سنتحدث اليوم عن تقنيات جديدة تمامًا لنقل الصوت والفيديو في شبكة مشغل الهاتف الخلوي لروسيا - VoLTE (الصوت عبر LTE) ، ViLTE (الفيديو عبر LTE) و Wi-Fi-Calling (WFC).
لماذا ينتقل الهاتف إلى شبكة 3G عند الاتصال من شبكة LTE ؟قبل الانتقال إلى التقنيات الجديدة ، دعنا نقوم بتحديث ذاكرتنا حول كيفية عمل الهاتف الذكي حاليًا على شبكة 4G / LTE.
أعتقد أن العديد من المشتركين لاحظوا أن الهاتف الذكي يتحول إلى شبكات الجيل السابق (2G / 3G) بمكالمات واردة أو صادرة ، وأن الاتصال نفسه يستغرق الكثير من الوقت. أولاً ، يجب قول بضع كلمات حول كيف تبدو شبكة المستوى الأعلى (الكتل الكبيرة جدًا) لمشغل الهاتف المحمول.
للوهلة الأولى ، ليس الأمر صعبًا ، ولكن في البداية فقط. دعنا نحصل على حق.
كما ترى في الصورة أعلاه ، فإن شبكة الوصول اللاسلكي للأجيال الثانية (2G أو GERAN) والجيل الثالث (3G أو UTRAN) متصلة بكل من نواة تبديل القنوات (CS Core) للمكالمات الصوتية ونواة تبديل الحزم (PS Core) ) للوصول إلى شبكات IP والوصول إلى الإنترنت. الاستنتاج المنطقي الذي يقترح نفسه مما سبق هو: يوفر CS Core الاتصالات الصوتية ، وتم تصميم PS Core لنقل البيانات. لن نتوقف عن تحليل كيفية عمل شبكات البيانات والصوت في إطار هذه المقالة.
ضع في اعتبارك إجراء مكالمات صوتية لشبكة 4G. قبل التعمق في التفاصيل ، دعنا نلقي نظرة على الصورة مرة أخرى ونتذكر أن شبكة الوصول إلى الراديو LTE ليس لها اتصالات مباشرة بـ CS Core. للوهلة الأولى ، هذا غريب ، لكن هناك حل. وجزء من الحل هو الواجهة بين PS Core و CS Core تسمى SGs .
(في الإنصاف ، يجب أن أقول أنه حتى قبل إدخال معيار 4G / LTE ، كان التواصل بين القناة ونواة الحزمة ممكنًا. الواجهة التي يمكن من خلالها إجراء هذا الاتصال تسمى Gs . المهام المعينة لواجهة Gs تتكون من الجمع بين (الجمع) الإجراءات التسجيل في كلا المجالين ، بالإضافة إلى توفير بحث الجهاز (الترحيل) ، الذي تم من نطاق القناة إلى نطاق الحزمة ، مما سمح بتعليق نقل البيانات في شبكة 2G واستقبال المكالمات الصوتية.)
على شبكة 4G / LTE ، لم تعد واجهة SG اختيارية وتلعب دورًا مهمًا. نتذكر أنه في شبكة LTE ، يعمل جهازنا المحمول فقط في نطاق الحزمة (PS Core) ، وكما قد تكون خمنت ، لا يمكنك الاستغناء عن واجهة بين PS و CS Core.
الآن دعنا نراجع بإيجاز عملية إجراء المكالمات الصوتية عندما يكون جهازك على شبكة LTE. بدون التعمق في التقنيات ، يمكن تفسير ذلك على النحو التالي:
مكالمة واردة. نظرًا لأن الهاتف في شبكة LTE وليس لديه القدرة على "الاستماع" إلى شبكات 2G / 3G ، يمكنك فقط "الوصول إليه" باستخدام شبكة 4G. بالنسبة للتنقل في شبكة LTE ، يكون عنصر الشبكة MME (كيان إدارة التنقل) هو المسؤول. من خلال هذا الجهاز تقوم واجهة SGS بإجراء تبديل الهاتف المحمول (MSC-S) للبحث عن الهاتف الذكي باستخدام إجراء "الترحيل" مع مؤشر على تشغيل مكالمة واردة ، مما يشير إلى أن الهاتف يحتاج إلى الانتقال إلى شبكة الجيل السابق مع إعادة التسجيل في مجال CS وتلقي المكالمة.
مكالمة صادرة. يقوم الجهاز المحمول بإبلاغ المحطة الأساسية (eNodeB) بأنها ستجري مكالمة صادرة ، وبالتالي تبدأ عملية الانتقال من LTE إلى شبكة الجيل السابق. ليس من العملي وصف الإجراء بمزيد من التفصيل في إطار هذه المقالة.
تسمى عملية الانتقال من LTE إلى شبكة الجيل السابق لإجراء المكالمات الصوتية CS Fallback (CSFB).
عند الانتهاء من المكالمة (بغض النظر عن الوارد أو الصادر) ، سيعود الجهاز إلى شبكة LTE ولكن مع "BUT" صغير. على الرغم من حقيقة أن الجهاز كان عليه إعادة التسجيل في شبكة 3G (أقل في 2G) ، يمكن إجراء نقل البيانات ، والذي يمكن إجراؤه قبل المكالمة ، في وقت واحد مع مكالمة صوتية. ومع ذلك ، لن يفقد الجهاز المحمول عنوان IP المخصص له. "BUT" هو أن الانتقال إلى شبكة LTE سيحدث فقط في أقرب فترة توقف مؤقت في نقل البيانات.
(ملاحظة قصيرة حول الرسائل النصية القصيرة. في شبكة LTE ، يتم إرسال كل من الرسائل القصيرة الواردة والصادرة في نفس واجهة SG ولا توجد انتقالات بين شبكات الأجيال المختلفة.)
الصوت عبر LTE (VoLTE) والفيديو عبر LTE (ViLTE)
إن شبكة LTE ، بالمقارنة مع الأجيال السابقة من الشبكة ، لديها كمون ومؤشرات RTT أفضل ، وهي مناسبة تمامًا لحركة المرور الحرجة لجودة قناة الإرسال ، وهي الصوت والفيديو غير المعوق ، وهما مكالمتنا. يتم إجراء مكالمات صوتية أخيرًا إلى IP مباشرة من جهازك المحمول.
الآن دعونا نلقي نظرة على ما تغير في بنية الشبكة الخاصة بالمشغل.
نرى أنه ، مقارنة بالمخطط السابق ، تمت إضافة سحابة باسم IMS . نعم ، في الواقع ، تم اختيار IMS كنواة لدعم مكالمات LTE و Wi-Fi الصوتية.
لنبدأ بعملية التسجيل. يجب أن يتأكد الجهاز المحمول من أن شبكة المشغل تدعم الصوت عبر IP في منطقة تغطية لاسلكية معينة. إذا كان الأمر كذلك ، فإن الهاتف الذكي يحاول تنشيط حامل الهاتف (قناة اتصال IP) باستخدام APN خاص وفئة خدمة QCI-5 مخصصة ، والتي يتم حجزها وتحسينها لإشارة IMS. هذه الفئة من الخدمة لها أولوية أعلى من فئة الخدمة لنقل البيانات ، والتي تستخدم للوصول إلى الإنترنت ، ولكنها مثل الإنترنت ، لا تتطلب نطاق نقل مضمون للبيانات وهي أقل أهمية للتأخير من الصوت والفيديو. عند اكتمال عملية تنشيط حامل الهاتف ، يكون للجهاز المحمول عنوان IP ، وأبلغت الشبكة عن عنوان IP لـ P-CSCF ، والذي يعد بالفعل العنصر الأول في جوهر IMS. بالنسبة له ، يدخل الهاتف الذكي أولاً عبر بروتوكول SIP ويقوم بالتسجيل في IMS.
من غير المجدي الخوض في العمليات التي تحدث في أحشاء الشبكة في إطار هذه المقالة. إذا رغبت في ذلك ، يمكن العثور على هذه المعلومات على الموارد ، والتي يتم وضع قائمة بها في نهاية المقالة. سأعطي صورة فقط مع العناصر الأساسية لـ PS Core و IMS.
تم تسجيل الجهاز المحمول في مركز IMS ويمكنه الآن إجراء مكالمات صوتية وإرسال / استقبال رسائل SMS.
تعد إدارة النطاق الترددي لنوع معين من الحركة إحدى الميزات المميزة الرئيسية لشبكة VoLTE المحمولة من المهاتفة الكلاسيكية SIP. ليس سرا أن هناك دائما خطر فقدان الحزمة عند نقل حركة الصوت عبر شبكات IP ، مما يؤثر سلبا على وضوح الكلام. من أجل ضمان الجودة المقبولة ، يتم تطبيق تقنية تمييز حزم IP. تشير معدات النقل ذات "الفهم" إلى الطرود المميزة ، وتحاول منع فقدها وتضمن أولوية الإرسال خطوة بخطوة. في شبكة مشغل الهاتف المحمول ، يعد المورد الراديوي واحدًا من أغلى الموارد ، وهناك دائمًا احتمال أنه قد لا يكون في منطقة المحطة الأساسية (eNodeB) التي نحتاجها لإيقاف مكالمة صوتية ، نظرًا لأنها تُستخدم جميعها لنقل البيانات من الإنترنت. لقد ذكرت بالفعل أنه للتسجيل ، قام الجهاز المحمول بتنشيط حامل منفصل مع QCI-5 ، وهو أعلى في مستوى الخدمة من حامل الإنترنت ، وتم تثبيت جلسة SIP مع IMS Core فيه. عند إنشاء مكالمة صوتية - سواء كانت واردة أو صادرة - يطلب نواة IMS من خلال PCRF ونواة تبديل الحزم موردًا راديويًا مخصصًا إضافيًا (حامل مخصص) مع معدل بت مضمون ومع QCI-1 بحيث يكون دفق RTP مع برنامج الترميز المحدد. هذا المورد لديه بالفعل الأولوية القصوى ، مما يضمن الجودة اللازمة للكلام.
يمكننا الآن ذكر تقنية مثل Video over LTE (ViLTE). كل ما قيل لـ VoLTE ينطبق أيضًا على ViLTE. لتوصيل دفق فيديو بنفس الطريقة المتبعة مع الصوت ، يتم طلب حامل آخر مخصص. كما يتطلب أيضًا نطاقًا مضمونًا مع عرض نطاق ترددي أعلى قليلاً من الصوت ، ولكن مع أولوية أقل قليلاً (QCI-2). يرجع الانخفاض في الأولوية إلى حقيقة أن فقد الحزمة لبث الفيديو لم يعد حرجًا للغاية بالنسبة للبث الصوتي. توافق على أن وضوح الكلام أهم بكثير من الفشل اللحظي في إرسال الصورة. ونتيجة لذلك ، اتضح أن الهاتف الذكي في حالة ViLTE لديه ثلاثة حاملات في وقت واحد لاحتياجات IMS (QCI-5 - إنذار ، QCI-1 - قناة صوتية ، QCI-2 - قناة فيديو).
أود أيضًا أن أتطرق بإيجاز إلى موضوع عمليات التسليم (التحولات من شبكة جيل إلى آخر). اليوم ، أصبحت تغطية شبكة LTE أدنى من تغطية شبكة الجيل السابق. لكي لا تتم مقاطعة المحادثة إذا انخفض مستوى إشارة شبكة LTE إلى ما دون مستوى العتبة ، سيتعين على الهاتف إعادة التسجيل في مركز تبديل القناة (CS Core). لضمان "سلاسة" مثل هذا الانتقال ، تم تطوير تقنية SRVCC (استمرارية مكالمة صوتية واحدة). على عكس CS Fall Back (CSFB) ، الذي تمت مناقشته في الجزء الأول من المقالة ، في وقت الانتقال من LTE إلى شبكة الجيل السابق ، لدينا بالفعل مكالمة صوتية ، نحاول حفظها بدون انقطاع. تعتمد التقنية على بروتوكول GTPv2 وواجهة إضافية بين PS Core و CS Core ، والتي تسمى Sv. لضمان تشغيل هذه الواجهة ، تم مراجعة CS Core ، التي لم تكن تدعم بروتوكول GTP (بروتوكول نفق GPRS) سابقًا. من الناحية التخطيطية ، يظهر الانتقال من VoLTE إلى CS-call في الشكل.
الآن يمكننا أن نقول بضع كلمات حول ما هو مفيد في VoLTE ولماذا يتم تقديم هذه التكنولوجيا:
- يلغي VoLTE الحاجة إلى التبديل من شبكة LTE إلى شبكة الجيل السابق ، مما يسرع عملية إجراء مكالمة صوتية ؛
- يبقى الهاتف في LTE ، ويمكن أن يستمر نقل البيانات دون إبطاء ؛
- لا توجد قيود صارمة على نطاق الإرسال ، مما يسمح بصوت عالي الجودة (HD-Voice) ؛
- هناك فرصة لإجراء مكالمات فيديو ، وبالتالي مؤتمرات الفيديو ؛
- تحت سيطرة IMS الأساسية ، من الممكن تنفيذ خدمات إضافية ، مثل اضغط لتتحدث .
VoWi-Fi أو Wi-Fi-Calling أو WFC
الفرق الأساسي بين VoWi-Fi و VoLTE هو أن شبكة Wi-Fi العادية تستخدم "الميل الأخير". يمكن أن يكون كل من الإنترنت المنزلي و Wi-Fi العام لبعض المقاهي. يتم استخدام IMS نفسه باعتباره جوهر الشبكة ، ولكن هناك بعض التغييرات الطفيفة في جزء شبكة الوصول. دعونا نلقي نظرة على الصورة.
سيلاحظ القارئ اليقظ أنه لا توجد اختلافات جوهرية عن مخطط PS Core لـ VoLTE. لا يزال يتم تنفيذ تقاطع قلب تبديل الحزمة و IMS Core عبر واجهة PGi SGi. أثرت التغييرات على مسار حركة المرور من الجهاز المحمول إلى قلب تبديل الحزم. للقيام بذلك ، لدينا جهاز يسمى ePDG. هو الذي لديه وصول مباشر إلى الإنترنت ومن خلاله سيتم توصيل الهواتف التي تستخدم بروتوكول IPSec المعتاد ، أولاً وقبل كل شيء. قبل بدء التسجيل في نواة IMS ، كما كان من قبل ، من الضروري التسجيل بنجاح في قلب تبديل الحزم. هذه المرة ، التسجيل ليس من MME ، ولكن من ePDG. يتم استخدام واجهة SWm لهذا ، ونرى عنصر شبكة آخر يسمى AAA. ميزة العقدة AAA المشاركة في عملية التسجيل من شبكة Wi-Fi غير موثوق بها ، أي من الإنترنت ، هي أنها لا تعمل وفقًا لبروتوكول Radius المعتاد ، ولكن وفقًا لإصدارها الحديث ، بروتوكول Diameter. علاوة على ذلك ، كما هو الحال في شبكة LTE ، يتم إجراء المصادقة والتحقق من توافر الخدمات ذات الصلة في نفس HSS (خادم المشترك المنزلي).
بعد التسجيل في قلب الحزمة ثم التسجيل في IMS Core ، يتم إجراء المكالمات بنفس الطريقة التي تأتي بها من VoLTE.
من بين المشكلات التكنولوجية الرئيسية ، يبقى علينا التفكير في الانتقال (التسليم) من شبكة Wi-Fi إلى VoLTE والعكس صحيح.
ليس سرا أن شبكات Wi-Fi لديها نطاق صغير للغاية. لكي لا تتم مقاطعة مكالماتنا الصوتية عند فقدان شبكة Wi-Fi ، يراقب الجهاز المحمول باستمرار مستوى الإشارة ، وإذا انخفض إلى ما دون مستوى العتبة ، يتم الانتقال إلى شبكة LTE. إذا نظرت إلى المخطط السابق مرة أخرى ، يصبح من الواضح أنه عند التبديل إلى شبكة LTE ، من الممكن جدًا البقاء على نفس PGW التي تم استخدامها لـ Wi-Fi-Call. وتساعد واجهة S6b في ذلك ، والتي ، باستخدام خادم AAA ، تخبر عنوان HSS لـ PGW الذي تم التسجيل عليه من شبكة Wi-Fi. مع هذا الانتقال ، يتم حفظ الجلسة على PGW بنفس عنوان IP الذي تم تخصيصه أثناء التسجيل عبر شبكة Wi-Fi. ونتيجة لذلك ، نحصل على توصيل سلس تقريبًا VoWi-Fi -> VoLTE. يتم تنفيذ الانتقال العكسي وفقًا لنفس القواعد.
في نهاية الجزء السابق ، بضع كلمات حول ما هو مفيد في VoWi-Fi ولماذا يتم تقديم هذه التكنولوجيا:
- يمكنك الآن إجراء مكالمات صوتية واستقبالها باستخدام رقم هاتفك المحمول من أي مكان يوجد فيه اتصال بالإنترنت عبر Wi-Fi دون استخدام تطبيقات الطرف الثالث ؛
- يتيح لك الاتصال عبر Wi-Fi إجراء مكالمات من شبكة Wi-Fi في جميع أنحاء العالم بسعر المنزل.
سؤال وجواب
أتوقع أنه سيكون هناك عدد من الأسئلة وأحاول الإجابة عليها مسبقًا:
س: في أي المناطق تتوفر بالفعل تقنيات VoLTE / VoWi-Fi؟
ج: في وقت نشر المقال ، الخدمة متاحة للمشتركين في موسكو وياروسلافل وكالوغا وباشكيريا.
س: متى ستصبح الخدمة متاحة للمشتركين في مناطق MTS الأخرى؟
ج: نحن نبذل قصارى جهدنا من أجل التنفيذ السريع للتكنولوجيا. تابع الأخبار على مواقعنا الإقليمية.
س: هل ستعمل خدمة الاتصال عبر Wi-Fi في وضع الطائرة؟
ج: نعم ، هناك حقًا خيار عمل من هذا القبيل ، ولكن حتى لا نبقى فجأة بدون اتصال ، لا نوصي بهذا الوضع.
س: ما الهواتف التي تدعم VoLTE و VoWi-Fi؟
ج: يمكن العثور على قائمة بالأجهزة التي تدعم VoLTE / VoWi-Fi على http://www.mts.ru/connect/
س: كيف تتأكد من عمل VoLTE على iPhone؟
ج: لا توجد إشارة على iPhone أن الهاتف في وضع VoLTE. يمكنك عرض وضع التشغيل الحالي للجهاز من خلال الانتقال إلى الإعدادات -> حول هذا الجهاز والنقر على خط المشغل. إذا كان هناك تسجيل في IMS ، فسيكون مرئيًا (سيتغير الخط إلى حالة IMS).
س: هل تعمل الرسائل القصيرة عبر اتصال Wi-Fi في وضع الطائرة؟
ج: نعم ، تدعم الشبكة هذا الخيار. علاوة على ذلك ، كل هذا يتوقف على توافر الدعم في الهاتف المحمول. إذا تحدثنا عن iPhone ، فنحن نبذل قصارى جهدنا حتى تصبح الرسائل القصيرة عبر IP متاحة لمشتركي MTS مع إصدار iOS الإصدار 12.0 (سبتمبر 2018).
س: كيفية توصيل الخدمة؟
ج: سنقوم بتوصيل الخدمة للمشتركين الذين تتمتع هواتفهم بالدعم المقابل بأنفسهم ، ولكننا نزود المشتركين أيضًا بالقدرة على إدارة توفر الخدمة. يمكن العثور على كيفية تمكين / تعطيل الخدمة على الصفحة http://www.mts.ru/connect/
س: ما هي برامج الترميز المستخدمة في نقل الصوت؟
ج: برنامج ترميز الأولوية هو AMR-WB (HD-Voice) ، ولكن يمكن استخدام AMR-NB . يتم اختيار برنامج الترميز في عملية إنشاء مكالمة ويعتمد على عدد كبير من الأسباب. برنامج الترميز EVS غير معتمد حتى الآن على شبكتنا.
س: هل يتم دعم تقنية ViLTE على هواتف Apple؟
ج: لا. لا يتم تنفيذ دعم ViLTE في جميع الهواتف الذكية وليس iPhone فقط.
روابط مفيدة:
http://www.mts.ru/personal/connect/
http://www.media.mts.ru/internet/124777#top
http://www.media.mts.ru/internet/135396/#top
https://itechinfo.ru/content/short-ob-ims
https://habr.com/post/200868/
https://blog.3g4g.co.uk/search/label/VoLTE
https://w3bsit3-dns.com/forum/index.php؟showtopic=682632
https://www.youtube.com/watch؟v=1F7QKEAPXG4
https://support.apple.com/ru-ru/ht203032
https://www.netmanias.com/en/post/oneshot/8127/lte-network-arch architecture-wi-fi-epdg/3gpp-based-lte-and-wi-fi-interworking-arch architecture-epdg-s2b
المؤلف: الخبير التقني MTS Oleg Ermakov ، لقب على Habré - eov