Мой пересказ статьи VoLTE Roaming and Interconnection Standard Technology, Itsuma Tanaka, NTT DoCoMo Technical Journal, 2013.

В 3GPP Rel.11 совместно с GSMA Association стандартизованы роуминг и межсоединения VoLTE. Новая архитектура позволяет обеспечивать чарджинг голосовых вызовов тем же способом, как это делается для обеспечения роуминговых вызовов в коммутируемых сетях, с использованием тех же схем межсоединения, при этом поток данных голосового соединения идет тем же путем, что и сообщения C-Plane. Это не предусматривалось в предыдущей архитектуре VoLTE и межсоединений.

1. Введение

Голос по LTE (VoLTE) - это технология, для обеспечения передачи голоса и SMS в сети LTE, которая не использует коммутируемые технологии [1]. Это реализуется с использованием IP Multimedia Subsystem (IMS), которая является стандартной технологией 3GPP для реализации мультимедийных услуг, основанных на использовании IP-протокола.

3GPP Rel.11 (R11) стандартизует архитектуру роуминга VoLTE и межсоединений. Стандарт создан совместно с GSM Association (GSMA).

Rel.11 добавляет необходимый стандартизованный функционал, который позволяет внедрить роуминг и межсоединения способом, подобным тому, что используется при обеспечении роуминга между коммутируемыми сетями, поверх существующей архитектуры роуминга VoLTE и межсоединений.

В этой статье стравнивается существующая схема голосового роуминга и межсоединений в коммутируемых сетях и предыдущая модель межсоединений и роуминга VoLTE, описаны проблемы, которые предстояло разрешить 3GPP и GSMA. Далее описано, как новая стандартизованная архитектура межсоединений и роуминга VoLTE решает эти проблемы.

2. Действующая модель обеспечения роуминга голоса в коммутируемых сетях

Существующая модель межсоединений и голосового роуминга в коммутируемых сетях, использует модель чарджинга, которую называют "каскадный чарджинг" [2]. Эта модель описана ниже.

На рис.1 показана модель межсоденинений при коммутации голоса. Абонент (а) в сети Оператора А инициирует вызов к абоненту (b), который использует сеть Оператора B. 

Между двумя операторами действуют сети для межсоединений голосовых вызовов (показаны на рисунке желтым цветом).

Чарджинг при голосовой связи использует информацию управляющего слоя (C-Plane - Control Plane), участники схемы получают биллинговые данные, а именно: Оператора B, принимающий вызов, сеть, обеспечивающая межсоединение при голосовом вызове, и Оператор A из сети которого инициирован вызов.

Пример роуминга при использовании схемы вызовов для коммутируемого роуминга показан на рис.2.

В этой модели Абонент (a1) в сети Оператора A получает роуминговое соединение с Оператором C в другой стране. В этом случае, например, Абонент (a1) затем вызывает абонента (a2) Оператора A или абонентам другого оператора. Между Операторами A и C есть два типа сетей межсоединения - одна для передачи голоса, а другая для передачи сигнализации. Чарджинг голоса в этом случае обеспечивается между сетью оператора и сетями голосового межсоединения. Комбинация этих двух способов демонстрирует устройство голосового роуминга и межсоединений в сетях с коммутацией сигнала, как показано на рисунке 3.

В этом случае абонент (a) из сети оператора A получает роуминг в сеть оператора C, а абонент b из сети оператора B получает роуминг в сеть оператора D.

Абонент (a) платит за голосовую связь в сегменте оператор C и оператор B, тогда как абонент (b) платит за приемный сегмент между операторами B и D.

Межоператорские расчеты для каждого оператора и межсоединительных сетей производится, как и в случае рис.1 и рис.2, согласно информации, получаемой из сообщений управляющего слоя (C-Plane), которые используются для установления голосового вызова, а также для информации о продолжительности вызова.

3. Существующая модель роуминга VoLTE

3.1 Обзор существующих моделей роуминга VoLTE

Модель VoLTE основана на использовании IMS, которая, как известно, является IP-системой, реализующей поддержку SIP (Session Initiation Protocol - протокол установления сеанса), стандартизованный IETF. Оборудование, отвечающее за поддержку SIP в системе IMS, включает, в частности P-CSCF (Proxy Call / Session Control Function) и S-CSCF (Serving Call / Session Control Function), а также сервер приложений AS (Application Server) [3].

Существующая схема организации роуминга VoLTE и межсоединения показана на рис. 4

P-CSCF обеспчечивает оператор C, тогда как S-CSCF и AS, которые обеспечивают управление вызовом обеспечивает оператор A. Есть также множество IP eXchanges (IPX) между операторами, которые формируют международную IP-сеть для межсоединений. Эта сеть передает SIP и данные голосового трафика. [4].

В коммутируемых сетях, управление вызовом обеспечено с использованеим коммутаторов, принадлежащих тому оператору, где в данный момент находится абонент. Основное различие между этой ситуацией и VoLTE в том, что управление вызовом обеспечивают сервера SIP (S-CSCF и AS) в домашней сети абонента (того оператора с которым у него заключен контракт).

Кроме того, поскольку VoLTE - это система на основе IP, нет необходимости для сообщений (SIP) на управляющем уровне использовать тот же маршрут, который используется для передачи потока с данными голоса, и связь от абонента (a) к абоненту (b) обеспечивается через IPX и может маршрутизоваться непосредственно, без необходимости захода в домашнюю сеть. В ситуации с коммутируемыми схемами, голос и данные всегда использовали один и тот же маршрут с управляющими сообщениями (C-Plane).

3.2 Проблемы с существующей архитектурой VoLTE

Существующая архитектура VoLTE для большей эффективности маршрутизовать поток данных голоса без необходимости захода в домашнюю сеть. Однако, с точки зрения операторов IPX, поскольку SIP-сигнализация не обязательно проходит через того же IPX, нет необходимости идентифицировать какие именно абоненты инициируют вызовы в какие периоды времени. Таким образом, IPX операторы не обеспечивающие передачу сигналов SIP, не могут обеспечивать чарджинг голосовых вызовов на основе продолжительности вызова.

VoLTE позиционируется как расширение существующих голосовых услуг GSMA, а в GSMA согласились, что внедрение существующей схемы голосового чарджинга, которая бы включала IPX операторов - это бизнес необходимость. [5] Учитывая это требование GSMA, в 3GPP провели изучение схем сигнализации и маршрутизации голоса, которые были бы эквивалентны существующим схемам в коммутируемых сетях, чтобы внедрить существующую схему чарджинга голоса для голосовых вызовов VoLTE.

4. Модель роуминга VoLTE Rel.11

В Rel.11 предлагается схема под названием Архитекутра роуминга для передачи голоса по IMS с местным приземлением (RAVEL - Roaming Architecture for Voice over IMS with Local Breakout). Схема была согласована, а архитектура изучена в рамках рабочего процесса разработки Rel.11.

Основой существующей модели коммутации голосовых вызовов была маршрутизация данных голоса и управляющих сигналов единым маршрутом. RAVEL эмулирует этот подход для VoLTE.

На рисунке 5 показана схема RAVEL организации роуминга VoLTE и межсоединения, а также процедуры установки сесии [3].

В такой архитектуре, появляется новое понятие - Transit & Roaming Function (TRF - функционал транзита и роуминга), которая доставляет сигналы SIP из сети, к которой в настоящее время подключен вызывающий (оператор C), в домашнюю сеть, где осуществляется обработка вызова (оператор A), это обеспечивает якорную функцию, что позволяет маршрутизовать данные голоса и сигналы SIP по одному маршруту.

Процессы вызова описаны ниже. 

1) Когда абонент (a) нажимает кнопку вызова на терминале, терминал посылает сигнал INVITE в P-CSCF, что является запросом на инициацию вызова.

2) P-CSCF дополняет INVITE ассоциированными TRF-адресами.

3) P-CSCF перенаправляет INVITE в S-CSCF/AS в домашней сети (оператор A). Так определяется маршрут, которым должны будут следовать голосовые данные.

4) S-CSCF/AS обеспечивает управление голосовым вызовом

5) S-CSCF устанавливает индикатор обратной связи (Loopback indicator) в INVITE и посылает его в определенный TRF в качестве ответа.

6) Получив INVITE из S-CSCF, TRF проверяет, присутствует ли индикатор обратной связи. Индикатор обратной связи используется TRF для того, чтобы отличать сигналы INVITE голосовых вызовов из S-CSCF от других сигналов INVITE.

7) Определив, что INVITE пришел от S-CSCF, TRF использует SIP URIs (SIP Uniform Resource Identifiers - идентификаторы единых ресурсов SIP) и другую информацию о направлении, которые содержатся в INVITE для принятия решения, какого оператора (оператора B) и какого оператора IPX следует использовать. На рис.5 показаны операторы IPX, но существующие сети межсоединений голоса (voice interconnect networks), могут также использоваться в качестве сети межсоединений (interconnection network). 

8) INVITE далее передается абоненту (b) в рамках обычных процедур установления вызова VoLTE, что завершает конфигурирование вызова VoLTE. В рамках процессов конфигурирования вызова, оператор B конфигурирует маршрут для данных голоса с тем, чтобы он был таким же, как и для сигнализации SIP. Детали конфигурирования вызова VoLTE в настоящем документе не описаны.

Используя перечисленные выше процедуры, сигнализация SIP и голосовые данные идут единым путем, при этом каждый оператор и провайдер IPX могут применять существующие процедуры чарджинга.

На базе этого подхода, есть и другая схема, которая маршрутизут голосовые вызовы первоначально к оператору A, а затем межвзаимодействует с оператором B, как указано в Rel.11 и на рис.6. Схема, как ожидается, будет использоваться для реализации такого функционала, как подслушивание в рамках СОРМ или для обеспечения помощи абоненту (a).

5. Заключение

В данной статье были рассмотрены схемы обеспечения голосового роуминга и межсоединений, определенные архитектурой ViLTE в 3GPP Rel.11.

Операторы VoLTE могут использовать три вида архитектуры для роуминга и межсоединений, показанные на рис. 4-6, стандартизованные в 3GPP Rel.11. Еще неизвестно, какая из этих моделей станет де-факто стандартом. Выбор модели будет определяться такими организациями GSMA или операторскими соглашениями.

NTT DoCoMo осуществила немалый вклад в разработку архитектуры в составе 3GPP и GSMA и намеревается продолжать участие в разработке.

Источники

[1] Tanaka el. al: Overview of GSMA Volte Profile, NTT DoCoMo Technical Journal, vol.13, no.4. pp. 45-51, Mar. 2012.
[2] 3GPP TR23.850 V11.0.0: Study on roaming architecture for voice over IP Multimedia Subsystem (IMS) with local breakout, Dec. 2011.
[3] 3GPP TS23.228 V11.0.0: IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2, Dec. 2012.
[4] GSMA PRD IR.65 V10.0: IMS Roaming & Interworking Guidelines, Aug. 2012.
[5] 3GPP S2-113523: VoLTE roaming architecture requirements, Jul. 2011.