Голосовые и видео вызовы в сети LTE

Мой перевод Ericsson White Paper Voice and Video Calling over LTE, ноябрь 2014. Прошу сообщать о замеченных ошибках, неточностях.

Как обеспечить высококачественные услуги связи в сети IP

По мере того, как сети мобильного ШПД продолжают расширяться, VoLTE позволяет воспользоваться такими возможностями новых сетей, как управление качеством услуг (QoS) и обширное покрытие, для того, чтобы предложить клиентам современные телеком-услуги, включая улучшенную передачу голоса в режиме HD Voice, расшаривание музыки, а также голосовые вызовы и видеовызовы в IP-сети.



Услуги передачи голоса в сетях мобильного ШПД

Сети мобильного ШПД создали широкий спектр возможностей и новых потоков доходов для операторов. Возможности часто возникают там, где есть сложности. Сети мобильного ШПД сегодня пытаются освоить такой сегмент рынка, как услуги передачи голоса, который до сих пор обеспечивает порядка 60% годовых доходов оператора - около $600 млрд суммарно в 2014 году. Основной вопрос - как можно воспользоваться теми преимуществами, которые обеспечивают сети мобильного ШПД, при том, чтобы одновременно сохранить и преумножить доходы от услуг связи, предоставляемых частным и корпоративным пользователям.

Сети LTE могут обеспечивать мобильный ШПД с высокой пропускной способностью и небольшими задержками. Однако, поскольку в сетях LTE не поддерживается передача голоса с коммутацией каналов, индустрия мобильной связи приняла решение об использовании в сетях LTE технологии на базе IP-протокола для передачи голоса и видео вызовов. Это также обеспечивает операторам возможность развития новых коммуникационных услуг.

Коммуникационные OTT - решения, такие как Skype и FaceTime, снискали массовую востребованность за счет того, что представили пользователям более развитиый набор услуг на базе VoIP, в частности, комбинацию видеовызовов и текстинга. Однако, OTT решения не обеспечивают полностью удовлетворительного пользовательского опыта, поскольку у провайдеров OTT нет возможности управлять качеством услуг, хендовером в сети с коммутацией сигналов. Не обеспечивается межвзаимодействие между различными OTT сервисами и устройствами, не гарантируется поддержка экстренных служб и защищенность связи. Соответственно, востребованность клиентов OTT непосредственно зависит от покрытия сетей мобильного ШПД и готовности потребителей использовать услуги, которые не отличаются качеством, защищенностью и гибкостью.

Операторы, которые начали запускать коммерческую поддержку услуг VoLTE на всей территории действия сети, предоставляя клиентам возможность голосовых и видео вызовов через сеть LTE, обеспечивают также бесшовную поддержку этих услуг на базе подстилающих сетей с коммутацией каналов. Кроме того, на рынке стали появляться решения для поддержки VoIP-вызовов через домашние сети Wi-Fi. Благодаря встроенному клиенту в смартфонах и сетях связи, VoLTE обеспечивает высококачественный пользовательский опыт, при том, что услуги могут обеспечиваться и за пределами LTE-покрытия, а также на других пользовательских устройствах.

Сети мобильного ШПД развиваются в направлении сетей 5G, появление которых ожидается в районе 2020 года. Технология VoLTE естественным образом сможет применяться и в сетях 5G, таким образом VoLTE станет фундаментом для обеспечения голосовых и видеовызовов с "операторским" качеством в сетях 5G.


Решение с глобальной поддержкой межвзаимодействия

Архитектура LTE и EPC (пакетного ядра) не включает поддержки голосовых вызовов и видеовызовов в режиме с коммутацией цепей. В индустрии телекома сформировалось два варианта реализации поддержки голосовых вызовов для смартфонов с поддержкой LTE: CSFB и VoLTE. В типовой ситуации CSFB подходит для использования там, где покрытие LTE носит очаговый характер (на ранней стадии развития LTE или в сельской местности), тогда как поддержку VoLTE обычно запускают там, где уже достигнуто сплошное покрытие LTE (в городах или на развитых рынках LTE).

Преимущества реализации VoLTE на базе IMS

Термин VoLTE восходит к профилю GSMA для передачи голоса и SMS в сети LTE (1), который в свою очередь обязан своим возникновением решению MMTel - мультимедийной телефонии в сети на базе IMS 3GPP. Благодаря VoLTE, операторы могут использовать широкие возможности сетей на базе IP для предоставления услуг мобильного ШПД с высокой пропускной способности, а также запускать услуги связи с хорошим межвзаимодействием. VoLTE - это та основа, которая может обеспечивать современный пользовательский опыт, благодаря таким услугам как HD voice, видеовызовы, HD конференсинг, IP-текстинг, контактную информацию (как указано в RCS GSMA (GSMA, Rich Communications Services, ,pdf )). А также инновационным услугам - и все это будет работать где угодно, на любом устройстве.

Поддержка VoLTE впервые была запущена в Южной Корее с августа 2012 года. С того момента сформировалась обширная экосистема устройств с поддержкой VoLTE, и операторы по всему миру планируют новую волну запусков. В 2014 году несколько операторов в Азии и Северной Америке запустили услуги VoLTE, при этом множество операторов по всему миру планируют внедрить поддержку LTE в 2015 году.

Поскольку базой для VoLTE стали IMS/MMTel, операторы могут развивать голосовые услуги и видеовызовы, как описано в спецификации GSMA на IMS видео-разговоры (3). VoLTE может выступит в качестве своеобразного рычага для формирования крупнейшего в мире сообщества пользователей услуг мобильной связи (MSISDN - the Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network). Этому должны способствовать традиционные телеком-подходы, такие, как гарантированное управление качеством от начала и до конца, поддержка звонков в аварийные службы, глобальное межвзаимодействие и мобильность, интерконнект и международный роуминг.


Как работет VoLTE

Хотя MMTel формирует базис для внедрения решений VoLTE, но и EPC с ее потоком IP и управлением однонаправленным каналом (Bearer Management), а также LTE с радионесущими являются неотъемлимыми частями решения. Вместе они формируют защищенное межвзаимодействие для всех интерфейсов между устройствами и сетями.

Основная часть требований к интерфейсу сформулирована в 3GPP Rel.8. Исключения - это реализация аварийных голосовых вызовов в сети LTE, а также услуги позиционирования, описанные в Rel.9, и сервис выбора домена обслуживания (Access Domain Selection) в Rel.10. В целом, требования необходимы для того, чтобы установить минимально необходимые набор требований к беспроводным устройствам и сетям.

Рис.1 показывает, насколько важен комплексный подход к внедрению VoLTE для того, чтобы воспользоваться сильными сторонами традиционного телекома, такими, как исключительное качество голосовых услуг и управление качеством передачи голоса (QoS LTE), управление мобильность (EPC), переиспользование MSISDN для обеспечения глобального межвзаимодействия голосовых вызовов, а также для реализации поддержки вспомогательных услуг, например, IMS и MMTel, включая услуги, реализации которых от компании требует регуляторика. Детали того, как работает VoLTE, включаю поддержку SMS, вызовов экстренных служб, хендовер централизованных услуг IMS (ICS) и голоса, можно найти в Приложении.


Рис.1. Интерфейсы VoLTE между абонентским устройством и элементами сети (UNI)


Поддержка VoLTE в смартфонах

Экосистема абонентских устройств VoLTE сформирована для того, чтобы обеспечить поддержку широкомасштабных планов основных операторов. Устройства выпускаются со встроенной на уровне чипсетов поддержкой VoLTE, включая поддержку HD Voice, видеовызовов и SRVCC (Технология автоматической бесшовной передачи текущей сесиии - Single Radio Voice Call Continuity) и т.п. Ключевые фичи VoLTE позволяют обеспечивать высококачественную передачу голоса и эффективную поддержку комбинации услуг передачи голоса и данных. Устройства разрабатываются с тем, чтобы учесть необходимость обеспечения бесшовной мобильности, оптимизированного потребления энергии батареи, а также минимальной задержки вызовов в условиях использования радиоинтерфеса.


Нативно интегрированная поддержка Wi-Fi calling

Нативно интегрированная поддержка Wi-Fi calling в устройствах с недавних пор поддерживается всеми основными производителями абонентских устройств. Операторы теперь могут расширить территорию оказания услуг VoLTE на домохозяйства, где покрытие LTE не отличается качеством. Бесшовный хендовер из LTE в Wi-Fi поддерживается для того, чтобы обеспечить непрерывность оказания услуги. Телефон будет использоваться в локальной точке доступа Wi-Fi и автоматически подключится через интернет к голосовым услугам, предоставляемым оператором. Встроенный в телефон нативный "диалер" используется для осуществления обычных вызовов, по-прежнему используя мобильный номер на базе SIM-карты без необходимости использования каких-либо приложений в телефоне. Видео вызовы используются тем же способом.

Функционал Wi-Fi calling должен поддерживаться, как на устройстве, так и в сети. Новая интегрированная функциональность в EPC, включая Evolved Packet Data Gateway (ePDG), требуется для того, чтобы обеспечить возможность интерворкинга недостаточно доверенных сервисов, не стандартизованных 3GPP, и EPC, а также подключений к сети IMS. ePDG обеспечивает поддержку механизмов безопасности, таких, как IPsec туннелирование соединений с устройством через недостаточно доверенные каналы доступа для того, чтобы добиться бесшовного хендовера исходящих VoLTE вызовов в домашней Wi-Fi сети пользователя. Услуга может оказываться в сетях операторов благодаря ePDG.

Wi-Fi Calling выстроена на базе IMS/MMTel и предлагает те же возможности по части поддержки услуг, что и VoLTE, за исключениям некоторых различий, касающихся того, как обеспечивается поддержка услуг, зависящих от местоположения. VoLTE использует такие механизмы сети, чтобы сделать оказание услуги предсказуемым и независящим от нагрузки от других услуг, тогда как для Wi-Fi calling, качество оказания услуги будет зависеть от внешней среды и нагрузки, которую создают другие пользователи, подключенные к той же точке доступа. Таким образом, Wi-Fi Calling рекомендуется использовать на территории домохозяйств и в малых предприятиях, тогда как в больших предприятиях рекомендуется использовать решения на базе малых сот 3GPP, чтобы гарантировать высококачественную поддержку голосовых вызовов в реальном времени и услуг видеовызовов.



Функционирование VoLTE

Для того, чтобы обеспечивать голосовые услуги в IP-сети мобильного ШПД, критически важно выстроить такие телеком характеристики, как QoS и обеспечить тестирование функциональности комплекса сеть-устройство от начала до конца. Услуга голосовых вызовов - это критически важная услуга, соответственно к ней следует относиться в сетях мобильного ШПД, чтобы обеспечить абонентам высококачественный пользовательский опыт.

Параметры качественной передачи голоса

Качество передачи голоса, каким его воспринимает пользователь, определяется несколькими параметрами, как показано на рис.2. Несколько из них "на совести" устройства; некоторые опираются на возможностях сети; некоторые физически встроены в устройство, но на них сказываются настройки сети. Учитывая, что используются одни и те же типы голосовых кодеков (и режимы), нет разницы в обеспечении качества голоса между сетями с коммутацией пакетов (VoLTE на базе LTE) и сетями с коммутацией каналов (WCDMA, GSM).


Рис.2 Параметры, которые в совокупности определяют качество восприятия голосовой услуги пользователями.

Разница в том, что таким параметром, как задержка, все сложнее управлять. В сетях с коммутацией пакетов, задержка - это ключевой параметр, которым следует управлять, чтобы добиться отпимального баланса между качеством передачи голоса и пропускной способностью, особенно когда речь идет о радиосети. Вот почему функционирование менеджера буфера джиттера (1) критично для обеспечения высококачественных услуг VoLTE, что требует непрерывного управления меняющейся во времени величиной задержки распространения пакетов в радио сети (доходящей до 80 мс на линк, что требует управления согласно 3GPP TS 23.203).

Качество голоса VolTE по сравнению с другими голосовыми услугами

Сравнение качества передачи голоса VoLTE и трех основных голосовых OTT-сервисов было проведено Ericsson с использованием сетей LTE в центре Сеула в Южной Корее, которые поддерживают VoLTE. Оценки восприятия качества голосовой услуги VoLTE сравнивались с тремя другими услугами VoIP провайдеров OTT. Были также проведены измерения на двух других сетях, используя брендированные LTE смартфоны (2).

Тесты были проведены, как в период ЧНН, так и в периоды низкой ночной загрузки сетей. Измерения проводились в ходе драйв-тестов. По каждой услуге, сети и модели данные собирались примерно в течение часа. Проверялись вызовы типа устройство-устройство. Чтобы выразить качество услуги, с которым столкнулся пользователь, нужно принимать во внимание два параметра - оценку одностороннего качества слышимого звука (MOS-LQOSWB (3)), а также задержки передачи голоса (SPD). Эти два параметра одновременно представляют оценку качества голосовых услуг.

(1) Менеджер буфера джиттера выравнивает разброс задержек пакетов, вызванных транспортными сетями и узлами;
(2) Режим VoLTE не был доступен на одном из смартфонов, кроме того, один смартфон не был допущен в одну из сетей. Из-за этого, число измерений, которое соответствует числу прямоугольников на рисунке, отличалось для различных проверяемых услуг.
(3) MOS-LQOSWB - это единица измерения, используемая P.863 (Perceptual Objective Listening Quality Assessment, или POLQA), для оценки передачи речи в сетях ШПД. POLQA - это метод объективных оценок качестве передачи голоса в сетях с коммутацией пакетов. MOS изменяется между 1 и 5, где 5 - великолепно, 4 - хорошо, 3 - нормально, 2 - слабо, 1 - плохо.


Рис.3 Результаты исследований качества передачи голоса показаны в терминах MOS-LQOSWB и SPD для VoLTE и трех услуг передачи голоса OTT-провайдеров в ЧНН. Серая зона на диаграмме представляет значения, которые соответствуют высокому качеству услуг.

Рис. 3 показывает результаты измерений MOS-LQOswb и SPD во время ЧНН. Измеренным комбинациям качества работы устройства и сети, каждая точка на графике соответствует 5-й перцентиле MOS-LQOswb (95% результатов лучше, т.е. выше), и 95-я перцентиль - SPD (95% результатов лучше, т.е. ниже). Пунктирные линии ограничивают зону, окрашенную серым, которая иллюстрирует где лежат типовые цели для высококачественных услуг VoLTE и определяет для каждого из двух собственный KPI - SPD и MOS-LQOSWB. В терминах MOS-LQOSWB цель превышает 3.5 и в терминах SPD - она менее 225 мс. Как показано на рис.3, VoLTE показывает результаты выше целей и ни один из сервисов передачи голоса OTT даже близко не приблизился к VoLTE по качеству.

Есть две основных причины таких различий. Для того, чтобы обеспечивать поддержку VoLTE, сеть и устройство должны пройти хорошо специфицированные процедуры интеграции и валидации. Основная цель проверок - убедиться, что менеджер буфера джиттера способен справляться с различными отклонениями задержек пакетов, особенно на границе соты в сети LTE. Иное дело - голосовые услуги OTT, что приводит к намного большей вариативности функционирования устройств. Другая серьезная причина - это то, что приоритезация в сети (QoS) обеспечивает предоставление услуг VoLTE с операторским качеством (гарантированный премиальный сервис). Все услуги могут достигать похожих максимальных результатов по части HD Voice MOS, но требуется приоритизация для того, чтобы получить низкий SPD, соответственно достаточно хорошего качества голосовых услуг.

Подводя итоги, VoLTE - это услуга телефонии в реальном времени, управляемая со стороны оператора от начала и до конца (IMS, EPC, LTE с контролем политики), которая всегда приоритезируется относительно всех других услуг. Услуги OTT VoIP предоставляются по принципу best-effort - лучших усилий по сети LTE одновременно и без приоритета относительно всех других услуг передачи данных. Услуги OTT могут, таким образом, быть высоко качественными, а иногда быть очень низко качественными, тогда как VoLTE обеспечивает высокое и стабильное качество вызовов. Устройства также специально разработаны с тем, чтобы поддерживать услуги телефонии, такие как VoLTE, поскольку должен выполняться целый набор требований стандартов, что принципиально отличает ситуацию с VoLTE от ситуации с услугами OTT.

Функционирование комбинированных услуг передачи голоса и данных при передаче через LTE

Пока поддержка HD Voice дает преимущества пользователям VoLTE, есть и другие плюсы, которые стоит принимать во внимание. Время установления вызова может быть оптимизировано до 1 секунды, что является существенным улучшением по сравнению с типовыми 4 секундами в системах с коммутацией каналов. Благодаря эффективному планированию и функциональности прерывистого приема (DRX), VoLTE также отличается очень хорошими показателями использования заряда аккумуляторной батареи. Благодаря DRX, устройству разрешается "засыпать" между посылкой и приемом голосовых пакетов, что обеспечивает сниженное энергопотребление в режиме VoLTE вызовов. Устройства VoLTE таким образом могут обеспечивать возможность продолжительной работы без подзарядке в режиме голосовй связи по-сравнению с использованием смартфонов в режиме OTT и даже по-сравнению с использованием аппарата в сети 3G/WCDMA с коммутацией каналов.

Благодаря VoLTE, пользователи не переключаются в сеть с коммутацией каналов для совершения голосовых вызовов, пользователи VoLTE могут продолжать пользоваться быстрой сетью LTE одновременно с разговором. VoLTE позволяет поддерживать высокую пропускную способность, что дает возможность перевода пользователей из традиционных сетей на VoLTE. Благодаря дизайну радиоинтерфейса LTE-сетей, голос и данные могут сосуществовать не мешая друг другу, при этом сеть остается эффективной. Качество VoLTE вызовов также можно поддерживать даже в ситуациях с высоким трафиком данных за счет использования встроенных механизмов QoS.

Новый голосовой кодек для VoLTE - улучшенный HD Voice

По мере того, как телеком сети мигрируют к полностью пакетным сетям (all-IP), есть возможности дальнейшего улучшения качества голосовой услуги. В частности, есть новое решение улучшенного HD Voice (Enhanced Voice Service), которое надавно было стандартизовано 3GPP. Продолжаются разработки HD Voice с целью повышения качества передачи голоса до "музыкального качества" в сетях LTE (подробнее).


Видео вызовы в сети LTE

Профиль GSMA для видео-вызовов IMS (GSMA, IR.94 IMS Profile for Conversational Video v.6.0) описывает видео вызовы в сети LTE на базе VoLTE за счет дополнительных возможностй поддержи видео, обеспечивая клиентам синхронизованный полно дуплексный голос и видео стримы, как показано на рис.4. Пользователи могут осуществлять видео вызовы один-на-один или один-с-многими. Во время установления вызовов, все задействованные в нем устройства декларируют статусы доступности для видео, результаты отображаются на всех устройствах. Пользователи могут либо выбирать одностороннюю видео связь (смотри, что я сейчас вижу) или приглашать пользователей для двусторонней видеосвязи.


Рис.4. Видео вызовы в сети LTE - комплексный взгляд


Установление подключения

Устройство VoLTE с возможностью видео-вызовов осуществляет обычное подключение к сети, процедуры аутентификации домена IMS и регистрации, как это указано в спецификации VoLTE, с добавлением информации о видео возможностях. Сеть затем может использовать информацию о возможности видеосвязи для управления поступлением входящими видеовызовами на устройства с поддержкой видеосвязи.


Пользовательские сценарии и поддержка вызовов

Видео вызовы в сети LTE делят то же пространство адресов и правила базовой сигнализации, как и в VoLTE. Устройство с поддержкой VoLTE и видеовызовов может добавлять видео компонент к существующим возможностям VoLTE вызовов, а затем сбросить видео компонент для возвращения в нормальный режим поддержки VoLTE. Услуга MMTel и информация о поддержке видео помогает сети IMS и устройству в нескольких задачах, включая:

- присвоение корректного сервера приложений MMTel в IMS домене для поддержки дополнительных услуг, основанных на видео;
- формирование приглашения для вызванного устройства, которое зарегистрировано для поддержки MMTel и видео;
- cодействие приемного устройства при запуске корректного клиента - это клиент VoLTE и видео.

Когда инициируется видео сессия, начальное сообщение сигнализации содержит данные о предпочтениях в отношении видео, и информацию о возможностях, описывающие видео сессию в деталях. Если это вызов в режиме VoLTE, домен IMS передает эту информацию в EPC для чарджинга и анализа применимости политик. На выходе этого анализа получаем установление "выделенной несущей" для голоса и другой - для видео. Схема 5 иллюстрирует рекомендуемую последовательность действий для передачи голоса, видео или трех отдельных несущих.

Когда устройство с поддержкой VoLTE и видео используется для того, чтобы сделать или принять обычный VoLTE вызов - только голос, устройство включает информацию о своей способности участвовать в сеансе видео связи в данные сигнализации. Каждая сторона может использовать эту информацию для вывода на дисплей пользователя информации о том, что голосовой вызов может быть "повышен" до видеовызова. Если один пользователь добавляет видео в установленный VoLTE-вызов, устройство посылает новое сообщение с приглашением, которое содержит информацию о видео медийном компоненте, который принимается доменами IMS и EPS, что приводит дополнениям еще одной "несущей" для видео стрима.


Рис. 5. Три "несущих" - для сигнализации, голоса и видео

В режиме видео сессии, устройства, принимающие участие в видео вызове обеспечивают синхронизацию видео и звука за счет постоянного направления информации о тайминге друг другу. Кроме того, устройства должны поддерживать сигнализацию, чтобы обеспечивать быстрый отклик на изменения в виде битрейта видео, например, чтобы быстро обновить картинку, когда видео сигнал переключается системой поддержки режима видеоконференций. Участники, использующие устройства с поддержкой видео, способны отключать видеорежим в любой момент. При этом сохраняется непрерывный режим аудиовызова.

Аспекты функционирования видео вызовов

Хороший кодек с поддержкой H.264 должен поддерживать межвзаимодействие защищенных видео вызовов. Уровень минимального качества, который должно поддерживать устройство VoLTE/видео, это уровень ограниченной базовой линии 1.2, который устанавливает битрейт для видео на уровне 384 кбит/с. На рынках, где VoLTE появился давно, как правило устанавливаются профили с высоким качеством, использующие разрешение VGA и битрейт порядка 500 кбит/с.

Даже более высокое разрешение и битрейты будут возможны в будущем:

- за счет введения новых технологий кодирования, таких, как H.265 (Высокоэффективное кодирование видео), которое сокращает битрейт видео медиа примерно на 30% для данного уровня качества;
- из-за происходящего уплотнение радиоподсистемы в результате добавления в нее все новых малых сот и indoor систем продуктов, и, в недалеком будущем, решений доступа 5G.

Видеовызовы через Wi-Fi

Бесшовные хендоверы видеовызовов могут осуществляться между LTE и, например, домашними Wi-Fi точками доступа, если устройства нативно поддерживают возможность Wi-Fi calling. Это означает, что операторы теперь могут обеспечивать услуги мобильной видео связи своим клиентам с использованием систем доступа, которые до сих пор не допускали такое функционирование, что ведет к улучшению услуг и качества пользовательского опыта.

Видеоконференции

Устройство VoLTE с поддержкой видео позволяют пользователю начинать видеоконференции с другими людьми в любое время и в любом месте, поскольку видео устройство содержит функциональность для создания и участия видеоконференций с множеством участников. Устройства с поддержкой VoLTE/видео также способны участвовать во внешних видеоконференциях, созданных системами, которые соответствуют спецификации видео конференций с поддержкой высокого разрешения видео (GSMA, May 2013, IMS Profile for High Definition Video Conference (HDVC) Service v.2.1).


Дорога к голосовым и видео вызовам в сети LTE

Какой способ добавления функционала голосовых и видеовызовов в сети LTE на сети конкретного оператора окажется лучшим зависит от достигнутого уровня покрытия сети LTE и стратегии развертывания сети. Операторы с планами агрессивного развертывания LTE могут вводить VoLTE и видеовызовы практически мгновенно, что упростит для них предоставление более широкого набора услуг. Эти операторы также смогут быстрее начать поддерживать сценарии FMC (конвергенции мобильные-фиксированные).

Операторы, которые начали с хот-спотового покрытия LTE скорее всего на первом этапе развития запустят поддержку CSFB, чтобы избежать множественных хендоверов между коммутируемым и LTE доменами. Такие операторы могут в дальнейшем постепенно вводить VoLTE в регионах, где есть сплошное покрытие LTE. Бесшовность услуг с доментом коммутируемых сетей может обеспечиваться за счет использования ICS иSRVCC (см. Приложение). Бесшовный хендовер в домашнюю сеть Wi-Fi также может использоваться для расширения услуг VoLTE.

Архитектура SRVCC специфицированная в 3GPP Rel.10, подразумевающая, что вызовы SRVCC обрабатываются в местном IMS ядре сети, доказала что справляется с требованиями, чтобы прерывания при хендоверах оставались ниже 300 мс. Поддержка функциональности SRVCC была запущена в коммерческую эксплуатацию несколькими операторами.

Вкратце, операторы может начинать развивать голосовые услуги в сети VoLTE пошагово или выбирать более агрессивную стратегию развития, как показано на рис. 6.





Рис.6 Различные варианты внедрения VoLTE (голоса в IMS)

Выводы

По мере того, как голосовые вызовы и видеовызовы в сети LTE, опирающиеся на телеком-стандарты получают все большую поддержку со стороны операторов сетей связи и производителей устройств, операторы начали запускать соответствующие коммерческие услуги во все большем масштабе. Операторы получили возможность развивать свои услуги, при этом потребители и корпоративные клиенты смогут выиграть от возможности использования более богатых коммуникационных услуг, которые повсеместно доступны практически на любых устройствах. Качество передачи речи при использовании VoLTE, нежели при использовании любых VoIP-услуг, реализованных по принципу "как получится" (best efforts). Видеовызовы с совместимостью, не зависящей от операторов и устройств, обладают потенциалом стать услугами следующего поколения, наряду с еще более высококачественными сервисами передачи речи и расшаривания музыки в процессе вызова. Тем более важно убедиться, что сети разработаны для поддержки таких критичных к работе в реальном времени процессов.

Благодаря новым возможностям расширить услуги VoLTE на использование Wi-Fi доступа в домохозяйствах, операторы могут обеспечить еще лучший пользовательский опыт. VoLTE также создает основу для обеспечения высокого качества передачи голоса и речи в сетях 5G.

По мере того, как сети мобильного ШПД продолжают развиваться, VoLTE обеспечивают существенные возможности для построения нового телеком-мира с инновационными коммуникационными услугами в сетях IP, которые обеспечат новые возможности для операторов, частных потребителей и корпоративных клиентов.

Приложение

CSFB - перенаправление вызовов в сеть 2G/3G с коммутацией пакетов

CSFB - это стандартизованное решение для обеспечения голосовых услуги для пользователей LTE, если на сети нет IMS / VoLTE. Осуществляя или принимая вызовы с использованием CSFB, устройства перенаправляются из сети LTE в сеть 3G/WCDMA или в сеть 2G/GSM, где оно и обслуживается до завершения вызова. CSFB также предназначено для роумеров, если нет роуминговых договоров о поддержке IMS (VoLTE).


рис.А1: CS fallback


VoLTE

Решение VoLTE определено в документе GSMA Permanent Reference Document (PRD) IR.92 (GSMA, IR.92 IMS Profile for Voice and SMS v.8.0) . VoLTE реализуется в соответствие с существующиеми стандартами 3GPP и строится на базе IMS MMTel, при этом определены минимальные требования к сетям и устройствам для того, чтобы обеспечивались высококачественные услуги VoLTE и их межвзаимодействие.

Основной сценарий подразумевает развертывание полноценной реализации LTE, включая следующие функциональности:

- Поддержка QoS для того, чтобы гарантировать предоставление высококачественных услуг MMTel. Голосовые медиа таким образом привязываются к несущим с определенным гарантирванным битрейтом (GBR), а сигнализация SIP (Session Initiation Protocol) защищена за счет использования дефолтной несущей сигнализации с высоким приоритетом.
- Мобильность опирается на внутренние процедуры EPC/LTE, которые остаются прозрачными для слоев IMS/приложений
- Продвинутые функциональности радиосети, такие как режим LTE DRX для экономии заряда батареи и технология устойчивой компрессии заголовка (RoHC) для улучшения емкости и покрытия;
- Набор дополнительных услуг MMTel, подобных тем, что есть в сетях GSM, для поддержки плавной эволюции к расширенному набору услуг связи, включая поддержку мультимедийных услуг.

VoLTE включает поддержку голоса в режиме полного дуплекса, как в формате "один-на-один", так и в формате один-со-многими. Рис. A2 показывает упрощенную версию сетевой архитектуры сети с поддержкой VoLTE.



Рис. A2: Упрощенная схема организации поддержки VoLTE


Установление соединения

Когда устройство включается, оно подсоединяется к сети LTE / EPC и проверяет, есть ли у сети возможности поддержки голосовой услуги. Затем устанавливается IMS Access Point Name (Имя точки доступа IMS) чтобы найти Proxy-Call Session Control Function (P-CSCF) прежде, чем устройство будет аутентифицировано и зарегистрировано в домене IMS (см. рис. A3).


Рис.3. Регистрация и аутентификация в домене IMS через радиоподсистему и EPC.




Обработка вызовов и медийных возможностей

Вызовы устанавливаются с использованием SIP, если сигнал INVITE, посланный из устройства в сеть, содержит индикацию вызываемого абонента. Сигнал INVITE использует SIP (Протокол описания сессии), который описывает предпочитаемую информацию для передачи медиа, включая то, какие порты, IP адреса и стандарты кодирования голоса использовать. Для HD Voice используется или Adaptive Multi-Rate Wideband или Adaptive Multi-Rate Narrowband (AMR-W или AMR-N). Домен IMS пропускает эту информацию через стандартизованные интерфейсы в ядро EPC, занимающееся отработкой функционала управления политиками и чарджингом. В результате создается и устанавливается набор правил политик и чарджинга в рамках функциональности PCEF (функции применения политик и чарджинга) к принятой медийной информации. PCEF в свою очередь проводит анализ QoS и правил чарджинга. В типовом случае этот анализ необходим для установления выделенной несущей в ядре и в радиоподсистемы, включая GBR для медиа на базе VoIP. Рис.4 показывает сигнализацию SIP и проходжение голосового потока через назначенный канал.

Радио сеть LTE использует управление пропускной способностью для того, чтобы контролировать наличие достаточных ресурсов и емкости для запрошенных у сети голосовых "каналов". После того, как установлен голосовой канал, пересылка пакетов VoIP с использованием протокола Real-time Transport Protocol (транспортный протокол реального времени) сокращается за счет использования RoHC и они перенаправляются с использованием режима Radio Link Control Unacknowledged Mode (Режим управления радиолинком без подтвержений), чтобы минимизировать размеры пакетов, что позволяет улучшить покрытие и емкость сети. DRX помогает снизить потребление энергии батареи, увеличивая время разговоров без подзарядки. Задержка передачи голосового сигнала от начала до конца при этом похожа или лучше нежели в сетях 2G/3G с коммунтацией каналов.


Рис.А4. Канал сигнализации и выделение канала для передачи голоса


SRVCC

SRVCC обеспечивает механизм хендовера между сетями радиодоступа LTE и GSM/WCDMA. В каждый момент времени устройство передает и принимает сигналы только от одной радиоподсистемы, чтобы минимизировать потребление мощности и радиоизлучение. SRVCC вводит Sv-интерфейс между EPC и ядром с коммутацией каналов и интерфейс Mw/l2 между ядром с коммутацией каналов и ядром IMS. Логические средства ATCF - функциональные средства управления передачей доступа, ATG - шлюз передачи доступа и SCC-AS - специальный сервер приложений необходимы в ядре IMS для "привязки" уровней управления и пользователя, когда требуется хендовер SRVCC.


рис.A5: SRVCC


SMS через LTE

Есть два варианта, как доставлять SMS в сети LTE с использованием SMS-C (Short Message Service Center):

- SMS через SGs, в этом случае устройство посылает и принимает нативные SMS, основанные на коммутации каналов.
- SMS в режиме IP, в этом случае устройство посылает и принимает SIP SMS

SMS через SGs передают нативные SMS в сетях с коммутацией каналов через интерфейс SGs между мобильным коммутатором (MSC) и Mobile Management Entity (MME) и туннелирует их через LTE. Устройство не будет переходить в режим работы с GSM/WCDMA пересылая или принимая SMS, как и в случае других услуг с коммутацией цепей, обеспечиваемых интерфейсом SGs. Для SMS через SGs, существующие роуминговые соглашения могут быть переиспользованы (см. рис. A6).



Рис.A6: SMS через SGs

SMS через IP пересылает SMS на базе SIP через ядро IMS. Решение требует использования SMS клиента, который использует IMS и SIP стек в пользовательском оборудовании, IP Short Message Gateway (IP-SM-GW), а также ядро IMS и домашний регистр (HLR)/Home Subscriber Server (HSS) поддерживающие SMS через IP для домашней маршрутизации. Когда рецепиент SMS зарегистрирован как принимающий SMS через IP, HLR/HSS будет выдавать адрес в IP-SM-GW. Терменирование SMS-C далее маршрутизирует все SMS сообщения для данного абонента в IP-SM-GW. IP-SM-GW затем осуществляет процедуру выбора домена для HSS/HLR для того, чтобы определить, может ли SMS быть доставлена через IP или нативные SMS с использованием коммутации каналов. Если SMS должны быть доставлены через IP, они инкапсулируются в SIP-сообщения в IP-SM-GW. SIP сообщение, которое содержит SMS, затем направляется к пользователю через IMS (см. рис. A7).


Рис.A7: SMS через IP/IMS


ICS

ICS необходим для того, чтобы IMS могла действовать как "машина одной услуги" для абонента VoLTE, независимо от того, каким видом доступа они в данный момент пользуются. Это обеспечивает качественный опыт пользования услугой и доступ к полному набору функциональностей VoLTE при роуминге, поскольку услуги IMS всегда работают через основную маршрутизацию. ICS обслуживает ситуацию в ситуациях, когда пользователи VoLTE совершают или принимают вызовы вне зоны покрытия LTE. В сценарии "машины одной услуги", абонент все еще будет получать услугу от IMS, но при этом будут подключаться через традиционные каналы доступа 2G/3G и транспортные каналы этих сетей.

Поскольку стандарт 3GPP включает обширный набор опций для осуществления централизации услуг в IMS, GSMA RPD IR.64 (GSMA, Nov 2014, IR.64 IMS Service Centralization and Continuity Guidlines v.8.0) фокусируется на двух вариантах. Чаще используется доступ через неизменную управляющую функцию MSC/медиагейт с применением кастомизированного приложения (Customized Application) для Mobile Networks Enchanced Logic. Другое решение - это ICS и Enchanced MSC Server, который обеспечивает UNI к IMS, действуя как SIP агент в интересах абонента сети с коммутацией каналов, и ожидается, что это постепенно войдет в практику.


Рис.A8: ICS


Вызовы экстренных служб

Вызовы экстренных служб в сетях VoLTE могут обрабатываться в режиме CSFB, когда устройства переходят в режим работы с сетями GSM/3G-WCDMA, либо в режиме LTE-доступа. Какая из альтернатив окажется лучшей зависит от качества радиодоступа в сети LTE и степени ее перекрытия с покрытием сетей 2G/3G. В первоначальных внедрениях LTE, покрытие 2G/3G может делать CSFB более надежным способом реализации вызовов аварийных служб для абонентов VoLTE. Однако, поскольку сети LTE постоянно достраиваются и настраиваются, в какой-то момент времени станет лучше перейти к обработке вызовов экстренных служб в сети LTE, поскольку услуги VoLTE станут более надежными и быстрыми, нежели услуги с использованием CSFB. В некоторых сетях, LTE-доступ может реализовываться с использованием частот ниже, чем у сетей 2G/3G. В этом случае использование CSFB не рекомендуется даже на первых этапах использования сети LTE, поскольку вызовы CSFB могут разрываться даже в ситуациях, когда вызовы VoLTE оказались бы успешными. Это потому, что более низкие частоты обеспечивают более качественное покрытие в помещениях, нежели высокие частоты. SRVCC также определено для вызовов экстренных служб в сети LTE (улучшенный SRVCC), так что VoLTE вызовы, как с использованием SIM, так и без использования SIM, могут быть переданы в сети 2G/3G в случаях, когда абоненты выходят за зону покрытия сети LTE.

Что еще читать по теме

GSMA, January 2013, IR.88 LTE Roaming Guidelines v.9.0:
http://www.gsma.com/newsroom/wp-content/uploads/2013/04/IR.88-v9.0.pdf

4G Americas, November 2014, VoLTE and RCS Technology Evolution and Ecosystem:
http://www.4gamericas.org/documents/Volte_rcs%20technology%20eco-system%20and%20evolution_final.pdf


Глоссарий

CS - circuit-switched. Коммутируемый. С коммутацией каналов.

CSFB - circuit-switched fallback. Переключение на коммутируемую сеть.

DRX - discontinuous reception. Прерывистый прием.

EPC - Evolved Packet Core. Улучшенное пакетное ядро.

ePDG - Evolved Packet Data Gateway. Улучшенный пакетный шлюз.

GBR - guaranteed bitrate. Гарантированная скорость передачи.

HLR - home location register. Домашний регистр местоположения.

HSS - Home Subscriber Server. Сервер домашних абонентов.

ICS - IMS Centralized Services. Централизованные IMS сервисы.

MME - Mobility Management Entity. Узел управления мобильности сети.

MMTel - multimedia telephony. Мультимобильная телефония.

MOS - Mean Opinion Score. Усредненная оценка разборчивости речи.

MSC - mobile switching center. Центр мобильной коммутации.

MSISDN - Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network. Номер мобильного абонента цифровой сети с интеграцией служб

OTT - over-the-top. Поверх или через. Сторонний провайдер

P-CSCF - Proxy-Call Session Control Function. Прокси-функции управления сессией вызова.

PCEF - Policy and charging enforcement function. Функция исполнения политики и тарификации.

POLQA - Perceptual Objective Listening Quality Assessment. Объективная оценка слышимого качества.

PRD - Permanent Reference Document. Постоянный справочный документ GSMA.

PS - packet-switched. С коммутацией пакетов.

RoHC - robust header compression. Отказоустойчивая компрессия заголовков.

SCC-AS - Service Centralization and Continuity Application Server. Сервер приложений централизации и непрерывности услуг.

SIP - Session Initiation Protocol. Протокол инициирования сеанса.

SMS-C - Short Message Service Center. SMS-центр.

SMS over SGs - Short Message Service over SGs interface. Короткие сообщение по инетрфейсу SGs.

SPD - speech path delay. Задержка прохождения речи.

SRVCC - Single Radio Voice Call Continuity. Непрерывность голосового вызова

UNI - User to Network Interface. Интерфейс пользователь - сеть.


++
++

Подписывайтесь на мой Youtube-канал

и на мой Telegram-канал

MForum.ru: Новинки

MForum.ru - Бизнес

Сообщество 4G

Популярные сообщения