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VoLTE高清语音技术精要（十九）：IMS QoS 控制平面：Rx 接口、STR 与承载资源的同步释放

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作为通信学院的专家讲师，我将继续为您撰写 SIP 协议深度解析系列的第十九篇。本篇将深入探讨 IMS 语音业务的终极保障——QoS 控制平面。我们将聚焦于 SIP 域与承载控制域（EPC/5GC）之间如何通过 Rx 接口进行通信，确保专用 QoS 承载的精确建立、修改和释放。

VoLTE高清语音技术精要（十九）：IMS QoS 控制平面：Rx 接口、STR 与承载资源的同步释放

1. 导论：IMS与承载网的“契约”——Rx 接口

IMS 提供的 VoLTE/VoNR 业务，其电信级质量（QoS）并非仅由 SIP 信令保障，而是依赖于底层核心网（EPC/5GC）建立的专用 QoS 承载（例如 QCI=1）。SIP 协议负责决定“何时”和“用什么媒体”进行通信，而 Rx 接口则负责通知承载控制功能（PCRF/PCF）去执行“资源预留”和“资源释放”的实际操作。

在 IMS 架构中，P-CSCF 扮演着 **AF（Application Function，应用功能）**的角色。Rx 接口连接 P-CSCF（AF）和 PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略和计费规则功能），用于传递应用层（SIP）的策略和承载需求。

本章将详细解析 P-CSCF 如何利用 Rx 接口消息（如 STR/STA 和 ASR/ASA）实现会话终止时的资源同步释放，以及在 SIP 呼叫建立和修改过程中，策略信息如何被传递和更新。

2. P-CSCF 的 QoS 策略职责与 SDP 的关联

P-CSCF 通过解析 SIP 消息中的 SDP 净荷，提取媒体流信息和资源需求（如 Precondition 状态），并将其转化为 Rx 接口消息。

2.1 SDP 与资源预留的触发

  • Precondition 触发：SIP 呼叫建立过程中，183 Session Progress 响应携带 SDP Answer，其收发是触发双方底层 QoS 流建立的关键信令。
    • 当主叫侧 P-CSCF 收到 183 且被叫侧 P-CSCF 收到 INVITE 后，P-CSCF 会向 PCF 发起资源建立请求，触发 QoS 流的建立。
  • 媒体授权：P-CSCF 和 S-CSCF 可能会对 SDP 负载进行检查，以进行媒体授权。UE 不能对 SDP 负载进行加密。

2.2 会话修改与承载信息更新

当会话参数（如编解码器、流方向）发生变更时，SIP 通过 UPDATE 或 reINVITE 通知网络，P-CSCF 必须将这些变更通知给 PCRF，以更新承载策略。

  • P-Charging-Vector 更新：终端发起的 reINVITE 或 UPDATE 请求，P-CSCF 在转发给 S-CSCF 时，应在 P-Charging-Vector 头中包含更新过的 access-network-charging-info 参数。
  • 资源更新通知：当 PGW 收到 Update Bearer Response 消息（资源修改完成）后，会向 PCRF 发送 CCR_u 消息通知资源更新成功。随后，PCRF 向 P-CSCF 发送 **RAR（Re-Auth-Request）**消息，通知 P-CSCF 承载更新情况。P-CSCF 则向 PCRF 返回 **RAA（Re-Auth-Answer）**消息。

3. 会话终止与同步释放：STR/STA 机制

会话的释放必须是同步的。IMS 要求 SIP 层的 BYE 消息必须驱动底层承载（QoS 流）的释放。Rx 接口通过 **STR（Session-Termination-Request）**和 **STA（Session-Termination-Answer）**消息实现这一同步。

3.1 BYE 消息触发 STR

当 SIP 会话终止时（通常由 BYE 请求触发），P-CSCF 立即作为 AF 向 PCRF 发起会话终止请求。

  1. SIP 触发：UE 发送 BYE 消息。
  2. P-CSCF 动作：P-CSCF 收到应用会话终止消息（即 BYE）后，向 PCRF 下发 STR 消息。STR 命令的 Command-Code 为 275。
    • STR 消息通知 PCRF 已建立的会话要被终止掉。
  3. 承载释放：PCRF 收到 STR 后，发送 RAR 消息（携带 REMOVE QoS Rules 指示）通知 PGW 删除专有承载。
  4. PCRF 响应：PCRF 返回 STA 响应给 P-CSCF。STA 命令的 Command-Code 同样为 275。
  5. SIP 状态清理：P-CSCF 在收到 BYE 请求的 2xx 响应后，应删除所有对话和多媒体会话相关的信息。

3.2 S-CSCF 的释放与资源清理

S-CSCF 在会话释放时也需要释放状态信息：当收到 BYE 的 2xx 响应时，S-CSCF 应该释放所有的与对话相关的信息和与多媒体会话相关的信息。如果 S-CSCF 通过 AS 给用户提供服务，则 S-CSCF 必须通知相关 AS 结束业务。

4. PCRF/网络侧主动发起的会话终止（ASR/ASA）

除了 SIP 层的 BYE 触发释放外，如果底层承载网络发生故障或 IP-CAN 会话终止，PCRF 可以主动通知 P-CSCF/AF 终止会话。

4.1 ASR/ASA 流程

PCRF 通过 Rx 接口向 AF 发送 **ASR（Abort-Session-Request）**消息。

  1. PCRF 动作：如果 PCEF 发起 IP-CAN 会话终止，或 PCRF 决定终止 IP-CAN 会话，PCRF 将向 AF（P-CSCF）发送 ASR 消息，指示 Rx 会话终止。ASR 命令的 Command-Code 为 274。
  2. P-CSCF 响应：AF（P-CSCF）向 PCRF 发送 **ASA（Abort-Session-Answer）**响应。
  3. 后续处理：收到 ASR 后，P-CSCF 必须在 SIP 侧采取动作。例如，如果 P-CSCF 检测到响应中的 SDP offer 不符合本地策略，P-CSCF 应生成 BYE 请求包含 488 (Not Acceptable Here) 原因值，发送到被指示的终端。如果申请资源失败（如 NAT 端口申请失败、QoS 授权申请失败等），P-CSCF 应向 UE 发送 CANCEL 消息以释放会话，并包含原因值为 503（Service Unavailable）。

5. IMS 计费与承载释放的协同

会话的终止必须同步触发计费的终止。P-CSCF 和 S-CSCF 在收到 BYE 请求后，会向各自的 CDF 发送 ACR [Stop] 消息，关闭会话 CDR。

计费关联：所有这些计费和承载释放的消息都通过 P-Charging-Vector 中携带的 ICID 进行关联，确保了 CDR 的完整性和准确性。

6. 本章小结

IMS QoS 控制平面通过 P-CSCF（AF）和 PCRF 之间的 Rx 接口实现 SIP 会话与底层承载资源的同步管理：

  1. 资源启动：SDP 消息（尤其是 183 Session Progress）触发 P-CSCF 向 PCRF 发起资源建立请求。
  2. 会话修改：媒体更新（UPDATE/reINVITE）要求 P-CSCF/S-CSCF 更新 P-Charging-Vector 中的 access-network-charging-info，并驱动 Rx 接口的策略更新。
  3. 同步释放：SIP 层的 BYE 消息触发 P-CSCF 向 PCRF 发送 STR 消息，通知终止承载会话。PCRF 返回 STA 响应，并指示 PGW 删除 QoS 承载。
  4. 网络侧终止：PCRF 可通过 ASR 消息主动通知 P-CSCF 终止 Rx 会话，以应对底层网络故障。

7. 工程师进阶思考 (FAQ)

Q1：在 MO 流程中，P-CSCF 收到 UE 发来的 INVITE 请求时，必须回送 100 (Trying)。如果 P-CSCF 延迟响应或故障，UE 在 Timer B 超时后会如何处理？

A1： P-CSCF 必须回送 100 (Trying) 响应以阻止 UE 重传 INVITE。如果 P-CSCF/BAC 发生故障，终端在相应的定时器 Timer B 内没有收到响应消息，终端会结束当前呼叫，当前呼叫失败。随后，终端将重新向优先级别次低的 P-CSCF/BAC2 发起初始注册流程，注册成功后，后续的 INVITE 请求按正常流程处理。

Q2：在 S-CSCF 容灾场景下，当故障的 S-CSCF 恢复后，P-CSCF/BAC 如何决定用户始发请求应该发往哪个 S-CSCF？

A2： P-CSCF/BAC 会根据用户的重注册状态来决定路由：

  1. 已注册到 S-CSCF1：如果用户已经通过重注册消息注册到原来的 S-CSCF1，P-CSCF/BAC 会将用户始发请求发送到 S-CSCF1。
  2. 未重注册：如果用户未重新注册到 S-CSCF1（可能仍注册在 S-CSCF2 上），P-CSCF/BAC 会继续将用户始发请求转发到当前服务的 S-CSCF2。
    • 在 S-CSCF 故障期间，I-CSCF 和 AS 在处理终结请求时，也会按照正常流程获取用户当前服务的 S-CSCF，并将请求发送给当前服务的 S-CSCF2。

Q3：IMS 呼叫中，当用户 A 将呼叫置于保持状态时（Call Hold），彩铃 AS 在收到用户 B 的 200 OK 响应后，会向用户 A 回送 reINVITE 200 OK 消息，其中 SDP 属性的 a 行应携带什么内容？

A3： 在呼叫保持业务中，AS 通常与 MRF 协同播放保持音。当 AS 收到用户 B 的 200 OK 消息后，它会给用户 A 回送 reINVITE 200 OK 消息，SDP 属性的 a 行应携带 a=recvonly。这指示用户 A 侧只能接收媒体流（即来自 MRF 的保持音），而不能发送媒体流。同时，AS 会向 MRF 下发 INFO 指示放保持音。用户 B 此时听保持音。

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