Вместе с CS Fallback, данный вариант реализации голосовых услуг в LTE является наиболее "толерантным" к сетям предыдущего поколения, используя их инфраструктуру и оборудование по максимуму.

Вариант VoLGA базируется на стандартизированном 3GPP решении UMA/GAN (Unlicensed Mobile Access/Generic Access Network), что интересно - в числе основателей форума значится производитель оборудования Kineto Wireless (один из создетелей UMA) и оператор T-Mobile (один из немногих операторов, который имеет запущенный сервис UMA в США). В числе основателей и активных участников VoLGA-forum значились практически все основные производители оборудования, за исключением Nokia-Siemens Networks, однако в декабре 2009 года Ericsson отозвал свое членство в форуме, мотивируя это отсутствием спроса на данное решение у операторов (фактически никто кроме T-Mobile не проявил заинтересованности, плюс подоспела инициатива IMS OneVoice Profile).

При написании статьи я активно использовал следующие сайты и материалы:
3GPP, VoLGA White Paper от Martin Sauter

Перед переходом к техническим деталям, предлагаю рисунок текущей (ноябрь 2009) расстановки сил по теме Voice_over_LTE.

Упрощенная схема сети представлена ниже.

Как уже отмечалось выше, вариант VoLGA позволяет в значительной степени переиспользовать текущее оборудование 2G/3G сетей, а именно - MSC/MSCs, MGW, HLR/HSS. Радиосеть 2G/3G является необязательной, хотя хэндоверы из/в LTE - поддерживаются. Оборудование, которое должно быть доработано для работы с VoLGA - абонетский терминал. Новый элемент - VANC. Все остальное оборудование - стандартное.

Основная идея VoLGA состоит в том, что между сетью LTE и сетью 2G/3G появляется новый элемент, VANC (VoLGA Access Network Controller), который волшебным образом обманывает сразу 2 сегмента сети и позволяет не дорабатывать ни один их них и берет на себя согласование этих сегментов между собой. Для LTE он предстаавляет собой некое IP-устройство, куда через PDN-GW (Packet Data Network Gateway) можно передать сигнальные и трафиковые IP-пакеты по интерфейсу SGi (аналогом этого интерфейса в 2G/3G является Gi-интерфейс, идущий от GGSN во внешний мир). Для MSC/MSCs элемент VANC представляется BSC (Base Station Controller - элемент, к которому в сети 2G подсоединяются базовые станции) или RNC (Radio Network Controller, то же самое для сети 3G), причем интерфейсы - опять же стандартные A и Iu-CS.

Регистрация терминала

Сначала терминал регистрируется в сети LTE (конкретно в ММЕ, который функционально напоминает MSC/VLR в 2G/3G). ММЕ обращается в HSS за абонентскими данными, получает их и сохраняет для дальнейшего использования. После успешной регистрации в LTE, терминал инициирует процедуру установления IPSec-тунеля к VANC. Поскольку пакетных сетей (имеются в виду сети, которые соединяются с PDN-GW через интерфейс SGi) может быть несколько, и внутри одной пакетной сети может быть несколько VANC (их, очевидно, и должно быть несколько для разделения нагрузки, надежности и т.д.), существуют следующие процедуры :

- определение PDN, через которую будет предоставляться VoLGA-сервис. В терминале конфигурируется APN для VoLGA, причем отдельно APN для домашней сети, APN для известных визитных сетей и APN для неизвестных (всех остальных) визитных сетей.

- выбор VANC в выбранной PDN. Наиболее простым вариантом является использование DHCP и DNS для получения адреса VANC.  VANC представляет из себя устройство, которое схематично можно разделить пополам, причем левая часть понятна для EPS (Evolved Packet System - опорная сеть LTE), а правая часть - понятна CS Domain. Картинку для VANC мне найти не удалось, однако картинка 3GPP GANC (Generic Access Network Controller) практически не отличается (только вместо стека 802.11 нужно вставить стек LTE).

После установления IPSec-тунеля через сеть LTE до VANC - терминал инициирует процедуру Location Update в 2G/3G VLR. Терминал общается с MSC/VLR посредством стандартных для GSM/UMTS сообщений Mobility Management, Radio Resource Control, которые упаковываются в IP-пакеты и прозрачно передаются между терминалом и MSC/VLR.  Поскольку VLR работает с LAC и Cell_id абонента, а в сети LTE эти параметры не используются - их добавляет VANC на основе своей таблицы соответствия LTE TAI (Tracking area id) и LTE cell_id, которые приходят от терминала, в соответствующие 2G/3G значения.

Входящие и исходящие соединения.

Если соединение "терминал - сеть LTE" установлен - терминал начинает обмениваться данными с MSC через VANC. Если соединение не установлено - сначала устанавливается оно, далее соединение с VANC и потом через VANC начинается обмен с MSC.  

С точки зрения MSC - исходящее (Mobile Originating) соединение выглядит как обычное соединение, пришедшее из BSC/RNC, в роли которого выступает VANC.  С точки зрения сети LTE, после "невидимого" для LTE сигнального обмена (поскольку он идет по IPSec-тунелю) - устанавливается обычный RTP обмен между терминалом и VANC.

Входящее (Mobile Terminating) соединение также мало чем отличается от обычного в сети 2G/3G. MSC отправляет пейджинговое сообщение в VANC. Если терминал в состоянии "active" - IPSec между VANC и терминалом уже установлен и CS пейджинг доставляется до терминала. Если терминал в состоянии "idle" - сначала устанавливается соединение "терминал - сеть", терминал переходит в состояние "active" и далее аналогично предыдущему случаю.

Хэндовер.

VoLGA в полной мере поддерживает хэндовер в 2G/3G. Используется спецификация 3GPP TS 23.216 (Single-Radio Voice Call Continuty). Терминал при регистрации сообщает о поддержке VCC, данная информация сохраняется в ММЕ и используется при принятии решения о необходимости хэндовера. Когда eNodeB (базовая станция LTE) на основании измерений терминалом уровня соседних 2G/3G ячеек принимает решение о необходимости хэндовера, эта информация передается в MME. MME через Sv-интерфейс передает в VANC запрос на хэндовер и информацию о том, кто и куда должен быть передан в рамках хэндовера. VANC транслирует эти данные в MSC, который инициирует стандартную для GSM/UMTS процедуру хэндовера.

Roaming.

Терминал (не сам, конечно) приезжает в визитную LTE-сеть.

Если в этой сети запущена VoLGA и в терминале есть настройки этой сети (соответствующий APN, с помощью которого терминал узнает адрес правильной сети PDN. Описано выше в разделе о регистрации) - терминал  соединится с местным VANC (местный MME запросит в домашнем HLR необходимые данные по стандартному для LTE интерфейсу) и далее с местным VLR, который имеет стандартный интерфейс к домашнему HLR. После этого все будет работать аналогично описанной выше работе в домашней сети. Данный метод (специальный/специальные APN для визитных сетей, соединение с местным VANC) соответствует спецификации 3GPP TS 23.401 (local breakout).
Если в этой сети не запущена VoLGA - голосовые услуги все равно могут быть оказаны через домашний VANC. По APN домашней сети IP-соединение будет установлено к домашнему PDN-GW и далее к домашнему VANC. В этом случае любой исходящий звонок (даже исходящий на локальный номер страны пребывания) будет устанавливаться через домашнюю сеть абонента, что может негативно сказаться на качестве сервиса.  

Недостатки.

• Данное решение не поддерживается и, очевидно, не будет поддерживаться двумя (из трех) ведущими производителями оборудования - Ericsson и Nokia-Siemens Networks. Также данное решение не имеет поддержки в 3GPP, т.е. не является стандартизированным.

Преимущества.

• Переиспользование существующего GSM/UMTS оборудования без какой-либо доработки.
• Разработан на базе существующего решения (GAN), т.е. многие вопросы уже были проработаны и не потребуют много времени для разработки и внедрения.
• Полная поддержка SMS.
• Достаточно простое решение для обеспечения международного роуминга.
  

© lazymoose, впервые опубликовано в ЖЖ, MForum.ru

Также по теме LTE есть подборка "ликбезовского" уровня здесь >>