VoWiFi技術(shù)背景介紹

Voice over WiFi（VoWiFi）是一種基于WiFi無線標(biāo)準(zhǔn)的語音呼叫技術(shù)。眾所周知，WiFi是一項(xiàng)普及率高，使用便捷，終端廣泛支持的無線技術(shù)。基于WiFi的語音呼叫可以作為蜂窩語音呼叫的補(bǔ)充，在蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不佳，或者無法提供基站信號(hào)覆蓋的場(chǎng)景下，通過WiFi連接方式為用戶提供運(yùn)營商級(jí)別的語音服務(wù)。

根據(jù)3GPP的定義分類，VoWiFi有以下幾種實(shí)現(xiàn)方式：

1）直連IMS方式；

2）可信域接入方式；

3）非可信任域接入方式；

4）OTT模式等。

我們下面對(duì)這幾種實(shí)現(xiàn)方式做簡單的介紹：

1. 直連IMS方式。終端和核心網(wǎng)交互數(shù)據(jù)通過S2c接口實(shí)現(xiàn)透明傳輸，所有WiFi熱點(diǎn)直接連接到IMS接入，也稱為S2c接口組網(wǎng)方案。這種方式的缺點(diǎn)是在與蜂窩網(wǎng)絡(luò)切換中難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的認(rèn)證和統(tǒng)一的電話號(hào)碼，漫游和互聯(lián)互通的場(chǎng)景復(fù)雜，此外需要在手機(jī)上安裝支持該功能的APP，無法做到原生手機(jī)支持。

2. 可信任域接入方式。這種模式需要運(yùn)營商自建接入點(diǎn)（AP），UE通過運(yùn)營商的AP接入運(yùn)營商核心網(wǎng)以及IMS網(wǎng)絡(luò)，這種方式的最大缺點(diǎn)是需要依賴運(yùn)營商自建AP，無法利用社會(huì)上廣泛分布的公共或家庭AP資源。

3. 非可信任域接入方式。這種模式可以利用公共或家庭WiFi接入運(yùn)營商核心網(wǎng)和IMS網(wǎng)絡(luò)，使用P-GW作為WiFi和LTE切換的錨點(diǎn)，終端需支持ePDG（enhanced Packet Data Gateway）的IPSec技術(shù)，IKEV2鑒權(quán)等。非可信任域接入方式是當(dāng)前業(yè)界普遍采用的模式，終端與網(wǎng)絡(luò)的能力支持較為普及。本文介紹的R&S測(cè)試方案采用的就是非可信任域接入方式。3GPP 23.402定義了非可信任域接入組網(wǎng)方式如下圖所示：

4. OTT接入方式。我們所熟知的微信語音電話即是采用這種方式。這種方式需要在手機(jī)上安裝特定的APP，無法與蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)互通也無法提供QoS服務(wù)，無法保障運(yùn)營商級(jí)別的通話質(zhì)量。

非可信任域的VoWiFi是目前業(yè)內(nèi)最廣泛被采用的一種接入方式，這種技術(shù)有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)：

1) 可以最大限度的利用公共WiFi熱點(diǎn)的資源；

2) 支持WiFi與蜂窩接入技術(shù)如5G NR、LTE之間的切換與互操作；

3）手機(jī)終端原生支持，無需另外安裝APP，語音通話體驗(yàn)可以做到無縫連接。目前在國內(nèi)的應(yīng)用場(chǎng)景里面，VoWiFi主要是用作蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋補(bǔ)充，終端根據(jù)蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行選擇，當(dāng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較差的時(shí)候（或者蜂窩網(wǎng)絡(luò)關(guān)閉只有WLAN信號(hào)），如果終端打開了VoWifi功能，終端能夠在進(jìn)行語音呼叫過程中從蜂窩網(wǎng)絡(luò)切換到WiFi網(wǎng)絡(luò)并保持會(huì)話不中斷。

下面我們將介紹如何使用 R&S CMX500 5G終測(cè)儀 與CMW500 WLAN信令終測(cè)儀 ，配合完成非可信任域接入方式下的VoWiFi測(cè)試

測(cè)試方案軟硬件要求

? CMX 500 OBT/OBT lite，軟件建議使用CSW 7.20以上版本

? CMW500 WLAN 信令測(cè)試儀，包含以下選件：

?oB500I, B450I

?KS650+KS651 or PK65, PK45等

?CMW500 使用3.8以上固件

測(cè)試方案組成結(jié)構(gòu)

測(cè)試步驟及相關(guān)設(shè)置

在SETUP->IP Subset config中，設(shè)置Node ID為3，并重啟儀表。完成后，CMW500 DAU地址變成172.22.3.201。這樣設(shè)置的目的是與CMX500使用的DAU IP 172.22.1.201區(qū)分開，避免IP沖突。

在CMW500 DAU上配置DNS服務(wù)器。使用內(nèi)置DNS internal模式，設(shè)置ePDG服務(wù)器指向CMX500所在地址172.22.1.201.在UE連接上WLAN后，UE會(huì)獲取DNS服務(wù)器信息，并從在DNS服務(wù)器信息中獲取指向CMX500 ePDG server的地址信息，UE將根據(jù)此信息進(jìn)行ePDG update。在本例中，epdg.epc.mnc011.mcc460.pub.3gppnetwork.org為模擬中國電信ePDG服務(wù)器SIP地址。因ePDG服務(wù)器與IMS服務(wù)器放置在CMX500上，CMW500上的IMS server與ePDG sever設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)。

在CMX500上配置IMSserver與ePDGserver，如下圖所示，測(cè)試過程中保持CMX500上的IMSserver與ePDGserver處于打開狀態(tài)。請(qǐng)注意，在本方案中，在CMX500上實(shí)現(xiàn)了的ePDG服務(wù)器和IMS服務(wù)器的模擬，而不使用CMW500上的EGDG/IMS服務(wù)器。以下是IMS服務(wù)器的相關(guān)設(shè)置，以及ePDG服務(wù)器鑒權(quán)參數(shù)設(shè)置。

在手機(jī)setup中，打開WiFi-Calling功能，在Calling preference中，選擇“Call over mobile network”，這個(gè)選項(xiàng)表示語音呼叫采用蜂窩網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先方式，當(dāng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不佳（或沒有蜂窩網(wǎng)絡(luò)）時(shí)才切換到WiFi網(wǎng)絡(luò)。在手機(jī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中，把private DNS設(shè)置為off。由于ePDG server的地址是由DNS信息攜帶給UE，設(shè)置為off，UE不會(huì)從自己緩存里獲取DNS信息而是發(fā)DNS請(qǐng)求到網(wǎng)絡(luò)，這樣就確保了每次ePDG server的地址都能通過DNS消息下發(fā)給UE。

在CMX500中建立NR SA小區(qū)，配置RF端口，并完成UE附著。具體過程為常規(guī)操作，在此省略。在本例中，由于我們使用了中國電信的樣機(jī)，因此需要在CMX500上設(shè)置PLMN為460 11，測(cè)試SIM卡使用China Telecom NS-IOT的SIM card profile。在CMW500上打開WLAN網(wǎng)絡(luò)，如下圖設(shè)置。在本例中把SSID設(shè)置為“Telecom”，WLAN信號(hào)設(shè)置為802.11g, AP模式. WLAN 下行功率設(shè)置為-40~-45dbm。

在CMX500上完成UE注冊(cè)，將NR小區(qū)的SSB EPRE設(shè)置為-65dbm，此時(shí)NR網(wǎng)絡(luò)處于信號(hào)良好狀態(tài)。在UE上進(jìn)行語音撥號(hào)，建立VONR call。

以下步驟是VoWiFi測(cè)試的最主要的應(yīng)用場(chǎng)景——在5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不佳的場(chǎng)景下，VoNR語音呼叫自動(dòng)切換為VoWiFi語音。調(diào)整CMX500上的NR EPRE功率為-115dbm，打開WLAN信號(hào)并將WLAN下行信號(hào)提高，等待UE主動(dòng)切換到WLAN網(wǎng)絡(luò)。在切換完成后，UE界面出現(xiàn)“WiFi call default service”字樣，在CMW500 WLAN signaling中儀表處于associated狀態(tài)，表明UE已連上CMW500 AP。同理，我們將NR EPRE功率恢復(fù)為-65dbm，UE在監(jiān)測(cè)到NR信號(hào)恢復(fù)良好后，又會(huì)自動(dòng)切換回NR小區(qū)。切換到VoWiFi后手機(jī)如下圖所示：

我們可以在CMX500的message view中觀察信令流程。在VONR-VOWIFI切換過程中，NR網(wǎng)絡(luò)會(huì)釋放掉PDU session，UE在完成EPDG update建立IPSEC后，重新對(duì)IMS注冊(cè)。整個(gè)過程在0.5s以內(nèi)完成，在這個(gè)過程中語音呼叫保持不中斷。當(dāng)NR小區(qū)功率恢復(fù)正常，UE會(huì)發(fā)起PDU session establishment重新建立PDU，并重新進(jìn)行一次SIP注冊(cè)，完成VOWIFI-VONR切換。

VONR->VOWIFI切換的信令交互

VOWIFI-VONR切換的信令交互

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在UE連接WiFi網(wǎng)絡(luò)后，通過DNS query信令獲取ePDG服務(wù)器地址信息，并與ePDG服務(wù)器建立IPsec隧道，進(jìn)行數(shù)據(jù)加密傳輸。

DNS查詢的信令如下圖所示：

總結(jié)：

本文介紹了VoWiFi的技術(shù)分類，以及羅德與施瓦茨公司VoWiFi測(cè)試方案，本方案采用R&S CMX500與CMW500配合完成測(cè)試，模擬5G NR與WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的語音呼叫切換，并對(duì)相關(guān)設(shè)置以及信令分析進(jìn)行了詳細(xì)描述。

審核編輯：劉清