Hoy hablaremos de tecnologías bastante nuevas para la transmisión de voz y video en la red del operador celular para Rusia: VoLTE (Voz sobre LTE) , ViLTE (Video sobre LTE) y Llamadas por Wi-Fi (WFC).
¿Por qué un teléfono va a una red 3G cuando llama desde una red LTE ?Antes de pasar a las nuevas tecnologías, refresquemos nuestra memoria sobre cómo funciona actualmente nuestro teléfono inteligente en una red 4G / LTE.
Creo que muchos suscriptores han notado que el teléfono inteligente cambia a las redes de la generación anterior (2G / 3G) con llamadas entrantes o salientes, y la conexión en sí misma toma mucho tiempo. Primero, se deben decir algunas palabras sobre cómo se ve la red de nivel superior (bloques muy grandes) de un operador móvil.
A primera vista, no es difícil, pero solo al principio. Vamos a hacerlo bien.
Como puede ver en la imagen de arriba, la red de acceso de radio de la segunda generación (2G o GERAN) y tercera (3G o UTRAN) está conectada tanto al núcleo de conmutación de canales (CS Core) para llamadas de voz como al núcleo de conmutación de paquetes (PS Core ) para acceder a redes IP y acceder a Internet. La conclusión lógica que se sugiere a partir de lo anterior es: CS Core proporciona comunicaciones de voz y PS Core está diseñado para la transferencia de datos. No nos detendremos a analizar cómo funcionan las redes de datos y voz en el marco de este artículo.
Considere hacer llamadas de voz para una red 4G. Antes de sumergirnos en los detalles, volvamos a ver la imagen y recordemos que la red de acceso de radio LTE no tiene conexiones directas a CS Core. A primera vista, esto es extraño, pero hay una solución. Y parte de la solución es la interfaz entre PS Core y CS Core llamada SG .
(Para ser justos, debo decir que incluso antes de la introducción del estándar 4G / LTE, la comunicación entre el canal y el núcleo del paquete era posible. La interfaz a través de la cual esta comunicación podría llevarse a cabo se llama Gs . Las tareas asignadas a la interfaz Gs consistían en combinar (combinar) procedimientos registro en ambos dominios, así como proporcionar búsqueda de dispositivos (paginación), que se llevó a cabo desde el dominio del canal al dominio del paquete, lo que permitió suspender la transmisión de datos en la red 2G y recibir llamadas de voz).
En una red 4G / LTE, la interfaz SG ya no es opcional y juega un papel importante. Recordamos que en la red LTE, nuestro dispositivo móvil solo funciona en el dominio de paquetes (PS Core) y, como habrás adivinado, no puedes prescindir de una interfaz entre PS y CS Core.
Ahora revisemos brevemente el proceso de hacer llamadas de voz cuando su dispositivo está en una red LTE. Sin profundizar en los técnicos, esto se puede explicar de la siguiente manera:
Llamada entrante Como el teléfono está en la red LTE y no tiene la capacidad de "escuchar" las redes 2G / 3G, solo puede "acceder" a él utilizando la red 4G. Para la movilidad en una red LTE, el elemento de red MME (Entidad de gestión de movilidad) es responsable. Es a través de este dispositivo que la interfaz SGS hace que el conmutador móvil (MSC-S) busque el teléfono inteligente utilizando el procedimiento de "búsqueda" con un indicador de que hay una llamada entrante, lo que indica que el teléfono debe ir a la red de la generación anterior con un nuevo registro en el dominio CS y recibir la llamada.
Llamada saliente El dispositivo móvil informa a la estación base (eNodeB) que realizará una llamada saliente, iniciando así el proceso de transición de LTE a la red de la generación anterior. No es práctico describir el procedimiento con más detalle en el marco de este artículo.
El proceso de transición de LTE a una red de generación anterior para realizar llamadas de voz se llama CS Fallback (CSFB).
Al finalizar la llamada (sin importar si es entrante o saliente), el dispositivo volverá a la red LTE, pero con un pequeño "PERO". A pesar de que el dispositivo tuvo que volver a registrarse en la red 3G (con menos frecuencia en 2G), la transferencia de datos, que podría realizarse antes de la llamada, se puede realizar simultáneamente con una llamada de voz. Sin embargo, el dispositivo móvil no perderá la dirección IP asignada. "PERO" es que la transición a la red LTE ocurrirá solo en la pausa más cercana en la transferencia de datos.
(Una breve observación acerca de los SMS. En la red LTE, los SMS entrantes y salientes se transmiten a través de la misma interfaz SG y no hay transiciones entre redes de diferentes generaciones).
Voz sobre LTE (VoLTE) y Video sobre LTE (ViLTE)
La red LTE, en comparación con las generaciones anteriores de la red, tiene mejores indicadores de latencia y RTT , y es muy adecuada para el tráfico crítico para la calidad del canal de transmisión, es decir, voz y video sin búfer, que son nuestras llamadas. Hacer llamadas de voz finalmente se está moviendo a IP directamente desde su dispositivo móvil.
Ahora veamos qué ha cambiado en la arquitectura de red del operador.
Vemos que, en comparación con el esquema anterior, se agregó una nube con el nombre IMS . Sí, de hecho, IMS fue elegido como el núcleo para soportar llamadas de voz LTE y Wi-Fi.
Comencemos con el proceso de registro. El dispositivo móvil debe asegurarse de que la red del operador admite voz sobre IP en un área de cobertura de radio específica. Si es así, el teléfono inteligente está intentando activar el portador (canal de comunicación IP) con un APN especial y con una clase de servicio QCI-5 dedicada, que está reservada y optimizada para la señalización IMS. Esta clase de servicio tiene una prioridad más alta que la clase de servicio para la transmisión de datos, que se utiliza para acceder a Internet, pero al igual que Internet, no requiere una banda de transferencia de datos garantizada y es menos crítica para retrasos que para voz y video. Al finalizar el proceso de activación del portador, el dispositivo móvil tiene una dirección IP, y la red informó la dirección IP del P-CSCF, que ya es el primer elemento del núcleo del IMS. Para él, el teléfono inteligente accede primero a través del protocolo SIP y realiza el registro en IMS.
No es conveniente detenerse en los procesos que ocurren en las entrañas de la red en el marco de este artículo. Si lo desea, esta información se puede encontrar en los recursos, una lista de los cuales se encuentra al final del artículo. Solo daré una imagen con los elementos básicos de PS Core e IMS.
El dispositivo móvil está registrado en el núcleo de IMS y ahora puede hacer llamadas de voz, enviar / recibir SMS.
Una de las principales características distintivas de una red VoLTE móvil de la telefonía SIP clásica es la gestión del ancho de banda para un tipo específico de tráfico. No es ningún secreto que siempre existe el riesgo de pérdida de paquetes al transmitir tráfico de voz a través de redes IP, lo que afecta negativamente la inteligibilidad del habla. Para garantizar una calidad aceptable, se aplica la tecnología de marcado de paquetes IP. El equipo de transporte con "comprensión" se refiere a los paquetes marcados, trata de evitar su pérdida y garantiza su transmisión de salto por salto prioritaria. En la red del operador de telefonía móvil, uno de los recursos más caros es un recurso de radio y siempre existe la posibilidad de que no esté en la zona de la estación base (eNodeB), necesitamos apagar una llamada de voz, porque todos se utilizan para transferir datos desde Internet. Ya mencioné que para el registro, el dispositivo móvil activó un portador separado con QCI-5, que es más alto en nivel de servicio que el portador para Internet y se instaló una sesión SIP con IMS Core. Al establecer una llamada de voz, ya sea entrante o saliente, el núcleo IMS a través de PCRF y el núcleo de conmutación de paquetes solicitan un recurso de radio dedicado adicional (portador dedicado) con una tasa de bits garantizada y con QCI-1 para que un flujo RTP con códec seleccionado Este recurso ya tiene la más alta prioridad, lo que garantiza la calidad de voz necesaria.
Ahora podemos mencionar una tecnología como Video over LTE (ViLTE). Todo lo que se dijo para VoLTE también es cierto para ViLTE. Para conectar una transmisión de video de la misma manera que para la voz, se solicita otro portador dedicado. También requiere una banda garantizada con un ancho de banda ligeramente mayor que la voz, pero con una prioridad ligeramente menor (QCI-2). La disminución de la prioridad se debe al hecho de que la pérdida de paquetes para una transmisión de video ya no es tan crítica como para una transmisión de voz. Acuerde que la inteligibilidad del habla es mucho más importante que una falla momentánea en la transmisión de una imagen. Como resultado, resulta que el teléfono inteligente en el caso de ViLTE tiene tres portadores a la vez para las necesidades de IMS (QCI-5 - alarma, QCI-1 - canal de voz, QCI-2 - canal de video).
También me gustaría tocar brevemente el tema de las transferencias (transiciones de la red de una generación a otra). Hoy, la cobertura de red LTE es inferior a la cobertura de red de la generación anterior. Para que la conversación no se interrumpa si el nivel de señal de la red LTE cae por debajo del umbral, el teléfono tendrá que volver a registrarse con el núcleo de conmutación de canales (CS Core). Para garantizar la "fluidez" de dicha transición, se desarrolló la tecnología SRVCC (Single Radio Voice Call Continuity). A diferencia de CS Fall Back (CSFB), que se discutió en la primera parte del artículo, en el momento de la transición de LTE a la red de la generación anterior, ya tenemos una llamada de voz, que estamos tratando de guardar sin interrupción. La tecnología se basa en el protocolo GTPv2 y una interfaz adicional entre PS Core y CS Core, que se llama Sv. Para garantizar el funcionamiento de esta interfaz, se revisó CS Core, que anteriormente no era compatible con el protocolo GTP (protocolo de túnel GPRS). Esquemáticamente, la transición de VoLTE a CS-call se muestra en la figura.
Ahora podemos decir algunas palabras sobre lo que es útil en VoLTE y por qué se está introduciendo esta tecnología:
- VoLTE elimina la necesidad de cambiar de una red LTE a una red de generación anterior, lo que acelera el proceso de hacer una llamada de voz;
- el teléfono permanece en LTE y la transferencia de datos puede continuar sin disminuir la velocidad;
- no hay restricciones estrictas en la banda de transmisión, lo que permite una voz de alta calidad (HD-Voice);
- existe la oportunidad de hacer videollamadas y, posteriormente, videoconferencias;
- bajo el control del núcleo de IMS, es posible implementar servicios adicionales, como Push-to-Talk .
VoWi-Fi o Wi-Fi-Calling o WFC
La diferencia fundamental entre VoWi-Fi y VoLTE es que el Wi-Fi común se usa como la "última milla". Puede ser tanto Internet doméstica como Wi-Fi público de alguna cafetería. Se usa el mismo IMS como núcleo de la red, pero hay algunos cambios menores en la parte de la red de acceso. Miremos la foto.
Un lector atento notará que no hay diferencias fundamentales con respecto al esquema de PS Core para VoLTE. La unión del núcleo de conmutación de paquetes y el núcleo de IMS todavía se realiza a través de la interfaz SGi de PGi. Los cambios afectaron la ruta del tráfico desde el dispositivo móvil al núcleo de conmutación de paquetes. Para hacer esto, tenemos un dispositivo llamado ePDG. Es el que tiene acceso directo a Internet y es a él que los teléfonos se conectarán, en primer lugar, utilizando el protocolo IPSec habitual. Antes de que comience el registro en el núcleo IMS, como antes, es necesario registrarse con éxito en el núcleo de conmutación de paquetes. Esta vez, el registro no es del MME, sino del ePDG. La interfaz SWm se utiliza para esto, y vemos otro elemento de red llamado AAA. Una característica del nodo AAA involucrado en el proceso de registro desde Wi-Fi no confiable, es decir, desde Internet, es que no funciona según el protocolo Radius habitual, sino según su versión modernizada, el protocolo Diameter. Además, como en la red LTE, la autenticación y verificación de la disponibilidad de los servicios relevantes se realiza en el mismo HSS (Servidor de abonado doméstico).
Después de registrarse en el núcleo del paquete y luego registrarse en el núcleo IMS, las llamadas se realizan de la misma manera que proviene de VoLTE.
De los principales problemas tecnológicos, nos queda considerar la transición (transferencia) de una red Wi-Fi a VoLTE y viceversa.
No es ningún secreto que las redes Wi-Fi tienen un alcance muy pequeño. Para que nuestras llamadas de voz no se interrumpan cuando se pierde la red Wi-Fi, el dispositivo móvil monitorea constantemente el nivel de señal y, si cae por debajo del umbral, se realiza una transición a la red LTE. Si vuelve a mirar el esquema anterior, queda claro que cuando se cambia a una red LTE, es muy posible permanecer en el mismo PGW que se usó para Wi-Fi-Call. Y la interfaz S6b ayuda con esto, que, utilizando el servidor AAA, informa a la dirección HSS de la PGW en la que se realizó el registro desde la red Wi-Fi. Con esta transición, la sesión en PGW se guarda con la misma dirección IP que se asignó durante el registro a través de la red Wi-Fi. Como resultado, obtenemos Handover VoWi-Fi casi sin interrupciones -> VoLTE. La transición inversa se lleva a cabo de acuerdo con las mismas reglas.
Como al final de la parte anterior, algunas palabras sobre lo que es útil en VoWi-Fi y por qué se está introduciendo esta tecnología:
- Ahora puede realizar y recibir llamadas de voz con su número de teléfono móvil desde cualquier lugar donde haya acceso a Internet a través de Wi-Fi sin usar aplicaciones de terceros;
- Wi-Fi-Calling le permite realizar llamadas desde una red Wi-Fi en todo el mundo a una tarifa local.
Preguntas y respuestas
Predigo que habrá una serie de preguntas e intento responderlas por adelantado:
P: ¿ En qué regiones ya están disponibles las tecnologías VoLTE / VoWi-Fi?
R: En el momento de la publicación del artículo, el servicio está disponible para suscriptores en Moscú, Yaroslavl, Kaluga y Bashkiria.
P: ¿ Cuándo estará disponible el servicio para los suscriptores de otras regiones MTS?
R: Estamos haciendo nuestro mejor esfuerzo para la rápida implementación de la tecnología. Siga las noticias en nuestros sitios regionales.
P: ¿Funcionarán las llamadas por Wi-Fi en modo avión?
R: Sí, realmente existe esa opción de trabajo, pero para no quedar repentinamente sin comunicación, no recomendamos este modo.
P: ¿Qué teléfonos son compatibles con VoLTE y VoWi-Fi?
R: Puede encontrar una lista de dispositivos que admiten VoLTE / VoWi-Fi en http://www.mts.ru/connect/
P: ¿Cómo asegurarme de que VoLTE funcione en iPhone?
R: No hay ninguna indicación en el iPhone de que el teléfono esté en modo VoLTE. Puede ver el modo operativo actual del dispositivo yendo a Configuración -> Acerca de este dispositivo y haciendo clic en la línea Operador. Si hay registro en IMS, será visible (la línea cambiará al estado de IMS).
P: ¿Los SMS funcionan mediante llamadas Wi-Fi en modo avión?
R: Sí, la red admite esta opción. Además, todo depende de la disponibilidad de soporte en el teléfono móvil. Si hablamos del iPhone, estamos haciendo todo lo posible para que el SMS sobre IP esté disponible para los suscriptores de MTS con el lanzamiento de la versión iOS 12.0 (septiembre de 2018).
P: ¿Cómo conectar el servicio?
R: Conectaremos el servicio a suscriptores cuyos teléfonos tengan el soporte correspondiente, pero también les brindamos a los suscriptores la capacidad de administrar la disponibilidad del servicio. Cómo habilitar / deshabilitar el servicio se puede encontrar en la página http://www.mts.ru/connect/
P: ¿Qué códecs se usan para la transmisión de voz?
R: El códec de prioridad es AMR-WB (HD-Voice), pero se puede usar AMR-NB . La elección del códec se lleva a cabo en el proceso de establecer una llamada y depende de una gran cantidad de razones. El códec EVS aún no es compatible con nuestra red.
P: ¿La tecnología ViLTE es compatible con teléfonos Apple?
A: no. El soporte de ViLTE no está implementado en todos los teléfonos inteligentes y no es solo iPhone.
Enlaces utiles:
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-architecture-wi-fi-epdg/3gpp-based-lte-and-wi-fi-interworking-architecture-epdg-s2b
Autor: experto técnico de MTS Oleg Ermakov, apodo en Habré - eov