华为VoWiFi解决方案技术解析
华为VoWiFi解决方案技术解析
Voice over WiFi（也叫WiFi calling），是用户使用具有VoWiFi能力的智能终端，在Wi-Fi环境下能够通过传统的拨号方式进行语音和视频通话。华为VoWiFi解决方案支持3GPP VoWiFi标准架构，基于华为EPC（ePDG）、SigleSDB（3GPP AAA）和IMS作为核心控制架构，使普通用户能够通过Wi-Fi热点接入网络，享受高清音视频，以及与VoLTE之间的无缝切换。
一、VoWiFi的市场价值
随着VoWiFi的成熟商用，运营商面临的一系列问题当迎刃而解。VoWiFi有效的解决了VoLTE建网初期的覆盖不足的问题，降低了MVNO的空口租赁成本，提供低廉的国际漫游成本。除此之外，运营商可以通过VoWiFi吸引更多的用户群或者设计更具有吸引力的套餐包来留住用户，从而增加运营商的整体竞争力，获取更多的收益。[w1]
二、VoWiFi的部署方案选择
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2（直接连接IMS）和方案3（非可信接入ePDG(EPC)/IMS）均具备规模商用的能力。目前主流运营商的考虑也是选择以上两种方案。
三、华为VoWiFi解决方案
华为VoWiFi解决方案支持3GPP VoWiFi标准架构，基于华为EPC（ePDG）、SigleSDB（3GPP AAA）和IMS作为核心控制架构。华为VoWiFi解决方案由非可信接入WLAN的VoWiFi（Native VoWiFi） 和 IMS直连方式的VoWiFi方案（App VoWiFi）组成。
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。
自助业激活：
CDM作为终端管理设备，可完成终端的鉴权与自动业务发放，用户可以自助完成VoWiFi业务的开通，加速运营商VoWiFi的商用节奏。同时，又能有效降低终端重注册带来的网络冲击。
IMS直接接入方式的VoWiFi
华为VoWiFi网络可重用VoLTE的架构，通过新建ePDG或者升级现网EPC，新建3GPP AAA或者升级现网SDM即可完成VoWiFi的部署。除此之外，CDM可有效缩短用户的业务开通周期，加快VoWiFi的商用部署。对于已商用和准备商用VoLTE的运营商而言，非可信Wi-Fi接入方式的VoWiFi无疑是最佳的选择。
App基于华为SDK：
华为App方式的VoWiFi解决方案基于华为SDK，该SDK具备语言质量检测和切换判断的能力。通过该软终端直接接入IMS，用户同样可享受VoWiFi。
信息安全：
终端与SBC之间建立STG通道，应用SIP over TLS, SRTP, MSRP over TLS等技术。
全场景切换：
基于华为SDK的App VoWiFi方案可实现与LTE之间的相互切换，以及Wi-Fi向UMTS切换。用户可以做到LTE、Wi-Fi、3GPS覆盖的全场景切换，确保语音连续性。
高清音视频能力：
SDK可提供丰富的音视频编解码能力，并能够做到自适应。SDK具备AEC（Acoustic Echo Cancellation），PLC（Packet Loss Compensation），VAD（Voice Activity Detection）Jitter Buffer等数项语音增强能力。
App 方式的VoWiFi有着部署简单的优点，对于有意于发展移动业务的固网运营商，近期无VoLTE投资计划的运营商不失为一种最佳选择。
综上所述，华为VoWiFi解决方案融合了这两种方案的优势，可以做到灵活部署，快速发布，与VoLTE融合为运营商提供更具竞争力的4G通信解决方案。此外华为VoWiFi和VoLTE网络架构下的核心网元均支持云化（vIMS，vEPC，vSDM……）部署，以满足未来网络云化演进的网络诉求。
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四、VoWiFi关键技术成熟
目前VoWiFi所需的关键技术，如鉴权、QoS、安全、语音连续性以及紧急呼叫等已成熟，且已在华为VoWiFi解决方案中应用。以下是VoWiFi用到的关键技术。
| 关键技术 | 直连方式接入IMS | 非可信Wi-Fi接入 |
| Wi-Fi网络选择 |
Hotspot 2.0 |
Hotspot 2.0/ANDSF
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| 鉴权与授权 |
用户名/密码 OTP(one time password) to enhance |
基于SIM卡 (EAP-AKA/EAP-SIM)的鉴权
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| QOS |
TCP层上QoS可控制 |
因Wi-Fi质量不可控，因此终端到ePDG间的QoS难以保障 |
| 安全 |
终端与SBC之间建立STG通道，应用SIP over TLS, SRTP, MSRP over TLS等技术 |
UE和ePDG之间建立IPSec通道 |
| 语音连续性 |
Tunnel and Virtual IP (类似PS 切换) |
VoLTE<->VoWiFi切换，VoLTE->CS（DRVCC） |
| 紧急呼叫 |
推荐回落到CS
(终端无法提供精确的位置信息) |
推荐回落到CS,仅WiFi覆盖下可直接路由
(终端无法提供精确的位置信息) |
综上所述的两种方案，华为具有可提供全套成熟的解决方案的能力，并能够结合VoLTE实现快速部署，为用户提供近乎完美的4G通信体验。目前华为VoWiFi解决方案已在全球广泛应用，华为已在4G融合通信领域成为运营商的主要战略合作伙伴。