WiFi Calling : Architecture de Réseau et de Service

1 Copyright EFORT 20151 WiFiCalling: Architecture de R seau et de l arriv e du r seau mobile 4G qui est un r seau tout IP, les servicesvoix/SMS ontd abord t propos s en r utilisant le r seau circuit 2G/3G. Il s agit de la solution CircuitSwitchedFallback (CSFB). Or cette solution pr sente un ensemble de limitations qui militentpour offrir la voix sur IP directement depuis le r seau 4G. Il s agit du Service VoLTEsuccesseur de CSFB. Le client peut continuer ses sessions data mobiles (sessions Internet)et en parall le appeler ou tre appel . Le r seau c ur data mobile 4G a volu poursupporter des acc s non-3 GPP de typeWiFi ce qui permet l op rateur de densifier sonr seau moindre co t m me en utilisant touthotspotWiFi public (WiFi nontrusted).

2 Le serviceWiFiCalling est certainement le principal Service qui sera offert dans ce contexted acc sWiFi connect au r seau c ur 4G data mobile. D ailleursWiFiCalling et VoLTEpartagent la m me Architecture de Service , savoir l IMS, IPMultimediaSubsystem). Unop rateur avant le m me IMS peut donc offrir les services VoLTE (Voiceover IPover LTE),ViLTE (Videoover IPover LTE),WiFiCalling et RCS (Rich Communication Suite).Gr ce ce Service , les utilisateurs n auront plus subir de restrictions en mati re de voixdans les zones n ayant pas de couverture mobile puisqu ils peuvent d sormais acc der auxservices voix m me l int rieur des b timents o la r ception est mauvaise ou en cas de picde trafic momentan .WiFicalling permet en effet, de faire transiter les appels vocauxmobiles par la connexion haut d bit fixe via l acc sWiFi.

3 Pour les op rateurs, cela se traduitpar une diminution du taux de r siliation pour cause de couverture et capacit insuffisantes l int rieur des b but de cetutoriel est de pr senter l ensemble des avantages du serviceWiFicalling et demontrer l Architecture associ e ce : AvantagesLe serviceWiFiCalling permet, en effet, de faire transiter les appels vocaux mobiles par laconnexion haut d bit fixe via l acc sWiFi. Parmi les avantages figurent : Appeler ou tre appel m me sans couverture mobile ou lorsque la couverture mobileest de mauvaise qualit du moment qu une couvertureWiFi est disponible. ClientVoWiFi natif dans le terminal. Aucune application n est installer. Il s agit dum me num ro MSISDN que dans le cas de la VoLTE Gestion de la mobilit et gestion duhandover entre VoLTE etVoWiFi et vice versa.

4 Parcontre SR-VCC n est pas possible mais DR-VCC (Dual-RadioVoice CallContinuity)l est pour garantir la continuit de l appel du mondeVoWiFi au monde circuit Acc der l ensemble des services de t l phonie, incluant les servicescompl mentaires, le SMS, l USSD, l appel d urgence, les services CAMEL, levoicemail, via l Architecture IMS commune avec VoLTE/ViLTE. Remplacer la solutionfemtocell 3G ou 4G, moindre co t, surtout pour les clients qui nedisposent pas de couverture mobile dans leur r sidence avec l op rateur (C est lapremier raison pour laquelle un client change d op rateur). L op rateur tr s souventfinance l EFORT 20152 Appeler avec des co ts de communication plus int ressants qu avec la radio nombreux mobiles du march supportent d j la fonctionnalit comme l Iphone 5c,l Iphone 5S, l Iphone 6, l Iphone 6S, le SamsungGalaxy S5, le SamsungGalaxy S6, leSamsungGalaxy S6 Edge, le SamsungGalaxy Note 4, le SonyXperia Z3, fait qu iPhone supporteVoWiFi est un driver tr s important pourVoWiFiLes premiers pays o VoWiFi sera d ploy sont ceux avec une forte p n tration desmartphones et le serviceWiFiCalling.

5 Lesdevices tels que l Iphone aveciOS 8 consid rent toujoursl acc sWiFi comme non-trusted et tablissent donc un tunnelIpsec via l Internet publicentre ledevice et l ePC d un op rateur mobile pour s curiser les communications. Celapermet audevice d utiliser n importe quel acc sWiFi et tablir et recevoir des appels etenvoyer et recevoir des SMS un point de vue architectural, une entit dans le r seauePC doit terminer le tunnel IPSecavec l UE. Il s agit de l ePDG (EvolvedPacket DataGateway) qui partage l interfaceSWuavec l UE. Le tunnelIpsec est tabli via l change de messages IKEv2 entre l UE et l UE doit tablir autant de tunnelsIpsec et d adresses IP que d APN qu il souhaite APNs concernentWiFicalling : APN IMS : via le tunnelIpsec associ cet APN, l UE peut envoyer et recevoir le traficSIP et le trafic voix sur IP.

6 APN XCAP : via le tunnelIpsec associ cet APN, l UE peut envoyer et recevoir desmessages XCAP (XML Configuration AccessProtocol) afin de configurer les donn esdes services compl mentaires. APN SOS : via le tunnelIpsec associ cet APN, l UE peut envoyer et recevoir le traficSIP et le trafic voix sur IP li un appel d ailleurs, l ePDG a une interface S2b afin de terminer les connectivit s des usagers surle PDN GW du r seauePC. C est au niveau du PDN GW que les flux IP sont contr l savant d tre d livr s au monde IP destinataire. L interface S2b utilise le protocole decontr le GTPv2-C pour tablir/modifier/lib rer des tunnels li s auxdefault/dedicatedbearers,et le protocole du plan usager GTPv1-U permettant le transport des paquets IP sur lesdefault 1 : Architecture d acc sWiFiuntrusted l pour un acc s non-3 GPPnon-trusted avecS2b bas sur GTPL architectureePC permet le rattachement depuis un acc s WLANnon-trusted comme lemontre la figure signifie par exemple que pour atteindre l ePC, le r seauR seaud acc sWiFi non-trusted ePDGPDN GWIMSS2bSGiSWuIphone6 Copyright EFORT 20153d acc s non-3 GPP ( ,WiFi) utilise l Internet.

7 C est le cas lorsque l UE utilise un pointd acc sWiFi dans unhotel, restaurant ou caf .Son Architecture est similaire celle de l'UMA/GAN, savoir le d ploiement d'une passerelled'interconnexion, l ePDG (EvolvedPacket DataGateway).Le mobile sous couvertureWiFi tablit un lien IP s curis avec l ePDG (via l'acc sxDSL,FTTx ou c ble) positionn directement dans le r seau c ur. L interface utilis e estSwubas e sur IKEv2 l'UMA/GAN qui supporte indiff remment les modes "circuit" et "paquet",l acc s non-3 GPP l EPC ne permet d'acc der qu'au mode "paquet". Les communicationst l phoniques prise en charge par l op rateur ne deviennent alors possibles que gr ce aud ploiement d'une infrastructure de voix sur IP situ e dans le c ur du r seau (reposant surle protocole SIP et l Architecture de r seau et de services IMS).

8 Le 3 GPP a normalis les extensions du standard permettant un basculement descommunications en cours de communication ("handover") entre un acc s 3 GPP et un acc snon-3 GPP tel que WLAN (WiFi).A la figure ci-dessus, le 3 GPPS erver dispose d une interfaceSWm avec l letransport s curis des informations d authentification, d autorisation et de le plan usager, les donn es de l usager (flux IP) sont transmises via l ePDG jusqu auPGW en utilisant l interface S2b. Comme dans le cas des acc s 3 GPP, le PGW sert de pointd ancrage pour le trafic de l usager. L interfaceSWm est une application interface S2b est bas e soit sur GTPv2-C/GTP-v1U soit sur interfaceSWx permet au 3 GPP AAAS erver d obtenir des vecteurs d authentification ainsique le profil non-3 GPP (contenant les donn es de configuration de toutes les APNsautoris es pour l UE) aupr s du interface S6b qui est une application DIAMETER, n est pas utilis e lorsque les acc s3 GPP s interfacent l ePC.

9 C est l interface S6a/S6d qui inclut alors la fonctionnalit del interface S6b. S6b est obligatoire lorsqu un acc s non-3 GPP s interface l l op rateur permet l interfonctionnement entre acc s non-3 GPP etePC, le HSS doittoujours conna tre les APNs actifs pour un UE donn et pour chaque APN actif, quel PDNGW termine l APN. Ces informations sont mises jour par le MME, le S4-SGSN et le 3 GPPAAAS erver aupr s du le cas des acc s 3 GPP, c est le MME/S4-SGSN qui interroge le DNS pour obtenir lesadresses des PDNGWs candidats pour un APN activer, puis qui choisit un PGW et quidemande l tablissement du tunnel r seau via l interface S11/S4 au SGW qui relaie lademande au PGW via l interface S5/S8. Enfin le MME/S4-SGSN met une requ te S6 Notifyrequest pour informer le HSS de l APN qui a t activ pour un UE donn , et de l adresse duPGW qui termine cet le cas de l acc s non-3 GPPnon-trusted, le 3 GPP AAAserver se contente de fournirles donn es de configuration d APN l ePDG.

10 L ePDG interroge le DNS pour obtenir lesadresses des PDNGWs candidats pour l APN activer, puis choisit un PGW et tablit untunnel r seau via l interface S2b jusqu au PGW. C est le PGW qui informe le 3 GPP AAAS erver via l interface S6b qu un APN a t activ pour un UE donn et fournit son adressede PGW qui termine cet APN. Le 3 GPP AAAS erver a son tour met jour ces donn esaupr s du HSS via l EFORT 20154L interfaceGx entre PCEF et PCRF permet au PCEF d obtenir des r gles PCC aupr s duPCRF pour l APN activ .Figure2: ArchitectureePC pour un acc s non-3 GPPnon-trusted avec S2b bas sur s non-3 GPPnon-trusted et son plan usagerLa figure 3 montre un exemple d acc s non-3 GPP non fiable. Il s agit d un client ayantsouscrit un abonnement ADSL aupr s d un op rateur autre que son op rateur mobile.