# 5G IMS紧急呼叫 E-CSCF 路由与 LRF 定位获取信令全链拆解 > 聚焦 3GPP TS 23.167、TS 24.229、TS 23.502，拆解 VoNR 紧急呼叫从「紧急注册豁免 → P-CSCF 检测 → E-CSCF 路由 → LRF/RDF 定位获取 → ESQK 路由到 PSAP」的完整信令链路。 ## 一、为什么紧急呼叫是 IMS 里「特权最高的会话」 普通 IMS 呼叫的前提是：UE 完成 IMS 注册（携带 S-CSCF 指派）、签约有效、QoS 资源可用、媒体面打通。而紧急呼叫（Emergency Call，下称 E-Call）在监管层面有不可妥协的三条铁律——**可达、定位、可回拨**： 1. **可达**：即便 UE 没有签约、没有 USIM、没有正常注册，甚至欠费停机，也必须能拨通紧急号码（如 110/119/120、911、112）。 2. **定位**：网络必须向公共安全应答点（PSAP）提供主叫用户的地理位置（精确到小区或米级）。 3. **可回拨**：通话中断后，PSAP 必须能反向回拨到刚才那台 UE。 这三条铁律决定了 E-Call 在信令上**完全绕开 home 网络（S-CSCF）**，由拜访地（visited）的 P-CSCF 直接把呼叫送到专用的 E-CSCF，再由 E-CSCF 联合 LRF 完成「定位 + 路由」。这一整套机制的核心规范是 **TS 23.167（IMS emergency sessions）**，信令层面的 SIP 细节由 **TS 24.229** 定义，5G SA 下的承载与回退由 **TS 23.502** clause 4.13.4 约束。 在 5G SA / VoNR 场景下，E-Call 还叠加了两层新东西：**Emergency PDU Session**（TS 23.502 clause 4.3.2.2，本地分流、绝不 home-routing）与 **Emergency EPS Fallback**（当 NR 覆盖不足以支撑 VoNR 时，把紧急呼叫回退到 EPS 做 VoLTE）。本文按信令流转顺序，把这条全链路拆透。 ## 二、架构与功能实体：E-CSCF + LRF + RDF + GMLC ```mermaid flowchart TD UE[UE / UE without USIM] gNB[(NG-RAN gNB / LMF)] AMF[AMF] PCF[PCF] UPF[(UPF)] PSCSCF[P-CSCF] ECSCF[E-CSCF] LRF["LRF
(含 RDF 路由判决)"] GMLC[GMLC] PSAP[PSAP / ESRP / MGCF] UE -- N1/N2/N3 --> gNB gNB -- NGAP/N11 --> AMF AMF -- Ng/Namf --> GMLC AMF <--> PCF gNB -- N3 --> UPF UE -- SIP/Gm --> PSCSCF PSCSCF -- "Mw (紧急 INVITE 直达,
绕开 S-CSCF)" --> ECSCF ECSCF -- "Mi/Ml" --> LRF LRF -- "SLg / NLg" --> GMLC LRF -- "RDF 路由判决" --> PSAP PSAP -- "SIP/ISUP" --> ECSCF ``` 各实体职责（依据 TS 23.167 clause 6）： | 实体 | 核心职责 | 关键规范 | |------|---------|---------| | **P-CSCF** | 第一跳，检测紧急呼叫；为未注册 UE 触发紧急注册；把紧急 INVITE **直接路由到 E-CSCF** | TS 24.229 §5.4 | | **E-CSCF** | 紧急会话专用 CSCF，**不要求 UE 注册/鉴权**；选择 LRF；把呼叫路由到正确 PSAP；支持 PSAP 回拨 | TS 23.167 §6.2 | | **LRF** | Location Retrieval Function：获取 UE 初始/重定位位置；分配 **ESQK**；内含 RDF | TS 23.167 §6.3 | | **RDF** | Routing Determination Function：根据位置+ESQK 判决目标 PSAP（可与 LRF 合设） | TS 23.167 §6.4 | | **GMLC** | Gateway Mobile Location Centre：在 5G 下经 **SLg/Ng** 接口从 AMF/LMF 取位置；可与 LRF 合设 | TS 29.172 / TS 23.271 | | **EATF** | Emergency Access Transfer Function：支持紧急呼叫的 SRVCC/DRVCC 接续，保障切换不中断 | TS 23.237 | | **PSAP** | Public Safety Answering Point：紧急中心，可经 ESRP/MGCF 适配 SIP 或 ISUP | — | ## 三、三大核心机制逐条拆解 ### 机制一：紧急注册豁免（Emergency Registration Bypass） 当 UE 拨打紧急号码时，P-CSCF 首先判断 UE 是否已正常注册： - **已注册 UE**：直接发起紧急 INVITE，无需紧急注册。 - **未注册 / 无 USIM / 未签约 UE**：P-CSCF 触发一次 **Emergency Registration**。其信令与普通 REGISTER 相似，但有两个关键差异： 1. 紧急注册的 **200 OK 响应中不携带 `Service-Route` 头域**（普通注册的 200 OK 必带 `Service-Route`，用于后续请求找到 S-CSCF）。设计意图非常明确——**切断 UE 后续请求通往 S-CSCF 的路径**，确保紧急 INVITE 不会被错误地路由回 home S-CSCF。 2. P-CSCF 本地维护一个「紧急注册状态」，使得后续紧急 INVITE 直接发给 E-CSCF。 > **设计哲学**：紧急注册只服务于「把呼叫送出去」这一件事，不分配任何归属域的会话服务能力，最大限度保证「无签约也能打通」。 ### 机制二：P-CSCF 紧急检测与 E-CSCF 直达路由 P-CSCF 如何判断一个 INVITE 是紧急呼叫？依据 TS 24.229 §5.1.6 与 RFC 5031，检测条件为满足其一： 1. **Request-URI 含 emergency URN**：如 `urn:service:sos`、`urn:service:sos.ambulance`、`urn:service:sos.fire`、`urn:service:sos.police`（北美还可能用 `urn:service:sos` 子类型或本地紧急号码）。 2. **被叫号码匹配本地紧急号码列表**（如中国 110/119/120/122，欧洲 112，北美 911）。此时 P-CSCF 负责把 E.164 号码**改写为 emergency URN**，统一后续处理。 检测命中后，P-CSCF 执行三件事： - **改写 Request-URI** 为 `urn:service:sos`（或更细的子类型）； - **重写路由**：把 INVITE 直接发给 **E-CSCF**（本地配置的下一跳，或经 I-CSCF DNS 查询），**完全跳过 S-CSCF**； - **插入位置线索**：把从 IP-CAN（5GC）获得的接入网信息写入 `P-Access-Network-Info`（RFC 7315），可能携带 CGI/ECGI/TAI，供 E-CSCF/LRF 初步定位。 ### 机制三：LRF 定位获取与 ESQK 路由（本文核心） E-CSCF 收到紧急 INVITE 后，第一步是**选择并查询 LRF**（依据 TS 23.167 clause 7.2）。LRF 完成两件事：**取位置**、**给路由号**。 **(1) 取位置——两种语义** | 位置类型 | 触发时机 | 获取方式 | 精度 | |---------|---------|---------|------| | **Initial Location**（初始位置） | 呼叫建立期间，E-CSCF/LRF 主动发起 | 优先用 IP-CAN 已知的小区级信息（ECGI+TAI），可接受时直接用；不满足则触发定位 | 小区级（数百米~公里） | | **Retrieved/Requery Location**（重定位） | 通话进行中或 PSAP 显式请求 | 经 GMLC→AMF→LMF 触发 NG-RAN 定位（A-GNSS/OTDOA 等） | 米级（10~50m） | 在 5G SA 下，定位获取的内部链路是：**LRF（合设 GMLC）→（SLg/NLg 接口）→ AMF →（Namf_Location）→ LMF/gNB**，由 LMF 执行 NG-RAN 侧定位计算（TS 38.305）。AMF 本身可即时返回当前服务小区的 ECGI+TAI 作为「快速初始位置」，避免呼叫建立被定位流程阻塞。 **(2) 给路由号——ESQK / ESRK / ESRD** LRF/RDF 为本次呼叫分配一个**全局唯一**的路由键，三者概念相近、有部署差异： - **ESQK**（Emergency Service Query Key）：IMS 紧急呼叫主流方案，由 LRF 分配，全网唯一，**关联本次呼叫的 UE 位置**，并作为 PSAP 回拨的索引。 - **ESRK**（Emergency Service Routing Key）：早期 CS/IMS 共存方案的路由键。 - **ESRD**（Emergency Service Routing Digit）：用于把呼叫路由到紧急服务网络（选 PSAP 群）。 RDF 拿到位置（经纬度/小区）后，结合本地 PSAP 服务区映射表，判决出**唯一目标 PSAP**，并把 **ESQK** 作为新的 Request-URI/被叫号塞回 INVITE，交 E-CSCF 路由出去。 ## 四、完整信令时序图（VoNR 紧急呼叫） 下图涵盖「未注册 UE → 紧急注册 → Emergency PDU Session → 紧急 INVITE → LRF 取位置 → ESQK 路由 → PSAP 接听 → PSAP 回拨」全链。 ```mermaid sequenceDiagram autonumber participant UE participant gNB as NG-RAN(gNB) participant AMF participant SMF participant PCSCF as P-CSCF participant ECSCF as E-CSCF participant LRF as LRF/RDF participant GMLC participant LMF participant PSAP Note over UE,AMF: ① 紧急注册 + Emergency PDU Session（TS 23.502 §4.13.4） UE->>gNB: RegRequest(Emergency Reg, Request Type=Emergency) gNB->>AMF: N2 + NAS(Emergency Reg) AMF-->>UE: Emergency Registration(受限服务，无 Home S-CSCF) UE->>AMF: PDU Session Est(Emergency DNN, LBO 本地分流) AMF->>SMF: 选本地 SMF/UPF(Emergency Session) SMF-->>UE: Emergency PDU Session 建立(Gm 链路打通) Note over UE,LRF: ② 紧急 INVITE 与定位获取 UE->>PCSCF: INVITE urn:service:sos + P-Access-Network-Info PCSCF->>PCSCF: 检测命中(URN/本地号码)，改写 R-URI，跳过 S-CSCF PCSCF->>ECSCF: INVITE(紧急，直达 E-CSCF) ECSCF->>LRF: INVITE(请求位置+ESQK) LRF->>GMLC: 取 Initial Location(SLg/NLg) GMLC->>AMF: Namf_Location_ProvidePositionInfo alt 需精确位置 AMF->>LMF: 触发 NG-RAN 定位(A-GNSS/OTDOA) LMF-->>AMF: 精确位置 else 快速初始位置 AMF-->>GMLC: ECGI+TAI(小区级) end GMLC-->>LRF: Location + 分配 ESQK LRF->>LRF: RDF 判决目标 PSAP LRF-->>ECSCF: 200/INVITE(R-URI=ESQK，路由信息) ECSCF->>PSAP: INVITE(ESQK + 位置) PSAP-->>ECSCF: 183 Session Progress(SDP) ECSCF-->>UE: 183(SDP + QoS 协商) UE-->>PSAP: PRACK/UPDATE(可靠临时响应) PSAP-->>UE: 200 OK(应答) UE-->>PSAP: ACK（媒体面建立，紧急通话开始） Note over PSAP,UE: ③ 通话中断后 PSAP 回拨（RFC 7090） PSAP->>ECSCF: INVITE(R-URI=ESQK，回拨) ECSCF->>LRF: 按 ESQK 反查 UE LRF-->>ECSCF: UE 当前联系信息 ECSCF-->>UE: INVITE(回拨接入) ``` ## 五、关键 IE 结构与参数说明 紧急 INVITE 携带的位置与标识类头域是排查的核心抓手。下表列出最关键的 Information Element： | IE / SIP 头域 | 所在消息 | 作用 | 取值示例 | |--------------|---------|------|---------| | `Request-URI` | INVITE | 紧急标识，P-CSCF 改写后用于路由 | `urn:service:sos.ambulance` | | `P-Access-Network-Info` | INVITE/REGISTER | 接入网信息（RFC 7315），含 ECGI/TAI/ARFCN | `IEEE-802.11` 或 `3GPP-NR-TDD`; `cgi-ecgi=0xABCDEF` | | `P-Asserted-Identity` | INVITE | 主叫身份（紧急呼叫可为受限/临时号） | `sip:emergency@visited.net` | | `Geolocation`（RFC 6442） | INVITE | 位置 conveyance，可带 PIDF-LO（经纬度/civic） | `application/pidf+xml` | | **ESQK** | LRF 返回/路由 URI | LRF 分配的全局唯一路由键，关联位置与回拨 | `esqk:5550001@lrf.visited.net` | | ESRD/ESRK | INVITE（CS/混合部署） | 选 PSAP 群 / 路由键 | — | | `Service-Route`（缺席） | 紧急 REGISTER 200 OK | 故意不携带，阻断回 home S-CSCF | （不出现） | | `P-Emergency-Service-Local-Function` | 200 OK | E-CSCF 返回，告知 UE 紧急服务已识别 | — | 下图是「紧急 INVITE 关键头域」的组装视图，帮助理解各实体填入的字段： ```mermaid flowchart TB subgraph UE A1["From/To/Call-ID
Via, CSeq"] end subgraph P-CSCF["P-CSCF（改写层）"] B1["Request-URI
→ urn:service:sos.ambulance"] B2["+ P-Access-Network-Info
(ECGI/TAI，来自 5GC)"] B3["+ Route: E-CSCF"] end subgraph LRF["LRF/RDF（定位层）"] C1["+ ESQK（分配）
→ 新 Request-URI"] C2["+ Geolocation(PIDF-LO)
经纬度/civic"] C3["+ 目标 PSAP 路由信息"] end A1 --> B1 --> B2 --> B3 B3 --> C1 --> C2 --> C3 C3 --> OUT["送达 PSAP 的最终 INVITE"] ``` ## 六、5G 特有环节：Emergency PDU Session 与 EPS Fallback 紧急呼叫在 5G SA 下有两条不可忽视的「承载侧」机制： **1. Emergency PDU Session（TS 23.502 §4.3.2.2）** - UE 用 **Emergency DNN** 建立 PDU 会话，**强制 LBO（本地分流）**，SMF/UPF 必选在拜访地，**绝不 home-routing**——否则位置与媒体都会绕回 home，违背紧急呼叫「visited 处置」原则。 - 该会话不依赖用户签约，AMF 仅根据 Request Type=Emergency 受理，PCF 可下发受限 QoS（保证 SIP 信令 5QI 与媒体 5QI=1）。 **2. Emergency EPS Fallback（TS 23.502 §4.13.4.2）** - 当 AMF 判定当前 NG-RAN 不支持 IMS voice over NR（或覆盖不足以保证紧急通话质量）时，紧急呼叫触发 **EPS Fallback**：N2 触发 handover 或 RRC Release 重定向到 E-UTRAN，UE 在 EPS 内重做 VoLTE 紧急呼叫。 - AMF 在 Registration Accept 中通过 **EPS Fallback Indicator** 与能力协商告知 UE 是否会回退；gNB 则依据 NR 覆盖质量决定走 handover 还是 redirection。 - 这一步对监管极其敏感：**紧急呼叫的 Fallback 时延也计入紧急服务可用性指标**，因此部分国家要求优先 handover（而非重定向）以缩短中断。 ```mermaid stateDiagram-v2 [*] --> 检测NR覆盖: UE 拨打紧急号码 检测NR覆盖 --> VoNR紧急呼叫: NR 覆盖 + IMS voice over NR 支持 检测NR覆盖 --> EPS_Fallback: NR 覆盖不足 / 不支持 VoNR VoNR紧急呼叫 --> 通话建立: LRF 取位 + ESQK 路由 EPS_Fallback --> 切换方式: N2 Handover（时延优） EPS_Fallback --> 重定向方式: RRC Release + Redirection 切换方式 --> VoLTE紧急呼叫: 在 EPS 内重建 重定向方式 --> VoLTE紧急呼叫: 在 EPS 内重建 VoLTE紧急呼叫 --> 通话建立 通话建立 --> SRVCC接续: 通话中无线恶化 SRVCC接续 --> 通话保持: 经 EATF 转接 CS 域 ``` ## 七、实战连接：抓包识别与故障排查 **抓包如何识别一条紧急呼叫** - 在 Gm（UE↔P-CSCF）抓 SIP：找 `Request-URI` 含 `urn:service:sos*`，或被叫为本地紧急号码但被 P-CSCF 改写为 URN 的 INVITE。 - 在 Mw（P-CSCF↔E-CSCF）抓包：紧急 INVITE 的 Route 头应指向 E-CSCF，**不应出现 S-CSCF 的 service-route 痕迹**。 - 在 LRF 侧：找分配 ESQK 的交互，以及 GMLC 与 AMF 之间的 `Namf_Communication_N1N2MessageTransfer` / `Namf_Location` 调用。 - 5GC 侧：Emergency PDU Session 的请求中 `Request type = Initial Emergency Request`，DNN 为 emergency DNN。 **常见故障点与排错思路** | 现象 | 可能根因 | 排查方向 | |------|---------|---------| | 未注册 UE 拨不通紧急号 | P-CSCF 未支持紧急注册 / 无 Emergency SCC | 检查 P-CSCF 紧急注册配置、AMF Emergency Reg 受理 | | 紧急 INVITE 被误送到 S-CSCF | 紧急 REGISTER 200 OK 误带 `Service-Route`，或 P-CSCF 检测规则缺失 | 核对 200 OK 是否省略 Service-Route；核对号码→URN 改写表 | | 位置为空/不准 | LRF↔GMLC↔AMF 链路断；Initial Location 用了过期 ECGI | 查 SLg/NLg 接口；检查 LMF 定位触发与 A-GNSS 配置 | | PSAP 收不到 / 路由错 PSAP | RDF PSAP 服务区映射过期；ESQK 分配冲突 | 核对小区→PSAP 映射表；检查 ESQK 池分配 | | 回拨失败 | ESQK 在 LRF 侧已释放/超时；UE 已移出原区 | 检查 LRF ESQK 保持时长（TS 23.167 要求保留足够时间支持回拨） | ## 常见问题 **Q1: 紧急 INVITE 为什么不能走 S-CSCF？** A: 紧急呼叫的可达性要求与归属域无关——UE 可能无签约、无 USIM，home S-CSCF 根本不存在。走 S-CSCF 会引入鉴权、iFC 触发、漫游回 home 等不可控环节，且会绕远路、增加时延。因此标准规定 P-CSCF 直接路由到 visited 的 E-CSCF，紧急注册的 200 OK 也刻意不带 `Service-Route` 以从机制上阻断回 home 的路径。 **Q2: ESQK 到底有什么用？为什么不能直接用 UE 号码路由？** A: 紧急场景下 UE 经常没有有效的、可被 PSAP 识别的号码（受限服务）。ESQK 由 LRF 动态分配，全网唯一，且在 LRF 侧**绑定本次呼叫的 UE 位置与当前联系信息**。它既是路由键（RDF 据此选 PSAP），也是 PSAP 回拨的索引——PSAP 回拨 ESQK，E-CSCF 反查 LRF 即可定位 UE，实现「可回拨」铁律。 **Q3: Initial Location 和 Retrieved Location 有何区别？是否都必需？** A: Initial Location 在呼叫建立期间获得，优先用 IP-CAN 已知的小区级信息（ECGI+TAI），追求**快速**，用于先把呼叫路由到大致正确的 PSAP；Retrieved/Requery Location 在通话中或 PSAP 请求时，经 NG-RAN 定位（A-GNSS/OTDOA）获得米级精度，用于**精准派遣救援**。监管通常要求至少提供初始位置保证呼叫路由，重定位则按需触发。 **Q4: 5G 紧急呼叫为什么必须用 Emergency PDU Session 且本地分流？** A: 紧急会话要求在 visited 网络就地处置（路由到本地 PSAP、用本地 LRF/定位资源）。若 PDU 会话 home-routing，媒体与信令会回到 home UPF/IMS，不仅位置获取复杂化、时延增大，还可能在跨地/跨国漫游时把呼叫路由到错误的 PSAP。Emergency DNN + 强制 LBO 是从承载层就保证「visited 就地处理」的关键。 **Q5: VoNR 覆盖不足时紧急呼叫怎么办？** A: 触发 Emergency EPS Fallback（TS 23.502 §4.13.4.2）。AMF 依据 NG-RAN 上报的 IMS voice 支持能力与覆盖质量判定，通过 N2 Handover 或 RRC Release+Redirection 把 UE 转到 E-UTRAN，UE 在 EPS 内建立 VoLTE 紧急呼叫。优先用 Handover 以缩短中断时延；通话中无线恶化还可经 EATF 做 SRVCC/DRVCC 接续到 CS 域，保证不中断。 ## 参考来源 1. [3GPP TS 23.167 V19.1.1 — IP Multimedia Subsystem (IMS) emergency sessions](https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/123100_123199/123167/19.01.01_60/ts_123167v190101p.pdf) — clause 6（E-CSCF/LRF/RDF 功能实体）、clause 7（定位获取、ESQK 路由、PSAP 回捕流程） 2. [3GPP TS 23.502 V18.10.0 — Procedures for the 5G System (5GS)](https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/123500_123599/123502/18.10.00_60/ts_123502v181000p.pdf) — clause 4.3.2.2（Emergency PDU Session）、clause 4.13.4（Emergency services fallback / EPS Fallback for emergency） 3. [ESQK (Emergency Service Query Key) — 3GPP Glossary](https://3gpp-explorer.com/glossary/esqk/) — ESQK 定义与 TS 23.167 引入背景 4. [LRF / E-CSCF / ESRK — 3GPP Glossary](https://3gpp-explorer.com/glossary/lrf/) — LRF、RDF、ESRK 术语与部署演进 5. [GSMA NG.119 v1.0 — Emergency Communication](https://www.gsma.com/newsroom/wp-content/uploads//NG.119-v1.0-3.pdf) — Visited IMS（E-CSCF）紧急呼叫路由与运营实践 --- > 本文由「51学通信」技术团队出品。51学通信由通信行业18年老兵**爱卫生**（微信ID: gprshome201101）维护，聚焦5G/6G核心网、3GPP标准解读、通信前沿技术深度分析。 > 出版作品有《5G核心网原理与实践》《IMS原理与实践》等4本通信专业书籍。知识星球「51学通信」提供深度技术答疑和行业洞察。 > [!tip] 51学通信知识星球 > **星主：爱卫生**（微信：gprshome201101）——公众号「51学通信」创办者，19 年通信行业运维与讲师经验，著有《GPRS网络信令实例详解》《EPC原理与实践》《5G核心网原理与实践》三本纸质书（各大电商平台有售）。 > **星球定位**：深耕 5G 核心网、IMS、NFV/AI、云原生等 ICT 领域，主打运维岗位与信令分析。 > **当前规模**：5200 篇主题 / 990 个回答，198 元/年。 > **加入福利**：加入星球后请加爱卫生微信，拉您进知识星球年度陪伴与答疑群——不限量回复您的各种问题，另有群内分享。 > **AI 加持**：51学通信知识星球已作为 skill 接入 WorkBuddy，使用 deepseek-4-flash 在海量星球帖子中精准找贴、找视频、找 FAQ 和案例，做总结、找文档和 PPT 等场景全覆盖。