Gratuité de l’itinérance (Part 1): Bouygues dégaine en premier

Architecture du Roaming LTE

En début d’année, les opérateurs (Free, suivi de Bouygues puis Orange) avaient annoncé la gratuité du Roaming (itinérance) sur l’ensemble de l’Europe ou dans certains pays (Italie, Portugal pour Free), et/ou réservé à quelques abonnements. Ainsi, par exemple Bouygues avait annoncé le 22 janvier l’itinérance gratuite en Europe sur ses forfaits Sensation à partir du 24 février.

Nous allons montrer dans cet article comment la gratuité peut être effective sur le réseau 4G. Mais, comme l’objectif de toute entreprise, c’est de gagner de l’argent, nous aborderons donc dans cet article la partie facturation (billing) et le chargement d’information de tarification sur le type de service (charging).

Dans un premier temps, il faut revenir sur le concept de routage pour la LTE, le fonctionnement du LTE se diffère à ce niveau par rapport à la téléphonie 2G/3G. En effet, il existe deux méthodes de routage, le Home Routing et le Local breakout. A chaque méthode est associée des processus de tarification qui différent par conséquent par rapport à la 2G et 3G).

Nous allons donc naturellement commencer cet article par l’architecture de Roaming du LTE

I-1) Roaming LTE

Un réseau mobile déployé par un opérateur dans un pays se nomme PLMN (Public Land Mobile Network). Chaque utilisateur ayant souscrit à un opérateur utilise de préférence le réseau de cet opérateur, on parle de H-PLMN (Home PLMN). L’itinérance (roaming) permet à cet utilisateur de se déplacer en dehors du réseau de son opérateur et d’utiliser les ressources d’un autre opérateur (concurrent ou complémentaire). Cet opérateur est appelé V-PLMN (Visited PLMN).

Un utilisateur en itinérance est connecté à l’interface E-UTRAN, au MME et au S-GW du réseau LTE visité. Cependant le LTE/SAE permet de router les paquets vers un P-GW lequel appartient soit au réseau de l’opérateur visité (V-PLMN) soit à celui de son propre opérateur (H-PLMN), comme le montre la figure ci-dessous.

roaming

L’avantage du Home Routing est la capacité d’accéder aux services souscrits chez son opérateur (H-PLMN) même si le client (abonné) est sur un réseau visité. Le P-GW dans le réseau visité permet à l’abonné un accès local (Local Breakout) au réseau Internet via le réseau de l’opérateur visité.

L’interface entre le S-GW (Serving Gateway) et la passerelle P-GW permettant d’accéder au réseau de données (PDN : Packet Data Networks) est nommée S5 dans le cas du Local Breakout ou S8 pour le Home Routing.

I-2) LTE roaming Charging

La complexité des nouveaux modèles de taxations pour supporter l’itinérance en 4G sont plus nombreux que pour la 3G

  • Les cartes Pré-payées. Le standard CAMEL, qui permet l’accès par pré-payement aux services 3G n’est pas compatible avec la 4G. Ains, les accès au réseau PDN par des utilsateurs de cartes pré-payées doivent être obligatoirement routées vers le H-PLMN et ne peuvent donc pas être routés via le V-PLMN. Les opérateurs doivent donc mettre en place un flux de taxation spécialement dédié au clients de carte prépayé afin que ces derniers puissent accéder au PDN via leur P-GW
  • Les forfaits : La facturation s’appuie sur les mêmes tickets que le 3G.

Dans le cas de Local breakout, les opérateurs n’ont pas la même visibilité sur les activités des abonnés puisque la connexion de l’abonnée est gérée par le V-PLMN. Cependant, afin que l’opérateur Home puisse avoir des informations en temps réels (nécessaire entre autre pour les forfaits bloqués), il doit établir une interface DIAMETER entre son système de facturation et le P-GW du réseau visité.

Dans le cas d’un Local Breakout sur des services IMS, le réseau visité crée un CDR (Call Detail Records ) en provenance du S-GWS-Gateway(s). Cependant le CDR ne contient pas toutes les informations requises pour créer un TAP selon la version 3.12 pour le service utilisé (évènement ou session). En conséquence de quoi, les opérateurs doivent corréler les CDRs émis par leur proper réseau avec le CDR crée par l’IMS pour constituer un enregistrement TAP.

I-3) TAP 3.12

TAP : Transferred Account Procedure est le mécanisme permettant aux opérateurs d’échanger des informations de facturations des clients en roaming. TAP 3.12 correspond à la version 12 et la release 3, laquelle décrit la syntaxe des fichiers TAP transmis entre les opérateurs depuis le 1er mai 2013.

tap

Le TAP est transmis au HPLMN au plus tard 36 heures après la fin de la session.

Extrait du module de Formation LTE 4G – part 4

Voici le dernier article extrait du module de formation réalisé pour détailler la couche physique du LTE et principalement la formule de Shannon et le calcul de puissance.

Capacité : Formule de Shannon

Nous allons maintenant déduire de cette étude sur la couche physique, l’impact au niveau du calcul de Shannon appliqué au LTE.

C = FB log2(1 + SNR)

 C, la capacité est proportionnelle à la bande B, et dépend du rapport Signal à Bruit SNR de la communication. Le facteur F est un facteur de pondération qui prend en compte la durée du temps de garde mais aussi, du nombre de symboles de contrôle par RB.

Avec Nsc=12, le nombre de sous porteuses et Ns, le nombre de symboles OFDM par sous trame (une sous trame à une durée de 1ms). Or, nous savons qu’il y a 6 ou 7 symboles par slot, un slot étant une demi sous trame. Donc Ns=12 ou 14 (axe vertical).

Mais, dans un Ressource Block, il y a donc Nsc*Ns/2 symboles dont 4 symboles (RE) réservés au CRS  (Cell Reference Signal). Donc le nombre de symboles utiles pour la transmission sont proportionnelles à la formule de Shannon à un facteur (Nsc.Ns/2-4)/Nsc.Ns/2

Pour plus d’information, lisez l’article suivant

http://mirror.transact.net.au/pub/sourceforge/n/project/ns/ns3-lte/HARQ/Documents/State%20of%20the%20Art/Articles/phylayer_simu.pdf

Bouygues souhaite récupérer les abonnées des autres opérateurs

Il y a quelques mois, nous avions assisté à une plainte des Australiens contre Apple pour publicité mensongère : Les iphones dit 4G (iphone5) n’étaient pas compatible en Australie, se référer à l’article suivant : http://blogs.univ-poitiers.fr/f-launay/tag/apple/

Toutes personnes qui possèdent un iphone 5 ne peut donc pas se connecter sur le réseau 4G en France puisque les fréquences ne sont pas compatibles. Mais, à partir du 1er octobre, Bouygues ouvre son réseau sur la bande de 1800 MHz (Refarming).

D’ailleurs, le PDG de Bouygues Telecom, Olivier Roussat, fait un appel du pied à tous les possesseurs d’Iphone5 via  Twitter en publiant le messagesuivant  « Bienvenue à tous les detenteurs d’Iphone5. ».Je vais twitter à M Roussat mes cours sur la 4G et lui proposer mon catalogue de formation 🙂

Orange et SFR vont ils lancer rapidement leur réseau sur la bande de 1800 MHz? Ils devront le faire quoiqu’il en soit, car pour préparer le LTE-A, il est nécessaire d’avoir plus de bande de fréquence que celles autorisées sur le 2600 MHz et 800 MHz.

Quant à Free, la course à la 4G n’est que le début car le LTE-A qui promet en débit de 1Gbps nécessite 100 MHz de bande, soit 5 fois plus de bande que celle actuellement acquise par l’opérateur.

 

 

 

RSRP et RSRQ 1ère partie : Mesure de la qualité du signal radio et de la puissance reçue réalisée au niveau de la couche Physique.

Le mobile (User Equipment ou UE) et la station de base (eNB) effectuent périodiquement des mesures radios pour connaître la qualité du lien radio (canal de propagation). Toutes les caractéristiques sont indiquées dans le document 3GPP TS 36.214, et nous tentons ici d’extraire des informations sur l’utilité des mesures et les conditions de mesures.

La station de base émet des signaux de références (RS – Reference Signal) permettant d’estimer la qualité du lien du canal radio. Un signal de référence (RS) est un signal émis par l’émetteur et connu par le récepteur, ce signal ne transmet aucune information. Cependant, le récepteur compare la séquence reçue à la séquence émise (donc en clair la séquence que le récepteur aurait dû recevoir dans l’idéal) et à partir de la différence entre les deux, le récepteur estime la déformation apportée par le canal de transmission (multi-trajets, effets de masque, atténuation, interférences, …).

Cette séquence connue est émise sur toute la cellule, il s’agit d’un signal broadcasté spécifique par cellule.  Par conséquent il doit être émis avec une puissance suffisante pour couvrir la cellule et avoir des propriétés particulières (puissance constante par exemple, autocorrélation nulle, faible intercorrélation) pour différencier le signal reçu d’une cellule à une autre. Dans le cadre du LTE, les séquences utilisées sont des séquences de Zadoff-Chu transmise sur une modulation QPSK. Le motif est identique à chaque sous trame, à un décalage en fréquence près entre les cellules de manière à limiter l’interférence et améliorer ainsi la réception du RS. La puissance du CRS peut aussi être augmenté en cas de fort trafic (et donc d’interférence) par rapport à la puissance des données via le Power Boosting pour la voie descendante.

L’UE quant à lui envoie un signal de référence de sonde, nommé SRS permettant à l’eNB de déterminer la qualité du canal montant et de maintenir la synchronisation

Les mesures effectuées (signaux de références aussi appelés pilotes– CRS – Cell Reference signal indiquant que le signal de référence est spécifique à la cellule) sont relayées aux couches supérieures afin de planifier des Handovers (Intra-inter cellules et inter RAT c’est-à-dire d’autres technologies comme la 3G, le Wi-FI, …).

L’UE se sert des mesures des signaux de références afin d’estimer (indicateur) le niveau du signal reçu (RSRP) permettant ainsi, en mode de veille, de sélectionner la meilleure cellule. La mesure impacte donc la gestion de la mobilité de l’UE (RRM : Radio Ressource Management)

Pour être plus pragmatique, je vous propose de d’expliciter l’image suivante en définissant les informations lues sur le mobile suivant :

Dans un prochain article, je vous expliquerai les notions RSRP, RSRQ et RSSI

 

Logiciel de Simulation LTE-SIM

Panorama des logiciels

Dans le cadre de mes travaux de recherche, je souhaite m’appuyer sur des simulateurs permettant de prendre en compte à la fois la couche physique, mais aussi les couches supérieures (notamment la cross-layer MAC-RLC) et la couche applicative (QoS en fonction des services).

Il existe différents logiciels, certains payants (4G-Lab), d’autres non commerciaux (GPL). Un travail réalisé par des étudiants en Master 2 -M2 – IMMT parcours TMR à l’Université de Poitiers (SFA) ont travaillé sur le logiciel LTE-SIM (Politecnico) pour définir :

Au final, mes thématiques de recherche concernant la couche ordonnancement et gestion de puissance nécessite une modification de codes sources du programme. De plus, des limitations en terme d’interconnexion avec d’autres programmes sous Matlab me contraind d’abandonner ce logiciel.

Mais, nous souhaitions diffuser le travail réalisé, et je remercie les étudiants qui ont mené cette étude. Il est à noter que le logiciel est dorénavant en version 5 mais l’étude reste d’actualité.

Une formation est proposée pour comprendre le fonctionnement de ce logiciel vis-à-vis de la norme. Si vous êtes intéressés, contactez moi.

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.

Du LTE vers le LTE-B

Du LTE au LTE-B

Les offres commerciales sur la 4G vous permettent de bénéficier d’un débit crête de 100 Mbps, mais à terme c’est 1Gbps puis 3Gbps qui est visé.

Les opérateurs mettent en place les équipements actifs pour la 4G, à savoir :

  • Des antennes avec un contrôleur imbriqué, il s’agit des eNb. Celles-ci sont raccordées au réseau de l’opérateur via la fibre optique, ce qui permettra de faire passer au moins du 100 Mbps et dans quelques années pouvoir faire passer plusieurs Gbps de données. (jusqu’à 40 Gbps).  La liaison est réalisée en Gigabit Ethernet, il faut se rappeler que la 4G est un réseau tout IP (de bout en bout).
  • Le coeur réseau est composé de deux parties séparées :
    • Signalisation
      • Gère la mobilité des abonnées, le rattachement des abonnés sur le réseau. Il s’agit du MME
      • Une base de données permettant entre autre d’authentifier l’abonné, de consulter l’abonnement des abonnés, de chiffrer les communications. Il s’agit du HSS
      • Une politique de tarification, qui permet de gérer l’accès au réseau de données (PDN) en fonction du forfait de l’abonnée. Il s’agit du PCRF.
    • Transport :
      • Un équivalent de la borne d’accès WiFI pour les mobiles. Il s’agit d’un point d’ancrage nommé S-GW, lequel est le point de contact d’un mobile (UE) sur le réseau de l’opérateur et à travers lequel tous les paquets de données seront transmis.
      • Une passerelle nommée P-GW pour passer sur un réseau de données (PDN) non mobile ou d’un réseau mobile d’un autre opérateur. Pour le PDN, il oeut s’agir d’un réseau WAP, MMS, IP, IMS.

Cette infrastructure concerant le coeur réseau se veut pérenne pour les 10 années à venir. Il faudra éventuellement re-dimensionner certains S-GW pour s’adapter à l’augmentation de trafic, mais la création de pool et de lien MME-SGW permet àl’opérateur de pouvoir s’adapter au nombre de sessions simultanées et équilibrer la charge totale de tous les utilisateurs à un instant donnée. Le MME devra aussi être mise à jour logiciellement, mais pas de nouvel équipement à acheter pour le coeur réseau.

 

Les évolutions ne porteront donc que sur les eNb. Ceux-ci devront s’adapter aux améliorations propsosées par les normes (Release 10 à Release 12) pour permettre une augmentation du débit. L’antenne communique avec  votre mobile, chaque nouvelle norme imposera une amélioration de votre mobile. Les abonnées devront donc choisir le dernier portable pour atteindre les performances désirées.

 

Les performances et comment y parvenir

Le débit est proportionnel à la bande de signal utilisé pour une communication. Plus la bande est importante, plus le débit sera élevé. Aujourd’hui le LTE (4G) exploite une bande de 20 MHz. Via des techniques de modulation (64 QAM), le débit pourra atteindre 100 Mbps.

En 3G, SFR communique sur le DC-HSPA (Dual Cell), permettant d’améliorer le débit par 2 en utilisant 2 porteuses. Pour le LTE-Advanced (nommé LTE-A), se principe sera repris jusqu’à 5 porteuses (Agrégation de porteuses). La bande sera donc de 100 MHz. Pour atteindre un débit de 1 Gbps, la communication se fera sur plusieurs antennes en même temps. Il s’agit du MIMO. La norme prévoit jusqu’à 8 mini-antennes en émission et réception.

Un prochain article décrira plus en détail la partie radio, et illustrera cela par des figures.

De nouvelles améliorations sont proposées pour le LTE-B, mais nous y reviendrons aussi dans un prochain article.

 

 

 

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

Formation 4G – LTE

Je vous propose des formations sur la 4G.  Un premier module Nommé CallFlow permet de comprendre l’évolution de la téléphonie mobile de la 2G à la 4G en s’appuyant sur des call flows c’est à dire des illustrations d’appels entre les équipements.

Ayant déclaré mon activité, cette formation CallFlow est éligible au DIF et ce cours peut être financé par l’OPCA de votre entreprise. Contactez moi pour tout renseignement ou pour mettre en place le fincancement du projet.

Programme de Formation – CallFlow

Formation : Evolution des réseaux mobiles – De la 2G à la 4G

Cette formation sur 2 jours est une sensibilisation de l’évolution des réseaux de téléphonie mobiles basée sur les call flows.

Cette formation s’adresse aux ingénieurs réseaux, et assureurs TELCO qui souhaitent connaitre les
équipements impliqués lors d’un appel téléphonique ou d’une session DATA.

 

Participants 

Cadres, Manager, statisticiens qui souhaiteraient avoir un panorama des réseaux mobiles et une vision à long terme des applications qui exploiteront les réseaux mobiles afin de facturer les services utilisés.

Pré-Requis 

Aucun pré-requis, ce cours est destiné à expliquer les équipements liés à la tarification de
l’utilisation du réseau. Nous reviendrons sur les réseaux Pré-payés et Post-payés avant d’aborder la tarification en ligne (OCS) et Hors Ligne (OFCS)


Programme

Le contenu de la formation s’articule autour des 4 axes suivants

  1. Business  mobiles. La tendance
  2. Les réseaux 2G
    1. Equipement du GSM au GPRS (via Camel)
    1. La téléphonie et la facturation
      1.  Les Call Flow lors d’un appel intra-inter opérateurs
      2. Les Call Flow lors d’un appel en roaming
    1. La DATA et la facturation
      1. Création de PDP Context
      2. Les Call Flows lors d’un accès à Internet
  3. Evolution des réseaux 3G
    1. La QoS
    2. Evolution du réseau 3G
      1. Evolution de l’interface radio (3G, 3G+, H+)
      2. Evolution de l’interface réseau (NGN, IMS)
      3. Les équipements associés à la facturation et leurs évolutions
    3.  Evolution de l’interface réseau (NGN, IMS)
  4. Le réseau 4G
    1. Tarification et QoS
    2. PC