Dugogodišnja praksa u mobilnim telekomunikacijama podrazumevala je razdvajanje saobraćaja na "Circuit Switched" (CS) domen za glasovne pozive i "Packet Switched" (PS) domen za prenos podataka. Sa dolaskom 4G (LTE) mreža, ovaj model je napušten u korist isključivo paketnog prenosa. Da bi se omogućio prenos glasa preko IP mreže, implementiran je IP Multimedia Subsystem (IMS). VoLTE (Voice over LTE) i VoWiFi (Voice over Wi-Fi) predstavljaju standardizovane tehnologije koje omogućavaju isporuku glasovnih usluga kroz IMS jezgro mreže.
Arhitektura IMS jezgra
IMS je arhitektonski okvir dizajniran za isporuku multimedijalnih usluga preko IP mreža. U središtu IMS arhitekture nalaze se Call Session Control Function (CSCF) čvorovi, koji procesuiraju SIP signalizaciju. Postoje tri osnovna tipa CSCF čvorova:
-
Proxy-CSCF (P-CSCF): Prva tačka kontakta za mobilni uređaj (UE) unutar IMS mreže. P-CSCF prosleđuje SIP zahteve dalje u mrežu, osigurava IPSec sigurnosne asocijacije sa klijentom i obavlja funkcije kompresije zaglavlja (SigComp) radi uštede resursa na radio delu mreže.
-
Interrogating-CSCF (I-CSCF): Čvor koji služi kao ulazna tačka u domenu operatora za pozive koji dolaze iz drugih mreža. Njegova primarna uloga je ispitivanje Home Subscriber Server (HSS) baze kako bi se utvrdilo koji S-CSCF opslužuje konkretnog korisnika.
-
Serving-CSCF (S-CSCF): Centralni ruter za SIP signalizaciju. Ovaj čvor vrši autentifikaciju korisnika, preuzima korisničke profile iz HSS baze i sprovodi logiku rutiranja poziva ka aplikacionim serverima (AS) koji obrađuju dodatne usluge poput preusmeravanja poziva ili govorne pošte.
Uloga SIP protokola
Session Initiation Protocol (SIP) je tekstualni protokol aplikacionog sloja zadužen za uspostavljanje, modifikaciju i prekid multimedijalnih sesija. U VoLTE i VoWiFi okruženju, SIP se koristi isključivo za signalizaciju. Kada korisnik inicira poziv, njegov uređaj šalje SIP INVITE poruku kroz EPC (Evolved Packet Core) ka IMS arhitekturi. Nakon uspešne SIP negotiation procedure (gde se definišu portovi, IP adrese i podržani kodeci putem SDP protokola), uspostavlja se stvarni medijski tok koristeći RTP (Real-Time Transport Protocol).
AMR-WB kodek i obrada glasa
Za razliku od starijih 2G i 3G mreža koje su koristile uskopojasne kodeke, VoLTE donosi HD Voice iskustvo zahvaljujući AMR-WB (Adaptive Multi-Rate Wideband) kodeku. AMR-WB procesira frekvencijski opseg od 50 Hz do 7000 Hz, što rezultira znatno prirodnijim i jasnijim zvukom. Adaptivna priroda ovog kodeka znači da on dinamički menja bitrejt zavisno od uslova na radio mrezi (od 6.60 kbps do 23.85 kbps). Ukoliko dođe do zagušenja na eNodeB baznoj stanici, kodek automatski obara bitrejt kako bi očuvao kontinuitet razgovora bez prekida, svesno žrtvujući deo kvaliteta zvuka radi stabilnosti veze.
QoS i prioritizacija saobraćaja (QCI 1)
Kada se glas prenosi kao data paket zajedno sa klasičnim internet saobraćajem, neophodno je obezbediti rigoroznu prioritizaciju kako bi pozivi ostali stabilni i bez kašnjenja. LTE mreže to postižu implementacijom QCI (QoS Class Identifier) mehanizma.
Prilikom registracije na mrežu, uređaj uspostavlja "Default Bearer" sa QCI 9 ili QCI 8 za standardni internet, i poseban "Default Bearer" sa QCI 5 ekskluzivno za SIP signalizaciju ka IMS čvorovima. Kada korisnik uputi ili primi poziv, mreža dinamički uspostavlja "Dedicated Bearer" dodeljujući mu QCI 1 klasu saobraćaja.
QCI 1 je striktno definisan kao GBR (Guaranteed Bit Rate) kanal sa maksimalnim dozvoljenim kašnjenjem paketa od 100 milisekundi i ekstremno niskom tolerancijom na gubitak paketa. Ovo osigurava da eNodeB i ruteri u core mreži uvek prvo procesuiraju RTP pakete koji nose glas, čak i u situacijama apsolutnog zagušenja ćelije.
VoWiFi: IPSec tuneli i ePDG
VoWiFi omogućava korišćenje IMS infrastrukture preko bilo koje Wi-Fi mreže, čime se rešavaju problemi sa pokrivenošću u zatvorenim prostorima. Pošto Wi-Fi mreže spadaju u "Untrusted Non-3GPP Access" (nepouzdane mreže izvan kontrole mobilnog operatora), sigurnost se mora podići na najviši nivo.
Telefon inicira kreiranje enkriptovanog IPSec tunela koji prolazi kroz lokalni NAT, ISP ruter i javni internet, sve do ePDG (Evolved Packet Data Gateway) čvora unutar core mreže operatora. ePDG deluje kao siguran ulaz i dekriptuje saobraćaj pre nego što ga prosledi ka PGW (Packet Data Network Gateway) čvoru i dalje ka IMS arhitekturi. Iz perspektive IMS sistema, poziv preko Wi-Fi mreže izgleda potpuno identično kao VoLTE poziv.
Kritičnost Handover procedure (Wi-Fi na LTE)
Jedan od najsloženijih procesa u modernim mobilnim mrežama je tranzicija aktivnog poziva sa VoWiFi na VoLTE (i obrnuto) bez prekida veze. Da bi handover bio uspešan, mora se očuvati IP adresa klijenta (UE). Ovu funkciju obavlja PGW, koji deluje kao sidro (IP anchor).
Kada uređaj detektuje slabljenje Wi-Fi signala, on paralelno aktivira svoj LTE radio modul i signalizira mreži potrebu za prebacivanjem na eNodeB, dok IPSec tunel i dalje održava aktivnu vezu (Make-before-break princip). Mreža hitno uspostavlja QCI 1 Dedicated Bearer na LTE strani. Jednom kada je radio resurs spreman, PGW momentalno preusmerava RTP pakete sa ePDG interfejsa direktno na SGW (Serving Gateway) u LTE mreži.
Ako tajming nije savršen, ili ako IPSec tunel padne pre nego što se uspostavi QCI 1 na baznoj stanici, RTP paketi počinju da se gube, što rezultira prekidom poziva (call drop) ili sa nekoliko sekundi apsolutne tišine. Zbog ovoga je fina kalibracija pragova osetljivosti radio modula i brza signalizacija kroz EPC od ključne važnosti za stabilan handover.
Nema komentara