Gestion de l’itinérance (Part 4) : VoLTE

Roaming LTE

VOLTE (prononce volti:) fait référence à plusieurs technologies pour délivrer des communications en temps réels par paquets IP. Le VOLTE permet de fournir des services existants comme la voix et les SMS sur le réseau LTE. Le standard IR.92 proposé par le GSMA s’appuie sur une partie de l’architecture IMS. L’IMS, pour résumer, est une plate-forme standardisée pour délivrer des services multimédias sur un support IP.

L’itinérance sur le réseau IMS (IMS Roaming) est spécifiée dans le document GSMA IR.65, faisant lui-même référence au document 3GPP 32 221. Nous allons utiliser ces documents pour écrire cet article.

Dans le cas du roaming LTE, on suppose l’interconnexion entre deux opérateurs assurées par un réseau de transport qualifié IPX.

La signalisation (par exemple TAU : Location Update du terminal par le protocole Diameter) et le roaming de données (Applications IP encapsulées dans un tunnel GTP) sont échangées entre l’opérateur A (Home – Opérateur nominal) vers l’opérateur B (Visited) via IPX.

IPX_2

Figure 1 : Roaming entre 2 réseaux LTE via un fournisseur de service IPX

Le fournisseur de service IP, nommé IPX est connecté aux réseaux des opérateurs LTE via une passerelle de bordure (BG). Dans la norme GSMA (IR.65), l’IPX se nomme InterService Provider.

Dans le cadre du VoLTE, la téléphonie est prise en charge par le réseau IMS (IP Multimédia Subsystem).  Pour un UE, dans son réseau nominal ou un réseau visité, il y a trois possibilité de se connecter à un serveur IMS comme le présente la figure 2

Volte_roaming_IP_domain

Figure 2 :Domaines d’adressages IP vers le réseau PS et IMS

Un UE souhaitant accéder au sous-système IMS nécessite une adresse IP. Une fois l’adresse octroyée, il est possible de connecter le P-GW/GGSN du réseau visité ou du réseau nominal au serveur IMS. Lorsque l’UE est sur un réseau visité, pour des raisons d’efficacité (lien direct notamment en roaming) il peut être préférable de connecter l’UE au réseau IMS du réseau visité comme le montre la figure 1 ou de passer par le réseau IMS du réseau nominal (Figure 2).

Il faut bien noter que l’accès au réseau visité IMS (l’accès au Proxy du réseau IMS, nommé P-CSCF) est directement connecté au PGW du réseau visité.

Volte_roaming1

Figure 3 : L’UE accède au réseau IMS du réseau visité via le PGW du réseau visité

Dans le cas ou l’IMS exploité est dans le réseau de l’opérateur nominal, l’UE a une connectivité IP sur le réseau visité mais toutes les fonctionnalités IMS sont fournies par l’opérateur nominal (Home Network).

Volte_roaming_IMS_Home_PGW_visite

Figure 4: L’UE accède au réseau IMS du réseau nominal via le PGW du réseau visité

La différence est la suivante, l’UE est virtuellement présent sur le réseau de l’opérateur nominal . Il faut bien noter que l’accès au réseau IMS du réseau home (l’accès au Proxy du réseau IMS, nommé P-CSCF) est directement connecté au PGW du réseau visité.

Enfin, dans le troisième cas de figure (figure 5), le réseau IMS utilisé est celui de l’opérateur nominal, comme c’était le cas précédemment sur la figure 4, mais en passant par le PGW du réseau nominal

Volte_roaming_IP_IMS_home_PGW_home

Figure 5 : L’UE accède au réseau IMS du réseau visité via le PGW du réseau visité

Pour bien comprendre la différence, il est nécessaire de décrire le réseau IMS, et les équipements de la couche de contrôle (CSCF).

Pour simplifier et finir cet article sur le roaming, nous allons illustrer le roaming LTE par la figure 6 ci-dessous qui montre les différents types de roaming qui est une autre représentation de la figure 2.

Volte_roaming

Figure 6 :Domaines d’adressages IP vers le réseau PS et IMS

Cette figure suppose un réseau Full IMS avec la gestion de la QoS via un opérateur tiers.

Or, le déploiement du VoLTE est une finalité en soi, en réalité à ce jour différentes techniques sont mises en œuvre pour contourner la VoIP sur le réseau LTE.

En effet, si l’objectif principal est de promouvoir l’utilisation du réseau de commutation de paquets (réseau IP) pour fournir des services multimédias (communication téléphoniques ou visiophonie) avec la même qualité de service que celle offerte par la commutation de circuit et sans coupure. La difficulté est donc double : le maintien de la QoE (Quality Of Experience), et l’interconnexion pour le service de la voix entre un réseau tout IP (LTE) et un réseau 2G ou 3G (commutation de circuit). Durant cette transition de la 4G, diverses alternatives sont proposées pour la transmission de la voix :

  • CSFB : Circuit Switch FallBack
  • SRVCC : Single Radio Voice Call Continuity  permet l’interconnexion entre le réseau à commutation de paquets (PS) et commutation de circuit (CS) sans incidence sur la QoE
  • VOLTE

Nous verrons également ces procédures dans une autre série d’articles publiés prochainement.

La mise en place de la technologie VOLTE

Selon les derniers chiffres sur le déploiement du LTE, à ce jour 81 pays et 213 opérateurs commercialise le LTE. Si le LTE est un réseau Data, ce dernier est accessible via des smartphones, lesquels représentent pour l’utilisateur est outil technologique pour passer des appels téléphoniques. Voila donc le paradoxe, à ce jour les appels téléphoniques doit se rabattre sur la technologie 3G ou 2G imposant par la même des sessions en parallèles sur la même techno. Le lecteur peut revenir sur l’article  en lien ici pour revoir la technique CSCF (Circuit Switch Fall Back).

VOLTE ou Voix sur LTE est une technologie permettant de réaliser des appels téléphoniques sur le réseau 4G, cette technologie s’appuie sur un coeur réseau en IMS, laquelle est une plateforme complète qui est nécessaire pour déployer les services de communications enrichies (RCS). De tels services sont déjà proposés en 3G, et l’intégration pour la 4G est la prochaine étape.

Ainsi, le VoLTE a pour objectif de fournir des services pour la voix avec une fiabilité au moins identique de celles proposées par les actuels réseaux cellulaires mais en exploitant un coeur réseau tout IP.

Les premiers services commerciaux proposés par VoLTE ont déjà démarré parmi les opérateurs proposant la qualité audio en HD (HD W-AMR), ce qui limite actuellement aux pays suivants

Voice over LTE

Orange ayant lancé récemment un service RCS (cf article du 12 avril), peut on espérer la mise en place de la technologie VoLTE l’an prochain? Selon les sources sur le net, il semblerait que le HD AMR nécessite la mise à jour de tous les MSC, quant au lien entre le VoLTE et le HD Voice W-AMR, je vous avouerai ne pas encore avoir fait le rapprochement. Ce sera l’occasion d’écrire un nouvel article.

 

 

 

 

 

La téléphonie sur IP via le LTE

VoLTE : Voice Over LTE

L’une des caractéristiques de la 4G est d’être un réseau mobile tout IP (IP de bout en bout) et paradoxalement, la 4G ne permet pas, à ce jour, d’acheminer des appels téléphoniques.

Bien sur, des appels téléphoniques sont possibles sur un mobile supportant la 4G, mais l’appel est effectué sur le réseau 2G ou 3G, ou plus précisément sur le coeur de réseau en commutation de circuit.

Un article précédent (datant du 3 octobre 2012) présentait le VoLTE, nous allons compléter le dossier aujourd’hui pour savoir si l’opérateur va mettre en place la VoIP mobile et si oui, à partir de quand?

Pour que la voix puisse passer sur le réseau LTE, ce dernier doit être géré par un protocole de Voix Sur IP, protocole déployé massivement sur la téléphonie résidentielle (particulier avec le modemBox comme FreeBox, LiveBox, SFRBox, …). Ce protocole s’appuye sur le SIP et garantit une priorisation des appels par rapports aux autres flux IP.

Au niveau de l’opérateur, la gestion des communications en VoIP est réalisé par un cœur réseau nommé IMS (Ip Multimedia System). Dans un précédent article, j’ai présenté les raisons de l’IMS.

Cependant,  le déploiement d’un réseau IMS est complexe et onéreux pour un opérateur. Afin d’avoir un ROI (retour sur Investissement) rapide, il est nécessaire d’avoir le mobile compatible, notamment pour gérer l’allocation de ressource à temps constant dans les deux sens (ordonnancement semi-persistant qui garanti un accès réseau/mobile avec une certaine qualité de service). Hormis le LG Connect, il n’y a pas de mobile à l’heure actuelle compatible. Par contre, il semblerait que l’IPAD 5 sera compatible lors de sa sortie. L’accès radio et l’EPC doit aussi supporter le VoLTE, lequel peut être upgradé logiciellement.

L’opérateur doit il investir dans le VoLTE ?

A priori, la solution actuelle CSFB suffit pour maintenir les appels téléphoniques en commutation voix. Les avantages de cette solutions sont nombreuses :

  • Cela garantit la même qualité d’expérience pour l’utilisateur puisque le service est rendu par les mêmes équipements que le GSM, et garantit un hand-over rapide sans coupure lors du passage de l’appel d’une cellule à une autre.
  • Ce Hand-over est actuellement supporté sur le réseau 2G et 3G pour les appels voix. Si la voix passe par la 4G, l’opérateur devra donc supporter le hand-over 4G vers un réseau 2G ou 3G sans perte de communication (l’acronyme SRVCC, Single Radio Voice Call Continuity, est utilisé). Or il s’avère que la latence pour ce handover est encore assez longue.

Il semblerait donc que la solution VoLTE ne soit pas économiquement viable, seule, d’autant plus que les terminaux compatible VoLTE ne sont pas encore nombreux.

Pourtant, certains opérateurs ont franchi le pas et propose le VoLTE. Pourquoi?

Si le VoLTE n’est pas une solution rentable pour les services de voix, cette solution est nécessaire pour proposer des services de voix enrichi. Ainsi, le RCS (cf article précédent) va apporter pour l’opérateur des services de plus-value qui permettront de « nouvelles expériences » pour l’utilisateur et des nouvelles sources de revenus pour l’opérateur (ARPU).

Le VoLTE est donc en cours de déploiement chez les opérateurs, et Orange devrait proposér en Juin de nouveaux services (Joyn). Dans la course à la 4G, on peut imaginer un tel service chez SFR.

RCS – Service de communication Enrichi

  RCS – Rich Communication Suite : Communication Interpersonnelle Enrichie

 Imaginé il y a quelques années déjà par le consortium mondial GSMA  (GSM Application), le RCS tend à apporter les services des réseaux sociaux et des messageries instantanées sur le mobile.

SFR avait proposé en 2010 une vidéo montrant les possibilités du RCS

  • :Un carnet d’adresse enrichi  permettant à chacun de définir sa présence (Dispo, Occupé), son statut (humeur), let partager des applications multimédia (photo, vidéo ou adresse web). Le partage est synchronisée sur tous les téléphones des personnes qui partagent le flux, permettant ainsi de regarder une vidéo à titre d’exemple ou une musique au même moment.
  • Le Rich Call permet de partager pendant l’appel, une vidéo ou une photo prise en direct ou déjà enregistrée dans le téléphone.
  • Le Rich Messaging permet de retrouver son environnement de la messagerie instantanée sous forme de chat, sans différence entre un SMS et un MMS avec des fonctionnalités d’envoi de fichier.
  • la possibilité d’ajouter n’importe quelle autre fonctionnalité comme la géolocalisation ou encore le guidage GPS etc…

La vidéo de SFR présente l’application « Mon répertoire live’

La video suivante présente le service Joyn, qui sera bientot proposée chez Orange.

Joyn est un standard de communication mobile, composé de trois services, qui permettent de :

  • chatter à 2 ou à plusieurs,
  • transférer n’importe quel type de fichier tout en poursuivant votre conversation,
  • partager des contenus multimédias (photos, vidéos) pendant un appel.

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Sud Radio – A l’antenne le 4 avril

Je remercie Cyril Briolet, animateur de Sud Radio, de m’avoir demandé d’intervenir quelques minutes dans son émission pour parler de la 4G (http://www.sudradio.fr/190/sud-radio-c-est-vous/) dans l’émission du 4 avril.

Merci aussi et surtout à tous ceux qui suivent mon blog.

Aujourd’hui, j’étais sur Paris en qualité de formateur 4G auprès de l’entreprise IT-LOGIQ. Je réalise des formations auprès de salariés (DIF, …), sur les réseaux cellulaires, l’IMS et la VoIP.

A bientôt

Evolution du réseau pour préparer l’IMS (Partie 4)

Cet article est la suite de 3 précédents articles. Se référer respectivement aux articles suivant avant la lecture de ce dernier :

D’après le dernier article, on s’aperçoit donc la possibilité d’interconnecter le réseau fixe et le réseau mobile via un STP Passerelle.  On verra néanmoins l’évolution du réseau mobile dans un autre article.

 

NGN_mobile_Protoc.jpg

 

Si le MGC doit contrôler un MGW qui dépend d’un autre MGC, dans ce cas, les deux MGC échangent eux aussi de la signalisation, qui est soit le SIP-T (SIP for Telephone) soit le BICC (Bearer Independant Call Control), le premier est proposé par l’IETF (Internet Ingineering Task Force), le second est proposé par l’ITU-T (International Telecommunication Network), c’est-à-dire pour simplifier le SIP-T est proposé par le monde des réseaux et le BICC est proposé par le monde de la téléphonie.

 

NGN_mobile_Protoc1.jpg

NGN 2ème partie – Première évolution du réseau pour préparer l’IMS

Evolution graduelle du réseau téléphonique : Les services RTC réalisés par le NGN

Dans le réseau téléphonique classique (RTC), les commutateurs assurent :

  • La commutation de la voix (Média) nommé SSP (Service Switching Point)
  • Le contrôle de l’appel (Etablissement/Maintien/Libération) nommé STP (Signal Transfert Point)

Le fonctionnement du réseau s’appuie sur le protocole SS7, nommé réseau sémaphore, lequel apporte la souplesse pour la gestion des services à valeur ajoutés comme les numéros  0800. Le réseau intelligent (RI) est apporté par des entités nommées SCP (Service Control Point).

Dans le réseau NGN, la commutation de la voix autrement dit le SSP est remplacé par le réseau de transport ATM (commutateur) ou le réseau de transport IP (routeur). Evidemment, au cours de la migration, le réseau NGN et RTC coexiste. Le passage du transport du média d’un réseau à un autre est réalisé par le MGW. Son rôle est de convertir la parole d’un format à un autre (paquet numérique à un paquet IP).

Le contrôle de l’appel réalisé par le STP dans le réseau numérique SS7 est pris en charge par le MGC  (Media Gateway Controler, aussi nommé SoftSwitch) dans le réseau NGN.

Quant aux services à valeurs ajoutés définis par le SCP dans le réseau SS7, il est pris en charge par un serveur d’application SIP dans le NGN et par un serveur de média (MRF – Multimedia Ressource Function).

Le réseau SS7 est un réseau de signalisation définit via 4 couches protocolaires. Le niveau 4 concerne les services de signalisation :

  • ISUP : ISDN User Part permet l’établissement et la fin de session d’un appel avec des services complémentaires comme l’identification de l’appelant, renvoi d’appel sur occupation. ..
  • TCAP : Transaction Capability Application Part permet par exemple la traduction d’un numéro en 0800 vers un numéro fixe ou mobile (numéro physique correspondant)
  • INAP : Intelligence Network Application Part, permet les services à valeurs ajoutés comme les services prépayés
  • MAP : Mobility Application Part offre les services de mobilités.

 

 

IMS – Ip Multimedia System en quelques mots

IMS ou IP Multimedia System est une architecture réseau destinée à délivrer les services basés sur le protocole IP aux utilisateurs mobiles. Le concept d’IMS est de permettre la mutualisation de plusieurs média, plusieurs points d’accès et plusieurs mode de communication dans un seul réseau, permettant ainsi à l’utilisateur final de profiter simultanément de la voix, de la data et des sessions multimédias.

La technologie IP est une technologie dite de Best Effort, c’est à dire faisant du mieux pour transporter la data vers les utilisateurs finaux. Il n’y a donc aucune garantie de réservation de bande passante,  de délai de connexion ce qui contraint fortement les applications de contenues multimédias comme la conversation, la visio, la vidéo, .. (au niveau de la couche IP, mais il est possible de mettre en place des protocoles de réservations de ressources comme le protocole RSVP, IntServ, DiffServ, …)

IMS est une architecture indépendante de l’accès physique, et par conséquent le service est délivré quelque soit le terminal (téléphone mobile, PC via ADSL ou FO, …) ce qui permet une convergence des accès. De plus, les services sont accessibles à l’utilisateur même en cas de mobilté, de roaming, .

L’IMS est développé autour du SIP, Session Initial Protocol. Le SIP est le protocole de signalisation, c’est lui qui gère les connexions et les types de communications (services) : C’est le mécanisme de signalisation qui contrôle tout le trafic, permettant aux différentes entités du réseau de communiquer entre-elles, d’établir et de négocier des sessions multimédias (contextes).

L’IMS est donc le réseau incontournable qui permettra à la 4G (LTE) de bénéficier de toutes ses fonctionnalités, notamment de la voix. L’IMS s’appuyant sur le protocole SIP est une des raisons qui explique l’arrêt du H.323 pour la gestion de la connexion des appels en mode paquet, protocole encore fortement utilisé par l’opérateur historique : France Télécom.

Nous présenterons dans un autre article l’architecture de l’IMS, ce qui nous permettra d’aller un peu plus loin dans la technique.

Une petite vidéo en anglais présentant l’avantage de l’IMS (permettant un gain de productivité et d’économie…)

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Apple recrute des ingénieurs

Depuis quelques jours, différentes sources mettent en avant la politique de recrutement d’Apple qui est à la recherche d’ingénieurs en logiciels de téléphonie pour travailler sur les nouveaux produits iOS.

Apple qui pourtant favorise souvent ses propres solutions (cf NFC) devrait néanmoins suivre les options et choix des opérateurs de téléphonie mobile en adoptant la spécification de la voix sur LTE (VoLTE).

Dans son annonce Apple recherche des ingénieurs avec «expérience en SIP, protocole de transport (RTP) en temps réel , et les protocoles VoIP connexes», ainsi que « la familiarité avec les architectures de réseaux de télécommunications: GSM / UMTS, CDMA, VoIP, IMS.  »

Évidemment, ce service voix devra fonctionner sur tous leurs produits et non seulement les produits GSM…(cf. les applications de partage d’image).

Décodons un peu cette offre d’emploi (pour les plus motivés, je fais des formations dans cette thématique) :

Nous savons qu’actuellement la 4G est un réseau tout IP ne permettant pas à l’heure actuel le passage de la voix. Il existe plusieurs technologies qui permettront l’utilisation de la voix via un smartphone 4G :

  • VOLTE : Voice Over LTE
  • VOLGA : Voice over LTE via Generic ACCES
  • CSFB :Circuit Switch FallBack

 

VOLTE

La solution vers laquelle le réseau devrait migrer s’appuyerait sur le VolTE. Cette solution utilise le réseau IMS, plateforme universelle pour les applications multimédias. IMS est une (la) solution pour gérer les sessions IP d’applications multimédias en se basant sur le protocole SIP. L’MS peut coeexister avec la solution CSFB si une zone géographique n’est pas couverte par le LTE.

 

IMS_volte.jpg

VOLGA

Solution de migration alternative qui consiste à ajouter des passerelles dans le coeur de réseau pour transférer les appels et SMS du réseau 4G vers le réseau 2G/3G. La passerelle est donc située pour permettre la communication entre l’EPC  et les MSC. Cette Gateway se nomme VoLGA Access Network Controller (VANC) et agirait comme une BSC qui transite des paquets IP.

 

VANC_volga2.jpg

 

Pour entrer un peu plus en détail, le VANC est connecté au PDN-GateWay du réseau 4G. Cette passerelle fonctionne pour la Data et pour la signalisation (couche contrôle et transport)

 

VANC_Volga.jpg

CSFB

CSFB est la solution de voix normalisée par la spécification 3GPP 23.272. C’est une étape intermédiaire vers l’architecture IMS. Le CSFB utilisera le réseau 2G/3G pour toutes applications voix et SMS et le réseau 4G pour la Data. Le mobile doit donc changer de réseau (RAT) suivant l’application et le coût de gestion de l’infrastructure de l’opérateur est plus important par cette solution.

CSFB.jpg

 

 

 

Com4innov, un catalyseur pour les applications 4G

Pour aider les PME à mettre en place des services 4G, l’association Plateforme Télécom a mis sur pied un partenariat entre acteurs publics (université, centre de recherche) et privé (Opérateur pour les licences 4G, équipementiers). Cette initiative, nommée Com4Innov permet aux PME d’accéder au coeur réseau 4G (IMS) afin de favoriser des initiatives de création de projet.

Denis Rousset, président de l’Association Plate-Forme Télécom s’exprime sur ce projet :  » Com4Innov permet l’accès à des technologies et services du futur jusqu’alors réservés aux grands groupes. Avec cet environnement grandeur nature, nous lançons un catalyseur de l’innovation pour les entreprises qui pourront tester ou valider efficacement leurs produits et services en avance de phase  et ainsi gagner en compétitivité « .

Principalement dédié aux applications Machine To Machine (M2M), autrement dit à la supervision, maintenance et automatisation de processus industriel par l’échange d’information via le réseau LTE, cette initiative se qualifie de catalyseur pour tester les applications qui pourront être mises en place lors de l’ouverture du réseau commercial 4G (2013).

En règle général, les applications M2M nécessitent peu de débit, et de nombreuses applications fonctionnent d’ores et déjà avec le réseau 2G (GPRS). Cependant, avec la 4G de nouvelles applications pourraient voir le jour, notamment de la vidéo-surveillance. Quand je parle de vidéo-surveillance, j’entends des applications de surveillance/maintenace. A titre d’exemple, pourquoi pas une caméra embarquée dans un train de marchandise (petite vitesse de locomotion) pour visualiser l’état de la ligne. A grande vitesse, un tel système couplé avec des mesures radar interférométriques permettraient de reconstruire la ligne en 3D et de superposer plusieurs captures afin d’améliorer la résolution de l’image (grâce à la géo-localisation)… Bref, j’ai plein d’idées, contactez moi 🙂

La plate-forme Com4innov s’appuie sur des plates-formes IMS ( IP Multimedia Subsystem ), des passerelles, des  terminaux mobiles, des capteurs sans fil, du cloud et des objets communicants en M2M. Dommage qu’une telle initiative ne soit pas mise en place dans la région Poitou-Charentes… Et pourtant, des laboratoires de recherches sont présents, des associations existent, un équipementier est implanté…

Le projet Com4Innov est quant à lui soutenu par les membres fondateurs de l’association ( 3Roam, Ericsson, iQSim, Newsteo, OneAccess, Orange et ST-Ericsson ), des acteurs de la recherche ( EURECOM et Inra ), le Pôle SCS et les associations MobiSmart et Telecom Valley.

Grâce à ces acteurs et notamment aux opérateurs, les premières liaisons en 4G / LTE se feront dans la bande 2,6 GHz via des antennes sur le site de Sophia Antipolis cet été et aura une extension vers la Technopôle de Marseille  avant la fin de l’année. Nous avions évoqué dans un précédent article l’installation de 150 antennes relais d’Orange à Marseille et peu de temps après SFR nous dévoile que lui aussi prévoit l’installation d’antennes à Marseille.

Dans le même temps, Monaco Télécom pourra exploiter la plate-forme pour tester des services LTE sur le territoire monégasque.