今天，我们将讨论俄罗斯蜂窝运营商网络中用于语音和视频传输的相当新的技术-VoLTE（ LTE语音） ， ViLTE（ LTE语音 ）和Wi-Fi呼叫（WFC）。
从LTE网络拨打电话时，为什么手机会转到3G网络？在继续使用新技术之前，让我们回顾一下我们的智能手机当前在4G / LTE网络上的工作方式。
我认为许多用户已经注意到，智能手机会通过传入或传出呼叫切换到上一代网络（2G / 3G），并且连接本身会花费很多时间。 首先，应该谈谈移动运营商的顶级（非常大的块）网络的外观。
乍一看，这并不困难，但仅仅是开始。 让我们做对。
如上图所示，第二代（2G或GERAN）和第三代（3G或UTRAN）的无线接入网络既连接到用于语音呼叫的信道交换核心（CS核心），又连接到分组交换核心（PS核心）。 ）访问IP网络并访问Internet。 从上面可以看出其合理的结论是：CS Core提供语音通信，而PS Core设计用于数据传输。 我们不会停止在本文的框架内分析数据和语音网络的工作方式。
考虑为4G网络拨打语音电话。 在深入探讨细节之前，让我们再次看一下图片，并记住LTE无线电接入网络没有与CS Core的直接连接。 乍一看，这很奇怪，但是有解决方案。 解决方案的一部分是PS核心和CS核心之间的接口，称为SG 。
（公平地说，我必须说，甚至在引入4G / LTE标准之前，通道和分组核心之间就可以进行通信。可以通过该接口进行通信的接口称为Gs 。分配给Gs接口的任务包括合并（combining）过程在两个域中进行注册，以及提供从信道域到分组域的设备搜索（分页），这使得可以暂停2G网络中的数据传输并接收语音呼叫。）
在4G / LTE网络上，SGs接口不再是可选的，而起着重要的作用。 我们记得在LTE网络中，我们的移动设备仅在分组域（PS Core）中工作，并且您可能已经猜到，如果没有PS和CS Core之间的接口，就无法做到。
现在，让我们简要回顾一下您的设备在LTE网络上时进行语音呼叫的过程。 在不深入探讨技术的情况下，可以解释如下：
来电。 由于电话位于LTE网络中，无法“收听” 2G / 3G网络，因此只能使用4G网络“收听”它。 对于LTE网络中的移动性，网元MME（移动性管理实体）负责。 正是通过此设备，SGS接口使移动交换机（MSC-S）使用“寻呼”过程来搜索智能手机，并带有传入呼叫指示器，表明该电话需要通过CS域中的重新注册才能进入上一代网络并接收该呼叫。
拨出电话。 移动设备通知基站（eNodeB）它将进行去电，从而开始从LTE到上一代网络的过渡过程。 在本文的框架中更详细地描述该过程是不切实际的。
从LTE过渡到上一代网络以进行语音呼叫的过程称为CS Fallback（CSFB）。
通话完成后（无论呼入还是呼出），设备都将返回LTE网络，但带有一个小的“ BUT”。 尽管设备必须重新注册到3G网络（在2G中很少见），但是可以在通话之前完成数据传输，而语音通话可以同时进行。 但是，移动设备不会丢失分配给它的IP地址。 “但是”是指仅在最近的数据传输暂停中才发生向LTE网络的过渡。
（关于SMS的简短说明。在LTE网络中，传入和传出SMS均在同一SGs接口上传输，并且不同世代的网络之间没有过渡。）
LTE语音（VoLTE）和LTE视频（ViLTE）
与前几代网络相比，LTE网络具有更好的延迟和RTT指标，并且非常适合对传输通道质量至关重要的流量，即无缓冲的语音和视频，这是我们的要求。 拨打语音电话最终将直接从您的移动设备转移到IP。
现在，让我们看一下运营商网络架构中发生了什么变化。
我们看到，与以前的方案相比，添加了名称为IMS的云。 是的，确实，IMS被选为支持LTE和Wi-Fi语音呼叫的内核。
让我们从注册过程开始。 移动设备必须确保运营商的网络在特定的无线电覆盖范围内支持IP语音。 如果是这样，那么智能手机将尝试使用特殊的APN和专用的QCI-5服务等级来激活承载（IP通信通道），该服务已针对IMS信号进行了保留和优化。 此类服务的优先级高于用于访问Internet的数据传输服务的优先级，但与Internet一样，它不需要保证的数据传输频带，并且对于延迟的要求不如对语音和视频的要求高。 在承载激活过程完成后，移动设备具有IP地址，并且网络报告了P-CSCF的IP地址，该地址已经是IMS核心的第一要素。 对他来说，智能手机首先通过SIP协议访问并在IMS中执行注册。
在本文的框架中，不愿讨论网络肠中发生的过程。 如果需要，可以在资源上找到此信息，其列表位于文章的末尾。 我将只介绍PS Core和IMS的基本元素。
该移动设备已在IMS核心中注册，现在可以拨打语音电话，发送/接收SMS。
与传统的SIP电话相比，移动VoLTE网络的主要区别特征之一是针对特定流量类型的带宽管理。 在IP网络上传输语音流量时，总会有丢包的风险，这对语音清晰度有不利影响，这不是秘密。 为了确保可接受的质量，应用了标记IP数据包的技术。 带有“理解”的运输设备是指已标记的包装，旨在防止其丢失并确保按优先级逐跳传输。 在移动运营商的网络中，最昂贵的资源之一是无线电资源，并且总有可能它不在我们需要关闭语音呼叫的基站（eNodeB）区域中，因为它们全部都用于从Internet传输数据。 我已经提到过要进行注册，移动设备使用QCI-5激活了一个单独的承载，该承载的服务级别高于Internet承载，并在其中安装了与IMS Core的SIP会话。 建立语音呼叫（无论是呼入还是呼出）时，IMS核心通过PCRF和数据包交换核心请求具有保证的比特率和QCI-1的附加专用无线电资源（专用承载），以便RTP流与选定的编解码器。 该资源已经具有最高优先级，可以确保必要的语音质量。
现在我们可以提到一项技术，例如LTE视频（ViLTE）。 VoLTE所说的一切也适用于ViLTE。 为了以与语音相同的方式连接视频流，要求另一个专用载体。 它还需要一个保证频带，其带宽比语音略高，但优先级（QCI-2）略低。 优先级降低的原因是视频流的丢包不再像语音流那么重要。 同意语音清晰度比图像传输中的瞬时故障要重要得多。 结果，事实证明，在ViLTE的情况下，智能手机一次具有三个承载来满足IMS的需求（QCI-5-警报，QCI-1-语音通道，QCI-2-视频通道）。
我还想简单地谈谈切换的话题（从一代网络到另一代网络的过渡）。 如今，LTE网络覆盖范围已经小于上一代网络覆盖范围。 为了避免在LTE网络的信号电平低于阈值电平时中断通话，电话将必须在信道交换核心（CS核心）中重新注册。 为了确保这种过渡的“无缝性”，开发了SRVCC（单无线电语音呼叫连续性）技术。 与本文第一部分中讨论的CS Fall Back（CSFB）不同，在从LTE过渡到上一代网络时，我们已经有了一个语音呼叫，我们试图不停地节省下来。 该技术基于GTPv2协议以及PS Core和CS Core之间的另一个接口，称为Sv。 为了确保此接口的运行，对以前不支持GTP（GPRS隧道协议）协议的CS Core进行了修改。 从图中示意性地示出了从VoLTE到CS呼叫的过渡。
现在，我们可以谈谈VoLTE的有用之处以及为何引入此技术的原因：
- VoLTE消除了从LTE网络切换到上一代网络的需求，从而加快了语音通话的过程。
- 手机仍处于LTE状态，数据传输可以继续而不会减慢速度；
- 传输频带没有严格限制，可以传输高质量的语音（HD-Voice）；
- 有机会进行视频通话，然后再进行视频会议；
- 在IMS核心的控制下，可以实现其他服务，例如一键通 。
VoWi-Fi或Wi-Fi呼叫或WFC
VoWi-Fi和VoLTE之间的根本区别在于，普通Wi-Fi被用作“最后一英里”。 它既可以是家庭互联网，也可以是某些咖啡馆的公共Wi-Fi。 相同的IMS被用作网络的核心，但是在接入网部分有一些细微的变化。 让我们看一下图片。
细心的读者会注意到，与VoLTE的PS Core方案没有根本区别。 分组交换核心和IMS核心的连接仍通过PGi的SGi接口执行。 这些变化影响了从移动设备到数据包交换核心的流量路径。 为此，我们有一个名为ePDG的设备。 正是可以直接访问Internet的是，首先，将连接使用常规IPSec协议的电话。 与以前一样，在IMS核心中开始注册之前，必须在分组交换核心中成功进行注册。 这次，注册不是来自MME，而是来自ePDG。 SWm接口用于此目的，我们看到另一个称为AAA的网络元素。 从不受信任的Wi-Fi（即从Internet）进行的注册过程中涉及的AAA节点的功能是，它不能根据常规Radius协议工作，而是根据其现代化版本Diameter协议工作。 另外，如在LTE网络中，相关服务的可用性的认证和验证全部在同一HSS（归属订户服务器）中执行。
在分组核心中注册后再在IMS Core中注册之后，将以与VoLTE相同的方式进行呼叫。
在主要技术问题中，我们仍然需要考虑从Wi-Fi网络到VoLTE的过渡（切换），反之亦然。
Wi-Fi网络的范围很小，这已不是什么秘密。 为了在Wi-Fi网络丢失时不会中断我们的语音通话，移动设备会不断监控信号电平，如果信号电平低于阈值电平，则会执行到LTE网络的转换。 如果再次查看以前的方案，很明显，当切换到LTE网络时，很有可能会停留在用于Wi-Fi-Call的PGW上。 S6b接口对此提供了帮助，该接口使用AAA服务器通知从Wi-Fi网络进行注册的PGW的HSS地址。 通过此转换，PGW上的会话将使用在注册期间通过Wi-Fi网络分配的相同IP地址进行保存。 结果，我们获得了几乎无缝的切换VoWi-Fi-> VoLTE。 反向转换是根据相同的规则进行的。
与上一部分末尾的内容有关，VoWi-Fi的有用之处以及为何引入此技术的几句话：
- 现在，您可以在不使用第三方应用程序的情况下，通过Wi-Fi上网的任何地方使用手机号码拨打和接听语音电话；
- 通过Wi-Fi通话，您可以以家庭费用从全球的Wi-Fi网络拨打电话。
问与答
我预计会有很多问题，并尝试提前回答：
问： VoLTE / VoWi-Fi技术已经在哪些地区可用？
答：在本文发表时，莫斯科，雅罗斯拉夫尔，卡卢加州和巴什基里亚的订户可以使用该服务。
问：其他MTS地区的用户何时可以使用该服务？
答：我们正在为尽快实施该技术而竭尽全力。 在我们的区域站点上关注新闻。
问： Wi-Fi通话可以在飞行模式下工作吗？
答：是的，确实有这样的工作选项，但是为了不突然失去沟通，我们不建议您使用此模式。
问：哪些电话支持VoLTE和VoWi-Fi？
答：可以在http://www.mts.ru/connect/找到支持VoLTE / VoWi-Fi的设备列表。
问：如何确保VoLTE在iPhone上可以使用？
答： iPhone上没有指示手机处于VoLTE模式。 您可以通过转到“设置”->“关于此设备”并单击“操作员”行来查看设备的当前操作模式。 如果在IMS中注册，则将可见（该行将更改为IMS状态）。
问：在飞行模式下，SMS是否可以通过Wi-Fi通话工作？
答：是的，网络支持此选项。 此外，这完全取决于手机中支持的可用性。 如果我们谈论iPhone，我们正在竭尽所能，以便随着iOS 12.0版本（2018年9月）的发布，MTS用户可以使用IP上的SMS。
问：如何连接服务？
答：我们会将服务连接到其电话本身具有相应支持的订户，但是我们还为订户提供管理服务可用性的能力。 有关如何启用/禁用服务的信息，请参见http://www.mts.ru/connect/
问：哪些编解码器用于语音传输？
答：优先级编解码器是AMR-WB （HD-Voice），但是可以使用AMR-NB 。 编解码器的选择是在建立呼叫的过程中进行的，并且取决于多种原因。 我们的网络尚不支持EVS编解码器。
问： Apple手机是否支持ViLTE技术？
答：不可以。 并非所有智能手机都支持ViLTE，而不仅仅是iPhone。
有用的链接：
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/cn/post/oneshot/8127/lte-network-architecture-wi-fi-epdg/3gpp-based-lte-and-wi-fi-interworking-architecture-epdg-s2b
作者：MTS技术专家Oleg Ermakov，哈布雷（Habré）的绰号-eov