VoWiFi 架构及流程

简介

        Voice over Wi-Fi (VoWiFi)顾名思义即通过WiFi网络提供的语音业务。用户可以在没有移动信号的条件下拨打电话，VoWiFi是Voice over LTE (VoLTE)的互补技术。

    根据3GPP的定义以及采用的不同移动性管理协议，VoWiFi的组网方式有三种主要方案：信任域EPC（Evolved Packet Core，演进的分组核心网）接入方案、非信任域EPC接入方案、直连IMS接入方案。非信任域接入是目前的主流。

（1）信任域EPC接入方案：运营商或者合作方的Wi-Fi热点等信任域接入设备，通过S2a接口直接和EPC中PGW（Packet Data Network GW，分组数据网关）互通，也称为S2a接口组网方案。需要对现有WLAN（Wireless LAN，无线接入点）设备进行增强改造，使之支持移动性要求。

（2）非信任域EPC接入方案：所有Wi-Fi热点等非信任域设备均可以接入，通过ePDG（Evolevd Packet Data Gateway，演进型分组数据网关）接入PGW，实现和EPC的互通。由于非受信域接入网络和EPC互通采用S2b接口，因此这种组网也称为S2b接口组网方案。这种方案对WLAN没有改造要求，安全性高，支持无缝切换，解决了语音、数据业务的连续性问题。

（3）直连IMS接入方案：终端和EPC网络交互数据通过S2c接口实现透明传输，所有Wi-Fi热点等设备直接连接到IMS接入，也称为S2c接口组网方案。

如表1所示，对三种组网方案从技术方面来进行分析，尤其是从对网络的影响和终端成熟度来看，对于已经部署大量WLAN接入点的运营商来说，采用信任域EPC接入方案，要升级改造或者直接替换全网WLAN接入点设备，施工周期长、成本高、难度大。

        而采用非信任域EPC接入方案，则可以结合公共Wi-Fi网络的开放性和运营商核心网的高可靠性、QoS保证等特性，以较低成本实现语音在WLAN和LTE网络间的无缝切换。因此，非信任域EPC接入方案将逐步取代信任域EPC接入方案，成为目前业界主流的VoWiFi方案。

下图是VoLTE和VoWiFi并存的4G网络结构图，绿色部分是信任域WiFi接入（运营商自己的WiFi），红色部分是非信任域WiFi接入（比如，你家里的WiFi或星巴克里的公共WiFi）。  

  

可见，VoWiFi 和VoIP的区别，在于接入部分，在完成接入之后，SIP注册、呼叫（音频和视频）、短信、彩信、补充业务等流程是类似的。
 

非信任域VoWiFi

架构

如下图，UE通过任意一个WIFI AP 连接到ePDG，然后连接到PGW，最后到IMS核心网。由于UE 到ePDG之间是公共网络，存在不安全因素，因此会在UE与ePDG之间建立一个IPSec安全隧道，就类似一个VPN的方式去访问核心网。UE通过IKEv2协议来完成身份认证和IPSec建立过程。当IPSec建立完成后，就可以和VoLTE 一样和IMS核心网注册、呼叫了。

在非信任域EPC接入方案中，为实现VoWiFi业务，需要新增ePDG和 3GPP AAA网元。

ePDG

（1）与3GPP AAA交互完成用户的EAPAKA（Extensible Authentication Protocol，扩展认证协议；Authentication and Key Agreement，认证和密钥协商）认证；

（2）与PGW开通S2b接口，完成用户业务流与PGW之间的转发；

（3）发布ePDG公网IP到因特网；

（4）支持IMS域中P-CSCF（Proxy-Call Session Control Function，代理呼叫会话控制功能）发现；

（5）专用承载建立和QoS映射。

3GPP AAA

（1）提供与ePDG的SWm接口，完成用户EAPAKA认证；

（2）提供与PGW的S6b接口，完成用户所在PGW IP地址和APN（Access Point Name，接入点名）到HSS的注册登记，以便HSS保存用户接入的PGW IP地址；

（3）提供与HSS的SWx接口。

整体流程

PCAP抓包如下图所示：

ePDG发现

上一节的setp1就是ePDG的发现，找到ePDG才有后续，ePDG的地址可以通过本地配置，也可以通过DNS查询。

IKEv2协议

找到ePDG后，就需要和ePDG交互，这个过程遵循IKEv2协议。

IKEv2协议是Ue使用非信任域方式接入IMS网络时的安全认证协议，通过IKEv2协议UE和 PDG会建立起一个IPSec隧道。IKEv2会过程如下图，其中用到的4个主要参数：加密算法，身份验证算法（完整性检查），伪随机函数(PRF)以及迪菲-赫尔曼密钥交换（Diffie Helman group）。

 

信令流程

PDN连接建立流程

UE发起去附着流程

PGW发起去附着流程

DPD流程（Dead Peer Detection）

UE注册IMS流程

UE MO call 流程

UE MT call 流程

VoLTE 与VoWIFI切换

WIFI到LTE的切换流程

LTE到WIFI的切换流程

VoWIFI呼叫的Qos

VoWIFI 的呼叫也有Qos保障，可分为两部分，UE到ePDG部分通过IPSec保证，其他部分和VoLTE一样，通过专用承载QCI1/QCI5来保证。

 

 

本文地址：https://blog.csdn.net/dxpqxb/article/details/107385370