VoLTE and ViLTE: voice and conversational video services over the 4G mobile network

339 Pages·2016·2.565 MB·English

by  Perez, André

NETWORKS AND TELECOMMUNICATIONS SERIES
VoLTE and ViLTE
Voice and Conversational Video Services
over the 4G Mobile Network
André Perez

VoLTE and ViLTE

VoLTE and ViLTE

Voice and Conversational Video Services
over the 4G Mobile Network

André Perez
First published 2016 in Great Britain and the United States by ISTE Ltd and John Wiley & Sons, Inc.
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Library of Congress Control Number: 2016938934

British Library Cataloguing-in-Publication Data
A CIP record for this book is available from the British Library
ISBN 978-1-84821-923-6
Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix
List of Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv
Chapter 1. Network Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1. EPS network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1. Functional architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.2. Protocol architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.3. Bearers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2. IMS network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.1. Functional architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.2. Protocol architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3. Databases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3.1. Functional architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3.2. Protocol architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4. Charging associated with IMS network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.4.1. Functional architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.4.2. Protocol architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.5. PCC function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.5.1. Functional architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.5.2. Protocol architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.6. DIAMETER routers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.7. ENUM system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.8. IPX network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Chapter 2. Signaling Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.1. NAS protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.1.1. EMM messages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
vi VoLTE and ViLTE
2.1.2. ESM messages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.2. RRC protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2.1. System information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.2. Control of RRC connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2.3. Measurement report . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.3. S1-AP protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3.1. Context management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.3.2. Bearer management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.3.3. Mobility management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.3.4. S1-MME interface management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.4. X2-AP protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.4.1. Mobility management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.4.2. Load management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.4.3. X2 interface management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.5. GTPv2-C protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.5.1. Bearer management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.5.2. Mobility management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.6. SIP protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.6.1. Requests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.6.2. Responses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.7. SDP protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.8. DIAMETER protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.8.1. Application to EPS network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.8.2. Application to IMS network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.8.3. Application to PCC function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Chapter 3. Basic Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.1. Attachment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.2. Registration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.3. Deregistration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.4. Detachment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.5. Establishment of VoLTE session . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.5.1. Originating side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.5.2. Terminating side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.6. Termination of VoLTE session . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.6.1. Initiated side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.6.2. Received side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.7. Establishment of ViLTE session . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.8. Termination of ViLTE session . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.9. Emergency call . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Contents vii
Chapter 4. Radio Interface Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4.1. Radio interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4.1.1. Data link sub-layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.1.2. Logical channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.1.3. Transport channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.1.4. Physical layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.1.5. Physical signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.1.6. Physical channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.2. Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.2.1. Access control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.2.2. Data transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Chapter 5. Service Profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.1. Subscription data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.1.1. Subscription to the EPS network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.1.2. Subscription to the IMS network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.2. VoLTE profile service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.2.1. Supplementary telephone services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.2.2. Audio flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.3. ViLTE profile service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5.3.1. Supplementary conversational video service . . . . . . . . . . . . . . 170
5.3.2. Video flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Chapter 6. Interconnections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
6.1. Interconnection CS network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
6.1.1. Functional architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
6.1.2. Protocol architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
6.1.3. Session establishment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
6.1.4. Session termination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
6.2. Interconnection with IMS network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
6.2.1. Functional architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
6.2.2. Session establishment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
Chapter 7. Handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
7.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
7.2. Handover based on X2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
7.2.1. Handover based on X2 without relocation . . . . . . . . . . . . . . . 201
7.2.2. Handover based on X2 with relocation . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
7.3. Handover based on S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
7.3.1. Handover based on S1 without relocation . . . . . . . . . . . . . . . 207
7.3.2. Handover based on S1 with relocation . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
viii VoLTE and ViLTE
7.4. PS-PS inter-system handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
7.4.1. Functional architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
7.4.2. Procedure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
Chapter 8. Roaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
8.1. Functional architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
8.1.1. Roaming applied to the EPS network . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
8.1.2. Roaming applied to the IMS network . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
8.2. Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
8.2.1. Session establishment for nominal routeing . . . . . . . . . . . . . . 228
8.2.2. Session establishment for optimal routeing . . . . . . . . . . . . . . . 235
Chapter 9. Service Centralization and Continuity . . . . . . . . . . . . . 243
9.1. ICS function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
9.1.1. Functional architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
9.1.2. Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
9.2. e-SRVCC function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
9.2.1. Functional architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
9.2.2. Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
Chapter 10. Short Message Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
10.1. Message structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
10.1.1. SM-TL layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
10.1.2. SM-RL layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
10.1.3. SM-CL layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
10.2. SMS over SGsAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
10.2.1. Functional architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
10.2.2. Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
10.3. SMS over SIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
10.3.1. Functional architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
10.3.2. Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295