VOWIFI 学习笔记

Tommy821

1      VOWIFI基本原理1.1    原理介绍

WiFi Calling技术是基于3GPP R10标准开发出来的，对终端用户来说，在室内WiFi接入区域就可以使用智能手机自带的拨号功能进行基于WiFi的语音呼叫和接听，与VoLTE的话音进行无缝切换。WiFi Calling需要终端用户首先在运营商IMS系统上完成注册，然后才能使用该功能，所以它是一种基于WiFi接入而受运营商控制的话音接入手段。WiFi Calling技术可以极大地帮助运营商解决LTE时代的4G话音覆盖盲点的问题，同时扩大运营商对用户提供的可选择智能手机的范围。

IMS被广泛认为是一种未来支持全类型接入的技术架构，是固定网和移动网走向融合的技术基础。作为一种开放式的控制架构，IMS在通信史上第一次具备了通过统一平台向所有类型的接入网提供统一业务的能力。3GPP在制定标准时，已经把包括WiFi在内的多种接入技术考虑在3GPP的接入架构之中。

在3GPP的规范中，WiFi接入被认为是一种非3GPP的无线接入种类，根据不同的网络形式，3GPP引入了两个新的网元ePDG(演进分组数据网关)和TWAG(可信任无线接入网关)。3GPP的规范主要解决了三个问题：用户终端的安全接入可以通过设置AAA服务器，结合HSS对终端进行鉴权完成;业务流的安全传输由WiFi终端到ePDG或AP到TWAG之间采用加密协议和隧道等安全技术完成;而网络切换时的业务连续性通过PGW向用户终端统一分配IP地址的方式实现。

对于具体的VoWiFi接入方式主要有两种，即可信任接入和不可信任接入。所谓不可信任接入是指用户通过非运营商提供的WiFi网络进行的接入。这种情况下用户终端发出的数据需要通过网络新增的ePDG接入核心网，终端和ePDG之间通过IPSec隧道传输数据，使得不可信网络的网元无法感知数据传输，从而保证数据传输的安全性。此时，认证是基于SIM卡完成的，使外界入侵者无法访问到ePDG和核心网。另外一种被称为可信任接入的方式是在运营商的WiFi网络下完成的，这种情况下，用户的终端不需要与网络建立IPSec隧道，而直接通过PDN GW(分组数据网关)就能接入到移动核心网。

1.2    接入方案介绍

VoWiFi的应用已有多年， 3GPP对于Wi-Fi Calling的定义逐渐发展并完善，目前标准中定义的方案有以下5种：

VoWiFi技术方案	方案关键特点	现状
方案1：UMA方案	UMA的全称是Unlicensed Mobile Access ，使用一种名为 GANC （Generic Access  Network Controller）的设备，把通过WiFi接入的手机终端虚拟成2G/3G手机，利用标准的A/Iu接口，接入到传统CS网络，从而在Wi-Fi环境下实现传统的移动CS域业务。	UMA只在北美和部分欧洲国家有商用，技术标准停止演进，不支持LTE和IMS Core，基本上已经被业界放弃。
方案2：直接连接IMS	通过WiFi网络直接接入IMS的方式，无法保证WLAN-LTE切换前后UE地址一致，很难实现统一认证和统一用户号码，切换流程对UE和IMS都有要求，且漫游和互通的场景复杂。	缺少Native手机，用户需要下载APP申请账号和口令。
方案3：非可信接入ePDG(EPC)/IMS	利用公共WLAN非可信接入3GPP网络(S2b接口）P-GW作为WLAN-LTE切换的锚点要求UE支持IPSec以及IKEV2鉴权3GPP  R10已完成标准化。	终端成熟：iPhone 6/iOS8已经全球发布，三星、SNOY、Nokia均有商用终端支持。运营商已经商用发布或者高度关注。3GPP  R10支持，技术标准完善。
方案4：可信接入EPC/IMS	运营商部署的WLAN可信接入3GPP网络(S2a接口）P-GW作为WLAN-LTE切换的锚点。WiFi-LTE切换方案3GPP还在讨论中。	3GPP  R12刚完成，目前无芯片或手机终端支持。运营商需要自建WiFi，无法直接利用现有的第三方Wi-Fi资源。
方案5：OTT方案	需要下载app需要单独的用户名和口令登录不支持Call waiting/Call forwarding等业务，无法保持与VoLTE以及CS用户一致的业务体验，且互通能力受限。	缺少Native手机，需要下载APP，同OTT方案，如SKYPE、WhatsApp、微信。无法保持与VoLTE以及CS用户一致的业务体验，且互通能力受限。

综上所述，目前方案3（非可信接入ePDG(EPC)/IMS）是目前主流运营商采用最多的方案。

1.3    非可信WiFi接入介绍

非可信Wi-Fi接入的VoWiFi:

ePDG （Evolved Packet Data Gateway）非可信Wi-Fi网络接入方式下的必备网元。

用户鉴权：

终端通过非可信Wi-Fi接入后ePDG后，通过AAA服务器和HSS完成终端身份鉴权。鉴权方式采用基于基于SIM卡(EAP-AKA/EAP-SIM)的鉴权，整个过程用户无感知。

网络安全：

WiFi终端到ePDG之间建立IPSec通道，确保信息安全传输。

语音连续性：

用户终端可以在Wi-Fi与LTE基站之间做到无缝切换，确保语音连续性。

高清语音：

VoWiFi与VoLTE共用核心网，使用相同的高清编解码，为用户提供高品质的音视频感受

Step 0: UE执行WLAN认证，WLAN网络给UE分配一个local IP。

Step 1: UE通过本地配置或者DNS机制获取ePDG地址，发起 IKEv2/EAP-AKA流程。

EAP-AKA 认证；

成功认证后，ePDG 从AAA获取UE 的签约数据。

Step 2:ePDG和PGW之间建立GTP隧道，PGW分配远端IP地址以及P-CSCF地址通过GTP消息带给ePDG。

Step 3: IKEv2过程结束，ePDG将UE的远端IP地址发送给UE。