Исследование реализации голосовых услуг и передачи SMS в сетях LTE

11.06.2014
В соответствии с международными стандартами технология LTE обеспечивает высокие скорости передачи данных и качество обслуживания, поэтому концепция NGNМСЭ-Т предусматривает организацию мобильного доступа с помощью этой технологиико всему спектру оказываемых на этой сети услуг.

В соответствии с международными стандартами в сетяхNGN, построенных с использованием технологии коммутации пакетов, в том числе LTE, для управления услугами, включая услуги телефонной связи, предусматривается использование cистемы мультимедийных услуг, реализуемых на базе протокола IP(IP MultimediaSubsystem, IMS), но полномасштабное внедрение технологий NGN ограничено из-за ряда факторов.Среди основных причин можно назвать:масштабныеинвестици в модернизацию сетевойинфраструктуры при не совсем ясных сроках их окупаемости на фоне постоянного снижения тарифовна услуги подвижной связи; необходимость сохранения всей существующей функциональности в части услуг телефонной связии передачи SMS, в том числе для абонентов, находящихся в роуминге;отсутствие непрерывного покрытия сетями LTEна современномэтапаевнедрения этой технологии и связанные с этим проблемы по обеспечению «непрерывности» услуг;практическое отсутствиевыбораабонентского оборудования и ряд других факторов.

Однако согласно последнему отчету по стратегиям внедрения сетей 4G аналитической компании Infonetics, можно сделать вывод, что 2010 год стал переломным моментом вовнедрении IMS в сетях подвижной связи. 71% опрошенных операторов подтвердили выбор IMS для реализации голосовых услуг в сетях 4G (37% в 2009 году). В тоже время достаточное количество  операторов (41%) готовы использовать технологию CircuitSwitchedFallback (CSFB) против 21% в прошлом году, а 12% предпочитают решение VoLGA.

При отсутствии в сети связи системы IMS реализация голосовых услуг в сетях LTE возможна следующими методами:

  • с использованием механизма «возврат к сети с коммутацией каналов» (SwitchedFallBack (CSFB)), т.е.всуществующие сети GSM/UMTS и CDMA;

  • с использованием технологии Voiceover LTE viaGenericAccessNetwork (VoLGA) и существующих сетей GSM/UMTS;

  • с использованием механизма двойного радиодоступа (DualRadio).

Механизм CSFB предусматривает использование многорежимного терминала LTE/GSM (UMTS, CDMA), с помощью которого исходящие и входящие телефонные вызовы и передача SMS осуществляются не по сети LTE, а по существующей сети с коммутацией каналов — сети GSM/UMTS или CDMA.

Возможность поддержки CSFB в сетях LTE описана 3GPP в TS 23.272

2.1– Взаимодействие сетей LTE и GSM/UMTS при предоставлении голосовых услуг 

Для реализации CSFB в сетях LTEи GSM/UMTSнеобходимо, чтобы абонентский терминал был зарегистрирован в двух подсистемах: в MME сети LTE и в MSC сети 2G/3G (Рисунок 2.1).

При осуществлении из сети LTE исходящего вызова абонентский терминал передаёт MME сообщение «ServiceRequest» с индикатором «CS Fallback» с тем, чтобы MME могло инициировать необходимые процедуры переключения. MME сообщает базовым станциям eNodeB, что необходимо передать функции по обслуживанию терминала соседним базовым станциям GERAN/UTRAN (при наличии необходимого уровня сигнала от этих станций). Когда терминал начинает обслуживаться базовыми станциями GERAN/UTRAN, он передаёт MSC запрос на установление соединения. Далее происходит стандартная процедура переключения обслуживания исходящего вызова между MME и MSC.

Если в сети LTE одновременно была установлена сессия передачи данных, то во время переключения в сеть GSM/UMTS при совершениителефонного вызоваона должна сохраняться через пакетный сегмент GPRS/EDGE.

Для входящего соединения, когда терминал находится в сети LTE, вызов поступает в MSC сети GSM/UMTS. MSC из VLR получает информацию о том, что абонент находится в сети LTE. Далее MSC передает MME запрос с информацией о входящем вызове через интерфейс SG, а MME в свою очередь передает этот запрос терминалу через E-UTRAN с информацией о вызывающем абоненте (caller ID). Если абонент решает принять вызов, то MME уведомляет MSC о том, чтобы он начал процедуры переключения абонента из сети LTE в сеть 2G/3G. Поддержка сессии передачи данных при входящем вызове осуществляется аналогично сценарию при исходящем вызове.

Процедура передачи голоса в сетях CDMA аналогична приведенному выше описанию и подробно рассматривается 3GPPв TS 23.272.

Для реализации CSFB необходимо модернизировать программное обеспечение коммутационного оборудования существующих сетей 2G/3G для поддержки функции CS Fallback, реализовать в MME интерфейс SG, а также обеспечить поддержку в мобильном телефонефункции CS Fallback.

К преимуществам можно отнести минимизацию затрат на обеспечение реализации услуг телефонной связи и передачи SMSв создаваемыхсетях LTE и полное наследование услуг от существующей сети GSM/UMTS.Недостатком решения для абонента могут стать большие задержкиустановления соединения, а также необходимость разрыва сессии данных при инициализации Fallback.

К недостаткам CSFB по результатам анализа, проведенного специалистамиCiscoSystems,относятся

  • на существующих MSC требуется новый интерфейс – операторы будутвынуждены нести затраты на модернизацию MSCпроизводителем, который может установить высокую плату;

  • дорогостоящая модернизация оборудования для поддержки доставки SMS;

  • процедура переключения в CS-домен связана с заметным увеличениемзадержки при установлении голосового соединения – postdialdelay при ответе абонента иболее длительный процесс «пейджинга»притерминации вызова;

  • деградация сессий передачи данных (снижение скорости передачи) до скоростей 2.5G/3G – создаетсявпечатление, что во время голосового вызова сессия передачи данныхпрерывается, даже если абонент не принимает входящий вызов, наблюдается деградациясессии передачи данных;

  • абонентское оборудование может не перенастроиться на сеть LTE сразу же,поэтому впечатление пользователя о качестве передачи данных еще больше ухудшается.

Обеспечение одновременной передачи трафика услуг телефонной связи и данных, поддержка SMS и возможность вызова экстренных служб в сетях LTE реализуются в подходе, который был разработан в рамках проекта VoLGA (Voiceover LTE viaGenericAccessNetwork) и описан в «RequirementsV1.1.1 «VoiceoverLTEviaGenericAccess; RequirementsSpecification; Phase1, Phase2, Phase3».

Сущность подхода заключается в том, чтобы для реализации телефонных услуг обеспечить подключение к сети LTE существующего в сетях GSM/UMTS коммутационного оборудования через шлюз (Рисунок 2.2).

2.2 – Архитектура VoLGA

VoLGA предусматривает добавление к архитектуре LTE контроллера VANC (VoLGAAccessNerworkController), который обеспечивает подключение сети LTE к MSC сетей GSM и UMTS.

MSC работает с VANC с использованием тех же принципов и протоколов, которые используются им для взаимодействия с BSC и RNC.

При использовании шлюза VANC центр MSC воспринимает сеть LTE как сеть радиодоступа, таким образом, упрощается решение задачи обеспечения хэндовера и роуминга при переходе терминала из сети LTE в сети GSM и UMTS.

Решение VoLGA позволяет операторам использовать установленные коммутаторы MSC без какой-либо их модернизации и предоставлять абонентам весь набор традиционных услуг, реализуемыхвMSC. Однако при всей своей кажущейся привлекательности оно не получило широкого признания операторов связи. Несмотря на то, что решение VoLGAбыло публично продемонстрировано на Всемирном Конгрессе GSM, дальнейшее продвижение архитектурыVoLGA фактически было остановлено, особенно после публикации рекомендаций NGMN о применении CSFB.

Обеспечение голосовых услуг в сетях LTE возможно с использованием терминалов с двумя радиомодулями, которые должны одновременно поддерживать радиодоступ как сети LTE, так и одной из сетей: GSM/UMTS/CDMA. Этот способ не удобен для пользователей, так как поддержка одновременной работы в двух режимах значительно увеличивает энергопотребление терминалов.

Еще вноябре 2009 года инициативная группа операторов и поставщиков оборудования «OneVoice» опубликовала документ “Voiceover IMS Profile”, который в феврале 2010 года был принят ассоциацией GSMA (основной документ – спецификация IR.92). В названном документе использование IMSопределено в качестве стандартного пути предоставления голосовых услуг и доставки сообщений в LTE. В документе определен минимальный набор функций, который должен быть реализован на абонентском и сетевом оборудовании для обеспечения реализацииуслуг телефонной связи на основе IMS. Требования документа основаны на существующих стандартах 3GPP и фактически он является руководством для операторов по внедрению IMS для VoLTE.

IMSреализуется в одном или нескольких сетевых элементах (в зависимости от производителя), функции которых и интерфейсы взаимодействия описаны в международных стандартах. связи.

Общая схема построения сетей IMSс использованиемтехнологии LTEдля организации радиодоступапредставлена на Рисунок 2.3.

ПередачаSMS в этой архитектуреназывается «SMS_over_IP» и обеспечиваетсякак описано в TS 24.341. В IMS домене используется ApplicationServer –
IP-SM-GW. В качестве протокола используется SIP (метод MESSAGE), предусматривается возможность работы через GPRS/UMTS RAN.

2.3 – Реализация голосовых вызовов в сетях LTEс использованием IM 

Для реализации голосовых услуг в сети, построенной с использованием IMS, необходимо решить задачу обеспечения непрерывности предоставления услуг в разных сетях радиодоступа, в которых используется IP. Решение этой задачи предусматривает следующие методы:

  • применение механизма «непрерывность голосового вызова» (SingleRadioVoiceCallContinuity (SRVCC)), предназначенного для обеспечения передачи вызова между разными системами радиодоступа, а именно между сетью LTE и сетями GSM/UMTS/CDMA. Данный механизм специфицирован 3GPP в TS 23.216;

  • обеспечение взаимодействия сети LTE с сетью CDMA через усовершенствованную сеть доступа eAN (evolvedAccessNetwork) или еHRPD в понятиях 3GPP2. Данный механизм специфицирован 3GPP2 в A.S0022-0 v1.0.

(Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC))

Процедура SRVCC обеспечивает непрерывность голосового вызова при использовании IMS, когда вызов должен переключаться между сетями радиодоступа,  построенными с использованием технологии коммутации пакетов и технологии коммутации каналов. При этом терминал в каждый момент времени может работать только с одной из этих сетей радиодоступа.

Сущность SRVCC заключается в следующем (Рисунок 2.4).

2.4– Взаимодействие сетей LTE и GSM/UMTS

Когда требуется хэндовер из сети LTE в сеть GSM/UMTS, то MME запрашивает соответствующие ресурсы в сети GERAN/UTRAN, необходимые для продолжения сессии передачи данных и телефонного вызова.При положительном ответе передает IMS запрос о необходимости переноса голосовой сессии «STN-SR». Одновременно осуществляется хэндовер между сетями радиодоступа LTE и GSM/UMTS.

IMS после получения STN-SR осуществляет смену «удалённого конца», т.е. начинает обслуживать голосовую сессию через MSC, в котором реализованы функции SR-VCC (и шлюз MG), а сессию передачи данных – через SGSN.

Для реализации описанных выше действий, в состав IMS должен входить сервер «servicecentralizationandcontinuityapplicationserver (SCC-AS)». В HSS должно обеспечиваться хранение номера STN-SR, обеспечивающего идентификацию процесса SRVCC. Кроме того, для поддержки процедуры SRVCC требуется расширение протокола  SessionDescriptionProtocol (SDP).

Передача голосовых вызовов между сетью LTE и сетью CDMA с помощью SRVCC происходит аналогично и описывается 3GPP2 в A.S0022-0 v1.0 и: A.S0008-Cv2.0.

Для реализации SRVCC необходимо:

  • модернизировать программное обеспечение MSC и MME;

  • реализовать в MSC и в MME новый интерфейс Sv;

  • наличие терминалов, поддерживающих SRVCC.

Согласно 3GPP2 A.S0022-0 v1.0под понятием «eHRPD» понимается сеть радиодоступа, включающая в себя усовершенствованную сеть доступа EvolvedAccessNetwork (eAN) и усовершенствованную подсистему контроллера базовых станций EvolvedPacketControlFunction (ePCF), которая может поддерживать межсетевое взаимодействие с E-UTRAN.

Взаимодействие сетей CDMA с элементами EPC осуществляется через обслуживающий шлюз eHRPDServingGateway (HSGW) и контроллеры eRNC
(Рисунок 2.5).

2.5 — Взаимодействие сети LTE и CDMA через eHRPD

В процессе хэндовера между сетями LTE и CDMA управление телефонными вызовами осуществляется системой IMS.

Процедуры хэндовера и функциональность шлюза HSGW описаныв спецификации 3GPP2 A.S0022-0 v1.0.

Взаимодействие сетей LTE и CDMA обеспечивается через интерфейсы S101 и S103.

Интерфейс S101 используется для выполнения предварительной регистрации, подготовки и выполнения хэндовера между HRPD и сетями, специфицируемыми 3GPP.

Интерфейс S103 используется для взаимодействия обслуживающего шлюза SGW в сети LTE и обслуживающего шлюза HSGW в сети eHRPD. Через этот интерфейс осуществляется передача информации между SGW и HSGW в направлении от базовой станции к абоненту с учетом минимизации потерь пакетов при хэндовере от E-UTRAN к eHRPD. Через интерфейс S103 осуществляется туннелирование потоков, направляемых к интерфейсу S101.

Для осуществления данного подхода необходимо:

  • обновление программного обеспечения контроллеров базовых станций и самих базовых станций;

  • модернизация в сети CDMA архитектуры PDN путем установки шлюза HSGW;

  • наличие многорежимных терминалов eHRPD/LTE с поддержкой адресации IPv6 и IPv4;

  • обеспечение перехода от использования протоколов аутентификации PAP/CHAP к использованию протоколов EAP-AKA, являющимся основным протоколом для процедур аутентификации в сетях LTE.

Возможности различных методов, используемых для предоставления голосовых услуг и передачи SMS в сетях LTE, приведены в Таблица 2.1.

2.1 - Возможности различных методовв части реализацииголосовых услуг в сетях LTE

Подход

Одновременная передача голосовой информации и данных

Экстренные вызовы

Передача SMS

Необходимость модернизации или реализации новых сетевых интерфейсов

Необходимость поддержки в терминале соответствую-щих функций

CSFB

Нет

Да

Да

Да

Да

VoLGA

Да

Да

Да

Да

Да

Двойнойрадиодоступ (Dual Radio)

Да

Да

Да

Нет

Да

VoIP over LTE using SRVSS

Не всегда

Не всегда

Не всегда

Да

Да

VoIP over LTE using eHRPD

Да

Нет

Нет

Да

да

 

ИСТОЧНИКИ:

  1. Голос в LTE – выбор за оператором // Журнал «Мобильные новости», – февраль 2011, – №121 – с.

  2. Circuit Switched (CS) fallback in Evolved Packet System (EPS); Stage 2 (Release 9): - Technical Specification Group Services and System Aspects 3GPP TS 23.272 v9.4.0 (2010-06)

  3. Support of SMS over IP networks; Stage 3 (Release 8): - Technical Specification Group Core Network and Terminals 3GPP TS 24.341 V8.0.0 (2008-12)

  4. Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC); Stage 2 (Release 8): - Technical Specification Group Services and System Aspects 3GPP TS 23.216 v8.1.0 (2008-09)



Читайте также:




Возврат к списку