VoLTE注册流程详解.docx

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1、VoLTE注册流程详解目录一、概述二、初始注册三、后续注册-重注册四、后续注册-二次注册五、第三方注册5.1 S-CSCF与SCCAS的第三方注册5.2 S-CSCF与VoLTEAS的第三方注册5.3 S-CSCF与IP-SM-GW的第三方注册六、订阅七、常见初始注册失败7.1 苹果6s手机初始注册失败7.2 三星S6手机初始注册失败7.3 步步高VlVOX6D手机初始注册失败7.4金立GN9010手机初始注册失败6?9一、概述用户开通了VoLTE签约，并在VoLTE终端上打开VoLTE、ims服务或HD高清语音开关，在开机附着成功后，UE单独发起APN=ims的PDN连接性请求，并成功建立Q

2、CI=5的ims信令默认承载，接着UE发起注册请求。注册流程拆分成初始注册/后续注册（重注册）、后续注册（二次注册）、第三方注册、订阅共四个阶段，其中后续注册和初始注册的区别在于注册消息中增加了用户认证数据和接入网络位置信息。成功的初始注册必须经过初始注册、二次注册、第三方注册、订阅阶段，而成功的重注册必须经过重注册、二次注册、第三方注册阶段。初始注册、重注册和二次注册过程称为基本注册，基本注册由用户终端发起，基本注册成功后，用户就拥有了基本呼叫权限。第三方注册由S-CSCF代替用户终端发起，第三方注册成功后，用户就拥有了AS提供的相关业务权限。基本注册、第三方注册示意图如下：本图中14为初始

3、注册，5为二次注册，6为第三方注册更加详细的流程见下图（融合HSS组网）：1-12步骤为初始注册，其中89步骤可以选择性进行（视S-CSCF本地剩余IMS认证数据情况）;13-24步骤为二次注册，20-21步骤可以选择性进行（视S-CSCF本地有无用户数据及iFC集合数据）；25-26为S-CSCF向AS（应用服务器）请求的第三方注册，根据iFC准则，涉及的应用服务器为SCCAS、VoLTEAS、IP-SM-GW等，该过程步骤较多，此图为示意图。从附着开始的IMS注册过程中涉及了绝大多数协议：RRC、NAS.SlAPsSGsAPxGTP-CV2、GTP-UVl协议、SIP协议、Diameter

4、协议等，作为选项还有MAP、CAPo由于SIP消息与VoLTE优化分析紧密结合，在此简略介绍SIP协议：SIP协议源自于互联网产物，并非传统的通信协议，消息采用非比特位方式的文本编码，可阅读性强，具有非常强大的灵活性和扩展性,缺点就是存在大量的兼容性问题。SIP消息有请求和响应2种类型，每个消息包含3个元素：请求行/状态行、头域、消息体（可选）。RFC3261中定义的SlP消息头域包括Via、From.To.CaII-IDxCSeq、Contact、Content-Type、Content-Length、Max-ForwardssProxy-Authenticate等在内共有44个，并且这些头

5、域的数目是可扩展的。头域的介绍见本文其它相关章节，在本章节仅仅简略叙述几个头域。Content-Type头域指示携带的消息体的媒体类型，比如applicationsdpsmessagesipoContent-Length头域用十进制方式表示出消息体的字节数，比如450o由于本文为注册专题，那么UE发出的首条SIP消息为Register,若该注册消息中包含Contact头域内容，则为基本注册；若缺失Contact头域,则为UE查询注册状态，根据P-CSCF的配置情况来进行处理。存在多种类型的消息体，比如文本格式的SDP消息体，或二进制格式的ISUP消息体等。关于不同SlP消息代码见其它相关文档介

6、绍，除了正常响应代码，更要了解失败响应代码。作为VOLTE优化工程师，一定要了解上述知识点，然后在工作中进行验证性测试。日常工作中常用的方式就是采用测试手机和测试软件相结合的方式进行，比如采用HTCM8t手机和CDS测试软件，在Uu接口上的信令消息截图如下：看不清请点击放大了看二、初始注册初始注册事件发生的场景：开机附着于LTE网络，并完成建立IMS默认承载之后;从23G网络重选上（或返回）LTE网络，并完成TAU之后；IMS注销之后，再次启用IMS功能;在重注册失败之后再次发起的注册；手机认为必须经过初始注册流程（不兼容401认证挑战消息或终端BUG问题导致）作为注册消息的发起方一用户终端，

7、UE根据USIM信息，推导得出注册用的私有身份标识IMPI和临时IMS公用身份标识IMPU（即T-IMPU,为SIP格式，仅作注册之用，不能用作呼叫）：其中私有身份标识是归属网络运营商提供的用户唯一全球标识，类似IMSI,用于对IMS用户进行鉴权认证，该标识对用户不可见，简明初始注册示意图如下：初始注册的过程在信令平台的抓包如下：空口中的register消息通过逻辑上的Gm口直到P-CSCFr该过程是通过该消息中Route头域的P-CSCF地址来实现的，该地址被用来作为Request消息的路由。关于Route头域含义如下：当一个ProxyServer收到一个Request消息时，会检查Rout

8、e字段的第一个地址是否等于自己，如果是，它可以从Route字段中删去自己的地址信息，然后叠加下一段地址，并将消息转发到Route字段中指定的下个地址；如果Route字段为空，则转发到RequestURl指定的地址。如果没有就根据COntaCt头域发送，如果连COmaCt都没有，就根据FrOm头域发送。关于Via头域含义如下：当发起一个SIPRequest消息时，消息经过的每一跳（包含发起方）都会在SIP消息中增加一个Via字段，内容为自己的地址信息，表示通过此地址发往下一跳，为什么要增加Via字段来记录Request消息经过的地址呢？用以保存请求历经的路径，实际上这个地址信息将被作为ReqUe

9、St消息的Response消息的路由，Response消息逐段设置Via头域地址，实现逐级返回，直到回到Request的发起方，因此Via头域是一种给响应消息返回留路径的方式，是响应消息的本路由段的目的地址。另外Record-Route头域为某一段路由的目的地、源头传递信息（构建路由集），从而发送消息时可构建Route头域。Path头域为注册时才特有的,用于S-CSCF设置用户的P-CSCF,作为反向请求直通路由至P-CSCF网元。Contact头域为UE的IPV6地址和端口号。初始注册详述如下文：UE发起初始注册时,Register消息中Authorization头域中相关认证授权信息为空（

10、比如随机数为空、认证响应为空、无完整性保护），如下图：经Gm接口,P-CSCF收到Register消息后：删除Proxy-Require头域，将Security-Client头域保存到本地，调整Require头域为path,并在Authorization头域中添加integrity-PrOteCted=标签，表示初始注册消息未受保护，增加以下头域：增力口P-Access-Network-Info头域为接入位置包含网络类型、SBC域名、UEIPV6地址和端口号共四项。增加Path头域为本P-CSCF地址（也即P-CSCF的主机名），而在I-CSCF转发Register请求给S-CSCF时同样要插

11、入P-CSCF地址的path头域，S-CSCF通过Path字段保存一个UE所使用的P-CSCF地址,这样当S-CSCF需要主动向UE发送消息时（例如网络端发起的De-register）,S-CSCF就知道实际应该发往的P-CSCF地址了,这是一种直达路由消息。增加P-Visited-Network-ID头域为P-CSCF的域名（也即P-CSCF的本地网络标识）o增加P-Charging-VeCtOr头域为P-CSCF收到注册消息后产生的ICID计费标识。增加Feature-Caps头域包含STN-SR号码。P-CSCF向I-CSCF进行进一步转发Register消息，为了获得入口I-CSCF网

12、元IP地址，P-CSCF根据请求行中的Request-URI域名向DNS服务器发起查询，由于目前UE基本注册时的ReqUeSt-URl字段统一设置为只有运营商信息而不带省份信息的域名,鉴于P-CSCF只有DNS查询而没有被叫号码分析功能，故查询结果不能定位出是哪个省的用户，也就不能路由到归属网络的KSCF,结果只能为拜访网络的I-CSCF功能实体的IP地址（而在呼叫流程中，由于S-CSCF和MGCF具备被叫号码分析功能和查询ENUM/DNS功能，可得知IMS被叫用户的归属网络入口KSCF地址）。作为拜访网络的KSCF为了判断该用户是否具备漫游的权限，根据From头域中的T-IMPU标识和拜访网

13、络标识P-Visited-Network-ID头域，通过Cx接口向归属HSS发起USER-AUTHORIZATION-REQUEST查询消息（该消息用于注册流程,与呼叫流程中LIR不同），Diameter协议类型为注册，根据信令网架构，中间必须经过LDRA或HDRA网元，DRA基于IMSl/主机名路由至归属HSSeHSS将该UAR相关头域内容与用户开户数据中漫游模板内容进行比对，若匹配，则回复给I-CSCF网元UAA消息，包含下面内容。由于HSS不存在该用户的P-CSCFNetworkID或S-CSCF名称信息，故HSS判断该用户为firstregister（初始注册），设置相关AVP属性值对

14、一实验性结果代码为2001（DIAMETER_FIRST_REGISTRATION）,下发S-CSCF服务器能力集（分为强制能力和可选能力），I-CSCF收到UAA消息后，根据其中的S-CSCF的能力集进行某种选择算法，选择一个合适的S-CSCFo在拜访网络的KSCF选定某个归属S-CSCF后,I-CSCF转发Register消息至归属网络S-CSCFz该消息的Request-URI头域为S-CSCF域名。S-CSCF收到无认证数据的初始注册消息后，通过Cx接口发送MULTIMEDIA-AUTH-REQUEST消息给HSS,请求认证向量集，同时也指示HSS实体：本S-CSCF即为该用户归属服务

15、器,MAR和MAA字面上为多媒体认证请求和多媒体认证回应，实为提供IMS认证向量消息，认证算法指定为Digest-AKAvl-MDS（消息摘要算法5）,认证过程与EPC认证流程相类似，也是双向认证，但认证过程采用了五元组：XRES/RAND/AUTH/IK/CK,而非四元组，涉及S-CSCFsP-CSCF.UE三个实体。在HSS的成功响应消息中属性值对-SIPAuth-Data-Item,包含5套完整的认证数据（S-CSCF对用户认证时任选一套即可，有点类似于EPS附着时MME对用户认证，总的来说不同类型的原始认证数据均出自于HSS,而根据具体认证内容不同，涉及不同实体，关于附着认证见EPS认

16、证和NAS解码方面文档）。S-CSCF截留某一套的XRES后，将这套剩余认证数据包括DigeSt认证方式算法、随机数RAND/认证令牌AUTH（RAND/AUTH合成nonce,r）、完整性保护密钥IK.加密密钥CK打包在register401消息（即鉴权认证挑战）里并传递至I-CSCFz继而I-CSCF将401消息传递给P-CSCF:P-CSCF截留CK/IK后，将剩余的鉴权认证元素RAND/AUTH（NOnCe）、认证算法通过401消息传递给UE,以上IMS认证的五元组传递如下图：关于认证过程描述见本文的二次注册章节。三、后续注册-重注册初始注册成功后，用户的签约网络会登记用户的注册时长Tle当用户的已注册时长接近Tl时，一般为50分钟，UE需