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1 1 Copyright EFORT Simon ZNATY GPRS, (LTE + ePC = EPS), PCC, IMS Simon ZNATY, EFORT [email protected] http://www.efort.com Etudes et FORmations en Télécommunication Le nombre d’abonnés à un réseau mobile via LTE/ePC (Long Term Evolution / Evolved Packet Core) va connaître un véritable boom dans les prochaines années. Le cabinet d’études et de conseil Pyramid Research prévoit un taux annuel moyen de croissance de 404 % entre 2010 et 2014, pour atteindre les 136 millions d’abonnés fin 2014. Les autres normes de téléphonie mobile n’ont pas connu un tel essor, y compris la norme UMTS/HSPA. La LTE est un projet mené par l'organisme de standardisation 3GPP visant à rédiger les normes techniques de la future quatrième génération en téléphonie mobile. Elle permet le transfert de données à très haut débit, avec une portée plus importante, un nombre d’appels par cellule supérieur (zone dans laquelle un émetteur de téléphonie mobile peut entrer en relation avec des terminaux) et une latence plus faible. En théorie, elle permet d’atteindre des débits de l’ordre de 50 Mbit/s en lien ascendant et de 100 Mbit/s en lien descendant, à partager entre les utilisateurs mobiles d'une même cellule. Pour les opérateurs, la LTE implique de modifier le cœur du réseau et les émetteurs radio. Il faut également développer des terminaux mobiles adaptés. En terme de vocabulaire, le futur réseau s’appelle EPS (Evolved Packet system). Il est constitué d’un nouveau réseau d’accès appelé LTE (Long Term Evolution) et d’un nouveau réseau cœur appelé ePC (Evolved Packet Core) aussi appelé SAE (System Architecture Evolution). L’objectif de ce cours est d’introduire la vision de bout en bout du réseau EPS avec son accès, son réseau cœur, les procédures de gestion de la mobilité, de gestion de session et de handover. Comme il s’agit d’un réseau en mode paquet uniquement, le cours décrit les différentes approches pour offrir les services auparavant supportés par le domaine circuit tels que les services de téléphonie et le service SMS. L ’approche long terme sera l ’IMS (IP Multimedia Subsystem) qui fait l ’objet d ’une présentation détaillée dans ce cours. Ce réseau EPS devra interfonctionner avec le réseau légataire paquet, à savoir GPRS (General Packet Radio Service). Le cours introduit aussi brièvement le réseau GPRS.

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1Copyright EFORTSimon ZNATY

GPRS, (LTE + ePC = EPS),PCC, IMS

Simon ZNATY, [email protected]

http://www.efort.com

Etudes et FORmations en Télécommunication

Le nombre d’abonnés à un réseau mobile via LTE/ePC (Long Term Evolution / EvolvedPacket Core) va connaître un véritable boom dans les prochaines années. Le cabinetd’études et de conseil Pyramid Research prévoit un taux annuel moyen de croissance de404 % entre 2010 et 2014, pour atteindre les 136 millions d’abonnés fin 2014. Les autresnormes de téléphonie mobile n’ont pas connu un tel essor, y compris la normeUMTS/HSPA.

La LTE est un projet mené par l'organisme de standardisation 3GPP visant à rédiger lesnormes techniques de la future quatrième génération en téléphonie mobile. Elle permet letransfert de données à très haut débit, avec une portée plus importante, un nombre d’appelspar cellule supérieur (zone dans laquelle un émetteur de téléphonie mobile peut entrer enrelation avec des terminaux) et une latence plus faible. En théorie, elle permet d’atteindredes débits de l’ordre de 50 Mbit/s en lien ascendant et de 100 Mbit/s en lien descendant, àpartager entre les utilisateurs mobiles d'une même cellule. Pour les opérateurs, la LTEimplique de modifier le cœur du réseau et les émetteurs radio. Il faut également développerdes terminaux mobiles adaptés.

En terme de vocabulaire, le futur réseau s’appelle EPS (Evolved Packet system). Il estconstitué d’un nouveau réseau d’accès appelé LTE (Long Term Evolution) et d’un nouveauréseau cœur appelé ePC (Evolved Packet Core) aussi appelé SAE (System ArchitectureEvolution).

L’objectif de ce cours est d’introduire la vision de bout en bout du réseau EPS avec sonaccès, son réseau cœur, les procédures de gestion de la mobilité, de gestion de session etde handover. Comme il s’agit d’un réseau en mode paquet uniquement, le cours décrit lesdifférentes approches pour offrir les services auparavant supportés par le domaine circuittels que les services de téléphonie et le service SMS. L ’approche long terme sera l ’IMS (IPMultimedia Subsystem) qui fait l ’objet d ’une présentation détaillée dans ce cours. Ceréseau EPS devra interfonctionner avec le réseau légataire paquet, à savoir GPRS (GeneralPacket Radio Service). Le cours introduit aussi brièvement le réseau GPRS.

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PLAN 1. Evolution des Réseaux Mobiles 2. GPRS dans le réseau mobile

2.1. Entités GPRS 2.2. Gestion de la mobilité, gestion de session et roaming GPRS

3. LTE + ePC = EPS 3.1. Définition et Architecture de Haut Niveau 3.2. Interfaces EPS 3.3. Gestion de la Mobilité EPS 3.4. Gestion de Session EPS 3.5. Taxation EPS 3.6. Les services du domaine CS sur l’EPS

4. IP Multimedia Subsystem 4.1. Définition d’IMS 4.2. Entités IMS 4.3. Enregistrement IMS, Etablissement de sessions IMS 4.4. SMS avec IMS

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1. Evolution des RéseauxMobiles

Il existe 4 standards pour les systèmes 2G: le GSM (Global System for Mobile communications) et ses dérivés; digitalAMPS (D-AMPS); code division multiple access (CDMA) IS-95; et le personal digital cellular (PDC). Le GSM est de loincelui qui a eu le plus de succès et qui est le plus largement déployé. D’abord utilisé dans la bande des 900 MHz, il aensuite été étendu dans la bandes des 1800 MHz pour répondre à des problèmatiques de saturation des fréquences. LeGSM a également été étendu hors Europe et constitue une des composantes du PCS Américain (1900 MHz).

Les dérivés de la 2G – Différentes améliorations ont été normalisées: General Packet Radio Services (GPRS), EnhancedData Rates for Global Evolution (EDGE).

La 3ème génération a été normalisée d’abord par l’ETSI puis par le forum 3GPP (3G Partnership Project) en lien avec l’ITU(International Telecommunication Union) au travers du projet “IMT-2000” qui définit la technique de transmission, letransport des servies IP, le roaming et les communications multimédia. Deux propositions émergent: wideband codedivision multiple access (WCDMA) et CDMA2000.

Les dérivés de la 3G :

- HSDPA, High Speed Downlink Packet Access, qui est un service de données paquet modulé en CDMA dans le sensréseau vers mobile avec des débits potentiels de plusieurs Mbit/s (14,4 Mbit/s). Aujourd’hui, toutes les zones sont déjàmises à niveau en France avec le HSPDA (3,6 Mbit/s).

- HSUPA, High-Speed Uplink Packet Access, qui est un protocole permettant des débits remontants extrêmement élevés(jusqu’à 5.76 Mbit/s). Déploiement fin 2007.

La 4ème génération: OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) sera introduite dans les années à venirpour offrir des débits allant jusqu ’à 100 Mbits/s en débit descendant (OFDMA) et 50 Mbit/s en débit montant (SC-FDMA).

Il faut différencier l ’accès GPRS et le réseau GPRS. Le réseau GPRS est constitué de commutateurs de paquets et sertà transférer les paquets émis depuis des accès GPRS, EDGE, W-CDMA, HSUPA ou HSDPA vers l ’Internet et lesIntranets d ’entreprise. Par ailleurs ce réseau sert à remettre au mobile des paquets émis par l ’Internet ou par lesIntranets.

Par contre l ’accès GPRS n ’est qu ’un accès possible parmi de multiples accès (GPRS, EDGE, W-CDMA, HSUPA ouHSDPA) et offre un débit asymétrique relativement faible, généralement, 10kbit/s dans le sens montant (du mobile auréseau) et 40 kbit/s dans le sens descendant (du réseau au mobile).

EDGE qui n ’apparaît qu ’à l ’accès permet d ’augmenter les débits pour les services de données (jusqu ’à 200 kbit/s endébit descendant) par rapport à l ’accès GPRS. Le même réseau cœur GPRS supporte l ’accès EDGE.

La 3G avec W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) permet des débits allant jusqu ’à 384 kbit/sbidirectionnels. HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) améliore les débits descendants pouvant atteindre 14,4Mbit/s et HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) améliore les débits montants pouvant atteindre 5,75 Mbit/s.

La 4G fait apparaître un nouveau réseau cœur pour les services de données et services conversationnels appelé ePC(Evolved Packet Core). Les services conversationnels seront offerts par ePC+IMS à la différence d’aujourd’hui où il y a unréseau cœur dédié pour offrir ces services

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Accès et Réseau mobilesAccès Réseau

GSMGPRSEDGE

GSM/NGN Mobile

GPRSW-CDMAHSDPAHSUPA

3G

2G

OFDMA

SC-FDMA

GSM : Global System for Mobile TelecommunicationsGPRS : General Packet Radio ServiceEDGE : Enhanced Data Rates for GSM Evolution,W-CDMA : Wideband Code Division Multiple AccessHSDPA : High Speed Downlink Packet AccessHSUPA : High Speed Uplink Packet AccessOFDMA : Orthogonal Frequency Division Multiple AccessSC-FDMA : Single Carrier FDMAePC : Evolved Packet CoreIMS : IP Multimedia Subsystem

ePC4G RéseauIP

IMS

RéseauIP

IMS

EDGE+

HSPA+

Le réseau mobile est constitué d ’un réseau d ’accès et d ’un réseau cœur.

Trois réseaux d ’accès sont possibles : 2G, 3G, 4G. Le réseau d ’accès 2G s ’appelle BSS (Base StationSubsystem). Il supporte les technologies radio GSM, GPRS et EDGE. Le réseau d ’accès 3G s ’appelleUTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). Il supporte les technologies radio W-CDMA, HSDPA,HSUPA et HSPA+. Le réseau d ’accès 4G s ’appelle LTE (Long Term Evolution of 3G). Il supporte lestechnologies radio OFDMA et SC-FDMA.

Le réseau coeur 2G/3G consiste en deux domaines : Domaine circuit et domaine paquet.

Le domaine circuit offre des services de téléphonie. Au départ constitué de commutateurs voix, il a évoluévers une structure NGN Mobile appelée R4. Le domaine paquet appelé GPRS (General Packet RadioService) offre un accès plus (3G) ou moins (2G) haut débit au monde IP et à ses services.

Il faut différencier l ’accès GPRS et le réseau GPRS. Le réseau GPRS est constitué de commutateurs depaquets et sert à transférer les paquets émis depuis des accès GPRS, EDGE, W-CDMA, HSUPA ouHSDPA vers l ’Internet et les Intranets d ’entreprise. Par ailleurs ce réseau sert à remettre au mobile despaquets émis par l ’Internet ou par les Intranets.

Par contre l ’accès GPRS n ’est qu ’un accès possible parmi de multiples accès (GPRS, EDGE, W-CDMA,HSUPA ou HSDPA) et offre un débit asymétrique relativement faible, généralement, 10kbit/s dans le sensmontant (du mobile au réseau) et 40 kbit/s dans le sens descendant (du réseau au mobile).

EDGE qui n ’apparaît qu ’à l ’accès permet d ’augmenter les débits pour les services de données (jusqu ’à200 kbit/s en débit descendant) par rapport à l ’accès GPRS. Le même réseau cœur GPRS supportel ’accès EDGE.

La 3G avec W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) permet des débits allant jusqu ’à 384kbit/s bidirectionnels. HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) améliore les débits descendantspouvant atteindre 14,4 Mbit/s et HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) améliore les débits montantspouvant atteindre 5,75 Mbit/s.

La 4G fait apparaître un nouveau réseau cœur pour les services de données et services conversationnelsappelé ePC (Evolved Packet Core). Les services conversationnels seront offerts par ePC+IMS à ladifférence d’aujourd’hui où il y a un réseau cœur dédié pour offrir ces services La 4G permettra des débitsallant jusqu ’à 100 Mbit/s pour les débits descendants avec la technologie OFDMA (Orthogonal FrequencyDivision Multiple Access) et 50 Mbit/s pour les débits montants avec SC-FDMA Single Carrier FrequencyDivision Multiple Access).

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Points importants de chaqueRelease 3G

Release Evolution à l’accès Evolution dans le réseau cœur

R3 Nouveau réseau d’accès Nouveaux commutateurs MSCappelé UTRAN supportant la voix et la vidéo-Nouvelle technologie radio téléphonieW-CDMA (384 kbit/s) Nouveaux commutateur SGSN

plus scalableR4 Emulation des commutateurs

MSC par NGN MobileR5 Nouvelle technologie radio IMS Phase 1 pour offrir des

HSDPA (jusqu’à 14,4 Mbits) services non temps réelsR6 Nouvelle technologie radio IMS Phase 2 pour offrir des

HSUPA (jusqu’à 5,75 Mbits) service temps réels (e.g., voix)R7 Evolution EDGE (EDGE+) IMS Phase 3 indépendant de

Evolution HSPA (HSPA+) l’accès; PCC (Policy and ChargingControl ; 3G Direct Tunnel (DT)

R8 Nouvelles technologies radio Nouveau réseau cœur ePC enOFDMA et SC-FDMA mode paquet, Common IMS

R10 LTE-Advanced

Release 3: Introduit le réseau d’accès 3G ou UMTS appelé UTRAN (UMTS Terrestrial Radio AccessNetwork) constitué de NodeBs et de RNCs. La technologie que supporte UTRAN s’appelle W-CDMA quipermet d’offre des services circuit tels que la téléphonie et la visiophonie ainsi que des services de donnéesavec un débit maximum de 384 kbit/s dans les sens montant et descendant. Dans le coeud de réseau ils’agit de mettre à jour les MSC 2G afin qu’ils deviennent des MSC 3G et les SGSN 2G afin qu’ils supportentl’accès 3G.

Release 4: Permet d’introduire le concept NGN mobile dans le domaine circuit. Avec le passage à la 3G, ilest difficile de faire évoluer les MSC 2G afin qu’ils s’interconnectent avec l’accès UTRAN. Les opérateurspréfèrent remplacer les MSC 2G par une architecture NGN Mobile (R4) qui supporte les accès 2G ainsi queles accès 3G. Avec le NGN mobile le transport de la voix dans le domaine circuit se fait sur IP metuniquement dans le cœur de réseau.

Release 5: Introduit la technologie HSDPA à l ’accès par une mise à jour logicielle des Node B et RNC. Ledébit descendant devient égal à 14,4 Mbit/s alors que le débit montant reste inchangé par rapport à W-CDMA. Les réseaux 3G déployés actuellement son principalement basés sur cette Release. L ’architectureIMS Phase 1 est aussi définie pour des services non temps -réels (e.g., présence, messagerie, etc) et pourun accès 3G.

Release 6: Introduit la technologie HSUPA à l ’accès par une mise à jour logicielle des Node B et RNC. Ledébit montant devient égal à 5,75 Mbit/s. L ’architecture IMS Phase 2 est aussi définie pour des servicesnon temps-réels (e.g., présence, messagerie, etc) et temps réel (e.g., téléphonie) pour un accès 3G.

Release 7: Les technologie HSPA+ (2 x HSPA ou 3 x HSPA) et EDGE+ (2 x EDGE) sont proposées.L ’architecture IMS Phase 3 est aussi définie pour des services non temps -réels (e.g., présence,messagerie, etc) et temps réel (e.g., téléphonie) pour tout type d ’accès large bande. Il s ’agit de CommonIMS.

Release 8: Introduit les technologies pré-4G appelées OFDMA (100 Mbit/s dans le sens descendant) etSC-FDMA (50 Mbit/s dans le sens montant) pour 20 MHz de fréquence. Le nouveau réseau d ’accès pré-4G est appelé LTE. La Release 8 définit par ailleurs un nouveau réseau cœur paquet pré-4G appelé ePC(Evolved Packet Core). La Release 8 finalise aussi les spécifications concernant Common IMS initiéesdans la Release 7.

Release 10 introduit la LTE-Advanced. Elle permet 3 Gbit/s dans le sen descendant et 1,5 Gbit/s dans lesens montant avec 100 Mhz de fréquence.

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Débits pour les services de données

Technologie Débit descendant Débit montant

GSM 9,6 kbit/s 9,6 kbit/s 200 kHz

GPRS 41,6 kbit/s (171,2) 20,8 kbit/s (171,2) 200 kHz

EDGE 236,8 kbit/s (473,6) 50 kbit/s (473,6 kbit/s) 200 kHz

EDGE Evolution 1 Mbit/s (1,9 Mbit/s) 500 kbit/s (1 Mbit/s) 200 kHz

W-CDMA(UMTS) 384 kbit/s 384 kbit/s 5 MHz

HSDPA 1 Mbit/s (14,4 Mbit/s) 5 MHz

HSUPA 1 Mbit/s (5,75 Mb/s) 5 MHz

HSPA 1 Mbit/s (14,4 Mbit/s) 1 Mbit/s (5,75 Mb/s) 5 MHz

HSPA+ 2 Mbit/s (43,2 Mbit/s) 2 Mbit/s (23 Mbit/s) 5 MHz

LTE 6 Mbit/s (100 Mbit/s) 6 Mbit/s (50 Mbit/s) 20 MHz

Bande defréquence

GPRS peut transporter le trafic de données de l’usager à des débits de 41,2 kbitsdans le sens descendant avec 4 timeslots (le débit maximum théorique est de171,2 kbit/s pour 8 timeslots opérant chacun à 21,4 kbit/s). En mode paquet. Ledébit par timeslot en pratique est de 10,4 kbit/s. Le débit montant pratique estlimité à 20,8 kbit/s avec 2 timeslots..

EDGE peut transporter le trafic de données de l’usager avec un débit de 236.8kbit/s dans le sens descendant avec 4 timeslots (le débit maximum théorique estde 473.6 kbit/s avec 8 timeslots) en mode paquet. Le débit par timeslot est de59,2 kbit/s. Le débit montant pratique est limité à 118,4 kbit/s avec 2 timeslots.

Les opérateur WCDMA (3G) sont capables de fournit des débits montant etdescendant de 384 kbit/s.

La technologie 3,5G appelée HSDPA permet en théorie des débits descendantspouvant atteindre 14,4 Mbit/s. Même s’il existe des terminaux pouvantfonctionner à 1,8 ou 3,5 ou 7,2 ou 10,8 Mbit/s, le débit offert par l’opérateuratteint un maximum autour de 1 Mbit/s en débit descendant. Le débit montant estcelui de W-CDMA.

La technologie 3,75G appelée HSUPA permet en théorie des débits montantspouvant atteindre 5,75 Mbit/s. Même s’il existe des terminaux pouvantfonctionner 2 Mbit/s, le débit offert par l’opérateur atteint un maximum autour de1 Mbit/s en débit montant. Le débit descendant est celui de W-CDMA.

La technologie HSPA (HSDPA+HSUPA) permet donc des débit pratiquesmontant et descendant de 1 Mbit/s.

La technologie HSPA+ permet de multiplier par 2 ou par 3 le débit de HSPA.

Enfin le débit pratique que permettra la technologie LTE sera d’environ 5 Mbit/s.

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Latence (latency) moyenne à l’accès La latence est le temps requis pour transmettre un signal d'un

Point à un autre d'un Réseau.

Dans le contexte 2G, il s’agit du temps de transmission desdonnéés entre la MS et le GGSN

GPRS : 700 ms

EDGE : 400 ms

Dans le contexte 3G, il s’agit du temps de transmission desdonnéés entre l’UE et le GGSN

WCDMA : 200 ms

HSDPA : 90 ms

HSUPA : 80 ms

HSPA+ : <50 ms

Dans le contexte LTE, il s’agit du temps de transmission desdonnéés entre l’UE et le PDN GW

LTE : 30 ms

La latence a une incidence majeure sur l’expérience utilisateur. En particulier, lesservices conversationnels tels que la voix sur IP et la vidéotéléphonie requièrentune latence courte. Les autres services qui bénéficieraient d’une petite latencesont les jeux multimédia en réseau, l’IPTV, etc.

Comme les exigences de l’usager croient de plus en plus avec l’avènement desnouvelles applications mobiles sur IP, les nouvelles technologies mobilesdoivent être conçues en les prenant en compte.

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Evolution de l’architecture deRéseau Mobile

Accès

CS

RTC

Accès

CS

RTC

PS

IP

Accès

NGN

RTC

PS

IP

Accès

NGN

RTC

PS

RTC

IMS

Accès

Réseau paquet

3G avec Evolution IMS Architecture EPS

EPS = LTE + ePC

EPS : Evolved Packet SystemLTE : Long Term EvolutionePC : Evolved Packet CoreCS : Circuit Switched domainPS : Packet Switched domain

PS

IP

RTC

IMS IP

Architecture 2G Architecture 2G/2,5G/2,75G

Evolution 2G/3G avec NGN

Les réseaux mobile GSM (2G) ont été initialement conçus pour les services voix et autres servicess’appuyant sur la commutation de circuit. C’est la raison pour laquelle, cette génération de réseau présentaitune architecture relativement simple constituée de deux parties principales :

• Le réseau d’accès

• Le domaine cœur de commutation de circuit (CS, Circuit Switched Domain) fournissant les services de latéléphonie aux clients mobiles et l’interfonctionnement avec le RTC.

Les réseaux mobiles 2,5G/2,75G correspondent à l’évolution paquet de la 2G. L’architecture de cesréseaux consiste en deux parties :

Le réseau d’accès 2G qui a été mis à jour pour supporter la transmission de paquet et des schémasd’allocation de ressource partagée (pour la voix, la 2G dédie les ressources) pour GPRS (2,5G) et EDGE(2,75G).

UN nouveau réseau cœur (PS, Packet Switching Domain) qui est rajouté au domaine circuit (CS) précédent.

Ce domaine paquet à le même rôle que le domaine paquet dans un but cette fois d’offrir des services dedonnées aux clients mobiles et assurer l’interfonctionnement avec les réseaux IP (Internet, Intranet).

D’un point de vue système, l’architecture de réseau 3G is plus ou moins celle de la 2G et inclut les domainescircuit et paquet. Le domaine circuit peut être émulé par une architecture dd réseau NGN appelé R4constituée de Media Gateway et de (G)MSC Server.

Il est aussi possible de rajouter un nouveau domaine aux domaines CS et PS, appelé IMS afin de fournir desservices conversationnels sur IP aux clients mobiles. En effet grâce à l’évolution de l’accès 3G vers le hautdébit, il sera possible d’envisager la fourniture de services conversationnels tels que la téléphonie de bout enbout sur IP. Dans ces conditions, il est important de créer sur le mode paquet les plans de signalisation et deservice qui permettront d’émuler les services offert par le domaine circuit et de nouveaux services grâce à laflexibilité d’IP.

L ’architecture EPS (Evolved Packet System) a pour objectif d’intégrer toutes les application sur unearchitecture commune et assez simple. Les principaux composants de l’architecture sont :

• Un réseau d’accès paquet qui peut efficacement supporter les services temps réel (e.g., la voix) et nontemps réel.

• Un réseau cœur composé d’un domaine paquet supportant les services de commutation de paquet dont lesservices IMS et assurant l’interfonctionnement vers Internet, Intranets d’entreprise, et le RTC à travers l’IMS.

Le domaine circuit n’est plus présent car toutes les applications sont supportées sur un domaine paquet (PS).

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IS-95 : Evolution Réseau

10 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

100 kbit/s

60 kbit/s

14,4 kbit/s IS-95A

IS-95B

Cdma20001X

EV-DORev0

EV-DORevA

EV-DORevB

1995 1999 2000 2002 2006 2008

Disponibilité commerciale

Max : downlink 307 kbit/suplink : 153 kbit/s

Max : downlink :2,4 Mbit/suplink : 153 kbit/s

Max : downlink :3,1 Mbit/suplink : 1,8 Mbit/s

Max : downlink :73,5 Mbit/suplink : 27 Mbit/s

Max : downlink 115 kbit/s

Max : downlink 14,4 kbit/suplink : 14,4 kbit/s

EV-DO : Evolution Data OptimizedUMB : Ultra Mobile Broadband

UMBRevC

Max : downlink :288 Mbit/suplink : 75 Mbit/s

?Débit

IS-95A is the brand name of the first cdma cellular system, deployed in 1995, initially based on IS-95ANorth American standards. This system provides voice services as well as circuit switched data up to 14,4kbit.s This system is mostly deployed in North and Latin America as well as other countries such as SouthKorea and Australia.

IS-95B is a standard evolution of IS-95A systems, first deployed in 1999 offering simultaneous voice andpacket data services up to 115 kbit/s (maximum theoretical bitrate).

Cdma2000 1X commercially deployed in October 2000 is the first 3G system derived from the IS-95technology. It has been developed by 3GPP2. The “1X” name comes from the fact that this system relieson a single 1.25 MHz carrier, as opposed to multi-carrier transmission schemes making use of three 1,25MHz carriers. Initially CDMA 1X was able to provide voice services as well as up to 307 kbit/s downlinkpacket data and 153 kbit/s on the uplink on a single 1,25 MHz carrier.

From the initial CDMA2000 1X version, two branches have emerged. The first one is based on theevolution of the 1X specifications leading to the 1xEVDV (Evolution Data and Voice). The second branchknown as 1xEV-DO (Evolution Data Only) was renamed “Data Optimized”, provides improved datatransmission as an overlay technology. EV-DV was stopped due to lack of interest from operators andmanufacturers.

EV-DO Rev0 has been in commercial service since end of 2002. This evolution allows operators toprovide simultaneous voice and high speed packet data at the cost of an additional 1,25 MHz carrier. Itprovides theoretical peak data speeds of 2,4 Mbit/s on the downlink and 153 kbit/s on the uplink.

Commercially available in 2006, the EV-DO RevA objective was to improve the lack of quality of service forpacket data transmission and limited uplink capabilities of Rev0. As a result, RevA enables to delivertheoretical peak data rates of 3,1 Mbit/s on the downlink and 1,8 Mbit/s on the uplink.

Revision B is commercially planned for end of 2008. Its objective is to improve multimedia experience andpacket-based delay-sensitive application performance in general. RevB will be able to deliver theoreticalpeak data rates of 73,5 Mbit/s on the downlink and 27 Mbit/s on the uplink through the aggregation of 151,25 MHz carriers within 20 MHz of bandwidth.

RevC currently under specification also called Ultra Mobile Broadband (UMB) is equivalent to Evolved 3G.IT is oriented towards all over IP service support over a high-speed packet radio interface. RevC will beable to deliver theoretical peak data rates of 288 Mbit/s on the downlink and 75 Mbit/s on the uplinkthroughput within 20 MHz of bandwidth.

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4,76 Milliards de souscriptions GSM-WCDMA-HSPA dans lemonde représentant 90% du marché mondial des mobiles

690 opérateurs GSM dans 213 pays

1.3 millions de nouvelles souscriptions GSM ou 3G chaque jour

428 réseaux 3G/WCDMA/HSPA lancés dans 162 pays

152 Réseaux HSPA+ offrent un service commercial dans 79pays.

3227 terminaux HSPA proposés par 264 fournisseurs.

http://www.gsacom.com

Etat des Réseaux Mobiles GSM/3G(28 Octobre 2011, Global mobileSuppliers Association, GSA )

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Marché des terminaux HSPA(4 Août 2011)

264 fournisseurs commercialisent 3227 modèles de terminaux HSPA (tousces équipements ne sont pas proposés sur tous les marchés):

1340 téléphones incluant les smartphones

292 cartes PC (cartes PCMCIA)

498 notebooks

404 Wireless Routers

568 modems USB

24 Femtocells

48 Personal Media Players (PMPs), UMPCs

8 Caméras

45 e-book readers et mobile tablets

iPhone 4

Asus T500

Sierra Wireless

885 USB Modem

HTC Wildfire S

iPad2

D-Link WirelessRouter

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12Copyright EFORTSimon ZNATY

HSPA Evolution

De nouvelles améliorations sont déjà disponibles avec EvolvedHSPA, aussi appelé “HSPA Evolution” ou “HSPA+”.

“HSPA Evolution” fait évoluer les débits à: 28 Mbit/s, puis 42 Mbit/s, puis 84 Mbit/s dans le sens descendant

et

22 Mbit/s montant

Ces évolutions sont possibles grâce à la transmission surdifférents canaux parallèles depuis le terminal en utilisant latechnologie Multiple Input Multiple Output (MIMO) technologies.

Evolved HSPA (also known as: HSPA Evolution, HSPA+, I-HSPA or InternetHSPA) is a 3G mobile data protocol defined in 3GPP release 7.

Evolved HSDP features increase of DL and UL data speed. Evolved HSPAprovides HSPA data rates up to 42 Mbit/s on the downlink and 22 Mbit/s on theuplink with MIMO technologies and higher order modulation.

Internet HSPA or I-HSPA is Nokia Siemens Networks product conceptimplementing Evolved HSPA.

Combining 64 QAM with 2x2 MIMO means that 42 Mbps on the downlink (peak)is market reality in some markets from mid-2009 onwards.

Further evolution of HSPA is planned by 3GPP, which may utilize combinationsof multi-carrier and MIMO technologies to reach 84 Mbps peak on the downlink,and 23 Mbps peak uplink.

The mobile industry is consolidating around the LTE system as the nextevolution step, with several leading operators committing to LTE deployment.LTE is a natural evolution for GSM/WCDMA-HSPA operators. The leadingCDMA operators are expected to be amongst the first to commercially launchLTE.

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LTE versus UMB

Qualcomm a annoncé qu ’il arrêtait le développement de latechnologie 4G UMB (Ultra Mobile Broadband), et se focalisaitexclusivement sur la technologie LTE.

LTE, choisie par l ’opérateur CDMA Verizon Wireless et denombreux opérateurs GSM comme technologie 4G a gagné labataille face à l ’UMB.

UMB était supposée permettre le handover avec CDMA-2000mais comme le 3GPP a pris en compte la mobilité entre LTEet les accès UTRAN, GERAN et CDMA-2000, l ’UMB devenaitredondant par rapport à LTE.

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301 opérateurs dans 95 paysinvestissent dans la LTE

242 engagement pour la mise en place de réseaux LTEdans 81 pays

59 expérimentations additionnelles de réseau LTE avecpré-engagement dans 14 pays

Au 13 Mars 2012, 57 réseaux LTE ont été déployés dans32 pays.

A la fin 2012, plus de 128 réseaux LTE au moins auront étédéployés dans 56 pays.

Evolution to LTE report (GSA) – 13 Mars 2012

Selon les estimations effectuées par l’association "Global mobile SuppliersAssociation", près de 301 exploitants de 95 pays se préparent actuellement àmettre en œuvre la technologie LTE. Déjà, 57 exploitants ont ouvert ( opérateursLTE établis au 13 Mars 2012) commercialement des réseaux LTE dans 32 pays(dont l’Allemagne, la Corée du Sud, les Etats-Unis, le Japon, Hong Kong). Selonla GSA, près de 228 nouveaux réseaux LTE seront en service à la fin de 2012dans 56 pays et le milliard d’abonnés pourrait être dépassé à cette date.

http://www.gsacom.com

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57 réseaux commerciaux LTEdéployés au 13 Mars 2012 (1)

Norway TeliaSonera 14.12.09 Sweden TeliaSonera 14.12.09 Uzbekistan MTS 28.07.10 Uzbekistan UCell 09.08.10 Poland Aero2/Mobyland/CenterNet 07.09.10 USA MetroPCS 21.09.10 Austria A1 Telekom 05.11.10 Sweden TeleNor Sweden 15.11.10 Sweden Tele2 Sweden 15.11.10 Hong Kong CSL Limited 25.11.10 Finland TeliaSonera 30.11.10 Germany Vodafone 01.12.10 USA Verizon Wireless 05.12.10 Finland Elisa 08.12.10 Denmark TeliaSonera 09.12.10 Estonia EMT 17.12.10 Japan NTT DoCoMo 24.12.10

March 13, 2012; GSA; www.gsacom.com)

USAOn September 21, 2010 regional carrier MetroPCS became the first operator in the United States to launch LTE.MetroPCS also offered the world’s first commercially available 4G LTE enabled handset, the Samsung Craft™. Servicewas launched initially in Las Vegas, then extended to Dallas/Forth Worth (September 29), Detroit (October 20) andBoston, Sacramento and New York (December 15). The Samsung SCH-R900/Craft is also the first multi-mode CDMA-LTE handset. LTE network rollouts continue into 2011 across the remaining MetroPCS U.S. markets.Verizon Wireless launched its large-scale commercial LTE system in 700 MHz spectrum on December 5, 2010. Thecompany expects coverage to match that of its existing 3G network by 2013, and 185 million people in 175 metro areaswill be served by end 2011.

JapanNTT DoCoMo launched Japan’s first commercial LTE system on December 24, 2010 under the “Xi™” brand. DoCoMo isinitially selling Xi USB dongles, beginning with the L-02C device. The company said that voice calls using Xi will becomepossible sometime within the fiscal year starting in April 2011, when DoCoMo will begin launching LTE-compatiblemobile phones. Xi service is initially available in the Tokyo, Nagoya and Osaka areas, and other major cities and regionswill follow. DoCoMo plans to spend over $3.6 billion on network build-out by March 2013, with 15,000 base stationsserving 40% of the population, 70% coverage planned by March 2015. DoCoMo expects 25% of its 3G user base tomigrate to LTE by March 2015.EuropeA1 Telekom Austria commercially launched LTE in parts of Vienna and St. Pölten (a regional capital) on November 5,2010. The LTE mobile broadband price plan, A1 Broadband LTE, offers 30 Gbytes of data for €90 per month.TeliaSonera launched the first commercial LTE system in Denmark on December 9, 2010 in Copenhagen, Aarhus,Odense and Aalborg

Vodafone launched the first rural LTE mobile broadband service across Germany on December 1, 2010. Some 1,500base stations will incorporate LTE technology by end March 2011, serving thousands of communities. Vodafone plans toeventually upgrade all base stations in Germany to LTE.

On September 7, 2010 the world’s first LTE system in 1800 MHz spectrum (LTE1800) was commercially launched byMobyland and CenterNet. The service uses the maximum standardized 20 MHz bandwidth. The company targeted tohave 700 base stations in operation covering over 7 million people by 2010.

TeliaSonera launched the world’s first LTE networks in Oslo and Sweden in December 2009.

TeliaSonera launched the world’s first LTE networks in Stockholm and Norway (Oslo) in December 2009.

Tele2 Sweden and TeleNor Sweden have deployed an LTE network through a jointly-owned company (Net4Mobility).

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57 réseaux commerciaux LTEdéployés au 13 Mars 2012 (2)

Germany Deutsche Telekom 05.04.11 Philippines Smart Communications 16.04.11 Lithuania Omnitel 28.04.11 Latvia LMT 31.05.11 Singapore M1 21.06.11 South Korea SK Telecom 01.07.11 South Korea LG U+ 01.07.11 Germany O2 01.07.11 Canada Rogers Wireless 07.07.11 Austria T-Mobile 28.07.11 Canada Bell Mobility 14.09.11 Saudi Arabia Mobily 14.09.11 Saudi Arabia STC 14.09.11 Saudi Arabia Zain 14.09.11 USA AT&T Mobility 18.09.11 UAE Etisalat 25.09.11 Australia Telstra 27.09.11 Denmark TDC 10.10.11

AT&T Mobility launched commercial LTE service on September 18, 2011 in Atlanta, Chicago,Dallas, Houston and San Antonio, initially offering four LTE-compatible devices: HTC Jetstreamtablet, AT&T USBConnect Momentum 4G, AT&T Mobile Hotspot Elevate 4G, and AT&TUSBConnect Adrenaline. AT&T plans to offer LTE in at least 15 markets and to 70 millionAmericans by end 2011. AT&T earlier revealed Voice over LTE will be introduced by 2013.

Rogers Wireless announced the launch of Canada?s first commercial LTE service on July 7,2011 in Ottawa. This fall Rogers will roll out LTE to Toronto, Vancouver and Montreal, andanother 21 markets in 2012. Later this year, Rogers promises availability of the first LTEsmartphones from HTC and Samsung

Bell Mobility and Telus have launched a joint HSPA+ network.

Bell Mobility launched commercial LTE services in Toronto, Mississauga, Hamilton, Kitchener-Waterloo and Guelph on September 14, 2011. Customers can fallback to DC-HSPA+ or HSPA+outside LTE coverage. The company offers the Sierra Wireless U313 Turbo Stick, and says incoming weeks the Novatel Wireless U679 Turbo Stick will be added.

T-Mobile Austria launched a 60-cell site pilot LTE network in Innsbruck in July 2009 andentered a soft launch phase on October 19, 2010. In May 2011, the first LTE base station inVienna went live. LTE base stations for Linz and Graz were activated in July 2011. On July 28the company launched LTE and its Internet All Inclusive LTE tariff. Currently ~100 LTE basestations are on air.

Etisalat (Mobily) commercially launched LTE TDD service on September 14, 2011 via itsBayanat subsidiary in Najran, Jazan, Al Kharj, Ras tanoura, Algurayat and Aldudam - also inBand 40.

Zain commercially launched LTE FDD service in Riyadh, Jeddah, and Dammam on September14, 2011 in 1800 MHz (LTE1800), and plans to expand to all major cities by end 2012. STCcommercially launched LTE TDD service initially in Riyadh and Dammam on September 14,2011 in Band 40 (2.3 GHz) spectrum.

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57 réseaux commerciaux LTEdéployés au 13 Mars 2012 (3)

Austria 3 18.11.11 Puerto Rico AT&T Mobility 20.11.11 Puerto Rico Claro 24.11.11 Belarus Yota Bel 01.12.11 Brazil Sky Brazil 13.12.11 Finland DNA 13.12.11 Uruguay Antel 13.12.11 USA Cricket 21.12.11 Singapore SingTel 22.12.11 Kuwait Viva 27.12.11 Armenia Vivacell-MTS 28.12.11 Bahrain Viva Bahrain 01.01.12 Hungary T Mobile 01.01.12 South Korea KT 03.01.12Russia Yota 15.01.12 Canada TELUS 10.02.12 USA Peoples Telephone Co-op 14.02.12

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57 réseaux commerciaux LTEdéployés au 13 Mars 2012 (4)

Japan Softbank 24.02.12Portugal TMN 12.03.12Portugal Vodafone Portugal 12.03.12

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2. GPRS dans le réseau mobile

Le GSM est un système de commutation de circuit conçu pour le transfert de la voix. Dans ce système, un paquet estémis / reçu à un instant (timeslot) et une fréquence spécifiques à la communication considérée. En GSM, la ressourceest donc immobilisée tout au long de la communication, qu'un signal soit émis ou non. Le débit obtenu en transmissionde données est limité à 9,6 kbit/s, ce qui rend le GSM peu adapté au transfert de données.

C'est ainsi qu'une nouvelle technologie a été amenée à se développer pour mener à bien l'évolution vers une véritablesolution d'accès mobile aux réseaux de données : le GPRS (General Packet Radio Service). Le GPRS n'est pas àproprement parler un nouveau réseau : c'est en fait une évolution du réseau GSM qui permet la transmission dedonnées par paquet. Etant une étape importante entre la 2G et la 3G, le GPRS est souvent désigné comme unsystème de 2,5G.

Parmi les caractéristiques principales du GPRS figurent :

• Un accès paquet au niveau de l'interface radio avec optimisation de la ressource spectrale : les ressources radio nesont plus affectées en permanence à un utilisateur, mais elles sont partagées entre plusieurs utilisateurs

• Une commutation de paquets au niveau du sous-système réseau avec optimisation des ressources réseau ;

• Un débit théorique variable compris entre 9,6 kbits/s et 171,2 kbits/s ; En pratique, le débit pourra atteindre 40 kbit/s.

• Un accès Internet standardisé ;

• Une possibilité de taxation au volume (par rapport à la taxation à la durée)

• Une applicabilité du GPRS pour les services existants (e.g., WAP) et pour les nouveaux services (e.g., MMS,streaming, etc).

L'autre avantage du GPRS est qu'il a été conçu pour être intégré dans l'architecture GSM avec le minimum dechangements.

Le sous-système radio est mis à jour afin de supporter de nouveaux protocoles adaptés aux données par paquet. Cesmises à jour sont principalement logicielles.

Si le réseau d’accès GSM est peu impacté par le GPRS, un nouveau sous-système réseau est intégré à celui du GSMafin de permettre une interconnexion directe à l’Internet et l’acheminement des données en mode paquet. Ainsi denouveaux nœuds de commutation de paquet complètent les commutateurs de circuit du GSM. C'est le sous-systèmeradio qui démultiplexe les trafics voix et data et les achemine aux commutateurs appropriés (circuit et paquet).

Il faut bien noter que la technologie GPRS est une technologie d ’accès permettant un débit concret de 40 kbit/s et unetechnologie de commutation de paquet dans le réseau cœur. Ces mêmes commutateurs GPRS supportent différentestechnologie d ’accès pour offrir des débits de plus en plus importants : GPRS, EDGE, EDGE+, W-CDMA, HSDPA,HSUPA, HSPA+.

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2.1. Entités GPRS

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Architectures 3G et 3G+ actuelles

MS BSCBTS

BTS

BTSPCU

FrameRelay

SGSNGGSN

InternetIntranet

Node B

RNC : Radio Network controllerUE : User EquipmentUTRAN : UMTS Terrestrial Radio Access NetworkPCRF : Policy and Charging Rlues unctionPECF : Polich and Charging Enforcement Function

Domaine Paquet

Réseau IP

UE

RNC

Node B

UE

RNC

UTRAN

Gbit Eth

SCP

MSC Server

RTC

HLR

SS7/SIGTRAN

Domaine Circuit

VLR

IPNetworkATM

Gx

PCEF

BSS

OCS

OFCS

GyPCRF

Gz

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) aussi appelé 3G introduit une nouvelle interface radio appeléeUTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). UTRAN va permettre aux usagers UMTS de disposer de débitssuffisants pour établir des sessions multimédia.

Le sous-système radio se compose de deux éléments distincts, à savoir le nœud B (node B) et le contrôleur deréseau radio (RNC, Radio Network Controller). Le node B équivaut à la BTS du réseau GSM. Le RNC équivaut à laBSC du réseau GSM. Le RNC possède et contrôle les ressources radio des nodes B auquel il est connecté. Le NodeB s ’interface au RNC par ATM (Dans le futur cette interface sera supportée par Gigabit Ethernet). Le RNCs ’interface avec le SGSN en utilisant une connectivité Gigabit Ethernet (GE).

L’entité 3G SGSN (Serving GPRS Support Node) s'occupe dans son aire de service des transmissions de donnéesentre les mobiles et le réseau mobile. Ses tâches incluent le routage et le transfert de paquets, les fonctionsattach/detach des terminaux mobiles et leur authentification.

L’entité GGSN (Gateway GPRS Support Node) joue le rôle d’interface à des réseaux de données externes (e.g.,réseaux IPv4 et IPv6). Elle décapsule des paquets IP arrivant sur un tunnel en provenance du SGSN et les envoie auréseau externe correspondant. Le GGSN permet aussi d’acheminer les paquets IP provenant des réseaux dedonnées externes vers le SGSN du destinataire sur un tunnel.

La technologie W-CDMA utilisée par UMTS (3G) permet des débits montant et descendant jusqu ’à 384 kbit/s depuisle mobile.

Le débit descendant W-CDMA peut être amélioré par la technologie radio HSDPA (High Speed Downlink PacketAccess) qui permet des débits descendants jusqu ’à 14,4 Mbit/s. Cela requiert une mise à jour logicielle des nodeB etRNC, et un nouveau terminal mobile supportant cette technologie. En pratique HSDPA offre 1 Mbit/s au client mobilepour ses débits descendants.

Le débit montant W-CDMA peut être amélioré par la technologie radio HSUPA (High Speed Uplink Packet Access)qui permet des débits montants jusqu ’à 5,75 Mbit/s. Cela requiert une mise à jour logicielle des nodeB et RNC, et unnouveau terminal mobile supportant cette technologie. En pratique HSUPA offre 1 Mbit/s au client mobile pour sesdébits montants.

L ’entité PCRF (Policy and Charging Rules Function) permet à la fonction PCEF (Policy and Charging EnforcementFunction) incluse dans le GGSN d ’apprendre les règles PCC (Policy and Charging Control) afin d ’identifier les fluxcirculant sur le contexte PDP, de bloquer ou d ’autoriser les flux, d ’affecter une QoS par flux, et de taxer chaque fluxindividuellement.

L'entité PCEF dispose d'une interface de taxation avec l'OCS (l'Online Charging System) pour la taxation online desflux de services IP consommés par l'usager et une interface avec l'OFCS (Offline Charging System) pour la taxationoffline des flux de services IP de l'usager.

Le PCEF obtient des crédit de l'OCS et soumet des tickets de taxation à l'OFCS. Il est à noter que l'entité PCEF peutêtre indépendante du GGSN et dans ce cas se retrouve derrière le GGSN à l'interface des réseaux externes IP.

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Architectures 3G et 3G+ futures

MS BSCBTS

BTS

BTSPCU

SGSN

InternetIntranet

Node BDomaine Paquet

Réseau IP

UE

RNC

Node B

UE

RNC

Gbit Eth

SCP

MSC Server

HLR

SS7/SIGTRAN

Domaine Circuit

VLR

IPNetwork

GbitEth

RTC

GGSN

Gx

PCEF

OCS

OFCS

GyPCRF

Gz

UTRAN

BSS

Dans les évolutions vers le très haut débit, Ethernet devient la technologie de transport pour tous les flux :téléphonie et data. En effet, les liens ATM entre Node B et RNC sont remplace par des liens GE (GigabitEthernet); De mêmesi des les liens ATM sont encore présents entre RNC et MGW, ils sont remplacés par desliens GE. Enfin les liens Frame Relay permettant de relier les PCU (BSC) au SGSN sont aussi migrés vers GE.

Avec certains fournisseurs, il est même possible d ’intégrer la fonction RNC dans le Node B. Les Node/RNCsont alors directement reliés aux cœur de réseau circuit et paquet pas des liens GE.

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Evolution du domaine paquet versune architecture plate

Node B

RNC

SGSN

GGSN

Node B

RNC

SGSN

GGSN

RNCNode B

SGSN

GGSN

Release 6Release 7

Direct Tunnel

Release 7Direct Tunnel et

RNC dans le Node B

Plan ContrôlePlan Usager

Jusqu’à la Release 6, les éléments impliqués sur le plan contrôle et le plan usager pour uncontexte PDP sont l'UE, le Node B, le RNC, le 3G SGSN et le GGSN.

Afin d’améliorer les performances de HSPA, une architecture plate a été considérée à partir de laRelease 7.

A la Release 7, il y a l’option d’une architecture “ one-tunnel ” dans laquelle le réseau établit unchemin (tunnel) direct pour le trafic usager entre le RNC et le GGSN sans passer par le SGSN.Les éléments impliqués sur le plan usager sont donc l'UE, le NodeB, le RNC et le GGSN. Parcontre le SGSN est toujours présent sur le plan de contrôle pour l’établissement du contexte PDP.Cela permet de minimiser le nombre éléments ayant à traiter le trafic usager et donc réduire lesdélais ainsi que simplifier l’ingénierie du réseau.

Il existe aussi une autre solution encore plus optimisée appelée "NodeB/RNC intégré" danslaquelle les fonctions du RNC sont intégrées dans le Node B. Ce type de solution apparaîtnotamment dans les architectures femtocell. Cette nouvelle amélioration est similaire à celle del’architecture du réseau 4G appelé LTE (Long Term Evolution of 3G) où le seul élément présentdans le réseau d’accès est l’eNodeB, qui réalise certaines fonctions du RNC. Par ailleurs, même sil’interface entre RNC et 3G-SGSN (i.e., interface IuPs) s’appuyait initialement sur un transportATM, l’évolution met en jeu un transport GE. De même, alors qu'initialement les NodeB et lesRNCs étaient interfacés par des liens ATM, la tendance est d'assurer l'interfonctionnement via GE.

Notons toutefois que le Direct Tunnel ne peut pas être utilisé dans les scénarii suivants :

1. Si l’usager est dans un réseau visité, le SGSN doit être présent sur le plan usager pour lecomptage des octets envoyés et reçus par l’usager et pour les reversements entre opérateurs.Aujourd’hui la tarification du trafic de données lorsque l ’usager est dans un réseau visité est enmoyenne de 5 Euros par Mégaoctet (tarification au volume uniquement).

2. Si l”usager est relié par un accès 2G au SGSN, ce dernier ne peut pas fonctionner en modedirect tunnel. Ce mode est réservé au cas où l’usager est pris en charge par un accès 3G (NodeB/RNC).

3. Le GGSN ne supporte pas le protocole GTPv1. Avec le protocole GTPv0 il n’est pas possible defonctionner selon le mode direct tunnel car le protocole GTPv0 ne sait pas dissocier le plancontrôle du plan usager.

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A chaque abonné est associé : Un numéro MSISDN (Mobile station ISDN number) par lequel il peut

être appelé

Une identité IMSI (International Mobile Subscriber Identity) utilisé parle réseau pour le repérer

A un équipement est associé un IMEI (International Mobile EquipmentIdentity)

User Equipment (UE)

IMSI = 208 01 4356244811

MSISDN =33 6 11 23 24 25IMSI =208 01 4356244811Réseau

3GUSIM Card

IMEI =435654450565430

Lorsqu ’un abonné souscrit à un abonnement mobile 3G auprès d ’un opérateur, il reçoitun identifiant unique appelé IMSI (International Mobile Subscriber Identity). Ce numérod ’IMSI est stocké sur la carte SIM. Un téléphone mobile ne peut être utilisé que si unecarte SIM valide a été insérée ans l ’équipement mobile appelé User Equipment (UE) carc ’est la seule façon de facturer correctement un abonné mobile.

Cet IMSI est un concept d ’adressage spécifique au GSM et est différent du plan denumérotage RNIS.

Le numéro d ’IMSI n ’est pas connu de l ’abonné mobile et n ’est utilisé que par le réseauGSM.

L ’IMSI commence par un chiffre identifiant le continent (Europe = 2), puis deux chiffresdéfinissant le pays (France = 08), puis deux chiffres identifiant l ’opérateur dans le pays(Orange France = 01; SFR = 10; Bouygues Telecom = 20) et finalement jusqu ’à 10chiffres pour identifier le numéro de l ’abonné chez l ’opérateur. Exemple d ’IMSI : 2 0801 4356244811.

Le numéro de téléphone du terminal mobile est le MSISDN (Mobile Station ISDNNumber). Exemple de MSISDN : 33 6 11 90 24 50. Il permet d ’être appelé.

33 identifie le pays. 611 identifie l ’opérateur dans le pays (SFR in France). 902450 estl ’identification de l ’abonné mobile.

L ’IMEI identifie de façon unique un terminal mobile au niveau international. Il s ’agit d ’unnuméro de série. Ce numéro est alloué par le constructeur du terminal mobile.

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Interfaces entre UE et 3G MSC /3G SGSN

PSTN

CM : Connection ManagementMM : Mobility ManagementGMM : GPRS Mobility ManagementSM : Session ManagementVLR : Visitor Location RegisterMSC : Mobile Switching CenterSGSN : Serving GPRS Support NodeCC : Call ControlSM : Short MessagingSS : Supplementary Services

CM ProtocolSubscriberDatabase

Class 5 Switch

MM Protocol VLR

3G MSC

3G UE

GMM Protocol

3G SGSNSM1+ SM2 Protocol

CM = CC+SM1+SS

Dans le réseau fixe, le téléphone est toujours rattaché au même commutateur d ’accès (Class 5Switch). Ce commutateur inclut une base de données stockant le profil des abonnés. Le profil contienten particulier les marques de services complémentaires souscrits par l'abonné rattaché à cecommutateur.

Le téléphone utilise un protocole de gestion des connexions pour l’établissement et la libérationd'appels; il s'agit du protocole de signalisation RNIS appelé Q.931 ou une signalisation analogique(Off-hook, On-hook, Flash Hook, etc.). Par exemple, si l ’utilisateur a un terminal RNIS, il émet lemessage de signalisation SETUP pour établir la communication ; de même un appel entrant seprésente au terminal RNIS à travers ce message SETUP.

Dans un environnement mobile, une station mobile (MS, Mobile Station) n’est pas toujours rattachéeau même MSC. C’est la raison pour laquelle le mobile doit régulièrement informer le réseau de salocalisation courante. Lorsqu’une station mobile est mise sous tension par l ’usager, elle se rattacheau réseau ; elle informe le MSC qui contrôle l ’aire dans laquelle elle est présente, de sa localisationcourante. Ce dernier met alors à jour sa VLR.

Afin de réaliser cette action d’enregistrement, un mobile utilise un protocole de gestion de la mobilité(mobility management protocol, MM). L'établissement et la libération d'appel par le mobile sontpossibles à travers la couche communication management (CM). Cette couche permet au mobiled'établir et de libérer des appels (CC, Call Control), de disposer de services complémentaires (SS,Supplementary Services) et d'échanger des messages courts (SM, Short Message). Le protocole CCest similaire au protocole de signalisation Q.931 utilisé par un terminal fixe RNIS.

Un mobile UMTS (UE, User Equipment) a aussi les capacités pour se rattacher à un réseau GPRS etpour établir des contextes PDP (appels de données). Les protocoles utilisés pour ce faire sont GMM(GPRS Mobility Management) et SM (Session Management) respectivement.

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3G SGSN Généralement un 3G SGSN peut être mis à jour pour devenir un

3G SGSN

Connecté à plusieurs BSC et RNC et présent dans le site d’unMSC.

Principales fonctions : Il prend en charge l’enregistrement des station mobile au réseau

GPRS (attachement)

Il authentifie les stations mobiles GPRS, EDGE, 3G, 3G+

Il prend en charge la gestion de la mobilité des stations mobiles

Il établit, maintient et libère les contextes PDP

Il relaie le paquets de données de la station mobile au réseauexterne ou du réseau à la station mobile

Il collecte les données de taxation de l’interface air

Il s’interface à d’autres noeuds (HLR, MSC, BSC, RNC, SMSC,GGSN, CSE, DNS).

Devient généralement un MME du réseau LTE/ePC

L’entité SGSN (Service GPRS Support Node) se charge dans son aire de service destransmissions de données entre les stations mobiles et le réseau mobile. Le SGSN estrelié par des liens Frame Relay au sous-système radio GSM (2G) et par des liens ATM ouGigabit Ethernet au sous système radio UTRAN (3G).

Le SGSN est connecté à plusieurs BSC et présent dans le site d’un MSC.

Le SGSN :

• Authentifie les stations mobiles GPRS

• Prend en charge l’enregistrement des stations mobile au réseau GPRS (attachement)

• Prend en charge la gestion de la mobilité des stations mobiles. En effet, une stationmobile doit mettre à jour sa localisation à chaque changement de zone de routage.

• Etablit, maintient et libère les contextes PDP, qui correspondent à des sessions dedonnées permettant à la station mobile d'émettre et de recevoir des données.

• Relaie les paquets de données de la station mobile au réseau externe ou du réseau à lastation mobile

• Collecte les données de taxation de l’interface air

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Dimensionnement 3G SGSN Un nœud SGSN a une capacité définie par les paramètres suivants :

Nombre de stations mobile attachées

Bande passante totale

Nombre de ports Gb/IuPs

Nombre de cellules

Nombre de Routing Areas

Typiquement les principaux facteurs sont le nombre de stationsmobile attachées et la bande passante totale

Le nombre de stations mobiles pouvant s’attacher à un SGSN varieselon le modèle SGSN constructeur et peut atteindre 3 Million.

La bande passante totale d’un SGSN varie entre 1Gbit/s et 16Gbit/s.

Le nombre de contextes PDP actifs peut atteindre 1,5 Millions. Le nombre de ports Gb ou IuPs est au maximum 128

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Présent dans le site d’un MSC.

Il y a un GGSN ou un nombre faible de SGSN par opérateur

Principales fonctions : Il joue le rôle d’interface aux réseaux externes de type IPv4 ou IPv6

Il ressemble à un routeur. D’ailleurs dans de nombreuses implémenta-tions, il s’agit d’un routeur IP avec des fonctionnalités supplémentaires.

Il relaie les paquets aux stations mobiles à travers un SGSN; Il faut noterque les paquets ne sont pas délivrés à la station mobile si cette dernièren’a pas activé un contexte PDP.

Il route les paquets émis par la station mobile à la destination appropriée.

Il filtre le trafic usager.

Il collecte les données de taxation associées à l’usage des ressourcesentre SGSN et GGSN (Starent).

Les fonctionnalités SGSN et GGSN peuvent être combinées dans unmême équipement physique (e.g., Lucent ’s, Alcatel ’s or Ericsson ’scombined SGSN/GGSN) ou être distribuées dans des noeuds séparés(e.g., Nortel, Motorola, Alcatel, Lucent, Ericsson, etc.)

GGSN

L’entité GGSN (Gateway GPRS Support Node) joue le rôle d’interface à des réseaux dedonnées externes (e.g., IPv4, IPv6). Elle convertit des paquets GPRS provenant duSGSN en le format de données approprié (PDP, Packet Data Protocol) et les envoie auréseau externe correspondant. Egalement, le GGSN permet d’acheminer les paquetsprovenant des réseaux de données externes vers le SGSN du destinataire.

Les termes SGSN et GGSN identifient des entités fonctionnelles qui peuvent êtreimplantées dans un même équipement ou dans des équipements distincts (comme pourles entités fonctionnelles MSC et GMSC).

L’ensemble des entités SGSN, GGSN, des routeurs IP éventuels reliant les SGSN etGGSN et les liaisons entre équipements est appelé réseau fédérateur GPRS (GPRSbackbone).

Le GGSN est généralement présent dans le site d’un MSC. Il existe un GGSN ou unnombre faible de GGSN par opérateur

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Dimensionnement GGSN

Un nœud GGSN a une capacité définie par les paramètressuivants :

Nombre de contextes PDP actifs simultanément

Bande passante totale Le nombre de contextes PDP actifs simultanément varie

entre 25000 et 6 Million.

La capacité de commutation d’un GGSN varie entre 10Gbit/s et 100 Gbit/s.

Le nombre de paquets commutés par seconde varie entre200000 et plusieurs millions.

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Backbones GPRS

Permet la communication entre nœuds GSN.

Le Backbone s’appuie sur un réseau IP privé IPv6 est le protocole qui sera utilisé sur le long terme

IPv4 peut être utilisé en tant que solution intermédiaire

Backbone Intra-PLMN (réseau intra-opérateur IP) Connecte les nœuds GSN d’un opérateur donné

L’opérateur décide de son architecture

LAN, Liens point à point, ATM, etc.

Backbone Inter-PLMN (réseau inter-opérateur IP) Connecte des opérateurs GPRS à travers des Border

Gateways (BGs)

Permet le roaming GPRS international

L’ensemble des entités SGSN, GGSN, des routeurs IP éventuels reliant lesSGSN et GGSN et les liaisons entre équipements est appelé réseau fédérateurGPRS (GPRS backbone).

On peut distinguer deux types de backbones GPRS :

• Backbone intra-PLMN : il s’agit d’un réseau IP appartenant à l’opérateur deréseau GPRS permettant de relier les GSNs de ce réseau GPRS.

• Backbone inter-PLMN : Il s’agit d’un réseau qui connecte les GSNs dedifférents opérateurs de réseau GPRS. Il est mis en œuvre s’il existe un accordde roaming entre deux opérateurs de réseau GPRS.

Deux backbones Intra-PLMN peuvent être connectés en utilisant des BorderGateways (BGs). Les fonctions du BG ne sont pas spécifiées par lesrecommandations GPRS. Au minimum, il doit mettre en œuvre des procéduresde sécurité afin de protéger le réseau intra-PLMN contre des attaquesextérieures. La fonctionnalité de sécurité est déterminée sur la base d'accords deroaming entre les deux opérateurs.

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2.2. Gestion de la mobilité,Gestion de session,Roaming GPRS

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Attachement au domaine paquet(PS, Packet Switching)

HLR

MS

EIR

BSC

GMM Attach RequestMAP Send Authentication Info (IMSI)

MAP Send Authentication Info Ack (Vector)GMM Authentication and ciphering req

GMM Authentication and ciphering response (RES)

GMM Identity req

GMM Identity response (IMEI) MAP Check IMEI (IMEI)

MAP Check IMEI Ack (IMEI, Status)

MAP Insert Subscriber Data

MAP Update GPRS Location Ack

MAP Insert Subscriber Data Ack

MAP Update GPRS Location (IMSI)

GMM Attach Accept (P-TMSI)

GMM Attach Complete

BTS SGSN

La demande d ’attachement est émise par le mobile au SGSN à travers le BTS et le BSC.

Avant de pouvoir enregistrer le mobile, le SGSN doit procéder à certaines vérifications sur lavalidité de l ’identité de l ’usager (IMSI) et l ’identité du terminal (IMEI).

La vérification de l ’identité de l ’usager s’effectue à travers la procédure d ’authentification.Les données permettant l ’authentification sont préalablement demandées au HLR par leSGSN.

La vérification de l ’identification du mobile est une procédure optionnelle. Sur demande duSGSN , le terminal fournit son identité (IMEI : International Mobile Equipment Identity).L ’EIR, interrogé par le SGSN indique dans le message de retour si le terminal fait ou ne faitpas partie de la liste des équipements interdits (black list).

Une fois les vérifications d ’identités effectuées, le SGSN peut procéder à l ’inscription dumobile auprès du réseau. Le SGSN informe le HLR de l ’enregistrement du mobile dans sabase de données. En retour, le HLR transmet au SGSN les caractéristiques del ’abonnement souscrit par l ’usager. Ces informations seront utilisées ultérieurement par leSGSN lorsque l ’usager souhaitera établir ou recevoir un appel téléphonique.

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Contexte PDP

PDP Context X2 (APN X, IP address X, QoS2)

PDP Context X1 (APN X, IP address X, QoS1)

ISP X

ISP Z

ISP Y

PDP Context Z (APN Z, IP address Z, QoS)

PDP Context Y (APN Y, IP address Y, QoS)

AP

N Y

AP

N Z

AP

N X

Same PDP (IP) address and APN GGSN1SGSN

UE

GGSN2

Un contexte PDP est un ensemble d'information qui caractérise un service de transmission de base. Il regroupedes paramètres qui permettent à un abonné de communiquer avec une adresse PDP définie (i.e., adresse IPv4ou adresse IPv6), selon un protocole spécifique (IP4 ou IPv6), suivant un profil de Qualité de service déterminé(débit, délai, priorité...).La procédure "PDP Context Activation", déclenchée à l'initiative de l'abonné mobile, permet au terminal d'êtreconnu de la passerelle GGSN qui réalise l'interconnexion avec le réseau PDP externe demandé par l'abonnéGPRS. La transmission de données entre le réseau GPRS et le réseau PDP externe (réseau IPv4 ou réseauIPv6) peut alors débuter. La procédure inverse de "PDP Context Activation" est la procédure "PDP ContextDeactivation".Il existe deux types de contexte PDP :• Contexte PDP primaire qui ne peut être établi que par l ’usager.• Contexte PDP secondaire qui peut être établi par l ’usager ou par le réseau (i.e., GGSN).Une adresse IP est allouée par le GGSN à l ’usager lors de l ’établissement d ’un contexte PDP primaire (pourune APN donnée). Un contexte PDP secondaire partage la même adresse IP que le PDP contexte primaireauquel il est associé, mais pas la même QoS.Dans l'exemple présenté à la figure, l'UE (User Equipment) a établi trois contextes PDP primaires X1, Y, Z.Chacun est associé à une APN donnée, APN X, APN Y, APN Z et à une adresse IP donnée, respectivement IPX, IP Y, IP Z. Par ailleurs une QoS doit être associée à chaque contexte PDP. Quatre classes de QoS sontdéfinies : conversationnel (pour des services temps réel bidirectionnel tels que une communication audio ouvisio), streaming (pour des services temps réel unidirectionnels tels que le video streaming ou le broadcast TV),interactive (pour des services de données interactifs tels que la messagerie instantanée ou le WEB), etbackground (pour des services de données best effort).L'exemple montre un contexte PDP secondaire X2 associé à un contexte PDP primaire X1. Ce contexte PDPsecondaire partage la même APN, la même adresse IP que le contexte PDP primaire X1, mais pas la mêmeQoS.Si l'on considère un usager qui souhaite accéder à ses services IMS, il doit disposer d'un contexte PDPprimaire pour le transport de la signalisation SIP/IMS afin de pouvoir à tout moment établir ou recevoir desappels. Ce contexte PDP sera permanent et sera associé à une QoS interactive. Par contre lorsqu'un appel estétabli, un contexte PDP secondaire sera ouvert pour le transport de la voix sur IP (protocole RTP) qui requiertune QoS conversationnelle. Lorsque des paquets entrants arrivent au GGSN1,il sera les acheminer sur lecontexte PDP primaire ou secondaire en fonction du couple adresse IP/numéro de port. En effet, les flux SIP etRTP sont manipulés par des applications sur le terminal qui utilisent des port différents. Les paquets sortantsseront émis par l'UE sur le contexte PDP primaire ou secondaire en fonction des flux SIP ou RTP.

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Activation d’un Contexte PDPprimaire par l’UE

UE3G SGSN GGSN

2. Create PDP Context Request(MSISDN,PDP Type = IPv4, PDP address = 0.0.0.0, QoS requested, APN = mms.orange.fr)

3. Create PDP Context Response(PDP Type = IPv4, PDP address = 192.23.24.25, QoS negotiated, APN = mms.orange.fr)

DNS

RNC

4. Radio Access Bearer Setup

1. SM Activate PDP Context Request(PDP Type = IPv4, PDP address = 0.0.0.0, QoS requested, APN = mms.orange.fr)

5. SM Activate PDP Context Accept(PDP Type = IPv4, PDP address = 192.23.24.25, QoS negotiated, APN = mms.orange.fr)

Pour échanger (envoyer et recevoir) des paquets IP via le réseau GPRS, l'UE doit activer uncontexte PDP (Figure). L’activation de contexte PDP constitue donc la deuxième étape après laprocédure d’attachement de l'UE au réseau GPRS.

La procédure d’activation de contexte PDP (PDP Context Activation) déclenchée par l'UE, lui permetd’être connue de l’entité GGSN concernée.

1. Au cours de cette procédure, l'UE communique au 3G-SGSN via la commande SM Activiate PDPContexte Request, le point d’accès au réseau externe auquel elle souhaite se connecter (i.e. APN),le type d'adresse IP quel souhaite obtenir appelé PDP Type (IPv4 ou IPv6) et la QoS requise.

2. Le SGSN traduit à l'aide du DNS l'APN en l'adresse IP d'un GGSN qui supporte l'APN, puis émetune demande d'établissement d'un tunnel réseau à ce GGSN, appelé Create PDP ContexteRequest. Les paramètres fournis par l'UE sont inclus ainsi que son MSISDN.

3. Une négociation de qualité de service est engagée. Le GGSN alloue une adresse IP du typedemandé (IPv4 ou IPv6) et la retourne dans la réponse Create PDP Context Response aunsi que laQoS négociée.

4. Le SGSN doit maintenant demander au RNC d'établir un RAB entre l'UE et le SGSN. Le RAB estconstitué d'un tunnel radio entre l'UE et le RNC et d'un tunnel d'accès entre le RNC et le 3G-SGSN.Un contexte PDP est donc l'agrégation des tunnel radio, accès et réseau.

5. Une fois le RAB établi par le RNC, le 3G-SGSN peut retourner à l'UE la confirmationd'établissement du contexte PDP via le message SM Activiate PDP Context Accept.

L'UE peut donc commencer à émettre et recevoir des paquets IP.

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Réactivation du RAB (Radio AccessBearer) pour l ’émission de paquets

UE 3G SGSN GGSN

1. Service Request2. Service Request

3. RANAP RAB Assignment Request

4. RRC : Radio Bearer Setup

Iu PS Bearer Establishment

5. RRC : Radio Bearer Setup Complete 6. RANAP RAB

Assignment Response

RNC

Radio Resource Establishment

Il est à noter que lorsque l'UE n'a pas de paquets IP à émettre ou recevoir leRAB est automatiquement libéré par le RNC. L'UE passe alors de l'état actif àl'état de repos (idle). Par contre le tunnel réseau entre le SGSN et le GGSN estmaintenu pour une durée qui dépend de l'APN. Cette durée est gérée par leGGSN. Celle-ci est de plusieurs dizaines de minutes voir de plusieurs heures. Ils'agit alors pour l'UE qui souhaite de nouveau émettre des paquets de réactiverle RAB uniquement.

L ’usager émet un message NAS Service Request transporté de façontransparente jusqu ’au 3G-SGSN (Figure 7). Le message est transporté sur leprotocole de signalisation RRC entre l ’UE et le RNC et sur le protocole designalisation RANAP entre le RNC et le 3G SGSN.

Comme vu précédemment, le 3G-SGSN demande au RNC d'établir le RAB quicorrespond à un tunnel de l'UE au 3G-SGSN.. Une fois celui-ci établi, uneconfirmation est retournée au 3G-SGSN. L ’UE peut émettre des paquets IP. Leplus important est de minimiser le délai nécessaire pour que l'UE passe de l'étatidle à l'état actif.

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Réactivation du RAB (Radio AccessBearer) pour la réception de paquets

UE 3G SGSN GGSN

RANAP RAB Assignment Request

RRC : Radio Bearer Setup

Iu PS Bearer Establishment

RRC : Radio Bearer Setup Complete RANAP RAB

Assignment Response

RNC

Radio Resource Establishment

RANAP Paging RequestRRC Paging Request

Paquet IPPaquet IPPaquet IP

RRC Paging Response RANAP Paging Response

Considérons le cas de paquets IP entrants alors que l'UE est dans l'état idle. leGGSN encapsule les paquets IP entrants dans des paquets GTP-U et lestransfère sur le tunnel réseau associé au contexte PDP de l'UE, au SGSN. Cedernier doit d'abord localiser l'UE avant de demander au RNC appropriél'établissement du RAB pour acheminer les paquets IP à l'UE. Dans l'état idle,l'UE n'informe le 3G-SGSN que lorsque l'UE change de routing area. Or, unerouting area peut contenir des Node B contrôlés par différents RNC. Le 3G-SGSN, réalise donc une opération de Paging sur l'ensemble de la routing areade l'UE. Une fois que l'UE répond à cette demande, il est localisé. Le 3G-SGSNdemande alors au RNC approprié d'établir le RAB. Une fois l'opération réalisée,le 3G-SGSN transfère les paquets IP de l'UE sur ce RAB.

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Tunnels de domaine UMTS PS(Plan usager)

GTP-U

L2

UDP/IP

L1

GTP-U

UDP/IP

GE

Relay

GTP-U

UDP/IP

GE

PDCP

MAC

RLC

L1

Relay

L2

UDP/IP

L1

GTP-U

IP

MAC

RLC

L1

PDCP

IP

App.

UE UTRAN 3G-SGSN GGSNUu Iu-PS Gn

Les données de l'usager sont transportées de manière transparente entre la station mobile et le réseau de donnéesexterne en utilisant des mécanismes d'encapsulation et de tunneling.La couche PDCP (Packet Data Convergence Protocol) a deux fonctions principales. Tout d'abord elle permet d'assurerl'indépendance des protocoles radio de l'UTRAN (couches MAC et RLC) par rapport aux couches de transport réseau.Cette indépendance permettra de faire évoluer les protocoles réseau (par exemple de passer de l'IPv4 à l'IPv6) sansmodification des protocoles radio de l'UTRAN. D'autre part, la couche PDCP offre les algorithmes de compression dedonnées ou d'en tête de paquets de données, permettant un usage plus efficace des ressources radio.Le transport fiable des données entre deux équipements est assuré par la couche RLC (Radio Link Control). Leprotocole RLC ressemble beaucoup aux protocoles tels que HDLC et LAPD.La couche MAC (Medium Access Control) remplit la fonction de multiplexage des données sur les canaux de transportradio.Le niveau 1 (PHY) représente le couche physique de l'interface radio. Elle réalise entre autres les fonctions de codagede canal, d'entrelacement et de modulationUn paquet d'information reçu par l'UTRAN et provenant du réseau de base (CN) est appelé N-PDU (Network PDU).Dans le cas d'un paquet IP, l'en-tête de la N-PDU est compressé par la couche PDCP, c'est à dire remplacé par un en-tête PDCP de taille plus réduite. Cette nouvelle PDU est ensuite segmentée par la couche RLC, qui ajoute à chaquesegment son propre en-tête. La RLC-PDU est alors traitée par la couche MAC, qui ajoute un en-tête lorsqu'unmultiplexage est effectué (Figure 12).GPRS Tunnelling Protocol for the user plane (GTP- U) transporte dans des tunnels les données utilisateur entrel'UTRAN (RNC) et le 3G SGSN et entre les GSNs dans le réseau GPRS. Le protocole GTP s'appuie sur le transportUDP/IP/AAL5/ATM ou UDP/IP/Ethernet.Le protocole GTP version 1 utilisé dans le contexte de l'UMTS R3 sépare le plan de transfert des données utilisateur(GTP-U), du plan de contrôle (GTP-C).Si l'UE émet un paquet IP (IP1), ce dernier est transporté sur un tunnel PDCP de l'UE au RNC. Le RNC décapsule lepaquet IP (IP1) du paquet PDCP et l'inclut dans un paquet GTP-U. GTP-U est un protocole de niveau applications'appuyant sur UDP/IP. Le paquet IP (IP2) encapsulant le paquet GTP-U/UDP a pour adresse IP source celle du RNC etpour adresse de destination celle du 3G-SGSN. Le paquet IP (IP2) est encapsulé dans une trame GE (Gigabit Ethernet)et délivré au 3G SGSN, destinataire du paquet IP (IP2). Le 3G-SGSN décapsule le paquet GTP-U et l'inclut dans unautre paquet GTP-U sur UDP/IP. Au niveau IP, le paquet IP(IP3) a pour adresse source celle du 3G-SGSN et pouradresse de destination celle du GGSN. Le paquet IP est transmis sur une couche liaison de données et physique (L2/L1)qui est généralement GE.Le GGSN décapsule le contenu du paquet IP (IP3) puisqu'il en est le destinataire, puis le contenu du segment UDP puisle contenu du paquet GTP-U, à savoir le paquet IP (IP1) et route ce paquet IP vers sa destination comme l'aurait réalisétout routeur IP.

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Requête HTTP encapsulée dans unpaquet GTP

Requête (Longueur = X)1

TCP HTTP + En-tête TCP (Longueur = X + 20)

IP TCP HTTP + En-tête IP (Longueur = X+ 40)

+ En-tête GTP (Longueur = X+ 60)GTP IP TCP HTTP

+ En-tête UDP (Longueur = X+ 68) GTP IP TCP HTTPUDP

+ En-tête IP (Longueur = X+ 88) GTP IP TCP HTTPUDPIP

2

4

5

3

6

Dans le plan de transmission, le protocole GTP entre GSNs est un protocole detunneling pour le transport des paquets de données de l'usager. Le tunneling estun terme générique utilisé très largement dans le monde des réseaux, qui n'estpas forcément caractéristique au protocole IP. Globalement, la technique detunneling consiste en l'encapsulation de données d'un protocole dans un autreprotocole. Le protocole encapsulant, ou encore porteur, permet au protocolesous-jacent de traverser de façon transparente un réseau pour lequel il n'est pasforcément adapté. GTP (GPRS Tunneling Protocol) est le protocoled'encapsulation du trafic IP de l'utilisateur dans le réseau IP de l'opérateur entrele SGSN et le GGSN. GTP s ’appuie sur UDP/IP

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Activation d’un Contexte PDPdepuis un réseau visité

Intra-PLMNBackboneNetwork

Intra-PLMNBackboneNetwork

SGSN

GGSN

BG BG

GGSN

SGSN

Serveurd’entreprise

Routeur

LAN

DataNetwork(Internet)

HPLMN VPLMN

UE dans le VPLMN

UE dans le HPLMN

Inter-PLMNBackboneNetwork

UE

RNC

Node B

Node B

Node B

UE

RNC

Pour établir le lien entre les réseaux GPRS/IP des différents opérateurs mobiles, plusieurs solutionsexistent : la connexion directe entre opérateurs mobiles ; la connexion indirecte par l’intermédiaire del’Internet et la connexion indirecte par raccordement aux GRX (GPRS Roaming eXchange). Le GRXest une solution proposée par les opérateurs de backbone IP. Un GRX est un réseau de donnéesdédié interconnectant les infrastructures des opérateurs mobiles GPRS.

La connexion directe entre opérateurs offre la meilleure sécurité et la meilleure qualité de servicemais aussi le coût le plus élevé. La connexion indirecte par l’intermédiaire d’Internet, en revancheoffre le meilleur coût de mise en place mais une sécurité et une qualité de service médiocres.

Des arbitrages furent donc réalisés entre la qualité / sécurité et les coûts de mise en place conduisantà privilégier la solution GRX qui présente le meilleur rapport entre la qualité et le coût pour l’ensembledes solutions disponibles.

Il existe 15 opérateurs de GRX qui s’interconnectent : Belgacom, BT, Deutsche Telekom, FranceTélécom, Sonera, Telecom Italia, Telefonica Data, Telenor, Telia International Carrier, Cable &Wireless, UUNet, Equant, Aicent, Comfone et TSI.

Lorsque l'usager est dans son réseau nominal, l'activation d'un contexte PDP conduit à la créationd'un tunnel entre les nœuds SGSN et GGSN de ce réseau nominal. Le GGSN est identifié par leparamètre APN présent dans le message SM Activate PDP Context Request. Cet APN est traduit parle DNS en une adresse IP de GGSN.

Si l'usager est dans un réseau visité, l'activation d'un contexte PDP induit la création d'un tunnel GTPentre le SGSN visité et le GGSN nominal. Le SGSN visité identifie le GGSN à l'aide de l'APN. Cetteapproche peut être perçue comme inefficace car elle crée un effet trombone, mais en fait, 80% dutrafic d'un roamer typique est échangé avec des serveurs dans le pays d'origine. Le principalinconvénient de cette solution est le grand nombre de tunnel établis à travers le backbone inter-PLMN(GRX) et l'ajout de nouveaux nœuds, les BGs (Border Gateways).

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Procédure d ’établissement de Con-texte PDP depuis un réseau visité

MS SGSN visité

DNSvisité

Proxy/GRXDNS

DNSnominal

GGSN nominal

1. Activate PDP ContextRequest (…, APN, …)2. DNS Query (APN) 3. DNS Query

8. Create PDP Context Request (…, APN, …)

9. Create PDP Context Response

GTP TunnelRAB

RAB : Radio Access Bearer

4. DNS Response (Adresse DNS nominal)

5. DNS Query (APN)

6. DNS Response (Adresse IP GGSN nominal)

7. DNS Response (Adresse IP GGSN nominal)

Dans ce scénario, un roamer s’attache au SGSN d’un réseau visité et active un contexte PDPqui implique un GGSN présent du réseau nominal. Le SGSN visité doit apprendre l’adresse IPde ce GGSN nominal pour lui envoyer une requête GTP-C Create PDP Context Request.

Le SGSN visite utilise l’APN soumise par l’UE pour interroger le DNS. Le dessin ci-dessusdécrit la procédure de résolution DNS en détail. Elle consiste en les étapes suivantes :

1. L’UE envoie une requête SM Activate PDP context Request au SGSN visité pour demanderl’établissement du context PDP. Ce message contient l’APN du service que veut utiliserl’usager, la QoS requise, etc.

2. Le SGSN visité rajoute à l’APN l’identifiant du réseau nominal (e.g., mnc001.mcc208.gprs) etenvoie une requête DNS à son DNS local.

3. Le DNS local n’ayant pas la correspondance entre cet APN et l’adresse IP du GGSNnominal concerné, route la demande au DNS du GRX (root DNS).,

4. Le DNS du GRX répond en retournant l’adresse IP du DNS associé à l’opérateurmnc001.mcc208.gprs, à savoir Orange France.

5. Le DNS visité interroge alors le DNS nominal pour obtenir la correspondance.

6. Le DNS nominal retourne la ou les adresses IP du (des) GGSN concerné(s).

7. Le DNS visité retourne cette information au SGSN visité.

8. Le SGSN visité choisit une des adresses IP si plusieurs lui ont été retournées par son DNSvisité et émet une requête GTP-C Create PDP Context Request au GGSN correspondant.

9. La réponse GTP-C Create PDP Context Response indique au SGSN qu ’un tunnel réseauest établi entre SGSN et GGSN.

Il reste au SGSN de demander au BSC ou RNC à l ’accès de créer un RAB (Radio AccessBearer) qui correspond à une connectivité entre l ’UE et le SGSN.

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Données de souscription GPRSprésentes dans le HLR (1)

IMSI : l’IMSI est la principale clé de référence

MSISDN : Le MSISDN de l’UE.

SGSN Number : Le GT (Global Title) du SGSN auquel s’est rattaché l’UE.

SGSN Address : L’adresse IP du SGSN auquel s’est rattaché l’UE.

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Données de souscription GPRSprésentes dans le HLR (2)

Chaque IMSI fait référence à un ou plusieursenregistrements de souscription de contexte PDP :

PDP Context Identifier : Index du contexte PDP

PDP Type : Type de PDP, e.g., IPv4, IPv6.

PDP Address : Adresse PDP, e.g., une adresse IPv4 ouIPV6. Ce champ est vide si l’adressage est dynamique.

Access Point Name : Un label décrivant le point d’accès auréseau de commutation de paquet externe.

QoS Profile Subscribed : Le profil de QoS requis pour cecontexte PDP.

VPLMN Address Allowed : Spécifie si l ’UE est autorisé àutiliser avec ce contexte PDP uniquement un GGSN duréseau nominal (valeur = 0) ou soit un GGSN du réseaunominal, soit un GGSN du réseau visité (valeur = 1).

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Questions (à choix multiples)

A. GPRS est :

1. Une technologie d ’accès 2. Une technologie réseau

B. GPRS est le domaine de commutation de paquet du :

1. Réseau 2G 2. Réseau 3G 3. Réseau 4G

C. GPRS fonctionne en :

1. Mode connecté 2. Mode non connecté

D. En situation de roaming, le trafic usager est pris encharge par :

1. Le SGSN et le GGSN visités 2. Le SGSN visité et leGGSN nominal 3. Le SGSN et le GGSN nominal

A. Réponses correctes : 1 & 2

GPRS est à la fois une technologie d’accès qui fournit un débit de 40 kbit/sdescendant et 20 kbit/s montant et une technologie cœur de réseau avec leséquipements SGSN et GGSN.

B. Réponses correctes : 1 & 2

GPRS est le cœur de réseau paquet pour les technologies d’accès 2G telles queGPRS et EDGE et 3G telles que W-CDMA, HSDPA, HSUPA, HSPA+. La 4Gutilise un autre cœur de réseau paquet appelé ePC (Evolved Packet Core).

C. Réponse correcte : 1

Avant de pouvoir émettre ou recevoir des paquets IP, le mobile doit établir uneconnexion de données appelée contexte PDP. C’est pourquoi, le réseau GPRSfonctionne en mode connecté.

D. Réponse correcte : 2

En situation de roaming GPRS, le trafic est pris en charge par le SGSN visité etle GGSN nominal. Le SGSN identifie le GGSN a impliquer grâce à l’APN. Lecontexte PDP établi emprunte les réseaux IP des réseaux visité et nominalinterconnectés entre par le GRX.

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Questions (à choix multiples)

E. Le mode Direct tunnel s ’appliqué à :

1. L ’accès 2G uniquement 2. L ’accès 3G uniquement3. Les accès 2G et 3G

F. GTP (GPRS Tunneling Protocol) est :

1. Un protocole du plan de contrôle pour l ’établissement/lalibération de contexte PDP. 2. Un protocole du plan usagerpour la livraison du trafic usager 3. Un protocole des plans decontrôle et d ’usager

G. Quelles sont les fonctions réalisées durantl’enregistrement?

1. Authentification 2. Vérification de l’IMEI 3. Téléchargementdu profil usager du HLR au SGSN 4. Contrôle de session

E. Réponse correcte : 2

Le mode “direct tunnel” ne s’applique que dans le cas de l’accès 3G. Parailleurs, même en 3G, ce mode peut être utilisé si et seulement si l’usager estdans son réseau nominal. En effet, dans le cas où l’usager est dans un réseauvisité, il est nécessaire que le SGSN visité puisse comptabiliser le nombred’octets émis et reçus par l’usager; pour ce faire, le SGSN est sur le plancontrôle et sur le plan usager.

F. Réponse correcte : 3

GTP est à la fois un protocole du plan de contrôle (GTP-C) et un protocole duplan usager (GTP-U) GTP-C est utilisé entre le SGSN et le GGSN afind’établir/modifier/libérer des tunnels réseau. GTP-U est utilisé entre le RNC et leSGSN et entre le SGSN et le GGSN afin de transporter des paquets IP dansd’autres paquets IP..

G. Réponses correctes : 1,2 & 3.

Pendant l’enregistrement au domaine paquet mobile, le SGSN authentifiel’usager, vérifie l’IMEI de l’usager (optionnel) et obtient le profil de l’usagerauprès du HLR. Par contre il n’y a pas d’établissement de contexte PDP entrel’usager et le réseau. Cette dernière procédure ne peut être qu’à l’initiative del’usager une fois l’usager enregistré et accepté par le réseau.

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Questions (à choix multiples) H. Un contexte PDP secondaire est

1. Toujours établi après un contexte PDP primaire auquel ilsera associé 2. Partage la même adresse IP que le contextePDP primaire auquel il est associé 3. A la même QoS que lecontexte PDP primaire auquel il est associé E.

I. Le RAB (Radio Access Bearer) est établi par :

1. le SGSN 2. Le RNC/BSC 3. Le GGSN 4. Le PCRF

J. Les QoS possibles supportées par GPRS lors del’établissement du contexte PDP sont :

1. Conversationnel 2. Streaming 3. Interactif 4. Background

H. Réponses correctes : 1 & 2.

Un contexte PDP secondaire est toujours établi après le contexte PDP primaireet partage l ’adresse IP allouée au contexte PDP primaire par le réseau. Parailleurs la QoS associée au contexte PDP secondaires peut être différente decelle relative au contexte PDP primaire.

I. : Réponse correcte : 2

Le RAB est une ressource d ’accès donc l ’établissement/ la modification/lalibération est toujours de la responsabilité du nœud qui contrôle l ’accès, i.e., leBSC en 2G et le RNC en 3G.

J : Réponses correctes : 1, 2, 3 & 4.

Les QoS conversationnel (e.g., voix), streaming (e.g. TV mobile), interactif (e.g.,chat), backgroup (e.g., mail) sont supportées par le réseau GPRS.

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3. Evolution Long Terme de la 3G :LTE + ePC = EPS

La LTE (Long Term Evolution of 3G) est un projet mené par l'organisme de standardisation 3GPPvisant à rédiger les normes techniques de la future quatrième génération en téléphonie mobile. Ellepermet le transfert de données à très haut débit, avec une portée plus importante, un nombred’appels par cellule supérieur (zone dans laquelle un émetteur de téléphonie mobile peut entrer enrelation avec des terminaux) et une latence plus faible. En théorie, elle permet d’atteindre des débitsde l’ordre de 50 Mbps en lien ascendant et de 100 Mbps en lien descendant, à partager entre lesutilisateurs mobiles d'une même cellule. Pour les opérateurs, la LTE implique de modifier le cœur duréseau et les émetteurs radio. Il faut également développer des terminaux mobiles adaptés.

En terme de vocabulaire, le futur réseau s’appelle EPS (Evolved Packet System). Il est constitué d’unnouveau réseau d’accès appelé LTE (Long Term Evolution) et d’un nouveau réseau cœur appeléSAE (System Architecture Evolution) ou encore appelé ePC (Evolved Packet Core).

L’objectif de ce chapitre est de présenter la vision de bout en bout du réseau EPS avec son accès,son réseau cœur, et les entités associées.

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3.1. Définition et Architecturede Haut Niveau

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Besoins au niveau de l ’accès LTE Débit sur l’interface radio : 100 Mbit/s descendant et 50 Mbit/s

montant

Connexion permanente : Principe des accès haut débit où laconnectivité est permanente pour l ’accès à Internet

Délai pour la transmission de données : 30 ms entre l’UE et lePDN GW.

Mobilité : assurée à des vitesses comprises entre 120 et 350 km/h

Co-existence et Interfonctionnement avec la 3G : Le handoverentre E-UTRAN et UTRAN doit être réalisé en moins de 300 mspour les services temps-réel et 500 ms pour les services nontemps-réel.

Flexibilité dans l’usage de la bande : E-UTRAN doit pouvoiropérer dans des allocations de bande de fréquence de différentestailles incluant 1.25, 2.5, 5, 10, 15 et 20MHz.

Support du multicast notamment pour les applications multimédia

Couverture de cellule importante dans les zones rurales

Débit sur l’interface radio : 100 Mbit/s descendant et 50 Mbit/s montant. L ’interface radio E-UTRAN doit pouvoirsupportée un débit maximum descendant instantané (du réseau au terminal) de 100 Mbit/s en considérant une allocationde bande de fréquence de 20 MHz pour le sens descendant et un débit maximum montant instantané (du terminal auréseau) de 50 Mbit/s en considérant aussi une allocation de bande de fréquence de 20 MHz. Les technologies utiliséessont OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) pour le sens descendant et SC-FDMA (Single Carrier -Frequency Division Multiple Access) pour le sens montant. Cela correspond à une efficacité du spectre de 5 bit/s/Hz pourle sens descendant (HSDPA a pour efficacité 2.9 bit/s/Hz) et 2,5 bit/s/Hz pour le sens montant (HSUPA 1,1 bit/s/Hz).Avec la 3G il est nécessaire d ’allouer une bande de fréquence de 5 MHz. Avec la LTE, il est possible d ’opérer avec unebande de taille différente avec les possibilités suivantes : 1.25, 2.5, 5, 10, 15 et 20MHz, pour les sens descendant etmontant. L ’intention est de permettre un déploiement flexible en fonction des besoins des opérateurs et des services qu ’ilssouhaitent proposer.Connexion permanente : Principe des accès haut débit où la connectivité est permanente pour l ’accès à Internet. Mêmesi la connexion est permanente au niveau du réseau, il est nécessaire pour le terminal de passer de l’état IDLE à l’étatACTIF lorsqu’il s’agira d’envoyer ou recevoir du trafic. Ce changement d’état s’opère en moins de 100 ms. Le réseaupourra recevoir le trafic de tout terminal rattaché puisque ce dernier dispose d’une adresse IP, mettre en mémoire ce trafic,réaliser l’opération de paging afin de localiser le terminal et lui demander de réserver des ressources afin de pouvoir luirelayer son trafic.Délai pour la transmission de données : 5 ms entre l’UE et le PDN GW, ceci dans une situation de non-charge où unseul terminal est ACTIF sur l’interface radio. La valeur moyenne du délai devrait avoisiner les 30 ms en situation de chargemoyenne de l’interface radio. Ceci permet de supporter les services temps réel IP nativement, comme la voix sur IP et lestreaming sur IP.Mobilité : assurée à des vitesses comprises entre 120 et 350 km/h. Le handover pourra s’effectuer (la LTE ne permet quele hard handover et non pas le soft handover) dans des conditions où l’usager se déplace à grande vitesse.Co-existence et Interfonctionnement avec la 3G : Le handover entre E-UTRAN et UTRAN doit être réalisé en moins de300 ms pour les services temps-réel et 500 ms pour les services non temps-réel. Il est clair qu’au d ”bit peu de zonesseront couvertes par la LTE. Il s’agira pour l’opérateur que s’assurer que le handover entre LTE et la 2G/3G est toujourspossible. Le handover pourra aussi s’effectuer entre LTE et les réseaux CDMA-2000. Les opérateurs CDMA évoluerontaussi vers la LTE qui devient le vrai standard de communication mobile de 4ème génération.Flexibilité dans l’usage de la bande : Comme indiqué précédemment E-UTRAN doit pouvoir opérer dans des allocationsde bande de fréquence de différentes tailles incluant 1.25, 2.5, 5, 10, 15 et 20MHz.Support du multicast notamment pour les applications multimédia telles que la télévision en broadcast.Couverture de cellule importante dans les zones urbaines et rurales : Comme la LTE pourra opérer sur des bandes defréquences diverses et notamment basses comme celle des 700 MHz (d’ailleurs choisie par les opérateurs AT&T etVerizon Wireless), il sera possible de considérer des cellules qui pourront couvrir un large diamètre).

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Débit de l ’interface radio etflexibilité de spectre

L ’interface radio E-UTRAN doit pouvoir supportée un débit maximumdescendant instantané (du réseau au terminal) de 100 Mbit/s enconsidérant une allocation de bande de fréquence de 20 MHz pour lesens descendant et un débit maximum montant instantané (duterminal au réseau) de 50 Mbit/s en considérant aussi une allocationde bande de fréquence de 20 MHz.

Cela correspond à une efficacité du spectre de 5 bit/s/Hz pour le sensdescendant et 2,5 bit/s/Hz pour le sens montant.

En considérant HSDPA à 14,4 Mbit/s avec une allocation d ’unebande de 5 MHz, l ’efficacité spectrale est de 2,9 bit/s/Hz dans le sensdescendant.

Avec la 3G il est nécessaire d ’allouer une bande de fréquence de 5MHz. Avec la LTE, il est possible d ’opérer avec une bande de tailledifférente avec les possibilités suivantes : 1.25, 2.5, 5, 10, 15 et 20MHz, pour les sens descendant et montant. L ’intention est depermettre un déploiement flexible en fonction des besoins desopérateurs et des services qu ’ils souhaitent proposer.

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50Copyright EFORTSimon ZNATY

Bande de fréquence pour ledéploiement de la LTE

Un opérateur peut introduire la LTE dans de nouvelles bandes defréquence où il est plus simple de disposer de 10 ou 20 MHz debande.

Par exemple, la bande 2.6 GHz ou le spectre du dividende numérique700, 800 MHz

ou réutiliser les bande des réseaux 2G et 3G existantes telles que 850,900, 1800, 1900, 2100 MHz

La LTE pourrait même être déployée sur toutes ces bandes et surd ’autres plus tard.

Les bandes 2.6 GHz (pour la capacité) et 700/800 MHz (couvertureplus importante) sont une bonne combinaison.

La LTE offre un choix de bande de fréquence compris entre 1,25 et20 MHz.

La bande la plus large est nécessaire pour les débits les plus importants.

Par exemple, TeliaSonera à Oslo et Stockholm utilise chaque fois unebande de 20 MHz.

Les bandes qui sont considérées pour la LTE sont diverses (700 MHz, 800 MHz, 900 MHz,1700 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz, 2100 MHz, etc.) mais celles qui semblent s ’imposersont dans les bandes 2.6GHz et 800 MHz.

2.6 GHz est approprié pour les zones à forte densité de population et donc avec unecouverture réduite, alors que 800 MHz, issu du dividende numérique est approprié pour leszone rurales avec une couverte importante.

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Bandes de Fréquence UMTS etLTE en France

W-CDMA (FDD) UL : 1920 à 1980 MHz, soit 60 MHz

DL : 2110 à 2170 MHz soit 60 MHz

12 bandes ou porteuses de 5 MHz chacune dans le sens montant(UL) et dans le sens descendant (DL).

Ces bandes de fréquence sont aussi utilisés pour les technologiesHSDPA, HSUPA et HSPA+

LTE De nombreuses bandes sont possibles (700, 800, 900, 1700, 1800,

1900, 2100, 2600 MHz, etc.) mais celles qui s ’imposent sont lesbandes 2.6 GHz et 800 MHz. En France les largeurs de bandes auxenchères sont:

UL : 2500–2570 MHz

DL : 2620–2690 MHz

UL : 832 MHz–862 MHz

DL : 791 MHz–821 MHz

Deux technologies d’accès radio (UTRA - Universal Terrestrial Radio Access) sont proposées dans l’UMTS, àsavoir FFD (Frequency Division Duplex) et TDD (Time Division Duplex. C ’est FDD qui est utilisé en Europe.

UTRA FDD (FrequencyDivision Duplex): 2 groupes (un groupe montant et un groupe descendant) de 12porteuses de largeur 5 MHz ont été identifiés pour la technologie UTRA FDD. En France, l’ART a initialementattribué 3 porteuses FDD à chaque opérateur ayant acquis une licence UMTS (Orange, SFR, Bouygues), puisune porteuse à Free, puis une porteuse supplémentaire à Orange et une porteuse supplémentaire à SFR.

En W-CDMA, l ’usager est limiter pour ses services de données à 384 kbit/s dans les deux sens. Les mêmesporteuses UMTS sont aussi utilisées pour les technologies HSDPA, HSUPA et HSPA+. Alors qu ’en W-CDMA,HSDPA et HSUPA, l ’usager n ’exploite qu ’une bande de 5 MHz,

Alors qu ’en 3G, la bande de fréquence minimum que doit acquérir un opérateur est 5 MHz, en LTE (4G),l ’usage de la bande est plus flexible. Il est possible d ’opérer avec une bande de fréquence de différentestailles incluant 1.25, 2.5, 5, 10, 15 et 20MHz.Le débit est proportionnel à la bande de fréquence acquise. Il estde 5 bits/s/Hz dans le sens descendant avec la technologie OFDMA (Orthogonal Frequency Division MultipleAccess) , et de 2,5 bits/s/Hz dans le sens montant avec la technologie SC-FDMA (Single Carrier FrequencyDivision Multiple Access)..

Les bandes qui sont considérées pour la LTE sont diverses (700 MHz, 800 MHz, 900 MHz, 1700 MHz, 1800MHz, 1900 MHz, 2100 MHz, etc.) mais celles qui semblent s ’imposer sont dans les bandes 2.6GHz et 800MHz.

2.6 GHz est approprié pour les zones à forte densité de population et donc avec une couverture réduite, alorsque 800 MHz, issu du dividende numérique est approprié pour les zone rurales avec une couverte importante.

En France, les bandes suivantes sont en vente : UL : 2500–2570 MHz; DL : 2620–2690 MHz; UL : 832MHz–862 MHz; DL : 791 MHz–821 MHz.

On notera que 70 MHz dans chaque sens sont disponibles dans les 2.6 GHz alors que la largeur est limitée à30 MHz dans la bande des 800 MHz. La bande 800 MHz, dont la largeur est limitée à 30 MHz dans chaquesens, ne permet pas d’attribuer des quantités de fréquences élevées à un grand nombre d’opérateurs : c’estpourquoi la mutualisation des fréquences entre opérateurs peut présenter l’intérêt de concilier l’attribution deplusieurs licences et la mise en oeuvre de canalisations élevées dans la bande 800 MHz.

Orange et Free ont obtenu chacun 20 Mhz dans la bande 2.6 Gz alors que SFR et Bouygues n’ont obtenuchacun que 15 MHz.

Dans la bande 800 Mhz, Orange, SFR et Bouygues ont obtenu chacun 10 MHz. Free n’a rien obtenu.

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Comparaison LTE / 3G

Débit DL : 100 Mbit/s DL- 3,1 Mbps DL- 14,4 Mbps théorique UL : 50 Mbit/s UL- 1,8 Mbps UL- 5,75 Mbps

Débit DL : 5 Mbit/s DL : 400 kbit/s DL : 1 Mbit/sattendu

Efficacité ~2,5-5 bps/Hz ~1-2 bps/Hz ~1,1-2,9 bps/Hzspectrale

Bande de 1.25-20 MHz 1,25 MHz 5 MHzfréquence (Maintenant 10 MHz)

Couverture 1-30 Miles 1-5 Miles 1-5 Mileszone rurale (Théorique)

LTE EVDO Rev-A HSPA

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ePC : Evolved Packet Core

SAE (System Architecture Evolution) est le nom du projet,ePC (Evolved Packet Core) est le nom du réseau cœurévolué.

ePC est un réseau cœur paquet tout IP

ePC fonctionne dans le cas de roaming en mode « homerouted » ou en mode « local breakout »

ePC interagit avec les réseaux paquets 2G/3G et HRPD encas de mobilité

ePC supporte les Default bearers et Dedicated bearers

ePC supporte le filtrage de paquet (deep packet inspectionpar exemple pour la détection de virus) et une taxationévoluée (taxation basée sur les flux de service).

SAE est le nom du projet, EPC (Evolved Packet Core) est le nom du réseau cœur évolué.

EPC est un réseau cœur paquet tout IP. A la différence des réseaux 2G et 3G où l’on distinguait lesdomaines de commutation de circuit (CS, Circuit Switched) et de commutation de paquet (PS, PacketSwitched) dans le réseau coeur, le nouveau réseau ne possède qu’un domaine paquet appeléEPC.Tous les services devront être oferts sur IP y compris ceux qui étaient auparavant offerts par ledomaine circuit tels que la voix, la visiophonie, le SMS, tous les services de téléphonie, etc.

EPC fonctionne en situation de roaming en mode “ home routed ” ou en mode “ localbreakout ”. Lorsqu’un client est dans un réseau visité, son trafic de données est :

Soit routé à son réseau nominal qui le relaye ensuite à la destination (home routed)

Soit directement routé au réseau de destinataire sans le faire acheminer à son réseau nominal (localbreakout). Le mode local breakout est particulièrement interessant pour les applications temps réeltelles que la voix qui ont des contraintes de délai fortes.

EPC interagit avec les réseaux paquets 2G/3G et CDMA-2000 en cas de mobilité. Il est possiblede faire acheminer le trafic de l’EPC vers l’accès LTE, CDMA-2000 (paquet), 2G (paquet) et 3G(paquet) et ainsi garantir le hadover entre ces technologies d’accès.

EPC supporte les Default bearers et Dedicated bearers. Lorsqe l’usager se rattache au réseauEPC, ce dernier lui crée un défaut bearer qui représente une connectivité permanente (maintenue tantque l’usager est rattaché au réseau) mais avec une qualité de service best effort. Lorsque l’usagersouhaitera établir un appel qui requiert une certaine qualité de service telle que l’appel voix ouvisiophonie, le réseau pourra établir pour la durée de l’appel un dedicated bearer qui supporte laqualité de service exigée par le flux de service.

EPC supporte le filtrage de paquet (deep packet inspection par exemple pour la détection de virus)et une taxation évoluée (taxation basée sur les flux de service). En effet la LTE fournit desmécanismes de taxation très sophistiqués permettant de taxer le service accédé par le client sur labased du volume, de la session, de la durée, de l’événement, du contenu, etc.

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Concepts EPS

Architecture plate et simplifiée comparée à celle hiérarchique2G/3G

Architecture uniquement paquet comparée à l’architecture2G/3G circuit et paquet

Connectivité permanente tout-IP comparée à des contextesPDP temporaires ou permanents en 2G/3G dans le domainepaquet

Interface radio totalement partagée comparée à desressources dédiées et partagées dans l’architecture 2G/3G

Handover possible vers les réseaux 2G/3G etCDMA/CDMA2000.

L’EPS (Evolved packet System) représente l’ensemble du réseau à savoir LTEet ePC. Il a les caractéristiques suivantes :

Il possède une architecture plate et simplifiée comparée à celle hiérarchique2G/3G puisque la fonction de contrôleur d’antenne disparaît. La seule entitéprésente dans l’accès est l’eNodeB qui peut être assimilé à un nodeB+RNC.

Il s’agit d’une architecture uniquement paquet comparée à l’architecture2G/3G circuit et paquet. Cela signifie que tous les flux de service seront pris encharge par ce domaine paquet alors qu ’auparavant les services de téléphonieétaient pris en charge par un domaine dédié circuit constitué de MSC ou MSCServer/MGW.

Il permet une connectivité permanente tout-IP comparée à des contextes PDPtemporaires ou permanents en 2G/3G dans le domaine paquet. En effet,généralement le contexte PDP établi dans le réseau paquet 3G a une durée devie courte. Après l ’expiration d ’un temporisateur d ’inactivité, le contexte PDPest libéré par le réseau.Avec l ’EPS, le bearer (équivalente du contexte PDP) estétabli dès la mise sous tension du mobile et n ’est libéré qu ’à la mise horstension du mobile.

Son interface radio est totalement partagée entre tous les usagers en modeACTIF comparée à des ressources dédiées et partagées dans l’architecture2G/3G. Les appels voix et visiophonie requièrent des ressources dédiées en 3G.

Il permet des handover vers les réseaux 2G/3G et CDMA/CDMA2000 afind’assurer des communications sans couture en environnement hétérogène.

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Capacité du terminal LTE

Catégorie UE 1 2 3 4 5Débit maximum descendant (Mbps) 10 50 100 150 300Débit maximum montant (Mbps) 5 25 50 50 75

Catégorie UE 6 7 8 Débit maximum descendant (Mbps) 300 300 3000 Débit maximum montant (Mbps) 50 150 1500

Release 10 uniquement (LTE-Advanced)

Releases 8, 9 et 10 (LTE)

La système LTE a été conçu pour supporter cinq catégories d ’UE, du terminalbon marché ayant des caractéristiques proches du terminal HSPA, au terminal àtrès haute capacité qui exploite au maximum la technologie LTE.

Les capacités des cinq catégories de terminaux LTE sont indiquées au tableauci-dessus.

La LTE-Advanced rajoute trois nouvelles catégories. Dans la catégorie 8, leterminal exploite 100 MHz de fréquence avec un débit de 30 bit/s/Hz dans lesens descendant et de 15 bit/s/Hz dans le sens montant.

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Architectures UTRAN et EvolvedUTRAN

RNCRNCIur

Iub Iub Iub Iub

Core Network

Iu Iu

NodeB

X2

Core Network

eNodeB eNodeB

S1 S1

Architecture UTRAN Architecture E-UTRAN

L’eNodeB est responsable de la transmission et de la réception radio avec l’UE. A la différence del’UTRAN 3G où sont présentes les entités Node B et RNC, l’architecture E-UTRAN ne présente quedes eNodeB. Les fonctions supportées par le RNC ont été réparties entre l’eNodeB et le les entitésdu réseau cœur MME/Serving GW. L’eNodeB dispose d’une interface S1 avec le réseau cœur.L’interface S1 consiste en S1-C (S1-Contrôle) entre l’eNodeB et le MME et S1-U (S1-Usager) entrel’eNodeB et le Serving GW.

Une nouvelle interface X2 a été définie entre eNodeBs adjacents. Son rôle est de minimiser la pertede paquets lors de la mobilité de l’usager en mode ACTIF (handover). Lorsque l’usager se déplaced’un eNodeB à un autre eNodeB, de nouvelles ressources sont allouées sur le nouvel eNodeB pourl’UE ; or le réseau continue à transférer les paquets entrants vers l’ancien eNodeB tant que le nouveleNodeB n’a pas informé le réseau qu’il s’agit de lui relayer les paquets entrants pour cet UE. Pendantce temps l’ancien eNodeB relaie les paquets entrants sur l’interface X2 au nouvel eNodeB qui lesremet à l’UE.

La figure décrit l’architecture E-UTRAN avec ses eNodeB et les interfaces X2 (entre les eNodeB) etS1 (entre eNodeB et entités du réseau cœur MME/Serving GW).

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Interfaces Logiques et Physiques

MME

PDN GW

Serving GW

IP Router

Réseau IP

Réseau IP

Connectivité d ’accèse.g., FTTH

Connectivité d ’accèse.g., FTTH

Interface X2

Logique

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La famille FTTx (Fibre To The x)

OLT: Optical Line TerminationONT: Optical Network TerminationONU: Optical Network UnitSplitter: Coupler

OLT

Fibrecoupler

FTTC: CurbVDSL

Cuivre

ONUONT

VDSL

FTTB: Building

Mixed Mixed access access ::Optical and CopperOptical and Copper

Fibre

Fibre

Cuivre

ONU

coupler

couplerFibre

FTTH: Home

Terminaison Client

Optique (ONT)

Fibre

Fibre

ONT

ONT

Fibre

Implémentation possible:Implémentation possible:P2MP ou P2P (sans splitter)P2MP ou P2P (sans splitter)

Avec l'architecture FTTH (Fiber to the Home), l'OLT est l’ unité de raccordementoptique multiplexant plusieurs clients. Pour distribuer la fibre vers les différentsutilisateurs, il est possible de mettre en oeuvre des coupleurs qui permettent desliaisons point-à-multipoint (P2MP) ou réaliser des liens point à point (P2P). Lemode P2P est aussi appelé FTTH dédié alors que le mode P2MP est dénomméFTTH partagé.

Dans le cas de FTTC (Fiber to the Curb), traduit en français par "fibre jusqu'ausousrépartiteur", la fibre relie l'OLT à un ONU. l'ONU assure les couplagesoptoélectroniques permettant d'offrir des terminaisons sur cuivre. Dans le cas duVDSL, l'ONU est un DSLAM.

Le FTTB (Fiber to the Building) relie un immeuble à un OLT via la fibre optique.Néanmoins, du pied de l'immeuble jusqu'à l'abonné, c'est la technologie VDSL2qui est utilisée. Ce sont donc la fibre optique et le paire de cuivre qui sontutilisées pour faciliter le déploiement mais au détriment de la puissance de labande passante qui sera limitée à 100 Mbits.

Si la fibre va jusqu'au client (FTTH), l'ONU est absent. La fibre aboutit à l'ONT,qui termine la liaison optique.

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Architecture cible EPS (LTE+ePC)LTE : Long Term EvolutionePC : Evolved Packet Core GW : GatewayMME : Mobility Management EntityPCRF : Policy and Charging Rules FunctionPDN : Packet Data Network HSS : Home Subscriber ServerEIR : Equipment Identity RegisterIMS : IP Multimedia SubsystemPCEF : Policy and Charging Enforcement Function

Serving GW

Réseau IP

UE eNode B

Réseau IP

PDN GW

MME

LTEePC

IMSHSS

PCRF

Plan de contrôlePlan usager

S1-C

S1-U

S6

Gx

Rx

Cx, Sh

S11S5

Interface DIAMETER

PCEFRéseau IP

S13

EIR

Le réseau EPS (LTE + ePC) consiste en les entités suivantes :

eNodeB (eNB) / Mobility Management Entity (MME) / Serving Gateway (SGW) / Packet DataNetwork Gateway (PDN GW) / Home Subscriber Server (HSS) / Policy and Charging RulesFunction (PCRF)

L’eNodeB est responsable de la transmission et de la réception radio avec l’UE. A la différence del’UTRAN 3G où sont présentes les entités Node B et RNC, l’architecture E-UTRAN ne présenteque des eNodeB. Les fonctions supportées par le RNC ont été réparties entre l’eNodeB et lesentités du réseau cœur MME/Serving GW. L’eNodeB dispose d’une interface S1 avec le réseaucœur. L’interface S1 consiste en S1-C (S1-Contrôle) entre l’eNodeB et le MME et S1-U (S1-Usager) entre l’eNodeB et le Serving GW.

Le MME (Mobility Management Entity) est le nœud responsable du contrôle dans le réseau EPC(Evolved Packet Core). Il est responsable de l’enregistrement des mobiles, de leur authentification,de leur joignabilité lorsqu ’ils sont dans l ’état de repos (incluant paging). de la sélection du ServingGW et du PDN GW. C’est au MME de sélectionner le Serving GW et le PDN GW qui serviront àmettre en œuvre le Default Bearer (le canal de communication permanent) au moment durattachement du mobile au réseau.

Le SGW (Serving GW, passerelle de service) route les paquets sortants de l ’usager au PDN GWet achemine les paquets entrants à l ’usager via le réseau d ’accès. Il réalise par ailleurs lesfonctions d ’interception légale et de comptabilité par usager pour la taxation inter-opérateurs.

Le PGW (PDN GW, passerelle PDN) fournit la connectivité vers les réseaux externes tels queInternet et Intranets. Il réalise les procédures d ’allocation de l’adresse IP au mobile, .D ’interception légale et de taxation des flux de service montants et descendants.

Le HSS (Home Subscriber Server) est la base de données contenant les données de souscriptionde l ’usager EPS. L ’interface au HSS est S6 basée sur le protocole DIAMETER.

Le PCRF (Policy and Charging Rules Function) fournit les règles de taxation au PDN GW afin quece dernier pisse réaliser la taxation des flux de service montants et descendants.

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Architecture de Taxation

Serving GW

Réseau IP Réseau IP

PDN GW

MME

ePC

IMSHSS

PCRFS6

Gx

Rx

Cx, Sh

S11S5

OCS OFCS

Gy Gz

Ro Rf

Plan de contrôlePlan usager

PCEF

UE eNode B

LTE

S1-C

S1-U

Interface DIAMETER

Réseau IP

S13

EIR

LTE : Long Term EvolutionePC : Evolved Packet Core GW : GatewayMME : Mobility Management EntityPCRF : Policy and Charging Rules FunctionPDN : Packet Data Network HSS : Home Subscriber ServerEIR : Equipment Identity RegisterIMS : IP Multimedia SubsystemPCEF : Policy and Charging Enforcement Function

L ’entité PCRF (Policy and Charging Rules Function) permet à la fonction PCEF(Policy and Charging Enforcement Function) incluse dans le PDN GWd ’apprendre les règles PCC (Policy and Charging Control) afin d ’identifier lesflux circulant sur le contexte PDP, de bloquer ou d ’autoriser les flux, d ’affecterune QoS par flux, et de taxer chaque flux individuellement.

L'entité PCEF dispose d'une interface de taxation avec l'OCS (l'Online ChargingSystem) pour la taxation online des flux de services IP consommés par l'usageret une interface avec l'OFCS (Offline Charging System) pour la taxation offlinedes flux de services IP de l'usager.

Le PCEF obtient des crédit de l'OCS et soumet des tickets de taxation à l'OFCS.Il est à noter que l'entité PCEF peut être indépendante du PDN GW et dans cecas se retrouve derrière le PDN GW à l'interface des réseaux externes IP.

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PCEF

OFCS

OCS

PCRF

MME

Mode quasi-associé pour lasignalisation DIAMETER

AgentMME

HSS

PCRF

PDN GW

OCS

OFCS

Interface DIAMETER

S4-SGSN

IMS

• I-CSCF•S-CSCF• P-CSCF

• AS• MRF

• MGCF• BGCF

S6a

PCEF

Agent

S6a, S6d, SWx,

Cx, Sh

Gz, Rf

Gy, Ro,Rc, Re

Gx, S9, Rx

Gx, Gy, Gz

S6d

Cx, Sh,Rx, Ro, Rf

Pour des raisons de scalabilité et de simplicité de configuration, le mode quasi-associé devrait être choisi par les opérateurs pour le transport de la signalisationDIAMETER. Un agent (similaire à un STP dans le réseau SS7) relie l ’ensembledes nœuds devant dialoguer avec le protocole DIAMETER. Ce même agentroute le trafic de signalisation DIAMETER entre ces nœuds. Tous les nœuds pardéfaut relaient leur signalisation à l ’agent DIAMETER qui dispose de toutel ’intelligence de routage. Lorsque la destination DIAMETER appartient à unautre réseau, l ’agent transfert la signalisation DIAMETER à un autre agent(international) qui dispose de la connectivité pour acheminer le trafic DIAMETERau réseau de destination.

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Types de noeud Diameter Client (e.g., MME, S-CSCF)

Server (e.g., HSS)

Agent Relay Agent

Proxy Agent

Redirect Agent (e.g., SLF)

Translation Agent (e.g., MAP DIAMETER IWF)

5. Answer6. AnswerClient.RealmA.com Server.RealmA.com

RedirectAgent

Client1. Request

2. Request 3. Redirect Notification

4. RequestRelay/ProxyAgent

Server

Redirect.RealmB.com

Un nœud DIAMETER est un hôte qui implante le protocole DIAMETER.

Un client DIAMETER est un nœud à la frontière du réseau qui réalise un contrôle d’accès. Des exemples declients DIAMETER sont les Network Access Servers (NAS), MME, S4-SGSN.

Un serveur DIAMETER prend en charge les demandes d’authentification, d’autorisation et de taxation pour undomaine donné (appelé realm). Un exemple de serveur est le HSS.

Un agent DIAMETER est un nœud DIAMETER qui fournit des services de relai, de proxy ou de traduction.

Un agent relai route les messages DIAMETER basée sur l’information présente dans les messages. Lesagents sont transparents. Un agent relai peut modifier les messages DIAMETER uniquement en insérant etretirant les informations de routage mais ne peut pas modifier les autres éléments d’information du message.

Un agent proxy comme un agent relai route le message DIAMETER. Toutefois un agent Proxy peut modifierles messages afin de réaliser un contrôle d’accès, un contrôle de politiques, etc. Un exemple d’agent proxy estle l’entité PCRF dans l’architecture LTE.

Un agent de redirection fournit aussi une fonction de routage. Il sert de directory permettant généralement latraduction de Nom de domaine Adresse du serveur. A la différence des autres types d’agent (relai et proxy)

qui acheminent les messages DIAMETER, l’agent de redirection retourne un type particulier de message deréponse à l’émetteur de la requête. La réponse contient l’information de routage afin que l’émetteur puisseretransmettre son message directement a serveur destinataire. Un exemple d’agent de redirection est l’entitéSLF dans l’architecture IMS.

Un agent de traduction traduit les protocoles tels que DIAMETER et RADIUS ou DIAMETER et MAP. Unexemple d’agent de traduction est l’entité IWF de l’architecture LTE qui traduit DIAMETER en MAP.

A la figure 1, le chemin de la requête et de la réponse est 1, 4, 5 et 6 dans le cas du traitement uniquement pardes agent relai/proxy. Le chamin est 1, 2, 3, 4, 5, et 6 si l’agent de redirection est aussi impliqué.

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Scénario possible pour l ’interactionentre MME et HSS dans l ’EPS

4. Answer6. Answer

MME1. Request 3. Request

AgentProxy

DiameterHSS

Destination Realm : epc.mnc001.mcc208.3gppnetwork.org (Orange France)Origin host : mmec2.mmegi1.mme.epc.mnc010.mcc206.3gppnetwork.orgOrigin Realm : epc.mnc010.mcc206.3gppnetwork.org (Mobistar Belgique)IMSI : 208012245678911

AgentRelai

Diameter5. Answer

2. Request

Le MME visité du réseau Mobistar dérive le nom de domaine du réseau nominal del’usager mobile LTE à partir de l’IMSI de l’usager.

Le nom de domaine est epc.mnc01.mcc208.3gppnetwork.org (Orange France)

1. MME identifie que tout message DIAMETER à destination d’un réseau externe àMobistar doit être acheminé au Proxy Agent de Mobistar. Une association SCTP existeentre le MME et le Proxy Agent puisqu’il s’agit d’un peer. Alors il émet la requêteDIAMETER S6a Update Location request sur cette association SCTP. La requêteDIAMETER contient les AVPs suivants : Origin host, origin realm, destination realm. IlL’AVP Destination-Host n’est pas présent car le MME ne connaît pas le HSS dans leréseau Orange France (Réseau nominal) qui dispose du profil de l’usager.

2. La requête DIAMETER est reçue par le Proxy Agent. Ce dernier analyse l’AVPDestination-Realm de la requête reçue et à partir de sa table de routage de Realm, il luiest possible d’identifier le prochain agent qui peut prendre en charge la requête. Il relaie larequête à un autre Proxy Agent dans le réseau nominal Orange France.

3. Ce Proxy Agent d’Orange France interroge sa table de routage applicative qui luipermet de traduire l ’IMSI de l ’usager qui souhaite s ’enregistrer en le hotname du HSSqui dispose du profil de cet usager. Le Proxy Agent peut maintenant relayer la requête auHSS. Le HSS est présent dans la table de peer du Proxy Agent.

4., 5., 6. La réponse DIAMETER suit le même chemin que la requête. La réponse contientles AVPs Origin-Host et Origin-Realm qui correspondent au hostname et au nom dedomaine du HSS.

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Roaming international avec desagents Diameter

10. Answer

MME1. Request Agent

RelaiDiameter

8. Answer

3. RequestAgentRelai

Diameter

AgentRelai

Diameter

Réseau visité6. Answer

5. RequestAgentProxy

DiameterHSS

Réseau nominal

Brokere.g., Syniverse

2. Request4. Request 7. Answer9. Answer

Interface DIAMETER interfaceMessage DIAMETER

Brokere.g., IBNF

FT IBNF : France Telecom International Backbone Network & Factory (IBNF)

Les Agents Diameter seront des composants importants du futur réseau mobilede la même manière que les STPs/IP STPs sont les composants importants duréseau mobile actuel.

Les agents Diameter sont obligatoires pour le roaming international dansl ’environnement EPS. Une hiérarchie d ’agents peut exister incluant des agentsnationaux, des agent nationaux/internationaux et des agents uniquementinternationaux.Syniverse et IBNF (International and Backbone Network Factory)correspondent à des brokers internationaux.

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Fournisseurs d ’Agents DIAMETER Tekelec : Diameter Signaling Router (DSR) (500 000 messages/s)

Produit indépendant (standalone)

Traffix Systems : Signaling Delivery Controller (SDC) (1 million messages/s) Produit indépendant

ACME Packet : Policy Exchange Controller (PEC) (750 000 messages/s) Produit indépendant ou intégré dans le SBC d ’ACME (ACME Packet Net-NetSession Director)

Huawei : Unified Signaling Routing Solution

IntelliNet : Accelero Diameter Routing Agent Produit indépendant

Openet : Dynamic Context Router (DCR) Produit indépendant

Bridgewater : Diameter Routing Agent (DRA). Produit indépendant ou intégré dans le PCRF ou le HSS de Bridgewater

Requirements for a DIAMETER Agent3G/LTE/IMS Interface Support

• Supports a wide range of 3G/LTE/IMS interfaces including S6a, S6d, S9, S13, Cx/Dx, Sh, Rf/Ro, Gq/Gq’,e2, e4, Rx, Gx, Gxx, Gy, Gz and many more. All these interfaces should be 3GPP standards compliant.

Transports Support

• Supports TCP and SCTP based transports for communicating with Diameter peers

• IPv4 and IPv6 version support with version adaptation

Security Support

• Supports IPSec and TLS transport level security mechanisms and provisions

Peer Discovery

• Supports Dynamic Peer Discovery as per RFC 3588 and GSMA specification

• Using Table lookups and NAPTR/DNS queries

• S6a User-Identity to HSS Resolution

High Performance and Scalability

• Among the industry leading solution in-terms of performance and scalability

• Supports a multi-threaded and load balancer based architecture that scales to handle thousands ofmessages/sec with low latency and CPU and memory consumption

High Availability

Supports 1+1 Active-Standby Redundancy mechanism for High Availability

Congestion Management and Overload Control

• Built-in Congestion Management and Overload control mechanisms

Traffic Load Balancing

• Capability to load balance traffic based on Diameter and Application specific AVPs

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Le Réseau Evolved Packet Core

Le réseau cœur appelé ePC (Evolved Packet Core) ouSAE (System Architecture Evolution) consiste en lesentités suivantes :

Mobility Management Entity (MME)

Serving Gateway

Packet Data Network Gateway (PDN GW)

Les composants suivants sont utilisés par l ’ePC mais nesont pas inclus dans l ’ePC:

Home Subscriber Server (HSS)

Policy and Charging Rules Function (PCRF)

Online Charging System (OCS)

Offline Charging System (OFCS)

Les seuls éléments présents dans l’ePC sont les MME, les Serving GW et PDN GW.

Le HSS sert l’ePC, l’IMS et les réseaux 2G et 3G.

Le PCRF est utilisé par le réseau GPRS (fonction PCEF du GGSN) et par le réseau ePC (fonctionPCEF du PDN GW). Les entités OCS et OFCS sont aussi utilisées par les réseaux GPRS et ePC.

L’ePC possède un autre composant important pour les accès non-3GPP, appelé ePDG (Evolved PacketData Gateway).

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Evolution du domaine paquet versune architecture plate

Node B

RNC

SGSN

GGSN

Node B

RNC

SGSN

GGSN

RNCNode B

SGSN

GGSN

eNode B

MME

SGW

Release 6Release 7

Direct Tunnel

Release 7Direct Tunnel et

RNC dans Node BRelease 8LTE & ePC

Plan ContrôlePlan Usager

PGW

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Backbone IP

Routeur

IMS-MGW

IMS

AS

MGCF

SGW

RTC

MRF

SIP

SIP

SIP

Diameter

Megaco

ISUP

ISUP

RTP

IPX

BGF

S-CSCF

P-CSCF

SLF

HSS

BGF

Common IMS - Architecture IMS indépendante de l’accès

DSLAMIP

Backbone

xDSL

Client BAS

Node B RNC SGSN GGSNIP Network

UE 3G

xDSL

ATM

PDGWLANAccess Network

HESCMClient

CABLEHFC, Hybrid Fiber Coaxial

WLAN

CMTS

eNodeBUE EPS

Serving GW

PDN GWIP Network

MME

RACS1

PCRF2

PCRF4

PCRF5

RACS6

MS

PCRF3

BS ASN-GWWiMAXRACS7

BTS BSCMS EVDO

PDSNIP Network IP Network

HA

MSAN

PSTN accessAnalog/ISDN

Client OLTFTTH

RACS0

FiberFiber

CouplerONT

Chaque réseau d’accès a sa propre méthode d’attachement et de réservation deressources. L’architecture Common IMS qui a pour objectif l’indépendance parrapport à l’accès s’appuie sur les accès spécifiques mais dispose d’une interfacenormalisée pour demander les services de n’importe quel type d’accès.Le diagramme ne montre pas tous les accès possibles et dans ce sens n ’est pasexhaustif.

AS : Application ServerASN-GW : Access Service Network GatewayATM : Asynchronous Transfer ModeBAS : Broadband Access ServerBGF : Border Gateway FunctionBSC : Base Station ControllerBTS : Base Transceiver StationCDMA : Code Division Multiple AccessCSCF : Call Session Control FunctionCS-MGW : Circuit Switched Media GatewayDSL : Digital Subscriber LineDSLAM: DSL Access MultiplexerEPS : Evolved Packet systemGGSN : Gateway GPRS Support NodeGW : GatewayHA : Home AgentHFC : Hybrid Fiber CoaxialHSS : Home Subscriber ServerIMS : IP Multimedia SubsystemISDN : Integrated Services Digital NetworkLMDS : Local Multipoint Distribution ServiceMME : Mobility Management Entity

MGCF : Media Gateway Control FunctionMRF : Multimedia Resource FunctionMSAN : Multi-Service Access NpdeMS : Mobile StationPCRF : Policy & Charging Rules FunctionPDF : Policy Decision FunctionPDG : Packet Data GatewayPDN : Packet Data NetworkPDSN : Packet Data Serving NetworkRACS : Resource Admission Control SubsystemRNC : Radio Network ControllerSGSN : Serving GPRS Support NodeSGW : Signaling GatewayUE : User EquipmentUMTS : Universal Mobile Telecommunications SystemWLAN : Wireless Local Area Network

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Questions oui-non

A. EPS est une technologie de réseau d ’accès commel ’est l ’ADSL

B. EPS permet la mobilité des paquets

C. EPS permet l ’interface à Internet et Intranet

D. EPS est un réseau en mode connecté

E. EPS fournit des services multimédia

F. EPS fournit des services de téléphonie

A. Oui. EPS est un accès large bande à des réseaux IP dont l ’Internet oul ’Intranet tout comme l ’est l ’ADSL.

B. Oui. Si l ’usager se déplace pendant sa session de données, les paquets sontreroutés automatiquement vers sa nouvelle localisation. Il y a donc continuité dela session de données même si l ’usager de déplace vers accès autres que 4G,comme 3G/3G ou WiFi.

C. Oui. C ’est le but même d ’un accès large bande.

D. Oui. Il faut établir des bearers afin de pouvoir envoyer ou recevoir despaquets IP. Il existe donc comme en GPRS, des procédures d ’établissement,modification et libération de bearer. Un bearer est comparable à une connexionPPP entre le modem ADSL et le BAS sauf que le bearer est reconfigurable afinde prendre en compte la mobilité de l ’UE.

E. Non. EPS n ’est qu ’un réseau d ’accès large bande. Il n ’offre aucun serviceIP. Les plates-formes de service du monde IP fournissent les services IP. Ils ’agit des serveurs de streaming, les serveurs de MMS, les services de mail, lesserveurs WEB, etc.

F. Non. Les services de téléphonie sont assimilés à des services IP et sont doncofferts par les plates-formes de service sur IP telles que celles de l ’IMS.

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Questions (a choix multiples) A. ePC consiste en les composants suivants :

1. MME 2. Serving GW 3. PDN GW 4. HSS 5. PCRF 6. eNode B 7. Architecture IMS

B. ePC est un :

1. Réseau en mode non connecté 2. Réseau en mode connecté

C. Quelles sont les fonctions réalisées lors del’enregistrement :

1. Authentification 2. Vérification d’IMEI 3. Téléchargement duprofil de l’usager du HSS au MME 4. Contrôle de session

D. En situation de roaming, le MME visité interagit avec le HSSdu réseau nominal en utilisant le protocole DIAMETER:

1. Directement 2. À travers des agents DIAMETER

A. Réponses correctes : 1, 2 & 3.

Le réseau ePC consiste en les MME, Serving GW, PDN GW. Le HSS estcommun à ePC et IMS. Le PCRF est commun à ePC et GPRS. Les eNodeBsont dans la LTE et non pas dans l’ePC. L’IMS est indépendant de tout typed’accès et ne fait donc pas partie de l’IMS.

B. Réponse correcte : 2

Comme GPRS, ePC est un réseau en mode connecté. Avant d’envoyer et derecevoir des paquets IP, l’UE doit établir un bearer. Un bearer dans l’ePC est unconcept équivalent au contexte PDP dans le réseau GPRS.

C. Réponse correcte : 1,2, 3 & 4.

Durant son enregistrement au réseau EPS, l’UE est authentifiée. Son IMEI estvérifié afin de s’assurer que le terminal n’est pas volé. La vérification de l’IMEIn’est pas toujours effectuée. Cela dépend de l’autorité de régulation dans le paysqui peut forcer les opérateurs de ce pays à réaliser cette opération. Le MME metà jour le profil de l’abonné dans le HSS avec l’adresse du MME afin que le HSSconnaisse la localisation de l’UE. En réponse, le HSS retourne le profil del’usager au MME. Le contrôle de session a aussi lieu lors de la phased’enregistrement puisque le MME dialogue avec le Serving GW afin d’établirpour l’UE un default bearer qui représente une connectivité permanente quipourra être utilisée par exemple pour l’accès à Internet.

D. Les agents DIAMETER sont requis pour l’interaction entre le MME visité et leHSS nominal.

C. Réponse correcte : 2.

Entre réseau visité et réseau nominal il faut des agents DIAMETER.

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Scénarii de déploiement EPS

1. LTE et EPC pour des opérateurs avec des réseaux 3GPP(2G/3G au standard GSM) existants

2. LTE et EPC pour des opérateurs nouveaux entrants

3. LTE et EPC pour des opérateurs disposant de réseaux3GPP2 (2G/3G au standard CDMA)

4. EPC-uniquement (sans déployer LTE) pour desopérateurs qui souhaitent s ’appuyer sur un réseau d ’accèsLTE d ’un opérateur établi.

1. La majorité des opérateurs GSM/GPRS a migré vers la 3G. La prochaineétape pour ces opérateurs sera le déploiement de la technologie LTE afin depouvoir adresser le marché de masse représenté par le client disposant d ’unsmartphone et souhaitant une souscription data mobile à haut débit.

2. Il est possible d ’imaginer un opérateur ne disposant pas de réseaux 2G et 3Get obtenant une licence 4G. Il pourra toujours, notamment au début tant que sacouverture 4G ne sera pas importante, disposer d ’un accord d ’itinérance 2G/3Gavec un opérateur établi du même pays.

3. La LTE n ’est pas qu ’une technologie pour l ’évolution des réseaux auxstandards 3GPP. Elle effet cette technologie est aussi considérée pourl ’évolution des réseaux aux standards 3GPP2.

4. Du fait de l ’interface S1 flexible entre l ’accès et le cœur de réseau 4G, il estpossible qu ’un opérateur ne déploie que le cœur de réseau 4G et s ’interface àun réseau d ’accès LTE d ’un autre opérateur pour utiliser les ressourcesassociées.

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Fonctions EPS de haut niveau

Fonctions de contrôle d’accès réseau, i.e., AAA(Authentication, Authorization and Accounting) et Fonctionsde sécurité

Fonctions de gestion de la mobilité

Fonctions de gestion de session

Fonctions de routage de paquet et de transfert

Fonctions de gestion de ressource radio

Les grandes fonctions assurées par l’EPS sont les:

• Fonctions de contrôle d’accès réseau : Elle permettent d’authentifier l’usagerlorsque ce dernier s’attache au réseau, met à jour sa tracking area, et demande desresources pour ses communications. Elles permettent aussi de réaliser la taxationde l’usager en fonction de l’usage des ressources et en fonction des flux de serviceémis et reçus. Elle permettent enfin de sécuriser les flux de signalisation et les fluxmédia des usagers en les encryptant entre l’UE et l’eNodeB.

• Fonctions de gestion de la mobilité : Elle permettent à l’UE de s’attacher, de sedétacher et de mettre à jour sa tracking area.

• Fonctions de gestion de session : Elles permettent d’établir des default bearerset des dedicated bearers afin que l’UE dispose de connectivités IP pour sescommunications.

• Fonctions de routage de paquet et de transfert : Elle permettent d’acheminer lespaquets de l’UE au PDN GW ainsi que du PDN GW à l’UE.

• Fonctions de gestion de ressource radio : Elle permettent l’établissement et lalibération de RAB (Radio Access Bearer) entre l’UE et le Serving GW à chaque foisque l’UE souhaite devenir actif pour communiquer.

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Architecture EPC sans roaming

MME

IP/IMS

S1-C S1-U

S5

SGi

S11S6a

PCRF

S7 = Gx

Rx

PDNGateway

ServingGateway

HSS

EIR

S13

Interface DIAMETER

E-UTRAN

UE eNodeB

Les interfaces basées sur DIAMETER/SCTP/IP dans l ’architecture EPC sans roamingsont :

• L’interface S6a entre MME et HSS pour la gestion de la mobilité de l’usager

• L’interface S13 entre MME et EIR pour vérifier le statut de l’IMEI de l’usager

• L’interface Gx entre le PDN GW et le PCRF afin que le PCRF fournisse au PDN-GWles règles de taxation et puisse mettre en œuvre sur le PDN GW des politiques dequalité de service.

• L’interface entre l’IMS (P-CSCF) et le PDN-GW.

Par ailleurs l’eNodeB dispose de l’interface S1 avec le réseau cœur.

L’interface S1 consiste en :

• S1-C sur le plan de contrôle (entre eNodeB et MME) basé sur le protocole S1-AP/SCTP/IP.

• S1-U sur le plan usager (entre eNodeB et Serving Gateway) basé sur le protocoleGTP-U/UDP/IP.

Le MME dispose d’une interface de contrôle avec le Serving GW appelée S11. Elles’appuie sur le protocole GTPv2-C.

Enfin le Serving GW et le PDN GW partagent l’interface S5.

S5 consiste en :

• GTPv2-C/UDP/IP sur le plan de contrôle,

• GTPv1-U/UDP/IP sur le plan usager.

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PDNGateway

Configuration pour l ’accès àInternet et l ’accès aux services IMS

Default bearer pour l ’accès à Internet

ServingGateway

PDNGateway

IP Network

P-CSCFDefault bearer pourl ’accès aux services IMS

Internet

Le futur client EPS au rattachement au réseau EPS disposera d’une connectivitépermanente appelée default bearer. Cette connectivité lui permettra d’accéder à Internet.Il s’agit de l’accès au 1er play.

Le second play permet au client d’accéder aux services de la téléphonie via l’IMS. Uneseconde connectivité permanente est donc nécessaire pour le transport des messagesSIP pour invoquer les services de l’IMS comme la téléphonie. La connectivité pour l’accèsaux services de l’Internet et la connectivité pour l’accès aux services de l’IMS sedifférencient par leurs QoS. La QoS pour IMS a une QCI (QoS Class Identifier) égale à 5alors que celle pour l’Internet peut disposer d’une QCI égale à 6, 7, 8 ou 9.

Par ailleurs le contrôle et la taxation des flux sur ces deux bearers est différente.

Le default bearer SIP/IMS ne permet que le transport des messages SIP échangés entrel’UE et le P-CSCF. Tout autre trafic sera rejeté. Ce trafic ne sera pas payant.

Le default bearer Internet permet le transport de différents flux vers des applications del’Internet mais l’opérateur rejettera certains flux qui sont contraires au business model del’opérateur. Par exemple, les flux Skype et les flux peer to pourront être bloqués. Lataxation de ces flux peut être online ou offline en fonction de l’offre data mobile souscritepar le client.

Les deux default bearers se terminent sur un ou plusieurs PDN GW du réseau nominal sile client est dans son réseau nominal. Par contre les deux default bearer sont pris encharge par un même Serving GW. L’APN identifie le PDN GW.

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Implantation physique possible

MME

IP/IMS

SGi

S6a

PCRF

Gx

Rx

S1-C S1-U

HSS

PDNGateway

ServingGateway

GGSNSGSN

E-UTRAN

HLR

NodeB/RNC

PCEF

L’architecture EPS physique peut être mise en oeuvre par mise à jour logicielle etmatérielle de l’architecture 3G paquet.

Le HLR peut évoluer pour devenir un HLR/HSS.

Le SGSN peut intégrer la fonction MME.

Le GGSN peut être mise à jour pour supporter les fonctions Serving GW et PDN GW.

Le même PCRF 3G peut mettre en œuvre les fonction PCC pour l’EPS.

Enfin certains fournisseurs proposent des NodeB intégrant la fonction RNC. Ces mêmesNode B peut évoluer pour intégrer la fonction eNodeB.

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Architecture EPC avec Roaming -Trafic routé au réseau nominal

IP/IMS

S1-C S1-U

S8

SGi

S11

S6a

Réseau Visité BRéseau Nominal A

MME

PCRF

Gx

Rx

ServingGateway

PDNGateway

HSS

Interface DIAMETER E-UTRAN

Agents DIAMETER

PCEF

En situation de roaming, deux cas se présentent pour le traitement du trafic de l’usager :

• Local breakout : Le PDN GW est dans le réseau visité et le trafic de l’usager est pris encharge uniquement par le réseau visité.

• Home routed : Le PDN GW est dans le réseau nominal et le trafic de l’usager doit êtreramené du Serving GW du réseau visité au PDN GW du réseau nominal via l’IPX (IPExchange network).

En roaming, le Serving GW et le MME sont toujours dans le réseau visité.

La figure ci-dessus présente le cas “home routed”.

• L’interface S6a est donc présente entre le MME du réseau visité et le HSS du réseaunominal

• L’interface Gw est établie entre le PDN Gw du réseau nominal et le PCRF du réseaunominal

• L’interface Rx met en relation le P-CSCF (IMS) du réseau nominal et le PCRF du réseaunominal.

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Architecture EPC avec Roaming -Local Breakout

IP/IMS

S1-C S1-U

S5

SGi

S11S6a

PCRF

Gx

Rx

PCRFS9

Réseau Visité BRéseau Nominal A

PDNGateway

ServingGateway

HSS

Interface DIAMETER E-UTRAN

Agents DIAMETER MME

Agents DIAMETER

PCEF

L’architecture ci-dessus décrit le cas où le trafic est routé localement aussi appelé cas “localbreakout”.

Les Serving et PDN Gateways sont dans le réseau visité. Le PCRF du réseau visité obtientles règles de taxation et les politiques de qualité de service du PCRF du réseau nominal vial’interface S9.

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Configuration typique pour l ’accèsà Internet et l ’accès à l ’IMSdepuis un réseau visité

Default bearer pour l ’accès à Internet

Réseau visité Réseau nominalIPX

Réseau IP Réseau IP Réseau IP

SGW PGW

PGW

Réseau IP

P-CSCF

Default bearer pour l ’accès à IMS

Réseau IP

S-CSCF

Si le client EPS s ’attache depuis un réseau visité, les deux default bearersInternet et IMS impliqueront les éléments suivants. Un Serving GW du réseauvisité pour les deux default bearers, un PDN GW du réseau nominal pour ledefault bearer Internet, un PDN GW du réseau visité pour le default bearer IMS.En effet, l ’UE doit échanger les messages SIP avec le P-CSCF du réseau visité.Pour des raisons d ’optimisation, le PDN GW est celui du réseau visité.

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Configuration typique pour l ’accèsà Internet et l ’accès à l ’IMS pourun client LTE rattaché à la 2G(Donc sans Direct Tunnel)

Contexte PDP pour l ’accès à Internet

ServingGateway

IP Network

P-CSCFContexte PDP pour l ’accèsaux Services IMS

Internet

BTS

PDNGateway

PDNGateway

BSC S4-SGSN

Si le client EPS se rattache depuis son réseau nominal depuis un accès 2G ou3G faute de couverture LTE, il est alors pris en charge par un S4-SGSN. Il s’agitd’un SGSN qui a la capacité à s’interface au réseau ePC. En effet, il faut que lesbearers du client se terminent sur un PDN GW et non pas un GGSN. C’est lePDN GW qui alloue une adresse IP au client et si le client plus tard détecte uneNodeB LTE, il pourra alors basculer sur la technologie LTE sans perdre sessessions de données puisque le même PDN GW conserve les bearers du clientainsi que son adresse IP.

La figure ci-dessus montre les bearers en considérant que le direct tunnel n’estpas implanté du fait qu ’il s ’agit d ’un accès 2G. Le S4-SGSN est présent sur leplan de contrôle et le plan usager.

Les beares sont établis via BTS/BSC (en considérant l’accès 2G), puis S4-SGSN, puis l’ePC (à travers le SGW et le PDN GW).

Cette architecture simplifie la gestion de la mobilité inter-RAT (Radio AccessTechnology) et garantit bien la continuité des sessions de données quelque soitle scénario de mobilité.

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Configuration pour l ’accès à Inter-net et l ’accès à l ’IMS pour un clientLTE rattaché à la 3G (Direct Tunnel)

ServingGateway

Réseau IP

P-CSCF

Internet

Node B RNC

PDNGateway

PDNGateway

Contexte PDP pour l ’accès à Internet

Contexte PDP pour l ’accèsaux Services IMS

La figure ci-dessus est identique à celle précédente mais en considérant le modedirect tunnel. Dans ce mode, le S4-SGSN n’est plus présent sur le plan usager.Les bearers sont établis via NodeB/RNC (en considérant l’accès 3G), puis l’ePC(à travers le SGW et le PDN GW). Si l ’accès avait été 2G (GPRS/EDGE), iln ’aurait pas été possible de considérer le mode direct tunnel. Le S4-SGSN estdans ce cas précis présent sur les plans contrôle et usager.

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81Copyright EFORTSimon ZNATY

Configuration pour l ’accès à Inter-net et l ’accès à l ’IMS pour un clientLTE rattaché à la 3G en roaming

Serving Gateway

P-CSCF S-CSCF PDNGateway

PDNGateway

Situation de Roaming avec Direct Tunnel

RNC

Contexte PDP pour l ’accès à Internet

Contexte PDP pour l ’accèsaux Services IMS

Réseau IP Réseau IP Réseau IP

Réseau visité Réseau nominalIPX

Réseau IP Réseau IP

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SWm

HSS

3GPP AAAServer

Architecture EPC pour un accèsWLAN non fiable (untrusted)

Réseau nominal 3GPPRéseauNon-3GGP

PDNGateway

PCRF

Gx

SWa

S2bePDGSWn

SWx

WiFiAP

Interface Diameter

UESWu

L ’architecture ePC permet le rattachement depuis un accès WLAN non fiable(untrusted) comme le montre la figure ci-dessus.

Son architecture est similaire à celle de l'UMA/GAN, à savoir le déploiement d'unepasserelle d'interconnexion, l ’ePDG (Evolved Packet Data Gateway).

Le mobile sous couverture WiFi établit un lien IP sécurisé avec l ’ePDG (via l'accèsxDSL, FTTx ou câble) positionné directement dans le réseau coeur.

Contrairement à l'UMA/GAN qui supporte indifféremment les modes "circuit" et"paquet", l'I-WLAN ne permet d'accéder qu'au mode "paquet". Les communicationstéléphoniques ne deviennent alors possibles que grâce au déploiement d'uneinfrastructure de voix sur IP située dans le cœur du réseau (reposant par exemple surle protocole SIP, voire sur l'architecture IMS).

Le 3GPP a normalisé les extensions du standard permettant un basculement descommunications en cours de communication ("handover") entre la 3G et le WiFi. Le"handover" entre le réseau GSM/UMTS et le service de voix sur IP sur WLAN seracontrôlé par un serveur d'application de l'IMS appelé VCC (Voice Call Continuity)

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Domaine de Commutation de Paquet(Architecture Evolved Packet Core)

Interfonctionnement

LTE Larde bande Fixe (e.g., xDSL)

2G/3GHRPD

LTE : Long Term EvolutionHRPD : High Rate Packet DataePC : Evolved Packet Core

Réseaux IPexternes

WLAN

PDN GW

L’architecture ePC a été conçue afin de permettre l’interfonctionnement avec tout type d’accès.Cette approche permet de rendre la connexion avec un réseau IP externe indépendante de latechnologie d’accès. Le réseaux IP externe est appelé à un niveau générique PDN (Packet DataNetwork). La manière d’obtenir son adresse IP en tant qu ’UE, la gestion de la souscription del’usager, la procédure d’authentification et le contrôle ainsi que la taxation des flux IP de l’usagersont donc indépendants de la technologie d’accès qu ’elle soit fixe, wireless ou mobile.

En effet l’ePC a été pensé afin de permet l’accès depuis l’accès LTE (via des eNodeB) , l’accèsdepuis la 2G/3G via un SGSN appelé S4-SGSN ou l’accès depuis un accès large bande fixe (xDSL,Câble, FTTx, etc.) via un Access Point WiFi. L’Access Point WiFi sera relié via l’accès large bandefixe à un nœud ePDGde l ’ePC. Dans tous les cas, les bearers du client se terminent sur un ou desPDN GWs de l’ePC. C’est ce même PDN GW qui assure l’assignation de l’adresse IP à l ’UE, lecontrôle et la taxation des flux, la gestion de la mobilité inter technologie d’accès, e.g., 2G ou 3Gpaquet vers 4G et vice versa, WiFi vers 4G et vice versa (afin de garantir au client la continuité de sasession de données même en situation de mobilité). Dans cette architecture, il est aussi possible deconsidérer des femtocell ou des efemtocells. Ces femtocells remplacent les Access Points WiFichez le client.

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PCRF

S9

PCC : Policy and Charging Control

SPR

PCRF : Policy and Charging Rules FunctionSPR : Subscription Profile RepositoryPCEF : Policy and Charging Enforcement FunctionP-CSCF : Proxy Call Stateful Control FunctionOCF : Online Charging FunctionOFFCS : Offfline Charging System

Sp

AF

Rx

e.g., P-CSCF

Interface DIAMETER

Gx

UE EPS bearer

GGSN/PDN GW

PCEF

OFCS

Gy

Gz

Sy

PCRF

OCF ABMF

RF

Rc

Re

ABMF : Account Balance ManagementFunctionRF : Rating Function

L’entité PCRF réalise deux fonctions :

• Elle fournit au PCEF les règles de taxation lorsqu’un default bearer ou undedicated bearer est activé ou modifié pour l’usager. Ces règles de taxationpermettent au PCEF de différencier les flux de données de service et de les taxerde façon appropriée. Par exemple, si l’usager fait transiter sur son contexte PDPprimaire des flux WAP et des flux de streaming, il sera possible au PCEF dedistinguer ces deux flux et de taxer le flux WAP sur la base du volume alors que leflux de streaming sera taxé sur la base de la durée.

• Elle permet de demander au GGSN/PDN GW d’établir, de modifier et de libérerdes contextes PDP secondaires sur la base de QoS souhaitée par l’usager(interface Gx). Par exemple, Si l’usager demande l’établissement d’une sessionIMS, un message SIP sera envoyé au P-CSCF qui dialoguera avec le PCRF(interface Rx) pour lui indiquer la QoS requise par l’usager pour cette session. LePCRF dialogue alors avec le GGSN (interface Gx) pour créer le contexte PDPsecondaire correspondant.

Afin de générer les règles de QoS et les règles de taxation, le PCRF doit accéder àune base de données pouvant fournir des données de souscription de l ’usager.Cette dernière s ’appelle SPR (Subscription Profile Repository) et dispose d ’uneinterface Sp avec le PCRF.

La taxation online est réalisée grâce à l ’entité PCEF qui demande des crédits àl ’entité OCS (Online Charging System). L ’OCS s ’interface au module contenantles comptes online via l ’interface Rc et au module de rating via l ’interface Re.

La taxation offline consiste en la génération de tickets à la fin du contexte PDP. Cestickets sont soumis du PCEF à l ’entité OFCS.

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85Copyright EFORTSimon ZNATY

PCC : Policy and Charging Control

Policy Control dans l ’EPS concerne deux fonctions gatingcontrol et QoS control:

1. Gating control permet de bloquer ou d ’autoriser les paquetsIP apparenant à un flux de service.

2. QoS control permet au PCRF de fournir au PCEF la QoSauthorisée pour les flux de service (i.e., débit maximum par flux deservice)

Charging Control inclut les mécanismes pour les taxationsonline et offfline. Le PCRF prends la décision sur la méthodede taxation (online ou offline) pour chaque flux de service. LePCEF met en œuvre la taxation en collectant les informationsde taxation et en interagissant avec les systèmes de taxation.

Gating Control : Le PCRF prend des décisions de filtrage qui sont réalisées parle PCEF. Ces décisions permettent de laisser passer certains flux et de bloqueles autres flux.

QoS Control : La qualité de service autorisée peut inclure par exemple le débitmaximum par flux. Un flux est transporté par un bearer. Un bearer supporte uneclasse de service (e.g., Conversationnel, streaming, interactive, background). LePCEF doit s’assurer qu’un flux de service soit accommodé sur le bearerdisposant de la classe de service appropriée. Tous les flux empruntant cebearer disposent de la même classe de service. Le bearer dispose d’un débitmaximum, et le débit de chaque flux peut aussi limité à un maximum. La sommedes débits maximum des différents flux empruntant le même bearer doit bien surêtre inférieure au débit maximum du bearer. Le PCEF doit contrôler le débit dechaque flux individuellement afin de s’assurer qu’il n’excède pas sa QoSautorisée.

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86Copyright EFORTSimon ZNATY

DRA : Diameter Routing Agent

PDNGateway

Gx

PCRF_1 PCRF_2 PCRF_N...

DRA : Diameter Routing Agent

Gx Gx Gx

DRA

Interface DIAMETER

In order to ensure that all Diameter sessions for Gx, S9 and Rx for a certainsession reach the same PCRF when multiple and separately addressablePCRFs have been deployed in a Diameter realm, an optional logical "DiameterRouting Agent (DRA)" function is enabled. This resolution mechanism is notrequired in networks that utilise a single PCRF per Diameter realm. The DRAhas the following roles: When deployed, DRA needs to be contacted at firstinteraction point for a given PDN-GW and a given session.

When the DRA (Diameter Routing Agent) first receives a request for a certainbearer establishment from a PDN GW, the DRA selects a suitable PCRF for thesession and stores the PCRF address. Subsequently, the DRA can retrieve theselected PCRF address according to the information carried by the incomingrequests from other entities (e.g. the P-CSCF). When the IP- CAN Sessionterminates, the DRA shall remove the information about the session.

The DRA functionality should be transparent to the Diameter applications usedon the Gx, S9 or Rx reference points.

In roaming scenario, home routed or local breakout, if the DRA is deployed, thevPCRF is selected by the DRA located in the visited PLMN, and the hPCRF isselected by the DRA located in the home PLMN.

The parameters available for the DRA to be able to determine the alreadyallocated PCRF depend on the reference point over which the DRA is contacted.

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Home Subscriber Server (HSS)

Avec la technologie LTE, le HLR est réutilisé et renomméHome Subscriber Server (HSS). Le HSS est un HLR évoluéet contient l’information de souscription pour GSM, GPRS,3G, LTE et IMS.

A la différence de la 2G et de la 3G où l’interface vers leHLR est supportée par le protocole MAP (protocole dumonde SS7), l’interface S6 s’appuie sur le protocoleDIAMETER (protocole du monde IP).

Le HSS est une base de données qui est utiliséesimultanément par les réseaux 2G, 3G, LTE/ePC et IMSappartenant au même opérateur. Il supporte donc lesprotocoles MAP (2G, 3G) et DIAMETER (LTE/ePC, IMS).

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88Copyright EFORTSimon ZNATY

Interfaces HSS

HSS

LTE / ePC

MME

Domaine CS 2G/3G Domaine PS 2G/3G

IMS

2G/3G SGSN

MSC/VLR GMSC

MSC Server GMSC Server

I-CSCF, S-CSCF AS

Cx

Sh S6a

Gr

D

D

C

CS4-SGSN

S6d

I-WLAN

3GPP AAAServer

SWx

Interface DIAMETERInterface MAP

Le HSS consiste en les fonctionnalités suivantes :

• Fonctionnalité HSS IP multimedia afin de fournir le support au fonctions de contrôle de session IMS,telles que les I-CSCF et S-CSCF (Interface Cx basée sur DIAMETER) et contrôle de service (InterfaceSh).

• Fonctionnallité HSS EPS nécessaire afin que les usagers EPS accèdent au domaine paquet ePC(Interface S6a/S6d).

• Fonctionnalité HSS pour l ’accès non-3GPP à l ’EPS nécessaire afin de permettre à un 3GPP AAAServer d ’obtenir du HSS les informations d ’authentification pour authentifier l ’usager I-WLAN, ainsi queson profil d ’usager I-WLAN.

• Fonctionnalité HLR/AuC requise pour le domaine PS (Interface Gr, Gc).

• Fonctionnalité HLR/AuC requise par le domaine circuit, s’il est nécessaire que les usagers accèdent audomaine circuit ou pour supporter le roaming dans des réseaux visités légataires supportant le domainescircuit 2G/3G (Interfaces C, D).

Un réseau nominal peut être supporté par un ou plusieurs HSSs. Le nombre est fonction du nombred’usagers mobiles, de la capacité du HSS et de l’organisation du HSS.

Le HSS prend en charge le stockage des informations suivantes de l’usager :

• Identités privée et publiques de l’usager

• Information de sécurité de l’usager pour les aspects autorisation et authentification.

• Information de localisation de l’usager. Le HSS supporte l’enregistrement de l’usager et mémorisel’adresse du nœud réseau auquel il est rattaché.

• Le profil de l’usager contenant entre autres les maques de service de l’usager autorisant l’accès à cesservices

le HSS génère aussi des informations de sécurité usager pour l’authentification mutuelle, le chiffrement etl’intégrité des données.

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89Copyright EFORTSimon ZNATY

Provisioning HSS pour un usagerLTE

2G/3GCircuit Switched

Profile

2G/3GPacket Switched

Profile

4G Packet Switched

ProfileIMS Profile

MSC Server ou MSC/VLR2G/3G SGSN

MMES4-SGSN

Profil usager dans HLR/HSS/UPSF

HLR UPSF

MAPMAP DIAMETERS6a/S6d

DIAMETERCx

Service Data

DIAMETERSh

S-CSCF AS

SPR

DIAMETERSp

PCRF

HSS

HLR : Home Location RegisterHSS : Home Subscriber ServerUPSF : User Profile Server Function

When the LTE user is in his home network, LTE coverage may be assumed tobe spotty at the beginning of the deployment. Therefore he may register fromLTE areas or from 2G/3G areas. His LTE (packet switched) profile will besupplied to an MME if he attaches from LTE area and will be downloaded to theS4-SGSN if he is served by a 2G/3G area. The S4-SGSN will terminate all thePDP contexts of this user on a PDN GW instead of terminating them on a GGSN.

His IMS profile will be supplied to an S-CSCF if the user is served by an LTEarea and will be provided to an MSC Server if he attaches from a 2G/3G area.

When the LTE user is in a visited network which just supports 2G and/or 3G, his2G/3G circuit switched profile is supplied to the visited MSC Server and his2G/3G packet switched profile will be downloaded to a visited 2G/3G SGSN.This SGSN has no S4 capability.

This is the reason, it is required to provision both HLR and HSS profiles of anLTE user.

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90Copyright EFORTSimon ZNATY

CS Fallback dans l’architecture EPS

UE

UTRAN

GERAN

E-UTRAN

MSC Server

MME

S4-SGSN

S1-C

Gb

IuPS

Gs

SGsS3

IuCS

A

La fonctionnalité CSFB ou CS Fall back (repli en circuit commuté) dans le réseau EPS estréalisée en utilisant l’interface SGs entre le MSC Server et le MME.

L’interface SGs est basée sur les fonctionnalitées de l’interface Gs définie entre le MSC/VLR etle SGSN, mais qui n’a jamais été implantée.

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91Copyright EFORTSimon ZNATY

3.3. Gestion de la Mobilité EPS

3GPP TR 24.801

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92Copyright EFORTSimon ZNATY

Connectivité Accès-Réseau Cœurclassique et S1-flex

RNC RNC RNC RNC RNC

IuPS

3G SGSN

Connectivité 1-à-n

MME1Serving GWs

MME3Serving GWs

eNodeB eNodeB eNodeB eNodeB eNodeB

Pool Area 1

S1S1-Flexibility

MME2Serving GWs

MME4Serving GWs

Service Provider 1 Service Provider 2

Les eNodeBs appartiennent à Service Provider 1 considéré commefournisseur d ’accès LTE.

Dans les réseaux mobiles 2G et 3G, la connectivité entre le réseau cœur et le réseau d’accès étaitdéfinie comme hiérarchique : un nœud du réseau cœur (soit le MSC dans le domaine circuit, soit leSGSN dans le domaine paquet) sert un ensemble de contrôleurs d’antennes (BSC 2G ou RNC 3G), etun contrôleur donné ne peut s’interfacer qu’à un nœud MSC et un nœud SGSN.

Depuis la Release 5 des spécifications 3GPP, une nouvelle fonctionnalité a été introduite permettantplus de flexibilité dans l’interconnexion entre les nœuds d’accès et les nœuds du réseau cœur, cassantla hiérarchie traditionnelle dans le réseau mobile.

Cette fonctionnalité appelée Iu-flex dans les réseaux 3G a été introduite dès le début dans lesrecommandations LTE et est appelée S1-flex.

Iu-flex permet à un RNC de s ’interfacer à plusieurs MSC et plusieurs SGSN à la fois. S1-flex permet àun eNodeB de s ’interfacer à plusieurs MME/Serving GW à la fois appartenant ou non au mêmeopérateurs. S ’il appartiennent au même opérateur, alors le but recherché est la redondance. S ’ilsappartiennent à des opérateurs différents, alors l ’objectif est le RAN sharing.

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Etapes d ’auto-configuration del’eNodeB

eNodeB eNodeB

O&MSystemMMESGW

S ’associe àSGW

EtablissementS1-C

Détecte système O&M

Etablissement des liens X2

eNodeB eNodeB

SCTP Hub?

MME MME

SCTPSCTP

SCTP SCTPX

In 3GPP Release 8 development, it has been agreed to define the support for self-configurationof the S1-C and X2 interfaces. The basic process is as presented in the above figure, where theeNodeB once turned on (and given that the IP connection exists) will connect to the O&M(based on the known IP address) to obtain then further parameters in terms of which othernetwork elements to connect (and also for eNodeB software download) as well as initialparameters for the operation, such as in which part of the frequency band to operate and whatkind of parameters to include for the broadcast channels.

This is expected to include setting the S1-C connection by first setting up the SCTP associationwith at least one MME, and once that is connected to continue with application level informationexchange to make S1-C interface operational. Once the link to MME exists, there needs to bethen association with S-GW created for UP data transfer.

To enable functionalities such as mobility and inter-cell interference control, the X2 interfaceconfiguration follows similar principles to the S1-C interface. The difference here is that initiallythe eNodeB will set up the X2 connection for those eNodeBs indicated from the O&M. Theparameters that are exchanged over the

X2 interface include:

• global eNodeB ID;

• information of the cell specific parameters such as Physical Cell ID (PCI), uplink/downlinkfrequency used, bandwidth in use;

• MMEs connected (MME Pool).

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Attachement initial E-UTRAN (1)UE HSSNew

MMEPCRFEIR

eNodeB

EMMDiameterGTPv2-CS1-APRRC

SGW PGW

Authentification

Vérification d ’IMEI

Mise à jour de localisation

Identity request

Identity response

Authentication Request

Authentication Response

Attach Request (PDN Connectivity Request)

Authentication Information Request

Authentication Information Answer

Check IMEI Request

Check IMEI Answer

Update Location Request

Update Location Answer (User Profile)

L'UE souhaite s'enregistrer au réseau EPS. Cette procédure correspond à un attachement au réseauEPS qui conduira à la création d'un default bearer permanent correspondant à une connectivitépermanente IP.

1. L'UE initie la procédure d'attachement en émettant une requête Attach à l'eNodeB fournissant sonGUTI. D'après le GUTI, l'eNodeB est capable d'identifier l'opérateur avec lequel l'UE souhaites'attacher. L'eNodeB sélectionne ensuite le MME de cet opérateur en relation avec l'EnodeB et lui relaiela requete Attach à l'aide de l'interface S1-C.

2. Le MME obtient du HSS disposant du profil de l'UE, des vecteurs d'authentification à l'aide de larequête Send Authentication Info.

3. Le MME soumet une valeur aléatoire à l'UE et escompte une réponse de l'UE contenant un résultatd'authentification égal à celui fourni par le HSS. L'UE retourne la réponse au MME.

4. Le MME demande à l'UE de lui fournir son IMEI.

5. L 'EIR, interrogé par le MME indique dans le message de retour si le terminal fait ou ne fait pas partiede la liste des équipements interdits (black list).

6a. Le MME délivre un message Update Location (adresse MME sous forme de hostname, IMSI) auHSS.

6b. Le HSS acquitte la mise à jour de localisation par une réponse Update Location Ack au MME quicontient les données de souscription de l ’UE incluant la liste de tous les APNs que l'UE est en droitd'accéder, une indication sur l'APN par défaut, et les paramètres de QoS associés à chaque APN. Si leHSS rejette a procédure de mise à jour de localisation, alors le MME rejette la demande d'attachementde l'UE.

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95Copyright EFORTSimon ZNATY

Attachement initial E-UTRAN (2)HSSNew

MMEOld MME/

SGSN PCRFEIR

7. Create Session Request 8. Create Session Request

10. Create Session Response11. Create Session Response

12. S1-AP Initial Context Setup Request (EMM Attach Accept (ESM Activate Default EPS bearer Context Request))

14. RRC Connection Reconfiguration Complete (EMM Attach complete (ESM Activate Default EPS Bearer Context Accept ))

15. S1-AP Initial Context Setup Response (EMM Attach Complete (ESM Activate Default EPS Bearer Context Accept ))

UE eNodeB

First uplink data

16. Modify Bearer Request

17. Modify Bearer ResponseFirst downlink data

EMMDiameterGTPv2-CS1-APRRC

18. Notify Request

19. Notify Answer

SGW PGW

13. RRC Connection Reconfiguration Request (EMM Attach Accept (Activate Default EPS bearer Context Req))

9a. Gx. CCR

9b. Gx. CCA

7. Le MME sélectionne un Serving GW et assigne une valeur au paramètre EPS Bearer Identity (BI) pour lebearer par défaut associé à cet UE. Puis, il émet une requête Create Session Request (pour la création dudefault bearer) au serving GW sélectionné.

8. Le serving GW crée une nouvelle entrée dans sa table d'EPS bearer et émet à son tour une requêteCreate Session Request au PDN Gateway en utilisant le protocole GTP-C. Ce bearer permet à l'UEd'accéder à Internet par exemple.

9. Le PDN GW interagit avec l'entité PCRF afin d'obtenir les règles de taxation permettant de différencier lesflux de service qui transiteront par le default bearer et ainsi différencier la taxation de ces flux.

10. Le PDN GW retourne une réponse Create Session Response au Serving GW contenant l'adresse IPallouée par le PDN GW à l'UE.

11. Le Serving GW retourne une réponse Create Session Response au MME.

12. Le MME émet un message de contrôle sur l'interface S1-C à l'eNodeB, appelé Initial Context SetupRequest, afin de demander à l'eNodeB de créer un bearer d'accès entre l'UE et le Serving GW. Ce messageinclut la QoS requise pour ce bearer, l'identité du bearer EPS (BI), ainsi que l'adresse du Serving GW pour lalivraison des flux média au serving GW.

13. L'eNodeB émet un message RRC Connection Reconfiguration request incluant l'identité du bearerd'accès et le message Attach Accept contenant le GUTI assigné à l'UE.

14. l'UE retourne une réponse RRC Connection Reconfiguration Complete à l'eNodeB incluant le messageEMM Attach Complete.

15. L'eNodeB retourne le message Initial Context Response au MME incluant l'identité du bearer EPS,l'adresse de l'eNodeB à utiliser pour le trafic descendant du Serving GW à l'eNodeB sur l'interface S1-U.L'UE peut dès à présent émettre des paquets IP dans le sens montant vers l'eNodeB qui les routera sur letunnel GTP-U au Serving GW qui à son tour les relayera aussi sur un tunnel GTP-U au PDN GW.

16. A la réception du message Initial Context Response et de l'Attach Complete, l'entité MME émet unerequête Modify Bearer Request (Identité du bearer EPS (BI), adresse eNodeB) au Serving GW.

17. Le Serving GW l'acquitte en retournant une réponse Modify Bearer Response (Identité du bearer EPS) auMME. Le Serving GW est dès à présent prêt à relayer les paquets IP qu'il a pu mettre temporairement enmémoire tampon dans le sens descendant à travers l'eNodeB à destination de l'UE.

18. et 19. Si le PDN GW choisi par le MME n ’est pas celui proposé dans le profil de l ’usager, l ’UE doitnotifier l ’identité de ce PDN GW au HSS.

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96Copyright EFORTSimon ZNATY

3.4. Gestion de session EPS

3GPP TS 23.401 3GPP TR 24.801

Afin d’accéder aux services EPS, l’UE doit disposer de bearer. Un default bearerqui est permanent par nature est établi par le réseau EPS dès l’attachement del’UE à ce réseau. Ce bearer EPS est maintenu pour toute la durée d’attachementde l’UE afin de fournir à l’UE une connectivité IP permanente à un réseau IPv4ou IPv6. Il correspond au concept de contexte PDP établi dans un réseau GPRS.A tout moment l’UE peut établir un ou plusieurs default bearers additionnels.Seul l’UE peut initier la demande d’établissement d’un default bearer additionnel.

L’UE obtient une adresse IP par default bearer établi. Les default bearer nefournissent pas de débit garanti.

Afin que l’usager puisse accéder à des services temps réel IP tels que latéléphonie sur IP, il est nécessaire qu’un dédicated bearer soit établi ; undedicated bearer a une durée limitée et fournit un débit garanti, et est toujoursassocié à un default bearer. Le default bearer et tous les dedicated bearerassociés partagent la même adresse IP. Le réseau ou l’UE peuvent initierl’établissement d’un dedicated bearer.

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97Copyright EFORTSimon ZNATY

AP

N Y

Default et dedicated bearers

Default Bearer (APN X, IP address X, QoS1)

Dedicated bearer (APN X, IP address X, QoS2)

ISP X

ISP Z

ISP Y

Default bearer (APN Y, IP address Y, QoS1)

Dedicated bearer (APN Y, IP address Y, QoS2)

AP

N X

Same PDP (IP) address and APN PDN GW1Serving GW1

UE

PDN GW2

Le MME crée pour le compte de l ’usager un default bearer au moment du rattachement au réseau.Supposons qu ’il s ’agisse du default bearer utilisé pour l ’accès au PDN (Packet Data Network)Internet. Ce Default bearer est maintenu tant que l ’usager est rattaché au réseau mobile. L ’APNcorrespondante est présente dans le profil de l ’usager qui est fourni par le HSS au MME

Si l ’usager nécessite d ’accèder à un autre PDN (e.g., réseau IP supportant l ’IMS), alors son terminaldevra établir un default bearer additionnel en utilisant une autre APN. Ce default bearer additionnel estmaintenu tant que l ’usager a besoin d ’accéder au PDN correspondant.

Pour chaque APN, une adresse IP est fournie par le PDN GW au mobile.

Si l ’usager émet un message SIP sur son default bearer IMS au P-CSCF (call server de l ’IMS), cedernier demande au PDN GW via le PCRF de réserver un dedicated bearer. Ce dedicated bearer estcaractérisé par une QoS compatible par rapport au trafic à transporter. Le dedicated bearer a unedurée de vie qui correspond à celle de la session pour laquelle il a été établi (e.g., session de voix surIP).

Un dedicated bearer est toujours associé à un default bearer. Il partage la même adresse IP que ledefault bearer, mais une QoS qui peut être la même ou différente. Plusieurs dedicated bearers peuventêtre associés au même default bearer.

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98Copyright EFORTSimon ZNATY

Relation entre les contexte PDN et lescontextes de bearer par défaut/dédiés

Dedicated bearer context n

Dedicated bearer context 2

Dedicated bearer context 1

ESM stateEPS bearer identityTFTQoSBI

Dedicated bearer context 1

Dedicated bearer context 2

Dedicated bearer context 1

Dedicated bearer context 2

Dedicated bearer context n

Dedicated bearer context n

ESM stateEPS bearer identityTFTQoS

Default bearer context 1

PDN Context 2

PDN Context 1

PDN Context n

PDN address(es)APN

Default bearer context 2

Default bearer context n

Each established EPS bearer will be described by a set of parameters in both the UE and the MME.This grouping of parameters is referred to as an EPS bearer context.

A PDN context can be defined as a grouping of one default EPS bearer context and zero, one or morededicated EPS bearer contexts. A UE may have simultaneous connectivity with more than one PDNand thus more than one PDN context.

The structure and content as well as the relationship between the PDN context and the default anddedicated EPS bearer contexts that are stored in the UE and MME are shown in the following tables:• PDN context

Field Description

PDN address(es) One IPv4 address and/or one IPv6 prefix assigned to the UE

APN Access point name

• Default EPS bearer context

Field Description

ESM state Session management state

EPS bearer identity EPS bearer identity

TFT Traffic flow template

QoS Quality of service

• Dedicated EPS bearer context

Field Description

ESM state Session management state

EPS bearer identity EPS bearer identity

TFT Traffic flow template

QoS Quality of service

LBI Linked bearer identity

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99Copyright EFORTSimon ZNATY

Activation d’un default bearer parl’UE

UEeNodeB

1. ESM PDN Connectivity Request2. Create Session Request 3. Create Session Request

5. Create Session Response6. Create Session Response

7. S1-AP Bearer Setup Request (ESM PDN Connectivity Accept)

8. RRC Connection Reconfiguration Request (ESM Activate default EPS bearer context request)

9. RRC Connection Reconfiguration Complete (ESM Activate default EPS bearer context accept)

10. S1-AP Bearer Setup Response

First Uplink Data

11. Modify Bearer Request

12. Modify Bearer Response

First Downlink Data

ESMGTPv2-CS1-APRRC

4a. Gx. CCR

4b. Gx. CCA

HSSNewMME

PCRFSGW PGW

La procédure “ UE requested PDN connectivity ” permet à l’UE de demander l’établissement d’un bearer EPS par défaut (default bearer)vers un réseau de données externe IPv4 ou IPv6. Ce default bearer vient en supplément de celui établi lors de l’attachement de l’UE auréseau EPS. L’UE dispose alors de plusieurs default bearers et obtient pour chacun de ces bearers, une adresse IP. L’UE émet lemessage PDN CONNECTIVITY REQUEST au MME pour la création du default bearer. Ce message doit inclure l’Access Point Name(APN) et la procédure transaction identity (PTI).

A la réception de ce message l’entité MME vérifie si la connectivité avec l’APN demandée est possible d’après le profil de l’usager. Si telest le cas, l’entité MME initie l’établissement de ce defaut bearer et retourne une réponse PDN CONNECTIVITY ACCEPT. Si lademande n’est pas acceptée, l’entité MME retourne PDN CONNECTIVITY REJECT.

A titre d’exemple, le premier default bearer établi au moment de l’attachement de l’UE permet l’accès à Internet alors que le secondpermet l’accès à l’Intranet d’entreprise ou au réseau et aux services IMS.

La figure ci-dessus décrit la procédure de bout en bout d’établissement d’un default bearer additionnel.

1. L'UE initie la procédure d'établissement d'un default bearer additionnel à l'aide de la requête "PDN Connectivity Request" envoyée auMME.2. Le MME vérifie que l'APN fournie par l'UE dans sa requête est authorisée selon le profil d'usager. Si tel est le cas, le MME sélectionneun Serving GW et assigne une valeur au paramètre EPS Bearer Identity (BI) pour le default bearer additionnel associé à cet UE. Puis, ilémet une requête Create Session Request (pour la création de ce nouveau default bearer) au serving GW sélectionné.3. Le serving GW crée une nouvelle entrée dans sa table d'EPS bearer et émet à son tour une requête Create Session Request au PDNGateway.4. Le PDN GW interagit avec l'entité PCRF afin d'obtenir les règles de taxation permettant de différencier les flux de service quitransiteront par ce default bearer et ainsi différencier la taxation de ces flux.5. Le PDN GW retourne une réponse Create Session Response au Serving GW contenant l'adresse IP allouée par le PDN GW à l'UE.6. Le Serving GW retourne une réponse Create Session Response au MME.7. Le MME émet un message de contrôle sur l'interface S1-C à l'eNodeB, appelé Bearer Setup Request, afin de demander à l'eNodeBde créer un bearer d'accès entre l'UE et le Serving GW associé à ce nouveau default bearer. Ce message inclut la QoS requise pour cebearer, l'identité du bearer EPS (BI), ainsi que l'adresse du Serving GW pour la livraison des flux média au Serving GW.8. L'eNodeB émet un message RRC Connection Reconfiguration request incluant l'identité du bearer d'accès et un message ESM PDNConnectivity Accept.9. l'UE retourne une réponse RRC Connection Reconfiguration Complete à l'eNodeB.10. L'eNodeB retourne le message S1-C Bearer Context Response au MME incluant l'identité du bearer EPS, l'adresse de l'eNodeB àutiliser pour le trafic descendant du Serving GW à l'eNodeB sur l'interface S1-U. L'UE peut dès à présent émettre des paquets IP dans lesens montant vers l'eNodeB qui les routera sur le tunnel GTP-U au Serving GW qui à son tour les relayera aussi sur un tunnel GTP-U auPDN GW.11. A la réception du message Bearer Context Response, l'entité MME émet une requête Modify Bearer Request (Identité du bearerEPS (BI), adresse eNodeB) au Serving GW.12. Le Serving GW l'acquitte en retournant une réponse Modify Bearer Response (Identité du bearer EPS) au MME. Le Serving GW estdès à présent prêt à relayer les paquets IP, qu'il a pu mettre temporairement en mémoire tampon, dans le sens descendant à l'UE àtravers l'eNodeB.

100

100Copyright EFORTSimon ZNATY

Libération d’un default bearer parl’UE

UEeNodeB

NewMME

1. ESM PDN Disconnect Request

2. Delete Session Request 3. Delete Session Request

5. Delete Session Response6. Delete Session Response

7. S1-AP Deactivate Bearer Request

8. RRC Connection Reconfiguration Request

9. RRC Connection Reconfiguration Complete

10. S1-AP Deactivate Bearer Response

ESMGTPv2-CS1-APRRC

4a. Gx. CCR

4b. Gx. CCA

HSSPCRFSGW PGW

1. The UE initiates the UE requested PDN disconnection procedure by the transmission of a PDNDisconnection Request (LBI) message. The LBI indicates the default bearer associated with the PDNconnection being disconnected.

2. The EPS Bearers in the Serving GW for the particular PDN connection are deactivated by the MME bysending Delete Session Request (TEID, LBI) to the Serving GW. This message includes an indication that allbearers belonging to that PDN connection shall be released.

3. The Serving GW sends Delete Session Request (TEID, LBI) to the PDN GW.

5. The PDN GW interacts with the PCRF to inform the PCRF that the session is released.

4. The PDN GW acknowledges with Delete Session Response towards the Serving GW.

6. The Serving GW acknowledges with Delete Bearer Response towards the MME.

7. The MME initiates the deactivation of all Bearers associated with the PDN connection to the eNodeB bysending the Deactivate Bearer Request message to the eNodeB.

8. The eNodeB releases the corresponding radio bearers by sending the RRC Connection Reconfigurationmessage to the UE.

9. The UE releases all resources corresponding to the PDN connection and acknowledges this by sending theRRC Connection Reconfiguration Complete message to the eNodeB.

10. The eNodeB sends an acknowledgement of the deactivation to the MME.

101

101Copyright EFORTSimon ZNATY

Activation d’un bearer dédié par lePDN GW suite à une demande del’IMS

eNodeBUE EPS

Serving GW PDN GW

Réseau IP

MMEBackbone IP

Router

IMSP-CSCF

PCRF

Rx2

Gx3

1

4

Signalisation d’appel (SIP)

Contrôle de politique)

Signalisation bearer

1. Signalisation SIP2. Signalisation Rx3. Signalisation Gx4. Signalisation bearer (ESM+GTPv2-C)

Rx et Gx sont des interfaces basées sur DIAMETER

Méthode Push

PCEF

The P-CSCF sends an RX request to the PCRF for dedicated bearer establishment. ThePCRF translates the Rx request into a Gx request. The Gx request is sent to the PDNGW which performs the dedicated bearer establishment procedure.

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102Copyright EFORTSimon ZNATY

Activation d’un bearer dédié par lePDN GW

S1 S11 S5 Gx RxMME

UE eNodeB

1. Gx. RAR

2. GTPv2C Create Bearer Request

3. GTPv2C Create Bearer Request

4. S1-AP Bearer Setup Request (ESM Activate dedicated eps bearer context request)

5. RRC Connection Reconfiguration Request(ESM Activate dedicated eps bearer context request)

6. RRC Connection Reconfiguration Response(ESM Activate dedicated eps bearer context Accept)

7. S1-AP Bearer Setup Response(ESM Activate dedicated eps bearer context Accept)

8. GTPv2C Create Bearer Response9. GTPv2C Create Bearer Response

10. Gx. RAA

PCRF

P-CSCF

SIP INVITE (sdp1)

Rx AAR (sdp1, sdp2)

Rx. AAA

GTPv2-CS1-APRRCRx, GxSIP

183 Session Progress (sdp2)

SGW PGW

Un usager initie une session téléphonique IMS en émettant une requête SIP INVITE (sdp1) à son P-CSCF. L ’adressedu P-CSCF a été fournie par le PDN GW lorsque l ’usager a ouvert un default bearer dédié à la signalisation SIP IMS.

La demande INVITE (sdp1) est routée par l ’IMS à l ’appelé.

Lorsque le terminal de l ’appelé reçoit cette requête INVITE (sdp1), le terminal ne se met pas à sonner et retourne uneréponse 183 Session Progress (sdp2) pour bien indiquer que la demande de l ’appelant est prise en compte. Le terminalne pourra se mettre à sonner que lorsque les ressources dans les réseaux d ’accès de l ’appelant et de l ’appelé aurontété réservées par le PCRF. Ces ressources sont représentées par des dedicated bearer avec QCI = 1 (conversationalaudio). L ’appelant comme l ’appelé doit donc disposer d ’un dedicated bearer pour le transport de la voix sur IP . Cededicated bearer est associé au default bearer SIP/IMS, qui lui, est relatif à la signalisation SIP IMS.

1. Le P-CSCF s’adresse au PCRF (Policy and Charging Rules Function) afin de lui demander de réserver les ressourcesà l’accès, relatives à la description SDP. Pour ce faire, le P-CSCF émet une requête Rx Authenticate and AuthorizeRequest (AAR) contenant les informations des descriptions SDP de l ’appelant (SDP1) et de l ’appelé (SDP2).

2. L’entité PCRF traduit la QoS des descriptions SDPs en des paramètres QoS spécifiques à l’accès EPS; elle émet larequête Gx Re-Authorize Request (RAR) au PDN-GW.

3. Le PDN GW initie la création du dedicated bearer à l’aide de la requête Create Dedicated Bearer Request (EPSBearer QoS) indiquant la QoS requise;. Cette requête est reçue par l’entité Serving GW.

4. Le Serving GW relaie la requête Create Dedicated Bearer Request (EPS Bearer QoS) au MME.

5. L’entité MME demande l’établissement d’un bearer d’accès à l’eNodeB à l’aide de la requête S1-AP Bearer SetupRequest (EPS Bearer QoS).

6. L’eNodeB traduit la Qos demandée dans le paramètre “EPS Bearer QoS” en une QoS correspondante sur l’interfaceradio “Radio Bearer QoS”. Il notifie alors à l’UE la mise en place d’un bearer radio.

7. L’UE acquitte cet activation de bearer radio à l’eNodeB.

8. L’eNodeB acquitte l’activation du bearer au MME à l’aide de la réponse Bearer Setup Response. L’eNodeB indique sila QoS requise a pu être allouée ou non.

9. Le MME acquiite l’activation du bearer au Serving GW par l’envoi d’une réponse Create Dedicated Bearer Response.

10. Le Serving GW acquitte l’activation du bearer au PDN GW par l’envoi de la réponse Create Dedicated BearerResponse.

11. Le PDN GW retourne la réponse Re-Authorize Answer (RAA) au PCRF pour lui indique que la politique de QoS a puêtre exécutée avec succès.

12. Le PCRF retourne la réponse Rx Authenticate and Authorize Answer (AAA) au P-CSCF pour lui indiquer que la QoSa pu être réservée dans le réseau d’accès de l’appelant.

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103Copyright EFORTSimon ZNATY

Description de session IMS (Descrip-tions de l ’appelant et de l ’appelé)

Appelant v=0

c=IN IP6 3456::1:2:3:4

m=audio 49234 RTP/AVP 97

a=rtpmap:97 G.722.2/8000

b=AS:25

Appelé v=0

c=IN IP6 6789::5:6:7:8

m=audio 41212 RTP/AVP 97

a=rtpmap:97 G.722.2/8000

b=AS:25

A callers wants to make a call which consists of an ordinary voice call, plus additional bidirectional and unidirectional videostreams. caller ’s terminal (UE1) builds a SIP INVITE containing an SDP that reflects caller ’s preferences and his UE1capabilities. SDP (Session Description Protocol) contains supported codecs, bandwidth requirements and assigned localport numbers for each possible media flow.This example concentrates only on those parameters that are necessary for thepolicy control.

v=0. The "v=" field gives the version of the Session Description Protocol. There is no minor version number.

c= <network type> <address type> <connection address>. « c » specifies connection data. A session announcement mustcontain one "c=" field in each media description (see below) or a "c=" field at the session-level. It may contain a session-level "c=" field and one additional "c=" field per media description, in which case the per-media values override the session-level settings for the relevant media. C lines consist of <network type> which is a text string giving the type of network.Initially "IN" is defined to have the meaning "Internet". <address type> is a text string giving the type of the address thatfollows. Initially "IP4" and "IP6" are defined. <address> is the globally unique address of the machine from which thesession was created.In the example,address is 3456::1:2:3:4.

m=<media> <port> <transport> <fmt list>. A session description may contain a number of media descriptions. Each mediadescription starts with an "m=" field, and is terminated by either the next "m=" field or by the end of the session description.A media field also has several sub-fields:

• The first sub-field is the media type. Currently defined media are "audio", "video", "message ", etc..

• The second sub-field is the transport port to which the media stream will be sent.

• The third sub-field is the transport protocol such as RTP/AVP - the IETF's Realtime Transport Protocol using theAudio/Video profile carried over UDP.

• The fourth and subsequent sub-fields are media formats. For audio and video, these will normally be a media payload typeas defined in the RTP Audio/Video Profile.

b line specifies bandwidth information.

b=<modifier>:<bandwidth-value>

This specifies the proposed bandwidth to be used by the session or media, and is optional.

<bandwidth-value> is in kilobits per second

<modifier> is a single alphanumeric word giving the meaning of the bandwidth figure.

Two modifiers are initially defined:

• CT Conference Total.:

• AS Application-Specific Maximum: The bandwidth is interpreted to be application-specific, i.e., will be the application'sconcept of maximum bandwidth. Normally this will coincide with what is set on the application's "maximum bandwidth"control if applicable.

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Requête Rx AA-Request du P-CSCF au PCRF (Exemple 1) (1)

<AA-Request> ::= < Diameter Header: 265, REQ, PXY, 16777236 > < Session-Id = “pcscf1.orange.fr;222111;110” >{ Auth-Application-Id = 16777236 (Rx) }{ Origin-Host = “pcscf1.orange.fr” }{ Origin-Realm = “orange.fr” }{ Destination-Realm = “orange.fr” }[ Subscription-Id = [ Subscription-Id-Type = END_USER_SIP_URI (2) ] [ Subscription-Id-Data= sip:[email protected] ]][ Media-Component-Description = { Media-Component-Number = 1 }

[ Media-Sub-Component ={ Flow-Number = 1 }[ Flow-Description =

“permit in 17 from 3456::1:2:3:4 49234 to 6789::5:6:7:8 41212 ” ][ Flow-Description =

“permit out 17 from 6789::5:6:7:8 41212 to 3456::1:2:3:4 49234”][ Max-Requested-Bandwidth-UL = 25000 ][ Max-Requested-Bandwidth-DL = 25000 ][ Flow-Status = ENABLED ]

]]

This new example allows PCC for RTP and RTCP traffic.

Flow-Description : For uplink and downlink direction, a Flow-Description AVP isprovided. The uplink destination address shall be copied from the "c=" line ofdownlink SDP. The uplink destination port shall be derived from the "m=" line ofdownlink SDP. The downlink destination address shall be copied from the "c="line of uplink SDP. The downlink destination port shall be derived from the "m="line of uplink SDP. Proto shall be derived from the transport of the "m=" line. For"RTP/AVP" proto is 17(UDP).

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Requête Rx AA-Request du P-CSCF au PCRF (Exemple 1) (2)

[ Media-Sub-Component ={ Flow-Number = 2 }[ Flow-Description =

“permit in 17 from 3456::1:2:3:4 49235 to 6789::5:6:7:8 41213 ” ][ Flow-Description =

“permit out 17 from 6789::5:6:7:8 41213 to 3456::1:2:3:4 49235” ] [ Flow-Usage = RTCP(1) ][ Max-Requested-Bandwidth-UL =1250 ][ Max-Requested-Bandwidth-DL = 1250 ]

][ Media-Type = AUDIO (0) ]

][AF-Charging-Identifier = AyretyU0dm+6O2IrT5tAFrbHLso=023551024]

[Specific-Actions = IP-CAN Change (6)]

The Flow-Usage AVP shall be supplied with value "RTCP" if the IP flow(s)described in the Media-Sub-Component AVP are used to transport RTCP.

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Réponse Rx AA-Answer du PCRFau P-CSCF

<AA-Answer> ::= < Diameter Header: 265, PXY, 16777236 >< Session-Id = “pcscf1.orange.fr;222111;110” >{ Auth-Application-Id = 16777236 (Rx) }{ Origin-Host = “pcrf1.orange.fr” }{ Origin-Realm = “orange.fr” }{ Result-Code = DIAMETER_SUCCESS (2001) }

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Requête Gx Re-Auth Request (RAR)du PCRF au PCEF (i.e., PGW) (1)

<RA-Request> ::= < Diameter Header: 258, REQ, PXY, 16777238 >{ Session-Id = “pgw1.orange.fr;1144207323;110 ” }{ Auth-Application-Id = 16777238 (Gx) }{ Origin-Host = “pcrf1.orange.fr” }{ Origin-Realm = “orange.fr” }{ Destination-Realm = “orange.fr” }{ Re-Auth-Request-Type = AUTHORIZE_ONLY (0)} { Event-Trigger = QOS_CHANGE (1), RAT_Change (2), USER_LOCATION_CHANGE (13), AN_GW_CHANGE (21)} { Charging-Rule-Install = {Charging-rule-Definition} {Charging-rule-Definition} {QoS-Information = QoS-Class-Identifier = QCI_1 (1), Allocation-Retention-Priority =

Priority-level = 2,Pre-emption-Capability = PRE-EMPTION_CAPABILITY_ENABLED (0),Pre-emption-Vulnerability = PRE-EMPTION_VULNERABILITY_DISABLED (1)}

{ Usage-Monitoring-Information = Usage-Monitoring-Report = USAGE_MONITORING_REPORT_REQUIRED (0)}

The Re-Auth-Request-Type AVP (AVP Code 285) is of type Enumerated and isincluded in application-specific auth answers to inform the client of the actionexpected upon expiration of the Authorization-Lifetime. If the answer messagecontains an Authorization-Lifetime AVP with a positive value, the Re-Auth-Request-Type AVP must be present in an answer message. The followingvalues are defined:

AUTHORIZE_ONLY (0) : An authorization only re-auth is expected uponexpiration of the Authorization-Lifetime. This is the default value if the AVP is notpresent in answer messages that include the Authorization-Lifetime.

AUTHORIZE_AUTHENTICATE (1) : An authentication and authorization re-authis expected upon expiration of the Authorization-Lifetime.

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Règle PCC relative au trafic RTP

[ Charging-Rule-Definition = { Charging-Rule-Name = Rule-VoIP-Service-1 } [ Service-Identifier = VoIP] [ Rating-Group = Groupe A ] [ Flow-Information =Flow-Description: permit in 17 from 3456::1:2:3:4 49234 to 6789::5:6:7:8 41212] [ Flow-Information =Flow-Description: permit out 17 from 6789::5:6:7:8 41212 to 3456::1:2:3:4 49234] [ Flow-Status = ENABLED ] [ QoS-Information =

[ Max-Requested-Bandwidth-UL = 25000 ][ Max-Requested-Bandwidth-DL = 25000 ]

[ Online = DISABLE_ONLINE (0) ] [ Offline = ENABLE_OFFLINE (1) ] [ Metering-Method = VOLUME (1) ] [ AF-Charging-Identifier = AyretyU0dm+6O2IrT5tAFrbHLso=023551024 ] [ Flows =

[ Flow-Number = 1 ]] [ Precedence = 1 ] ]

The Charging-Rule-Definition AVP (AVP code 1003) is of type Grouped, and it defines the PCC rule for a serviceflow sent by the PCRF to the PCEF.

The Charging-Rule-Name AVP (AVP code 1005) uniquely identifies the PCC rule and it is used to reference to aPCC rule in communication between the PCEF and the PCRF within one IP CAN session.

The Service-Identifier AVP is the identity of the service or service component the service data flow in a PCC rulerelates to.

The Rating-Group AVP (AVP Code 432) is of type Unsigned32 and contains the identifier of a rating group. All theservices subject to the same rating type are part of the same rating group.

The Flow-Information AVP(s) (AVP Code 1058) determines the traffic that belongs to the service flow.

The Flow-Status (AVP code 511) is of type Enumerated, and describes whether the IP flow(s) are enabled ordisabled. The following values are defined: ENABLED-UPLINK (0), ENABLED-DOWNLINK (1), ENABLED (2) (i.e.,This value shall be used to enable all associated IP flow(s) in both directions), DISABLED (3).

The QoS-Information (AVP code 1016) is of type Grouped, and it defines the QoS information for resourcesrequested by the UE, an IP-CAN bearer, PCC rule, QCI or APN.

The Online AVP (AVP code 1009) is of type Enumerated. The following values are defined: DISABLE_ONLINE (0),ENABLE_ONLINE (1).

The Offline AVP (AVP code 1008) is of type Enumerated. The following values are defined: DISABLE_OFFLINE (0),ENABLE_OFFLINE (1).

The Metering-Method AVP (AVP code 1007) is of type Enumerated. The following values are defined: DURATION(0), VOLUME (1), DURATION_VOLUME (2).

The Precedence AVP (AVP code 1010) is of type Unsigned32. Within the Charging Rule Definition AVP, thePrecedence AVP determines the order, in which the service data flow templates are applied at service data flowdetection at the PCEF. A PCC rule with the Precedence AVP with lower value shall be applied before a PCC rule withthe Precedence AVP with higher value.

The AF-Charging-Identifier (505) is the AF charging identifier that may be used in charging correlation. For IMS isthe ICID. This AVP may only be included in a Charging-Rule-definition AVP if the SERVICE_IDENTIFIER_LEVELreporting is being selected with the Reporting-Level AVP.

The Flows AVP (AVP code 510) is of type Grouped, and it indicates IP flows via their flow identifiers.

The Monitoring-Key AVP (AVP code 1066) is of type OctetString and is used for usage monitoring control purposesas an identifier to a usage monitoring control instance.

The AF-Signaling-Protocol Indicates the protocol used for signalling between the UE and the AF.

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109Copyright EFORTSimon ZNATY

Règle PCC relative au trafic RTCP[ Charging-Rule-Definition = { Charging-Rule-Name = Rule-RTCP-Service-1 } [ Service-Identifier = RTCP] [ Rating-Group = Groupe A ] [ Flow-Information =Flow-Description: permit in 17 from 3456::1:2:3:4 49235 to 6789::5:6:7:8 41213] [ Flow-Information =Flow-Description: permit out 17 from 6789::5:6:7:8 41213 to 3456::1:2:3:4 49235] [ Flow-Status = ENABLED ] [ QoS-Information =

[ Max-Requested-Bandwidth-UL = 1250 ][ Max-Requested-Bandwidth-DL = 1250 ]

[ Online = DISABLE_ONLINE (0) ] [ Offline = ENABLE_OFFLINE (1) ] [ Metering-Method = VOLUME (1) ] [ AF-Charging-Identifier = AyretyU0dm+6O2IrT5tAFrbHLso=023551024 ] [ Flows =

[ Flow-Number = 2 ]] [ Precedence = 2 ] ]

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110Copyright EFORTSimon ZNATY

Modification du bearer dédié (mise àjour de QoS) par le PDN GW

S1 S11 S5 GxMME

UEeNodeB

PCRF

2. GTPv2C Update Bearer Request

3. GTPv2C Update Bearer Request

4. S1-AP Bearer Modify Request(ESM Session management configuration request)

5. RRC Connection Reconfiguration Request(ESM Session management configuration request)

6. RRC Connection Reconfiguration Response(ESM Session management configuration accept)

7. S1-AP Bearer Modify Response(ESM Session management configuration response)

8. GTPv2C Update Bearer Response9. GTPv2C Update Bearer Response

SIP re-INVITE (sdp1 ’)

P-CSCF

183 Session Progress (sdp2 ’)

SGW PGW

1. Gx. RARRx AAR (sdp1’, sdp2’)

10. Gx. RAA Rx. AAA

GTPv2-CS1-APRRCRx, GxSIP

1. Le P-CSCF s’adresse au PCRF (Policy and Charging Rules Function) afin de lui demander de modifierles ressources à l’accès. Les descriptions sdp1 et sdp2 préalablement utilisées pour réserver lesressources à l ’accès sont désormais remplacées par les nouvelles descriptions sdp1 ’ et sdp2 ’. Pour cefaire, le P-CSCF émet une requête Rx Authenticate and Authorize Request (AAR) contenant lesinformations des descriptions SDP de l ’appelant (SDP1 ’) et de l ’appelé (SDP2 ’).

2. L’entité PCRF traduit la QoS des descriptions SDPs en des paramètres QoS spécifiques à l’accès EPS;elle émet la requête Gx Re-Authorize Request (RAR) au PDN-GW.

3. Le PDN GW initie la modification du dedicated bearer à l’aide de la requête Update Bearer Request(EPS Bearer QoS) indiquant la QoS requise;. Cette requête est reçue par l’entité Serving GW.

4. Le Serving GW relaie la requête Update Bearer Request (EPS Bearer QoS) au MME.

5. L’entité MME demande la modification du bearer d’accès à l’eNodeB à l’aide de la requête S1-APBearer Modify Request (EPS Bearer QoS).

6. L’eNodeB traduit la Qos demandée dans le paramètre “EPS Bearer QoS” en une QoS correspondantesur l’interface radio “Radio Bearer QoS”. Il notifie alors à l’UE la modification du bearer radio.

7. L’UE acquitte la modification du bearer radio à l’eNodeB.

8. L’eNodeB acquitte la modification du bearer au MME à l’aide de la réponse S1-AP Bearer ModifyResponse.. L’eNodeB indique si la QoS requise a pu être modifiée ou non.

9. Le MME acquitte la modification du bearer au Serving GW par l’envoi de la réponse Update BearerResponse.

10. Le Serving GW acquitte la modification du bearer au PDN GW par l’envoi de la réponse Update BearerResponse.

11. Le PDN GW retourne la réponse Re-Authorize Answer (RAA) au PCRF pour lui indiquer que lapolitique de QoS a pu être exécutée avec succès.

12. Le PCRF retourne la réponse Rx Authenticate and Authorize Answer (AAA) au P-CSCF pour luiindiquer que la QoS a pu être modifiée dans le réseau d’accès de l’appelant.

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Désactivation d’un bearer dédié parle PDN GW, l’UE étant en mode actif

S1 S11 S5 Gx RxMME

UEeNodeB

PCRF

1. RAR

2. GTPv2C Delete Bearer Request

3. GTPv2C Delete Bearer Request

4. S1-AP Deactivate Bearer Request (ESM Session management configuration request)

5. RRC Connection Reconfiguration Request(ESM Session management configuration request)6. RRC Connection Reconfiguration Response(ESM Session management configuration accept)

7. S1-AP Deactivate Bearer Response(ESM Session management configuration accept)

8. GTPv2C Delete Bearer Response9. GTPv2C Delete Bearer Response

10. RAA

P-CSCF

STR

STA

SIP BYE

SGW PGW

GTPv2-CS1-APRRCRx, GxSIP

Un usager émet une requête SIP BYE afin de libérer une session IMS en cours (e.g., session de téléphonie).Cette requête est relayée par l’UE au P-CSCF.

1. Le P-CSCF s’adresse au PCRF (Policy and Charging Rules Function) afin de lui demander de libérer lesressources à l’accès. Pour ce faire, le P-CSCF émet une requête Rx Session Termination Request (STR).

2. L’entité PCRF traduit la requête Rx STR en une requête Gx Re-Authorize Request (RAR) au PDN-GW.

3. Le PDN GW initie la liberation du dedicated bearer à l’aide de la requête Delete Bearer Request.. Cetterequête est reçue par l’entité Serving GW.

4. Le Serving GW relaie la requête Delete Bearer Request au MME.

5. L’entité MME demande la libération du bearer d’accès (Radio access bearer, RAB) à l’eNodeB à l’aide de larequête S1-AP Deactivate Bearer Request.

6. L’eNodeB notifie à l’UE la libération du bearer radio.

7. L’UE acquitte la liberation du bearer radio à l’eNodeB.

8. L’eNodeB acquitte la liberation du radio access bearer au MME à l’aide de la réponse S1-AP Delete BearerResponse..

9. Le MME acquiite la liberation du dedicated bearer au Serving GW par l’envoi d’une réponse Delete BearerResponse.

10. Le Serving GW acquitte la liberation du dedicated bearer au PDN GW par l’envoi de la réponse DeleteBearer Response.

11. Le PDN GW retourne la réponse Re-Authorize Answer (RAA) au PCRF pour lui indiquer que la politique apu être exécutée avec succès.

12. Le PCRF retourne la réponse Rx Session Termination Answer (STA) au P-CSCF pour lui indiquer que lededicated bearer a pu être libéré dans le réseau d’accès de l’appelant.

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Interface Rx L’interface Rx est utilisée afin que le P-CSCF fournisse au

PCRF les informations obtenues de la signalisation SIP/SDP.

L’entité PCRF par ailleurs retourne au P-CSCF des réponses etlui émet des notifications à travers cette interface Rx.

L’interface Rx s’appuie sur un ensemble de requêtes/réponsesDiameter telles que définies dans le RFC 3588 et larecommandation 3GPP TS 29.209.

Quatre couples de réquête/réponses sont utilisées sur le pointde référence Rx :

AA-Request/AA-Answer (AAR&AAA);

Re-Auth-Request/Re-Auth-Answer (RAR&RAA);

Session-Termination-Request/Session-Termination-Answer (STR&STA);

Abort-Session-Request/Abort-Session-Answer (ASR&ASA).

Le plan de session formé par l’IMS dispose d’une fonction appelée Proxy Call StatefulControl Function (P-CSCF) qui constitue le point d’entrée de l’IMS. Le P-CSCF reçoitles demandes d’établissement de session pour l’accès aux contenus multimédia, il aconnaissance du contexte de la session à établir et notamment de ses besoins enterme de QoS. Il est ainsi capable d’informer la fonction PCRF (Policy and ChargingRules Function) chargée de la gestion de la QoS, du type de ressources requises pourla communication. Le PCRF s’interface avec l’IMS et le plan de transfert afin d’allouerles ressources nécessaires à la session en fonction de la politique du réseau tout enexerçant un contrôle d’accès aux ressources du réseau.

The Authenticate and Authorize Request (AAR) message sent by the P-CSCF to thebandwidth manager must contain a Media Component Description. This performs afunction within Diameter that is identical to that of the embedded SDP seen in SIP andH.248 in that it defines the bandwidth characteristics of the media stream beingrequested, thus allowing the bandwidth manager to determine how much resource andbetween which network, ingress and egress points are being requested.

The AA-Answer would typically contain a result code (in this case, the result codewould be “DIAMETER SUCCESS” but in a failure case, it might be “INSUFFICIENTRESOURCES”).

Reservation clear down is performed by the Call Agent by sending a SessionTermination Request (ST-Request) which would contain a cause for the release. TheSession Termination Answer provides an acknowledgement that the termination wassuccessful.

Additional Diameter messages are used to allow the bandwidth manager to inform theCall Agent that a sessions resource has been lost for whatever reason, that is, droppedowing to a network failure. This is achieved by sending an Abort-Session-Request(ASR) containing an abort cause, and the P-CSCF would acknowledge this with anAbort-Session-Answer (ASA) message.

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Interface Rx

Nom Commande Emis par CodeAAR Authenticate and Authorize request P-CSCF 265AAA Authenticate and Authorize answer PCRF 265RAR Re-Auth request PCRF 258RAA Re-Auth answer P-CSCF 258STR Session Termination request P-CSCF 275STA Session Termination answer PCRF 275ASR Abort Session request PCRF 274ASA Abort Session answer P-CSCF 274

P-CSCF uses AAR to push SIP session information and IMS charging correlation identifier towards PCRF. Thisinformation is used in the PCRF to make an authorization decision about the request received via Gx interface.After receiving a SIP request or response containing SDP information, the P-CSCF sends an AAR to the PCRF.This command will carry the necessary information to construct downlink information (flow identifiers, calculatemaximum bandwidth and derive maximum authorized QoS class) at the PCRF. P-CSCF secondly issues anAAR command when it receives a 183 Session Progress response from. The second AAR command will carrythe necessary information to construct uplink information. The PCRF is now ready to authorize the whole beareractivation request.

Within an initial AAR command the P-CSCF can also indicate whether the P-CSCF wants to be contacted ineach bearer authorization or whether the PCRF can use available information to make the decision itself(resource reservation policy).

Moreover, the P-CSCF may indicate that it is interested in receiving indications of loss of bearer, recovery ofbearer or release of bearer. In these cases, the PCRF sends an RAR command to the P-CSCF after receivingan appropriate message from GGSN via the Gx reference point. The RAR command is acknowledged with anRAA command. The AAR command is acknowledged with an AAA command.

In order to trigger the release of PDP context(s) associated with a SIP session, the P-CSCF sends an STRcommand. This could occur, for instance, when a SIP session is released. When the PCRF receives thiscommand it will send another message via the Gx interface to trigger GGSN-initiated PDP context deactivationto prevent bearer misuse after SIP session termination.

After receiving a bearer release notification from GGSN via the Gx reference point, the PCRF needs to notify theP-CSCF, if the P-CSCF has requested this type of notification. The PCRF uses an ASR command if all IP flowswithin a SIP session are affected. An RAR command is used instead if not all IP flows within a SIP session areaffected. This could occur, for example, when only the video component of a multimedia session is dropped.When GGSN reports bearer loss or bearer recovery via the Gx reference point, the PCRF needs to notify the P-CSCF, if the P-CSCF has requested this type of notification. In order to do so, the PCRF issues an RARcommand.

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Demande de service (ServiceRequest)

Demande de service : Cette procédure est initiée par l’UEafin de demander au réseau d’établir un bearer radio. Celacorrespond à une transition du terminal de l’état IDLE àl’état ACTIVE car l’usager reprend une session dedonnées ou active un nouveau service. Cette procédurede demande de service est utilisée par l ’UE pour :

transférer la signalisation (paging response) après que leréseau ait émis une requête de paging (paging request) àl ’UE.

transférer les données usager dans les sens montant etdescendant.

The network shall initiate the paging procedure for EPS services using S-TMSIwhen EMM signaling messages or user data is pending to be sent to the UEwhen no NAS signalling connection exists.

To initiate the procedure the EMM entity in the network requests the lower layerto start paging and starts a timer for this paging procedure. Upon reception of apaging indication, the UE shall respond to the paging with a SERVICEREQUEST message with service type "paging response”.

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Demande de service initiée par l’UE

S1 S11 S5 GxMME

UEeNodeB

PCRF

8. Modify Bearer Request

HSS

9. Modify Bearer Response

1. NAS: Service Request

2. NAS: Service Request

3. Authentification

4. S1-AP : Initial Context Setup Request

5. Radio Bearer Establishment

6. Uplink Data

7. S1-AP : Initial Context Setup Complete

SGW PGW

1. The UE sends NAS message Service Request (S-TMSI) towards the MME encapsulated in an RRCmessage to the eNodeB.

2. The eNodeB forwards NAS message to MME. NAS message is encapsulated in an S1-AP: Initial UEMessage (NAS message, TAI+ECGI of the serving cell).

4. The MME sends S1-AP Initial Context Setup Request (Serving GW address, S1-TEID(s) (UL), EPSBearer QoS(s), Security Context, MME Signalling Connection Id, Handover Restriction List) message tothe eNodeB. This step activates the radio and S1 bearers for all the active EPS Bearers. The eNodeBstores the Security Context, MME Signalling Connection Id, EPS Bearer QoS(s) and S1-TEID(s) in theUE RAN context.

5. The eNodeB performs the radio bearer establishment procedure. The user plane security isestablished at this step. When the user plane radio bearers are setup the Service Request is completedand EPS bearer state is synchronized between the UE and the network, i.e. the UE should remove theEPS bearer for which no radio bearers are setup.

6. The uplink Maxi mum f r o m t h e UE c a n eNodeB to the Serving GW. The eNodeBsends the uplink data to the Serving GW address and TEID provided in the step 4.

7. The eNodeB sends an S1-AP message Initial Context Setup Complete (eNodeB address, List ofaccepted EPS bearers, List of rejected EPS bearers, S1 TEID(s) (DL)) to the MME.

8. The MME sends an Modify Bearer Request message (eNodeB address, S1 TEID(s) (DL) for theaccepted EPS bearers, Delay Downlink Packet Notification Request, RAT Type) to the Serving GW. TheServing GW is now able to transmit downlink data towards the UE.

9. The Serving GW sends an Modify Bearer Response to the MME.

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116Copyright EFORTSimon ZNATY

Demande de service initiée par leréseau

Ch a

4. Paging Request

eNodeB

1. Downlink Data2. Downlink Data Notification

3. Downlink Data Notification Ack5. Paging

8. Downlink Data

6. Service Request (service type = paging response)

7. User Plane Setup

SGW PGW

1. When the Serving GW receives a downlink data packet for a UE known as not user planeconnected (i.e. the Serving GW context data indicates no downlink user plane TEID), it buffers thedownlink data packet. and identifies which MME or SGSN is serving that UE. If the Serving GWreceives additional downlink data packets for this UE before the expiry of a waiting timer, the ServingGW does not restart this timer.

2. & 3.The Serving GW sends a Downlink Data Notification message to the MME for which it hascontrol plane connectivity for the given UE. The MME responds to the Serving GW with a DownlinkData Notification Ack message. If the Serving GW receives additional downlink data packets for thisUE, the Serving GW buffers these downlink data packets and the Serving GW does not send a newDownlink Data Notification.

4. MME sends a Paging message (NAS ID for paging, TAI(s), UE identity) to each eNodeB belongingto the tracking area(s) in which the UE is registered.

5. If eNodeBs receive paging messages from the MME, the UE is paged by the eNodeBs.

6. On receipt of a paging message, the UE performs a service request procedure which results inmoving the UE to ECM-CONNECTED state. UE-related information is thereby created in the E-UTRAN, and the bearers are re-established. TheMME is responsible for the re-establishment of theradio bearers and updating the UE context in the eNodeB. This transition between the UE states iscalled an idle-to-active transition.

7. This triggers the MME to setup the user plane connection between eNodeB and Serving GW.

8. The downlink data are transferred to the UE.

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117Copyright EFORTSimon ZNATY

Concept de Bearer

P -GWS-GW PeerEntity

UE eNB

EPS Bearer

Radio Bearer S1 Bearer

End-to-end Service

External Bearer

Radio S5/S8

Internet

S1

E-UTRAN EPC

Gi

E-RAB S5 /S8 Bearer

A bearer carries data from one network element to another. It is associated witha particular quality of service, which describes parameters such as the data rate,error rate and delay.

The most important bearer is an EPS bearer, which carries data between the UEand the PDN gateway (P-GW). When the network sets up a data stream, thedata are carried by an EPS bearer, and are associated with a particular quality ofservice.

It’s impossible to implement an EPS bearer directly, because it spans severalinterfaces that use different transport protocols. The EPS bearer is thereforebroken down into three lower-level bearers:

• The radio bearer carries data between the UE and the E-UTRAN Node B(eNB).

• The S1 bearer carries data over the S1 interface, between the eNB and theserving gateway (S-GW).

• The S5/S8 bearer carries data over the S5 or S8 interface, between the S-GWand the P-GW (If these network elements are co-located, then this bearer isabsent).

The network can implement each of these bearers using the transport protocolsthat are appropriate for the corresponding interfaces. In particular, the radiobearer is implemented using the air interface protocols.

Of course the EPS bearer does not carry the full end-to-end service, becausethere is also an external bearer which carries the data in the external network.This bearer lies outside the scope of the system, and is not considered it further.

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118Copyright EFORTSimon ZNATY

Terminologie Bearer EPS

Qualité de service GBR bearer : Débit garanti (GBR, Guaranteed bit rate)

Non-GBR bearer : Aucune garantie de débit (Non-GBR, NoGuaranteed bit rate)

Temps d ’établissement Default bearer

Etabli lorsque l ’UE se connecte au PDN

fournit une connectivé always-on non-GBR

Dedicated bearer Etabli ultérieurement

Peut être GBR ou non-GBR

There are a few different types of EPS bearer. One classification refers to qualityof service:

• A GBR bearer has a guaranteed bit rate (GBR) amongst its quality-of-serviceparameters. A GBR bearer would be suitable for a conversational service, suchas a voice call.

• A non-GBR bearer does not have a guaranteed bCS syst em qui co ns bearerwould be suitable for a background service, such as EMail.

Another classification refers to the time when the bearer is established:

• One EPS bearer is established when the UE connects to a packet datanetwork. This is known as a default bearer. It provides the user with an always-on IP connection to that network. A default bearer is always a non-GBR bearer.

• Any additional EPS bearers for the same packet data network are known asdedicated bearers. Dedicated bearers can be either GBR or non-GBR bearers.

In addition, every EPS bearer is associated with two traffic flow templates(TFTs), one for the uplink and one for the downlink. The TFT is a set of packetfilters, which the UE and network use to map incoming packets to the correctEPS bearer.

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119Copyright EFORTSimon ZNATY

Paramètres QoS

Chaque bearer EPS est caractérisé par : QoS class identifier (QCI)

Allocation and retention priority (ARP)

Chaque bearer GBR est caractérisé par : Guaranteed bit rate (GBR)

Maximum bit rate (MBR)

Les bearers non-GBR sont caractérisés ensemble par : Per APN aggregate maximum bit rate (APN-AMBR)

Per UE aggregate maximum bit rate (UE-AMBR)

Every EPS bearer is associated with the following QoS parameters:

• QoS class identifier (QCI): This is a number which describes the error rate and delaythat are associated with the service. More details are given on the next slide.

• Allocation and retention priority (ARP): This determines whether a bearer can bedropped if the network gets congested, or whether it can cause other bearers to bedropped. Emergency calls might be associated with a high ARP, for example.

Every GBR bearer is also associated with the following parameters:

• Guaranteed bit rate (GBR): This is the long-term average bit rate that the user canexpect to receive.

• Maximum bit rate (MBR): This is the maximum instantaneous bit rate that the networkwill ever provide. In release 8, the maximum bit rate equals the guaranteed bit rate, butthis may be relaxed in future releases.

Non-GBR bearers are collectively associated with the following parameters:

• Per APN aggregate maximum bit rate (APN-AMBR): This limits the total bit rate of thenon-GBR bearers that a UE is exchanging with a particular access point name.

• Per UE aggregate maximum bit rate (UE-AMBR): This limits the total bit rate of all ofthe non-GBR bearers for a particular UE.

(GBR bearers are excluded from these last two parameters.)

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120Copyright EFORTSimon ZNATY

QoS Class Identifier (QCI)

The above table is an example of the possible QoS class definition for some GBR and non-GBR bearertypes. In each case, some RT (Real-Time) and NRT (Non Real-Time) example services are given.

The Default Bearer (which is established when the terminal connects to the PDN network, atregistration) can only be a non-GBR bearer type.

At the session setup, as part of the EPS bearer establishment, the terminal indicates associatedrequested Quality of Service attributes. These attributes are checked by the MME, as regards the usersubscription rights provided by the HSS to the MME during the registration phase.

Eventually, an answer is provided to the terminal, possibly containing reduced values of the attributes, ifthe terminal request exceeded the user subscription.

Every EPS bearer is associated with a number called the QoS class identifier (QCI).

Network nodes use the QCI as a reference, so as to look up the parameters that control the way inwhich packets from that data stream are forwarded. Example parameters include scheduling weightsand queue management thresholds.

Some QCI values have been standardized, and are associated with quality-of-service parameters thatare listed in the table above. The parameters are as follows:

• QCI: Standardized QoS class identifier. Other values can be defined by the network operator.

• Bearer: Whether or not the bearer has a guaranteed bit rate.

• Priority: This affects the scheduling at the network nodes. 1 is the highest priority.

• Delay: Upper bound (with 98% confidence) for the delay that a packet can experience between the UEand the PDN GW.

• Packet error loss rate (PELR): Upper bound for the proportion of packets that are lost. (Non-GBRservices can experience additional packet loss due to congestion.)

The QoS parameters are not mandatory: instead, they are guidelines that network operators can use towork out the node-specific parameters noted above. The intention is that applications mapped to aparticular QCI should receive roughly the same quality of service, whichever network they are in.

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Allocation and Retention Priority(ARP)

L’ Allocation and Retention Priority consiste en :

Priority Level : Valeurs de 1 à 15

Pre-emption-Capability a pour valeurPREEMPTION_CAPABILITY_ENABLED (0) ouPREEMPTION_CAPABILITY_DISABLED (1)

Pre-emption-Vulnerability a pour valeurPREEMPTION_VULNERABILITY_ENABLED (0) ouPREEMPTION_VULNERABILITY_DISABLED (1)

Priority-Level AVPThe Priority-Level is used for deciding whether a bearer establishment or modification request can be acceptedor needs to be rejected in case of resource limitations (typically used for admission control of GBR traffic). It canalso be used to decide which existing bearers to pre-empt during resource limitations. The priority level definesthe relative importance of a resource request. Values 1 to 15 are defined, with value 1 as the highest level ofpriority. Values 1 to 8 should only be assigned for services that are authorized to receive prioritized treatmentwithin an operator domain. Values 9 to 15 may be assigned to resources that are authorized by the homenetwork and thus applicable when a UE is roaming.Pre-emption-Capability AVPThe Pre-emption-Capability defines whether a service data flow can get resources that were already assignedto another service data flow with a lower priority level.The following values are defined:PRE-EMPTION_CAPABILITY_ENABLED (0) : This value indicates that the service data flow is allowed to getresources that were already assigned to another service data flow with a lower priority level.PRE-EMPTION_CAPABILITY_DISABLED (1) : This value indicates that the service data flow is not allowed toget resources that were already assigned to another service data flow with a lower priority level. This is thedefault value applicable if this AVP is not supplied.Pre-emption-Vulnerability AVPThe Pre-emption Vulnerability defines whether a service data flow can lose the resources assigned to it in orderto admit a service data flow with higher priority level.The following values are defined:PRE-EMPTION_VULNERABILITY_ENABLED (0) : This value indicates that the resources assigned to theservice data flow can be pre-empted and allocated to a service data flow with a higher priority level. This is thedefault value applicable if this AVP is not supplied.PRE-EMPTION_VULNERABILITY_DISABLED (1) : This value indicates that the resources assigned to theservice data flow shall not be pre-empted and allocated to a service data flow with a higher priority level.

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Application des paramètres de QoS

Default bearer (Non-GBR)

Dedicated Bearer (Non-GBR)

Dedicated Bearer (GBR)

Default bearer (Non-GBR)

Dedicated Bearer (Non-GBR)

Dedicated Bearer (GBR)QCI = 1

QCI = 7

QCI = 9

QCI = 1

QCI = 7

QCI = 5

APN-AMBR DL = 1000000APN-AMBR UL = 500000

GBR UL = 25000GRB DL = 25000MBR UL = 25000MBR DL = 25000

APN-AMBR DL = 100000APN-AMBR UL = 100000

GBR UL = 25000GRB DL = 25000MBR UL = 25000MBR DL = 25000

APN : ims.orange.fr

APN : internet.orange.fr

UE-AMBR-DL = 1100000; UE-AMBR-UL = 550000

Pour l ’APN IMS :

• Le dedicated bearer avec QCI = 1 est établi pour supporter le trafic de voix surIP. Il s ’agit d ’un bearer GBR et donc est caractérisé par des débits garantis etdes débits maximum dans les sens montant et descendant.

• Le dedicated bearer avec QCI = 7 est utilisé pour le « Chat ». Il s ’agit d ’unbearer Non-GBR et donc partage avec les autres bearers non-GBR de cet APNune QoS caractérisée par un débit maximum dans les sens montant etdescendant.

• Le default bearer avec QCI = 5 est celui qui transporte la signalisation SIP. Ils ’agit d ’un bearer Non-GBR (puisque tout default bearer est bearer non-GBR)et donc partage avec les autres bearers non-GBR de cet APN une QoScaractérisée par un débit maximum dans les sens montant et descendant.

• Le dedicated bearer (QCI=7) et le default bearer (QCI=5) auront un debit totalmaximum qui ne pourra pas dépasser 100 kbit/S dans le sens descendant et 100kbit/s dans le sens montant.

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123Copyright EFORTSimon ZNATY

Exemples (1) Appel d ’urgence (bearer dédié)

QCI = 1

ARP = 1

GBR UL = 25000

GBR DL = 25000

MBR UL = 25000

MBR DL = 25000

Signalisation SIP (bearer par défaut) QCI = 5

ARP = 1

APN-AMBR UL = 20000

APN-AMBR DL = 20000

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Exemples (2) Télévision mobile (bearer dédié)

QCI = 4

ARP = 5

GBR UL = 10000

GBR DL = 256000

MBR UL = 10000

MBR DL = 512000

Accès à Internet (bearer par défaut) QCI = 9

ARP = 3

APN-AMBR UL = 2000000

APN-AMBR DL = 7200000

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Questions (à choix multiples) A. Le premier default bearer est toujours établi par :

1. L ’UE 2. Le Réseau

B. Les default bearers additionnels sont établis par :

1. L ’UE 2. Le Réseau

C. Le dedicated bearer peut être établi par :

1. L ’UE 2. Le Réseau

D. Un default bearer est :

1. Un bearer GBR 2. Un bearer non-GBR

E. Un dedicated bearer peut être :

1. Un bearer GBR 2. Un bearer non-GBR

A. The first default bearer is established by the network (MME) during theregistration procedure.

Correct answer : 2

B. Any additional default bearer can only be established by the user equipment(UE) after the user has successfully attached to the network.

Correct answer : 1

C. A dedicated bearer may be established by the UE or by the network.

Correct answer : 1 & 2

D. A default bearer can only be a non guaranteed bit rate bearer.

Correct answer : 2

E. A dedicated bearer may be either a guaranteed bitrate bearer or nonguaranteed bitrate bearer.

Correct answer : 1 & 2

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3.5. PCC : Policy and ChargingControl

En mettrant en œuvre un contrôle de la qualité de service (QoS) et de lataxation, les opérateurs de service fixe et mobile peuvent :

• garantir la bande passante pour les services à haut revenu,

• réaliser une segmentation du marché,

• assurer un usage adéquat du réseau par les flux de service

• bloquer ou dégrader les flux de service qui dégradent les performances duréseau

• garantir la meilleure expérience utilisateur possible

• taxer les flux de services avec les méthodes de taxation online et offline.

Les politiques de QoS et de taxation sont configurées dans un nœud centraliséappelé le PCRF (Policy and Charging Rules Function) ou RACS (Resource andAdmission Control Subsystem) situé entre le service et les différents domainesde transport (e.g., 3G, LTE, xDSL, accès câble). Le PCRF a accès aux donnéesde souscription de l’usager afin de pouvoir adapter l’usage des ressources detransport par le service ainsi que la taxation du service en fonction du profil del’usager.

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Example d ’utilisation de PCC(Aujourd ’hui)

Aujourd’hui grâce aux procédures PCC, les opérateurs ont lapossibilité d’implanter les scénarii suivants :

Fair usage : Les opérateurs mobiles peuvent limiter la bandepassante disponible aux usagers les plus consommateurs,typiquement ceux qui téléchargent en peer to peer. Par exemple, audelà d ’un certain volume mensuel (e.g., 5 Gbytes), le débit est limitéà 40 kbit/s.

Freemium : Les opérateurs mobiles peuvent offrir l ’accès à desapplications telles que Facebook ou Twitter, afin d ’attirer les usagersà souscrire un abonnement data mobile et ainsi accéder à d ’autresservices data mobiles.

Contrôle d ’application : Les opérateurs mobiles peuvent bloquercertains flux d ’application (e.g., skype, mail) tant que l ’usager n ’apas souscrit à l ’option permettant l ’usage de ces applications.

Bill-shock prevention (anti bill shock) : Les opérateurs peuventalerter leurs clients lorsque ces derniers ont consommé leur forfait etlorsque tout usage supplémentaire induit des coûts additionnels.

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128Copyright EFORTSimon ZNATY

Example d ’utilisation de PCC(Aujourd ’hui)

Speed boost : Les clients qui souhaitent utiliser desapplications consommatrices en bande passante peuventsouscrire pour une augmentation temporaire de leur bandepassante maximum. Le but pour l ’opérateur est lagénération de revenus.

Premium mobile video : Les clients peuvent vouloir payerplus pour disposer d ’un service de vidéo mobile offrant unequalité supérieure sans affecter leur crédit data. Le but pourl ’opérateur est la génération de revenus et pour le client unepréservation de leur crédit data restant.

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129Copyright EFORTSimon ZNATY

Les Evolutions de PCCGGSN

GGSN

Jusqu’à 3GPP R5

Améliorations3GPP R6

1 PDP Bearer = 1 QoS FlowPDP Based Charging

1 PDP Bearer = n Service FlowsFlow Based Charging Control

UE

UE

GGSNAméliorations 3GPP R7

1 PDP Bearer = n Service FlowsFlow Based Policy and Charging Control

UE

Dans les anciennes versions des normes mobiles 3GPP (incluant la release 5, R5), l’usager établissait sonPDP context (Packet Data Protocol Context) avec la qualité de service associée en fonction du type deservice demandé par le client. La taxation s’opérait sur l’ensemble des flux échangés sur le PDP contextsoit en fonction du volume( nombre d’octets émis et reçus concernant l’ensemble des flux échangés sur lePDP context) ou en fonction du temps (durée du PDP context).

Malheureusement, il n’était pas possible d’appliquer différentes rèlges de taxation sur différents flux deservice (e.g., WAP, streaming) qui auraient pu être échangés sur le même PDP context. Pour différentsflux de service taxés différemment, il aurait fallu ouvrir plusieurs PDP context, et chacun transportant untype de flux. Aujourd’hui les terminaux même très évolués ne savent pas ouvvrir plus de deux PDPcontexts.

Avec l’émergence de l’IMS et l’avènement des nouvelles applications sur IP, l’organisme de normalisation3GPP a décidé de définir une architecture de taxation beaucoup plus flexible où il s’agit de taxer les flux deservice individuellement et non pas le PDP context dans son ensemble.

A partir de la Release 6 des spécifications 3GPP, Les flux de service appelés SDFs (Service Data Flows)sont identifiés individuellement même s’il sous tous transportés sur le même PDP context (voirfigure).^Chaque flux peut être taxé individuellement.

Avec la Release 7, chaque flux peut être contrôlé (e.g., autorisé/bloqué) et taxé en fonction d’une règle detaxation associée au flux de service.

Chaque règle de taxation définit un filtre IP pour identifier le flux de service. Ce filtre consiste en unquintuplet (adresse IP source, adresse IP destination, port source, port destination, protocole utilisé audessus d’IP). Cet définition permet l’identification les paquets du flux émis ou reçus par le terminal parmi legrand nombre de paquets IP transitant par le PDP context. Par exemple,

• Une session WEB vers un serveur WEB A

• Une session de streaming à partir du serveur B

• Une session WAP vers un serveur WAP D

• La signalisation SIP associée à des services IMS vers le serveur IMS appelé P-CSCF

• Le trafic DNS vers le serveur DNS, etc.

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IP-CAN session et IP-CAN bearer IP-CAN signifie IP Connectivity Access Network.

IP-CAN bearer: un chemin de transmission IP avec unecapacité, un délai, un taux d’erreur, etc. Les default et dedicatedbearers EPS et les contextes PDP GPRS sont des exemplesd’IP-CAN bearers.

IP-CAN session: L’association entre l’UE représenté par uneadresse IPv4 ou IPv6, et un PDN représenté par un PDN ID(e.g. an APN). Une IP-CAN session inclut un ou plusieurs IP-CAN bearers. La capacité à supporter plusieurs IP-CANbearers par IP-CAN session dépend de l’IP-CAN. Une IP-CANsession existe tant que l’adresse IP de l’UE est maintenue.

IP flow: flux unidirectionnel de paquets IP avec la mêmeadresse de transport source (adresse IP, numéro de port), lamême adresse de transport destination (adresse IP, numéro deport) et le même protocole de transport.

Un type IP-CAN est un type de réseau d ’accès, tel que GPRS(UTRAN/GERAN), accès xDSL, accès câble, EPS, etc.

Une session IP-CAN (IP CAN session) est une association entre un UE et unréseau IP.

Un bearer IP-CAN (IP-CAN bearer) est un chemin de transmission IP avec unecapacité, un délai, un taux d ’erreur, etc. Une session IP-CAN inclut un ouplusieurs bearers.

Dans le contexte GPRS, une session IP-CAN consiste en un contexte PDPprimaire et 0 à N contextes PDP secondaires.

Dans le contexte EPS, une session IP-CAN consiste en un default bearer et 0 àN dedicated bearers.

Le fait qu ’une session IP-CAN puisse consister en un ou pluseurs bearers estspécifique à l ’IP-CAN.

La taxation peut être réalisée par bearer IP-CAN ou par flux circulant sur lebearer IP-CAN.

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PCC : Policy and Charging Control Policy control concerne les fonctions de gating control, QoS

control, event reporting ( 1. Binding est la mise en place d’une association entre un flux de

donnée de service (SDF, Service Data Flow) et un bearer d’accès (IP-CAN) transportant ce SDF.

2. Gating control est la capacité de bloquer ou autoriser des paquets IPappartenant à des flux IP pour un certain service.

3. QoS control permet au PCRF de fournir au PCEF des QoSautorisées pour les flux IP.

4. Event reporting permet au PCEF de notifier le PCRF d’événementsliés aux ressource, sollicités ou non sollicités. A la suite, le PCRF modifieles régles PCC et donc le comportement du plan usager.

5. IP-CAN bearer establishment permet aux PCRF de solliciterl’établissement de bearer par le réseau si le réseau d’accès (IP-CAN) lesupporte.

Charging Control inclut la taxation online (online charging) et lataxation offline (offfline charging). Le PCRF décide de la méthode detaxation pour un flux de service donné. Cela permet au PCEF soitd ’obtenir un crédit (online) ou de générer un ticket (offline).

Gating Control : Le PCRF prend des décisions de filtrage qui sont réalisées par le PCEF.Ces décisions permettent de laisser passer certains flux et de bloque les autres flux.

QoS Control : La qualité de service autorisée peut inclure par exemple le débit maximumpar flux. Un flux est transporté par un bearer. Un bearer supporte une classe de service(e.g., Conversationnel, streaming, interactive, background). Le PCEF doit s’assurer qu’unflux de service soit accommodé sur le bearer disposant de la classe de service appropriée.Tous les flux empruntant ce bearer disposent de la même classe de service. Le bearerdispose d’un débit maximum, et le débit de chaque flux peut aussi limité à un maximum. Lasomme des débits maximum des différents flux empruntant le même bearer doit bien surêtre inférieure au débit maximum du bearer. Le PCEF doit contrôler le débit de chaque fluxindividuellement afin de s’assurer qu’il n’excède pas sa QoS autorisée.

Charging Control :Mise en œuvre de la taxation offline et de la taxation online.

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Exemples de service data flows

Service type Method Tariff of Group AWAP Volume-based $0.10/KBVideo streaming Time-based $0.50/minuteIMS Signaling Free

pcrf1.orange.fr ofcs1.orange.fr

PCRF OCS

ocs1.orange.fr

OFCS

PCEF : Policy and Charging Enforcement FunctionPCRF : Policy and Charging Rules FunctionOCS : Online Charging SystemOFCS : Offline Charging System

ggsn1.orange.fr

Charging Rule2

PCEF

Service Flow2 (Internet)

Packets to/from any IP Filter 2

SGSN/SGWUE

UE IP 192.168.100.1 (Internet)

Service Flow1 (IMS Signaling)

Packets to/from IP 192.130.1.6 and Port 5060

Charging Rule3

IP Filter 3

GGSN/PDN GW

P-CSCFIP 192.130.1.6

Port 5060

2 Contextes PDP

UE IP 192.168.100.2 (SIP signaling)

Un exemple de plan tarifaire pour les services basés sur le contenu

Gx Gy Gz

Les services offerts par le monde Internet sont délivrés sur le même contextePDP primaire.

Une règle PCC est configurée, associée au contexte PDP utilisé pour l ’accès àInternet. Cette règle demandera la notification au PCRF lorsque 5 Go ont étéconsommés, afin de limiter le débit dès lors que les 5 Go auront été atteints. Uneautre règle sera associée au trafic Internet pour bloquer tout autre flux qui n ’estpas un flux lié à Internet.

La signalisation SIP est délivrée sur un autre contexte PDP primaire. Deuxrègles PCC sont configurées pour la signalisation SIP. La première autorise leflux SIP entre l ’UE et le P-CSCF. La seconde demande le blocage de tout trafficentre l ’UE et toute autre adresse IP qui n ’est pas celle du P-CSCF.

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Architecture PCC Intégrée

GGSN/PDN GW

Réseau privéopérateurPCEF

PCRF

Gx

OCS/OFCSGy/Gz

Internet

FirewallSGSN/SGW

10 GE 10 GE 10 GE 10 GE

SGW : Serving GWPGW : PDN GWPCC : Policy an Charging ControlGE : Gigabit Ethernet

e.g., GGSN STARENT

e.g., Tekelec Multimedia Policy Engine

e.g., Huawei OCS

Interface physique

Interface logique (Interface DIAMETER)

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Architecture PCC Distribuée

PCRF OCS/OFCS

Gy/Gz

Internet10 GE

10 GE

Taxation et DPI externee.g., Sandvine Policy Traffic Switch,

Procera Networks PacketLogic PL Series,Allot Service Gateway Sigma

10 GE

FirewallGGSN/PDN GW

Gx

Réseau privéopérateur

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Fonctionnalité PCEF Huawei

GGSN avec PCEF : GGSN9811 (Gx and Gy sont supportées) PCEF Indépendant : Quidway SIG9800 Service Inspection Gateway (Gx et Gy

supportées) CISCO

GGSN avec PCEF : ASR5000 (Gx et Gy supportées) PCEF Indépendant: CSG Content Services Gateway 2nd Gen (Gx supportée) PCEF Indépendant : SCE (Service Control Engine). (Gx et Gy supportées).

Procera Networks (ATCA) PCEF Indépendant: PacketLogic PL Series (Gx et Gy supportées)

Sandvine PCEF Indépendant : Sandvine Policy Traffic Switch (Gx et Gy supportées)

Allot (ATCA) PCEF Indépendant: Allot Service Gateway Sigma (Gx et Gy supportées)

Ericsson SACC (Service Aware Charging and Control) est un PCEF fonctionnant en mode

PCEF Indépendant ou PCEF intégré dans le GGSN 2010B. Il supporte lesinterfaces Gx and Gy

PCEF Indépendant : SASN (Service-Aware Support Node). NSN : Flexi NG10 GGSN (Gx et Gy supportées) (ATCA)

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Fonctionnalité PCRF Tekelec (Camiant) : Tekelec Policy Server. Capacité : 10000

transactions/s par blade GTPv2- C 00 0 0 t r a n sa c t i

Bridgewater : Policy Controller

Openet : FusionWorks Policy Manager

Huawei : Unified Policy and Charging Controller (UPCC)

CISCO : Intelligent Policy Control Function (IPCF) Ericsson : Service-Aware Policy Controller (SAPC)

NSN : NSN PCS 5000

Alcatel-Lucent : 5780 Dynamic Services Controller (DSC)

Volubill : CONTROL-IT Policy Manager

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Fonctionnalité OCS

Volubill : CHARGE-IT Convergent Charging

Huawei : Online Charging System

Openet : Openet’s FusionWorks OCS system qui consiste enFusionWorks Convergent Charging, Network Edge Rating etBalance Manager

Oracle : BRM (Billing & Revenue Mgmt) ZTE : Online Charging Solution

Comptel : Control and Charge

DigitalRoute : Policy Zone

Roox : PCRF et OCS

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Règles PCC de l ’exemple CCR émis par le PCEF au PCRF pour l ’établissement du

PDP context/bearer relatif aux flux Internet

CCA retourné par le PCRF au PCEF : Charging rule-install

Charging-rule-definition (Internet)

Charging-rule-definition (Autre flux)

CCR émis par le PCEF au PCRF pour l ’établissement duPDP context/bearer relatif aux flux de signalisation SIP

CCA retourné par le PCRF au PCEF : Charging rule-install

Charging-rule-definition (Signalisation SIP)

Charging-rule-definition (Autre flux)

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Règle de taxation relative aux fluxde service Internet

Charging-Rule-Name: Rule-Internet-Service-1Service-Identifier: Internet ServiceRating-Group: Group AFlow-Information :

Flow-Description: permit in ip from 192.168.100.1 to anyFlow-Information :

Flow-Description: permit out ip from any to 192.168.100.1Flow-Status : enabled (2)QoS-Information =

Max-Requested-Bandwidth-UL = 2000000,Max-Requested-Bandwidth-DL = 7200000,

Online : DISABLE_ONLINE (with value 0)Offline : ENABLE_OFFLINE (with value 1)Metering-Method = VOLUME (1)Precedence = 1Monitoring-Key = Monitoring-Key-21

Granted-Service-UnitCC-Total-Octets AVP = 5000000000

140

140Copyright EFORTSimon ZNATY

Règle de taxation relative aux autresflux qui ne sont pas des flux pourInternet

Charging-Rule-Name: Rule-Any-Other-ServiceFlow-Information :

Flow-Description: permit in ip from any to anyFlow-Information :

Flow-Description: permit out ip from any to anyFlow-Status : disabledPrecedence : 100

141

141Copyright EFORTSimon ZNATY

Règle de taxation relative au fluxde signalisation SIP

Charging-Rule-Name: Rule-SIP-Signaling-1Service-Identifier: SIP-SignalingFlow-Information : Flow-Description: ”permit in ip 17 from 192.168.100.2 5060 to 192.130.1.6 5060”Flow-Information : Flow-Description: ”permit out 17 from 192.130.1.6 5060 to 192.168.100.2 5060”Flow-Status : enabledQoS-Information :

Max-Requested-Bandwidth-UL = 20000,Max-Requested-Bandwidth-DL = 20000,

Online : DISABLE_ONLINE (with value 0)Offline : DISABLE_OFFLINE (with value 0)Precedence : 1

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142Copyright EFORTSimon ZNATY

Règle de taxation relative aux autresflux qui ne sont pas de lasignalisation SIP

Charging-Rule-Name: Rule-Any-Other-ServiceFlow-Information :

Flow-Description: permit in ip from any to anyFlow-Information :

Flow-Description: permit out ip from any to anyFlow-Status : disabledPrecedence : 100

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143Copyright EFORTSimon ZNATY

Messages Gx (Diameter)

Message type Description Delivery directionCCR Credit Control Request PCEFPCRFCCA Credit Control Answer PCEFPCRFRAR Re-Auth Request PCEFPCRFRAA Re-Auth Answer PCEFPCRF

Le PCRF doit indiquer au PCEF via l’interface Gx les règles PCC que l’entitéPCC doit exécuter.

Procédure PULL : Suite à une demande de règles PCC initiée par l’entité PCEFvia la requête CCR, l’entité PCRF les retourne dans la réponse CCA.

Procédure PUSH : le PCRF peut décider de fournir des règles PCC à une entitéPCEF soit avoir été sollicité par cette entité PCEF. Pour ce faire, le PCRFdispose de la requête RAR. L’entité PEF acquitte cette requête par une réponseRAA.

144

144Copyright EFORTSimon ZNATY

Scénario Fair Use 1 (1)

PCRF

SGSN GGSN hPCRF SPR

2. Create PDPContext Request

PCEF

3. DIAMETER CCR-I

5. Profile Request4. Store Information

6. Profile Response

7. PCC Rules DecisionPolicy Decision

8. Store PCC Rules9. DIAMETER CCA-I

10. Store PCC RulesPolicy Decision

11. Create PDP Context Accept

1. Activate PDPContext Request

12. Activate PDPContext Accept

1.The UE sends a request to establish a primary PDP context for Internet access.

2. The GGSN receives the first Create PDP Context Request within an IP-CAN session.

3. A non-roaming case is considered here. The PCEF embedded in the GGSN informs the H-PCRF of theIP-CAN Session establishment. The PCEF starts a new Gx session by sending a CCR to the H-PCRF usingthe CC-Request-Type AVP set to the value INITIAL_REQUEST.

4. The H-PCRF stores the information received in the CCR.

5. The H-PCRF requires subscription-related information and does not have it. It sends a request to the SPRin order to receive the information.

Copyr i ght EFORT R r ep l i e s wi t h t h e s u b s c r i p t i on r el a t e d i nf oservice(s), QoS information and PCC Rules information.

7. The H-PCRF selects or generates PCC Rule(s) to be installed.

8. The H-PCRF stores the selected PCC Rules.

9. The H-PCRF provisions the PCC Rules to the PCEF using CCA. The CC-Request-Type AVP set to thevalue INITIAL_REQUEST. As part of the rule a volume threshold is installed (5 GBytes). The volume is setfor the PCC Rule.

10. The PCEF installs the received PCC Rules. The PCEF also enforces the authorized QoS and enables ordisables service flows according to the flow status of the corresponding PCC Rules.

11. The GGSN accepts the PDP Context Request based on the results of the authorisation policy decisionenforcement. If the requested QoS parameters do not correspond to the authorized QoS, the GGSN adjusts(downgrades /upgrades) the requested UMTS QoS parameters to the authorized values.

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145Copyright EFORTSimon ZNATY

Scénario Fair Use 1 (2)

PCRF

SGSN GGSN hPCRF SPR

PCEF

13. DIAMETER CCR-U

14. DIAMETER CCA-U (Downgraded Maximum bitrate)

5 Gbytes ont été consommésavant la fin du mois

Fin du mois

15. DIAMETER RAR (Default Max bitrate)

16. DIAMETER RAA

13. After some time the Quota of 5 GBytes is breached and the PCEF sends anupdating CCR to the PCRF notifying it about the quota observed event. The CC-Request-Type AVP set to the value UPDATE_REQUEST.

14. Consequently (due to the quota breach) the PCRF modifies the bitrates onuplink and downlink associated with the PCC rule supplied to the PCEF in theCCA Initial Request (message 9). In this example we assume no more countingis needed.

15. New monthly billing cycle is observed. PCRF modifies again the bitrates onuplink and downlink which return to their default value (negotiated in thesubscription). A RAR message is sent by PCRF to PCEF.

16. PCEF acknowledges the RAR message ith an RAA answer.

146

146Copyright EFORTSimon ZNATY

Scénario Fair Use 2 (1)

PCRF

1. Establish IP-CANSession Request

PCEF

2. Gx CCR-I

4. Sh UDR3. Store Information

5. Sh UDA

6. PCC Rules DecisionPolicy Decision

7. Store PCC Rules

8. Gx CCA-I (Charging-Rule-install (2M/1Mbps),charging-Info (online), Event-Trigger = OUT_OF_CREDIT)

9. Store PCC RulesPolicy Decision

12. Establish IP-CANSession Accept

UE

OCS

10. Gy CCR-I (Quota Request)

11. Gy CCA-I (Quota Granted = 10 Mbytes)

SPR

147

147Copyright EFORTSimon ZNATY

Scénario Fair Use 2 (2)

PCRFPCEF

13. Gx CCR-U (Event-Trigger = OUT_OF_CREDIT)

14. Gx CCA-U (Install new rule to throttle (384/128 Kbps))

Fin du mois

15. Gx RAR (Charging-Rule-install (2M/1Mbps), charging-Info (online), Event-Trigger = OUT_OF_CREDIT)

16. Gx RAA

17. Gy CCR-I (Quota Request)

18. Gy CCA-I (Quota Granted = 10 Mbytes)

OCS

10. Gy CCR-U (Quota Request)

11. Gy CCA-U (Quota Granted = 10 Mbytes)

...

...

148

148Copyright EFORTSimon ZNATY

Contrôle du débit en fonction dutemps

ApplicationFunction

UE

1. Establish IP-CANSession Request

PCRFPCEF SPR

7. Rx AAR (Activation de la promotion)

2. Gx CCR-I 3. Sh UDR

4. Sh UDR

5. Gx CCA-I (Charging-Rule-install (1Mbps/384Kbps), charging-Info (offline))

9. Gx RAR-U (Charging-Rule-Install (7.2Mbps/2.1Mbps),charging-Info (offline))

10. Gx RAA-U

8. Rx AAA

11. Rx AAR (Désactivation de la promotion)

13. Gx RAR-U (Charging-Rule-install (1Mbps/384Kbps),charging-Info (offline))14. Gx RAA-U

12. Rx AAA

6. Establish IP-CANSession Accept

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149Copyright EFORTSimon ZNATY

Anti-bill shockUE

1. Establish IP-CANSession Request

PCRFPCEF SPR

2. Gx CCR-I(adresse Serving GW)

3. Sh UDR

4. Sh UDR

5. Gx CCA-I (Charging-Rule-install (2Mbps/1Mbps), charging-Info (offline), monitoring key : CC-total-octet = 10000000)

Obtention desvolume/seuil enfonction du pays)

7. Gx CCR-U (Event-Trigger=Volume-Threshold-Reached)

8. Gx CCA-U (Charging-Rule-install (2Mbps/1Mbps), charging-Info (offline), monitoring key : CC-total-octet = 10000000)

SMSC

9. SMS delivery with SMPP

10. SMS delivery

6. Establish IP-CANSession Accept

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3.6. Services du domainecircuit (CS) sur l’accès PS

3GPP TR 23.879 V9.0.0 (2009-03)

151

151Copyright EFORTSimon ZNATY

3.6.1. Alternative 1 :CS FallbackAussi appelée “Page in eUTRAN,Call in GSM/WCDMA”

3GPP TS 23.272

Voice service with LTE terminals can also be offered before high quality VoIP support is included intoLTE radio and before IP Multimedia Subsystem (IMS) is deployed. The first phase can use so-calledCircuit Switched (CS) fallback for LTE where the LTE terminal will be moved to GSM, WCDMA or CDMAnetwork to provide the same services that exists in CS networks today, for example voice orvideotelephony calls. The CS fallback procedures require that the Mobility Management Entity (MME) aswell as Mobile Switching Center (MSC)/Visiting Location Register (VLR) network elements are upgradedto support procedures described in this section.

The CS fallback in EPS enables the provisioning of voice and other CS-domain services (e.g. CSvideotelephony/ SMS/ LCS/ USSD) by reuse of CS infrastructure when the UE is served by E-UTRAN. ACS fallback enabled terminal, connected to E-UTRAN may use GERAN or UTRAN to establish one ormore CS-domain services. This function is only available in case E-UTRAN coverage is overlapped byeither GERAN coverage or UTRAN coverage.

CS Fallback and IMS-based services shall be able to co-exist in the same operator’s network.

The advantage of the fallback handover is that there is no urgent need to implement QoS support in LTEor SAE. The network optimization may also be less stringent if the voice is not supported initially. Also,there is no need to deploy IMS just because of the voice service. From the end user point of view, thevoice service in GSM or in WCDMA is as good as voice service in LTE, except that the highest data ratesare not available during the voice call. On the other hand, the CS fallback for LTE adds some delay to thecall setup process as the UE must search for the target cell. With high mobility, the CS fallback for LTEmay also affect the call setup success rate, which naturally needs to be addressed in practicalimplementation.

152

152Copyright EFORTSimon ZNATY

CS Fallback dans l ’architecture EPS

UE

UTRAN

GERAN

E-UTRAN

MSC Server

MME

S4-SGSN

S1-C

Gb

IuPS

Gs

SGsS3

IuCS

A

Voice service with LTE terminals can also be offered before high quality VoIP support isincluded into LTE radio and before IP Multimedia Subsystem (IMS) is deployed. The first phasecan use so-called Circuit Switched (CS) fallback for LTE where the LTE terminal will be movedto GSM, WCDMA or CDMA network to provide the same services that exists in CS networkstoday, for example voice calls or SMS. The Circuit Switched fallback procedures require thatthe Mobility Management Entity (MME) as well as MSC Server network elements are upgradedto support CSFB procedures. For SMS, an optimization is proposed where the UE sens theSMS for LTE and MME forwards that SMS over SGs to the MSC Server.

The CS fallback in EPS function is realized by using the SGs interface mechanism between theMSC Server and the MME.

The SGs interface functionality is based on the mechanisms specified for the Gs interface.

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153Copyright EFORTSimon ZNATY

Procédure d ’Attachement

MME

UE MSC Server HSS

1. Attach Request

4. Location Update Request

3. Déduit le numéro de VLR (Mapping Tracking Area Location Area)

5. Crée l ’association SGs

7. Location Update Accept

8. Attach Accept

2. Procédure d ’attachement dans l ’EPS

6. Mise à jour de localisationdans le domaine CS

When LTE UE executes the attach procedure towards the LTE core network, the LTE core network willalso execute a location update towards the serving CS core network to announce the presence of theterminal to the CS core network via the LTE network in addition to executing the normal attachprocedures. The UE sends the attach request together with specific ‘ CS Fallback Indicator’ to the MME,which starts the location update procedure towards MSC Server via an IP based SGs interface. The newLocation Area Identity (LAI) is determined in the MME based on mapping from the Tracking area.

Combined TA/LA Update procedure

The combined TA/LA Update procedure for the CS fallback in EPS is realized based on the combinedRA/LA Update procedure

1. The UE initiates the attach procedure by the transmission of an Attach Request (including the AttachType) message to the MME. The Attach Type indicates that the UE requests a combined EPS/IMSIattach and informs the network that the UE is capable and configured to use CS fallback.

2. The EPS Attach procedure is performed wiyj interactions between the MME and the HSS.

3. The VLR shall be updated according to the combined GPRS/IMSI Attach procedure if the AttachRequest message includes an Attach Type indicating that the UE requests a combined EPS/IMSI attach.The MME allocates a default LAI, which is configured on the MME and may take into account the currentTAI and/or E-CGI. The MME derives a VLR number based on the allocated LAI and on an IMSI hashfunction. The MME starts the location update procedure towards the new MSC/VLR or MSC Server/VLRupon receipt of the first Insert Subscriber Data message from the HSS in step 2. This operation marks theMS as EPS-attached in the VLR.

4. The MME sends a Location Update Request message to the VLR. MME address is an IP address.

5. The VLR creates an association with the MME by storing MME address.

6. The VLR performs Location Updating procedure in CS domain.

7. The VLR responds with Location Update Accept (VLR TMSI) to the MME.

8. The MME sends an Attach Accept message to the UE. The existence of LAI and VLR TMSI indicatessuccessful attach to CS domain.

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154Copyright EFORTSimon ZNATY

Procédure de Détachement

MME

UE MSC Server HSS

1. Detach Request

3. IMSI Detach Indication

4. Supprime l ’association SGs

5. Detach Accept

2. Procédure de détachement dans l ’EPS

1. The UE initiates the detach procedure by the transmission of a Detach Request (with parametersincluding Detach Type) message to the MME. Detach Type indicates which type of detach is to beperformed, i.e., IMSI Detach only or combined EPS and IMSI Detach.

2. If EPS detach is indicated in step 1, the EPS Detach procedure is performed.

3. The MME sends an IMSI Detach Indication (IMSI) message to the VLR.

4. The VLR removes the association with the MME.

5. The MME sends a Detach Accept message.

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155Copyright EFORTSimon ZNATY

Procédure de mise à jour combinéede TA/LA

MME

UE MSC Server HSS

2. TAU Request

4. Location Update Request

7. TAU Accept

3. Procédure TAU dans l ’EPS

1. L ’UE décide de réaliser l ’opération TAU

5. Mise à jour de localisation dans le domaine CS

6. Location Update Accept

1. The UE detects a change to a new TA by discovering that its current TAI is not in the list of TAIs that theUE registered with the network or the UE's TIN indicates the need for a TAU when re-selecting to E-UTRAN..The combined TA/LA Update Procedure is also performed in order to re-establish the SGs association.

2. The UE initiates the TAU procedure by sending a TAU Request (parameters including the Update Type)message to the MME. The Update Type indicates that this is a combined Tracking Area/Location AreaUpdate Request or a combined Tracking Area/Location Area Update with IMSI attach Request.

3. The EPS TAU procedure is performed.

4. If there is an associated VLR in the MM context, the VLR also needs to be updated. If the association hasto be established or if the LA changed, the new MME sends a Location Update Request message to the VLR.New LAI is determined in the MME based on the received GUTI from the UE. If this GUTI is mapped from aP-TMSI/RAI, the LAI is retrieved from the GUTI without any modification by the MME. Otherwise, the MMEallocates a default LAI, which is configured on the MME and may take into account the current TAI/or E-CGI.The MME retrieves the corresponding VLR number from the determined LAI. The Location Update Type shallindicate normal location update. The MME address is an IP address.

5. The VLR performs Location Update procedure in CS domain.

6. The VLR responds with Location Update Accept (VLR TMSI) to the MME.

7. The MME sends a TAU Accept message to the UE. The VLR TMSI is optional if the VLR has not changed.The presences of the LAI indicate to the UE that it is IMSI attached.

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156Copyright EFORTSimon ZNATY

Demande d’établissement d’appeldans E-UTRAN, appel dansGERAN/UTRAN

UE

MME

SGSNRNCeNodeB MSC Server

1a. Service Request

1a. Service Request

1b. Message S1-AP avec indicateur « CS Fallback »

2. Sollicitation de rapport de mesure (optionnel)

3. Handover paquet (PS, Packet Switching) de LTE à 3G

4. Procédure d ’établissement d ’appel CS (Circuit Switching)

5. Handover paquet de 3G à LTE

Serving GW

The UE sends a CS call request to the eNodeB, which may ask the UE to measure the target cell. eNodeBtriggers the handover to the target system. the UE starts the normal CS call establishment procedure in thetarget cell. Once the CS call ends, the UE again reselects LTE to get access to high data rate capabilities.1a. The UE sends Service Request (CS Fallback Indicator) to MME. Service Request message is encapsulatedin RRC and S1-AP messages. CS Fallback Indicator indicates MME to perform CS Fallback. The UE onlytransmits this request if it is attached to CS domain (with a combined EPS/IMSI Attach) and cannot initiate anIMS voice session (because e.g. the UE is not IMS registered or IMS voice services are not supported by theserving EPS service provider).1b. The MME sends an S1-AP Request message to eNB that includes a CS Fallback indicator. This messageindicates to the eNB that the UE should be moved to UTRAN/GERAN.2. The eNodeB may optionally solicit a measurement report from the UE to determine the targetGERAN/UTRAN cell to which PS handover will be performed.3. The eNodeB triggers PS handover to a GERAN/UTRAN neighbour cell by sending a Handover Requiredmessage to the MME. In the following an inter-RAT handover from E-UTRAN to UTRAN or GERAN begins. Aspart of this handover, the UE receives a HO command from E-UTRAN and tries to connect to a cell in the targetRAT. The HO command from E-UTRAN may contain a CSFB Indicator which indicates to UE that the handoveris triggered due to a CS fallback request. If the HO from E-UTRAN Command contains a CSFB Indicator andthe UE fails to establish connection to the target RAT, then the UE considers that CSFB has failed.4. The UE initiates the CS call establishment procedure.5. After the UE moves to a cell in the target RAT, the inter-RAT handover from E-UTRAN to UTRAN or GERANis completed. At the end of this handover the UE may trigger the Routing Area Update procedure when thesending of uplink packet data is possible.The worst effect of CSFB is probably the extra time needed to make or receive calls. Call set-up latency is amajor factor in determining “quality of experience” with phone calls. Many people remember the seemingly-amazing shift to digital exchanges on fixed-line networks, when calls connected the instant the last digit wasdialled. Most cellular calls today are already a retrograde step from this – and making matters noticeably worsewith the “latest and greatest” generation of cellular technology is far from ideal.There have been various attempts made to calculate the impact of CSFB on call establishment times. Althoughfindings vary somewhat based on input assumptions and precise procedures followed, the general consensusseems to be that the best-case scenario is an extra 1-2 seconds, an average perhaps 2-3 seconds, and worst-case may be as bad as 6-8 seconds. Much of the extra time comes from the need for the phone to start up the2G/3G radio, which involves measuring different channels to find the appropriate cell and frequency to connect.

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157Copyright EFORTSimon ZNATY

Appel entrant : Paging CS dans E-UTRAN, appelé dans GERAN/UTRAN

MME

UERNCeNodeB SGSN MSC Server

HSS GMSC Server

1. IAM2. CS Paging Indication

3. Paging (CS Domain Indicator)

4. Paging (CS Domain Indicator)

5. Handover paquet (PS, Packet Switching) de LTE à 3G

6. CS Paging Response 7. CS Paging Response

1. GMSC sends IAM to the MSC/VLR on the terminating side.

2. The MSC/VLR sends a Page message to the MME via SGs.

3. The MME receives the Page message from the MSC/VLR. If the UE is in ECM-IDLE state, the MME sendsa Paging message to each eNodeB serving the TA list the UE is registered to. If the UE is in ECM-CONNECTED, the MME relays the CS Page message to the serving eNodeB over the S1 interface.

4. The eNodeB receives CS paging messages from the MME. The eNodeB forwards the paging message tothe UE

5. The eNodeB triggers PS handover to a GERAN/UTRAN neighbour cell by sending a Handover Requiredmessage to MME. In the following an inter-RAT handover from E- UTRAN to UTRAN or GERAN begins. Aspart of this handover, the UE receives a HO command from E- UTRAN and tries to connect to a cell in thetarget RAT. The HO command from E-UTRAN may contain a CS Fallback Indicator which indicates to UEthat the handover was triggered due to a CS fallback request. If the HO command from E-UTRAN contains aCS Fallback Indicator and the UE fails to establish connection to the target RAT, then the UE considers thatCS fallback has failed.

6. When CS Fallback completes, the UE responds to the CS paging request and returns the CS pagingresponse to the RNS/BSS.

7. When received at the RNS/BSS, the CS Paging Response message is sent to the MSC/VLR. TheMSC/VLR receives CS paging response contained in corresponding message which shall then stop thepaging response timer and establish the CS connection, then the MT call process takes place.

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158Copyright EFORTSimon ZNATY

Envoi de SMS en mode idle

1. EPS/IMSI attach procedure

3. Uplink NAS Transport4. Uplink Unitdata

7. Downlink Unitdata

8. Downlink NAS Transport

2. UE triggered Service Request

4a. Downlink Unitdata

4a. Downlink NAS Transport

9. Uplink NAS Transport

10. Uplink Unitdata

11. Release Request

MME

UE MSC Server HLR/HSS SMSC

5. MAP-MO-FORWARD-SHORT-MESSAGE

8. MAP-MO-FORWARD-SHORT-MESSAGE-Ack

1. The combined EPS/IMSI attach procedure is performed.

2. A mobile originating SMS is triggered and the UE is in idle mode. The UE initiates the UE triggeredService Request procedure. The UE indicates its S-TMSI (short form of GUTI) in the RRC signalling.

3. The UE builds the SMS message to be sent (i.e. the SMS message consists is embedded in SMmessage called SMS-SUBMIT). Following the activation of the Radio Bearers, the SMS message isencapsulated in an NAS message and sent to the MME.

4. The MME forwards the SMS message to the MSC/VLR in an Uplink Unitdata message. In order topermit the MSC to create an accurate charging record, the MME adds the IMEISV, the local time zone, theMobile Station Classmark 2, and the UE's current TAI and E- CGI.

4a. The MSC Server acknowledges receipt of the SMS to the UE.

5. and 6. The MSC Server delivers a MAP-MO-Forward-Short-Message which contains the SMS to theSMSC. SMSC Acknowledges reception of that SMS.

7. The MSC Server forwards the received delivery report to the MME associated with the UE in a DownlinkUnitdata message.

8. The MME encapsulates the received delivery report in an NAS message and sends the message to theUE.

9, 10. The UE acknowledges receipt of the delivery report to the MSC Server.

11. The MSC Server indicates to the MME that no more NAS messages need to be tunnelled.

If the UE were in the active mode when sending its SMS, step 2 is omitted.

159

159Copyright EFORTSimon ZNATY

Réception de SMS en mode idle

2. MAP-SEND-ROUTING-INFO-FOR-SMS

4. MAP-MT-FORWARD-SHORT-MESSAGE5. Paging

6. Paging7. Paging

9b. Downlink NAS Transport

9c. Uplink NAS Transport

8. Service Request

1. EPS/IMSI attach procedure

8a. Service Request

9d. Uplink Unitdata

10. Uplink NAS Transport 11. Uplink Unitdata

13. Downlink Unitdata

15. Release Request

14. Downlink NAS Transport

9a. Downlink Unitdata

MME

UE MSC Server HLR/HSS SMSCeNodeB

3. MAP-SEND-ROUTING-INFO-FOR-SMS-Ack

12. MAP-MT-FORWARD-SHORT-MESSAGE-Ack

1. The combined EPS/IMSI attach procedure is performed.

2. and 3. The SC initiates transfer of mobile terminating SMS. The HLR is requested to provide the globaltitle (GT) for SMS routing and the SMS message is forwarded to the MSC Server where the UE is CSattached. HLR returns this global title.

3. The MSC Server sends a Paging (IMSI, VLR TMSI, Location Information, SMS indicator) message tothe MME.

4. The SMSC origines a MAP-MT-FORWARD-SHORT-MESSAGE and forwards it to the MSC Server.

6. The MME initiates the paging procedure by sending the Paging message to each eNodeB with cellsbelonging to the tracking area(s) in which the UE is registered. The UE is paged with its S-TMSI.

7. The UE is paged by the eNodeBs.

8. The UE sends a Service Request message to the MME. The UE indicates its S-TMSI in the RRCsignalling. The MME sends the S1-AP Initial Context Setup Request message to the eNodeB and theeNodeB establishes the Radio Bearers.

8a. The MME sends a Service Request message to the MSC Server. In order to permit the MSC to createan accurate charging record, the MME adds the IMEISV, the local time zone, the Mobile StationClassmark 2, and the UE's current TAI and E- CGI.

9a. The MSC Server builds the SMS message to be sent as defined in TS 23.040 (i.e. the SMS messageis contained in the SM SMS-SUBMIT message). The MSC Server forwards the SMS message to theMME in a Downlink Unitdata message.

9b. The MME encapsulates the SMS message in a NAS message and sends the message to the MS/UE.

9c, 9d. The MS/UE acknowledges receipt of the SMS message to the MSC/VLR.

10. The UE returns a delivery report. The delivery report is encapsulated in an NAS message and sent tothe MME.

11. The MME forwards the delivery report to the MSC Server in an Uplink Unitdata message.

12. The MSC Server returns an MAP-MT-FORWARD-SHORT-MESSAGE-Ack to the MSC Server.

13-14. In parallel to steps 12, the MSC Server acknowledges receipt of the delivery report to the MS/UE.

16. The MSC Server indicates to the MME that no more NAS messages need to be tunnelled.

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160Copyright EFORTSimon ZNATY

4. IMS : IP MultimediaSubsystem

L'Internet supporte depuis déjà plusieurs années et avec une qualité très acceptable de nombreux services àsuccès tels que l'E-mail, le WEB, le streaming audio/vidéo, le “ chat ”.Dans les domaines des applications de téléphonie et les communications multimédia, Microsoft MSN, Yahoo(Messenger), Microsoft (MSN), Google (GoogleTalk) et Ebay (Skype) sont déjà présents sur ce marché maisproposent des solutions propriétaires.La téléphonie devient donc une application sur Internet parmi d’autres et tout fournisseur d'applications surl'Internet peut proposer le service de téléphonie sur IP à ses clients indépendamment du type d’accès àInternet utilisé par le client : ADSL, câble, et demain, 3G+ et LTE.Dans ce contexte les opérateurs de télécommunication dont le service de téléphonie était jusqu’à présent lecore business se trouvent face à l’alternative suivante :• Repositionner leur business autour des applications sur IP incluant la téléphonie, devenant ainsi opérateurde services globaux. Les opérateurs qui feront ce choix devront rapidement développer une architecture IMSseule solution normalisée dans le monde des télécommunications et cela avant que des solutionspropriétaires ne soient trop largement adoptées.• Abandonner le marché des applications y compris celui de la téléphonie et réduire leur business à celui defournisseur d’accès et/ou de transporteur de paquets IP. Les opérateurs qui feraient ce choix limiteraient leurchamps d’action à celui d’opérateurs de réseaux. Parmi les risques de cette option, la difficulté à maintenir lerevenu dans un contexte ou l'accès comme le transport seront devenus des commodités sujettes à une trèsforte pression sur les prix.L'IMS –IP Multimedia Subsytem- normalisé par le monde des télécommunications est une nouvellearchitecture basée sur de nouveaux concepts, de nouvelles technologies, de nouveaux partenaires et unnouvel ecosystème. L’IMS supporte sur un réseau tout IP les sessions applicatives temps réels (voix, vidéo,conférence,…) et non temps réel (Push To Talk, Présence, messagerie instantanée,…). L’IMS intègre deplus le concept de convergence de services supportés indifféremment par des réseaux de naturesdifférentes : fixe, mobile ou Internet. L’IMS est également désigné sous le vocable de NGN Multimedia (NextGeneration Network)Déployer une architecture IMS est donc une décision stratégique qui peut être prise par un opérateur detélécommunication traditionnel dans le cadre du repositionnement de son activité sur le marché des servicessur IP mais qui peut également être prise par toute entité qui déciderait, même sans posséder de réseauxd’accès ou de transport de développer une activité de services à valeur ajoutée sur IP.

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4.1. Pourquoi IMS et qu’est-cequ’IMS ?

IMS : IP Multimedia SubsystemSIP : Session Initiation Protocol

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Pourquoi l’IMS? Comme la téléphonie est simplement une application sur

Internet, toute entreprise, même sans fournir de réseau d’accès,peut proposer un service de téléphonie.

Microsoft (MSN), Yahoo (Messenger), Google (GoogleTalk) etEbay (Skype) sont déjà présents sur ce marché mais proposentdes solutions de téléphonie propriétaires.

Les opérateurs voudront continuer à offrir des servicestéléphoniques même lorsque les réseaux IP auront remplacé lesréseaux téléphoniques actuels. Les opérateurs ne veulent pasabandonner les services à l’usagers et devenir uniquement destransporteurs de paquets IP. En effet l’accès est devenir unecommodité avec une pression forte sur les prix.

Les opérateurs doivent rapidement adopter l’IMS avant queles solutions propriétaires puissent être largement adoptées,sinon ils se contenteront d ’être des fournisseurs d’accès.

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163Copyright EFORTSimon ZNATY

IMS : Une définition

Selon les standards, l ’IMS est définie sous la forme d ’unearchitecture de référence afin de fournir des services decommunication de prochaine génération mixant la voix, lavidéo, les données et la mobilité sur un réseau IP.

L ’IMS est considéré comme un sous-système car il n ’estqu ’une partie d ’un réseau complet. En d’autres termes,l ’IMS requiert d’autres composants tels que le réseaud ’accès afin de jouer le rôle de système fournit desservices multimédia.

L ’IMS est une architecture fonctionnelle de référence.Elle consiste en un ensemble d ’entités fonctionnellesdisposant d ’interfaces entre elles. Toutes les interfaces del ’IMS sont supportées par des protocoles IP.

L ’IMS doit fournir au client des services de communication multimédia.

L ’IMS n ’est pas un système mais juste un sous système. En effet, pour qu ’unclient accède à ses services IMS il doit passer par un accès. Il est doncnécessaire de disposer de réseaux d ’accès s ’interfaçant au réseau IP quisupporte l ’architecture de réseau et de services IMS. Parmi les accès possiblesfigurent xDSL, l ’accès câble, FTTx, WiMAX, etc.

L ’IMS est une architecture fonctionnelle de référence. Elle est normalisée auniveau mondial. Comme toute architecture fonctionnelle, elle consiste en unensemble d ’entités reliées entre elles par des interfaces. Les interfaces sontsupportées par des protocoles. L ’IMS était une architecture tout IP, tous lesprotocoles sont issus du monde IP. Deux protocoles de signalisation sont utiliséspar l ’IMS : SIP (Session Initiation Protocol) pour le contrôle de session et deservice et DIAMETER pour les procédures AAA (Authentification, Authorisation,Accounting). Deux protocoles de transport de l ’information usager sont utiliséspar l ’IMS : RTP (Realtime Transport Protocol) pour le trafic temps réel tel que letrafic voix, vidéo, IPTV, streaming, etc., et le protocole MSRP (Message SessionRelay Protocol) pour le transport des données de l ’usager, tel que les donnéesdans le contexte d ’un tchat (messages instantanés, fichiers, photos, etc.).

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164Copyright EFORTSimon ZNATY

Ce que l’IMS fournit L’IMS fournit :

La continuité du business model associé aux réseaux RTC et GSM

Un réseau IP multi-service, multi-accès, sécurisé et fiable Multi-services : délivrés par un réseau cœur supportant différents

niveaux de QoS,

Multi-accès: Tout réseau d’accès large bande, fixe et mobile peuts’interfacer à l’IMS

Non pas un réseau unique, mais différents réseaux qui interopèrentgrâce à des accords de roaming IMS fixe-fixe, fixe-mobile, mobile-mobiles

Un « enabler » pour les fournisseurs de service afin d ’offrir Des services de communication non temps-reel, pseudo temps-

réel et temps réel suivant une configuration client-server ou entreentités paires

Mobilité de l ’usager (Nomadisme)/ Mobilité des services /Mobilité de la session

Plusieurs sessions et services simultanément sur la mêmeconnexion réseau

L’IMS permet de conserver l’intelligence dans le réseau même si le transport s’appuie désormaissur IP. Avec le monde IP, par défaut l’intelligence est à la périphérie, c’est à dire dans lesterminaux connectés au réseau IP. L’IMS suit donc la philosophie du RTC et du GSM pour quel ’opérateur puisse proposer et facturer des services conversationnels sur IP.

L’IMS peut offrir plus que simplement les services voix car c’est une architecture qui s’appuie surun transport IP qui par définition est un transport multiservices. Ainsi des sessions voix, vidéo etdata sont possibles avec l’IMS.

L’IMS est une architecture indépendante de tout accès large bande, permettant demain à unopérateur global de mettre en œuvre une seule instance IMS qui pourra offrir des servicesconversationnels à ses clients xDSL, 3G, WiMax, câble, etc. Ceci est différent de la situationactuelle, où il y a d’une part des commutateurs RTC et d’autre part des commutateurs GSM quiservent les clients fixe et mobile respectivement.

L ’IMS supporte le concept de roaming permettant aux clients d ’un opérateur de disposer de leursservices IMS dans leur réseau nominal et dans des réseaux visités.

L ’IMS fournit des services temps réels (e.g., session audio et vidéo entre un appelant et unappelé, session conférence audio ou vidéo), des services pseudo temps réel (e.g., session pushto talk entre différents participants), et des services non temps réel (e.g., envoi d ’un messagecourt).

L ’IMS permet la mobilité de l ’usager qui peut s’enregistrer sur tout terminal IMS, la mobilité desservices qui permet à l ’usager de disposer de ses services la où il s ’enregistre, et la mobilité desession permettant de transférer la session d ’un terminal à un autre terminal.

L ’IMS permet de disposer de plusieurs sessions actives simultanément (e.g., session voix miseen garde où l ’appelé joue à l ’appelant une musique d ’attente, session voix active et sessiondata parallèle pour l ’échange de message courts, photos, fichiers, etc.).

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165Copyright EFORTSimon ZNATY

Services fournis par l ’IMS Les services dans le catalogue d’un opérateur peuvent être

simplement classifiés de la manière suivante : Accès large bande à Internet et Intranets. Il s’agit de services de

connectivité qui sont fournies par le moyen de technologies d’accèslarge bande fixe et mobile telles que xDSL, FTTx, câble, 3G+, LTE,EVDO, etc.

Services de communication : C’est le domaine d’expertise d’unopérateur de télécommunication qui inclut tout type de service quipermet aux clients de communiquer tels que la téléphonie, lavisiophonie, le ring back tone, le push-to-talk, le prépayé, le VPNtéléphonie, le SMS, le chat, la présence, etc.

Services de divertissement : Il s’agit d’une catégorie de services quiinclut le Broadcast TV, la vidéo à la demande, le video streaming, lesjeux multimédia en réseau, etc.

La conception initiale d’IMS a eu pour but d’offrir la secondecatégorie de services. Puis l’IMS a intégré la troisièmecatégorie, ce qui permet la création de nouveaux services etnotamment de la télévision interactive.

L ’IMS initialement n ’avait pour but d ’offrir que des services de communication qui correspond àla catégorie de service de prédilection de tout opérateur de télécommunication. Ces servicessont par exemple ceux proposés aujourd ’hui par les opérateurs mobiles GSM : la téléphonie, lavisiophonie (dans le cas d ’un client 3G ayant un terminal compatible), le customized ring backtone, la messagerie vocale, le push to talk, le prépayé, le réseau privé virtuel voix, le téléphoneconvergent (téléphone WiFi et GSM) avec basculement de la voix sur IP à la voix sur GSM dèsque perte du signal WiFi mais sans perte de la communication, le SMS, etc.

Mais l ’IMS a évolué et peut maintenant aussi offrir des services dits de divertissement tels quebroadcast TV, la vidéo à la demande, le streaming vidéo, les jeux multimédia en réseau.

L ’idée pour un opérateur est d ’offrir d ’abord un premier play au client, à savoir l ’accès largebande et ensuite d ’autres plays tous proposés via l ’IMS pour ainsi réduire les coûts dedéveloppement, de déploiement et d ’exploitation des services.

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Avantages de l’IMS comparé à l’ap-plication de téléphonie sur Internet

Interopérabilité

Qualité de Service

Roaming

Interception légale

Appels d’urgence

Modèle de taxation flexible

Orchestration de service

Mobilité de session Interface fournisseur de service unique

Si l’on compare IMS et SKYPE

• IMS garantit l’interopérabilité au niveau mondial entre tous les opérateurs alors que Skype ne garantitl’interopérabilité qu’entre les lcients de la communauté Skyoe.

• Tous les sessions disposent d’une QoS d”pendant du trafic de l’usager, alors que Skype s’appuie surune Qos par défaut (Best Effort) puisque Skype n’est qu’une application sur Internet.

• En situation de Roaming, le client se rattache au réseau IMS visité et dispose de la même QoS pourses sessions IMS qu’il aura obtenu avec son opérateur nominal. Tous les aspects taxation sont parailleurs transparents pour le client car dans le cas du GSM en roaming aujourd’hui. Skype est utilisablepartout, mais sans QoS. Par ailleurs, le client qui souhaite utiliser Skype doit acheter un pass ouraccéder à Internet par exemple à l’hotel.

• Skype ne traite pas l’interception légale et les appels d’urgence alors que les opérateurs IMS lesupportent puisque ces fonctionnalités ont été normalisées. D ’ailleurs L'Arcep poursuit Skype afin qu'ilassume les obligations d'un opérateur comme permettre l'interception d'appels par les servicesjudiciaires, participer à l'annuaire universel, achemnier des appels d'urgence, mettre en place laportabilité du numéro...

• L’IMS propose une architecture de taxation flexible permettant la taxation à la durée, à l’acte, aucontenu, au volume, etc, en plus des méthodes de taxation online et offline.

• L’IMS permet la mobilité de session. Par exemple, l’appel peut commencer depuis un accès WiFi/IMSet continuer sur un réseau GSM (car perte de couverture WiFi) sans perte de communication. Celasuppose que le client que l’usager dispose d’un terminal dual mode WiFi et GSM. Skype n’offre pas unetelle fonctionnalité.

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IMS et normalisation Normalisé par le 3GPP sous la dénomination IMS dans les Releases

R5 et R6 (Accès principalement 3G)

Normalisé par le 3GPP2 sous l ’appellation IMS (accès CDMA2000)

Normalisé par TISPAN sous la dénomination Core IMS (Accèsprincipalement xDSL)

Normalisé par PacketCable sous le nom PacketCable Multimedia(Accès Cable)

La Release R7 de 3GPP a pour objectif de définir une architectureIMS qui soit complètement indépendante de tout type d ’accèsappelée COMMON IMS.

La Release R8 de 3GPP continue de définir des aspects non traitéstels que Operations Administration and Maintenance (OAM) et leservice brokering, et se focalise sur l’adaptation de l’IMS aux réseauxd’accès de 4ème génération.

L ’IMS est défini par différents organismes qui ont réutilisé les spécificationsd ’origine qui proviennent du 3GPP et les ont adapté à leur accès respectif.

3GPP spécifie l ’IMS R5 pour offrir des services non temps réel ou pseudo réelssur IP pour un accès 3G. L ’IMS Release 6 quant à lui concerne tout type deservice incluant les services temps réel tels que la voix ou la vidéotéléphonie surIP pour un accès 3G.

TISPAN adapte les spécifications Release 6 au cas de l ’accès xDSL.

PacketCable adapte les spécifications Release 6 au cas de l ’accès Câble.

3GPP2 adapte les spécifications Release 5 au cas de l ’accès CDMA2000 quireprésentent la 3G aux normes américaines.

3GPP sera responsable d ’éditer les spécifications d ’une architecture de réseauet de services IMS indépendante de tout type d ’accès appelée IMS R7.

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IMS indépendant de l’accès :Common IMS

Common IMS

RACS

NASS

xDSL

PCRF

NASS

LTE + ePC = EPS

RACS

NASS

Packet Cable

RACS

NASS

WiMAX

IP Backbone...

Rx

Rx

Rx

Rx

Chaque réseau d’accès a des méthodes d’attachement et de réservation desressources spécifiques. L’architecture Common IMS indépendante de tout accèss’appuiera sur les principes de réservation des ressources qui sont euxspécifiques à l’accès (RACS, Ressource Admission Control Subsystem). Parailleurs, avant de pouvoir s’attacher à Common IMS, il faut s’attacher à l’accès,et la méthode d’attachement sera toujours spécifique à l’accès.

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4.2. Entités IMS

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170Copyright EFORTSimon ZNATY

RTC/GSM versus Architecture deréseau IMS (3G)

SPSP

Fabric Fabric Fabricxxxx

ISUP ISUPSig RNIS

Sig analogiqueSig RNIS

Sig analogiqueSP

Plan de commutation

Plan de signalisationRTC ou GSM

Signalisation SIP SIP Signalisation SIP

Plan de Contrôle de Session

Plan de Commutation

IMS

CSCF CSCF

SGSNGGSNGGSNIP

NetworkIP

Network

Réseau d’Accès Réseau d’Accès

IPNetwork

SGSNIP

NetworkIPX

Dans le RTC ou le réseau GSM qui sont des réseau voix, le commutateur implémente deux fonctions : lafonction de commutation qui utilise le transport TDM et la fonction de signalisation qui utilise le protocoleISUP/SS7 pour l’établissement et la libération d’appel.

ISUP est un protocole de proche en proche entre commutateurs. Un protocole de signalisation d ’accèsest aussi utilisé entre l ’équipement de l ’usager et le commutateur d ’accès. Il peut s ’agir du protocole designalisation analogique ou du protocole de signalisation RNIS appelé Q.931, ou Call Control dans le casd ’un accès GSM.

Avec l ’IMS, la fonction de signalisation est prise en charge par un serveur d ’appel SIP nommé CSCF(Call Session Control Function) dont le rôle est de router la signalisation SIP entre l ’appelant et l ’appeléet éventuellement d ’invoquer des services IMS. SIP est le protocole utilisé de bout en bout pourl ’établissement/la libération de sessions multimédia. A la différence du RTC ou GSM, l ’IMS propose unseul protocole, SIP, pour la signalisation à l ’accès et la signalisation réseau. Avec l ’IMS la fonction decommutation est prise en charge par le router.

Dans le RTC , il existe des commutateurs à l ’accès appelés Class 4 Switch et des commutateurs detransit appelés Class 5 Switch. Dans l ’IMS, il existe des routeurs d ’accès appelés Edge Routers et desrouteurs de transit appelés Core Router.

Les principaux fournisseurs de commutateurs voix sont ALCATEL (E10), Ericsson (AXE), Siemens(EWSD), Nortel (DMS100), Lucent (5ESS), Huawei, NEC et Fujitsu. Les principaux fournisseurs derouteurs sont Cisco et Juniper.

L ’usager RTC est relié au premier commutateur d ’accès à travers une liaison analogique ou RNIS.L ’usager IMS est relié au premier router Edge à travers un accès haut débit tel que xDSL, câble, WiMAX,UMTS, EDGE, CDMA2000, WiFi, etc.

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RTC versus IMS (EPS et xDSL)

SIP

Plan de Contrôle de Session

Plan de Commutation

IMS

CSCF CSCF

RéseauIPIPX

IP-based DSLAM

IP Network

Client

BASxDSLRéseau

IP

xDSL

eNodeBUE EPSPDN GW

IP Network

MME

SIP

Plan de Contrôle de Session

Plan de Commutation

IMS

CSCF CSCF

RéseauIPIPX

Client

RéseauIP

Serving GW

PDN GW EPS

IPNetwork

MME

Serving GW

eNodeB UE

Signalisation SIP Signalisation SIP

Signalisation SIP Signalisation SIP

Réseau d’Accès

Réseau d’AccèsRéseau d’Accès

Réseau d’Accès

D’après le schéma, les fonctions de l’IMS sont indépendantes de l’accès. Que cesoit l’accès EPS (Evolved Packet System) ou l’accès xDSL, les réseaux d’accèslarge bande, sont reliés au réseau IP sur lequel est connecté le CSCF.

Par ailleurs les réseaux IP des opérateurs sont reliés entre eux par un réseau IPinter-opérateur appelé IPX (IP Exchange).

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HSS et SLF (1)

HSS 1

I-CSCF

HSS 2 SLF

SIP REGISTER

UAR

UAAHSS #2

UAA

UAR

HSS : Home Subscriber ServerSLF : Subscription Locator FunctionUAR : User Authorization RequestUAA : User Authorization Answer

DIAMETERSIP

CxDx

RedirectAgent

Lorsque plusieurs HSS ont été déployés dans le réseau, ni l’entité I-CSCF, nil’entité S-CSCF ne connaissent le HSS à contacter. Par contre, elles doiventd’abord contacter le SLF (Subscription Locator Function). L’interface Dx estdéfinie dans ce but, et est toujours utilisée en association avec l’interface Cx.

Le protocole utilisé sur l’interface Dx s’appuie sur DIAMETER. Le SLF prend lerôle d ’agent de redirection DIAMETER.

Afin d’obtenir l’adresse du HSS approprié, l’entité I-CSCF ou l’entité S-CSCFémet au SLF le message Cx qui devait être envoyé au HSS. Sur réception del’adresse du HSS provenant de l’entité SLF, l’entité I-CSCF ou l’entité S-CSCFrenvoie la même requête Cx au HSS comme montré à la figure ci-dessus.

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HSS et Proxy Agent (à partir de3GPP Release 8) (2)

HSS 1

I-CSCF

HSS 2

SIP REGISTERUAA

UAR

HSS : Home Subscriber ServerUAR : User Authorization RequestUAA : User Authorization Answer

DIAMETERSIP

Cx

Proxy Agent

Cx

UAR UAA

SLF qui correspond à un agent de redirection DIAMETER est une des options qui permet leroutage des messages DIAMETER lorsqu’il existe plusieurs HSS. Une autre option est d’utiliserun agent proxy DIAMETER. Dans ce cas, c’est l’agent qui détermine le HSS destinataire dumessage DIAMETER et route directement ce message. L’avantage pour le CSCF est de secontenter d’envoyer une seule fois son message, alors qu’avec l’approche SLF le mêmemessage est envoyé deux fois, une première fois au SLF qui retourne une réponse deredirection et une seconde fois au HSS approprié.

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PCRF : Policy & Charging ResourceFunction

SIP (call Control)

Bearer Signaling

Diameter (Policy Control)

Gx et Rx sont des interfaces basées sur le protocole DIAMETER

UE

41. Signalisation SIP2. Signalisation Rx3. Signalisation Gx (policy control)4. Signalisation média (Bearer signaling)

AGW

PCRF : Policy & Charging Resource FunctionAGW : Access Gateway

Réseau d ’accès large bande

Backbone IP

Routeur

IMSP-CSCF

PCRF

Rx2

Gx

3

1

L’établissement et la modification de session dans l’IMS implique un échange demessages SIP/SDP de bout en bout. Pendant l’échangé, le terminal négocie unensemble de caractéristiques média (e.g., les codecs). Le P-CSCF à travers son PCRF(Policy & Charging Rules Function) autorise les flux IP des composants média choisispar le terminal en réalisant une translation des paramètres de la description SDP en desparamètres de QoS IP. Ces paramètres de QoS IP sont ensuite passés par le PCRF àl’AGW par le biais de l’interface Gx bas”e sur le protocole DIAMETER. L’Access Gatewayest le terme générique du nœud qui appartient au réseau d’accès large et qui termine leréseau d’accès large bande.

Lorsque le terminal IMS émet une requête SIP INVITE au P-CSCF, ce dernier émet unerequête Rx AAR au PCRF. Le PCRF la traduit en une requête Gx RAR et l’achemine àl’AGW. Cette requête informe l’AGW de réserver des ressources dédiées entre l’AGW etle terminal IMS avec la QoS appropriée.

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Etablissement de session audio IMSà partir de l ’accès LTE

2. RAR

3. Create Bearer Request

4. Create Bearer Request

5. S1-AP Bearer Setup Request (ESM Activate dedicated eps bearer context request)

6. RRC Connection Reconfiguration Request(ESM Activate dedicated eps bearer context request)

7. RRC Connection Reconfiguration Response(ESM Activate dedicated eps bearer context Accept)

8. S1-AP Bearer Setup Response(ESM Activate dedicated eps bearer context Accept)

9. Create Bearer Response10. Create Bearer Response

11. RAA

SIP INVITE (sdp1)

1. AAR (sdp1, sdp2)

12. AAA

GTPv2-CS1-APRRCRxGxSIP

183 Session Progress (sdp2)

S1 S11 S5 Gx RxServingGW

PDNGW

MME

UEeNodeB

PCRF

P-CSCF

Un usager initie une session téléphonique IMS en émettant une requête SIP INVITE (sdp1) à son P-CSCF. L ’adressedu P-CSCF a été fournie par le PDN GW lorsque l ’usager a ouvert un default bearer dédié à la signalisation SIP IMS.

La demande INVITE (sdp1) est routée par l ’IMS à l ’appelé.

Lorsque le terminal de l ’appelé reçoit cette requête INVITE (sdp1), le terminal ne se met pas à sonner et retourne uneréponse 183 Session Progress (sdp2) pour bien indiquer que la demande de l ’appelant est prise en compte. Le terminalne pourra se mettre à sonner que lorsque les ressources dans les réseaux d ’accès de l ’appelant et de l ’appelé aurontété réservées par le PCRF. Ces ressources sont représentées par des dedicated bearer avec QCI = 1 (conversationalaudio). L ’appelant comme l ’appelé doit donc disposer d ’un dedicated bearer pour le transport de la voix sur IP . Cededicated bearer est associé au default bearer SIP/IMS, qui lui, est relatif à la signalisation SIP IMS.

1. Le P-CSCF s’adresse au PCRF (Policy and Charging Rules Function) afin de lui demander de réserver les ressourcesà l’accès, relatives à la description SDP. Pour ce faire, le P-CSCF émet une requête Rx Authenticate and AuthorizeRequest (AAR) contenant les informations des descriptions SDP de l ’appelant (SDP1) et de l ’appelé (SDP2).

2. L’entité PCRF traduit la QoS des descriptions SDPs en des paramètres QoS spécifiques à l’accès EPS; elle émet larequête Gx Re-Authorize Request (RAR) au PDN-GW.

3. Le PDN GW initie la création du dedicated bearer à l’aide de la requête Create Dedicated Bearer Request (EPSBearer QoS) indiquant la QoS requise;. Cette requête est reçue par l’entité Serving GW.

4. Le Serving GW relaie la requête Create Dedicated Bearer Request (EPS Bearer QoS) au MME.

5. L’entité MME demande l’établissement d’un bearer d’accès à l’eNodeB à l’aide de la requête S1-AP Bearer SetupRequest (EPS Bearer QoS).

6. L’eNodeB traduit la Qos demandée dans le paramètre “EPS Bearer QoS” en une QoS correspondante sur l’interfaceradio “Radio Bearer QoS”. Il notifie alors à l’UE la mise en place d’un bearer radio.

7. L’UE acquitte cet activation de bearer radio à l’eNodeB.

8. L’eNodeB acquitte l’activation du bearer au MME à l’aide de la réponse Bearer Setup Response. L’eNodeB indique sila QoS requise a pu être allouée ou non.

9. Le MME acquiite l’activation du bearer au Serving GW par l’envoi d’une réponse Create Dedicated Bearer Response.

10. Le Serving GW acquitte l’activation du bearer au PDN GW par l’envoi de la réponse Create Dedicated BearerResponse.

11. Le PDN GW retourne la réponse Re-Authorize Answer (RAA) au PCRF pour lui indique que la politique de QoS a puêtre exécutée avec succès.

12. Le PCRF retourne la réponse Rx Authenticate and Authorize Answer (AAA) au P-CSCF pour lui indiquer que la QoSa pu être réservée dans le réseau d’accès de l’appelant.

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Eléments de réseau IMS

CSCF : Contrôle de sessions (SIP, DIAMETER)

PCRF : Policy and Charging Control (DIAMETER)

HSS : Base de données des profils (DIAMETER)

SLF ou Proxy Agent : Agent d’identification du HSSapproprié si plusieurs HSS sont présents (DIAMETER)

Le CSCF (Call Session Control Function) route le message SIP. Il doit supporterles protocoles SIP et DIAMETER.

Le PCRF (Policy and Charging Rules Function) met en œuvre la QoS dans leréseau d’action pour chaque session IMS en fonction des demandes du P-CSCF.Il doit supporter le protocole DIAMETER.

Le HSS (Home Subscriber Server) est le serveur qui contient les profils desusagers IMS. Si plusieurs HSS sont présents dans un réseau IMS, alors il estnécessaire de disposer d’un SLF (Subscription Locator Function) ou d ’un proxyagent DIAMETER. Le SLF est un agent de redirection DIAMETER qui retourneau CSCF l’adresse du HSS disposant du profil d’un usager IMS donné. Le ProxyAgent route la requête du CSCF directement au HSS approprié. HSS, SLF etProxy Agent doivent supporter le protocole DIAMETER.

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Réseau Intelligent versusArchitecture de service IMS

RéseauIntelligent

IMS

Fabric

SCP

SRP

INAP/CAP

INAP/CAP

SIPAS

MRF : Multimedia Resource FunctionCSCF : Call Session Control FunctionHSS : Home Subscriber ServerAS : Application Server

S-CSCF

ISC (SIP)

Mr (SIP)

Sh (DIAMETER)

Cx(DIAMETER)

HSS

MAP

HLR

VLR

SSP

Circuit deparole

MRFSRP : Specialized Resource PointSCP : Service Control PointSSP : Service Switching PointHLR : Home Location Register

L ’architecture de service IMS de base est constituée de serveurs d ’application, deserveurs de média et de S-CSCF.

Le serveur d'application SIP (SIP AS, Application Server) exécute des services(e.g., Push To Talk, Présence, Conférence, Instant messaging, IP Centrex, etc.) etpeuvent influencer le déroulement de la session à la demande du service. Le serveurd ’application correspond au SCP du Réseau Intelligent.

Le serveur de média SIP (appelé dans les recommandations le MRF pourMultimedia Resource Function) établit des conférences multimédias, joue desannonces vocales ou multimédia et collecte des informations utilisateur. Il s’agit del’évolution de l’entité SRP (Specialized Resource Point) dans le monde multimédia.

Le serveur d ’appel SIP (S-CSCF, Service Call Session Control Function) joue le rôlede point depuis lequel un service peut être invoqué. Il dispose du profil de service del’abonné qui lui indique les services souscrits par l’abonné et sous quelle conditioninvoquer ces services. Il correspond au SSP de l’architecture Réseau Intelligent.

Les marques de service IMS appelées iFC (initial Filter Criteria) sont fournies par leHSS au S-CSCF via l’interface Cx (DIAMETER) lors de l’enregistrement de l’usagerau réseau IMS

Les marques de service CAMEL appelées CSI (CAMEL Subscription Information)sont fournies par le HLR au SSP via l’interface C (MAP) lors de l’enregistrement del’usager au réseau mobile.

Les données de service IMS sont obtenues par l’AS SIP par interrogation du HSS vial’interface Sh (DIAMETER).

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Orchestration d ’invocation deservice

S-CSCF

SIPAS

SIPAS

SIPAS

S-CSCF

SCIM

SIP AS = SCIM

SIPAS

SIPAS

SIPAS

S-CSCF

SIPAS

SIPAS

SIPAS

Approche 1 Approche 2

Approche 3

S-CSCF

SIP AS

A1 A2 An

SCIM

Approche 4

Approach 1 : The S-CSCF directly invokes services based on service markscalled Initial Filter Criteria. This approach is valid if there are few services toinvoke.

Approach 2 : One single filter criteria/trigger to a single application (SCIM,Service Capability Interaction Manager) that will have overall control. Thisapplication (i.e., workflow or SCIM) resides in the S-CSCF. Introducing a SCIMenables managing service interactions for complex service packages/bundles.

Approach 3 : One single filter criteria/trigger to a single application (i.e., workflowor SCIM) that will have overall control. The SCIM/workflow resides in astandalone application server. The workflow then invokes services withinapplication servers individually.

Approach 4 : One single filter criteria/trigger to a single application that will haveoverall control. This application (i.e., workflow or SCIM) resides in an applicationserver that also hosts all the applications to be invoked. This approach is suitablefor example when an AS specialized in telephony services also hosts its ownSCIM.

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Capacités de Service IMS(Service Enablers)

PoCPoC MessagingMessagingGLMSGLMSMultimediaMultimediaTelephonyTelephony PresencePresence ConferencingConferencing VCCVCC

Mobile Mobile

IPIP

Residential Residential

Broadband Access to IMS 2G/3G/4G Access to IMS

WLAN Access to IMS

PacketCable™

Enterprise Enterprise

WiMAXForumDSL

ForumDOCSIS

S-CSCF

+ Hosted Enterprise Services + Video sharing (Combinational services)+ IP TV+ SCC

ISC

HSS

Sh

Sh Sh Sh Sh

Sh

Sh

L’IMS définit un ensemble de capacités de service :

• La capacité de service Multimedia Telephony permet des communications conversationnelles entre deuxou plusieurs participants. Cette capacité inclut les services complémentaires comparables à ceux fournis parle domaine circuit tels que le renvoi d’appel, le signal d’appel, la mise en garde, le rappel automatique suroccupation, etc.

• La capacité de service Presence permet à un usager de souscrire à l’état de présence un contact et d’êtrenotifié à chaque changement d’état de ce contact.

• La capacité de service Push-to-talk over Cellular (PoC, Push To Talk over Cellular) consiste à utiliser sontéléphone comme un talkie-walkie, simplement en poussant un bouton pour dialoguer les uns avec les autres.La technologie se veut l'équivalent voix du SMS. Le service PoC permet la transmission de messages vocauxentre utilisateurs mobiles sur réseaux de données. L'utilisateur sélectionne un ou plusieurs correspondantsdans son carnet d'adresses, puis presse un bouton sur son terminal pour enregistrer son message vocal. Lemessage est ensuite encodé puis transmis par paquet RTP/UDP/IP via le réseau d’accès large bande mobile.La transmission de messages par ce biais introduit un délai de latence qui n'autorise pas, en théorie, deséchanges vocaux en "quasi-temps réel", mais qui, en pratique, pourrait voir le service PoC utilisé plutôt pourdes services de type "messagerie instantanée vocale".

• La capacité de service Conference fonctionne selon deux modes:

• Le mode Ad-hoc qui permet de créer des conférences à la demande. Il s’agit de conférences nonplanifiées et de courte durée.

• Le mode pre-arranged (Plannifié) qui permet de créer des conférence à l’avance en utilisant leprotocole Conference Policy Control Protocol (CPCP). Il spécifie un schéma XML qui énumère leséléments d ’information de politique de conférence permettant à l ’usager de définir sa politique deconférence.

• La capacité de service Messaging fonctionne selon deux modes :

• Pager-mode messaging : Des messages SIP contenant les données à échanger son routés demanière asynchrone entre l’émetteur et le récepteur.

• Session-mode messaging : Une session IMS est établie pour la session de donnée (de type Tchat).Le protocole MSRP est alors utilisé pour transporter les données entre usagers et non pas le protocoleSIP.

• Les capacités de service Hosted Enterprise Services (IP Centrex), IP TV (Mode broadcast et mode video àla demande), video sharing, on aussi été récemment définies.

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180Copyright EFORTSimon ZNATY

Interfonctionnement RTC ou GSM IMS

IMS-MGW

CommutateurRTC

T-SGW

IMS-MGW : IMS Media GatewayMGCF : Media Gateway Control FunctionT-SGW : Trunking Signaling GatewayS-CSCF : Serving Call Session Control FunctionGPRS : General Packet Radio ServiceSS7 : Signaling System 7

S-CSCF

IPxDSL

MGCF

ISUP/SS7

ISUP/SIGTRAN

MEGACO

SIP

SIP

Circuit de parole

Flux RTP

SIP UA

Le domaine IMS doit interfonctionner avec le RTCP/GSM afin de permettre auxutilisateurs IMS d'établir des appels avec le RTCP/GSM. L'architectured'interfonctionnement présente un plan de contrôle (signalisation) et un plan d'usager(transport). Dans le plan usager, des entités passerelles (IMS-MGW, IMS - MediaGateway Function) sont requises afin de convertir des flux RTP en flux TDM. Cespasserelles ne traitent que le média. Des entités sont responsables de créer, mainteniret libérer des connexions dans ces passerelles; il s'agit de contrôleurs de passerelles(MGCF, Media Gateway Control Function). Par ailleurs, ce même MGC termine lasignalisation ISUP du côté RTC/GSM qu'il convertit en signalisation SIP qui est délivréeau domaine IMS. Les messages ISUP provenant du RTC/GSM sont d'abord acheminéssur SS7 à une entité passerelle de signalisation (T-SGW, Trunking Signaling Gateway)qui les relaye à l ’entité MGCF sur un transport SIGTRAN.

L'interfonctionnement entre le domaine IMS et le RTC/GSM est donc assuré par troisentités : L'IMS-MGW (IP Multimedia Subsystem Media Gateway Function), MGCF(Media Gateway Control Function) et T-SGW (Trunking Signalling Gateway Function).

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181Copyright EFORTSimon ZNATY

BGCF : Breakout Gateway ControlFunction

S-CSCF

MGCF SIP

MEGACOMGCF

MEGACO

BGCF

SIP

SIP

Réseau IP

RTCInterface RTCInterface RTP / UDP / IP

Lorsque le S-CSCF découvre que la session doit être routée vers le domaine decommutation de circuit (CS, Circuit Switched Domain) il utilise l’interface Mi(protocole SIP) afin de relayer la session au BGCF. L’interface Mi est supportéepar le protocole SIP.

L’entité Breakout Gateway Control Function (BGCF) est responsable de lasélection de la localisation pour l’interfonctionnement avec le domaine CS. Lerésultat du processus de sélection peut être un interfonctionnement dans lemême réseau que celui contenant le BGCF ou un autre réseau auquel cas leBGCF route le message SIP au BGCF de l’autre réseau.

Si l’interfonctionnement a lieu dans le même réseau, alors l’entité BGCFsélectionne une entité Media Gateway Control Function (MGCF) qui traitera lasession. Les règles de sélection de l’entité BGCF ne sont pas spécifiées. Parailleurs, l’entité BGCF peut rapporter des informations de taxation (MGCF-CDR)et des statistiques.

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182Copyright EFORTSimon ZNATY

BGCF : Breakout Gateway ControlFunction

S-CSCF

MGCF SIP

MEGACO

BGCF

SIP

Réseau IP

RTCInterface RTCInterface RTP / UDP / IP

IPXRéseau IP

SIP

BGCF

ISUP

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183Copyright EFORTSimon ZNATY

Taxation Off-line

Entités IMS

Rf (Diameter)

CCFArchitecture de Réseau et de Service IMS

Système deMédiation(Taxation)

OSS

Operation Support System

Système deFacturation

BSS

Business Support System

CCF : Charge Collection Functionx-CSCF, MGCF, BGCF,AS, MRF

Interface propriétaire

Le point central de l’architecture de taxation off-line IMS est l’entité ChargingCollection Function (CCF). Elle reçoit les informations de taxation des entitésIMS, les traite, puis construit et formate les CDRs (Call Detail Records). LesCDRs sont passés au système de médiation qui les corrèle pour produire unCDR qui est soumis au système de facturation qui se charge de produire lebilling record.

Lorsque l’usager en en roaming, deux CCFs seront alors impliqués.

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184Copyright EFORTSimon ZNATY

Taxation On-line

Taxation au volume,Taxation à la session (durée),Taxation à l ’événement

Interface propriétaire

Architecture de Réseau et de Service IMS

OCS : Online Charging System

AS =IMS-GWF

Ro (Diameter)

AccountBalance

ManagementSystem

RatingSystem

Rc (Diameter) Re (Diameter)

OSS

S-CSCF

AS

Ro (Diameter)Ro

GGSN

Gy (Diameter)OCS

CAP DIAMETERTranslation Agent

Ge (CAP)

SSP

ISC = SIP

La taxation on-line représente la taxation des usagers prépayés. Le S-CSCF,l ’AS et le MRFC sont les entités IMS capable de réaliser la taxation on-line.L’AS et le MRFC utilisent l’interface Ro alors que l ’entité S-CSCF utilisel ’interface ISC pour la communication avec le système de taxation on-line (OCS,Online Charging System).

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185Copyright EFORTSimon ZNATY

Caractéristiques IMS

Connectivité IP

Indépendance par rapport à l’accès

Garantie de QoS pour les services multimédia IP

Exerce un contrôle de politique pour s’assurer de l’usageapproprié des ressources média

Communications sécurisées

Taxation

Support du roaming (itinérance)

Interfonctionnement avec d’autres réseaux (RTC, GSM, Internet)

Contrôle de service

Développement de Service

Connectivité IP : Le client devra disposer de la connectivité IP pour accéder aux services IMS. Même si le protocoleIPv6 n ’est pas requis, à long terme La raison fondamentale qui justifiera l'usage d'Ipv6 est l'insuffisance d'adresse Ipv4pour permettre à chaque mobile (si l’on considère l’application de l’IMS aux réseaux mobiles) de disposer d'uneadresse IP avec un mode "accès permanent". Des solutions comme la traduction d’adresse réseau (NAT, NetworkAddress Translation) ne peuvent être que temporaires. De nouveaux services comme l’accès permanent, letéléchargement systématique, l’auto-configuration, les applications en temps réel (téléphonie), la sécurité, etc.dépasseront bientôt les possibilités de la technologie NAT.Indépendance par rapport à l’accès : L’IMS a été conçu pour être indépendant de l’accès afin que les services IMSpuissent être fournis à partir de n’importe quel type d’accès connecté à un réseau IP (e.g., 3G+, WLAN, xDSL, câble,WiMAX, LTE, etc).Garantie Qos des services multimédia : Sur Internet, le type de QoS fourni est best effort. Cela ne sera pas le casavec l’IMS. Les réseaux d’accès et de transport de l’IMS fournissent la QoS de bout-en-bout. A travers l’IMS, leterminal négocie ses capacités et exprime ses exigences de QoS durant la phase d’établissement de la session avec leprotocole SIP. En parallèle le terminal réserve les ressources nécessaires dans le réseau d’accès en utilisant unprotocole de réseau de ressources (e.g., RSVP, SM/GTP, etc).Contrôle de politique : Le contrôle de politique IP signifie la capacité d’autoriser et de contrôler l’usage du trafic auniveau média dans l’IMS sur la base des paramètres de la signalisation SIP échangée lors de l’établissement de lasession. Cela requiert des interactions entre le réseau d’accès et l’IMS à l’aide du protocole DIAMETER.Communications sécurisées : L’IMS fournit des mécanismes de sécurité similaires à ceux mis en place dans lesréseaux GSM et GPRS. Par exemple, l’IMS s’assure que l’usager a été authentifié avant de pouvoir utiliser sesservices. Tous les flux SIP échangés entre l ’usager et le réseau IMS sont chiffrés avec protection de leur intégrité etempruntent un tunnel IPSec.Taxation : L’IMS fournit différents modèles de taxation : off-line (génération de ticket à la fin de l ’appel) et on-line(décrémentation du crédit de l ’usager en temps réel).Support du roaming : L’usager peut accéder à ses services IMS depuis n’importe quel réseau IMS visité.Inferfonctionnement avec d’autre réseaux : L’IMS ne sera pas déployé partout au même moment. Il est doncnécessaire de prévoir des passerelles entre les réseaux RTC/GSM et le réseau IMS. Ces passerelles de média (mediagateways) sont contrôlées par des softswitchs. L’IMS identifie aussi un signaling gateway permettant de délivrer lasignalisation ISUP du RTC/GSM au softswitch sur SIGTRAN. L ’IMS assure aussi l ’interfonctionnement avec lessolution de voix sur Internet telles que Skype, MSN, etc.Contrôle de service : L’IMS fournit tous les éléments permettant de connaître les services souscrits par l’abonné et deles invoquer pour toute session sortante ou entrante.Développement de service : L’IMS fournit les capacités de service permettant le développement de servicesmultimédia. Parmi les capacités de service déjà considérées figurent la présence, la messagerie, le push to talk, laconférence, le partage de vidéo, etc.

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186Copyright EFORTSimon ZNATY

IP Backbone

Router

IMS-MGW

IMSAS

MGCF

SGW

PSTN

MRF

SIP

SIP

SIP

MEGACO/H.248

ISUP

ISUPRTP

IPX

BGF

S-CSCF

P-CSCF

Diameter

SLF

HSS

BGF

DSLAMIP

Backbone

xDSL

Client BAS

Node B RNC SGSN GGSNIP Network

UE 3G

xDSL

ATM

PDGWLANAccess Network

HESCMClient

CABLEHFC, Hybrid Fiber Coaxial

WLAN

CMTS

eNodeBUE EPS

Serving GW

PDN GWIP Network

MME

RACS1

PCRF2

PCRF4

PCRF5

RACS6

MS

PCRF3

BS ASN-GWWiMAXRACS7

BTS BSCMS CDMA2000

PDSNIP Network IP Network

HA

MSAN

PSTN accessAnalog/ISDN

BGCF

SIP

Client OLTFTTH

RACS0

FiberFiber

CouplerONT

IMS : Une Architecture Indépendante de l’Accès

Chaque réseau d’accès a sa propre méthode d’attachement et de réservation deressources. L’architecture Common IMS qui a pour objectif l’indépendance parrapport à l’accès s’appuie sur les accès spécifiques mais dispose d’une interfacenormalisée pour demander les services de n’importe quel type d’accès.Le diagramme ne montre pas tous les accès possibles. Il n ’est donc pas exhaustif.

AS : Application ServerASN-GW : Access Service Network GatewayATM : Asynchronous Transfer ModeBAS : Broadband Access ServerBGF : Border Gateway FunctionBSC : Base Station ControllerBTS : Base Transceiver StationCDMA : Code Division Multiple AccessCSCF : Call Session Control FunctionCS-MGW : Circuit Switched Media GatewayDSL : Digital Subscriber LineDSLAM: DSL Access MultiplexerEPS : Evolved Packet systemGGSN : Gateway GPRS Support NodeGW : GatewayHA : Home AgentHFC : Hybrid Fiber CoaxialHSS : Home Subscriber ServerIMS : IP Multimedia SubsystemISDN : Integrated Services Digital NetworkLMDS : Local Multipoint Distribution ServiceMME : Mobility Management Entity

MGCF : Media Gateway Control FunctionMRF : Multimedia Resource FunctionMSAN : Multi-Service Access NpdeMS : Mobile StationPCRF : Policy & Charging Rules FunctionPDF : Policy Decision FunctionPDG : Packet Data GatewayPDN : Packet Data NetworkPDSN : Packet Data Serving NetworkRACS : Resource Admission Control SubsystemRNC : Radio Network ControllerSGSN : Serving GPRS Support NodeSGW : Signaling GatewayUE : User EquipmentUMTS : Universal Mobile Telecommunications SystemWLAN : Wireless Local Area Network

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Introduction à SIP SIP (Session Initiation Protocol), IETF RFC 3261 (06/2002).

SIP est un protocole de signalisation utilisé pourl ’établissement, la modification et la libération de sessionsaudio/vidéo/data.

SIP s ’appuie sur le protocole SDP (Session DescriptionProtocol) pour décrire la configuration de la session, RTP pourle transfert de la voix et de la vidéo, RTCP pour le contrôle deséchanges RTP, et MSRP pour l ’échange de données dans lecontexte de session.

SIP réutilise certains aspects des protocoles HTTP (conceptionselon le modèle client/server, adressage par URL, codes deréponse) et SMTP (headers et transfert ascii).

SIP définit une architecture de service avec les entitéssuivantes : Serveur d’Application SIP, Serveur de Media SIP,Serveur de Messagerie SIP. SMTP : Simple Mail Transport Protocol

HTTP : Hyper Text Transport ProtocolSDP : Session Description ProtocolRTP : Real-Time Transport Protocol

SIP est un protocole de signalisation défini par l’IETF (Internet Engineering TaskForce, RFC 3261, Juin 2002) permettant l’établissement, la libération et lamodification de sessions multimédia.

Il hérite de certaines fonctionnalités des protocoles HTTP (Hyper Text TransportProtocol) utilisé pour naviguer sur le WEB, et SMTP (Simple Mail TransportProtocol) utilisé pour transmettre des messages électroniques (E-mails).

SIP s’appuie sur un modèle transactionnel client/serveur comme HTTP.L’adressage utilise le concept d’URL SIP (Uniform Resource Locator) quiressemble à une adresse E-mail. Chaque participant dans un réseau SIP estdonc adressable par une URL SIP. Par ailleurs, les requêtes SIP sont acquittéespar des réponses identifiées par un code numérique. D’ailleurs, la plupart descodes de réponses SIP ont été empruntés au protocole HTTP. Par exemple,lorsque le destinataire n’est pas trouvé, un code de réponse “ 404 Not Found ”est retourné. Une requête SIP est constituée de headers comme une commandeSMTP. Enfin SIP comme SMTP est un protocole textuel.

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188Copyright EFORTSimon ZNATY

Méthodes SIP

6 Méthodes SIP (RFC 3261; Juin 2002): INVITE : Initialiser une session

ACK : Confirme la réponse à un message INVITE

BYE : Termine une session

OPTIONS : Communique les éléments supportés

CANCEL : Annule une requête en cours

REGISTER : Enregistre un client avec un service delocalisation

La méthode INVITE est utilisée afin d’établir une session entre User agents. INVITE correspond aumessage ISUP IAM ou au message Q.931 SETUP et contient les informations sur l’appelant etl’appelé et sur le type de flux qui seront échangés (voix, vidéo, etc.).

Lorsque le User agent ayant émis la méthode SIP INVITE reçoit une réponse finale à l’invitation, ilconfirme la réception de cette réponse par une méthode ACK. Une réponse telle que “ busy ” ou“ answer ” est considérée comme finale alors qu’une réponse telle que “ ringing ” signifiant quel’appelé est alerté, est une réponse provisoire.

La méthode BYE permet la libération d’une session préalablement établie. Elle correspond aumessage RELEASE des protocoles ISUP et Q.931. Un message BYE peut être émis par l’appelant oul’appelé.

La méthode REGISTER est utilisée par un User agent afin d’indiquer au Registrar son adresse IPainsi que son adresse SIP (SIP URL). Ainsi le Registrar connaît la localisation de l’utilisateur. Commedans le cas du Gatekeeper, le User agent peut connaître par avance son Registrar (adresse IP duRegistrar préconfigurée dans le User agent) auquel cas il émet une méthode REGISTER uniquementà ce Registrar. Sinon, le User agent émet le message à tous les Registrars en utilisant l’adressemulticast (224.0.1.175).

La méthode CANCEL est utilisée afin de mettre fin à des requêtes en cours. Si un User agents’enregistre auprès de plusieurs terminaux, un message INVITE envoyé à ce User agent seradupliqué et relayé à l’ensemble de ces terminaux. Lorsque l’utilisateur accepte l’appel sur un desterminaux, une méthode CANCEL est émise vers les autres terminaux afin d’annuler les requêtesINVITE en cours.

La méthode OPTIONS est utilisée afin d’interroger les capacités et l’état d’un User agent ou d’unserveur. La réponse contient ses capacités (e.g., type de média étant supporté) ou le fait que le Useragent soit indisponible.

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189Copyright EFORTSimon ZNATY

Méthodes SIP

INVITE

180 RINGING200 OK

ACK

BYE

OPTIONS

CSCFUAC

UAC

UAC

UAC UAS

UAS

REGISTER

200 OK

UAS

INVITE180 RINGING

200 OKACK

BYE

200 OK 200 OK

200 OK 200 OK

OPTIONS

CSCF

CSCF

CSCF

HSS

CANCELUAC UAS

CANCEL

200 OK 200 OK

CSCF

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190Copyright EFORTSimon ZNATY

Etablissement d ’une session audio

SIP UA 2

1. INVITE

SIP UA 1

2. INVITE

5. 200 OK

8. ACK7. ACK

6. 200 OK

Proxy Serverfrancetelecom.com

sip:[email protected] sip:[email protected]

v = 0 (dans message 1)c = IN IP4 192.23.34.45m = audio 45450 RTP/AVP 0, 4, 15

v = 0 (dans message 5)c = IN IP4 192.190.130.38m = audio 22222 RTP/AVP 0

v=versionc=connectionm=media

3. 180 RINGING4. 180 RINGING

Flux de média RTP

9. BYE 10. BYE

11. 200 OK12. 200 OK

Dans l’exemple suivant, l'appelant a pour URL SIP sip:[email protected], alors quecelle de l'appelé est sip:[email protected].

Un message d'établissement d'appel SIP INVITE est émis par le terminal IMS de l'appelant au ProxyServer. Ce dernier interroge le HSS pour identifier la localisation de l'appelé (adresse IP) et acheminel'appel à la destination. Le message INVITE contient différents headers obligatoires dont l'adresse SIPde l'appelant "From", l'adresse SIP de l'appelé "To", un identifiant d'appel "Call-ID", un numéro deséquence "Cseq".

Par ailleurs, le message SIP contient une syntaxe SDP (Session Description Protocol). Cette structureconsiste en plusieurs lignes qui décrivent les caractéristiques du média que l’appelant “ Mary ” requiertpour l’appel.

Mary Taylor indique qu'il s'agit d'une session téléphonique (m=audio), que la voix paquétisée doit luiêtre délivrée à l'adresse de transport (port UDP = 45450, adresse IP = 192.23.34.45) avec le protocoleRTP et en utilisant un format d'encodage défini dans le RFC AVP (Audio Video Profile) et pouvant êtreG.711 -law (0), G.729 (4) et G.728 (15).

La réponse 180 RINGING est retournée par le destinataire au terminal IMS de l ’appelant.

Lorsque l'appelé accepte la session, la réponse 200 OK est émise par son terminal IMS et acheminéeau terminal IMS de l ’ appelant.

Le terminal IMS de l ’appelant retourne une méthode ACK au destinataire, relayée par l'entité CSCF.

L'entité Proxy Server participe à l'acheminement de la signalisation entre UAs alors que les UAsétablissent directement des canaux RTP pour le transport de la voix ou de la vidéo paquétisée sansimplication du Proxy Server dans ce transport.

Lorsque Mary raccroche, son terminal IMS envoie une requête BYE pour terminer la session. Cetterequête est délivrée au Proxy Server qui l'achemine au terminal IMS de Mark. Ce dernier retourne laréponse 200 OK suivante.

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191Copyright EFORTSimon ZNATY

Etablissement d ’une sessionaudio/vidéo

SIP UA 2

1. INVITE

SIP UA 1

2. INVITE

5. 200 OK

8. ACK7. ACK

6. 200 OK

Proxy Serverfrancetelecom.com

sip:[email protected] sip:[email protected]

v = 0 (dans message 1)c = IN IP4 192.23.34.45m = audio 45450 RTP/AVP 0, 4, 15m = video 45452 RTP/AVP 31

v = 0 (dans message 5)c = IN IP4 192.190.130.38m = audio 22222 RTP/AVP 0m = video 22224 RTP/AVP 31

v=versionc=connectionm=media

3. 180 RINGING4. 180 RINGING

Flux de média RTP

9. BYE 10. BYE

11. 200 OK12. 200 OK

Mary Taylor indique qu'il s'agit d'une session visiophonie (deux lignes m=audio et m= video sontprésentes),

La voix paquétisée doit lui être délivrée à l'adresse de transport (port UDP = 45450, adresse IP =192.23.34.45) avec le protocole RTP et en utilisant un format d'encodage défini dans le RFC AVP(Audio Video Profile) et pouvant être G.711 -law (0), G.729 (4) et G.728 (15).

La vidéo (visio) paquétisée doit lui être délivrée à l'adresse de transport (port UDP = 45452, adresseIP = 192.23.34.45) avec le protocole RTP et en utilisant un format d'encodage défini dans le RFC AVP(Audio Video Profile) et pouvant être H.261.

Le terminal de Mary Taylor se chargera de réaliser l ’opération de mixage des flux audio et vidéo.

La réponse 180 RINGING est retournée par le destinataire au terminal IMS de l ’appelant.

Lorsque l'appelé accepte la session, la réponse 200 OK est émise par son terminal IMS et acheminéeau terminal IMS de l ’ appelant.

Le terminal IMS de l ’appelant retourne une méthode ACK au destinataire, relayée par l'entité CSCF.

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192Copyright EFORTSimon ZNATY

Etablissement d’une session dedonnées

SIP UA 2SIP UA 1

2. INVITE

3. 200 OK sdp2

6. ACK5. ACK

4. 200 OK

SIP Proxy Serverfrancetelecom.com

sip:mary.taylor@francetelecomcom sip:[email protected]

v = 0 (in message 1)c = IN IP4 192.23.34.45m = message 7300 tcp/msrp *a = accept-types: text/plain text/htmla = path:msrp://192.23.34.45:7300/mary_taylor;tcp

Echange de messages MSRP

1. INVITE sdp1

v = 0 (in message 3)c = IN IP4 192.190.130.38m = message 8400 tcp/msrp *a = accept-types: text/plaina = path:msrp://192.190.130.38:8400/mark_rich;tcp

Etablissement d ’une connexion TCP

In order to describe an MSRP session using SDP, two new mandatory media levelattributes are defined:

• path : This attribute always accompanies an MSRP media line. It indicates theMSRP URI of the user agent that sent this session description. An MSRP URIrepresents the end user address where he or she expects to receive incoming instantmessages. An MSRP URI has the form: msrp://host:port/session_id;transport

• accept-types : This is also a mandatory attribute that accompanies an m-line. Itindicates the media types that are acceptable to the endpoint. It may indicate wrappertypes (e.g., message/cpim) or simple types (e.g., text/plain).

In addition to these new attributes, the connection and media line in an SDP messagedescribing an MSRP session have the following requirements:

• c-line : The address in this line must coincide with the IP address indicated in thepath attribute.

• m-line

• The protocol parameter is “ tcp/msrp. ”

• The media field must be “ message. ” In order to further qualify the mediatype, the accept-types attribute is used.

• The port parameter must match the port value used in the MSRP URI in thepath attribute.

An endpoint may indicate the maximum size message it wishes to receive using themax-size a-line attribute.

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193Copyright EFORTSimon ZNATY

4.3. Enregistrement etEtablissement de Session IMS

194

194Copyright EFORTSimon ZNATY

Types de CSCF

RéseauVisité 1

RéseauNominal 1

Accèslarge

bandeRéseau IP IPX

Réseau IP

SP

SP

SSP

VLR

HSS

SP

P-CSCF

I-CSCF

S-CSCF

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195Copyright EFORTSimon ZNATY

Information de localisation

RéseauVisité 1

RéseauNominal 1

BroadbandAccess

Réseau IP IPX

Réseau IP

HSS

P-CSCF

S-CSCF

Public URIs Adresse IP terminal

Public URIs Adresse IP P-CSCF

Public URIs Adresse IP S-CSCF

Lorsque l’usager s’enregistre, il inclut dans la requête SIP REGISTER son adressepublique (adresse SIP, e.g., sip :[email protected]) et son adresse privée([email protected]); son terminal rajoute son adresse IP.

Lorsque le P-CSCF reçoit la requête REGISTER, il y rajoute son adresse IP et relaye larequête REGISTER au réseau nominal à travers un point d’entrée appelé le I-CSCF.

Le I-CSCF après avoir interroger le HSS identifie un S-CSCF capable de prendre encharge l’usager, et route la requête SIP REGISTER à ce S-CSCF.

Le S-CSCF stocke dans sa base de données la correspondance entre l’adresse publiquede l’usager (adresse SIP), l’adresse IP du terminal de l’usager et l’adresse IP du P-CSCFqui prend.en charge l’usager.

Le S-CSCF interagit avec le HSS afin d’obtenir le profil de l’usager et afin de mettre à jourdans le HSS l’adresse IP du S-CSCF qui prend en charge l’usager.

Le HSS associe dans le profil de l’usager l’adresse public SIP de l’usager et l’adresse IPde son S-CSCF.

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196Copyright EFORTSimon ZNATY

Types de CSCF

L ’entité CSCF a trois rôles possibles : P-CSCF (Proxy CSCF),

I-CSCF (Interrogating CSCF)

S-CSCF (Serving-CSCF).

Le Proxy-CSCF (P-CSCF) est le premier point de contactdans le domaine IMS.

L'Interrogating-CSCF (I-CSCF) est le point de contact ausein d'un réseau d'opérateur pour toutes les sessionsdestinées à un utilisateur de cet opérateur.

Le Serving-CSCF (S-CSCF) prend en charge le contrôle dela session. Il maintient un état de session afin de pouvoirinvoquer des services.

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197Copyright EFORTSimon ZNATY

Enregistrement IMS Avant de pouvoir utiliser les services du domaine IM, tels

qu'établir une session multimédia ou recevoir une demande desession, un usager doit s'enregistrer à l ’IMS. Que l'usager soitdans son réseau nominal ou dans un réseau visité, cetteprocédure fait intervenir un P-CSCF.

Grâce à l'enregistrement SIP : Le HSS est notifié de la localisation courante de l'UE par rapport

au domaine IMS et met à jour le profil de l'usager correspondant,

L'usager est authentifié avant de pouvoir accéder aux services dudomaine IM,

Le domaine IMS nominal de l'usager sélectionne un S-CSCFapproprié qui invoquera les services de l'UE auprès de serveursd'application, et ce, grâce au profil de l'usager retourné par le HSSau S-CSCF sélectionné (i.e., ASSI). Le S-CSCF peut être assimiléà l'entité SSP de l'architecture du Réseau Intelligent.

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198Copyright EFORTSimon ZNATY

Serviceprofile-1

Serviceprofile-4

Serviceprofile-3

Public user identity-6tel : +336 72 22 44 56

Public user identity-7sip:[email protected]

Public user identity-5sip : [email protected]

Serviceprofile-2

Public user identity-4tel : +336 72 22 44 57

Public user identity-3sip : [email protected]

Identifications : Exemple 1

Souscription IMS

Private useridentity-1

Private User Identity, e.g., [email protected] (si ISIM présent) [email protected]

Public user identity-2tel : +336 72 22 55 55

Public user identity-1sip:[email protected]

Les requêtes et réponses SIP contiennent des adresses émission et destination SIP. Ces adresses SIP sontdes URLs SIP (Uniform Resource Locator) et ont une forme similaire à une adresse e-mail c’est à direuser@host. Toutefois, une adresse e-mail utilise une URL mailto (mailto :[email protected]) alors qu’uneadresse SIP a la forme d’une URL SIP (sip :[email protected]). La partie user est identifiée soit par un nom, soit par un numéro de téléphone. La partie host est représentée soit un par nom de domaine, soit par une adresse de réseau.L’utilisation des numéros de téléphone est aussi considérée, notamment pour la réutilisation du plan denumérotage du réseau téléphonique commuté (RTC) et pour l’interfonctionnement entre SIP et RTC. Lorsqu ’unappelant du RTC ou du réseau GSM veut appeler un destinataire sur le réseau SIP/IMS, il n ’a pas d ’autresolution que de composer un numéro de téléphone. Ce numéro qui appartient au plan de numérotage deSIP/IMS sera traduit par ENUM/DNS en adresse SIP. ENUM contient pour tout numero de telephone d ’unclient SIP une adresse téléphonique associée à une adresse SIP. Il ne peut pas y avoir d ’adresse téléphoniqueassignée (tel:) sans adresse SIP associée.Donc dans le monde SIP, l ’usager SIP/IMS devra disposer d ’une adresse SIP et d ’une adresse téléphonique(e.g., tel:+33672333333). Ses appels lui seront acheminés exclusivement avec son adresse SIP (e.g., sip:[email protected]).Lorsque l ’usager SIP souhaitera appeler un client du RTC, il composera « tel: » pour indiquer l ’adresse dudestinataire dans le header « To » de la méthode INVITE du protocole SIP.John Cook veut appartenir à différentes communautés : Communauté par défaut, communauté famille,communauté professionnelle et communauté jeux.Pour chaque communauté à l’exception de la communauté jeux, il peut recevoir des sessions d’appelantsSIP/IMS, RTC ou GSM. Un appelant rattaché à un réseau RTC ou GSM ne peut que composer un numéro detéléphone pour appeler John Cook. Un appelant relié au réseau SIP/IMS a le choix entre composer uneadresse SIP (sip:) ou une adresse téléphonique (tel:). C’est la raison pour laquelle John Cook dispose de deuxadresses publiques pour les communautés famille, professionnelle, et défaut.Un profil de service est associé à chaque communauté et consiste en les adresses publiques de lacommunauté et en un ensemble de marques de services.Les sessions de jeux pourront être considérées comme une session de messagerie SIP. Les commandes dejeux seront transportées dans des messages MSRP.Afin qu’un utilisateur Skype puisse appeler John Cook, le fournisseur de service IMS orange.fr doit configurerSkype ou equivalent tel que MSN, GoogleTalk, Messenger comme une identité de service publique. Il existedonc les PUI (Public User Identities) telles que sip: et tel: et les PSI (Public Service Identities telles que cellesde Skype. John Cook sera visible par le domaine Skype comme étant identifié par [email protected].

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199Copyright EFORTSimon ZNATY

Ids IMS : Private Id (1) La référence à une souscription IMS est définie par un compte

usager. La souscription IMS peut être utilisée depuis n ’importe queléquipement appelé UE, pour des communications fixes ou mobiles.

Un usager doit avoir au moins une identité privée et au moins uneidentité publique.

L ’identité privée IMS (IMSI Private User Identity, IMPI) est unedonnée usager permanente dans le HSS. Le format de l ’IMPI est detype username@realm de Network Address Identifier (NAI) tel quespécifié dans le RFC IETF 4282.

L ’IMSI peut être inclus dans la partie username si souhaité parl ’opérateur; le format de la partie realm est :ims.mnc[MNC].mcc[MCC].3gppnetwork.org

Si l ’IMSI suivant est utilisé, 208019999999999, alors IMPI [email protected]

autre IMPI possible: [email protected]

La Private User Identity n ’est pas une URI SIP.

L’identité privée d’usager IMS (IMS Private User Identity, IMPI) est une identité globaleunique définie par le réseau nominal qui peut être utilisée dans le réseau nominal afind’identifier de manière unique une souscription. Cette identité est principalement utiliséeafin d’authentifier l’usager. Elle sert aussi aux procédures administratives et auxprocédures de taxation. L’architecture IMS impose les caractéristiques suivantes pourl’identité privée IMS :

• L’IMPI a un format Network Access Identifier (NAI).

• L’IMPI sera contenu dans dans les demandes d’enregistrement passées de l’UE auréseau nominal.

• L’IMPI sera authentifiée uniquement lors de l’enregistrement de l’usager.

• L’IMPI ne sera pas utilisée pour le routage des messages SIP.

• L’IMPI sera alloué à l’usager de manière permanente. Elle sera valide pour la durée desouscription dans le réseau nominal.

• Il ne sera pas possible pour l’UE modifier l’IMPI.

• Le HSS devra stocker l’IMPI..

• L’IMPI pourra être présent dans les tickets de taxation en fonction de la politiqueopérateur.

200

200Copyright EFORTSimon ZNATY

Ids IMS : Public Id (2) L’identité publique d’usager (IMS Public User Identity, IMPU)

est un nom de contact publié ou un numéro avec lequeladresser l’usager.

Plusieurs IMPUs peuvent exister par souscription IMS — parexemple, un numéro de téléphone et une adresse URI.L’opérateur de réseau IMS nominal assigne les identités IMPU.

Ces IDs sont des données permanentes de l’usager stockéesdans le HSS.

Des IMPUs peuvent être partagés par différents IMPIs avec lamême souscription IMS. Une identité IMPU donnée peut êtreenregistrée simultanément sur différents UEs qui utilisent desIMPIs différents.

Un service externe est identifié par une identité de servicepublique IMS (IMS Public Service Identity, PSI). Ces IDs sontdes données permanentes de l’usager stockées dans le HSS.

Les identités d”usager dans les réseaux IMS sont appelées IMPU (IMS public user identities). Ellessont utilisées pour la demande de communication avec d’autres usagers. Les identités publiquespeuvent être publiées (e.g., dans des annuaires, sur des sites WEB, sur des cartes de visites).

Les usagers IMS peuvent initier et recevoir des sessions à partir de différents réseaux, tels queréseaux GSM et IP. Pour être joignable depuis le réseau circuit, l’adresse publique doit êtreconforme au plan de numérotage téléphonique (e.g., +33612131415).

De la même façon, pour des demandes d’appel avec des clients IP, l’adresse publique doit êtreconforme au nommage Internet (e.g., [email protected]).

L’architecture IMS impose les caractéristiques suivantes pour une adresse public d’usager (IMPU)[3GPP TS 23.228, TS 23.003] :

• Le format de l’IMPU est soit une SIP Uniform Resource Identifier (URI) ou une telephone UniformResource Locator (tel URL).

• Il ne sera pas possible pour un UE donné de modifier l ’IMPU.

• Une IMPU sera enregistrée avant que cette identité puisse être utilisée pour établir ou recevoirdes sessions IMS.

• Il sera possible d’enregistrer plusieurs IMPUs à travers une seule requête de l’UE.

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201Copyright EFORTSimon ZNATY

Enregistrement de l ’usager sansISIM mais avec USIM (1)

Une adresse privée temporaire et une adresse publiquetemporaire ont le format : username@realm.

L ’IMSI doit être inclus dans la partie username; le format de lapartie realm est : ims.mnc[MNC].mcc[MCC].3gppnetwork.org

Ex : IMSI = 208019999999999, où MCC = 208, MNC = 01, et MSIN= 9999999999.

L ’identité privée est alors : [email protected]

L ’identité publique temporaire est identique à une adresse privéetemporaire mais préfixée par « sip: » car il s ’agit d ’une URI SIP.

Dans notre exemple sa valeur est :sip : [email protected]

Si le terminal de l ’usager possède une carte USIM mais sans module ISIM par exemple parce que la cartea été acquise par l ’usager avant que les services IMS sont proposés par l ’opérateur, l ’usager peuttoutefois s ’enregistrer à l ’IMS mais certains problèmes se présent alors.

Premier problème : le terminal IMS n ’est pas en mesure de dériver l ’identité privée de l ’usager (IMS PriviteUser Identity, IMPI), l ’identité publique de l ’usager (IMS Public User Identity, IMPU) et le nom de domainedu réseau nominal afin d ’adresser la requête SIP, car tous ces paramètres sont stockés dans l ’ISIM et nonpas dans l ’USIM. Toutefois, un terminal IMS peut accéder à l ’USIM. L ’IMSI présent dans l ’USIMassignépar l ’opérateur nominal identifie de manière unique l ’usager mobile et inclut l ’identité du pays et de sonopérateur dans ce pays.

Lorsqu ’un terminal IMS contient une USIM sans ISIM, le terminal extrait l ’IMSI afin de créer une identitéprivée temporaire, une identité publique temporaire et le nom de domaine du réseau nominal et ainsigénérer une requête REGISTER qui sera routée au réseau nominal.

Ces trois paramètres sont uniquement utilisés pour les procédures d ’enregistrement, de désenregistrementet de ré-enregistrement.

Lorsque l ’usager est enregistré, le S-CSCF renvoie l ’ensemble des identités publiques allouées àl ’usager. Le terminal IMS utilise uniquement ces identités pour tout message SIP autre que REGISTER.Les identités temporaires ne sont donc jamais utilisés en dehors du réseau nominal.

L ’identité privée temporaire et l ’identité publique temporaire ont un format explicité ci-dessus.

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202Copyright EFORTSimon ZNATY

Enregistrement de l ’usager sansISIM mais avec USIM (2)

Lorsqu ’un terminal IMS disposant d ’une USIM sans ISIM doitconstruire le nom de domaine de son réseau nominal qui est inclusdans le Request-URI de la requête SIP REGISTER, le terminalsupprime la partie « user » de l ’identité publique temporaire. L ’URIdu nom de domaine du réseau nominal est : sip: ims.mnc001.mcc208.3gppnetwork.org

Dans ce cas particulier, lorsque l ’usager s ’enregistre,l ’authentification sera basée sur l ’AKA 3G et non pas l ’AKA IMS.

Si le second REGISTER de l ’usager fournit un résultatd ’authentification XRES correct (issu de l ’AKA 3G), alors le S-CSCFrecontacte le HSS pour obtenir le profil de l ’usager. Une partie de ceprofil contient les identités publiques de l ’usager.

Le S-CSCF retourne ces identités publiques dans le headerP-Associated-URI de la réponse 200 OK.

Une fois la procédure d ’enregistrement finalisée, le terminal IMSdispose d ’un ensemble d ’identités publiques d ’usager pour parexemple établir des sessions IMS.

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203Copyright EFORTSimon ZNATY

Enregistrement de l’UE à l’IMSRéseau Visité Réseau Nominal

Joue le rôlede registrar

Jouent le rôle de Proxy Server

SIPDIAMETER

P-CSCF HSSI-CSCFUE

5. Register

19. 200 OK20. 200 OK21. 200 OK

S-CSCF

3. UAR

4. UAA

1. Register 2. Register

18. Service Control

8. 401 Unauthorized9. 401 Unauthorized10. 401 Unauthorized

11. Register 12. Register

15. Register

6. MAR7. MAA

16. SAR17. SAA

13. UAR14. UAA

1.Un message SIP REGISTER est émis par l'UE au P-CSCF.

2.Le P-CSCF le relaye à l'entité I-CSCF du réseau nominal de l'usager s'enregistrant. Le réseau nominal peut être identifié à partir del'URL SIP de l'usager s'enregistrant ou à partir de son IMSI. Le nom de domaine de l'adresse SIP de l'UE s'enregistrant peut être résolupar le DNS en une adresse IP d'une entité I-CSCF du domaine IMS nominal. L'entité I-CSCF joue le rôle de point d'entrée pour lesmessages de signalisation SIP provenant d'autres réseaux.

3.L'entité I-CSCF interroge le HSS (Home Subscriber Server) à travers l'interface Cx supportée par le protocole DIAMETER (RequêteUAR : User Authorization Request). Le HSS est le HLR avec de nouvelles capacités pour supporter le domaine IMS. Le HSS estindépendant de l'accès de telle sorte que des opérateurs peuvent réutiliser le domaine IMS pour d'autres technologies d'accès telles quexDSL (Digital Subscriber Line), le câble ou la boucle locale radio. Le message UAR émis et contient le nom du domaine nominal, le nomdu domaine visité et l'identité de l'UE.

4.Le HSS retourne les informations d ’autorisation de l'usager et les capacités du S-CSCF à sélectionner par le HSS (Réponse UAR :User Authorization Response). ces informations serviront d'entrées à sa fonction de sélection d'un S-CSCF.

5. L ’I-CSCF vérifie si l ’usager est autorisé à s'enregistrer à partir du réseau visité et dans le cas postif, L'I-CSCF relaye la méthode SIPREGISTER au S-CSCF approprié. L'entité S-CSCF a plus de fonctionnalités que les P-CSCF et I-CSCF. L'opérateur peut disposer deplusieurs S-CSCFs avec des capacité différentes et sélectionner celui approprié pour rendre le service demandé.

6. L ’entité S-CSCF demande des informations d ’authentification de l ’usager au HSS (MAR : Multimedia authentication request)

7. Le HSS retourne les informations d’authentification par une réponse MAA (Multimedia authentication answer) au S-CSCF.

8.9. 10. L’entité S-CSCF retourne à l”usager une réponse négative d’enregistrmeent contenant une valeur random à utiliser par sa carteSIM pour calculer un résultat d’authentification.

11. L ’usager renvoie une demande d ’enregistrement au P-CSCF.

12. Le P-CSCF route le message REGISTER à un S-CSCF du domaine nominal de l ’usager.

13. et 14. Idem 3 et 4.

15. Le message REGISTER est routé de l ’I-CSCF au S-CSCF.

16. L'entité S-CSCF après avoir vérifié les informations d ’authentification de l ’usager, émet une requête SAR (Server AssignmentRequest) au HSS afin que ce dernier mette à jour le profil de l'usager avec le nom du S-SCSF qui le sert.

17.Le HSS retourne une réponse SAA (Server Assignment Response à l'entité S-CSCF, contenant le profil de l'usager. Ce profilconsiste en les informations de souscription par l'usager à des services, appelées ASSI (Application Server Subscription Information). LeS-CSCF doit par ailleurs stocker le nom / l'adresse du P-CSCF courant de l'usager afin de lui délivrer directement des demandesd'établissement de session entrantes concernant cet usager.

18. Le S-CSCF invoque des services éventuels tels que le service de Présence.

19., 20. et 21. Une réponse 200 OK est retournée par le S-CSCF à l'entité I-CSCF qui le relaye au P-CSCF qui le délivre à UE.

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204Copyright EFORTSimon ZNATY

Adresses retournées par le S-CSCF

P-Associated-URI de John Cook : <sip: [email protected]>,

<sip : [email protected]; user=phone>,<sip:[email protected]>,

<sip : [email protected]; user=phone>,<sip:[email protected]>,

<sip : [email protected]; user=phone><sip:[email protected]>

Seule la première adresse de la liste présente dans leheader P-Associated-URI est considérée commeenregistrée. Elle peut donc être utilisée afin par exempled ’établir un appel.

Lorsque l ’usager s ’est authentifié avec succès et a été enregistré, le S-CSCFlui retourne une réponse 200 OK pour la requête REGISTER, contenant leheader P-Associated- URI. La valeur de ce header est la liste des adressespubliques qui sont associées à l ’usager mais qui ne sont pas forcémentenregistrées. Seule la première URI présente dans la liste (dans l ’exemple ci-dessus, il s ’agit de sip:[email protected]) est toujours une identité publiquevalide et enregistrée qui peut être utilisée par l ’usager pour par exemple établirdes appels.

Comme le header P-Associated-URI ne peut transporter que des SIP URIs, ilinclut les TEL URI associés à John Cook dans un format de SIP URI, parexemple si tel : +33672225555, alors l ’URI SIP correspondante est :

sip : [email protected]; user=phone

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205Copyright EFORTSimon ZNATY

Etat d ’enregistrement

John Cook envoie alors une requête SIP SUBSCRIBE au S-CSCFavec le header « Event » positionné à la valeur « reg »

Il obtient via une requête SIP NOTIFY retournée par le S-CSCFl ’état de chacune de ses identités publiques :

<registration aor = « sip : [email protected] », state="active">, <registration aor = « tel: +33672225555 », state="active">,<registration aor = « sip : [email protected] », state="active"><registration aor = « tel: +33672224457 », state="active"><registration aor = « sip : [email protected] », state="active"><registration aor = « tel: +33672224457 », state="active"><registration aor = « sip : [email protected]», state= "terminated">

John Cook émet alors une requête SIP SUBSCRIBE au S-CSCF contenantunheader « Event = reg ». Le S-CSCF retourne une requête SIP NOTIFY auterminal IMS, contenant l ’état de chacune de ses identités publiques.

Etat « active » signifie que l ’adresse est enregistrée.

Etat « terminated » signifie que l ’adresse est désenregistrée

Etat « init » signifie que l ’adresse est en cours d ’enregistrement, par exempleREGISTER a été reçu mais l ’usager n ’a pas encore été authentifié.

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206Copyright EFORTSimon ZNATY

Annulation d’enregistrement de l’UE

P-CSCF HSSI-CSCFUE

5. Register

9. 200 OK10. 200 OK

11. 200 OK

7. SAR

8. SAA

S-CSCF

3. UAR

4. UAA

1. Register2. Register

Réseau Visité Réseau Nominal

6. Service Control

SIPDIAMETER

The deregistration from IMS may be mobile initiated or network initiated. Thenetwork-initiated deregistration may also be initiated by registration timeout or bya network administrative function such as HSS or S-CSCF.

The above figure depicts the signaling flows of a mobile-initiatedderegistration.The process is similar to the registration procedure, except that theexpiration time is zero in the SIP REGISTER in Flows 1 ,2 ,and 5. When amobile user wishes to deregister, it simply sends a new SIP REGISTER request.

Because the user has registered already, the HSS indicates which S-CSCFshould be contacted by Flow 4 in response to the query from the I-CSCF (Flow 3). Because the expiration time is zero, the S-CSCF will perform necessaryservice control functions to deregister and remove all subscription informationregarding this user as indicated in Flow 6. The S-CSCF then sends its own nametogether with the mobile’s identities to the HSS in a SAR message (ServerAssignment Request) as illustrated in Flow 7.

Based on the operator ’s choice, the SAR may either ask the HSS to clear orkeep the S-CSCF name for the specific user. In either case, the HSS indicatesthat the user is unregistered. Once the S-CSCF receives the SAA answer(Server Assignment Answer), it clears all registration information of the user andtriggers a 200 OK message to the I-CSCF.

Similarly, the P-CSCF releases all registration information regarding the userupon receiving the 200 OK from the I-CSCF.

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207Copyright EFORTSimon ZNATY

Flux de signalisation de bout en boutpour le contrôle de la session (1)

La signalisation échangée de bout en bout pour l’établissementde la session peut être divisée en trois sous-flux :

Flux mobile origine Flux mobile destination Flux de signalisation S-CSCF à I-CSCF à S-CSCF

P-CSCFP-CSCFRéseau visitéMobile Origine P-CSCFP-CSCFRéseau Visité

Mobile Destination

1. Flux mobile origine

1. Flux mobile origine

2. Flux S-CSCF à I-CSCF

3. Flux mobile destination

3. Flux mobile destination

Réseau NominalMobile Origine

Réseau NominalMobile Destination

I-CSCFI-CSCF S-CSCFS-CSCFI-CSCFI-CSCF S-CSCFS-CSCF

L'établissement d'une session entre deux UEs IMS nécessite les étapes suivantes :• L'UE appelant initie la procédure d'établissement de session par un message SIP INVITE. Ce messagecontient une description SDP. Cette dernière consiste en un ensemble d'attributs du média que l'appelantrequiert pour la session. Le message INVITE est émis par l'UE à l'entité P-CSCF qui le relaie au I-CSCFqui le délivre au S-CSCF. I-CSCF et S-CSCF font toujours partie du réseau nominal de l ’appelant alorsque le P-CSCF se trouve dans le réseau visité par l ’appelant. Si l ’appelant est dans son réseau nominal,alors le P-CSCF fait partie du réseau nominal. Le S-CSCF invoque éventuellement des services souscritspar l'appelant (e.g., prepaid, filtrage d ’appel au départ, etc.) et achemine le message INVITE à ladestination. Afin de pouvoir acheminer ce message, le S-CSCF de l ’appelant interroge le DNS, identifiele réseau nominal de l ’appelé et route le message INVITE à un des I-CSCF du réseau nominal del ’appelé. L ’I-CSCF interroge le HSS de l ’appelé, identifie ainsi le S-CSCF assigné à l ’appelé, et route àce S-CSCF la méthode INVITE. Le S-CSCF après avoir invoqué les services souscrits par l ’appelé, peutacheminer la requête INVITE au P-CSCF de l ’appelé. L ’adresse de ce P-CSCF est apprise par le S-CSCF au moment de l ’enregistrement de l ’appelé au réseau IMS. Le P-CSCF se charge alors dedélivrer la requête INVITe à l ’appelé.• Les deux participants à la session négocient les caractéristiques du média (nombre de flux média,codec, etc.) pour la session.• Le réseau réserve les ressources nécessaires à la session après que les caractéristiques du médiaaient été négociées.• Si l'étape de réservation de ressource est réussie, l'UE appelé retourne une réponse SIP 200 OK àl'appelant qui l'acquitte par une méthode SIP ACK.5. Les flux de média peuvent alors être échangés entre les UEs. Les flux média par contre n ’impliquentpas les réseau nominaux de l ’appelant et de l ’appelé. Les réseaux nominaux sont invoqués uniquementsur le plan de contrôle et ont pour but l ’invocation des services de l ’appelant et de l ’appel.

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208Copyright EFORTSimon ZNATY

Flux de signalisation de bout en boutpour le contrôle de la session (2)

P-CSCFP-CSCF P-CSCFP-CSCF

I-CSCFI-CSCF S-CSCFS-CSCFS-CSCFS-CSCF

Réseau VisitéMobile Destination

Réseau NominalMobile Origine

Réseau NominalMobile Destination

1. Flux mobile origine

2. Flux S-CSCF à I-CSCF

3. Flux mobile destination

1. Flux mobile origine 3. Flux mobile destination

Il est aussi possible de considérer que le P-CSCF de l’appelant puissedirectement contacter le S-CSCF de l’appelant sans avoir à passer par un I-CSCF du réseau nominal de l’appelant. Cela se produit lorsque àl’enregistrement, le P-CSCF apprend l’adresse du S-CSCF. Il suffit que le S-CSCF rajoute son adresse IP dans la réponse 200 OK retourne à l’usager pourlui confirmer son enregistrement. Le P-CSCF sur le chemin de cette réponse 200OK copie alors l’adresse IP du S-CSCF présente dans cette réponse.

Le header de la réponse 200 OK qui contient l’adresse du S-CSCF s’appelle le“service-route”.

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209Copyright EFORTSimon ZNATY

Architecture de Roaming IMS

BroadbandAccess IP

IPX

IP

BroadbandAccess

IP

IP

P-CSCF

I-CSCF

S-CSCF

HN1 HN2

VN1 VN2

1

2

4

68

9

10

VN : Visited NetworkHN : Home Network

SIP (1, 2, 4, 6, 8, 9, 10)DIAMETER (3, 7)DNS (5)

37

HSS

I-CSCF

S-CSCF

P-CSCF

HSS

DNS5

1. SIP INVITE (Appelant P-CSCF)

2. SIP INVITE (P-CSCF I-CSCF)

3. DIAMETER LIR (I-CSCF HSS)

4. SIP INVITE (I-CSCF S-CSCF)

5. DNS Query (S-CSCF DNS Server)

6. SIP INVITE (S-CSCF I-CSCF)

7. DIAMETER LIR (I-CSCF HSS)

8. SIP INVITE (I-CSCF S-CSCF)

9. SIP INVITE (S-CSCF P-CSCF)

10. SIP INVITE (S-CSCF Appelé)

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210Copyright EFORTSimon ZNATY

Etablissement de session IMS avecQoS SIP UA 1 SIP UA 2

1. INVITE (SDP1)

2. 183 Session Progress (SDP2)

3. PRACK4. 200 OK (PRACK)

7. 180 Ringing

10. 200 OK (INVITE)

11. ACK

5. UPDATE (SDP3)

6. 200 OK (UPDATE) (SDP4)

Flux média RTP

8. PRACK

9. 200 OK (PRACK)

Réservationde Ressource

Alerte et Réponse

Réservation deressource

Contrôle de Service

Réservationde Ressource

Considérons l’exemple suivant pour illustrer l’établissement d ’un appel entre deux usagers IMS avecQoS :

UA1 émet un méthode INVITE (1) contenant une description SDP1 pour établir une session avec UA2.Cette description SDP indique des préconditions de QoS pour la session (e.g., session téléphonique).UA1 ne souhaite pas que UA2 soit alerté tant que les ressources n'ont pas été réservées dans les deuxsens (sendrecv). UA2 accepte de réserver des ressources pour cette session avant d'alerter l'appelé. UA2prend en charge la réservation des ressources dans le sens UA2UA1 ; par ailleurs il est nécessaire queUA1 réserve des ressources dans le sens UA1UA2. Afin de le lui indiquer, UA2 retourne une réponseprovisoire 183 Session Progress (2) à UA1 lui demandant de commencer la réservation des ressources etde confirmer à UA2 dès que la session est prête dans le sens UA1UA2. Cette réponse provisoirecontient aussi une description SDP2. A La réception du 183 Session Progress, UA1 émet une méthodePRACK (3) acquittée par 200 OK (4).

UA1 et UA2 commencent la réservation de ressources (dans le cas de UE IMS, en créant des contextesPDP avec la QoS requise pour la session; cette création implique les entités UE, SGSN et GGSN). Mêmesi UA2 a reçu une confirmation du réseau qui indique la réservation des ressources, l'appelé n'est pasalerté tant qu'une confirmation n'est pas envoyée par UA1. Lorsque UA1 a finalisé sa procédure deréservation, il émet un message UPDATE (5) à UA2 contenant une description SDP3 qui indique cetteréservation dans le sens UA1UA2. UA2 retourne une réponse 200 OK (6) de confirmation de laméthode UPDATE, indiquant que toutes les préconditions de Qos pour la session ont été remplies et quela QoS a bien été réservée dans les deux sens (La réponse 200 OK contient la description SDP4). A cetinstant, UA2 alerte l'appelé. Une réponse provisoire 180 Ringing (7) est émise par l'UA2 à l'UA1. L'appelédécroche. UA2 retourne une réponse 200 OK (10) (réponse à la méthode INVITE) sans description SDP.UA1 émet une méthode ACK (11) afin de finaliser l’établissement d’appel. L'échange de média peut doncavoir lieu entre les deux participants à la session.

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211Copyright EFORTSimon ZNATY

Négociation de QoS avec lesparamètres SDP

SDP1m=audio 49234 RTP/AVP 97c=IN IP6 3456::1:2:3:4a=curr:qos local nonea=curr:qos remote nonea=des:qos mandatory local sendrecva=des:qos mandatory remote sendrecv

SDP2m=audio 41212 RTP/AVP 97c=IN IP6 6789::5:6:7:8a=curr:qos local nonea=curr:qos remote nonea=des:qos mandatory local sendrecva=des:qos mandatory remote sendrecv

SDP3m=audio 49234 RTP/AVP 97c=IN IP6 3456::1:2:3:4 a=curr:qos local sendrecva=curr:qos remote nonea=des:qos mandatory local sendrecva=des:qos mandatory remote sendrecv

SDP4m=audio 41212 RTP/AVP 97c=IN IP6 6789::5:6:7:8a=curr:qos local sendrecva=curr:qos remote sendrecva=des:qos mandatory local sendrecva=des:qos mandatory remote sendrecv

Pour chaque description SDP, deux paramètres sont spécifiés :

a= curr:qos « état courant de la QoS »

a=des:qos « état désiré de la QoS indicant les exigences de QoS des parties dansl ’appel »

Le besoin de QoS est exprimé à traves tois paramètres : mode, strength et type.

Mode : peut valoir send, receive, sendrecv ou none. Il exprime le sens du flux media pourla QoS. Si la valeur est none, cela signifie, qu ’aucune QoS n ’a été établie pour le flux.

Type : Le type peut être local, remote ou e2e (end-to-end). Ce paramètre se réfère auréseau dans lequel la QoS est requise. Pour chaque UA, local signifie le réseau local del ’UA et remote signifie le réseau d ’accès de l ’entité paire. e2e est utilisé si la QoS peutêtre éablie par un des UAs sur l ’ensemble du lien.

Strength : Indique à quel point l ’établissement de la QoS est critique pour la progressionde l ’appel. Les valeurs possibles sont : non, optional et mandatory. Pour l ’établissementde l ’appel, toutes les demandes avec mandatory doivent être satisfaites. Si optional,alors l appel peut aboutir même si la QoS ne peut être fournie

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Etablissement de Session IMS (R8) (1)

INVITE (P-Charging-Vector, SDP1) INVITE (P-Charging-Vector, SDP1)

183 Session Progress183 Session Progress183 Session Progress

PRACK PRACK PRACK

200 OK (PRACK)200 OK (PRACK)200 OK (PRACK)

UPDATE UPDATE UPDATE

200 OK (UPDATE)200 OK (UPDATE)200 OK (UPDATE)180 Ringing180 Ringing

PRACK PRACK PRACK200 OK (PRACK)200 OK (PRACK)

180 Ringing

200 OK (PRACK)200 OK (INVITE)200 OK (INVITE)200 OK (INVITE)

ACK ACK ACK

P-CSCFUE Serving GW PDN GWS-CSCF

PCRF

Rx. AA Request (SDP1, SDP2)

RxGx

GTPSIPSM

Gx. Re-Auth Request (QoS: QCI, ARP, GBR, MBR)...

... Create Bearer Response

Gx. Re-Auth AnswerRx. AA Answer

INVITE (SDP1)

Create Bearer Request (QoS)

The call flow for this example is shown in the figure above. For step 1, the original offer is sent in theINVITE message ;the SDP also contains the request for the QoS. The SDP for the answer in step 2 issent using the 183 session progress response, SDP2. Since this message is crucial to the call, it mustbe sent reliably,and to achieve this the provisional acknowledgement message PRACK is used.

The 183 response will be retransmitted until a PRACK is received by UA2.Once the 183 message hasbeen received by UA1, it can request the QoS from its own access network. When UA1 receives localconfirmation of its QoS request, it sends the UPDATE message containing SDP3.This contains theconfirmed QoS provision.This UPDATE message (RFC 3311) is designed to allow details about themedia stream to be updated without modifying the SIP call state. As well as QoS provision, UPDATEcan be used to control early media streams (for example when sending call progression signaling in-band). At UA2, as soon as the local QoS request is confirmed and the UPDATE message received, theuser can be alerted and the call proceeds as normal.

The CDRs generated in the IMS nodes are correlated by an IMS Charging Identifier (ICID). Thisidentifier is globally unique across all 3GPP IMS networks for a period of at least one month. Expirationof an ICID can be detected by using IMS node-specific information, e.g., high-granularity timeinformation and location information. A new ICID is generated for an IMS session at the first IMS nodethat processes the SIP INVITE message. The ICID is included in all subsequent SIP messages (e.g.,200 OK, UPDATE, and BYE) for that IMS session until the session is terminated. For the exampleshown above, an ICID is generated by the caller’s P-CSCF for mobile-originated calls. The SIP requestincludes the ICID specified in the P-Charging-Vector header. This ICID is passed along the SIPsignaling path to all involved IMS nodes. Each IMS node that processes the SIP request retrieves theICID and includes it in the CDRs generated later. In a CSCF CDR, the ICID is listed in the IMS ChargingIdentifier field. Therefore, CDRs from different IMS nodes within an IMS session can be correlated in thebilling system through the ICID.

GTP : GPRS Tunneling Protocol

SM : Session Management.

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213Copyright EFORTSimon ZNATY

INVITE (P-Charging-Vector, SDP1)

INVITE (P-Charging-Vector, SDP1) INVITE (SDP1)183 Session Progress (SDP2)183 Session Progress (SDP2)

183 Session Progress (SDP2)PRACK PRACK PRACK

200 OK (PRACK)200 OK (PRACK)200 OK (PRACK)

UPDATE UPDATE UPDATE200 OK (UPDATE)200 OK (UPDATE)200 OK (UPDATE)

180 Ringing180 RingingPRACK PRACK PRACK

200 OK (PRACK)200 OK (PRACK)

180 Ringing

200 OK (PRACK)200 OK (INVITE)200 OK (INVITE)200 OK (INVITE)

ACK ACK ACK

S-CSCF P-CSCF UE

PCRF

Rx. AA Request (SDP1, SDP2)

I-CSCF

Etablissement de Session IMS (R8) (2)

Gx. Re-Auth Request (QoS : QCI, ARP, GBR, MBR)

...…

Create Bearer Request (QoS)

Gx. Re-Auth Answer Rx AA Answer

RxGx

GTPSIPSM

Serving GWPDN GW

Create Bearer Response

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214Copyright EFORTSimon ZNATY

4.4. Service SMS avec IMS

3GPP TS 23.2043GPP TS 24.341

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215Copyright EFORTSimon ZNATY

Architecture de référence duservice SMS sur IMS

HSS

UE

S-CSCF

IP-SM-GWApplication

SIP

ISC (SIP)

E (MAP)

SMSCC (MAP)

Sh (Diameter)

Cx (Diameter)

The IP-SM-GW shall provide the protocol interworking for delivery of the short message between the IP-basedUE and the SMSC. The message is routed to the SMSC for delivery to the SMS-based user or the message isreceived from the SMSC of an SMS-based UE for delivery to an IP-based UE.

The general functions of the IP-SM-GW are:

• to determine the domain (CS/PS or IMS) for delivery of an SMS message;

• to connect to the SMSC using established MAP protocols, appearing to the SMSC as an MSC or SGSN usingthe E or Gd interfaces;

• to connect to the HSS using established MAP protocols , to obtain the address of MSC/SGSN address(es) forMT delivery of SMS message in CS/PS;

• to check that it has a valid address in SMS for the sender as well as the recipient when receiving an IMSmessage for an SMS user. The IP-SM-GW shall obtain a valid address for both from the SIP headers of the IMSmessage (e.g. the sender would be identified in the asserted id in form of TEL URI).

• for terminating procedures, to map the recipient’s address from an MSISDN/IMSI to TEL URI format whenreceiving an SMS for an IP-based UE, and then it is the responsibility of the IMS core to perform any furthermapping towards a SIP URI as required.

• to act as an Application Server towards the IMS core.

• to perform domain selection to choose the appropriate domain to deliver a message to a recipient and toobtain the MSC and/or SGSN addresses from the HSS.

The additional functions of the IP-SM-GW when interworking is done by carrying encapsulated SMS messagesin IMS messages are:

• to communicate with the UE using IMS messaging as transport while maintaining the format and functionalityof the SMS message;

• to carry the SMS status messages as encapsulated bodies of IMS messages;

• to store the subscriber data of the short message service similar to the data for the current CS/PS domain andto perform the short message authorization as performed by the MSC/SGSN, as well as to store additionalservice data on the service authorisation of the encapsulated short message delivery via IMS and to perform theservice authorization.

In order to support SMS over generic IMS, the HSS shall support the following functions:

• storing the address of the IP-SM-GW.

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216Copyright EFORTSimon ZNATY

L’IP-SM-GW indique au HSS ladisponibilité de l’IMPU pour lalivraison des SMS

1. Successful UE registration

2. Evaluationof initial filter

criteria 3. REGISTER

4. 200 OK

9. MAP:ATM

10. MAP:ATM response

7. NOTIFY

8. 200 OK

5. SUBSCRIBE

6. 200 OK

P-CSCF HSSI-CSCF S-CSCFUEIP-SM-GWApplication

The figure shows the registration signalling flow for the scenario when IP-SM-GW registers to HSS. Thedetails of the signalling flows are as follows:1. The user registers successfully to IMS.2. Initial filter criteria. The S-CSCF analyses the incoming request against the initial filter criteria anddecides to send a third-party REGISTER request to the IP-SM-GW. Initial Filter Criteria for IP-SM-GWincludes a Service Information that contains the MSISDN belonging to "sip:[email protected]".3. REGISTER request (S-CSCF to IP-SM-GW) . This signalling flow forwards the REGISTER request fromthe S-CSCF to the IP-SM-GW.4. 200 OK response (IP-SM-GW to S-CSCF). The IP-SM-GW sends a 200 (OK) response to the S-CSCFindicating that registration was successful.5. SUBSCRIBE request (IP-SM-GW to S-CSCF). The IP-SM-GW subscribes to the S-CSCF for theregistration status of the registered subscriber.6. 200 (OK) response (S-CSCF to IP-SM-GW). The S-CSCF sends a 200 (OK) response to the IP-SM-GW.7. NOTIFY request (S-CSCF to IP-SM-GW). The S-CSCF sends a first NOTIFY request to the IP-SM-GW.The notification indicates that the monitored public user identity registered using an SMS capable UE.8. 200 (OK) response (IP-SM-GW to S-CSCF). IP-SM-GW sends a 200 (OK) response to the S-CSCF.9. MAP: AnyTimeModification. The IP-SM-GW sends the request to inform the HSS/HLR that the user withMSISDN ”+32435465761" is ready to receive short messages via the sender of the request.10. MAP: AnyTimeModification response. The HSS/HLR acknowledges the request.

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217Copyright EFORTSimon ZNATY

Envoi de SMS réussi à partir de l’IMSHSS

IP-SM-GWApplication

UES-CSCF

SMSC

1. SIP Message

2. SIP Message

3. 202 Accepted4. 202 Accepted5. MAP-Mo-forward-Short-Message.req

6. MAP-Mo-forward-Short-Message.ack

7. SIP Message (Submit Report)8. SIP Message (Submit Report)

9. 200 OK

10. 200 OK

1. UE submits the SMS message (SMS-SUBMIT, SC Address) to the S-CSCF using the SIPMESSAGE method.

2. S-CSCF forwards the Message (SMS- SUBMIT, SC Address) to IP-SM-GW (AS) based on storediFC (Initial Filter Criteria). iFC corresponds to a service mark in the service profile of originator of theSMS.

NOTE: Subscribers who have no subscription for SMS service will be provided with the relevant iFCs,to provide SMS filtering/blocking.

3. IP-SM-GW (AS) acknowledges the SIP message with a 202 meaning that the message has beenreceived but not yet delivered to the destination user.

4. SIP message acknowledge is forwarded by S-CSCF to UE.

5. The IP-SM-GW performs service authorization based on the stored subscriber data. The IP-SM-GWshall check whether the subscriber is authorised to use the short message service (e.g. OperatorDetermined Barring settings), similar to the authorization performed by MSC/SGSN in case the shortmessage is delivered via CS or PS domain. In addition, the IP-SM-GW shall also check whether theuser is authorised to use the encapsulated short message delivery via IMS. If the result of serviceauthorization is negative, the IP-SM-GW shall not forward the message, and shall return theappropriate error information to the UE in a failure report. Otherwise, the IP-SM-GW (AS) extracts theSMS message (SMS- SUBMIT) and forwards it to SMSC (SC Address) using standard MAP signalling(MAP-MO-FORWARD-SM.Req).

6. SMSC sends SUBMIT-REPORT to IP-SM-GW.

7. IP-SM-GW (AS) sends SUBMIT-REPORT to S-CSCF, using a SIP MESSAGE method.

8. S-CSCF sends the SUBMIT-REPORT to the UE.

9. UE acknowledges the SUBMIT-REPORT.

10. Acknowledgement of the SUBMIT-REPORT is forwarded by S-CSCF to IP-SM-GW (AS).

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218Copyright EFORTSimon ZNATY

HSSIP-SM-GWApplication

UES-CSCF

SMSC

3. MAP-MT-forward-Short-Message.req

8. MAP-MT-forward-Short-Message.ack

4. SIP Message (SMS message)

5. SIP Message (SMS Message)

6. 200 OK

7. 200 OK

Livraison de SMS réussie via l’IMS

1. MAP-SRI-for-SMS.req

2. MAP-SRI-for-SMS.ack

1. The SMSC interrogates the HLR/HSS of the recipient of the SMS to identifythe GT (Global Title) the SMS should be delivered to.

2. The HLR returns the GT of the IP-SMS-GW.

3. The SMSC send the MAP-MT-FORWARD-SM message to the IP-SMS-GW.

4. The IP-SMS-GW knows that the UE is registered with the IMS domain. Ittranslate the received MAP message into a SIP Message method and sends it tothe S-CSCF of the UE.

5. The S-CSCF routes it the the UE.

6. He UE acknowledges it by a 200 OK.

7. 200 OK is forwarded by the S-CSCF to the IP-SMS-GW

8. The IP-SMS-GW sends an acknowledgment of SMS delivery to the SMSCusing the MAP protocol.

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219Copyright EFORTSimon ZNATY

L’IP-SM-GW indique au HSSl’indisponibilité de l’IMPU pour lalivraison des SMS

1. Successful UE deregistration

4. MAP:ATM

5. MAP:ATM response

2. NOTIFY

3. 200 OK

P-CSCF HSSI-CSCF S-CSCFUEIP-SM-GWApplication

The Figure shows the registration signalling flow for the scenario when IP-SM-GW deregisters to HSS. The details of the signalling flows are as follows:

1. Deregistration is similar to a registration with the Expires header set to zero.

2. NOTIFY request (S-CSCF to IP-SM-GW). The S-CSCF sends a first NOTIFYrequest to the IP-SM-GW. The notification indicates that the monitored publicuser identity is not registered any more with an SMS capable UE.

3. 200 (OK) response (IP-SM-GW to S-CSCF). IP-SM-GW sends a 200 (OK)response to the S-CSCF.

4. MAP: AnyTimeModification. The IP-SM-GW sends the request to inform theHSS/HLR that the user with MSISDN ”+32435465761" is not available to receiveshort messages via the sender of the request.

5. MAP: AnyTimeModification response. The HSS/HLR acknowledges therequest.

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220Copyright EFORTSimon ZNATY

Conclusion Le futur réseau mobile 4G s ’appelle l ’EPS.

Son réseau d ’accès est nommé LTE (3,99G) avec son évolutionappelée LTE-Advanced (4G). Le terme eUTRAN est aussi utilisé.

Son réseau cœur, l ’ePC est un réseau tout IP. Le terme SAE estaussi utilisé.

L ’ensemble LTE+ePC est l ’EPS. Il s ’agit d ’un réseau d ’accèslarge bande qui offre une connectivité au monde Internet/Intranet,avec QoS, avec mobilité, et pouvant supporter la fonctionnalitémulticast.

Afin de contrôler les flux IP du client et taxer les flux autorisés, unearchitecture PCC est mise en œuvre.

Les services proposés au client sont tous mis en œuvre dans lemonde IP. L ’IMS est l ’architecture long terme pour offrir lesservices multimédia incluant la voix et le SMS.

Deux solution alternatives existent pur offrir les services « circuit »: double rattachement et CS-Fallback.

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221Copyright EFORTSimon ZNATY

Acronymes LTE/ePC et IMS (1) AAA Authentication, Authorization and Accounting

AGW Access Gateway

APN-AMBR Per APN Aggregate Maximum Bit Rate

ARP Allocation/Retention Priority

AS Application Server

BBERF Bearer Binding and Event Reporting Function

BGF Border Gateway Function

BGCF Breakout Gateway Control Function

CSCF Call State Control Function

CSFB Circuit Switch Fallback

DL TFT DownLink Traffic Flow Template

DNS Domain Name Service

EIR Equipment Identity Register

EMM EPS Mobility Management

EPC Evolved Packet Core

ePDG Evolved Packet Data Gateway

EPS Evolved Packet System

E-RAB E-UTRAN Radio Access Bearer

ESM EPS Session Management

E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network

GBR Guaranteed bitrate

GGSN Gateway GPRS Support Node

GRE Generic routing Encapsulation

GTP GPRS Tunnelling Protocol

GTP-C GTP Control Part

GTP-U GTP User Part

GUMMEI Globally Unique MME Identifier

GUTI Globally Unique Temporary Identity

GW Gateway

HA Home Agent

HLR Home Location Rregister

HSS Home Subscriber Server

I-CSCF Interrogating CSCF

IMS IP Multimedia Subsystem

IMS-MGW IMS Media Gateway

IP-SM-GW IP SMS Gateway

IPX IP Exchange

ISC IMS Service Control Interface

LBI Linked EPS Bearer Id

LTE Long Term Evolution of 3G

MBR Maximum Bitrate

MGCF Media Gateway Control Function

MME Mobility Management Entity

MMEC MME Code

MMEGI MME Group Id

MMEI MME Identifier

MRF Multimedia Resource Function

MSC Mobile Services Switching Center

M-TMSI M-Temporary Mobile Subscriber Identity

NAS Non-Access Stratum

OCS Online Charging System

OFCS Offline Charging System

OMC-ID Operation and Maintenance Center Identity

PCEF Policy Enforcement Function

PCRF Policy and Charging Rules Function

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222Copyright EFORTSimon ZNATY

P-CSCF Proxy CSCF

PDB Packet Delay Budget

PDCP Packet Data Convergence Protocol

PDG Packet Data Gateway

PDN Packet Data Network

PDP Packet Data Protocol

P-GW PDN Gateway

PDN GW PDN Gateway

PLR Packet Loss Rate

PMIP Proxy Mobile IP

PSAP Public Safety Answering Point

PTI Protocol Transaction Id

QCI QoS Class Indicator

SAE System Architecture Evolution

SCC Service Centralization and Continuity

S-CSCF Serving CSCF

SCP Service control Point

SCTP Stream Control Transmission Protocol

SDF Service Data Flow

SGSN Serving GPRS Support Node

S-GW Serving Gateway

Serving GW Serving Gateway

SGW Signaling Gateway

SIP Session Initiation Protocol

SMS Short Message Service

SMSC SMS Center

Acronymes LTE/ePC et IMS (2) SPR Subscription Profile Repository

SRP Specialized Resource Point

SSP Service Switching Point

S-TMSI S-Temporary Mobile Subscriber Identity

TA Tracking Area

TAC Tracking Area Code

TAI Tracking Area Identity

TAU Tracking Area Update

TCP Transmission Control Protocol

TPF Transport Plane Function

TI Transaction Identifier

UE AMBR : Per UE aggregate maximum bit rate

UL TFT UpLink Traffic Flow Template

VANC VoLGA Access Network Controller

VoLGA Voice over LTE via Generic Access

VoLTE Voice over LTE

XCAP XML Configuration Access Protocol

223

223Copyright EFORTSimon ZNATY

Références LTE/ePC 3GPP TS 23.002. Network architecture (Release 8).

3GPP TS 23.003, Numbering, addressing and identification (Release 8).

3GPP TS 24.008, Mobile radio interface Layer 3 specification; Core network protocols; Stage3 (Release 8).

3GPP TS 29.274, 3GPP Evolved Packet System (EPS); Evolved General Packet RadioService (GPRS), Tunnelling Protocol for Control plane (GTPv2-C); Stage 3 (Release 8).

3GPP TS 23.401, General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for EvolvedUniversal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access (Release 8).

3GPP TS 23.272, Circuit Switched Fallback in Evolved Packet System; Stage 2 (Release 8).

3GPP TS 23.204, Support of Short Message Service (SMS) over generic 3GPP InternetProtocol (IP) access; Stage 2 (Release 8).

3GPP TS.29.212. Policy and Charging Control over Gx reference point (Release 9)

3GPP TS.29.214. Policy and Charging Control over Rx reference point (Release 9)

3GPP TS.29.213. Policy and Charging Control signalling flows and Quality of Service (QoS)parameter mapping (Release 9)

Harri Holma and Antti Toskala, « LTE for UMTS: OFDMA and SC-FDMA Based RadioAccess », Wiley 2009.

Pierre Lescuyer and Thierry Lucidarm, « Evolved Packet System : LTE and SAE Evolution of3G UMTS », Wiley 2008.

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224Copyright EFORTSimon ZNATY

Références IMS 3GPP TS 23.517 : TISPAN IMS Functional architecture.

3GPP TS 23.228 : IP Multimedia Subsystem (IMS) Stage 2

3GPP TS 23.218. Technical Specification 3rd Generation Partnership Project; TechnicalSpecification Group Core Network; IP Multimedia (IM) session handling; IM call model; Stage 2

3GPP TS 23.206. Technical Specification 3rd Generation Partnership Project; TechnicalSpecification Group Services and System Aspects; Voice Call Continuity (VCC) between CircuitSwitched (CS) and IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2

3GPP TR 22.973. Technical Report 3rd Generation Partnership Project; Technical SpecificationGroup Services and System Aspects; IMS Multimedia Telephony service; and supplementaryservices

3GPP TR 24.930. Signalling flows for the session setup in the IP Multimedia core networkSubsystem (IMS) based on Session Initiation Protocol (SIP) and Session Description Protocol(SDP); Stage 3

3GPP TS 24.228. Signalling flows for the IP multimedia call control based on Session InitiationProtocol (SIP) and Session Description Protocol (SDP); Stage 3

3GPP TS 29.228. Technical Specification 3rd Generation Partnership Project; TechnicalSpecification Group Core Network and Terminals; IP Multimedia (IM) Subsystem Cx and Dxinterfaces; Signaling flows and message contents

225

225Copyright EFORTSimon ZNATY

Livres IMS Dave Wisely, Philip Eardley and Louise Burness, BTexact Technologies,

“IP for 3G—Networking Technologies for Mobile Communications”, JohnWiley & Sons, Ltd, 2002.

Basavaraj Patil, Yousuf Saifullah, Stefano Faccin, SrinivasSreemanthula, Lachu Aravamudhan, Sarvesh Sharma, Risto Mononen,“IP in Wireless Networks”, Prentice Hall PTR, 2003.

Jyh-Cheng Chen, Tao Zhang, “IP-Based Next-Generation WirelessNetworks”, John Wiley & Sons, Ltd, 2003.

Miikka Poikselkä, Georg Mayer, Hisham Khartabil, Aki Niemi, “IPMultimedia Concepts and Services in the Mobile Domain”, John Wiley &Sons, 2006.