به نظر می‌رسد در آینده نزدیک جدیدترین فناوری شبکه تلفن همراه در کشور فراگیر شود. VoLTE یا فناوری برقراری تماس صوتی در بستر شبکه LTE چیست؟ چه مزیت‌هایی دارد و تفاوت آن با نسل‌های قدیمی شبکه تلفن همراه چیست؟

VoLTE نسل جدید شبکه تلفن همراه

در حالی که ترافیک دیتا در شبکه‌های تلفن همراه به سرعت در حال رشد است، قابلیت انتقال با کیفیت صدا در تماس صوتی برای هر اپراتور تلفن همراه قابل اعتماد جزء ضروریات است. در سال‌های گذشته، شبکه‌های تلفن همراه 2G/3G از روش راه‌گزینی مداری (circuit switching) برای انتقال ترافیک صدا استفاده کرده‌اند و با برقراری یک کانال یا مدار اختصاصی در کل زمان تماس بین مبدا و مقصد صدای طرفین را منتقل می‌کردند.
 
VoLTE یا Voice over LTE به فناوری جدیدی اشاره دارد که در آن استانداردها و روال‌هایی به منظور دریافت و ارسال ارتباطات صوتی، و البته دیتا، بر بستر شبکه‌های 4G LTE تعریف شده‌اند. برای گوشی‌های همراه و دستگاه‌های قابل حمل، این فناوری یک روش یکپارچه برای خلق، تدارک و مدیریت خدمات صوتی، تصویری و پیام‌رسانی سرعت‌بالا در یک شبکه‌ی بی‌سیم 4G فراهم می‌کند. در شبکه‌های پروتکل اینترنت (IP)، ترافیک صوتی از طریق بسته‌های IP در بستر اینترنت حمل می‌شوند. VoLTE با استفاده از شبکه‌های مبتنی بر زیرسیستم چندرسانه‌ای پروتکل اینترنت (IMS) و با تبادل بسته‌های دیتا امکان تماس تصویری، تماس صوتی، پخش مستقیم (استریم) چندرسانه‌ای و خدمات اشتراک‌گذاری را امکان‌پذیر می‌کند. در حقیقت در این فناوری، اطلاعات دریافتی از شبکه‌های سلولی سنتی مانند GSM و CDMA قبل از آن که منتشر شوند به بسته‌های دیتا تبدیل می‌شوند.
VoLTE نسل جدید شبکه تلفن همراه
VoLTE چیست؟
هنگامی که 3GPP شروع به طراحی سامانه LTE کرد، تمرکز اصلی بر ساختن سیستمی بود که بتواند به توان انتقال داده بالا با تاخیر کم دست یابد و به طور همزمان قابلیت تضمین کیفیت خدمات (QoS) را داشته باشد. LTE فناوری‌ای کاملا مبتنی بر پروتکل اینترنت است و در مراحل اولیه توسعه‌ی آن اهمیت چندانی به خدماتی مانند انتقال صدا داده نشده است. در نتیجه، چاره متفاوتی برای شبکه‌های LTE نیاز بود تا بتوانند تماس‌های صوتی را، به شکل سنتی‌شان برقرار کنند. این راه حل برای انتقال صدا بر بستر IP در شبکه‌های LTE به نام «VoLTE» شناخته می‌شود. حقیقت آن است که در فناوری VoLTE، در عمل اطلاعات صوتی در جریان دیتا گنجانده می‌شود و سپس از طریق اتصال اینترنت تبادل می‌شود.
 
از آنجا که در فناوری VoLTE سرویس تماس صوتی پهنای باند را با سایر خدمات مبتنی بر داده مانند وب‌گردی، پخش آنلاین ویدئو و شبکه‌های اجتماعی سهیم می‌شود، توانایی مدیریت سرعت، کیفیت و حجم دیتای اختصاص‌یافته به تماس صوتی برای ارائه‌ی تجربه‌ای متفاوت حیاتی است. این موضوع در شبکه LTE با بکارگیری قابلیت‌های زیرساخت IMS (IP Multimedia System) میسر شده است. در این زیرساخت چارچوب‌های معینی جهت دست‌یابی مطمئن به کیفیت خدمات در کاربردهای مختلف از جمله انتقال صوت وجود دارد.

VoLTE نسل جدید شبکه تلفن همراه

ساختار VoLTE
 
VoLTE چه تفاوتی با VoIP دارد؟
VoIP یا Voice over Internet Protocol به انتقال داده‌ها بر پایه وب با استفاده از بسته‌های IP اشاره دارد که ترافیک صدا را هم حمل می‌کنند. در فناوری VoIP برای رسیدن به کیفیت خدمات مطلوب، در دسترس بودن پهنای باند مناسب برای فرستادن و دریافت بسته‌های صوتی در شبکه‌ در درجه‌ی اول اهمیت قرار دارد. این فناوری از سال ۲۰۱۰ در اپلیکیشن‌هایی مانند اسکایپ، واتساپ و جی‌تالک بر بستر اینترنت نسل قدیم 2G و 3G مورد استفاده قرار گرفته است. در چنین برنامه‌هایی به دلیل آنکه مسیر رفت‌وآمد داده‌های صوتی از سایر ترافیک‌های IP جدا نشده‌اند، کیفیت انتقال صوت ممکن است به‌شدت افت پیدا کند. تفاوت اساسی بین VoIP و VoLTE در این است که در فناوری VoLTE قابلیت تضمین کیفیت خدمات مبدا به مقصد را دارد.
VoLTE نسل جدید شبکه تلفن همراه
روند تکامل VoLTE
در ابتدا ایده‌ی حمل پیام‌های کوتاه و تماس‌های صوتی در چارچوب IMS توسط شبکه‌های LTE به دلیل پیچیدگی اجرای این چارچوب مورد مخالفت بسیاری از اپراتورهای مطرح قرار گرفت. هزینه‌های بالا و نگهداری دشوار از جمله دلایل اصلی آنها بود. در سال ۲۰۰۹ دوازده شرکت بزرگ شامل تامین‌کنندگان تجهیزات، اپراتورها و تولیدکنندگان تجهیزات کاربران راهحلی برای VoLTE مبتنی بر IMS پیشنهاد کردند به امید آنکه به چارچوبی یکپارچه و متداول برای شبکه‌های IP انتقال صدا تبدیل شود. کمی بعد در فوریه ۲۰۱۰ نظام جهانی ارتباطات موبایلی (GSMA) کار بر استانداردسازی راه‌حل ارائه‌شده را آغاز کرد و در کنگره جهانی خود در همان سال اعلام کرد که چارچوبی رسمی برای VoLTE ارائه خواهد داد. در مارس ۲۰۱۰ GSMA سند IR.92 را برای خدمات صوتی و پیام کوتاه در بستر IMS منتشر کرد. این سند نسخه بهبودیافته راه پیشنهادی آن دوازده شرکت در سال ۲۰۰۹ بود. در سپتامبر ۲۰۱۰ این سند از دور خارج شد و از آن پس استاندارد MMTel برای فناوری VoLTE مورد استفاده قرار گرفت.
 
مکانیزم‌های برقراری تماس صوتی در شبکه‌های LTE
در حال حاضر اپراتورهای تلفن همراه برای تدارک خدمات VoLTE سراسری با دو حالت چالش‌برانگیز متفاوت مواجه هستند. حالت اول زمانی است که کل شبکه LTE است ولی قابلیت انتقال ترافیک صوتی را ندارد. سناریوی دوم وقتی اتفاق می‌افتد که شبکه LTE بستر لازم برای ترافیک صوتی را دارد ولی در همه‌ی نقاط پوشش LTE در دسترس نباشد. اپراتورها بر اساس بازار محلی، معماری تکنولوژی، شرایط رقابتی و اهداف تجاری خود یکی از سناریوها را انتخاب می‌کنند.
 
سناریوی اول: کل شبکه LTE است ولی قابلیت ایجاد تماس صوتی LTE را ندارد
در این موارد تماس‌های صوتی از طریق شبکه‌های قدیمی‌تر مانند 2G/3G برقرار می‌شوند. دو استراتژی متفاوت در شبکه‌های CDMA و UMTS برای برقراری تماس استفاده می‌شوند.
 
صدا و LTE همزمان (SVLTE)
در روش SVLTE از دو کانال رادیویی متفاوت و مستقل از هم برای اتصال تلفن همراه به شبکه‌های CDMA و LTE استفاده می‌شود و کاربر می‌تواند به طور همزمان از شبکه‌های دیتا و صدا استفاده کند. اگرچه این رویکرد به سرعت قابل پیاده‌سازی است ولی استفاده از دو فرکانس رادیویی برای تولید‌کنندگان گوشی‌ها مقرون به‌صرفه نخواهد بود. همچنین ممکن است این امواج دچار تداخل شوند و یک سیگنال خروجی توان‌بالا ایجاد شود که در برخی موارد از حد مجاز و ایمن عبور کند. این خروجی توان‌بالا حتی می‌تواند تاثیر منفی مستقیمی بر مصرف انرژی و عمر باتری داشته باشد.
VoLTE نسل جدید شبکه تلفن همراه
عقب‌گرد به راه‌گزینی مداری (CSFB)
این روش یک راه‌حل میانی دیگر برای تدارک ترافیک صوتی LTE بدون وجود فناوری VoLTE است. وقتی یک گوشی مجهز به LTE تماس صوتی یا پیام کوتاه دریافت/ارسال می‌کند، اتصال شبکه از LTE به شبکه‌های 2G یا 3G عقب‌گرد می‌کند. پس از پایان یافتن تماس یا تحویل پیام کوتاه دستگاه کاربر مجدد به شبکه LTE متصل می‌شود.
 
در حالی که بزرگترین مزیت این روش نسبت به SVLTE استفاده از تنها یک آنتن رادیویی است، اما معایب مهمی هم دارد. واضح است که وقتی کاربر به شبکه‌های قدیمی‌تر متصل می‌شود دیگر دسترسی به امکانات پرسرعت شبکه LTE ندارد و سرعت ترافیک دیتا به شدت افت می‌کند. مهمترین نکته منفی سرعت ایجاد و برقراری تماس است. در CSFB مدت زمان ایجاد تماس صوتی تقریبا ۱ ثانیه از زمان متناظر در شبکه‌ی 3G بیشتر است و نسبت به زمان برقراری تماس در VoLTE قابل مقایسه نیست. به‌علاوه، تجربه عملی نشان داده است که در برخی موارد پس از پایان تماس برگشت به شبکه LTE صورت نمی‌گیرد و کاربر به اصطلاح در شبکه نسل قبلی گیر می‌افتد. به دلیل آنکه دو شبکه متفاوت (نسل قدیم و LTE) باید به طور همزمان توسعه داده شوند، هزینه‌های نگهداری برای اپراتورها هم بیشتر است و ریسک تجاری بالاتری برای آنها خواهد داشت.
 
‌سناریوی دوم: شبکه LTE مجهز به فناوری VoLTE است اما در برخی نقاط پوشش LTE وجود ندارد
در این سناریو تماس‌های صوتی به‌وسیله‌ی شبکه LTE مدیریت می‌شود و در نقاطی هم که پوشش کامل شبکه وجود دارد، تماس‌های صوتی با فناوری VoLTE انجام می‌شود. اما اگر در یک منطقه خاص پوشش LTE وجود نداشته باشد، تماس‌ها از طریق شبکه‌های نسل قبل هدایت خواهند شد. در این حالت شیوه SRVCC برای حمل ترافیک صوتی کاربرد دارد.
 
انتقال صدا بر بستر LTE 
همان‌طور که پیش از این اشاره شد، اجرای فناوری VoLTE جهت رساندن صدا بر بستر اینترنت در شبکه LTE کاملا بر مبنای پروتکل IMS صورت می‌پذیرد. این پروتکل تمامی مبانی تماس‌های صوتی را از جمله احراز هویت، صدور مجوز سرور، کنترل تماس، محاسبه صورتحساب و... در خود دارد.
VoLTE نسل جدید شبکه تلفن همراه
معماری فناوری VoLTE در برقراری تماس صوتی
 
تداوم تماس صوتی تک رادیویی (SRVCC)
SRVCC زمانی فعال می‌شود که شبکه LTE پوشش لازم را ندارد و تماس‌های صوتی نمی‌توانند از طریق VoLTE ایجاد شوند. در این حالت تماس صوتی به شبکه‌های نسل قبل منتقل می‌شود. در حقیقت، SRVCC یک شیوه‌ی انتقال تماس محسوب می‌شود که به یک شیوه ساده و قابل اعتماد تماس فعال کاربر در IMS را هنگامی که به مناطق بدون پوشش LTE وارد می‌شود به شبکه‌های 2G/3G تحویل می‌دهد. بزرگترین مزیت این شیوه این است که بدون آنکه تماس قطع شود به چارچوب راه‌گزینی مداری (Circuit Switching) شبکه‌های نسل قبل انتقال می‌دهد. به‌علاوه، SRVCC تنها از یک کانال رادیویی بهره می‌برد و اگرچه اجرای آن بسیار پیچیده است ولی به اپراتور اجازه می‌دهد تا خدمات تماس صوتی یکنواختی را حتی زمانی که پوشش LTE وجود ندارد به کاربر ارائه دهد.
VoLTE نسل جدید شبکه تلفن همراه