SRVCC – Single Radio Voice Call Continuity

Lorsque le réseau VoLTE sera déployé (2ème semestre 2015), l’opérateur devra garantir la continuité d’appel en réalisant

  • un HandOver entre le réseau 4G et le réseau 2G/3G (nommé IRAT Handover) tant pour l’appel téléphonique (passage de la voix du domaine PS vers le domaine CS) que pour les sessions Data
  • un Transfert de session au niveau du cœur réseau entre le MME et le MSC. L’appel est géré par le réseau IMS, et plus précisément pour les mobiles compatibles SRVCC  (Single Radio Voice Call Continuity), le point d’ancrage de l’appel est réalisé par un serveur d’application nommé SCC AS (Service Centralization and Continuity).

SRVCC_fig3

Nous allons dans un premier temps décrire les notions  Single Radio  et Voice Call Continuity (SCC AS). Le SCC AS est un serveur d’application IMS, cette solution se diffère donc du CSFB pour lequel l’IMS n’est pas mis en place.

SCC AS

Avec le déploiement de l’IMS, lorsque le mobile émet ou reçoit un appel, la requête SIP INVITE est transmise jusqu’au S-CSCF. L’exécution de la tâche qui est associée (renvoi de la requête vers un AS) dépend des règles de souscription de l’abonné et la tâche qui est réalisée est obtenue en appliquant l’événement (par exemple un appel) à la liste de règles définie à travers les paramètres du filtre iFC (initial Filter Criteria). Si le mobile n’est pas compatible au mécanisme SRVCC ou si ce dernier n’est pas déployé, l’appel sera transmis au Serveur d’application Téléphonie (TAS  : Téléphony Application Server). Dans cet article, le cas qui nous intéresse est le mécanisme SRVCC on suppose donc que la technologie est déployée et que le  mobile est compatible, dans ce cas, l’appel sera dirigé vers un serveur qui sera considéré comme le serveur d’ancrage dans le réseau IMS. Ce dernier se nomme SCC AS avec la particularité suivante :

  • Si l’UE est à l’origine de l’appel, l’appel sera transmis d’abord au SCC AS avant d’être traité par le TAS.
  • Si l’UE est à destination de l’appel, l’appel sera transmis au TAS qui le transfère au SCC AS.

SRVCC_fig1

ICS : IMS Centralized Service.

Single Radio ou Dual Transfer Mode

La solution CSFB que nous avons étudiée est un mécanisme transitoire permettant, au téléphone en mode 4G initiant un appel, de passer du réseau LTE (PS) au réseau 2G/3G (CS). Dans le cas ou le téléphone migre vers le réseau 3G, les sessions Data en commutation de paquets peut à la fois gérer les services datas et la voix (VoHSPA).

Dans le cas de la migration vers la 2G, les sessions Datas seront suspendues jusqu’à la fin de l’appel téléphonique en CS c’est à dire jusqu’à ce que l’UE revienne sur le réseau 4G, sauf si l’UE 2G supporte le Dual Transfer Mode (DTM) qui permet à la fois la voix et la Data.

SRVCC : Single Radio Voice Continuity Call

L’arrivée de la VoLTE est concomitante avec le déploiement du réseau 4G de l’opérateur, il est donc nécessaire de pouvoir basculer l’appel en VoLTE sur le réseau IMS vers le réseau traditionnel en cas de perte de couverture 4G, tout en garantissant la QoS.

C’est le rôle du mécanisme SRVCC que de basculer l’appel du mode PS 4G vers le mode CS 2G/3G. Cela impacte le MSC car ce dernier doit gérer l’appel de l’UE vers le point d’ancrage IMS.  Le MSC est renommé « MSC Server enhanced for SRVCC ». La méthode présentée est à la fois compatible pour la VoLTE et la VoHSPA.

NB : Il y a deux mécanismes SRVCC, le premier SRVCC vers le GERAN/UTRAN que nous abordons ici et proposé  par le 3GPP, le second permet de basculer vers le réseau CDMA et est proposé par le 3GPP2.

Les entités impactées par ce mécanisme (SRVCC – R10) sont :

  • UE
  • MSC
  • eNb
  • MME
  • P-CSCF
  • HSS

avec l’ajout de deux autres entités lors de la R10 :

  • ATCF : Point d’ancrage de la signalisation SIP
  • ATGW : Sous le contrôle de l’entité ATCF

SRVCC_fig2

Le MME dans cette procédure doit être en mesure :

  • Séparer le flux Data (PS) du flux Voix (géré par le mode CS après basculement)
  • Gérer le handover des bearers PS non voix avec la cellule cible
  • Initier la procédure de handover SRVCC (en s’appuyant sur le QCI=1)

Une nouvelle interface, nommée Sv, est créée entre le MSC et le MME. Cette interface permet au MME de :

  • demander au MSC de réserver des ressources radios au niveau de l’interface d’accès radio CS (BTS ou Noeud B). Le MSC est donc responsable de la réservation de ressource pour la continuité d’appel
  • donner l’adresse du SCC AS au MSC afin que ce dernier émette une demande d’appel de la part de l’UE.

Procédure

Au cours de l’attachement au réseau, le MME récupère le STN-SR (Session Transfer Number for SR-VCC) de la part du HSS. Il s’agit d’un numéro au format téléphonique répondant à la spécification E.164. C’est cette adresse que le MME transmet au MSC afin que ce dernier puisse émettre un appel et créer un acheminement entre l’UE et le point d’ancrage IMS.

En effet, l’objectif du SRVCC est de transférer l’appel PS vers le mode CS, or l’appel est géré par le réseau IMS, et plus précisément par un serveur d’application nommé SCC (Service Centralization and Continuity). Le MSC quant à lui a besoin d’un numéro d’appel ou de commutation pour réaliser la jonction avec le réseau IMS. Le STN-SR est envoyé du MME au MSC via l’interface Sv.

SRVCC

Le MSC initie une requête SIP vers l’IMS via le numéro STN-SR. Le SCC-AS reçoit la requête INVITE avec le STN-SR avec le message de demande de transfert d’une session active. C’est au SCC AS de gérer ce transfert de session.

Sur le call flow suivant, on retrouve les deux étapes du SRVCC

  • un HandOver
  • un Transfert de session

SRVCC_callflow

Dans un prochain article, nous détaillerons la procédure.

VoLTE – Principe de base

J’ai eu souvent l’occasion de le répéter, le réseau 4G est un réseau tout IP ne permettant pas les appels voix par commutation de circuit comme c’est le cas pour la 2G ou 3G. Dans le précédent article, j’ai présenté le mécanisme permettant de quitter le réseau 4G et se connecter sur le réseau 2G/3G afin d’établir (émettre ou recevoir) un appel voix. Il s’agit du CSFB.

La VoLTE ou Voix sur LTE désigne le principe de service voix sur le réseau à commutation de paquet IP mais acheminée via le réseau LTE/SAE jusqu’au PGW pour être pris en charge par le réseau IMS.

Deux cas d’études  se présentent à nous :

  • L’APN pour le réseau IMS est il le même que l’APN pour accéder à Internet, autrement dit, la session Internet et la session VoLTE passent elles par le même PGW
  • Deux APN différents, un PGW pour accéder à Internet et un PGW pour accéder à l’IMS.

Principe général

Je ne vais exposer ici que le principe général, l’un des points clés est la réservation de ressources entre le réseau LTE et la négociation au niveau de l’entité P-CSCF de l’IMS. Je conseille de suivre la formation Nexcom : De l’ingénierie radio au service voix pour avoir une formation détaillée sur la VoLTE, l’IMS le RCS, et les services.

Pour comprendre le principe du VoLTE, il est nécessaire d’avoir des notions sur :

  • Le réseau IMS et la signalisation téléphonique SIP
  • Le réseau coeur 4G  et réseau d’accès – SAE – LTE
  • La SIG 4G et la mise en place de bearer (défaut et dédié)
  • La négociation de codec (SDP) et la réservation de ressource (PCRF – SPR)

Phase 1 : Procédure d’attachement – Création du Default bearer 

Lors de la procédure d’attachement, le MME met en place un bearer par défaut entre l’UE et le PGW permettant l’accès au réseau IMS. Le bearer par défaut est défini avec une QoS définie par son QCI=5.

defaultbearer_ims

On suppose que le PGW permet d’accéder au réseau Internet et au réseau IMS.

La mise en place du bearer est réalisé via de la SIG 4G permettant la création d’un contexte S5 entre le SGW et le PGW, d’un context S1 entre le SGW et l’eNb et d’un context RAB entre l’UE et l’eNb.

Phase 2 : Signalisation Téléphonique – Enregistrement

Une fois le context crée, l’UE s’enregistre au niveau de l’IMS. Il envoie une requête SIP REGISTER au PGW qui le transfère au premier point de contact du réseau IMS (P-CSCF). Ce dernier redirige la requête vers l’I-CSCF et après avoir définie les capabilités du serveur d’enregistrement au niveau du HSS, l’I-CSCF récupère l’adresse du serveur S-CSCF. Suite à des échanges de SIG Téléphonique SIP (Register, ACK, …) l’UE s’enregistre au niveau du S-CSCF.

Phase 3 : Signalisation Téléphonique – Appel

En règle général, le context S1 et RAB sont relâchés, à moins que l’utilisateur passe immédiatement un appel téléphonique après avoir allumé son portable.

Dans le premier cas, il faut re-établir le context RAB et S1. Une fois le context EPS Bearer default construit, l’UE envoie des requêtes SIP (Invite, …) pour demander la mise en relation avec son correspondant.  La requête SIP INVITE permet de chercher à joindre le correspondant et négocier le type de codec pour l’appel (SDP).

Lorsque le réseau IMS a négocier le type de codec (autrement dit la Bande Passante à garantir), le réseau LTE doit mettre en place un bearer dédié sur lequel la voix sera routée.

Phase 4 : Création du bearer dédié

On parle de Bearer Dédié car le bearer se différencie du bearer par défaut uniquement par la QoS (QCI=1). En effet, les adresses IP/Sources sont les mêmes.

La création du bearer dédié est réalisée par de la SIG 4G (Message NAS ESM PDN Connectivity entre l’UE et le MME puis Création des bearer : Create Session Request, S1-AP Bearer Setup Request, RRC connection Reconfiguration Request)

Dedicated_bearer

Si au cours de l’appel l’UE souhaite transmettre un média (document, tchatter) ou activer la vidéo, le réseau 4G mettra en place un autre bearer dédié (selon la disponibilité, les priorités et la pré-emption).

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.

La 4G – La voix devient enfin une application compatible

Paradoxalement, alors que la 4G/LTE s’applique pour définir la téléphonie mobile de 4ième génération (ou les prémisses), il s’agit en fait d’un réseau Data (tout IP) non adapté à la Voix sur IP

Pub : Pour les lecteurs intéressés par la VOIP (sur le réseau fixe), je propose des formations sur l’évolution du PABX vers l’IPBX.

Revenons à la 4G, les premiers réseaux LTE commerciaux dissocient les usages, avec la 4G LTE servant uniquement pour les services data, les services voix étant gérés en 2G et 3G, ce qui n’est pas sans poser de problème puisqu’il n’est généralement pas possible de faire les deux en même temps, l’appareil mobile devant basculer vers l’un ou l’autre réseau en fonction de l’usage, voire passant en 2G/3G s’il doit être amené à gérer les deux services en même temps, même si de la 4G est disponible.

volte

Cependant, Ericsson vient d’équiper les opérateurs sud-coréens SK Telecom et LG U+, ainsi que l’opérateur mobile US régional MetroPCS,d’une solution VoLTE avec un coeur réseau IMS, c’est à dire de VoIp sur le réseau LTE. Actuellement 2 smartphones sont compatibles, il s’agit du Samsung S2 et LG Optimus VU.

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