Interworking between VOLTE and Legacy Networks

In this thesis, we consider the Architecture of Voice over Long-Term Evolution (VOLTE) with special consideration on the IMS (IP Multimedia Subsystem) core and its interworking with the legacy network (2G/3G) as VOLTE delivers the IP call to the receiving party either via Packet Switched connectivity (PS), or by converting it back to a Circuit-switched (CS) call via the component within the IMS Core Network subsystem, called the Media Gateway Control Function (MGCF). MGCF controls the signaling interworking by conversion between SIP (Session Initiation Protocol) and ISUP (ISDN User Part) signaling, and it performs VOLTE to CS call flow or so-called “Break-out” and CS to VOLTE call flow or so-called “Break-in” The solution for the interworking of VOLTE and Circuit-switched networks (CS) is called Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC) which is the mechanism to provide hand over the ongoing voice calls from the VOLTE/IMS packet domain to the circuit-switched domain in the presence of VOLTE. This procedure will be initiated when the UE is moving out of the LTE coverage and the user’s device moves to 2G/3G coverage e.g. while driving, or on the cell edge. The user has the same experience with the services. By SRVCC the mobile operators are able to make the handovers while maintaining the existing quality of service without dropping the call. As a result, a new interface called Sv interface was introduced by 3GPP (The 3rd Generation Partnership Project). In this thesis, we will mainly focus on SRVCC Release 10 called enhanced SRVCC or eSRVCC in which the user experience improves by reducing the oral switching time and they are widely used in mobile operators. In eSRVCC, new functionalities were introduced into the network architecture, called the access transfer control function (ATCF) and access transfer gateway (ATGW) which are both located in the serving network. Our job is testing and End-to-End troubleshooting among test cases that the company provided. This episode is called Laboratory level. To introduce a new Network Element (NE), it is necessary to verify its compatibility with the existing network. It is also necessary to verify the new NE’s functionality, which includes determining whether it can perform all the functions that its predecessor did, as well as the new feature set that the network service provider will use instead of the current one. Since testing in the live network on a regular basis is impossible due to the evident impact on end-users, QoS will become a significant challenge, and there is a high possibility that we might have service interruptions. That is why there is a need for a separate dedicated facility where different kinds of tests can be performed on a regular basis to evaluate before integrating a new network element or new software release (upgrade of an existing one). Therefore, the concept of the Testing Center (TC) evolved. The goal of the thesis is to demonstrate how VOLTE and CS network elements (NEs) effectively work together. It describes VOLTE and IMS core network implementation technologies, which are now virtualized, as well as how the MGCF (Media Gateway Control Function) facilitates call control, the SRVCC, and its versions, mainly eSRVCC, some test cases related to SRVCC, call flows. Compared to the legacy network, we can notice points of improvement by executing SRVCC with VOLTE.

In questa tesi, consideriamo l’architettura del servizio voce nella Long-Term Evolution (VOLTE) con particolare attenzione al sistema IMS (IP Multimedia Subsystem) e alla sua interoperabilità con la rete precedente (2G/3G) poiché VoLTE fornisce la chiamata IP alla parte ricevente tramite la connettività a commutazione di pacchetto (PS) o riconvertendola in una chiamata a commutazione di circuito (CS) tramite il componente all’interno del sottosistema IMS Core Network, chiamato Media Gateway Control Function (MGCF). MGCF controlla l’interoperabilità della segnalazione mediante conversione tra segnalazione SIP (Session Initiation Protocol) e ISUP (ISDN User Part), ed esegue il flusso di chiamate da VOLTE a CS o cosiddetto "Break-out" e il flusso di chiamate da CS a VOLTE o cosiddetto "Break-in" La soluzione per l’interoperabilità di VOLTE e reti a commutazione di circuito (CS) è chiamato Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC) che è il meccanismo per fornire la consegna delle chiamate vocali in corso dal dominio del pacchetto VOLTE/IMS al dominio a commutazione di circuito in presenza di VOLTE. Questa procedura sarà avviata quando l’UE sta uscendo dalla copertura LTE e dal dispositivo dell’utente passa alla copertura 2G/3G, ad es. durante la guida o sul bordo della cella. L’utente ha la stessa esperienza anche con altri servizi. Con SRVCC gli operatori mobili sono in grado di effettuare le chiamate mantenendo la qualità del servizio esistente senza perdere la chiamata. Di conseguenza, è stata introdotta una nuova interfaccia, chiamata interfaccia Sv da 3GPP (3rd Generation Partnership Project). In questa tesi, principalmente ci concentreremo su SRVCC Release 10 chiamato SRVCC avanzato o eSRVCC in cui l’esperienza utente migliora riducendo il tempo di commutazione orale ed è ampiamente utilizzato dagli operatori mobili. In eSRVCC sono state introdotte nuove funzionalità nell’architettura di rete, ad es. la funzione di controllo del trasferimento di accesso (ATCF) e il gateway di trasferimento di accesso (ATGW), che si trovano entrambi nella rete di servizio. Il nostro lavoro è testare e risolvere i problemi end-to-end tra casi di test che la società fornisce. Questo caso è chiamato Livello di laboratorio. Per introdurre un nuovo Elemento Rete (NE), è necessario verificarne la compatibilità con la rete esistente. È inoltre necessario verificare la funzionalità del nuovo NE, ovvero determinare se può svolgere tutte le funzioni che ha svolto il suo predecessore e se il nuovo set di funzionalità che utilizzerà il provider di servizi di rete sostituisce correttamente quello attuale. Dal momento che il test nella rete live su base regolare è impossibile a causa dell’evidente impatto sugli utenti finali, la QoS diventerà una sfida significativa, e c’è un’alta possibilità che potremmo avere interruzioni del servizio. Ecco perchè è necessaria una struttura dedicata e separata in cui possono essere eseguiti diversi tipi di test regolarmente per valutare gli impatti prima di integrare un nuovo elemento di rete o nuova versione del software (o aggiornamento). Pertanto, il concetto di Testing Center (TC) si è evoluto. L’obiettivo della tesi è dimostrare come gli elementi di rete VOLTE e CS (NE) lavorano efficacemente insieme. Vengono descritte di VOLTE e IMS core network, che ora sono virtualizzate, così come il modo MGCF (Media Gateway Control Function), che facilita il controllo delle chiamate, l’SRVCC e la sua evoluzione eSRVCC, alcuni casi di test relativi ai flussi di chiamate SRVCC. In confronto con la rete legacy, possiamo notare punti di miglioramento eseguendo SRVCC con VOLTE.