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2024年宏文第一篇。语音及视频通话是最为基础的业务，移动蜂窝网络平台赖以起家的通话业务包括视频通话及视频会议一直是网络必选业务。虽然随后这几代网络所倚重的比如数据业务，多媒体业务甚至众多垂直行业的物联网业务等在蓬勃发展，也代表着蜂窝网络的未来方向。
但是移动通话业务（包括语音通话、视频通话和消息服务等）一直是必不可少的业务类别，特别在客户体验方面的关注度在运营商占据重要地位。这些通话服务之所以是必要的，因为它们为大众提供了正式和官方的通信方式。
虽然如今其中的许多工作确实可以通过其他方法完成，但通话服务仍然提供最通用的交互形式。例如，当一切方法均失败时，客户会致电公司的呼叫中心等。还有比如在紧急时刻，人们想到的是拨打电话给目的单位or个人来沟通寻找解决问题的渠道，在紧急情况下输入消息或创建多媒体非常具有挑战性。
大多数时候，呼叫者必须处理现场紧急情况，并同时通过语音向调度员通报情况。这就是为什么移动网络提供的通信服务必须支持紧急通信，也是服务需要高可靠性运行的原因。
从1G到5G，各代根据移动网络，以不同的方式支持通话服务。对于1G，2G和3G来说，通信服务是通过电路交换（CS）域来支持的，其中资源和端到端路径被预留来建立通信，从而使得通信质量得到保证。然而，缺点是资源可能未得到充分利用，效率不高，有时无法与已建立呼叫的各方进行通信（即线路正忙）。
另一方面，对于4G开始及更高版本，通过分组交换 (PS) 域支持通话服务。当今的互联网采用的是分组交换网络。在这里，数据被分割成各种数据包，其中数据包可以采用不同的路径到达目的地。
因此，目的地可能会乱序接收数据包，但所有数据最终都会到达目的地。PS可以非常有效地利用网络资源，但在保证服务质量方面受到限制。这些差异归因于移动网络机制的演变（从4G开始为全IP网络）。
最初，创建移动网络是为了提供通信服务（特别是语音）。直到2G后期才考虑数据通信，为此目的将PS域与CS域并行引入。3G在设计上支持CS和PS域。不过，3G架构与后来的2G（GPRS、EDGE等）并没有太大区别。
到了4G，只剩下PS域，架构发生了重大转变，对通话业务的支持从CS域转移到了PS域，CS域也就退出历史舞台。而回顾PS分组域的局限性，通话业务的服务质量比CS域更难保证，这就是 IP 多媒体子系统 (IMS) 的用武之地。
IMS能够通过PS域数据管道提供多媒体承载服务。IMS是运营商的服务平台，它与接入无关（即能够支持多种接入类型，比如LAN也可以。），并且可以与接入网络协调以提供运营商级质量的呼叫或服务质量（QoS）。这使得IMS成为电信通信服务的理想候选平台，因为只需要一个服务平台即可通过运营商运营的多个接入网络提供通话服务。IMS 的两个主要协议是会话发起协议（SIP）和会话描述协议（SDP）。
SIP用于在网络节点和客户端之间传递与呼叫/会话相关的信令，SDP 用于描述该呼叫/会话的相关媒体（例如，编解码器等语音媒体详细信息）。虽然这些协议也被非运营商 IP 语音 (VoIP) 服务使用，但 IMS 的不同之处在于，该平台与接入网络密切交互，而典型的VoIP服务则将底层传输视为单纯的数据管道，不保证质量（or可以说单纯依赖底层IP通道的QoS机制）。这也就是IMS与普通的VoIP业务的区别所在。
上述这些文章也提到了，VoLTE和VoNR分别作为IMS网络在4G和5G网络上提供的通话服务。两者都利用IMS作为服务平台来支持通信服务。请注意，还可以通过其他接入（例如WLAN）提供通信服务或使用IMS提供不同类型的多媒体服务。
然而，本文重点关注4G/5G接入（即 LTE 和 NR 无线接入网络 (RAN)）上的通信服务。
应该强调的是，VoLTE和VoNR不是技术术语，而是描述服务的术语，并且这些术语基于3GPP规范的相应 GSMA profile文件。例如，GSMA PRD IR.92是VoLTE的基础，它定义了基于LTE的IMS语音、基于IP的SMS和基于NAS的SMS的语音配置文件，并列出了E- UTRAN、演进分组核心EPC、IMS 核心和UE功能等相关协作功能。
5G的出现催生了取代4G演进分组核心网的新分组核心网络（5G Core）和新的无线接入技术，即5G NR。然而，IMS并未受到这些发展的影响，因为我们小心地支持某些遗留接口，以确保可以通过4G或5G支持通信服务，而不会影响 IMS业务。
3GPP一直致力于VoLTE和VoNR的演进技术规范的研究和制定工作，VoLTE业务从2012年开始部署，相关的Profile是从2010年开始制定的。更进一步来说，3GPP的IMS规范早在R5就已经在起草（3G阶段）。这意味着3GPP在VoLTE（以及后来的 VoNR）方面所做的工作量巨大，我们下面汇总一下3GPP自5G第一个版本R15以来的几个大版本在VoLTE/VoNR 方面的工作。
R15：作为5G的第一个版本，R15是VoNR工作的起点。在讨论了支持5G系统通话服务的各种选项后，5GS的相关WI决定通话服务仍应由IMS平台提供，第3阶段启动的5GS_Ph1-IMSo5G WI工作项目用来定义通信服务所需的技术，即：
- 5G接入网具体要求对签约数据以及IMS和HSS交互的影响对政策和收费规则的影响对IMS中编号和寻址的影响
当然，这并不意味着VoLTE不会受到影响，因为对IMS进行了增强以考虑 IMSProtoc9这个WI下互联网工程任务组 (IETF) 协议的最新进展。此外，IMSProtoc9 WI包括了因IMS要求的演变和增强而产生的第3阶段工作。
R16：5G系统与上一代的不同之处在于，它支持基于服务的架构（SBA），其中接口不固定在一个网络功能到另一个网络功能的接口上，而是可以由一个网络功能进行关联，以便为其他网络功能提供服务。
在R16中更详细地定义了SBA功能，并且在eIMS5G_SBA这个WI工作项中定义了5G核心和IMS之间交互的支持。例如，更新了策略控制功能服务，使得IMS可以作为5G核心的应用功能来访问它们，以及P-CSCF和HSS的发现如何与网络存储库功能（NRF）的网络功能发现方法保持一致 。
此外，由于在R15中5G和传统CS网络（2G/3G）之间没有直接互通来实现服务连续性，因此通过 5G_SRVCC WI工作项定义了确保5G中语音呼叫连续性的5G SRVCC。在 5G_SRVCC WI工作项中，有一些工作项在基于5G服务的接口以及传统 IMS接口中支持5G SRVCC，因为它需要与传统CS网络互通。
R16的IMSProtoc16 WI工作项（即相当于IMSProtoc9 WI工作项的第16版）提供了对VoLTE和VoNR的增强。此外，还有eIMSVideo工作项，允许在IMS中使用视频“铃声”和“通知”。以前的IMS版本仅支持音频铃声和公告，而eIMSVideo工作项目支持IMS提供视频铃声和公告，从而有可能丰富 VoLTE 和 VoNR 的体验。
R17：在R17中，针对5G系统计费系统进行了更新，以支持使用5GSIMSCH工作项中基于服务的接口的IMS计费功能。在R15中，这里仅限于数据连接和 SMS，因此这项工作更新了通信服务上下文中的计费支持，它还支持使用基于服务的接口的计费功能。
此外，为了符合新定义的独立非公共网络（SNPN）的监管要求，IMS进行了更新，以通过IESNPN工作项支持 SNPN背景下的紧急呼叫。R17相关WI的工作还对IMS和5GS进行了优化和增强，其中信令优化可最大程度地减少使用TEI17_IMSGID WI在HSS上执行的查询。
此外，ING_5GS WI处理5G UE无法利用EPS回退的情况，因为它因某种原因禁用了4G E-UTRA能力（导致通信服务中断）。与之前一样，IMSProtoc17 WI确保IMS规范与IETF的最新进展保持一致，并支持同一版本中 IMS 要求的演变。
R18及之后演进：
在即将推出的3GPP 5G-A第一个版本R18中，通过SMS2EC WI工作项定义了对IMS 启用通过SMS访问紧急服务的要求。此外，IMSProtoc18 WI工作项正在努力使IMS规范与IETF的最新进展保持一致，并支持同一版本中IMS要求的演变。支持广播视频服务、视频客户端远程控制、增强现实/虚拟现实 (AR/VR) 服务的要求已在R16中的enIMS WI工作项中指定。在R18中，相关工作正在继续定义对AR/VR服务的支持以及数据通道与传统IMS媒体（视频/音频）和信令的结合使用，以提供新服务（例如，在通话期间共享屏幕和游戏） ）。
此外，eMMTEL WI工作项定义了增强型IMS补充业务的业务要求。NG_RTC WI工作项提供了IMS的增强功能以支持数据通道服务，IBACS WI工作项定义了IMS媒体方面的功能和增强功能以支持AR对话服务。IDC_CH WI工作项中正在考虑数据信道的计费方面，并且对R19进行了附加讨论，其中正在与IMSDCDataOff WI工作项讨论数据关闭场景中IMS数据信道服务的支持。
前面已经提到了，VoLTE/VoNR是基于3GPP规范的GSMA profile进行定义和开发。根据各地市场的不同，GSMA profile可能会进一步调整。下图提供了这些文档之间关系的图形概述：
作为端到端的业务，通话服务涉及了从UE，RAN，CN及通话业务本身的多项技术。本文的大多数WI位于核心网的后方。还有很重要的一个方向是R18中的一些WI在利用AI/ML对语音优化进行的研究。
总结综述：
通话服务仍然是当今移动网络的重要组成部分，并提供紧急通信等关键任务服务。以高可靠性支持此类关键任务服务的能力并不容易实现，需要仔细设计和工作。还有就是利用VoLTE/VoNR底层技术来利用下一代媒体进行通信服务的可能性使得VoLTE/VoNR不仅具有社会需求，而且在经济上也具有吸引力。3GPP也承诺将继续在增强VoLTE/VoNR方面投入更大的精力进行研究开发，为社交服务和下一代媒体的沉浸式体验提供更高效的底层基础设施。
3GPP中IMS相关规范列表:
[1] TS 22.228 on "Service requirements for the Internet Protocol (IP) multimedia core network subsystem (IMS); Stage 1" (from Rel-5)[2] TS 23.216 on "Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC); Stage 2" (from Rel-8)[3] TS 23.228 on "IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2" (from Rel-5)[4] TS 24.229 on "IP multimedia call control protocol based on Session Initiation Protocol (SIP) and Session Description Protocol (SDP); Stage 3" (from Rel-5)[5] TS 24.237 on "IP Multimedia (IM) Core Network (CN) subsystem IP Multimedia Subsystem (IMS) service continuity; Stage 3" (from Rel-8)[6] TS 24.341 on "Support of SMS over IP networks; Stage 3" (from Rel-7)[7] TS 24.623 on "Extensible Markup Language (XML) Configuration Access Protocol (XCAP) over the Ut interface for Manipulating Supplementary Services" (from Rel-8)[8] TS 26.114 on "IP Multimedia Subsystem (IMS); Multimedia telephony; Media handling and interaction" (from Rel-7)[9] TS 31.103 on "Characteristics of the IP Multimedia Services Identity Module (ISIM) application" (from Rel-5)[10] TS 33.222 on "Generic Authentication Architecture (GAA); Access to network application functions using Hypertext Transfer Protocol over Transport Layer Security (HTTPS)" (from Rel-6)
[11] https://portal.3gpp.org/ChangeRequests.aspx?q=1&specnumber=&release=all&wgstatus=&tsgstatus=2&meeting=&workitem=770017,770018,770019,760008,760009,760010,780047,780048,870065,760011,820038,870077,880060,911034,880023,911035,970035,970047,970048,840062,830028,840006,850056,840063,840064,810041,810007,840004,840058,860027,840059,860004,840028,940047,870003,940006,860008,930002,930047,930046,960014&pageindex=0
3GPP之外的相关文档：
Miikka Poikselka, Georg Mayer (2009). The IMS: IP Multimedia Concepts and Services (Third Edition), John Wiley & Sons Ltd.
Miikka Poikselka, Harri Holma, Jukka Hongisto, Juha Kallio, Antti Toskala (2012). Voice over LTE: VoLTE, John Wiley & Sons Ltd.
GSMA IR.92 IMS Profile for Voice and SMS
GSMA NG.114 IMS Profile for Voice, Video and Messaging over 5GS
GSMA IR.65 IMS Roaming and Interworking Guidelines
GSMA IR.95 SIP-SDP Inter-IMS NNI Profile
GSMA IR.94 IMS Profile for Conversational Video Service
GSMA N2020.01 VoLTE service description and implementation guidelines
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