cœur lte & voix sur lte - teatime.pm ggsn sgsn gtp user plane gi iu gn gtp signalling legend:...

V. Durepaire - 10 septembre 2016 - 1

Cœur LTE & Voix sur LTE


Forerunner signs

• HSDPA (3GPP R5)� Some intelligence moved from

the RNC to the Node B

• Direct Tunnel (3GPP R7)� One GTP tunnel direct from the

RNC to the GGSN for the user plane

RNCCore

Network

•Retransmission processed in the node B

•2 ms TTI•MAC-hs•etc.

Node B

GGSNRNC

SGSNGTP User plane

Gi

GnIu GTP signalling

Legend:Two

tunnels

One tunnel

RANAP signalling

TTI : Transmission Time Interval


What is 4G ?

• 100 Mb/s for mobile applicationsand 1 Gb/s for nomadic applications

� New mobile access

� New spectrum with broader band (e.g. 100 MHz)

• Gathering of current access networks with seamless interworking

� All IP network

� Access agnostic control

• ITU-R M.1645


L’architecture EPC

ServingGW

PDNGW

MME

eNBInternet

S1-U

S1-MME

S5

S6a

SGi

S11

S10

MME = Mobility Management Entity• Authentification de l’abonné• Algorithmes de paging• Gestion de la mobilité• Contrôle du bearer

S-GW = Serving Gateway• Point d’ancrage des flux médias pour la mobilité inter-eNB• Routage et transfert des paquets• Déclenche le paging par le MME sur réception d'un appel entrant (voix ou data)

Non-3GPPAccess

S2

Les fonctions du GGSN sont entièrement reprises par la PDN-GW

Contrairement au SGSN, le MME ne traite que de la signalisation et pas de flux médias

Mobile• Nouveau terminal• Nouvelle chaîne radio

HLR LTE• Profil LTE• Authentification EPS AKA

PCRF

Gx

PDN-GW = Packet Data Network Gateway• Mise en œuvre de la QoS (DPI, analyse heuristique, etc.)• Allocation de l’adresse IP• Point d’ancrage des flux médias pour la mobilité entre accès 2G/3G/LTE et depuis/vers les accès non-3GPP

WiFi, WiMax, cdma2000, etc.

HLRGestion e2e

de la QoS


HLR

Premiers éléments opérationnels

SGSN

MME

InternetServingGW

PDNGW

eNB

BTS

BSC/RNC

Le MME doit être optimisé pour le traitement de la signalisation• Gestion de milliers eNB (et non plus une centaine de RNC)• Pas de User Plane

Backhaul en IP• L’équivalent de Iub doit migrer vers l’IP

Backhaul

Les GGSN sont upgradés en S/P-GW• La P-GW traite les abonnés 2G, 3G et LTE

Le SGSN dialogue avec le MME pour la mobilité


LTE : faire de la Voix sans Cœur Circuit…

Pour le LTE, seul un cœur paquet est prévu� Pas de cœur circuit pour le LTE� Mais la 2G/3G conserve leur cœur circuit� Continuité de la Voix à assurer entre les deux mondes

La Voix reste aujourd’hui le service principal des opérateurs� Plusieurs paramètres : expérience client, performance, complexité, coût


CS Fallback comme 1 e étapeLa VoLTE comme cible, mais sous quelle forme ?

EPC

Circuit Core

1. Etablissement du Control Plane

2. Ré-établissement du Control Plane

LTE

3. Etablissement du User Plane

2G/3G

CS Fallback (CSFB) : solution opérationnelle

• Mais risque de durer et de retarder la VoLTE

• Expérience client potentiellement désastreuse : jusqu’à 10s de call setup au lieu de 5s

• Des améliorations possibles avec des pré-requissur la 2G/3G : gain de 1s environ

Briques nécessaires

Pas de voix sur LTE

VoLTE : solution cible

• Repose sur l’IMS

• Des impacts majeurs pour la continuité de la voix et des services (supplémentaires et IN)

S/P-GWMME

SCCTAS

MSC-S

LTE2G/3G

ATGw

SGSN


CSFB : renvoi des appels vers la 2G/3G

• Les smartphones LTE sont CS Fallback !� Quand un appel Voix est initié sous LTE,

le mobile est renvoyé vers la 2G/3G� Pas de voix sous LTE

� Voix et Data basculent ensemble

� Les sessions Data en cours sont soit dégradées en 3G, soit perdues en 2G

• Allongement du temps d’établissement d’appel

MME

eNB

2G/3G

SGSN

S/PGW

Briques CS Fallback

MSC-S

Pré-requis pour une performance « acceptable », à ajouter aux briques CSFB (pas avant 2014)

MGw

Procédure RIM

HLR

UE : support d’un message spécifique

3G : IRAT PS HO ou procédure RIM2G : procédure RIM

SGs

(valeurs théoriques) 3G 2G

Appel MM aujourd’hui 4.9s 7.1s

Appel CSFB par défaut 5.9s 10.6s

Appel CSFB avec améliorations R9(pré-requis radio et cœur)

~4.9s ~9.6s

CS Fallback

Rappels :

• Un mobile ne peut utiliser 2 accès radios différents en même temps

• Pas de communications Voix et Data en parallèle en 2G (pas de DTM)

+


VoLTE : des contraintes majeures à lever

IV- La gestion de bases séparéesIV- La gestion de bases séparées

HLR HLR LTEHSS IMS

I- La continuité du service VoixI- La continuité du service Voix 2G 3G

III- La cohérence des données

des services

III- La cohérence des données

des services

HLRHSS IMSTAS

II- L’exécution des services

(supplémentaires et IN)

II- L’exécution des services

(supplémentaires et IN)

TAS SCP


SR-VCC pour la continuité de la Voix

• SR-VCC : procédure de HO Voix LTE � 2G/3G

• Pas de pré-requis sur la radio 2G

• Pré-requis sur le Cœur :� MGCF embarquée dans le MSC-S

• Basculement de la voix et de la signalisation proche de l’accès

� Le P-CSCF pilote le changement de domaine : fonction Access Transfer (ATCF)

� Le basculement de la voix se fait par une MGw ad’hoc (ATGw) pilotée par le P-CSCF

• En roaming tout se passe dans le VPLMN

� Nouveau : PDN-GW et P-CSCF dans le VPLMN

� Extension des accords de roaming à prévoir

• Point d’attention : procédure purement Cœur (et complexe)

� Quid de la synchronisation des procédures Radio et Cœur ?

S/P-GWMME

SCCTAS

MSC-S

LTE2G/3G

ATGw

SGSN

Continuité de la Voix


Architecture pour la VoLTE et SR -VCC


eNB

IMS

MSC-SMGCF

VoIP

S/PGW

MGw

ATGw

MME

TASSCC

P-CSCFATCF

Permet de réserver de bout-en-bout les ressources nécessaires à la voix

PCRF

2G/3G

Assure le changement de domaine IMS � Circuit

Assure le basculement de la Voix

SIP Invite (Call setup)

Remote leg

HLR

HSS

Paramétrage des Services Supplémentaires

Risque d’incohérence

Equivalent à 2 cœurs Circuit

Sv

2.

Client IMSClient VoLTE

Impact sur l’automate Circuit

Où est le mobile ? (Circuit ou IMS ?)

2.

Paramétrage des Services Supplémentaires

Home PLMN


SR-VCC : impact majeur sur les terminaux VoLTE

UE Vendor’s SW

Operator/Developer’s SW

HW

Operating System(OS)

Java VirtualMachine

(JVM)

Nat

ive

appl

icat

ions

JavaApplications

SR-VCC induit une modification de l’automate Circuit qui n’a pas évolué depuis de nombreuses années

*

* SR-VCC ⇒ l’automate Paquet force l’automate Circuit à sauter de l’état MM IDLE à l’état MM CONNECTION ACTIVE

Circuitrobot

Packetrobot



Deux façons d’exécuter les services

• Sous couverture 2G/3G, l’exécution des services est menée par le SCP (plateforme IN)

• Sous couverture LTE, l’exécution des services est menée par le TAS(ou un autre AS)

2G/3G

MSC-S

LTE� IMS

TAS

EPC

Exécution des services

SCP


Consolidation des services grâceau Service Broker

• Selon le service et la stratégie de l’opérateur, le Service Broker va chercher le bon service là où il est

• Le Service Broker permet également l’interaction des services

• Depuis l’IMS, le Service Broker peut aller chercher un service IN

• Depuis le Cœur Circuit, le Service Broker peut aller chercher un service IMS

• Exemple : à l’obsolescence des services IN, ceux-ci sont remplacés par des services IMS

Exécution des services

SCP

CSCF

TAS

Broker

2G

MSC-S

3G


Les Services Supplémentaires :des problèmes spécifiques

Exemples :Renvoi d’appel, Numéro masqué, Double appel, Appel en attente, Conférence à trois

“Mid-call services” : services supplémentaires gérant 3 “pattes”� Appel en attente, Conférence à trois

Services Supplémentaires

La cohérence (rendu du service) des services supplémentaires entre les mondes IMS et Circuit n’est pas garantieIl n’est pas garanti que le paramétrage choisi par l’abonné soit bien le même entre LTE et 2G/3G

SR-VCC permet le HO Voix LTE � 2G/3GMais les “mid-call services” ne sont pas maintenus


Les Services Supplémentaires :fonctionnement par défaut

• Sous couverture 2G/3G, le paramétrage des Services Supplémentaires est stocké dans le HLR

• Sous couverture LTE, le paramétrage des Services Supplémentaires est stocké dans le TAS

• Une modification dans le HLR n’est pas répercutée dans le TAS, et vice-versa⇒ Dès qu’il change de domaine, l’abonné perd les chan gements qu’il a effectués

• Le 3GPP n’offre aucune solution !⇒ Solution développé spécifiquement par un équipementier

2G/3G

MSC-SHLR

LTE� IMS

TAS

SS via HTTP

SS via DTAP

EPC



Comment assurer la cohérence desServices Supplémentaires ?

• Solution 1 : mutualisation des bases avec un modèle de données commun au Circuit et au TAS pour les Services Supplémentaires

� La cohérence (même paramétrage) des Services Supplémentaires entre les domaines Circuit et IMS est de facto garantie en toute circonstance

• Solution 2 : un Service Broker est notifié des changements dans chaque base et les propage dans l’autre base

HLRFE

BE

TASFE

HSSFE

1e étape

2e étapeHLRFE

BE

TASHSSFE

HLR HSS

Broker


HLR et HSS doivent être compatibles avec un tel mécanisme


ICS n’est pas une solution pour le maintiendes “mid-call services” !

• ICS = IMS Centralized Services

• Principe : Maintien d’un lien de signalisation permanent entre le mobile et l’IMS (SCC/TAS) même sous couverture 2G/3G

� Soit le MSC-S est vu comme un mobile par l’IMS : il porte le client SIP ⇒ ne fonctionne pas en roaming (besoin de ICS sur le PLMN visité)

� Soit un lien SIP entre le mobile et le SCC/TAS via le Cœur Paquet ⇒ ne fonctionne pas en 2G

CSCF MSC-SSCC

VoLTE-capable UE

TAS

I2

UA

TASSCC

X-CSCF

V-MSCMGCF

Packet core

Gm

VoLTE-capable UE



La VoLTE : de nombreuses difficultés

• VoLTE : une solution très complexe faisant intervenir de nombreux systèmes

� A comparer avec le Cœur Circuit actuel…

• VoLTE : des difficultés dues aux “dogmes” de l’IMS� L’IMS ne gère pas la mobilité dans les accès ⇒ besoin de SR-VCC

� L’IMS considère la voix comme n’importe quel autre service data ⇒besoin de SR-VCC + problème de cohérence des services supplémentaires

• VoLTE pourrait-elle devenir un nouveau service voix, indépendant de celui existant ?

� Ni SR-VCC, ni besoin de synchroniser les données de services

� Différentiation par la qualité de la voix (codec EVS-SWB) et des services IMS innovants (lesquels ?)

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