eMPS и CSFB

Описание

CS Fallback (CSFB) — технология, которая позволяет мобильной станции, подключенной к сети LTE, использовать существующую инфраструктуру UMTS для передачи входящих/исходящих голосовых вызовов. Так как реализация передачи голоса по сети LTE (VoLTE) требует значительных капиталовложений и дополнительного оборудования (IMS, дополнительные интерфейсы и т.д), то в качестве альтернативы была разработана технология CS Fallback, которая позволяет операторам использовать уже существующую UMTS инфраструктуру.

Для работы CS Fallback был добавлен новый интерфейс SGs между MME и MSC(UTMS коммутатором).
Стек протоколов интерфейса SGs:

> SGs Application
> SCTP
> IP
> L2/L1

Процедура подключения

Теперь рассмотрим процедуру подключения мобильной станции c eMPS подпиской и поддержкой CSFB. Как и предыдущей статье всю процедуру описывать не буду, а остановлюсь только на моментах, характерных для eMPS и CSFB

1. Мобильная станция отправляет запрос на подключение (Attach Request) базовой станции. Это сообщение содержит соответствующий Access Class. В данном случае выполняется так называемый Combined EPS/IMSI Attach (по аналогии с UMTS) — т.е помимо MME, абонент также регистрируется в MSC. Поле Attach Type в сообщении Attach Request равно Combined EPS/IMSI Attach. Также в Attach Request мобильная станция добавляет специальные поля — Voice Domain Preferences, которое содержит информацию о том, что мобильная станция поддерживает технологию CSFB, а также поле Old LAI, которое содержит информацию о Location Area, в которой мобильная станция находится в данный момент
2. Базовая станция проверяет значение Access Class и отправляет запрос элементу MME c RRC Establishment Cause = highPriority
3. MME, получив этот запрос, запрашивает данные абонента в HSS. Если абонент подписан на сервис eMPS, то его подписка будет включать поле MPS-Priority. Это поле представляет собой два бита: бит #1 (MPS-PS-Priority) — флаг использования eMPS для пакетных сессий, бит #2 (MPS-CS-Priority) — флаг использования eMPS для голосовых сессий, в частности для CSFB. При первом подключении мобильной станции, так как речи об CSFB пока не идет, MME проверяет только бит MPS-PS-Priority. Если он равен единице, то абонент подписан на сервис eMPS, и MME присваивает данной сессии самый высокий приоритет — ARP/QCI и соответствующие Maximum Bitrate (MBR). Cледует помнить, что в рамках eMPS главным является не скорость подключения, а его доступность. Т.е, переводя на технический язык, главными здесь являются значения ARP и QCI. Если бит MPS-PS-Priority = 0, то данная сессия считается «обычной» и MME присваивает ей параметры, указанные в подписке абонента
4. Далее идет стандартная процедура взаимодействия MME, SGW, PGW и соответствующих сервисных элементов (RADIUS, OCS, PCRF)
5. После того, как MME получит Create Session Response от SGW (это значит, что сессия была успешно создана на этих элементах), начинается фаза, связанная с CSFB
6. MME выбирает MSC, которому будет отправлен запрос. Выбор осуществляется на основе LAI и PLMN ID, полученными от мобильной станции, + хэш IMSI. Процедура описана в спецификации 3GPP 23.236. После того, как MME выберет MSC, он отправляет ему сообщение SGs Location Update Request, который содержит имя MME, LAI, IMSI, а также Location Update Type
7. MSC выполняет необходимые операции и отправляет Location Update Accept
8. Дальше идет стандартная процедура E-UTRAN Initial Attach

Мобильная станция зарегистрирована в сети и может передавать данные. Теперь рассмотрим, как происходит обработка голосовых вызовов. Для начала необходимо отметить, что есть два типа голосовых вызовов:

• Mobile Originated (MO) Call — т.е когда вы звоните кому-то
• Mobile Terminated (MT) Call — т.е когда вам звонят

Mobile Originated Call

Итак, мобильная станция зарегистрирована в сети и у нее есть подписка на eMPS сервис, т.е все запросы этой станции должны обрабатываться сетью в первую очередь с указанным приоритетом

1. Мобильная станция хочет сделать голосовой вызов
2. Мобильная станция отправляет базовой станции сообщение Extended Service Request, которое содержит индикатор того, что мобильная станция хочет выполнить голосовой вызов
3. Базовая станция ретранслирует это сообщение MME
4. MME проверяет бит MPS-CS-Priority в профиле абонента. Если он равен 1, то MME отправляет базовой станции сообщение UE Context Modification Request, в котором в поле «CS Fallback Indicator» указывает «CSFB High Priority». Если бит MPS-CS-Priority равен 0, то поле «CS Fallback Indicator» будет равно «CSFB Required», т.е обычный CSFB
5. Базовая станция получает это сообщение. Наличие поля CS Fallback Indicator говорит о том, что базовой станции необходимо инициировать процедуру LTE to UMTS Handover, т.е переключить мобильную станцию в режим 3G. Базовая станция отправляет MME сообщение UE Context Modification Response и инициирует процедуру Handover
6. Далее идет процедура LTE-to-UMTS Handover в результате которой мобильная станция подключается к 3G сети, и делает обычный голосовой вызов, используя стандартные процедуры UMTS для голосовых вызовов
7. По окончанию вызова мобильная станция снова возвращается в сеть LTE или остается в сети 3G (зависит от нескольких факторов)

Как видно из описания технология eMPS имеет свои «границы», т.е только LTE сеть «знает» о ней и выполняет процедуры с соответствующим приоритетом только внутри себя. После того, как мобильная станция «покидает» сеть LTE, то eMPS теряет всякий смысл и в сети UMTS не поддерживается (по крайней мере в Release 10). Но так как одним из требований технологии eMPS является «отсутствие границ», то я думаю, что в следующих релизах поддержка eMPS будет сделана для UMTS и GPRS.

Mobile Terminated Call

Теперь давайте посмотрим, как обрабатывается входящий вызов для мобильной станции с eMPS подпиской.

1. MSC принимает входящий вызов. Затем MSC по интерфейсу SGs отправляет сообщение SGs Paging Request, которое содержит IMSI абонента, а также дополнительную информацию
2. MME получает это сообщение и проверяет бит MPS-CS-Priority. Если бит равен единице, то MME генерирует сообщение Paging Request, добавляет в него поле Paging Priority и присваивает ему самый высокий приоритет (1 или 2 — чем меньше значение, тем выше приоритет). Если бит равен нулю, то поле Paging Priority может быть равным 5 или 6, а в некоторых случаях вообще не включаться в сообщение
3. MME отправляет это сообщение базовой станции. Базовая станция ретранслирует это сообщение мобильной станции с соответствующим приоритетом
4. После того, как мобильная станция получает это сообщение, она генерирует сообщение Extended Service Request c индикатором MT-Call (Mobile Terminating Call) и отправляет его базовой станции
5. Базовая станция ретранслирует это сообщение MME.
6. MME шлет сообщение UE Context Modification Request базовой станции с индикатором «CS Fallback Indicator» = «CSFB High Priority»
7. Базовая станция отправляет в ответ сообщение UE Context Modication Request и инициирует процедуру LTE-to-UMTS Handover
8. Мобильная станция переходит в 3G сеть, инициирует процедуру Location Area Update, после чего MSC устанавливает голосовой вызов с этой станцией.
9. После окончания вызова, UE возвращается в сеть LTE или остается в сети 3G

Подытоживая вышесказанное, следует отметить, что технология приоритизации eMPS напрямую не связана с технологией CSFB, так как львиная доля сигнальных процедур и весь трафик (голос) идут «мимо» LTE сети. И, как я уже сказал, в Release 10 нет связи между eMPS и технологиями приоритизации UMTS. В данном случае все, что делает eMPS — это обеспечивает необходимый приоритет сигнальных процедур, выполняемых элементами LTE сети для осуществления CSFB звонков.

Для VoLTE (Voice-over-LTE) технология eMPS имеет первостепенное значение, так как весь голосовой трафик передается внутри LTE сети. Однако, VoLTE — это новая технология, которую, насколько мне известно, хотят запустить в коммерцию только в конце 2013 года.

Спасибо за внимание

Ссылки

• 3GPP 23.401 — E-UTRAN Architecture
• 3GPP 23.272 — CS Fallback for EPS
• 3GPP 29.118 — SGs Interface