Brevet FR3025393A1 — publié le 20160304

PROCEDE POUR AMELIORER LA PROCEDURE DE TRANSFERT D'UN UTILISATEUR MOBILE DANS UN RESEAU DE COMMUNICATIONS La présente invention concerne un procédé permettant d'améliorer 5 la continuité des communications pour des terminaux mobiles dans un réseau de communication. Elle s'applique notamment aux réseaux TLE (« Long Term Evolution ») pour permettre la continuité d'une session de données et de signalisation d'applications, lors des déplacements de terminaux mobiles d'un site radio vers un autre. L'invention peut être mise en 10 oeuvre dans des réseaux susceptibles de connaître des ruptures de liens de communication dans le réseau de communication. Les réseaux informatiques utilisés par les terminaux mobiles de quatrième génération (4 G) comprennent des sous-réseaux radio, parfois 15 désignés sous le sigle anglo-saxon RAN pour « Radio Access Network », lesquels sont raccordés à un réseau d'interconnexion de données par paquets, appelé aussi PDN abrégé anglo-saxon de Packet Data Network, le PDN pouvant être relié à Internet. Un terminal mobile de quatrième génération est identifié par une adresse IP (Internet Protocol) qui lui permet 20 de recevoir et d'émettre des données à travers l'ensemble du réseau informatique. Le terminal mobile est sous la couverture d'une station antennaire, appelée aussi station de base. Un RAN est formé d'un ensemble de stations de base dont les couvertures se complètent pour couvrir un territoire. Entre le terminal mobile et la station de base, les données sont 25 transmises, par exemple, sous la forme d'ondes radioélectriques puis la station de base transmet les données, généralement via des câbles ou des fibres optiques, à une passerelle faisant interface entre un RAN et un PDN. En règle générale, plusieurs stations de base sont contrôlées par une même station de contrôle. Une telle station de contrôle remplit plusieurs rôles, 30 notamment le filtrage de paquets, la gestion de la qualité de service, l'authentification des utilisateurs, le contrôle des stations de base. 3025393 2 Lorsque le terminal mobile se déplace et sort de la zone couverte par une première station de base sous la couverture de laquelle il était situé, les communications sont assurées par une deuxième station de base dont la couverture est adjacente à la première. Si la deuxième station de base est connectée à la même station de contrôle que la première station de base, on parle de micro-mobilité. Dans le cas où le terminal mobile se déplace vers une deuxième station de base qui est connectée à une station de contrôle différente de la première station de contrôle, le terme de macro-mobilité est employé. La gestion des sessions de communications permet d'exécuter un protocole de négociation d'appel entre deux utilisateurs visant à s'assurer que ces deux utilisateurs ont les moyens de dialoguer ensemble avant l'établissement d'une communication. Cette gestion peut être effectuée grâce à un protocole fonctionnant sur une architecture client-serveur. Par exemple, le protocole SIP s'appuie sur une coopération entre un module logiciel client installé sur un terminal et un serveur SIP présent dans le CSN. L'un des objets de la présente invention est de proposer un procédé pour envoyer de manière optimisée les messages échangés lors d'un transfert cellulaire connu sous l'expression anglo-saxonne « handover standard » LTE, afin de minimiser les développements dans les logiciels de coeur de réseau ou « EPC LTE » (Evolved Packet Core) permettant de connecter l'utilisateur à son réseau de communication mobile, d'impacter le moins possible le protocole standard LTE 3GPP, de fournir des performances optimales de temps d'interruption de trafic. L'invention concerne un procédé pour optimiser la procédure de transfert ou « Handover » d'un terminal mobile T d'un premier site radio vers un deuxième site radio dans un réseau distribué et sur lequel le terminal mobile T peut être affilié, les sites radio comprenant une première station radio source, une deuxième station radio cible comportant plusieurs entités logiques pour la gestion de la mobilité des terminaux, la connexion d'un 3025393 3 terminal utilisateur à un réseau, le routage et le transfert des données, les sites radio étant reliés entre eux au moyen d'un réseau de connexion R, caractérisé en ce que le message GARP permettant le maintien de la connectivité du terminal mobile T avec le réseau de connexion R lorsque le 5 terminal mobile T change du premier site radio vers le deuxième site radio est transmis lors de la procédure de « Handover » après l'étape d'initialisation d'entrée du terminal mobile dans le réseau et après la procédure de préparation de « Handover » annonçant l'arrivée du terminal mobile vers le deuxième site radio, et après la fin des échanges 10 d'informations entre la première station radio et la deuxième station radio, et le rétablissament de l'ensemble des connexions logiques entre toutes les entités logiques de la deuxième station radio et le terminal mobile. Le réseau de connexion est, par exemple, un réseau de transmission par paquets de données PDN et le message GARP est 15 transmis après la requête de création « Modify Bearer » de connexion logique entre le réseau d'interconnexion « PDN » et la station radio cible, après que la passerelle de service S-Gw de la station radio cible ait créé un contexte et que la passerelle PDN-Gw de la station radio cible ait établi la connexion avec le réseau PDN. 20 Le procédé peut comporter au moins les étapes suivantes : - La station radio source initie une procédure de handover du terminal mobile T vers le site radio cible et son entité de gestion de mobilité transmet une requête de demande de transfert à l'entité mobile cible du site radio cible, 25 - L'entité de gestion de mobilité MME cible transmet une requête de création de session vers la passerelle de service cible du site radio cible, - La passerelle de service cible transmet une requête de création de session vers la passerelle de connexion cible du site radio cible, 3025393 4 - La passerelle de connexion PDN-Gw cible transmet une réponse de création de session vers la passerelle de service cible, cette dernière envoie une acceptation de création de session, - L'entité de gestion de mobilité MME cible transmet une requête de 5 « handover » à la station radio cible, qui répond à ce message par un accusé réception, - L'entité de gestion de mobilité MME cible envoie à l'entité de gestion de mobilité MME source un message de réponse à la requête de « handover » indiquant que la requête a été acceptée, 10 - Sur réception de la réponse l'entité de gestion de mobilité MME source émet une commande de « handover » via l'interface S1 à la station radio source lui demandant de transférer l'équipement utilisateur mobile T vers la station radio cible, - La station radio cible informe l'entité de gestion de mobilité cible que 15 l'utilisateur mobile T est relié à elle en transmettant une notification de « handover » via l'interface S1, - Les entités de gestion de mobilité de la station source et de la station cible s'échangent des messages de fin de relocalisation au moyen de l'interface S10, 20 - L'entité mobile cible envoie une requête de session « Modify Bearer » au S-GW cible, - La passerelle S-Gw de la cible envoie une requête de modification de session « Modify Bearer » au PDN-Gw cible, - la passerelle PDN-Gw du site cible établit la connexion avec le réseau 25 PDN en transmettant le message GARP. Le réseau sur lequel est mis en oeuvre le procédé peut être un réseau de communication LTE 3GPP. Le réseau de connexion est, par exemple, un réseau IP distribué sur les sites radio. 30 L'invention concerne aussi un système pour optimiser la procédure de transfert ou « handover » d'un terminal mobile d'un premier site 302 53 93 5 radio source vers un deuxième site radio dans un réseau décentralisé et sur lesquels le terminal mobile T peut être affilié, les sites radio comprenant une station radio source, une station radio cible, étant reliés entre eux au moyen d'un réseau de connexion R caractérisé en ce qu'il comporte des moyens 5 adaptés à exécuter les étapes du procédé selon l'invention. Le réseau de connexion est, par exemple un réseau Internet distribué. Le réseau de communication peut être un réseau LTE 3GPP. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 10 apparaîtront à la lecture de la description donnée à titre illustratif et non limitatif annexée des figures qui représentent : - La figure 1, un exemple de réseau 4G sur lequel peut être mis en oeuvre le procédé selon l'invention, et - La figure 2, un diagramme d'échanges de flux lors de la mise en 15 oeuvre du procédé selon l'invention. L'exemple qui suit est donné pour une procédure handover connue sous la dénomination « S1-based handover » qui utilise l'interface S1 entre une station de base et une entité de gestion de la mobilité ou MME, et 20 l'interface S10 entre les entités de gestion de mobilité des différentes stations de base, ces désignations étant connues de l'homme du métier. La figure 1 est une vue présentant un exemple de réseau sur lequel le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre, le réseau ayant une architecture décentralisée au sens où chaque station radio ou site radio 25 est autonome et connecté à une station de contrôle différente. Un réseau de communications 4G est constitué d'un ensemble de site radio 100a, 100b comprenant chacun une station radio LTE, 101s, 101f, un coeur de réseau LTE (EPC), 102s, 102f, un routeur d'interconnexion 103s, 103f à un réseau informatique ou « backbone IP », 104. Un terminal mobile T a la capacité 30 d'effectuer une procédure de « handover » entre les sites radio. Les sites radio sont interconnectés grâce à un réseau R de type PDN (Packet Data 302 53 93 6 Network), par exemple, un réseau IP qui est présent sur chacun des sites radios et qui interconnecte aussi les éléments de chaque site entre eux. Le réseau de connexion PDN permet aux terminaux mobiles T de se connecter entre eux et aussi à des services externes. C'est la connexion vers ce PDN 5 que le procédé selon l'invention vise à maintenir durant la procédure de handover d'un terminal mobile T. Le coeur de réseau LTE d'un site radio comporte par exemple les éléments suivant : - 111, une passerelle de service S-Gw ou Service Gateway ayant pour 10 fonction de router et transmettre les paquets de données utilisateur à travers les canaux de transmission vers la passerelle PDN-Gw 112, - 110, une entité de gestion de la mobilité, MME ou « Mobile Management Entity » ayant pour fonction de gérer l'accès au réseau LTE, par exemple, elle affecte un utilisateur à une passerelle de 15 service S-Gw qui convient, elle gère l'établissement des canaux de transmission dans le réseau; elle représente le point d'ancrage de la mobilité, gère les contextes de mobilité, désignée aussi entité de gestion pour des raisons de simplification, - 112, une passerelle de connexion PDN-Gw ou « PDN Gateway » qui 20 assure la connexion du terminal utilisateur à tout réseau PDN, internet, intranet ou autre, qui est le point d'entrée/sortie de trafic pour l'équipement utilisateur, et d'autres services connus de l'homme du métier ; cette passerelle gère les contextes de connexion, - 113, Un module HSS ou « Home subscriber Server » correspondant à 25 la base de données centrale des utilisateurs du réseau qui contient l'information d'un utilisateur et de son inscription, - 114, Un module de contrôle de la qualité de service (QoS) ou « PCRF » (Police and Charging Rule function). La figure 2 schématise un diagramme de flux du processus de 30 Handover selon l'invention dans le cas d'une architecture réseau distribuée. 3025393 7 Le procédé comporte par exemple, quatre phases. La première phase I « d'entrée initiale réseau » connue sous l'expression anglo-saxonne « Initial Network Entry », correspond à l'entrée initiale d'un terminal mobile dans le réseau. Au cours de cette procédure standard du LTE, un message 5 d'annonce GARP (Gratuitous ARP) est envoyé pour annoncer l'arrivée du terminal dans le réseau. Le message GARP comprend notamment l'adresse IP du terminal mobile et l'adresse MAC (Medium Access Control) du contrôleur de stations de base qui permettent de gérer les problèmes de mobilité des terminaux mobiles, la qualité de service QoS et l'authentification 10 des utilisateurs. La deuxième phase II ou « Handover Preparation » prépare le « handover » du terminal mobile. Habituellement dans l'art antérieur, le message GARP est positionné au cours de cette deuxième phase pour annoncer l'arrivée du terminal sur le nouveau site radio. 15 La troisième phase III ou « handover procedure » correspond au « handover » à proprement parlé, au cours de laquelle le terminal mobile bascule d'un premier site vers un autre site radio. La quatrième phase IV ou « cleaning procedure » est une phase où le procédé va supprimer les informations résiduelles sur le premier site 20 radio source une fois que le handover a été effectué et que l'attachement du terminal mobile au deuxième site cible est une réussite. Le procédé selon l'invention va transmettre le message GARP lors de la troisième phase III, la procédure de « Handover » après la fin des échanges relatifs à la relocalisation entre la station radio source et la station 25 radio cible et après le rétablissement des connexions logiques entre les entités logiques de la station radio cible, alors que les méthodes de l'art antérieur transmettent généralement ce message lors de la deuxième phase. Ceci permet avantageusement de réduire au maximum le temps de coupure de la connexion et aussi, permet un retour en arrière propre sans impact sur 30 le réseau PDN en cas d'échec du handover étant donné que l'annonce de l'arrivée du terminal n'est faite qu'une fois que celle-ci a réussi. 3025393 8 La figure 2 représente sous forme d'un diagramme de flux les étapes détaillées mises en oeuvre par le procédé selon l'invention lorsqu'un terminal mobile bascule d'un premier site radio source vers un deuxième site radio cible. 5 La première phase 200 correspondant à la procédure d'entrée dans le réseau d'un terminal mobile T se déroule entre le terminal mobile et le PDN. Ces étapes ne faisant pas partie de l'objet de l'invention ne seront pas détaillés car elles sont connues de l'homme du métier. Dans l'exemple donné le premier site radio 101s initie une 10 procédure de handover afin que le terminal mobile T soit attaché à un autre site radio cible 101f, sans interruption de la conversation ou du transfert des données, on entre dans la deuxième phase de préparation au Handover. La station radio 101s du premier site radio source transmet 201 une requête S1-HO à l'entité de gestion de mobilité 110s du premier site radio source. Le 15 message de requête contient les identifiants de la station de base (enodeB UE S1 AP ID) et de la station de contrôle (MME UE S1 AP). L'entité de gestion source MME 110s du premier site source transmet une requête de demande de transfert ou de délocalisation 202 à l'entité de gestion de mobilité 110f du site cible sur lequel le terminal mobile 20 T doit être affilié. Ce message inclut tous les détails qui ont été transmis lorsque l'équipement utilisateur T a été connecté à l'interface E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access), y compris les informations de connexions, les contextes qui ont été établis pour le terminal mobile. L'entité de gestion MME cible 110f transmet 203 une requête de 25 création de session vers la passerelle S-Gw 111f du site cible. Ce message comprend tous les contextes de connexion et les sessions « EPS bearer » établies et toutes les informations qui ont été transmises lors de l'attachement initial du terminal au réseau, qualité de service QoS, APN, type de PDN, etc. 30 La passerelle de service S-Gw 111f cible transmet 204 une requête de création de session vers la passerelle de connexion PDN-Gw 3025393 9 cible 112f afin d'établir la connexion au PDN d'une manière identique à celle utilisée lors de la procédure d'initialisation. La passerelle PDN-Gw cible dialogue (en anglo-saxon « Policy Retrieval ») avec le module de contrôle de qualité de service PCRF. 5 La passerelle PDN-Gw cible 101f demande les règles de qualité de service (QoS) au PCRF si nécessaire. Ensuite le PDN-Gw cible 112f transmet une réponse de création de session 206 vers la passerelle de service cible S-Gw 111f indiquant que la session a été créée avec succès. Si la passerelle cible S-Gw 111f l'accepte, alors elle envoie une 10 réponse de création de session, 207, à l'entité de gestion cible MME 110f du site cible afin d'indiquer que la session a été effectuée avec succès. L'entité de gestion MME cible 110f transmet ensuite, 208, une requête de handover à la station radio 101f cible. Le message contenu dans cette requête inclut les contextes de connexion « E-RAB » à établir parmi les 15 nouveaux MME UE S11 AP ID, connus du domaine du « handover », avec la nouvelle passerelle S-GW. La station radio cible 101f répond à ce message par un accusé réception Ack, 209, qui comprend les contextes de connexions (ou « bearer ») établis. Il y a une mise à jour 211, transmise par l'entité de gestion cible 20 MME cible 110f vers la base de données centrale 113f du site radio cible. A l'étape suivante, 212, l'entité de gestion MME cible 110f envoie à l'entité de gestion MME source 110s un message de réponse à la requête de Handover indiquant que la requête a été acceptée. Cette réponse contient aussi les bearers qui ont été admis. 25 Une fois que la réponse a été reçue par l'entité de gestion MME source 110s, cette dernière transmet une commande de Handover, message S1 AP via l'interface S1 à la station radio source lui demandant de « transférer » 213 l'équipement utilisateur mobile T vers la station radio cible 101f. La station radio source transmet ces informations à l'équipement 30 utilisateur mobile T. Les liens de l'équipement utilisateur au niveau de la station radio source sont défaits alors que de nouveaux liens de 3025393 10 communication avec la station radio cible sont créés afin de relier l'équipement utilisateur à cette deuxième radio. La station radio cible informe 214 l'entité de gestion MME cible que l'utilisateur mobile T est relié à elle en transmettant une notification de 5 Handover via l'interface S1. Les entités de gestion de mobilité de la station radio source et de la station radio cible s'échangent des messages de fin de relocalisation au moyen de l'interface S10, 215, 216. Le dialogue entre la station source et la station cible est terminé à ce stade de la procédure. L'entité mobile cible 110f envoie, 217, une requête de modification 10 de session connue sous le terme anglo-saxon « Modify Bearer » au S-Gw cible 111f permettant de re-créer les connexions virtuelles entre station radio et S-Gw/ PDN-Gw de la deuxième radio cible. La passerelle de service S-Gw 112f transmet, 218, aussi une requête à la passerelle PDN-Gw. La passerelle de service et la passerelle de connexion du site répondent à ces 15 deux messages 220, 221. Avantageusement, selon l'invention, au cours de l'étape qui suit la requête de session « Modify Bearer », la passerelle PDN-Gw du site cible établit la connexion avec le réseau PDN en transmettant le message GARP, 219, et commence à transmettre des paquets selon le nouveau lien 20 descendant. Le message GARP, 219, sera transmis selon l'invention après que l'ensemble des connexions logiques entre un PDN-GW et un terminal mobile soient établies. Ce message GARP permettra notamment la transmission des données, des messages des autres terminaux mobiles à destination du terminal mobile. 25 Après un délai d'attente, la passerelle S-Gw source 111s efface la requête de session au niveau du PDN-Gw en lui demandant d'effacer toutes les connexions virtuelles « Bearers EPS » entre deux modules, par exemple entre la station cible et une passerelle PDN-Gw pour cet équipement, 222, 223. 30 3025393 11 Le procédé selon l'invention permet avantageusement d'optimiser les procédures de transfert d'un équipement radio mobile d'une première station de base radio, premier noeud, vers une autre station de base, noeud destinataire, en minimisant le risque de rupture de liens de communication. 5 REVENDICATIONS1 - Procédé pour optimiser la procédure de transfert ou « Handover » d'un terminal mobile T d'un premier site radio (100a) vers un deuxième site radio (100b) dans un réseau distribué et sur lesquels le terminal mobile T peut être affilié, les sites radio comprenant une première station radio source (101s), une deuxième station radio cible (101f) comportant plusieurs entités logiques pour la gestion de la mobilité des terminaux, la connexion d'un terminal utilisateur à un réseau, le routage et le transfert des données, et étant reliés entre eux au moyen d'un réseau de connexion R, caractérisé en ce que le message GARP (219) de maintien de connectivité du terminal mobile T avec le réseau de connexion R lorsque le terminal mobile T change du premier site radio (100a) vers le deuxième site radio (100b) est transmis lors de la procédure de « handover », après l'étape d'initialisation d'entrée du terminal mobile dans le réseau, après la procédure de préparation de « handover » annonçant l'arrivée du terminal mobile vers le deuxième site radio et après la fin des échanges d'informations entre la première station radio (101s) et la deuxième station radio cible (101f), et le rétablissement de l'ensemble des connexions logiques entre toutes les entités logiques de la deuxième station radio cible et le terminal mobile. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réseau de connexion est un réseau de transmission par paquets de données PDN et en ce que le message GARP (219) est transmis après la requête de création « Mod ify Bearer » de connexion logique entre le réseau d'interconnexion « PDN » et la station radio cible, après que la passerelle de service S-Gw de la station radio cible (101f) ait créé un contexte et que la passerelle PDN-Gw de la station radio cible (101f) ait établi la connexion avec le réseau PDN. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : 3025393 13 - La station radio source (101s) initie une procédure de handover du terminal mobile T vers le site radio cible (101f) et son entité de gestion de mobilité (110s) transmet une requête de demande de transfert à l'entité mobile cible (110f) du site radio cible, 5 - L'entité de gestion de mobilité MME cible (110f) transmet (203) une requête de création de session vers la passerelle de service cible (111f) du site radio cible, - La passerelle de service cible (111f) transmet (204) une requête de création de session vers la passerelle de connexion cible (112f) du 10 site radio cible (101f), - La passerelle PDN-Gw cible transmet une réponse de création de session (206) vers la passerelle de service cible (111f), cette dernière envoie une acceptation de création de session, - L'entité de gestion MME cible (110f) transmet (208) une requête de 15 handover à la station radio (101f) cible, qui répond à ce message par un accusé réception, (209) - l'entité de gestion MME cible (110f) envoie (212) à l'entité de gestion MME source (110s) un message de réponse à la requête de Handover indiquant que la requête a été acceptée, 20 - Sur réception de la réponse l'entité de gestion MME source (110s) émet une commande de Handover via l'interface S1 à la station radio source lui demandant de « transférer » (213) l'équipement utilisateur mobile T vers la station radio cible (101f) La station radio cible informe (214) l'entité de gestion cible que 25 l'utilisateur mobile T est relié à elle en transmettant une notification de Handover via l'interface S1, - Les entités de gestion de mobilité de la station source (110s) et de la station cible (110f) s'échangent des messages de fin de relocalisation au moyen de l'interface S10, (215, 216), 30 - L'entité de gestion MME cible (110f) envoie (217) une requête de session « Modify Bearer » au S-GW cible (111f), 3025393 14 - La passerelle S-Gw de la cible envoie (218) une requête de modification de session « Modify Bearer » à la passerelle PDN-Gw cible, - la passerelle PDN-Gw du site cible établit la connexion avec le réseau 5 PDN en transmettant le message GARP (219). 4 - Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le réseau est un réseau de communication LTE 3GPP. 10 5 - Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le réseau de connexion est un réseau IP distribué sur les sites radio. 6 - Système pour optimiser la procédure de transfert ou Handover d'un terminal mobile d'un premier site radio source (100a) vers un deuxième site 15 radio (100b) dans un réseau décentralisé et sur lesquels le terminal mobile T peut être affilié, les sites radio comprenant une station radio source (101s), une station radio cible (101f), étant reliés entre eux au moyen d'un réseau de connexion R caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à exécuter les étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 5. 20 7 - Système selon la revendication 6 caractérisé en ce que le réseau de connexion est un réseau IP distribué. 8 - Système selon la revendication 6 caractérisé en ce que le réseau de 25 communication est un réseau LTE 3GPP.