当年伊拉克战争发生的时候，曾经有一位名人说过这样一句话：“石器时代不是因为没有了石头而让石器时代结束，而是因为出现了可替代石头的工具。石油时代也不是因为石油枯竭而结束，而是因为出现了可替代的新能源”。人类进步的主要表现就是生产生活工具的进步和迭代。虽然全球技术和经济受疫情的冲击，但是，通信技术变革的脚步一点没有因此停滞或变慢，巨大的用户生活需求必然推动其发展速度。今天，基于5G的全新的“人与人”，’“人与物”和“物与物”全媒体实时通信时代已经来临。在5G-advanced的技术架构的推动下，VoNR网络也开始支持了更强大的VoNR+的网络，而且传统的语音网络环境中取得了重大的突破，同时因为IMS数据通道的引入，叠加了数据通道以后，使得用户场景发生了革命性的改变，应用生态出现了全域的可视化，实时交互的特点，支持了通话处于图片文档交互，AI智能语音接入，远程共享协作等功能。对很多行业客服系统，协同和远程协作，同声传译等都是一个颠覆。如何面对5G VoNR的新通话技术环境的客户需求，是我们IP语音行业厂家集成商面对的一个重大挑战。最近，爱立信和中国移动都分别发布了基于5G网络环境中移动端市场研究报告和关于5G VoNR新通话技术白皮书。这两份报告是2022年非常重要的研究报告，可以作为行业用户未来五年的行业发展的风向标参考。笔者针对两篇报告结合自己的思考对未来业务发展做一点比较初浅的个人看法。另外，在新IP企业通信的讨论中，笔者缺少了关于一些运营商及最新平台技术的讨论。为了弥补这部分内容，我们结合IMS网络技术和最新5G 环境VoNR新通话技术来对当前以及未来技术做一个概览说明。

　　IMS是目前通信网络中核心的一个部分，同时对SIP的支持做了很多的拓展。我们在关于SIP系列讲座中介绍了很多从底层到上层接入点方式，例如PSTN和SIP trunk，但是现在的网络服务已经发生了根本性的改变，IMS已经在开始商用。事实上，IMS可以支持多种方式的接入，包括WIMAX，LTE，wifi，DSL等方式。传统的接入方式中，有的只能上网，有的只能支持电视服务，有的只能支持PSTN接入，这些服务都不能提供一个统一的接入方式，运营商维护升级也面临很多问题。LTE或者VoLTE和其他方式相比较，在支持传统服务的基础上，它们可以支持了更多的服务。

　　此图例及以下图例均来自于互联网资源

　　为了让读者更多了解IMS以及VoLTE网络中SIP注册呼叫的工作流程，同时也为了配合笔者的SIP协议及新IP企业通信网络技术概论，所以今天我们专门做一个关于IMS网络和最新5G网络环境中的新通话技术的介绍。首先说明，本章节探讨的网络架构都是非常复杂的网络，涉及了很多庞杂的相关接口和官方规范，笔者的精力和能力以及认知水平有限，因此很难在每个细节都给予读者一个非常完整详细的解释，笔者仅讨论和SIP语音呼叫紧密相关的IMS核心模块和呼叫流程。网络上有很多非常专业的技术规范说明，读者可以参考专门的资料去学习。

　　因此，在本文章中，我们将重点介绍关于IMS网络在4G，5G网络环境下的背景介绍，IMS主要的规范协议，例如IR.92，LTE的网络架构背景知识，IMS的核心模块功能，SIP在IMS的注册工作流程，SIP在IMS的几个重要参数介绍，SIP在VoLTE的呼叫流程，Precondition和开源IMS平台，5G环境VoNR中的新通话技术场景使用以及利用小程序开发的各种机会。

　　为了让读者能够快速全面了解关于IMS网络的最新动态，我们在此章节首先简单回顾一下IMS网络规范的发布节点时间和我国目前IMS网络商业化的最新动态。IMS网络全称是IP Multimedia Subsystem，即IP多媒体子系统。IMS网络架构技术基于3GPP和ITU等组织规范，在2002年其Release 5（R5）中首次提出，各国多年都在不断推动其商业化的发展，其商业化进程不同国家有着不同的发展历程， 其可预期的市场增长率也非常惊人。　　

　　根据爱立信2022年6月份发布的移动市场研究报告指出，LTE网络签约数的增长也是非常惊人。根据到2022年底，VoLTE签约数预计将超过46亿。

　　在最近几年，我国的IMS网络技术应用取得了比较大的进展。2019年2月，工业和信息化部在湖南、四川两省组织开展IMS网络互联互通试点工作。紧接着，2020年5月，在两省试点取得成功的基础上，工业和信息化部决定在全国推广IMS网络互联互通。2021年8月，全国移动通信网IMS网络实现IP化互联互通，正式为用户提供服务。因此，2021年应该算是一个IMS网络正式实现互联互通业务开启的元年。

　　虽然我们已经进入了5G时代，部分事件用户都已经开始使用或者“被使用”5G网络，已经感受到了4G或者5G的快速上网和其他服务的便捷性。但是我们仍然需要从4G网络开始讨论我们今天的话题。首先让我们介绍一下LTE的基本架构和其核心的模块功能。以下图例是一个比较抽象的一个移动网络架构图。在以下图例中我们可以看到，整个网络架构包括了几个核心的模块功能，它们是：UE终端，eNodeB设备，RAN无线接入网络，LTE网络，GW（接入IP核心网络的gateway）。运营商的核心网络通过Gateway来实现对接。这里，我们可以看到，手机终端首先启动，然后找到自己的网络，接入到LTE网络，通过GW实现所有签权认证，然后可以实现对其他User的呼叫。这里，笔者提醒读者，当我们写这个章节时，所引用的内容可能已经过时，例如现在的5G技术和其他的传输方式。如果读者有兴趣的话，可以参考3GPP的一些标准来做进一步的研究。此组织官方网站可以获得最新的技术信息。

　

　　读者通过上面图例可以看到，用户在接入网络时，需要经过两个核心的模块，他们是RAN和EPC。现在让我们进一步了解一下网络中的核心内容RAN和EPC的功能和执行流程。EPC的全称是Evolved Packet Core，它是LTE的核心要素，负责其他主要模块的功能实现。

　　以下图例中介绍了UE如何通过RAN来接入到LTE网络，然后实现真正的业务支持。

　　让我们结合具体的模块介绍一下UE注册LTE网络实现业务流程的几个主要步骤：

　　这里，读者要注意，因为我们没有涉及非常细节的网络介绍，可能有的新读者有一点迷惑，把LTE网络和IMS混为一谈。事实上，通过上面的图例我们可以看到，PGW连接到IP网络以后，从开始真正进入IMS服务的场景中。所以，读者一定要注意HSS和PGW的边界。

　　前面我们介绍了UE如何实现LTE网络的连接。如果UE要实现SIP业务需求的话，需要经过IMS网络。IMS 和传统其他的网络服务比较，它提供了更加丰富的功能，并且集成了所有以前传统的网络的服务功能，例如语音，视频，游戏，短信和在线服务，电话会议等服务功能，使用一个IP网络可以实现用户扩容，呼叫控制等功能。其网络结构包括了应用服务，会话控制和访问传输三个层面的结构。SIP注册呼叫需要经过以下IMS几个核心模块的处理才能完成正式的注册呼叫。

　　我们根据以上图例中红色部分标志的模块，对这些模块进行一个简单的介绍：

　　我们了解了IMS核心模块的主要功能后，我们介绍呼叫的第一步-如何在IMS网络中实现SIP终端注册流程。

　　在UE注册的流程中，整个流程大概经过以下几个步骤：

　　以下SIP注册示例告诉我们整个SIP注册的基本流程，注册流程和我们上面提到的是完全一致的。

　　UE用户成功注册以后，UE用户就可以开始呼叫。现在让我们看看UE用户之间通过IMS网络进行的呼叫流程。

　　两个UE通过IMS呼叫大概经过以下一些步骤（和其他文档介绍可能有所差别）：

　　这里，读者要注意，在两个IMS网络实现互联互通时，IMS网络支持了一个SBC在边界节点，SBC可以对IMS网络之间进行防火墙设置和其他的兼容性能力支持。具体的SBC的技术讨论，我们在以前的章节已经进行了非常完整的介绍，用户可以参考。另外，如果需要查询PCRF模块时，可能需要对其计费和呼叫进行控制，这里已忽略此步骤。如果大家不了解SBC的话，可以访问鼎信通达官方网站了解SBC的配套解决方案和部署架构。

　　目前比较主流的IMS厂家（例如，爱立信，华为，思科，ZTE，诺基亚，阿朗，ribbon等）提供了IMS非常复杂的解决方案，这些厂家的IMS网络部署在不同国家和地区，业务场景和功能配置都可能存在很大的差异。其业务功能包括了QoS保障设置，计费，服务能力支持和安全以及漫游等功能。如何让厂家的服务统一到一个规范中，厂家都需要遵守一个规范来服务客户。在关于IMS网络服务的规范中，GSMA IR.92是一个大家一般推荐的规范，也是学习IMS网络技术的一个技术架构的入口，读者可以参考其规范内容来学习。用户可以根据此规范来进一步了解其互联互通服务的细节。IR.92已经发布了很多版本，我们可以参考2021年发布的V16来做简单介绍。因为读者学习3GPP关于IMS网络规范时，读者如果没有一个非常权威的概览说明的话，读者在学习这些规范时会感到非常迷惑。在此规范中，我们可以获得所有关于3GPP中IMS网络的主要的比较完善的关于IMS的规范，和主要参考3GPP TS系列的规范。另外，在IR.92中的IMS profile中规定了各种IMS功能列表，包括了基本基础功能，例如IMS网络中SIP注册流程，forking， 认证，呼叫创建和结束，早期媒体流，SIP 会话定时器。功能列表中也包括了IMS增值服务功能，例如，Ad-Hoc 多方会议，通信承载能力，通信等待，初始身份限定等增值服务功能。IR.92中规范了关于IMS网络的媒体，包括了语音媒体（编码，RTP/SDP，RTCP，抖动管理），DTMF和data channel（因为数据通道的引入，使得5G中的VoNR服务功能实现了数据交互的可能性）。另外，IR.92 规范了一系列关于Radio and Packet Core的功能，例如，无线传输能力，承载能力管理和P-CSCF发现等。除了以上核心功能因为，在IR.92中还规定了其他的普通功能，例如积极服务，漫游，能力发现和SMS功能。这些不同类型的服务都和具体的IMS部署提供商之间的互联互通有着非常紧密的关系，不同IMS网络之间需要此规范来协同统一，方便不同用户之间的服务保障。因为篇幅有限，笔者不可能非常详细介绍这些服务的细节和相关的TS规范。如果读者想了解其具体细节的话，可以参考其最新发布版本，并且结合相关的TS 版本来深入学习。

　　VoLTE(Voice over LTE) 是一种LTE网络的服务类型。大家都知道，在相对VoIP开放的市场中，如果仅运营商仅提供一种话费低廉的语音呼叫服务，市场上已经有很多话费低廉的小型运营商，运营商已经很难和一些小运营商所提供的SIP 中继进行市场竞争。为了留住客户，增加和客户粘性，运营商必须提供语音质量更加好的，服务更加全面的服务。VoLTE就可以帮助运营商提供更多的有竞争力的产品服务。VoLTE和传统的其他接入方式相比，可以通过更多的业务功能，提供更多富媒体的支持。具体的功能包括：

　　VoIP 语音视频呼叫

　　IM 即时通讯工具，QQ，Skype，whatapp，wechat 等等

　　在线状态支持

　　数据共享

　　多方电话会议

　　视频会议

　　现在让我们进一步了解一下VoLTE环境下的SIP呼叫流程中关于几个关键细节。

　　和以前我们介绍的SIP INVITE有所区别，它增加了100rel和precondition。这里，100rel表示PRACK；precondition表示终端设备所需要的支持能力，它会保持协商的网络资源为下一步的会话流程做准备，如果协商失败，则连接失败。注意，这里的Supported：precondition列出的参数不一定都是必须使用的，需要使用Required：precondition来表示必须支持的参数。再次说明，precondition是一个非常复杂的讨论话题，因为本人能力和微信篇幅的关系，只能简单介绍基本的几个步骤和流程。

　　Precondtion 应用是一个非常必要的过程，就是为了避免不必要的双方协商的资源浪费，很多时候网络环境类似于一个工作效率非常低下的员工沟通过程，假设或想当然可以对方满足条件，最后发现承诺的不能实现。因此，我们必须提前解决两个问题：如果对方没有准备好，就不要接受我的要求；如果没有准备好，不要对对方发送任何请求。

　　以下图例介绍了precondition的协商过程包括UE1 发送INVITE，直到UE2 发送200 OK的流程。

　　在以上的图例中读者一定要注意SDP中的几个参数，读者可能产生歧义。

　　a=curr： 表示当前状态的precondtion type

　　a=des：表示希望获得的precondition type，很多人错误以为是目的地des。

　　a=conf：表示最终确认的precondtion type

　　strength-tag 表示是强制，可选，未知，none，失败等

　　direction-tag从字面意思可以看出是方向协商，包括none， send， recv和sendrecv

　　从协商流程图中可以简单看出，事实上，整个predcondition协商过程就是一直检查当前状态到期望状态的过程。只要满足了双方条件，则协商成功。以下图例简单介绍了QOS协商的过程，可能更加有助于读者理解precondition。

　　具体的流程图在后续的部分有详细说明。在VoLTE业务呼叫中，它支持的编码类型有所不同，VoLTE支持的编码包括：AMR，AMR-WB和EVS。关于编码的具体细节，笔者在这里不会做太多介绍，用户可以到3GPP官方网站查阅。

　　b=是SDP的一个拓展，表示bandwidth，具体语法：

　　b=：

　　modifier包括：AR，RS和RR，简单来说，各自分别表示应用中RTCP最大支持带宽，本地带宽和接收方带宽。

　　更多细节，请参考RFC3556。

　　Precondition 包括三种类型：conn（Connectivity， 查阅RFC5898），qos（QoS precondition，查阅RFC3312）和seq(Security precondition，RFC5027)。如果读者有兴趣的话，可以根据相关的RFC对precondition的三种类型做更加深入的研究。

　　根据以上的介绍，我们可以大概看出SIP在VoLTE中的呼叫流程，UE1呼叫UE2，发生INVITE消息，UE2返回183 消息携带可支持的编码。UE1 收到183消息以后，返回到PCRF时，流程需要查询PCRF，获得网络资源例如编码和计费的能力支持。PCFR然后发送用户消息到PGW，PGW将设置QOS，PGW将配合S-CSCF，MME和eNodeB，重新设置一个新的bearer QCI=1，QCI=1用来发送呼叫媒体。

　　支持能力的协商流程（可参考上面提到的precondition）大概经过以下五个步骤：

 

　　开源一直在通信和互联网，甚至于物联网技术中都扮演着非常重要的角色。如果大家一谈起IMS网络的话，一般都是在运营商的环境中才能接触到，这样的话，如果读者想了解更多IMS的知识的话，基本上没有其他的途径。目前，有几个比较不错的开源平台，如果读者希望了解更多IMS的知识内容，可以自己亲自搭建IMS平台，通过测试来进一步了解IMS技术：

　　1.开源软交换Kamailio，它支持基本的IMS核心模块，可以进行IMS注册，呼叫测试。

　　2.OpenIMS，它是老牌的开源IMS平台，基于SER开发，具有相对比较完整的功能和规范的模块，可以用来学习，但是社区不活跃，需要自己花费时间去研究。官方的系统镜像已经不能下载，需要通过第三方下载资源下载。

　　3.Clearwater 是最近几年发展起来的开源IMS平台，因为有非常强大的技术支持，赞助商都是比较有名的运营商，所以相对比较活跃。文档也比较完整。但是此项目前几年已经停止。

　　在学习开源平台时，读者需要配合3GPP的学习资料来进行研究。个人感觉，3GPP的学习资料和RFC相比相对比较“凌乱”，很多时候，一个TS版本可以有几百页。笔者查阅的TS 23.228，它大概有300多页，所以建议先掌握整个架构和基本流程，然后针对性地学习一些模块，否则读者会非常迷惑。

　　现在大家常说的一句话就是我们生在了一个伟大的时代。每个人对这个时代有不同的解读。在通信行业或者具体的语音行业也同样如此。我们从传统的PSTN到VOIP，再到现在的VoNR。技术迭代发生了翻天覆地的变化，我们的职业轨迹也随之发生改变。我们看到了这个语音生态链的起起伏伏。对我们来说，这是一个幸运也是一个不幸。幸运的是你可以不断学习新的技术和知识，避免出现认知瓶颈，体验不同的人生。不幸的是，我们需要不断学习，不断摒弃旧有的知识和经验，不断适应新的用户场景和需求。如果大家熟悉语音网络技术的发展史的话，应该都熟悉Voice over XXX 是什么意思。这三个over代表着一个时代。从最早的PSTN 语音技术，脱离了PSTN以后就开始over。从早期的Voice over IP-VoIP， 到Voice over LTE-VoLET，一直到最近5G时代的Voice over New radio-VoNR。 从4G的VoLTE到5G的VoNR，其无线网络中的语音承载能力仍然需要IMS来实现。这里，因为业务和关注点不同，我们仅关注行业产品和5G的关系。以下是一个关于IMS网络和5G接口的支持能力说明。

　　读者需要注意，所有的和我们讨论的IMS core中SIP相关的信令和RTP流都通过UPF来传输。另外一个比较重要的节点就是语音回落的技术。我们可以根据以下图例简单了解一下4G网络和5G网络之间关于语音承载的处理流程。

　　因为在无线网络发展过程中，运营商需要考虑早期网络部署和技术的实现，语音回落方式。4G时代需要利用CSFB 语音回落到2G/3G实现语音功能，同样的逻辑，5G仍然回落方式（EPS FB）到LET网络来承载语音业务。前途是光明的，道路是曲折的。任何技术进步都是一个循序渐进的过程，各种网络迁移也不例外。从5G网络初期的服务应用到成熟期还有一段路要走。

　　不过，因为5G网络实现了更多的业务生态，所以其推进速度也非常快。5G网络的VoNR出现了新通话技术的服务场景。在爱立信刚刚发布的最新移动市场研究报告中（下面的图例中），2021年LTE的全球签约数是39亿，到2022年LTE请求用户签约数将达到46亿，同时将伴随着VoNR业务的兴起。

　　中国在关于5G的VoNR新通话技术已经走到了世界前列。2022年4月21号中国电信宣布在深圳实现了VoNR通话业务。

　

　　今年6月份，中国移动研究院也发布了5G 新通话技术白皮书。在此白皮书中，对VoNR的技术应用场景做了比较系统的介绍：

　　具体来说， 5G 新通话基于 5G 网络的超清语音通话、视频通话业务及相关增值业务，提供一系列创新的通话增强服务和创新应用，如 5G VoNR 超清通话、智能翻译（中英文实时翻译、语音转大字等）、趣味通话、智能客服、内容分享、远程协助等功能，为用户带来多媒体、可视化、全交互的通话体验。

　　https://baike.baidu.com/item/5g%E6%96%B0%E9%80%9A%E8%AF%9D/60761294？fr=aladdin

　　前面笔者已经提到，因为IMS网络引入了data channel，所以在通话中进行数据共享成为可能，用户在音视频通话过程中可以实现文件传输，图片共享和其他的协同工作。和传统的语音IVR或者其他智能客服相比，VoNR新通话技术极大增加了语音互动能力，完全实现了全交互的通话体验。对于一般相关的企业集成商或者服务提供商来说，VoNR+终端是一个非常大的突破点，可以通过小程序方式实现丰富的前端语言开发支持，进一步为企业和小程序开发者打造了基于运营商生态链的架构基座，同时能够针对不同业务场景实现深度集成。

　　Nothing Is Perfect。虽然笔者前面介绍了VoNR很多优势。但是，我们仍然需要乐观地接受新技术带来的挑战。运营商和用户其实目前比较担心的问题有两个：一个是用户体验或者性能，另外一个就是安全。

　　用户体验最基本的就是通话创建时是否出现呼叫失败的问题或者时延的问题。VoNR 新通话技术在部署使用过程中也需要面对很多的挑战，在迁移部署过程中仍然需要考虑一些本身固有限制因素或者技术挑战，例如无线接入类型不同的切换时的时延，网络切换时的SIP呼叫创建时的消息传送延迟，网络切换时的SIP消息丢失，SIP头中支持的5G网络参数的兼容性。这些都是一些需要面对的挑战。以下是一个功能测试中的性能对比表供读者参考。笔者相信，这些问题随着技术和网络环境的不断优化，这些问题会大大减少。

　　虽然华为在关于5G高清通话对VoNR的商业应用中实现了相对比较低的时延，实现了秒拨秒通，目前接入延迟已经低于2秒内，基本做到了拨号即达。但是，我们仍然需要从整体网络架构和不同运营环境切换来观察其最终性能效果。

　　除了用户关心的性能以外，5G网络的安全肯定也是大家非常关心的问题。因为在5G网络中会支持更多的网络接入，更多的智能终端，当然也包括了很多的物联网IOT终端和物联网基础架构等网元。在这些部署分散，传输节点多，节点网络安全策略不同的环境中，任何其中一台设备或者终端的数据出现泄漏可能会导致整个业务数据的泄漏，而且还不容易排查问题。AT&T对5G边缘设备部署做了一个调查，以下是关于对安全设备调查的统计结果，只有9%的用户对edge 安全设备有比较大的信心。　

　　因此，在无安全防护意识，安全意识不充分的的环境中，用户端各种安全问题层出不穷。

　　GSMA在2019年发布的5G安全报告中提出了一个比较典型的一个例子，就是ZTE设备漏洞的问题，这些设备出现了安全漏洞，导致了相关设备的全球安全隐患。

　　根据GSMA的建议，GSMA给出了一个关于5G安全的指导，包括了从终端到网络，以及SD-WAN等方方面面的安全措施的说明。如果读者比较关心5G网络的安全的话，可以参考其指导说明学习。

　　在本文章中，笔者首先介绍了关于当前4G/5G的网络背景知识和业务需求的发展，国内关于IMS网络商业化的几个大事记，然后介绍了关于IMS网络的背景知识，SIP在IMS网络中的注册呼叫流程，IR.92 规范中关于IMS网络的服务和兼容性详解。然后进一步介绍了LTE网络环境中的SIP注册呼叫流程，4G网络的核心模块和LTE关系。笔者花费了大量篇幅重点介绍了5G网络中VoNR新通话技术环境的相关业务场景，目前全球对5G包括VoNR部署的说明，然后具体介绍了中国运营商关于新通话技术白皮书以及场景介绍。特别针对关于VoNR+终端实现做了解读，希望企业集成商和小程序开发用户能够在基于运营商生态链平台基座基础上开发出更多具有创新性的产品。最后针对5G面对的性能挑战和安全问题做了比较深度分析，希望对读者在5G应用中有所提醒。

　　需要说明的是，笔者因为个人水平，个人认知时间有限，没有能力通过一篇文章涵盖所有技术细节，仅希望通过本文章的脉络为读者提供一个清晰的针对IMS，IMS服务和相关规范以及4G/5G中语音行业的发展趋势的一个全面解读，希望为读者提供一个对新企业通信业务中运营商和整个网络环境以及业务能力趋势的参考，如果文章中出现个别拼写，介绍理解错误敬请谅解。