsessioninitiation
protocol(SIP)[S].2002.
[5]波克申科.IMS:IP多媒体概念和服务[M].北京：机械工业出版
社，2011.
地和对方用户设置预置条件，a=curr的行用于指示目前
已经实现了的那些预置条件。
4结束语
传统的2G、3G彩铃已经取得了很大的成功，目前
VoLTE建设还处于初期阶段，4G网络下的VoLTE彩
铃如果想继续很好地发展和创新，必须解决在VoLTE
网络下为用户提供可靠彩铃业务的问题。
本文提出了一种VoLTE场景下彩铃AS实现彩铃
业务的资源预留方案，方案可以解决SIP信令和媒体流
同步传输问题，为彩铃会话提供服务质量保障，进而能
够为用户提供有保障的彩铃服务。本文论述了VoLTE
彩铃业务的组网、彩铃平台总体设计和主要信令流程，
通过本文希望能够给从事VoLTE业务开发人员一些
参考。

阿尔卡特朗讯与中国移动、中国联通签署总价值81亿人民币框架协议
日前，阿尔卡特朗讯宣布与中国移动、中国联通，全球顶级的两大通信运营商分别签署综合框架协议。阿尔卡特朗讯将
会全力支持运营商的转型，帮助他们建设更快且更具性价比的全国性移动和固定宽带网络。
阿尔卡特朗讯与中国移动所签署的年度协议价值45.3亿人民币（6.56亿欧元），与中国联通的年度协议为35.9亿人民
币（5.2亿欧元）。根据协议，阿尔卡特朗讯将为他们提供移动与固定超宽带接入、IP路由、睿智光网络等解决方案以及
NFV、SDN等技术。
这些技术解决方案的部署，为中国移动和中国联通积极推行“宽带中国”战略打下了坚实的基础。根据计划，到2020年
“宽带中国”战略将会实现在全国城乡地区宽带网络的全面覆盖。(摘自：中国信息产业网)
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作者：乔木，王晶，QIAOMu，WANGJing
作者单位：北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室,北京100876;东信北邮信息技术有限公司,北京100191
刊名：
电信工程技术与标准化
英文刊名：TelecomEngineeringTechnicsandStandardization
年，卷(期)：2015,28(7)
参考文献(5条)
1.MikkaPoikselka;HarriHolma;JukkaHongistoVOICEOVERLTE2012
2.韩健VoLTE网络架构及关键技术论述[期刊论文]-科技视界2014(9)
3.黄顺,李炜IMS多媒体彩像业务网关模式的设计与实现[期刊论文]-电信技术2010(10)
4.RFC3312.Integrationofresourcemanagementandsessioninitiationprotocol(SIP)2002
5.波克申科IMS:IP多媒体概念和服务2011
引用本文格式：乔木.王晶.QIAOMu.WANGJing基于VoLTE的多媒体彩铃业务的设计与实现[期刊论文]-电信工程技术与标准化2015(7)
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