Как уже было рассказано в этой статье, возможности передачи голосовых данных в сетях четвёртого поколения (4G) были довольно ограниченны. С развитием технологий, Voice over IP пришла в мобильные сети 4G, называется Voice over LTE (VoLTE) и завязана на подсистеме IMS (IP Multimedia Subsystem). По сути это не новая технология, ибо само понятие IMS появилось ещё в 2000 году, когда консорциум 3GPP начал работу на стандартом Release 2000. В итоге IMS встречается уже начиная с версии стандарта 3GPP Release 5 (март 2002 года), хотя архитектура со всем функционалом была окончательно приведена к божескому виду только к началу 2004 года. В более поздних редакциях (Release 7) добавили поддержку различных стандартов (например DOCSIS, xDSL, и д.р.). Начиная с Release 8 (2008 год) технологию IMS можно рассматривать как рабочую модель для передачи голосовых данных в сетях LTE, хотя только в последующем Release 9 (2010 год) добавили поддержку экстренных вызовов, Location Control Services (LCS) и другие улучшения.
Так же и SIP встречался в мобильных сетях раньше, однако передача голоса от абонента к абоненту посредством этого протокола через сеть пакетной передачи данных появилась относительно недавно благодаря плотной интеграции IMS с сетями 4G и 3G.
Вот как выглядит сеть 4G интегрированная с IMS в общих чертах (рис.1):
Рис.1 — 4G сеть и подсистема IMS
Подсистема IMS имеет довольно много элементов, имеющих разнообразные функции, однако фокус в данной статье будет на механизме перехода абонента из сети 4G в сеть 3G при текущем голосовом соединении с точки зрения сети 4G, что на данный момент является оптимальным решением и косвенно заменяет другую технологию — CSFB (Circuit Switch Fall Back), рассмотренную в этой статье. Данный тип перехода из сети 4G в сеть 3G при активном голосовом соединении называется SRVCC (Single Radio Voice Call Continuity). Для реализации этого сервиса сеть должна поддерживать сетевую архитектуру описанную начиная с 3GPP Release 8. Различают несколько видов SRVCC handover – CS_Only и CS_and_PS. Данный параметр настраивается в радио сети, и передаётся в изначальном запросе на handover, что определяет дальнейшие действия MME. Для упрощения, я рассмотрю только первый тип, который легче для понимания и даёт общую картину процесса без усложнений.
Итак, в случае если абонент имеет активное голосовое соединение в 4G сети, то с точки зрения мобильной сети данный абонент имеет минимум 3 сессии (bearers) – дефолтная сессия (default bearer, EPS Bearer ID=5) для передачи данных c параметром качества QCI=8, что определяет максимальную пакетную задержку в 100мс и максимальные потери в 10-6 без гарантированной полосы передачи данных (non-GBR); дефолтная сессия (EBI=6) для контроля голосовой передачи с параметром качества QCI=5, что определяет максимальную задержку в 100мс, потери не выше 10-6 без гарантированной полосы передачи данных; и выделенная сессия (dedicated bearer, EBI=7) для собственно голосового трафика с параметром качества QCI=1, что определяет максимальную задержку в 100мс и максимальные потери не выше 10-2 с гарантированной полосой передачи данных (GBR), что в нашем случае составляет 30kbps, однако не является константой и может варьироваться в зависимости от настройки сети.
Если по какой-то причине, скорее всего связанной со значительным ухудшением сигнала 4G, мобильные телефон решает перейти в сеть 3G, он посылает запрос на handover на MME. Получив такой запрос, ММЕ инициирует передачу сессии в сеть 3G посылая SRVCC PS to CS Request сообщение на eMSC (Enhanced Mobile Switching Centre), содержащее идентификацию абонента, описание текущей сессии, выбранную RNC для данного handover, а так же ещё несколько служебных параметров. Если eMSC успешно отвечает на данный запрос сообщением SRVCC PS to CS Response без ошибок, то ММЕ ждёт окончательного подтверждения от eMSC сообщением SRVCC PS to CS Complete Notification, и в свою очередь отвечает подтверждающим сообщением SRVCC PS to CS Complete Acknowledgment. Далее, когда мобильный телефон перешёл в сеть 3G, на ММЕ придёт запрос SGSN Context Transfer на передачу всех доступных сессий в сеть 3G от SGSN. Тут ММЕ должен разделить сессии на те, которые надо передать, и на те, которые надо закрыть. В данном случае ММЕ должен в первую очередь удалить сессию, по которой передавался голосовой трафик (EBI=7), т.к. он теперь идёт совершенно другим путём и сессия больше не нужна, и лишь затем передать первые две сессии (EBI=5, 6) на SGSN по стандартной процедуре. В итоге ММЕ сначала посылает запрос S/P-GW на удаление сессии Delete Bearer Command и удаляет сессию, когда в ответ получает подтверждающий запрос Delete Bearer Request и отвечает подтверждающим сообщением Delete Bearer Response. Когда сессия удалена, ММЕ отвечает сообщением SGSN Context Response, содержащее описание двух сессий на SGSN. И в завершении получает подтверждающее сообщение от SGSN – SGSN Context Acknowledgement. На этом передача сессий окончена и абонентской сессии в сети 4G больше нет.
Рис.2 — Сетевая архитектура с поддержкой SRVCC
Стандарт 3GPP диктует, что вся процедура не должна занимать более чем 0,3 секунды. Данное прерывание измеряется от последнего пакета посланного в 4G сети и первым пакетом в CS домене сети 3G. Практика показывает, что данное время варируется в зависимости от типа процедуры (CS Only, CS and PS), а так же от состояния сетевых элементов. В целом голос передаётся без видимой задержки и выпадания фреймов, т.е. незаметно для абонента.
В завершении хотелось бы отметить, что технология ещё не до конца обкатана, хотя и доступна для коммерческого использования. Например компании Alcatel-Lucent и Nokia Solutions and Networks в середине сентября этого года подали заявку на улучшение 3GPP 23.216 — Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC), отмечая, что при определённых условиях сеть 3G может перехватить голосовую сессию раньше, чем её успеет удалить ММЕ в домене 4G, что приведёт к коллизии в сети и вызовет определённые проблемы с освобождением неиспользуемых ресурсов.
Почитать по теме можно следующее:
1. 3GPP 23.401 — General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access
2. 3GPP 23.216 — Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC)
3. Voice over LTE (VoLTE)
Автор: vsarakoff
