VoLTE / ViLTE + Wi-Fi-Calling est à peu près compliqué

Aujourd'hui, nous parlerons de toutes nouvelles technologies de transmission de la voix et de la vidéo dans le réseau de l'opérateur cellulaire pour la Russie - VoLTE (Voice over LTE) , ViLTE (Video over LTE) et Wi-Fi-Calling (WFC).

Avant de passer aux nouvelles technologies, rafraîchissons notre mémoire sur le fonctionnement actuel de notre smartphone sur un réseau 4G / LTE.

Je pense que de nombreux abonnés ont remarqué que le smartphone passe aux réseaux de génération précédente (2G / 3G) avec des appels entrants ou sortants, et la connexion elle-même prend beaucoup de temps. Tout d'abord, il convient de dire quelques mots sur l'aspect du réseau de haut niveau (très gros blocs) d'un opérateur mobile.

À première vue, ce n'est pas difficile, mais seulement au début. Faisons les choses correctement.

Comme vous pouvez le voir sur l'image ci-dessus, le réseau d'accès radio des deuxième (2G ou GERAN) et troisième (3G ou UTRAN) est connecté à la fois au cœur de commutation de canal (CS Core) pour les appels vocaux et au cœur de commutation de paquets (PS Core ) pour accéder aux réseaux IP et pour accéder à Internet. La conclusion logique qui ressort de ce qui précède est la suivante: CS Core fournit des communications vocales et PS Core est conçu pour le transfert de données. Nous ne nous arrêterons pas à analyser le fonctionnement des réseaux voix et données dans le cadre de cet article.

Pensez à passer des appels vocaux pour un réseau 4G. Avant de plonger dans les détails, regardons à nouveau l'image et rappelons que le réseau d'accès radio LTE n'a pas de connexion directe à CS Core. À première vue, c'est étrange, mais il existe une solution. Et une partie de la solution est l'interface entre PS Core et CS Core appelée SG .

(En toute honnêteté, je dois dire qu'avant même l'introduction de la norme 4G / LTE, la communication entre le canal et le cœur du paquet était possible. L'interface à travers laquelle cette communication pourrait être effectuée s'appelle Gs . Les tâches assignées à l'interface Gs consistaient à combiner (combiner) des procédures l'enregistrement dans les deux domaines, ainsi que la fourniture d'une recherche de périphérique (pagination), qui a été effectuée du domaine du canal vers le domaine des paquets, ce qui a permis de suspendre la transmission de données dans le réseau 2G et de recevoir des appels vocaux.)

Sur un réseau 4G / LTE, l'interface SG n'est plus optionnelle et joue un rôle important. Nous rappelons que dans le réseau LTE, notre appareil mobile ne fonctionne que dans le domaine des paquets (PS Core) et, comme vous l'avez peut-être deviné, vous ne pouvez pas vous passer d'une interface entre PS et CS Core.

Passons maintenant brièvement en revue le processus d'appel vocal lorsque votre appareil est sur un réseau LTE. Sans entrer dans les détails techniques, cela peut s'expliquer comme suit:

Appel entrant. Étant donné que le téléphone est dans le réseau LTE et n'a pas la capacité «d'écouter» les réseaux 2G / 3G, vous ne pouvez «y accéder» qu'en utilisant le réseau 4G. Pour la mobilité dans un réseau LTE, l'élément de réseau MME (Mobility Management Entity) est responsable. C'est grâce à cet appareil que l'interface SGS permet au commutateur mobile (MSC-S) de rechercher le smartphone à l'aide de la procédure de «pagination» avec un indicateur qu'un appel entrant est activé, signalant que le téléphone doit se rendre sur le réseau de la génération précédente avec un nouvel enregistrement dans le domaine CS et recevoir l'appel.

Appel sortant. Le dispositif mobile informe la station de base (eNodeB) qu'elle va effectuer un appel sortant, ce qui lance le processus de transition du LTE au réseau de génération précédente. Il n'est pas pratique de décrire la procédure plus en détail dans le cadre de cet article.

Le processus de transition de LTE vers un réseau de génération précédente pour effectuer des appels vocaux est appelé CS Fallback (CSFB).

Une fois l'appel terminé (qu'il soit entrant ou sortant), l'appareil retourne sur le réseau LTE, mais avec un petit «MAIS». Malgré le fait que l'appareil ait dû se réinscrire sur le réseau 3G (moins souvent en 2G), le transfert de données, qui pouvait être effectué avant l'appel, peut être effectué simultanément avec un appel vocal. Cependant, l'appareil mobile ne perdra pas l'adresse IP qui lui est attribuée. «MAIS» signifie que la transition vers le réseau LTE ne se produira que pendant la pause la plus proche dans le transfert de données.

(Une courte remarque sur les SMS. Dans le réseau LTE, les SMS entrants et sortants sont transmis sur la même interface SG et il n'y a pas de transition entre les réseaux de générations différentes.)

Voix sur LTE (VoLTE) et Vidéo sur LTE (ViLTE)

Le réseau LTE, par rapport aux générations précédentes du réseau, a de meilleurs indicateurs de latence et RTT , et il est tout à fait adapté au trafic critique pour la qualité du canal de transmission, à savoir la voix et la vidéo sans tampon, qui sont nos appels. Passer des appels vocaux, c'est enfin passer à IP directement depuis votre appareil mobile.

Voyons maintenant ce qui a changé dans l'architecture réseau de l'opérateur.

Nous voyons que, par rapport au schéma précédent, un nuage avec le nom IMS a été ajouté. Oui, en effet, IMS a été choisi comme noyau pour prendre en charge les appels vocaux LTE et Wi-Fi.

Commençons par le processus d'inscription. L’appareil mobile doit s’assurer que le réseau de l’opérateur prend en charge la voix sur IP dans une zone de couverture radio spécifique. Si c'est le cas, le smartphone tente d'activer le support (canal de communication IP) avec un APN spécial et avec une classe de service QCI-5 dédiée, qui est réservée et optimisée pour la signalisation IMS. Cette classe de service a une priorité plus élevée que la classe de service pour la transmission de données, qui est utilisée pour accéder à Internet, mais comme Internet, elle ne nécessite pas de bande de transfert de données garantie et est moins critique pour les retards que pour la voix et la vidéo. À la fin du processus d'activation du support, le dispositif mobile a une adresse IP et le réseau a signalé l'adresse IP du P-CSCF, qui est déjà le premier élément du cœur IMS. C'est à lui que le smartphone accède d'abord via le protocole SIP et effectue l'enregistrement dans IMS.

Il n'est pas opportun de s'attarder sur les processus qui se produisent dans les entrailles du réseau dans le cadre de cet article. Si vous le souhaitez, ces informations peuvent être trouvées sur les ressources, dont une liste est placée à la fin de l'article. Je ne donnerai qu'une image avec les éléments de base de PS Core et IMS.

L'appareil mobile est enregistré dans le noyau IMS et peut désormais passer des appels vocaux, envoyer / recevoir des SMS.

L'une des principales caractéristiques distinctives d'un réseau VoLTE mobile de la téléphonie SIP classique est la gestion de la bande passante pour un type de trafic spécifique. Ce n'est un secret pour personne qu'il y a toujours un risque de perte de paquets lors de la transmission du trafic vocal sur les réseaux IP, ce qui nuit à l'intelligibilité de la parole. Afin d'assurer une qualité acceptable, la technologie de marquage des paquets IP est appliquée. Les équipements de transport «compréhensifs» font référence à des colis marqués, tentent de prévenir leur perte et assurent leur transmission prioritaire bond par bond. Dans le réseau de l'opérateur mobile, l'une des ressources les plus chères est une ressource radio et il est toujours possible qu'elle ne se trouve pas dans la zone de la station de base (eNodeB) dont nous avons besoin pour désactiver un appel vocal, car elles sont toutes utilisées pour transférer des données depuis Internet. J'ai déjà mentionné que pour l'enregistrement, l'appareil mobile a activé un support distinct avec QCI-5, qui est plus élevé en niveau de service que le support pour Internet et une session SIP avec IMS Core y a été installée. Lors de l'établissement d'un appel vocal - qu'il soit entrant ou sortant - le cœur IMS via PCRF et le cœur de commutation de paquets demandent une ressource radio dédiée supplémentaire (support dédié) avec un débit garanti et avec QCI-1 de sorte qu'un flux RTP avec codec sélectionné. Cette ressource a déjà la priorité la plus élevée, ce qui garantit la qualité de la parole nécessaire.

Nous pouvons maintenant mentionner une technologie telle que la vidéo sur LTE (ViLTE). Tout ce qui a été dit pour VoLTE est également vrai pour ViLTE. Pour connecter un flux vidéo de la même manière que pour la voix, un autre support dédié est demandé. Il nécessite également une bande garantie avec une bande passante légèrement plus élevée que la voix, mais avec une priorité légèrement inférieure (QCI-2). La diminution de priorité est due au fait que la perte de paquets pour un flux vidéo n'est plus aussi critique que pour un flux vocal. Convenez que l'intelligibilité de la parole est bien plus importante qu'une défaillance momentanée de la transmission d'une image. En conséquence, il s'avère que le smartphone dans le cas de ViLTE a trois supports à la fois pour les besoins IMS (QCI-5 - alarme, QCI-1 - canal vocal, QCI-2 - canal vidéo).

Je voudrais également aborder brièvement le sujet des transferts (transitions du réseau d'une génération à l'autre). Aujourd'hui, la couverture réseau LTE est inférieure à la couverture réseau de génération précédente. Pour que la conversation ne soit pas interrompue si le niveau de signal du réseau LTE tombe en dessous du niveau seuil, le téléphone devra se réinscrire auprès du cœur de commutation de canal (CS Core). Pour assurer la «transparence» d'une telle transition, la technologie SRVCC (Single Radio Voice Call Continuity) a été développée. Contrairement à CS Fall Back (CSFB), dont il a été question dans la première partie de l'article, lors du passage de LTE au réseau de génération précédente, nous avons déjà un appel vocal, que nous essayons de sauvegarder sans interruption. La technologie est basée sur le protocole GTPv2 et une interface supplémentaire entre PS Core et CS Core, appelée Sv. Pour garantir le fonctionnement de cette interface, CS Core, qui auparavant ne supportait pas le protocole GTP (GPRS tunneling protocol), a été révisé. Schématiquement, la transition de VoLTE à CS-call est illustrée sur la figure.

Maintenant, nous pouvons dire quelques mots sur ce qui est utile dans VoLTE et pourquoi cette technologie est introduite:

• VoLTE élimine le besoin de passer d'un réseau LTE à un réseau de génération précédente, ce qui accélère le processus d'appel téléphonique;
• le téléphone reste en LTE et le transfert de données peut se poursuivre sans ralentir;
• il n'y a pas de restrictions strictes sur la bande de transmission, ce qui permet une voix de haute qualité (HD-Voice);
• il est possible de passer des appels vidéo, puis des vidéoconférences;
• sous le contrôle du cœur IMS, il est possible de mettre en œuvre des services supplémentaires, tels que Push-to-Talk .

VoWi-Fi, ou appel Wi-Fi, ou WFC

La différence fondamentale entre VoWi-Fi et VoLTE est que le Wi-Fi ordinaire est utilisé comme «dernier kilomètre». Il peut s'agir à la fois d'Internet à domicile et du Wi-Fi public de certains cafés. Le même IMS est utilisé comme cœur du réseau, mais il y a quelques changements mineurs dans la partie du réseau d'accès. Regardons l'image.

Un lecteur attentif remarquera qu'il n'y a pas de différences fondamentales par rapport au schéma PS Core pour VoLTE. La jonction du noyau de commutation de paquets et du noyau IMS est toujours effectuée via l'interface SGi de PGi. Les modifications ont affecté le chemin du trafic de l'appareil mobile vers le cœur de commutation de paquets. Pour ce faire, nous avons un appareil appelé ePDG. C'est lui qui a un accès direct à Internet et c'est à lui que les téléphones seront connectés, tout d'abord, en utilisant le protocole IPSec habituel. Avant que l'enregistrement dans le cœur IMS ne commence, comme précédemment, il est nécessaire de s'enregistrer avec succès dans le cœur de commutation de paquets. Cette fois, l'inscription ne provient pas du MME, mais de l'ePDG. L'interface SWm est utilisée pour cela, et nous voyons un autre élément de réseau appelé AAA. Une caractéristique du nœud AAA impliqué dans le processus d'enregistrement à partir de Wi-Fi non fiable, c'est-à-dire d'Internet, est qu'il ne fonctionne pas selon le protocole Radius habituel, mais selon sa version modernisée, le protocole Diameter. De plus, comme dans le réseau LTE, l'authentification et la vérification de la disponibilité des services concernés sont effectuées dans le même HSS (Home Subscriber Server).

Après l'enregistrement dans le noyau du paquet, puis l'enregistrement dans le noyau IMS, les appels sont effectués de la même manière que ceux provenant de VoLTE.

Parmi les principaux enjeux technologiques, il nous reste à considérer la transition (Handover) d'un réseau Wi-Fi vers VoLTE et inversement.

Ce n'est un secret pour personne que les réseaux Wi-Fi ont une très petite portée. Pour que nos appels vocaux ne soient pas interrompus lorsque le réseau Wi-Fi est perdu, l'appareil mobile surveille en permanence le niveau du signal et s'il tombe en dessous du niveau seuil, une transition vers le réseau LTE est effectuée. Si vous regardez à nouveau le schéma précédent, il devient clair que lors du passage à un réseau LTE, il est tout à fait possible de rester sur le même PGW qui a été utilisé pour les appels Wi-Fi. Et l'interface S6b aide à cela, qui, à l'aide du serveur AAA, informe l'adresse HSS du PGW sur lequel l'enregistrement a été effectué à partir du réseau Wi-Fi. Avec cette transition, la session sur PGW est enregistrée avec la même adresse IP qui a été allouée lors de l'inscription via le réseau Wi-Fi. En conséquence, nous obtenons un transfert VoWi-Fi presque transparent -> VoLTE. La transition inverse s'effectue selon les mêmes règles.

Comme à la fin de la partie précédente, quelques mots sur ce qui est utile en VoWi-Fi et pourquoi cette technologie est introduite:

• Vous pouvez désormais passer et recevoir des appels vocaux avec votre numéro de téléphone mobile depuis n'importe quel endroit où il y a un accès Internet via Wi-Fi sans utiliser d'applications tierces;
• Les appels Wi-Fi vous permettent de passer des appels à partir d'un réseau Wi-Fi dans le monde entier à un tarif domestique.

Q & A

Je prédis qu'il y aura un certain nombre de questions et j'essaierai d'y répondre à l'avance:

Q: Dans quelles régions les technologies VoLTE / VoWi-Fi sont-elles déjà disponibles?
R: Au moment de la publication de l'article, le service était disponible pour les abonnés à Moscou, Yaroslavl, Kaluga et Bashkiria.

Q: Quand le service sera-t-il disponible pour les abonnés des autres régions MTS?
R: Nous faisons de notre mieux pour une mise en œuvre rapide de la technologie. Suivez l'actualité sur nos sites régionaux.

Q: Les appels Wi-Fi fonctionneront-ils en mode avion?
R: Oui, il existe vraiment une telle option de travail, mais afin de ne pas rester brusquement sans communication, nous ne recommandons pas ce mode.

Q: Quels téléphones prennent en charge VoLTE et VoWi-Fi?
R: Une liste des appareils prenant en charge VoLTE / VoWi-Fi est disponible à l' adresse http://www.mts.ru/connect/

Q: Comment s'assurer que VoLTE fonctionne sur iPhone?
R: Il n'y a aucune indication sur l'iPhone que le téléphone est en mode VoLTE. Vous pouvez afficher le mode de fonctionnement actuel de l'appareil en allant dans Paramètres -> À propos de cet appareil et en cliquant sur la ligne Opérateur. S'il y a un enregistrement dans IMS, il sera visible (la ligne passera au statut IMS).

Q: Les SMS fonctionnent-ils via Wi-Fi-Calling en mode avion?
R: Oui, le réseau prend en charge cette option. De plus, tout dépend de la disponibilité du support sur le téléphone mobile. Si nous parlons de l'iPhone, nous faisons tout notre possible pour que les SMS sur IP soient disponibles pour les abonnés MTS avec la sortie de la version iOS 12.0 (septembre 2018).

Q: Comment connecter le service?
R: Nous connecterons le service aux abonnés dont les téléphones ont eux-mêmes le support correspondant, mais nous offrons également aux abonnés la possibilité de gérer la disponibilité du service. Comment activer / désactiver le service peut être trouvé sur la page http://www.mts.ru/connect/

Q: Quels codecs sont utilisés pour la transmission vocale?
R: Le codec prioritaire est AMR-WB (HD-Voice), mais AMR-NB peut être utilisé. Le choix du codec s'effectue lors de l'établissement d'un appel et dépend d'un grand nombre de raisons. Le codec EVS n'est pas encore pris en charge sur notre réseau.

Q: La technologie ViLTE est-elle prise en charge sur les téléphones Apple?
R: Non. Le support ViLTE n'est pas implémenté dans tous les smartphones et ce n'est pas seulement l'iPhone.

Liens 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

Auteur: Expert technique MTS Oleg Ermakov, surnom sur Habré - eov