Archives mensuelles : juin 2015

SRVCC – Single Radio Voice Call Continuity – Suite

Posté le by - 5 938 vues
2

Nous allons maintenant étudier le mécanisme SRVCC et ses évolutions eSRVCC et rSRVCC en illustrant le concept par une approche pratique.

On suppose que l’UE1 souhaite contacter l’UE2. L’UE1 est sur un réseau 4G, vis à vis du réseau IMS, qui est le réseau home, l’UE1 est dans un réseau visité.

L’UE1 souhaite appeler l’UE2. L’UE1 est compatible avec le mécanisme SRVCC et l’appel est évidemment contrôlé par le réseau IMS. Ainsi, après un échange de signalisation SIP, après avoir construit les bearers, l’appel s’effectue. L’UE1 se déplace dans le réseau visité et s’éloigne du eNB, la puissance reçue s’affaiblit.

  1. L’eNb décide alors de mettre en oeuvre le mécanisme SRVCC en envoyant une requête au MME
  2. A partir de cette requete, le MME transmet la demande au MSC afin que ce dernier alloue les ressources au niveau du domaine CS autrement dit avec le RNC puis le Nb.
  3. Le MSC demande la création d’une connexion avec le SCC AS dans l’objectif de transférer la voix (paquet IP) du réseau LTE vers le réseau 3G donc pour transférer la session du PGW vers le MSC.

SRVCC

A ce stade, pour le mécanisme SRVCC définit dans la R8, la procédure est la suivante :

  • Le SCC demande à l’UE2 de changer la destination de ses messages SIP de l’UE1 vers le MSC.

En parallèle,

  • Le MSC informe le MME de la réservation de ressource dans le domaine CS.

A partir de ce moment, le MME peut demander à l’UE1 de basculer vers le réseau 3G (Handover). Après le Handover, la signalisation SIP est transmise du SCC vers le MSC, le SCC est le point d’ancrage pour la signalisation, et le média pour la voix est envoyé de l’UE2 vers le MSC. L’UE2 est donc le point d’ancrage pour le média.

Or, la modification de l’adresse IP de destination (UE1 vers MSC) pour le média de la voix provoque de nombreuses pertes de paquets et une latence puisque toutes les entités du réseau IMS de l’UE2 et l’UE2 doivent modifier leur chemin de requêtes SIP

En simplifiant la figure avec les entités concernés, le chemin de signalisation et d’appel est représenté par la figure ci-dessous.

SRVCC_fig4

eSRVCC

Le principal défaut  du SRVCC est le suivant : Lorsqu’un HandOver affecte l’UE1 dans son réseau visité (ou en roaming), cela impacte les messages SIP et RTP de l’UE2. Le mécanisme eSRVCC consiste à rajouter des points d’ancrage au niveau du réseau visité de l’UE1 afin que tout handover de l’UE1 soit transparent pour l’UE2.

Ainsi, au niveau du eSRVCC, 2 nouvelles entités ont été rajoutées pour avoir un point d’ancrage dans le réseau visité à savoir :

  • ATCF : Point d’ancrage pour la signalisation
  • ATGW : Point d’ancrage pour le média

SRVCC_fig5

 

 

 

 

 

 

SRVCC – Single Radio Voice Call Continuity

Posté le by - 15 774 vues
6

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

Posté le by - 10 090 vues
Répondre

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 Systems : 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).

CSFB : Circuit Switch FallBack (2)

Posté le by - 4 995 vues
Répondre

Dans le précédent article, CSFB : Circuit Switch FallBack (1), je vous ai présenté le mécanisme de CSFB avec comme exemple un MTC.

De manière général, le call flow est le suivant :

CSFB_callflow_complet

Le point critique du CSFB est la durée du processus, et principalement le temps mis par l’UE pour quitter la connexion 4G et se retrouver connecté en 3G.

CSFB_time1

Ces chiffres ne reflètent pas la réalité, cette figure est extraite d’un document Huawei qui propose une autre technique nommée Ultra-flash CSFB.

Il y a en réalité plusieurs mécanismes qui ont été proposés pour se rapprocher de la durée de connexion de service téléphonique sur le réseau 2G qui sont :

  • Redirection
    • Basic
    • SIB Skipping
    • SI Tunneling
  • Handover

Différences entre handover et redirection

Dans le cas de la procédure de Handover, la cellule cible Nb est informée (selon le type de Handover, soit par le RNC, soir par le MSC/VLR) de la prise en charge d’un UE. Des mesures inter-RAT (IRAT : Radio Access Technology) permettent à l’UE de mesurer la puissance du signal des cellules pouvant prendre en charge l’UE afin de guider le HandOver (HO). C’est au cours de la requête RRC Connection Reconfiguration (optional Measurement reports) que l’eNb demande à l’UE de lui fournir des mesures sur les cellules voisines.

Dans le cas de la procédure de Redirection, l’UE est informé du réseau d’accès sur lequel il doit se re-connecter, mais le réseau n’est pas informé. Par conséquent, l’UE est dans l’obligation de trouver des informations sur sa nouvelle cellule. Ainsi, une fois sur la cellule, l’UE initie des mesures de puissance des fréquences  balises puis, récupère les informations SIB diffusées en broadcast par la cellule cible.

Parmi les deux technique, les mesures ont montré que la procédure de redirection est plus rapide que le HandOver pour le GSM, mais à l’inverse est moins rapide en 3G.

CSFB_time

Le tableau met en avant différents mécanismes de redirections déjà évoqués dans l’introduction de l’article à savoir :

  • Basic
  • SIB Skipping
  • SI Tunneling

Redirection Basic

R8  Release with Redirection—Basic, l’UE récupère et interprète l’ensemble des SIB avant de faire la demande de connexion à la cellule cible.

SIB Skipping

R8 Release with Redirection—SIB Skipping
(3G), l’UE n’a pas besoin de lire tous les SIB mais seulement les SIBs 1, 3, 5 et 7, en ignorant les autres SIB. Toutefois, les informations concernants les cellules voisines et transmises sur le SIB11 et SIB 12 ont été transmises à l’UE lors des messages de mesure de contrôle et transmise par le Nb une fois l’UE connecté.

R9 Enhanced Release with Redirection—SI
Tunneling

Les informations SIB de la cellule cible sont transmises via un tunnel dans le message RRC Connection Release transmise par l’eNb source.

La solution déployée à ce jour est la redirection basique ou SIB Skipping.

Nous présentons ici le cas du R8  Release with Redirection—Basic

CSFB_rrc

Dans cette capture, on s’aperçoit que finalement le délai apporté par le CSFB est de 3 secondes et 457 ms (jusqu’au Alerting)

CSFB : Circuit Switch FallBack (1)

Posté le by - 10 712 vues
Répondre

Bien qu’aillant déjà consacré 2 articles sur le CSFB (http://blogs.univ-poitiers.fr/f-launay/2014/03/14/technologie-de-transport-de-la-voix-en-4g-csfb/ et http://blogs.univ-poitiers.fr/f-launay/2014/03/20/technologie-de-transport-de-la-voix-en-4g-csfb-part-2/) je vous propose d’expliquer à nouveau l’interet du CSFB et le fonctionnement de celui-ci via des call flow. Je finirai par presenter plusieurs techniques pour réduire le temps de basculement du réseau 4G vers le réseau 3G.

Le CSFB est un mécanisme permettant aux téléphones couvert par le 4G de se replier sur le réseau 2G/3G (plutot 3G) pour pouvoir passer un appel : La 4G étant un réseau tout IP, la voix est vue comme un service réseau, nécessitant la mise en place de l’IMS Mobile pour permettre la voix sur LTE dénommée VoLTE (qui fera l’objet d’un autre article). La VoLTE arrivera en septembre chez Orange et Bouygues, et fera prochainement l’objet de plusieurs articles.

Lorsque vous êtes couvert par la 4G, pour savoir si la fonctionnalité CSFB ou si le VoLTE est activé, regardez l’icône réseau. Normalement vous devriez voir le symbole 4G. Passez un appel, si vous voyez apparaitre le symbole 3G (ou 3G+ ou H+), alors votre téléphone est passé en 3G, si le symbole est 4G alors vous êtes en VoLTE.

CSFB (Circuit Switched Fallback):- est une fonctionnalité spécifiée par le 3GPP pour fournir à l’UE les services à commutation de circuit traditionnel (comme la voix, les SMS..) lorsque ce dernier est attaché au réseau de voix 4G.

Les fonctionnalités CSFB doivent être implementées au niveau de l’UE, du MME, du MSC/VLR, et du HSS : lorsque l’UE s’attache au PLMN, il effectue un attachement combine sur le MME et le VLR. Une nouvelle interface, nommée SG, est aussi créée entre le MME et le VLR.

CSFB_principe

Pourquoi un attachement combine – IMSI Attach, EPS Attach ?

On suppose que le mobile est attaché au réseau 4G uniquement. Un appel arrive dans le domaine CS, la demande est soumise au GMSC qui interroge le HLR/HSS. Pour ce dernier, l’UE n’est pas connecté au réseau 2G/3G (rattaché à aucun VLR), l’appel est donc renvoyé à la messagerie

Comment est réalisé l’attachement conjoint?

Pour plus d’information, se référer au document 3GPP TS 23.272

Combined_attach

La question qui se pose maintenant est comment le MME peut dériver le VLR? N’y a t’il pas conflit de localisation?

Revenons sur l’article Pool MME (http://blogs.univ-poitiers.fr/f-launay/2015/05/16/pool-de-mme/), le MME gère plusieurs TA (Tracking Area), mais lorsque l’UE est en mode connecté le MME sait précisément sur quelle TA il se trouve. Le MSC quant à lui localise l’UE sur  une LA (Location Area). La couverture d’une TA est plus petite qu’une LA pour avoir de bonnes conditions radios et assurer un SNR minimum compatible avec le debit espéré. Donc plusieurs TA sont regroupées dans une LA. Il suffit à l’opérateur d’éviter tout chevauchement de TA sur deux LA pour qu’il n’y ait pas ambiguïté.

Donc, une LA est découpée en plusieurs TA et aucune TA chevauche deux LA. Il n’y a donc plus de conflit de derivation de VLR, une TA n’appartenant qu’à une seule LA.

DoCoMo_MME1_database

Fonctionnement présenté dans le cas d’un MTC

On suppose maintenant pour l’UE A, le double attachement EPS Attach et IMSI Attach. L’utilisateur B appelle l’UE A. Le GMSC transfère l’appel au MSC/VLR lequel, via l’interface SG, informe le MME du’un appel en cours (Paging). Le MME va rediriger l’UE du réseau LTE vers le réseau 3G.

CSFB_callflow

L’UE perd sa connexion au réseau LTE, le mobile cherche les informations SIB sur sa nouvelle cellule pour se rattacher au Nb. Une fois connecté au réseau 3G, la procédure de paging est transmise du MSC vers le Nb et l’UE demande une connexion au réseau CS. Lorsque l’appel est terminé, l’UE retourne sur le réseau 4G.