Jeśli ktoś rozważa dziś zakup smartfonu, powinien zwrócić uwagę na obsługę technologii LTE. Bo dzięki LTE również w podróży można surfować po Internecie z bardzo dużą szybkością. Jest w tym jednak haczyk: przez sieć LTE nie można dotąd telefonować. Odpowiada za to architektura sieci. Sieci GSM i UMTS są podzielone z grubsza na dwa obszary. Jeden odpowiada za transmisję pakietów danych internetowych, a drugi za przesyłanie mowy. W przypadku LTE zrezygnowano z tego rozdziału i działa ono wyłącznie w oparciu o przesyłanie pakietów. Dotychczas brakowało jednak tłumacza, który przekazywałby bazujące na częstotliwości połączenia telefoniczne do sieci IP w LTE.
Ten pośrednik jest już gotowy i nazywa się Voice over LTE (VoLTE). VoLTE jest dla providerów LTE logicznym etapem rozwoju sieci telefonicznej. Polski lider LTE, czyli firma Polkomtel (Plus GSM), na razie nie przeprowadzał testów VoLTE z bardzo prozaicznego powodu – nie ma jeszcze terminali obsługujących tę technologię. W Niemczech mówi się nieoficjalnie, że Vodafone uruchomi VoLTE najwcześniej z końcem 2013 roku. Natomiast O2 pokazało imponujące demo, w którym rozmowa płynnie została przekazana z sieci LTE via VoLTE do stacji bazowej GSM/UMTS.
Droga okrężna przez stare sieci
Przejście pomiędzy siecią LTE a GSM/UMTS w trakcie rozmowy okazuje się problemem, który VoLTE rozwiązuje. Dotychczas nawet nie można było telefonować pomiędzy dwoma sieciami LTE – w tym celu trzeba było przejść na GSM albo UMTS. Kłopot w tym, że jeśli telefon jest zalogowany do stacji bazowej LTE, to nie ma połączenia z siecią GSM/UMTS. Smartfon z LTE jest tam jedynie zarejestrowany w rejestrze uczestników. Jeśli ktoś zadzwoni ze starej sieci komórkowej do abonenta z LTE (patrz grafika po prawej stronie), to sieć bazowa prześle do użytkownika LTE paging signal (sygnał wywołania). Wtedy jego połączenie LTE zostanie automatycznie przerwane, ponieważ równoczesne logowanie się do dwóch lub więcej sieci jest w aktualnych urządzeniach LTE niemożliwe, a także niepożądane przez operatorów, bo zużywałoby bardzo dużo prądu i wymagało olbrzymiego nakładu prac administracyjnych.
Zerwanie połączenia LTE następuje bez względu na to, czy użytkownik akurat gra online, słucha muzyki czy wysyła ważny plik. Transfer danych zostaje po prostu przerwany natychmiast. Wtedy telefon z LTE wykonuje tak zwany fallback, w efekcie którego dochodzi do przeniesienia połączenia z sieci LTE z powrotem do sieci komórkowej GSM/UMTS, tak by możliwa była kontynuacja rozmowy. Przenoszenie połączenia może trwać niekiedy kilka sekund, co skutkuje nie tylko zerwaniem rozmowy czy wysyłania plików, ale dodatkowo powoduje zwiększone zużycie energii przez telefon. A ponadto nie wszystkie aplikacje radzą sobie z takim przerwaniem połączenia i potrafią automatycznie wznowić wysyłanie bądź pobieranie pliku lub dokonać synchronizacji stanu gry.
Voice over IP jako wzór
VoLTE, realizując transmisję mowy tak, jak odbywa się to w Voice over IP, ma stanowić rozwiązanie problemów związanych z przekazywaniem połączeń. Smartfon nie musi już wylogowywać się i ponownie logować, cały czas bowiem pozostaje zalogowany do sieci LTE. Dzieje się tak dzięki nowej, zbudowanej dla VoLTE sieci nadrzędnych stacji przekaźnikowych o nazwie IMS (IP Multimedia Subsystem). IMS (patrz grafika) jest dużą infrastrukturą serwerową u operatora GSM. Składa się z wielu podsystemów łączących ze sobą sieci różnego rodzaju.
Rozpoczęcie połączenia przez IMS jest bardzo proste, ponieważ wszystkie polecenia są przekazywane za pomocą pakietów IP. Kiedy urządzenie loguje się do stacji bazowej LTE, jest rejestrowane przez sieć bazową w przekaźniku IMS. W następnym kroku sieć bazowa przypisuje urządzeniu IMS Acces Point oraz połączenie sygnałowe przez SIP (Session Initiation Protocol). To za pomocą protokołu SIP – będącego również podstawą dla VoIP – operator zarządza połączeniem telefonicznym pomiędzy urządzeniami LTE. Kiedy połączenie SIP zostanie nawiązane, urządzenia uwierzytelniają się wobec IMS i są gotowe do pracy.
Kiedy osoba, do której skierowane jest połączenie, odbierze je na swoim telefonie, zoptymalizowany pod kątem intensywności strumieni danych w czasie rzeczywistym Real Time Transport Protocol (RTP) buduje bazujący na IP kanał mowy. Aby jakość mowy pozostała wysoka, sygnały mowy – tak jak w GSM/UMTS – są przetwarzane za pomocą kodeków AMR narrowband i wideband. Dla pakietów IP rozmów RTP rezerwuje stałe miejsce, które utrzymuje niski czas latencji i zapobiega przerwom w trakcie transmisji mowy. Aby oszczędzać szerokość pasma, VoLTE może również włączyć kompresję nagłówków.
VoLTE obsługuje też przechodzenie do starszych typów sieci. Jeśli telefon opuści stację bazową podczas rozmowy, to sieć bazowa najpierw interpretuje dane sygnałowe zgłaszane wciąż przez smartfon. Przejście z LTE do GSM/UMTS następuje wtedy przez tak zwany Service Voice interfejs w IMS. Wówczas dane mowy są izolowane od innych danych IP połączenia LTE i przetwarzane na zrozumiałe dla GSM/UMTS, bazujące na częstotliwości połączenia. W praktyce dochodzi wtedy do krótkiego przerwania transmisji mowy, ale zakłada się, że nie powinno ono trwać dłużej niż 300 milisekund – przerwa w rozmowie nie będzie więc konieczna.
Voice over LTE
Voice over LTE (w skrócie VoLTE) rozszerza sieć LTE o komponenty przeznaczone do transmisji mowy. Bez VoLTE konieczne byłoby uciążliwe przełączanie użytkowników przy każdej rozmowie z powrotem do starej sieci GSM/UMTS.
GLOSARIUSZ
Sieć bazowa: rejestruje urządzenia, zapewnia dostępność i zmianę stacji bazowych
MSC: Mobile Switching Center – przekaźnik pomiędzy sieciami
HLR: Home Location Register – ustala lokalizację telefonów komórkowych
SG: Signaling Gateway – interfejs pomiędzy sieciami GSM i LTE
SIP: Session Initiation Protocol – steruje opartą na IP komunikacją w LTE
RTP: Real-Time Transport Protocol – transmituje dane IP w czasie rzeczywistym
DZIŚ: UCIĄŻLIWA ZMIANA SIECI
Jeśli dziś użytkownik LTE ma rozmowę przychodzącą z sieci GSM/UMTS, to musi przełączyć się do tej sieci. W tym celu Signaling Gateway (SG) wysyła do telefonu LTE sygnał. W efekcie dochodzi do przerwania połączenia ze stacją bazową LTE i zbudowania połączenia z GSM/ UMTS. Nawiązanie połączenia może zająć kilka sekund. Dochodzi to przerwania aktualnych transmisji danych w sieci LTE.
PRZYSZŁOŚĆ: PŁYNNE PRZEJŚCIE
Rdzeniem telefonii LTE (VoLTE) jest IP Multimedia Subsystem (IMS). IMS łączy ze sobą dwóch rozmówców, a bazująca na IP rozmowa przebiega wtedy bezpośrednio z wykorzystaniem protokołu czasu rzeczywistego (RTP). Kiedy podczas rozmowy telefon opuszcza stację bazową LTE, musi nastąpić przeniesienie połączenia do GSM/UMTS. Smartfon natychmiast rozpoznaje dostępność nowej stacji bazowej i opuszcza bazę LTE. LTE przez własny interfejs informuje sieć GSM/UMTS o konieczności przejęcia rozmowy. IMS zawraca całą komunikację z LTE do sieci bazowej GSM/UMTS – bez przerywania rozmowy.
Zdjęcie dziewczyny z telefonem pochodzi z serwisu Shutterstock.
