Déploiement de VoLTE et VoWiFi : guide pratique pour les opérateurs mobiles

VoLTE et VoWiFi : quel lien entre les deux

VoLTE (Voice over LTE) transporte les appels sous forme de paquets IP sur le réseau radio LTE.

VoWiFi (Wi-Fi Calling) transporte ces mêmes appels sur n’importe quel réseau Wi-Fi auquel l’abonné est connecté, qu’il s’agisse d’un routeur domestique, d’un point d’accès de bureau ou d’un hotspot public.

Pour l’abonné, les deux services se présentent de la même façon. Il appelle depuis l’application Téléphone intégrée, son correspondant voit le même numéro mobile, et les SMS, la messagerie vocale et les services supplémentaires fonctionnent de la même manière. C’est possible parce que les deux services aboutissent au même cœur IMS. Seul le chemin d’accès diffère. Le trafic VoLTE atteint l’IMS via l’eNodeB, le SGW et le PGW, tandis que le trafic VoWiFi passe par un réseau Wi-Fi non fiable, la passerelle ePDG et le même PGW.

Pour l’opérateur, VoWiFi n’est donc pas un réseau voix à part, mais une seconde voie d’accès à la plateforme voix déjà construite pour VoLTE. C’est pourquoi la plupart des opérateurs planifient les deux services comme un seul projet, même s’ils les lancent à des moments différents. C’est précisément ce qu’a fait le MVNO Miatel. À la demande de ses clients entreprises, l’opérateur a d’abord lancé VoLTE, puis VoWiFi, et l’expérience du premier lancement a nettement facilité le second.

Composants du réseau

Avant d’aborder le rôle de l’IMS, voyons quels composants constituent le réseau.

Un appel VoWiFi traverse successivement plusieurs éléments. Le terminal se connecte au Wi-Fi et ouvre un tunnel IPsec vers l’ePDG à l’aide d’IKEv2. Pendant l’établissement du tunnel, l’abonné est authentifié par EAP-AKA à partir des données de la carte SIM : aucun mot de passe ni identifiant distinct n’est nécessaire. L’ePDG relaie l’échange d’authentification vers le serveur 3GPP AAA via l’interface SWm, et le serveur AAA obtient les vecteurs d’authentification auprès du HSS via SWx.

Une fois le tunnel établi, l’ePDG le raccorde au PGW via l’interface S2b, et le PGW attribue au terminal une adresse IP dans l’APN IMS. Le terminal s’enregistre ensuite dans l’IMS exactement comme il le ferait en LTE. Au début d’un appel, l’IMS demande des ressources voix au PCRF via l’interface Rx, et le réseau alloue un bearer dédié QCI=1 au flux voix. Le débit garanti s’applique sur le segment entre l’ePDG et le PGW. Sur le segment Wi-Fi, la qualité dépend du réseau auquel l’abonné est connecté.

Si l’opérateur considère un réseau Wi-Fi comme fiable, par exemple le sien, l’ePDG n’est pas nécessaire. Le réseau d’accès échange les données d’authentification avec l’AAA via STa et se connecte au PGW via S2a.

Figure 1 — Architecture VoLTE et VoWiFi : le chemin de l’appel via LTE et via un Wi-Fi non fiable

Le rôle de l’IMS

L’IMS (IP Multimedia Subsystem) est la plateforme voix de VoWiFi/VoLTE. C’est la couche qui transforme une connexion IP en service téléphonique. Il utilise SIP pour la signalisation des appels et se compose de plusieurs fonctions :

• P-CSCF est le premier point de contact du terminal ; tout son trafic SIP passe par lui.
• I-CSCF et S-CSCF routent les requêtes, enregistrent les abonnés et appliquent la logique des services.
• HSS stocke les profils des abonnés et les données d’authentification.
• Le Telephony Application Server (TAS) fournit le renvoi d’appel, le double appel, la conférence et d’autres fonctions.

Le traitement dans l’IMS ne dépend pas du réseau d’accès. Un enregistrement SIP arrivé via LTE et un autre arrivé par un tunnel IPsec depuis le Wi-Fi d’un café sont traités de la même façon, du moment que tous deux passent par le PGW dans l’APN IMS. C’est pourquoi un seul cœur IMS dessert à la fois VoLTE et VoWiFi, et que la numérotation, les profils d’abonnés et les services ne sont configurés qu’une seule fois.

Lorsqu’un abonné passe du LTE au Wi-Fi ou inversement, le PGW conserve l’adresse IP existante du terminal, et le terminal se réenregistre dans l’IMS via le nouvel accès. Pour l’IMS, il s’agit d’un changement de type d’accès, et non d’un nouvel abonné. Si l’adresse IP change pendant la transition, l’appel en cours doit être rétabli.

Exigences réseau

Avant de commencer l’intégration, il convient de vérifier si le réseau actuel y est prêt. Si VoLTE est déjà en service, la plupart des conditions sont remplies, car le réseau dispose déjà d’un cœur IMS, de politiques de QoS et de bearers voix. VoWiFi ajoute des exigences du côté de l’ePDG, que nous passons en revue une par une ci-dessous.

Compatibilité avec l’EPC. L’ePDG doit fonctionner avec le PGW de l’opérateur via S2b. Si l’EPC provient d’un autre fournisseur, la compatibilité sur cette interface doit être confirmée avant l’intégration, car l’établissement des sessions comme le trafic des abonnés y transitent. Le PCRF et le PCEF doivent prendre en charge les bearers voix dédiés, et le trafic VoWiFi doit passer par le PCEF et être taxé selon les mêmes règles que les sessions LTE. La taxation de VoWiFi doit être convenue séparément avec l’équipe facturation.

Cœur IMS. VoWiFi suppose un cœur IMS qui dessert déjà VoLTE ou qui est lancé en même temps. Le P-CSCF doit être joignable depuis l’APN IMS que les terminaux reçoivent via l’ePDG.

SIM et AAA. L’authentification nécessite un serveur 3GPP AAA prenant en charge SWm vers l’ePDG et SWx vers le HSS, ainsi que des cartes SIM compatibles EAP-AKA, c’est-à-dire des USIM. Les abonnés qui utilisent déjà le LTE disposent de ces cartes : en général, il suffit d’y mettre à jour les paramètres IMS et le domaine de l’ePDG.

Tunnel IPsec. Un terminal avec VoWiFi maintient ouvert un tunnel IPsec vers l’ePDG. Les réseaux Wi-Fi domestiques et publics se trouvent généralement derrière un NAT, l’ePDG doit donc prendre en charge le NAT traversal sur UDP 4500. La capacité se dimensionne en fonction du nombre de tunnels simultanés et du débit total.

Plateforme. Stingray ePDG de VAS Experts fonctionne comme un logiciel sur des serveurs x86 standard ou des machines virtuelles : aucun matériel spécialisé n’est nécessaire pour le déploiement.

Étapes du déploiement

Voyons étape par étape comment passer d’un réseau LTE uniquement données à une voix sur IP complète.

1. Évaluer le réseau. Vérifiez si le PGW prend en charge l’interface S2b et l’APN IMS, si l’EPC peut allouer des bearers voix (QCI=1) à la demande de l’IMS, quelle est la capacité du cœur IMS et du HSS, et quels cartes SIM et terminaux utilisent les abonnés.
2. Lancer VoLTE sur l’IMS. Mettez en service le cœur IMS, configurez l’APN IMS, les politiques de QoS et les bearers voix, établissez l’interconnexion avec les autres réseaux et testez des appels en LTE. Vous obtenez ainsi la plateforme voix que VoWiFi utilisera ensuite.
3. Ajouter l’ePDG et l’intégrer à l’EPC et à l’AAA. Raccordez l’ePDG au PGW via S2b et au serveur AAA via SWm, et assurez-vous que le serveur AAA fonctionne avec le HSS via SWx.
4. Enregistrer le domaine de l’ePDG et configurer les certificats. Les terminaux trouvent l’ePDG grâce à un nom standard de la forme
   epdg.epc.mnc.mcc.pub.3gppnetwork.org, où MCC et MNC sont les codes pays et réseau de l’opérateur. L’opérateur doit obtenir auprès de la GSMA la délégation de son sous-domaine dans la zone pub.3gppnetwork.org et installer sur l’ePDG un certificat auquel les terminaux feront confiance lors de la connexion IKEv2.
5. Préparer les cartes SIM. EAP-AKA nécessite une USIM. Les paramètres IMS et le domaine de l’ePDG peuvent être inscrits sur la carte SIM. Si le domaine ne figure pas sur la carte, le terminal le construit à partir des codes MCC et MNC.
6. Travailler avec les fabricants de téléphones. De nombreux smartphones n’activent VoLTE et VoWiFi que pour les opérateurs inclus dans leur carrier configuration. L’opérateur transmet ses paramètres aux fabricants et attend qu’ils soient intégrés aux mises à jour logicielles des terminaux.
7. Mener un pilote et lancer le service commercialement. Testez le service sur un groupe restreint d’abonnés, corrigez ce que le pilote met en évidence, puis ouvrez-le à l’ensemble de la base d’abonnés. Cette dernière étape demande le plus d’attention, c’est pourquoi nous la traitons à part.

Figure 2 — Séquence de déploiement de VoLTE et VoWiFi dans le réseau d’un opérateur

Tests et pilote

Les tests commencent en laboratoire. L’équipe vérifie chaque interface séparément (S2b, SWm, SWx, Rx), puis l’ensemble du flux d’appel, de l’établissement de la connexion IKEv2 et de l’authentification EAP-AKA jusqu’à l’enregistrement dans l’IMS, l’allocation du bearer voix, ainsi que l’établissement et la libération de l’appel. Les traces protocolaires de cette étape servent ensuite de référence pour le dépannage.

Après les tests, le service est expérimenté auprès d’un groupe restreint d’abonnés réels, souvent des employés qui utilisent leur propre téléphone sur des réseaux Wi-Fi domestiques, de bureau et publics. On voit ainsi comment le service se comporte sur des réseaux que l’opérateur ne contrôle pas. Une attention particulière est portée au handover entre VoLTE et VoWiFi dans les deux sens pendant un appel en cours, car c’est là qu’apparaissent généralement les erreurs d’intégration entre l’ePDG, le PGW et l’IMS.

La liste de contrôle de base du pilote comprend :

• les appels sortants et entrants via Wi-Fi ;
• l’envoi et la réception de SMS via Wi-Fi ;
• le basculement entre LTE et Wi-Fi pendant un appel dans les deux sens : l’adresse IP du terminal est conservée, l’appel ne coupe pas, et l’ancienne session est correctement fermée après la transition et ne subsiste pas dans les nœuds du réseau ;
• différents modèles de téléphones et versions de système d’exploitation.

Problèmes courants

La plupart des difficultés liées au lancement de VoWiFi ne se situent pas dans le réseau lui-même, mais autour de lui. C’est ce que montre l’expérience du MVNO Miatel, premier opérateur à lancer le Wi-Fi Calling sur l’ePDG de VAS Experts. L’intégration avec l’AAA et le PGW de l’opérateur a fonctionné presque immédiatement, tandis que les tâches organisationnelles et les échanges avec des parties externes ont pris le plus de temps.

La version complète de l’étude de cas raconte comment l’équipe a cherché la cause dans le firmware et le modem du téléphone, pourquoi le premier smartphone de test a dû être rapporté d’Inde dans une valise, et quel effet inattendu VoLTE et VoWiFi ont eu pour les abonnés à Moscou. Lisez l’étude de cas « Mise en œuvre de l’ePDG de VAS Experts chez le MVNO Miatel ».

Qualité du Wi-Fi. Ce problème concerne tous les opérateurs. L’opérateur ne contrôle pas le réseau Wi-Fi de l’abonné. Des points d’accès surchargés, une liaison faible avec le fournisseur ou des réseaux qui bloquent IPsec affectent la qualité des appels, et l’opérateur ne peut pas y remédier directement. C’est pourquoi le pilote doit inclure des réseaux domestiques, de bureau et publics.

Choisir une approche

Il existe plusieurs façons de proposer le Wi-Fi Calling, qui diffèrent par ce que l’opérateur contrôle et par ce dont l’abonné a besoin. Nous les avons présentées plus en détail dans Quand le réseau mobile est indisponible : pourquoi passer aux appels via Internet.

Réseaux sans 2G ni 3G. Pour un opérateur qui ne dispose que du LTE, le choix de l’approche est pratiquement tout tracé. Il n’a pas de réseau à commutation de circuits vers lequel basculer la voix : la voix passe donc par l’IMS, c’est-à-dire par VoLTE, dès le premier jour. Et comme l’IMS est déjà en place, l’accès non fiable via ePDG devient le moyen le plus logique d’ajouter VoWiFi.

Un tel opérateur tire plusieurs avantages de VoWiFi à la fois :

• Connectivité en cas de brouillage des fréquences. Si certaines fréquences mobiles sont brouillées.
• Économies pour les MVNO. Les appels Wi-Fi ne consomment pas les ressources radio de l’opérateur hôte, ce qui réduit les coûts de trafic.
• Couverture à l’intérieur des bâtiments. Les appels fonctionnent là où le signal LTE est faible mais où le Wi-Fi est disponible : dans les bâtiments, les centres commerciaux et les sous-sols.

C’est ainsi qu’est construit le réseau d’un MVNO africain qui a lancé VoWiFi sur l’ePDG de VAS Experts. L’opérateur ne dispose ni de 2G ni de 3G, et le signal LTE est faible en zone rurale et à l’intérieur des bâtiments en ville. VoLTE est donc devenu le principal service voix, et VoWiFi couvre les endroits où le LTE ne suffit pas. Après les tests en laboratoire et le pilote, le lancement commercial du Wi-Fi Calling pour tous les abonnés est prévu au quatrième trimestre 2026.

Comment VAS Experts peut vous aider

VAS Experts propose une solution de déploiement de VoLTE et VoWiFi basée sur ses propres produits : un ePDG pour l’accès Wi-Fi, ainsi qu’un PGW et un PCEF pour le cœur paquet et les politiques. La solution fonctionne sur des serveurs x86 standard ou des machines virtuelles et s’intègre à l’EPC, à l’AAA et à l’IMS de l’opérateur.

Pour discuter d’un lancement dans votre réseau, envoyez une demande ci-dessous.

FAQ

Quelle est la différence entre VoLTE et VoWiFi ?

Les deux services utilisent le même cœur IMS et le même numéro. VoLTE transporte les appels sur le réseau radio LTE, tandis que VoWiFi les transporte via le Wi-Fi et la passerelle ePDG.

Faut-il VoLTE avant de lancer VoWiFi ?

À strictement parler, VoWiFi nécessite un cœur IMS, et non VoLTE en tant que tel. En pratique, le Wi-Fi Calling se lance le plus rapidement là où VoLTE est déjà en service, car il s’appuie sur le même IMS, le même EPC, les mêmes politiques de QoS et les mêmes paramètres d’abonnés.

Quels éléments de réseau faut-il pour VoWiFi ?

Un ePDG intégré au PGW via S2b et au serveur AAA via SWm, un serveur AAA connecté au HSS via SWx, un PCRF pour les bearers voix, un cœur IMS et des cartes SIM compatibles EAP-AKA. En outre, l’opérateur doit figurer dans les carrier configurations des fabricants de téléphones.

L’abonné a-t-il besoin d’une application ou d’une carte SIM spéciale ?

Aucune application n’est nécessaire. L’authentification s’effectue avec la carte SIM via EAP-AKA, et la même USIM que pour le LTE convient. La fonction doit être prise en charge par le téléphone pour cet opérateur et activée dans ses paramètres.

Comment la connexion est-elle protégée sur un Wi-Fi public ?

Le terminal et l’ePDG établissent un tunnel IPsec via IKEv2 avec une authentification par la SIM. Tout le trafic voix et de signalisation entre le téléphone et le réseau de l’opérateur passe par ce tunnel chiffré.

À quels problèmes l’opérateur sera-t-il confronté lors du lancement ?

Les principaux retards sont liés à la délégation du domaine par la GSMA, aux certificats, à la configuration côté terminal et au temps nécessaire aux fabricants de téléphones pour ajouter l’opérateur. Ces problèmes sont décrits plus en détail dans l’étude de cas Miatel.