Brevet FR2940001A1 — publié le 20100618

DEMANDE DE BREVET B08-4268FR/FZ/AR 08-LMS-223 Société par actions simplifiée dite : ST-NXP WIRELESS FRANCE Procédé et dispositif d'affectation d'une cellule à un appareil de communication sans fil, et appareil correspondant Invention de : Safouane SFAR Procédé et dispositif d'affectation d'une cellule à un appareil de communication sans fil, et appareil correspondant La présente invention concerne le domaine de la communication sans fil, notamment des réseaux sans fil dits 3G UMTS et LTE (Long Term Evolution), et plus particulièrement l'affectation d'une cellule à un appareil de communication sans fil pour l'exécution d'un service désiré. Dans la norme LTE en particulier, lors de l'accès au service d'un appareil de communication sans fil, l'affectation d'une cellule est effectuée pour les services de l'appareil de communication sans fil selon un critère dit "critère S" bien connu de l'homme du métier et qui prend en compte la qualité de réception du signal. Selon un mode de mise en oeuvre et réalisation, il est proposé de sélectionner une cellule de façon à obtenir une meilleure qualité de service. Ainsi une cellule sélectionnée pourra offrir le cas échéant une plus large bande passante pour l'exécution du service demandé par un utilisateur. Selon un aspect il est proposé un procédé d'affectation d'une cellule à un appareil de communication sans fil quittant un mode de veille pour émettre une requête d'accès à un service désiré appartenant à une classe de services; Selon cet aspect on élabore pour chaque cellule et pour chaque classe de service supportée par ladite cellule une information relative au taux de charge de ladite classe de services au sein de la cellule; l'appareil de communication reçoit lesdites informations de taux de charge des cellules susceptibles d'être affectées à l'appareil de communication et, au moins en fonction desdites informations de taux de charge, une sélection de la cellule à affecter est faite parmi ces cellules susceptibles d'être affectées à l'appareil de communication. Ainsi, par exemple, plus cette information de taux de charge est élevée, par exemple proche de 1 si l'on considère que cette information varie entre 0 et 1, plus la cellule présentera de la bande passante disponible pour l'exécution du service désiré. A contrario, plus l'information de taux de charge est faible, par exemple proche de zéro, plus il y a intérêt pour assurer une bonne qualité de service, à sélectionner une autre cellule pour l'exécution du service. Le contrôle de l'accès en fonction des classes de services est établi au plus bas niveau du réseau. Ainsi, d'une part on évite une connexion inutile à la station de base alors que le service ne pourrait pas être fourni dans de bonnes conditions. Et, d'autre part on permet une meilleure qualité pour certains services en limitant le nombre de connexion à une station de base pour d'autres services. Selon un mode de mise en oeuvre, au sein de l'appareil, on associe à chaque cellule une information de qualité de réception de signal par l'appareil et on sélectionne la cellule à affecter également en fonction desdites informations de qualité de réception. L'utilisation d'un critère supplémentaire de qualité de réception permet, en raison de la dispersion de la qualité de réception en fonction du positionnement des terminaux, d'éviter que tous les terminaux ne choisissent la même cellule. Selon un mode de mise en oeuvre au cours de l'étape de sélection, au sein de l'appareil, on tire d'un nombre aléatoire, on sélectionne la cellule présentant la meilleure information de qualité de réception et satisfaisant également un critère de comparaison entre ledit nombre aléatoire et l'information de taux de charge de cette cellule pour la classe de services contenant le service désiré. Ainsi, par exemple, on considérera que le critère de comparaison est satisfait si le nombre aléatoire est inférieur à ladite information de taux de charge. Un tel mode de mise en oeuvre permet, par le tirage d'un nombre aléatoire au sein de chaque appareil, de réduire le risque d'engorgement d'une cellule si plusieurs appareils sont susceptibles d'accéder à cette même cellule. Selon un mode de mise en oeuvre on réitère l'étape de sélection jusqu'à la sélection effective d'une cellule. Selon un mode de mise en oeuvre la cellule avec laquelle la sélection n'a pas pu être établie à cause de la non satisfaction du critère de comparaison est exclue temporairement des cellules susceptibles d'être sélectionnées. Ceci permet notamment de ne pas risquer de bloquer le système en présence d'une cellule présentant à la fois la meilleure information de qualité et une information de taux de charge très faible. Selon un autre aspect, il proposé un dispositif d'affectation d'une cellule à un appareil de communication sans fil, ce dispositif comportant - des moyens de commande aptes à faire passer cet appareil d'un mode de veille à un mode d'émission de requête d'accès à un service désiré appartenant à une classe de services, - des moyens de réception aptes à recevoir des cellules susceptibles d'être affectées à l'appareil de communication, des informations relatives aux taux de charge de toutes les classes de services de toutes ces cellules susceptibles d'être affectées à l'appareil de communication et, - des moyens de traitement comportant des moyens de sélection aptes à sélectionner la cellule à affecter au moins en fonction desdites informations de taux de charge. Selon un mode de réalisation, les moyens de traitement comportent des moyens de détermination de la qualité de réception du signal de chacune des différentes cellules et les moyens de sélection sont aptes à sélectionner la cellule à affecter également en fonction desdites informations de qualité de réception. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de sélection comportent des moyens de génération d'un nombre aléatoire, des moyens de comparaison aptes à comparer ce nombre aléatoire et une information de taux de charge et les moyens de sélection sont configurés pour sélectionner la cellule présentant la meilleure information de qualité et pour laquelle le résultat de ladite comparaison satisfait également un critère de comparaison. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de sélection comportent en outre des moyens aptes à exclure temporairement la cellule avec laquelle la sélection n'a pas pu être établie à cause de la non satisfaction dudit critère de comparaison. Selon un autre aspect, il est proposé un appareil de communication sans fil, incorporant un dispositif d'affectation tel que défini précédemment. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'étude de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement un réseau mobile; la figure 2 illustre un exemple de transmission d'informations relatives au taux de charge; les figures 3 et 4 illustrent schématiquement deux modes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention sous forme d'un organigramme un algorithme d'affectation de la cellule à l'appareil de communication suivant l'invention; Les figures 5 et 6 illustrent schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention Les figures 7 à 10 illustrent deux exemples de calcul d'informations de taux de charge, et La figure 11 illustre des classes de services de la norme LTE et les types de services qui leur sont affectés selon le classement de la norme LTE (TS 23.401) On va maintenant décrire une application de l'invention à un réseau 3G ou LTE. Sur la figure 1 sont représentés schématiquement les principaux éléments de terminaison d'un réseau mobile, à savoir une station de base SB appelée aussi NodeB ou eNodeB (selon des dénominations anglo-saxonnes bien connues de l'homme du métier) et un appareil de communication sans fil UE, par exemple un téléphone mobile cellulaire. La station de base SB raccorde l'appareil de communication au réseau et a en charge pour cela plusieurs cellules dont l'une d'entre elle référencée CEL est représentée schématiquement sur la figure 1. Ces cellules sont en fait des fréquences de transmission Dans la norme LTE ou 3G, il existe entre autres deux types de mode de fonctionnement pour l'appareil de communication alors qu'il est en marche, à savoir le mode de veille ou idle et le mode connexion lorsqu'une connexion de type RRC (Radio Resource Control) est établie. Lors du passage d'un mode de veille à un mode de connexion une cellule est affectée à l'appareil de communication. Cette cellule peut changer lors d'un déplacement, ce changement appelé "handover" est géré en général par une entité spécifique appelée MME (Mobility Management Entity, selon une dénomination anglo-saxonne bien connue de l'homme du métier) ou VLR MSC en norme 3G (Visitor Location Register, Mobile Switching Center selon des dénominations anglo-saxonnes bien connues de l'homme du métier). Selon un aspect, l'invention concerne le passage du mode veille au mode connecté et l'affectation des cellules au cours de cette étape. Ainsi, avant de passer en mode connexion l'appareil de communication émet une requête d'accession au service, puis une cellule lui est affectée et le trafic du service transite via cette cellule. I1 est proposé ici de sélectionner une cellule pour le service auquel souhaite accéder l'utilisateur de l'appareil de communication en tenant compte au moins d'un paramètre lié au trafic de la cellule. Dans le mode de réalisation et de mise en oeuvre décrit, une information relative au taux de charge ou facteur d'accès référencée QAF est calculée et envoyée par les stations de base puis, après réception de cette information, l'appareil de communication sans fil va l'utiliser pour sélectionner une cellule. Sur la figure 2 est illustré un tableau. Chaque cellule susceptible d'être affectée y occupe une ligne. Dans chaque cellule, pour chaque classe de service QCI est associée une information QAF. L'information QAF est un nombre rationnel positif par exemple compris entre 0 et 1 dont la valeur est relative à la charge de la classe de service pour la cellule. Des exemples d'élaboration des informations QAF seront détaillés ci-après. Ces informations peuvent être transmises de la station de base aux appareils de communication via un canal de communication appelé SIB défini dans la norme 3G et LTE et bien connu de l'homme du métier. Comme exemple de classes de services illustrés sur la figure 11 on peut citer la classe dédiée à la lecture en continu ou streaming, celle dédiée aux flux conversationnels ou encore celle dédiée aux services interactifs. La figure 3 décrit un mode de mise en oeuvre d'un procédé au cours duquel l'appareil de communication sans fil utilise l'information reçue relative au taux de charge pour sélectionner une cellule. Au niveau de chaque station de base, on élabore (410) pour chaque cellule et pour chaque classe de service supportée par ladite cellule les informations QAF associées. Après l'émission par l'appareil d'une requête d'accession au service désiré (401), l'appareil de communication va sélectionner une cellule pour ce service. I1 effectue un tirage d'un nombre aléatoire RAND, par exemple entre 0 et 1 (403). Les informations QAF de chacun des services sur chacune des cellules sont par ailleurs reçues par l'appareil (404). L'appareil détermine également pour chaque cellule une information de qualité de signal en réception. A titre indicatif, on peut utiliser le critère S décrit dans les normes TS 25.304 en 3G et TS 36.304 en LTE. La cellule présentant le meilleur critère S est alors présélectionnée (405). Puis pour la cellule et pour la classe de service correspondante au service désiré, l'information QAF correspondante est comparée (406) au nombre aléatoire RAND généré lors de l'étape précédente 403. Si la comparaison met en évidence que le nombre aléatoire est inférieur au QAF alors la cellule est sélectionnée (407) pour la classe de service correspondant au service désiré. Sinon le processus de sélection est réitéré. Le choix d'un nombre aléatoire pour sélectionner la cellule permet d'espacer les temps de connexion des différents terminaux, un terminal pouvant sélectionner sa cellule dès la première tentative alors qu'un autre devra attendre plusieurs tentatives. La figure 4 illustre une variante du procédé qui diffère de celle illustrée sur la figure 3 par la présence de l'étape 809. Cette étape 809 consiste lorsque le critère de comparaison n'est pas satisfait 406, c'est-à-dire si l'information QAF de la classe de la cellule avec le meilleur critère S n'est pas supérieure au nombre aléatoire, à exclure cette cellule lorsque le processus de sélection va être recommencé. Ainsi la cellule qui sera choisie si les conditions de réception sont inchangées sera la deuxième meilleure selon le critère S si elle respecte les conditions de nombre aléatoire inférieur au QAF. La durée pendant laquelle la cellule est exclue peut être configurée de différentes façons et peut dépendre de la classe de service. Selon une première version, la durée pendant laquelle les cellules sont exclues peut être fixée. Selon une deuxième version, la durée d'exclusion peut encore être configurée par l'opérateur et envoyée par la station de base via des blocs SIB. Enfin dans une troisième version, la durée étant spécifiée, un booléen dans un bloc SIB indique si cette durée est à appliquer ou pas et ce pour chacune des cellules. Dans la figure 5 il est illustré schématiquement des modes de réalisation d'une station de base et d'un appareil de communication selon l'invention. Comme on peut le voir sur la partie haute de la figure 5, la station de base SB comporte des moyens de calculs des informations QAF. Ces moyens de calcul 502 peuvent par exemple être des moyens logiciels. D'un point de vue général, l'information QAF est un nombre rationnel positif. I1 est distinct pour chaque cellule et pour chaque classe de service. Par exemple, pour une station de base qui a en charge deux cellules ayant sur chacune trois classes de services les moyens de calculs du QAF calculeront six nombres rationnels positifs, un par classe de service et par cellule. Les moyens de calcul 502 pourraient aussi se situer plus en amont dans le réseau. Comme représenté sur la partie basse de la figure 5, l'appareil de communication UE comporte une antenne ANT, une chaîne de réception RXCH, une chaîne d'émission TXCH toutes deux connectées à un étage numérique de traitement DP. La chaîne de réception permet de recevoir les informations QAF venant des différentes stations de base. La chaîne d'émission permet d'émettre une requête d'accès au service désiré. Bien entendu, la portée du réseau mobile est limitée, les moyens de réception ne traitent que les cellules qui sont à portée de l'appareil de communication. Comme illustré sur la figure 6, l'étage de traitement DP, comporte des moyens de commande MCD aptes à faire passer l'appareil de son mode veille au mode connexion pour l'émission d'une requête d'accès au service désiré. Outre ces moyens de commande MCD, l'étage de traitement comporte des moyens de traitement MT. Les moyens de traitement MT comportent des moyens MDT aptes à déterminer la qualité du signal reçu par chaque cellule. Des moyens de sélection MS vont effectuer la sélection de la cellule à partir notamment des informations QAF. Ces moyens de sélection MS comportent des moyens de comparaison MCP, un générateur GEN de nombre aléatoire et des moyens d'exclusion MEX aptes à exclure une cellule des cellules susceptibles d'être sélectionnées. Ces moyens vont permettre d'effectuer les étapes illustrées sur les figures 3 et 4. Tous les moyens de l'étage DP peuvent être réalisés par exemple sous forme de modules logiciels, ou bien pour certains d'entre eux sous forme de circuits logiques. La figure 7 illustre un premier mode de calcul des informations QAF pour une cellule. La formule utilisée ici pour une cellule est QAF = TRUNC[(1-(BandePassanteOccuppée/BandePassanteTotale)a)*10]/10. La fonction TRUNC correspond à la fonction troncature et extrait la partie entière. La variable "BandePassanteOccuppée" représente la bande passante occupée par l'ensemble des utilisateurs et des services sur la cellule. La variable "BandePassanteTotale" représente la bande passante totale disponible sur la cellule. Cette formule permet d'obtenir une information QAF qui tend vers une valeur nulle lorsque le trafic traité par la cellule pour la classe de service considéré atteint son maximum. I1 reste néanmoins à définir le coefficient alpha qui va être différent pour chacune des classes de services QCIX; c'est l'objet du tableau illustré en figure 7. La première colonne correspond pour une cellule donnée à toutes les classes de services supportées par la cellule. La deuxième colonne correspond à la valeur en pourcentage de la charge induite par un service appartenant à la classe de service de la première colonne. I1 est supposé, pour faciliter ce calcul, que tous les services d'une même classe de service consomment la même bande passante. Ce n'est néanmoins nullement requis. La troisième colonne est une donnée que l'opérateur peut modifier. Elle correspond à la bande passante maximum qu'il souhaite accorder à chacune des classes de service, elle est exprimée en pourcentage par rapport à la bande passante maximum de la classe de service correspondante. En quatrième colonne est établie une multiplication sur les deux précédentes colonnes. A partir de cette quatrième colonne est alors déduit un classement des différentes classes de services. La classe de service ayant le résultat de multiplication le plus élevé a le rang 1. La valeur du rang pour les autres classes de service augmente avec la décroissance des résultats de multiplication. Ce classement permet de déduire la valeur d'alpha. La valeur alpha correspond en fait directement au rang des classes de services (colonne quatre). Ainsi à la classe de service QCI8 de rang 1 sera attribuée une valeur alpha égale à 1. . I1 apparaît qu'alors dans la formule ci-dessus la valeur de l'information QAF augmente quand alpha diminue, ce qui correspond à une probabilité d'affectation supérieure de cette classe de service pour cette cellule. La figure 8 illustre un exemple d'évolution des valeurs d'information QAF pour les classes de services 8, 2, et 9 calculées suivant le mode de calcul illustré par la figure 7. En ordonnée est représentée la valeur de l'information QAF et en abscisse la bande passante totale (exprimée en Mb/s) consommée par une cellule dont la bande passante maximum est 10 Mb/s. Conformément à ce qui est requis pour assurer un bon contrôle de l'accès, les valeurs de QAF tendent toutes vers une valeur nulle lorsque le trafic total traité par la cellule tend vers le trafic maximum que la cellule peut traiter. La figure 9 illustre un second mode de calcul du QAF. Là encore pour des raisons de facilité de calcul la bande passante consommée par chacun des services appartenant à une même classe de service est considérée comme égale. La formule utilisée dans ce cas est QAF=TRUNC([1- (13+1)^((BandePassanteOccupée - BandePassanteTotale)/ BandePassanteTotale)]*100)/100 dans laquelle la notation ^ représente la fonction "puissance". Les variables et fonctions ont les mêmes significations que dans la formule précédente illustré en figure 7. Tout comme la formule illustrée en figure 7, le QAF de toutes les classes de service tend vers 0 lorsque la bande passante occupée tend vers la bande passante totale. Le facteur bêta dépend lui directement de la bande passante occupée par le service désiré en regard de la bande passante totale de la cellule. Sur le tableau de la figure 9, comme on peut le voir la première colonne représente les classes de services disponibles pour une cellule. La deuxième colonne représente en pourcentage la bande passante consommée par le service de la classe QCIX en regard de la bande passante totale de la cellule. La troisième colonne représente le facteur bêta basé sur le classement suivant le maximum de bande passante consommée. En d'autres termes, la classe de service ayant le maximum de bande passante consommée à un facteur bêta égale à 1. Et ce facteur augmente avec la décroissance de la valeur de la bande passante consommée. Ainsi les services correspondants à la classe de service QCI5 consomme 5% de la bande passante totale de la cellule et les services de la classes de service QCI5 sont donc classés premier; leur valeur bêta est donc 1. Cette valeur de bêta correspond bien dans la formule préalablement définie à une valeur de QAF minimale.. Ainsi, avec ce mode de calcul les services peu gourmands en bande passante sont privilégiés par rapport aux autres. La figure 10 illustre un exemple d'évolution des valeurs d'information QAF pour les classes de services 8, 2, et 9 calculées suivant le mode de calcul illustré par la figure 9. Le graphique représenté est similaire à celui illustré en figure 8. Là encore conformément à ce qui est requis pour assurer un bon contrôle de l'accès, les valeurs de QAF tendent toutes vers une valeur nulle lorsque le trafic total traité par la cellule tend vers le trafic maximum que la cellule peut traiter. Les modes de calculs de l'information QAF illustrés dans les figures 7 à 10 peuvent s'appliquer dans le cadre des normes 3G ou LTE. L'invention permet notamment d'améliorer la qualité de service par une répartition temporelle et géographique des connexions en fonction des classes de service sur les cellules. L'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre et de réalisation qui viennent d'être décrits mais embrasse toutes les variantes. Ainsi au lieu d'utiliser le critère S pour la présélection des cellules, on pourrait privilégier les informations de taux de charge (avec ou sans critère additionnel de qualité de réception), avec éventuellement l'utilisation d'un nombre aléatoire comme indiqué ci avant. I1 serait notamment possible de classer les cellules selon leur paramètre QAF puis de sélectionner celle présentant le meilleur paramètre QAF. Cette sélection pourrait également être affinée par l'utilisation du nombre aléatoire tel que décrite précédemment et finalement par le critère S. REVENDICATIONS1 Procédé d'affectation d'une cellule à un appareil de communication sans fil quittant un mode de veille pour émettre une requête d'accès à un service désiré appartenant à une classe de services, le procédé comprenant: une élaboration, pour chaque cellule et pour chaque classe de service supportée par ladite cellule, d'une information relative au taux de charge de ladite classe de services au sein de la cellule, une réception par l'appareil de communication desdites informations de taux de charge des cellules susceptibles d'être affectées à l'appareil de communication, une sélection, parmi ces cellules susceptibles d'être affectées à l'appareil de communication, de la cellule à affecter au moins en fonction desdites informations de taux de charge. 2 Procédé selon la revendication 1, dans lequel au sein de l'appareil, on associe à chaque cellule une information de qualité de réception de signal par l'appareil et on sélectionne ladite cellule à affecter également en fonction desdites informations de qualité de réception. 3 Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape de sélection comporte, au sein de l'appareil, un tirage d'un nombre aléatoire une sélection de la cellule présentant la meilleure information de qualité de réception et satisfaisant également un critère de comparaison entre ledit nombre aléatoire et l'information de taux de charge de cette cellule pour la classe de services contenant le service désiré. 4 Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on réitère l'étape de sélection jusqu'à la sélection effective d'une cellule. 5 Procédé selon les revendications 3 et 4, dans lequel la cellule avec laquelle la sélection n'a pas pu être établie à cause de la nonsatisfaction du critère de comparaison est exclue temporairement des cellules susceptibles d'être sélectionnées. 6 Dispositif d'affectation d'une cellule à un appareil de communication sans fil, comportant des moyens de commande aptes à faire passer cet appareil d'un mode de veille à un mode d'émission de requête d'accès à un service désiré appartenant à une classe de services, des moyens de réception aptes à recevoir des cellules susceptibles d'être affectées à l'appareil de communication des informations relatives aux taux de charge de toutes les classes de services de toutes ces cellules, et des moyens de traitement comportant des moyens de sélection aptes à sélectionner la cellule à affecter au moins en fonction desdites informations de taux de charge. 7 Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens de traitement comportent des moyens de détermination de la qualité de réception du signal de chacune des différentes cellules et les moyens de sélection sont aptes à sélectionner la cellule à affecter également en fonction desdites informations de qualité de réception. 8 Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens de sélection comporte des moyens de génération d'un nombre aléatoire, des moyens de comparaison aptes à comparer ce nombre aléatoire et une information de taux de charge et les moyens de sélection sont configurés pour sélectionner la cellule présentant la meilleure information de qualité et pour laquelle le résultat de ladite comparaison satisfait également un critère de comparaison. 9 Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les moyens de sélection comportent en outre des moyens aptes à exclure temporairement, des cellules susceptibles d'être sélectionnées la cellule avec laquelle la sélection n'a pas pu être établie à cause de la non satisfaction dudit critère de comparaison. 10 Appareil de communication sans fil, incorporant un dispositif selon l'une des revendications 6 à 9.