基于IMS的VoLTE计费研究

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文字版：
邮电设计技术/2015/01
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收稿日期：2014-11-09
赵文贤，黄琳，马千里（中兴通讯股份有限公司南京研发中心，江苏南京210012）
ZhaoWenxian，HuangLin，MaQianli（ZTENanjingR&DCenter，Nanjing210012，China）
基于IMS的VoLTE计费研究
关键词：
基于IMS的VoLTE；计费关联；重复话单过滤；双
模单待无线语音呼叫连续性
doi：10.16463/j.cnki.issn1007-3043.2015.01.015
中图分类号：TN915
文献标识码：A
文章编号：1007-3043（2015）01-0071-04
摘要：
基于IMS的VoLTE（VoiceoverLTE）语音解决方案，已成为业界公认的LTE网
络语音解决方案的主要发展方向。该方案可在实现LTE网络下提供高质量的音
视频通话的同时提供高速率的数据业务。对基于IMS的VoLTE语音计费时如
何实现IMS域和EPC域计费的关联进行了研究，提出了根据IMSAPN标识关
联EPC网络和通过PCRF传递IMS计费标识与P-GW计费标识进行关联的2
种方法，从而使VoLTE语音产生的流量不进行计费；对当VoLTE语音发生
SRVCC切换时如何避免IMS域和CS域语音重复计费进行了研究，提出了根据
STN-SR和related-ICID进行话单过滤的2种方法，从而过滤掉CS重复话单。
1概述
IMS是3GPP提出的支持IP多媒体业务的子系
统。由于IMS支持多种接入和丰富的多媒体业务，因
此成了全IP时代的核心网标准架构。LTE网络仅提
供数据业务，语音业务可通过电路域回落（CSFB——
CircuitSwitchedFallback）提供，或者承载在LTE网络
上的IMS提供统一的会话控制，由IMS实现LTE的语
音业务。基于IMS的VoLTE（VoiceoverLTE）语音解
决方案，能在实现LTE网络下提供高质量音视频通话
的同时提供高速率数据业务，已成为业界公认的LTE
网络语音解决方案的主要发展方向。
对运营商而言，部署VoLTE就意味着开启了向移
动宽带语音演进之路。从长远来看，这将给运营商带
来两方面的价值：一是对语音业务来说，由于LTE频谱
利用效率远优于传统制式（达3倍以上），不仅提升了
无线频谱利用率，也降低了网络成本；二是提升了用户
体验。VoLTE带给4G用户的最直接感受是更短的接
通等待时间、更高的服务质量、更自然的音视频通话效
果，以及由可与富通信套件（RCS）无缝集成带来的丰
富多媒体业务。
由于LTE网络部署初期的覆盖往往不足，为保证
语音业务的连续性，需使用双模单待无线语音呼叫连
续性（SRVCC）技术，利用现有移动电路交换（CS）网络
的广覆盖性，当LTE用户走出LTE覆盖区域时，语音业
务就从LTE网络切换至移动CS网络，以保持语音业务
ResearchonIMSBasedonVoLTECharging
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的连续性。由此可见：发生SRVCC切换时，一个呼叫
将涉及到IMS和CS2个网络，究竟如何关联IMS和CS
的呼叫才能避免产生重复计费呢？同时，VoLTE以
IMS作为其业务控制系统，而演进的分组核心网
（EPC）仅作为承载层，VoLTE语音会消耗掉一定的数
据流量，因此在VoLTE语音进行计费的同时，计费中
心究竟如何过滤掉相应的数据流量费用才能避免产生
VoLTE语音和EPC数据流量重复计费？本文将注重研
究上述问题，并给出相应的解决方案。
2方案研究
为避免IMS和CS域的在线计费关联，3GPP定义
会话连续性切换（SC）在线计费只在IMS中进行，锚定
CS发起/终止的呼叫和执行会话转移的呼叫不能调用
CS域中的预付费业务，服务集中和连续性应用服务器
（SCCAS）和在线计费系统（OCS）进行交互实现在线计
费。下面将重点研究基于IMS的VoLTE离线计费。
IMS是承载在EPC之上进行会话控制的，为LTE
用户提供语音。当LTE用户走出LTE覆盖区域，语音
将切换到CS网络时，作为端到端解决方案的VoLTE的
计费将涉及到IMS、EPC和CS3个网络。下面将从2个
方面对计费进行研究，一是研究如何从EPC流量计费
中过滤出VoLTE语音产生的数据流量，二是研究在
SRVCC切换过程中如何关联IMS和CS计费。
2.1IMS计费和EPC计费的关联
VoLTE的计费结构见图1，图中IMS网元（如
MGCF、MMtelAS/SCCAS、P-CSCF等）和分组数据网
网关（P-GW）通过计费网关（CG）产生呼叫详细记录
（CDR），并连接至计费中心实现离线计费。
基于QoS控制和漫游的需要，GSMA为VoLTE业
务定义了特定的IMS接入点名称（APN），同时要求
VoLTE业务必须使用之，亦即IMS用户签约VoLTE业
务时需同时在EPC网络上签约IMSAPN。用户使用
VoLTE业务时，EPC网络根据IMSAPN将为IMS建立
专用分组数据协议（PDP）连接及专用承载，由此计费
中心可根据IMSAPN标识对EPC网络在IMSAPN上
产生的流量进行过滤而不进行流量计费。该方式对业
务层计费、承载层数据流量不计费的业务场景是行之
有效的。随着业务的不断多样化，有的业务可能只需
流量计费而业务层不计费，因此需研究出更加灵活的
计费方式。如果IMS计费和EPC计费可进行关联，则
计费方式将是非常灵活的。
3GPP已定义了策略及计费控制（PCC）。图2所示
的是非漫游场景的PCC网络架构，由承载绑定及事件
上报功能（BBERF）、流量检测功能（TDF）、策略及计费
执行功能（PCEF）、策略和计费规则功能（PCRF）和其
他支撑节点组成。其中：PCRF位于应用功能（AF）和
Gateway之间，是PCC的核心，负责制定策略决策和计
费规则，为IMS计费和EPC计费关联提供桥梁；AF为
IMS中的代理呼叫会话控制功能（P-CSCF）实体；Gate⁃
way为EPC网络中的P-GW。
用户开始会话时，IMS系统会给本次会话分配唯
一一个IMS计费标识（ICID），进行资源预留时P-CSCF
将ICID传递给PCRF，PCRF进行授权决策时将ICID传
递给P-GW，P-GW在授权决策报告中将P-GW的计费
标识（ChargingID）带给PCRF，PCRF传递给IMS。在
IMS产生的计费话单中包含有P-GW的计费标识，同
时P-GW的计费话单中也包含有IMS计费标识，从而
计费中心可根据IMS计费标识和P-GW计费标识实现
灵活的计费关联。另外，P-GW的计费标识可能为1
个或多个，当有多个P-GW计费标识时也被映射到同
一个ICID的IMS话单中。同时，当一次会话中的媒体
流增加或删除时，P-GW需负责通过PCRF更新P-GW
计费标识至IMS。
图1VoLTE计费结构
图23GPPPCC架构
OfflineCharging
GatewaySystem（OFCS）
BBERFTDFPCET
PolicyandChargingRulesFunction
（PCRF）
ServiceDataFlow
BasedCreditControl
OnlineChargingSystem
AF（OCS）
Gz
Gy
SubscriptionProfile
Repository（SPR）
GxxSdGx
Sy
Rx
Sp
BillingCenter
OCS
GY
P-GW
Ga
P-CSCF
MMTelAS/SCCAS
Rf
RfMGCFRo
ChargingGateway
BillingCenter
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Rf
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2.2IMS计费和CS计费的关联
下面将进一步研究当VoLTE用户在通话过程中
走出LTE覆盖区域进行LTE语音到CS语音切换时，是
如何实现IMS话单和CS话单关联的。这里先介绍一
下SRVCC的基本原理（见图3）。
为实现SRVCC，语音呼叫需锚定在IMS系统中。
由图3可知：当E-UTRAN根据测量报告决定需发起到
CS域转移时，E-UTRAN发送切换指示到移动管理实
体（MME），MME触发到移动交换中心服务器（MSCs）
的SRVCC流程，MSCs发起到IMS的会话转移流程并
完成到目标小区的CS切换流程；完成切换准备工作
后，MSCs向MME发送响应并通知UE接入到CS域。
这样就完成了语音呼叫从LTE到CS域的切换。
在UE附着LTE过程中，EPC-HSS会通过插入签
约用户数据消息将SRVCC会话的切换号码（STN-SR）
和C-MSISDN传给MME。其中：STN-SR是当会话从
PS域切换到CS域时eMSC到IMS域的路由号码，CMSISDN用于关联1个用户下的多个业务，在MME切
换过程中会将它们转发至eMSC。eMSC向IMS发起会
话切换时，主叫号码是C-MSISDN，被叫号码是STNSR。IMS网元会用C-MSISDN定位到原来的IMS呼叫
并发起到远端的媒体切换。
对于一个VoLTE呼叫，不管是否发生LTE语音到
CS语音的切换，多媒体电话应用服务器（MMtel
AS——MultimediaTelephoneApplicationServer）及
SCCAS都始终存在于会话路径中。由图4流程的⑧/
⑨、⑲/⑳可知，由于在整个SRVCC计费过程中
MMtelAS/SCCAS都输出计费信息到计费网关，所以
在SRVCC呼叫场景中，MMTel/SCCAS的CDR信息对
于计费来说已经是足够了。但当语音切换到CS后，CS
网络也会产生话单。如上所述，eMSC在发起向IMS会
话切换时，被叫号码是STN-SR。由于STN-SR是静态
签约或配置的数据，所以计费中心可在CS话单中根据
特定被叫号码STN-SR对话单过滤出重复话单，从而
避免SRVCC用户切换到CS后产生双重计费。
另外，在eMSC发起到IMS切换呼叫建立请求时，
MMtel/SCCAS会在响应中把IMS的ICID通过relatedICID头域参数传递给eMSC。eMSC基于related-ICID
产生话单，从而计费中心可根据related-ICID过滤CS
重复话单。同时，CS网络也可考虑根据related-ICID
参数对从LTE切换过来的语音呼叫不产生话单到计费
中心。
3结束语
作为一个端到端的LTE语音解决方案，基于IMS
的VoLTE计费涉及到IMS域、EPC域、CS域。本文较
全面地研究了VoLTE计费的相关问题，给出了VoLTE
话单关联和重复话单过滤的解决方案。随着LTE网络
的大规模部署，VoLTE的部署也将迎来高峰，解决方案
对建设VoLTE时的话单处理有一定的参考价值。
参考文献：
［1］3GPPTS23.228V12.0.0IPMultimediaSubsystem（IMS）［S/OL］.
［2014-06-10］.http：//www.3gpp.org/DynaReport/23228.htm.
图3SRVCC过程概念图
HandoverCMD
Target3GPPIMS
UEE-UTRANMMEMSCServerUTRAN/GERAN
MeasurementReports
HandovertoUTRAN/GERANrequired
InitiatesSRVCCforvoicecomponent
HandlesPS-PSHOfor
non-voiceifneededIMSServiceContinuityProcedure
CShandoverpreparation
ToeUTRANCoordinates
SRVCCandPSHOresponse
PSHOresponsetoMME
（CSresources）
Handoverexecution
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DynaReport/23237.htm.
［3］GSMAssociationIR.88V8.0LTERoamingGuidelinesVersion［EB/
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［4］GSMAssociationIR.92V6.0IMSProfileforVoiceandSMS［EB/
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［5］3GPPTS23.203V12.0.0Policyandchargingcontrolarchitecture［S/
OL］.［2014-06-10］.http：//www.3gpp.org/DynaReport/23203.htm.
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［7］3GPPTS24.237V12.2.0IPMultimediaSubsystem（IMS）Service
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［8］3GPPTR23.856SingleRadioVoiceCallContinuity（SRVCC）en⁃
hancements（Stage2）［S/OL］.［2014-06-10］.http：//www.3gpp.org/
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［9］3GPPTS29.292V10.1.0InterworkingbetweentheIPMultimedia
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izedServices（ICS）［S/OL］.［2014-06-10］.http：//www.3gpp.org/Dy⁃
naReport/29292.htm.
［10］3GPPTS23.272V11.7.0CircuitSwitched（CS）fallbackinEvolved
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www.3gpp.org/DynaReport/23272.htm.
［11］3GPPTS32.240v12.0.0Chargingarchitectureandprinciples［S/
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［13］3GPPTS29.212v11.7.0PolicyandChargingControl（PCC）；Refer⁃
encepoints，Dec［S/OL］.［2014-06-10］.http：//www.3gpp.org/Dy⁃
naReport/29212.htm.
［14］3GPPTS29.214v11.6.0PolicyandChargingControloverRxrefer⁃
encepoint，June［S/OL］.［2014-06-10］.http：//www.3gpp.org/Dy⁃
naReport/29214.htm.
［15］3GPPTS23.292V11.2.0IPMultimediaSubsystem（IMS）central⁃
izedServices（Stage2）［S/OL］.［2014-06-10］.http：//www.3gpp.org/
DynaReport/23292.htm.
作者简介：
赵文贤，高级工程师，硕士，主要从事核心网规划设计工作；黄琳，高级工程师，硕士，主
要从事固网规划设计工作；马千里，学士，高级工程师，主要从事核心网规划设计工作。
图4SRVCC计费流程
%UDBC0%UDBC0%UDBC0200OK
（CALLID#3）
%UDBC0%UDBC0%UDBC0IMSStandard
INVITE
UE-AS-CSCFMMTEL/SCC-ASCDFUE-B
①IMSMOStandardINVITE
MSC
③AnchoringDecision
②INVITE（CALLID#1）
④INVITE（CALLID#2）
⑤INVITE（CALLID#2）
⑥2000k
⑦2000k
⑧ACR（Start）
⑨ACA
⑩SCUEAisonanactivesessionwithUEB.CallisanchoredatSCCAS.
%UDBC0%UDBC0%UDBC0CSStandard
SETUP
%UDBC0%UDBC0%UDBC0200OK（CALLID#3）
%UDBC0%UDBC0%UDBC0BYE（CALLID#1）
%UDBC0%UDBC0%UDBC0INVITE（CALLID#3）
%UDBC0%UDBC0%UDBC0IMSStandardBYE
%UDBC0%UDBC0%UDBC0BYE
%UDBC0%UDBC0%UDBC0ACR（Stop）
%UDBC0%UDBC0%UDBC0ACA
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