Brevet FR3044511A1 — publié le 20170602

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un système de pilotage d'un mobile évoluant dans une région géographique couverte de cellules de réseaux ayant des technologies radio diverses, le mobile rattaché à un opérateur, ayant une carte SIM équipée de l'application Toolkit et l'opérateur ayant un serveur OTA. Etat de la technique Dans la description de l'état de la technique et de l'invention, il sera fait référence à la documentation officielle des normes de téléphonie mobile, citées en fin de description sous les références [réf. 1], [réf. 2], [réf.3]. Les normes et leur intitulé sont en langue anglaise. Les abonnés peuvent être sous 3 couvertures radio : 2G (GERAN), 3G (UTRAN) ou 4G (E-UTRAN). En pratique, la bande passante est de l'ordre de 2 Mb/sec en 2G, de > 10 Mb/sec en 3G, et de l'ordre de 60 Mb/sec en 4G. Les cartes SIM ont un fichier EFoplmnwact contenant les réseaux préférés avec leur technologie, il pourrait être pour la Belgique, dans l'ordre de préférence, par exemple : Belgacom 4G Mobistar 4G Base 4G Belgacom 3G Mobistar 3G Base 3G Belgacom 2G Mobistar 3G - Base 2G. Dans les réseaux de mobiles avec le service d'accès aux services Internet GPRS fourni par les opérateurs (MNO) à leurs abonnés, ces MNOs opérateurs désirent leur offrir la meilleure bande passante possible. Ainsi, le mobile MS a tendance à préférer les technologies avec la meilleure bande passante quel que soit le réseau visité et les prix des services qui peuvent être différents. On suppose que faute de 3044511 2 couverture, le mobile a choisi Belgacom 2G à un moment alors que la 3G est préférable quel que soit l'opérateur MNO. L'algorithme standard de sélection de réseau donné dans 3GPP TS 23.122 [1] commence toujours par essayer le dernier réseau 5 (appelé RPLMN pour « Registered PLMN ») sur lequel le mobile a été actif et qui est enregistré sur la carte SIM dans les fichiers EFloci, EFpsloci, EFepsloci. Si le mobile se déplace un peu, c'est toujours le dernier réseau utilisé (Belgacom) que le mobile MS va sélectionner quel que soit la technologie, même si un autre réseau en 3G est disponible dans la 10 nouvelle zone où est arrivé le mobile. Le contenu de Efloci, Efpsloci, Efepsloci est donné dans [3] : EFloci LAI (MCC-MNC + LAC (2 octets) EFpsloci RAI (MCC-MNC + LAC (2 octets) + RAC (1 octet) 15 RFeploci TAI (MNC-MNC + RAC (2 octets) La recherche commence toujours par la dernière fréquence utilisée pour la station balise de ce réseau. Elle est stockée dans un fichier de la carte SIM : EFnetpar avec une résolution de 200 Mhz pour les différentes 20 technologies FDD, TDD ou GSM 3G. En d'autres termes, le mécanisme standard 3GPP de sélection de réseau dans la sélection initiale ne prend en compte que le nom du dernier réseau visité (RPLMN) avant de prendre en compte les autres fichiers de préférence comme EFoplmnwact. Ceci est expliqué sur 25 la reprise de la figure 2a page 36 du standard 3GPP TS 23.022 [1] intitulée « 5PLMN selection State diagram (automatic mode) » annexée en figure 1. Il existe également le pilotage d'itinérance SoR qui permet à un mobile arrivant à l'étranger de choisir l'opérateur le moins cher. 30 Les systèmes de pilotage d'itinéraire (steering of roaming) sont reliés à un serveur OTA uniquement pour modifier les fichiers des préférences. But de l'invention La présente invention a pour but de développer des 35 moyens permettant à un mobile de bénéficier de la meilleure 3044511 3 technologie radio, localement en fonction de son évolution dans une région géographique couverte de cellules de réseaux de téléphonie mobile, ayant des technologies radio de capacités différentes. L'invention a pour but de développer des moyens permettant ainsi à un 5 mobile de bénéficier très rapidement de telles meilleures conditions de technologie radio. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention a pour objet un système de pilotage d'un mobile caractérisé en ce qu'il a 10 une base de données de cellules, contenant les caractéristiques de la technologie radio de toutes les cellules de la région géographique, et une unité de pilotage * reliée aux registres de l'opérateur contenant les informations 15 instantanées du mobile et à la base de données, * ayant un comparateur sélecteur, ** comparant périodiquement les données instantanées du mobile aux données des réseaux dans les cellules voisines de celle dans laquelle séjourne le mobile pour retenir le meilleur réseau 20 à portée du mobile en cas de déplacement de celui-ci, * transmettant une instruction d'inscription de ce réseau dans le fichier de la carte SIM, comme dernier réseau utilisé par le mobile, et * déclenchant une réinitialisation du mobile sans le couper, dès 25 que celui-ci est dans la zone d'activité du réseau. L'invention repose sur la recherche automatique et rapide, en temps caché, de la meilleure technologie radio disponible à un endroit de la région géographique dans laquelle évolue le mobile. L'invention évite la recherche longue d'une fréquence 30 radio car au moment d'un changement de réseau, la meilleure fréquence disponible est déjà enregistrée dans la carte SIM du mobile et cette fréquence est prise alors par le portable réinitialisé comme étant la fréquence du dernier réseau visité ; en quelle que sorte, il y a simulation pour le mobile MS du dernier réseau visité qui est remplacé par le 3044511 4 réseau offrant la meilleure technologie radio, bien que ce réseau choisi n'ait pas été visité. Cette adresse (réseau) est choisie automatiquement et de façon quasi instantanée par le mécanisme standard de sélection de 5 réseau dans la sélection qu'il fait initialement. En d'autres termes, si l'abonné est sur un réseau avec une technologie radio donnée (appelée RAT), l'invention permet à son opérateur de le savoir et de déterminer, grâce à la carte numérique des cellules, qu'un autre réseau visité a une technologie avec une meilleure 10 bande passante, et télécommander le passage du mobile (son abonné) sur ce réseau qui a une meilleure bande passante. En résumé, pour minimiser le temps (quelques secondes au lieu de quelques dizaines de secondes), l'unité de pilotage va forcer dans les fichiers de la carte SIM des valeurs indiquant que le dernier 15 réseau sélectionné est le réseau choisi en fonction de la technologie préférée, et que dernière fréquence utilisée est celle de la station visée, c'est-à-dire les fichiers de la SIM EFloci, Efpsloci, Efepsloci, ainsi que EFnetpar plutôt que des les effacer, car cela entraînerait une recherche de réseau et serait moins rapide, sans que cela empêche le changement 20 de technologie sur un autre réseau mais beaucoup plus lent. L'invention s'adresse tout particulièrement aux forces de sécurité (police, sécurité civile) qui sont des opérateurs virtuels avec leurs propres cartes SIM mais peuvent utiliser tous les réseaux publics de leur pays grâce à des accords avec les opérateurs MNO. Car seuls 25 eux peuvent disposer de la carte numérique fiable des cellules avec la technologie supportée 2G, 3G, 4G et la position géographique respectives. Il faut également souligner que l'invention n'est pas un pilotage d'itinérance car le pilotage d'itinérance ne permet pas de 30 réaliser le pilotage de technologie selon l'invention. La seule paramétrisation classique des différents fichiers de la carte SIM ne permet pas d'atteindre le but de l'invention. Le pilotage d'itinérance « steering of roaming » ne connaît pas la technologie radio car l'information RAT n'est pas incluse en 2G 35 ou 3G, sauf exceptionnellement, dans les messages 3044511 5 UPDATE LOCATION ou UPDATE LOCATION GPRS reçus par le registre HLR, les registres VLR ou SGSN étrangers. Et quand les systèmes de pilotage d'itinérance SoR sont reliés à un serveur OTA, c'est seulement pour modifier les fichiers de préférences, ce qui n'est pas le cas dans 5 l'invention. En résumé, le système selon l'invention prépare en permanence et par avance le mobile pour avoir la meilleure technologie radio, immédiatement lors de son passage dans le rayon d'action d'un autre réseau ayant à cet endroit la meilleure technologie radio 10 disponible. Cette préparation est faite en temps caché, c'est-à-dire avant que le mobile ne bouge et ne sorte de la cellule ou plus exactement de la zone d'influence du réseau auquel il est rattaché à ce moment. Cette préparation est effectuée en permanence puisque l'unité de pilotage interroge en permanence les registres HLR-HSE pour 15 connaître la localisation du mobile et la technologie radio utilisée, pour déterminer le réseau le plus proche à tout instant et ayant localement la meilleure technologie radio. Pour cela, l'unité de pilotage consulte en permanence ce qui est disponible dans la base de données BD Cell. Ainsi, suivant une autre caractéristique avantageuse, 20 pour détecter rapidement la possibilité de changement de technologie vers une technologie plus rapide, l'unité de pilotage envoie régulièrement des messages « FORWARD SM MT » muets, puis des messages « PROVIDE SUBSCRIBER INFO » aux abonnés qui ont été détectés en 2G, jusqu'à ce qu'ils soient dans une zone où un autre 25 opérateur fournit de la 3G ou 4G ; alors le fichier est modifié avec la dernière localisation faite, puis la réinitialisation est lancée. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de système de pilotage représenté 30 dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 qui représente l'état de la technique pour la sélection de réseau en mode repos du standard 3GPP TS 23.022 [1], la figure 2 représente le système de pilotage selon l'invention dans le cas d'un changement de réseau ou de SGSN ou MME sous la 35 même couverture réseau, 3044511 6 la figure 3 décrit le changement de réseau ou de SGSN ou de MME sous la même couverture de réseau, la figure 4 représente le suivi régulier des utilisateurs en 2G pour déclencher un changement de réseau, 5 la figure 5 donne un exemple de 2 enregistrements de la base de données. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre une copie de la page 36 du standard 3GPP TS 23.122 [1] qui donne dans sa version d'origine anglaise, le 10 diagramme de sélection d'état PLMN qui s'applique en mode automatique. Ce diagramme est en lui-même suffisamment explicite pour être compris de l'homme du métier et ne pas nécessiter d'explications supplémentaires. Selon la figure 2, l'invention s'applique au pilotage de 15 mobiles MS se déplaçant dans une région géographique 100 couverte de cellules Ci ayant différentes technologies radio RAT. Le mobile MS est rattaché à l'opérateur 110 dont le réseau a un serveur OTA et des composants de gestion des mobiles abonnés tels que le registre HLR-HSE, un serveur radius appliquant le 20 protocole RADIUS, un élément GGSN relié à la passerelle de données SGSN et un commutateur de réseaux MSC/VLR. Le coeur du système chez l'opérateur est une unité de pilotage PILRAT et une base de données BD Cell, contenant les caractéristiques de la technologie radio des réseaux couvrant les 25 cellules Ci de la région géographique 100. L'unité de pilotage PILRAT utilise les données de la base de données BD Cell et des registres des abonnés pour piloter la technologie radio utilisée par le mobile MS pris à titre d'exemple représentatif d'un quelconque mobile du réseau de l'abonné. 30 Fait également partie du système de pilotage, la carte SIM du mobile MS, équipée de l'application Toolkit. Selon les figures 3 et 4, la base de données BD Cell contient les caractéristiques de la technologie radio des différents réseaux Ri dans les cellules Ci ou du moins le plus possible pour tous 35 les opérateurs avec leur technologie radio, leur code LAI (Location Area 3044511 7 Identifier), leur code RAI (Routing Area Identifier) ou leur code TAI (Tracking Area Identifier) selon le cas, leur position géographique et leur fréquence radio BCCH. Les données sont mises à jour en permanence en 5 fonction de l'évolution de la technologie radio des réseaux Ri des différents opérateurs dans les cellules Ci de la région 100. La carte SIM, équipée du logiciel Toolkit, a des registres contenant le nom du dernier réseau sélectionné par le mobile, RPLMN et sa fréquence (EFloci, EFpsloci, EFepsloci et EFnetpar). 10 L'unité de pilotage PILRAT surveille en permanence le mobile MS. En pratique, de multiples mobiles de l'opérateur sont surveillés par l'unité de pilotage PILRAT ou du moins l'unité de pilotage surveille au moins les mobiles qui, à tout instant fonctionnent avec les technologies radio les moins bonnes parmi les technologies radio, 15 meilleures théoriquement possibles. Cette situation évolue à tout instant selon la mobilité des mobiles car les mobiles MS bénéficiant localement de la meilleure technologie ne sont pas certains qu'en se déplaçant, ils retrouveront la meilleure technologie radio, car un même réseau peut avoir des 20 technologies radio différentes d'une cellule à l'autre. Même dans ce cas, il est souhaitable de préparer le mobile MS à l'avance pour le faire bénéficier instantanément du meilleur choix de technologie et lui éviter d'avoir à faire cette sélection au moment où il quitte le réseau Ri pour passer dans la zone d'influence d'un nouveau réseau Rj puisque ce 25 passage se fera selon l'invention comme une simple réinitialisation et non comme une coupure. L'unité PILRAT (pour Pilotage de la Radio Access Technology) qui pilote le choix de la technologie, reçoit l'information d'enregistrement du mobile MS dans un réseau MNO GPRS ; cette 30 information se compose de l'identité de l'abonné, du numéro de la cellule, du nom du MNO et du type de technologie. Le plus simple pour fournir cette information à l'unité de pilotage PILRAT est d'utiliser le protocole RADIUS bien connu, cela facilite la réalisation, cette possibilité n'est toutefois pas obligatoire. 3044511 8 L'information d'enregistrement du mobile MS est reçue dans un message « Create PDP Context, Update PDP Context » en3G ; ou bien « Create Session, Modify Bearer » en 4G par la passerelle GGSNPGW. Celle-ci la passe au serveur RADIUS associé à la passerelle 5 GGSN-PGW suivant une procédure standard dans ce type de réseau, par un message « RADIUS Accounting-Request » qui contient la technologie radio RAT. Selon l'invention, le serveur RADIUS est configuré pour dupliquer cette information vers l'unité de pilotage PILRAT. 10 Le système selon l'invention fonctionne selon le schéma de la figure 2. Après que la passerelle PGW-GGSN ait reçu (1) le message « Create Session, Modify Bearer, Create PDP Contect » ou « Update PDP Context » avec l'information RAT, il transmet le message au serveur RADIUS qui copie (2) cette information vers l'unité de 15 pilotage PILRAT. L'unité de pilotage PILRAT reçoit l'information de début de session ou de Modification de Session (2) qui contient la technologie (RAT) et le code RAI ou TAI de la cellule pour le service « données ». L'unité de pilotage PILRAT interroge la base BD Cell pour 20 la position géographique de la cellule courante utilisée et obtient en retour les cellules des autres opérateurs MNO dans un rayon qui couvre le mobile MS, et leur technologie radio RAT. Les mesures de distance sont obtenues par une routine qui calcule la distance orthodromique entre la position de la cellule courante et toutes les autres (longitude, 25 latitude). Si l'unité de pilotage PILRAT trouve dans la base de données BD Cell qu'il existe une meilleure technologie, l'unité de pilotage PILRAT prend la décision de changer de réseau, par exemple faire passer de mobile du réseau Ri (2G) au réseau Rj (3G). 30 Pour cela, il choisit le numéro RAI (2G-3G) ou TAI (4G) d'une cellule du réseau Rj proche et la fréquence BCCH dans la base de données BD Cell. L'unité de pilotage reliée au serveur OTA par une liaison par exemple suivant le protocole HTTP lui envoie une commande (4) d'écriture des fichiers EFloci, EFpsloci, Efepsloci de la carte SIM du 35 mobile MS en y mettant les codes RAI ou TAI du réseau Rj. Elle écrit 3044511 9 aussi dans le fichier EFnetpar la fréquence de la station correspondant à cette cellule. Une fois la confirmation reçue que ces commandes ont été effectuées, l'unité de pilotage PILRAT demande (5) au serveur OTA 5 d'envoyer par SMS-MT une commande de réinitialisation REFRESH à la carte SIM pour que son application SIM Toolkit (6) l'envoie au mobile MS. Le mobile MS ne s'éteint pas mais se réinitialise en faisant une recherche de réseau qui commence avec la fréquence 10 inscrite dans le registre EFnetpar ; cette fréquence est celle du réseau qu'il a lu dans le fichier EFpsloci de la carte SIM pour le service « données », soit Rj, cela fonctionne en 3G puisque la base de données BD Cell assure avec une bonne probabilité que le réseau Rj a une couverture 3G dans cette zone. 15 Dans le diagramme de la figure 1, on commence à « Switch on with SIM » puis on prend la branche « is there a RPLMN » = Yes et on arrive à « Trying RPLMN » qui est la cellule Rj. La sélection est rapide si la fréquence dans la base BD Cell est à jour. Le mobile MS s'enregistre sur le nouveau réseau par UL 20 (7) et UL GPRS. Pour minimiser le temps, l'unité de pilotage PILRAT a forcé dans les fichiers de la carte SIM des valeurs indiquant que le dernier réseau sélectionné est le réseau Rj choisi en fonction de la technologie préférée, plutôt que de l'effacer, car cela entrainerait une 25 recherche de réseau de plusieurs dizaines de secondes et serait moins rapide (quelques secondes) ; le résultat serait le même avec le fichier EFoplmnwact, comme le montre l'organigramme de la figure 1 : si RPLMN est vide, on fait une recherche réseau, alors que s'il contient le réseau Rj et qu'il est accessible, il est sélectionné directement. Le temps 30 de basculement sur Rj 3G est alors de quelques secondes seulement. Pour être efficace pour détecter le besoin de changement de réseau, l'unité de pilotage PILRAT fait un polling régulier (typiquement toutes les 5 minutes) seulement des abonnés qui sont en couverture 2G, par des messages MAP de type « PROVIDE SUBSCRIBER 35 INFOS » envoyés aussi bien au SGSN actif (pour avoir le code RAI) qu'au 3044511 10 MSC/VLR (pour avoir le code LAI). Si on détecte qu'il y a un réseau qui couvre l'abonné avec une technologie 3G ou 4G, l'unité de pilotage déclenche le changement de réseau comme cela a été décrit précédemment. 5 La figure 5 décrit à titre de comparaison, deux cellules avec la même couverture, l'une à gauche, avec le code LAC et la technologie radio 2 G GERAN et l'autre à droite, avec le code LAC et la technologie radio 3 G UTRAN (il s'agit de la cellule 2G 206.1.2025.27035 Belgacom dans le centre de Bruxelles et de la cellule 10 3G 206.10.16100.65095 Mobistar couvrant la même zone. On note le champ BCCH Frequency donnant la fréquence du canal balise de la station 2G, 3G ou 4G. 15 3044511 11 NOMENCLATURE BCCH Canal de commande/radio CS Circuit commuté, services voix et SMS 5 DL Abréviation pour DownLink/ sens descendant FDD Frequency Division Duplexing, technologie 4G utilisée en France notamment, avec 2 bandes de fréquence pour le sens montant UL et le sens descendant DL GSM Technologie radio 2G ou 3G 10 LAI Location Area Identifier, MCC-MNC-LAC (5 octets), pour le domaine CS LR Location Registration MAP Mobile Application Part, protocole SS7 au dessus de TCAP 15 MME Mobile Management Entity OTA Over the Air, Système capable de modifier(ou lire) à distance les paramètres de la carte SIM et d'envoyer à l'application SIM Tool Kit de la carte SIM, des commandes proactives à destination du mobile comme REFRESH qui 20 réinitialise le mobile PS Packet Swictched, services DATA (données) RAI Routing Areas Identifier, MCC-MNC-LAC-RAC (6 octets) pour le domaine Psi LAC Location Area Code 25 RAC Routing Area Code RPLMN Registered PLMN, le dernier réseau visité VPLMN sur lequel le mobile s'est enregistré SGSN Serving GPRS Support Node TAI 4G Tracking Area Identifier, MCC-MNC-TAC (5 octets) 30 TDD Time Division Duplexing, technologie 4G avec une seule bande de fréquence pour les deux sens UL et DL UL Abréviations pour UPDATE LOCATION et UpLink 35 3044511 12 Références [1] 3GPP TS 23.122 v12.8.0(2015-10), « Digital cellular telecommunications system(Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications Sys- 5 tem(UMTS);LTE; Non-Access Stratum (NAS) functions related to Mobile Station (MS) in idle mode", 12ème Ed., ce document décrit la logique de sélection de réseau en mode repos(idle). [2] 3GPP TS 22.011 v12.3.0 (2015-05), «Digital cellular telecommunica- 10 tions system (Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); LTE; Service accessibility (3GPP TS 22.011 version 12.3.0 Release 12) Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); LTE; Service accessibility», 12ème Ed. le document décrit la sélection d'accès avec « Ac- 15 cess technology » [3] 3 GPP TS 31.102 v12.8.1(2015-07), « Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); LTE; Characteristics of the Universal Subscriber Identity Module (USIM) application », 12ème Ed., ce document décrit 20 tous les fichiers des cartes SIM, USIM(2G, 3G et 4G). REVENDICATIONS1°) Système de pilotage d'un mobile (MS) évoluant dans une région géographique couverte de cellules (Ci) de réseaux ayant différentes technologies radio (RAT) : le mobile (MS) rattaché à un opérateur (MNO) ayant une carte SIM équipée de l'application Toolkit et l'opérateur ayant un serveur (OTA), système de pilotage caractérisé en ce qu'il a : une base de données de cellules (BD Cell), contenant les caracté- ristiques de la technologie radio (RAT) de toutes les cellules de la région géographique, et une unité de pilotage (PILRAT) * reliée aux registres de l'opérateur contenant les informations instantanées du mobile (MS) et à la base de données (BD Cell), * ayant un comparateur sélecteur, ** comparant périodiquement les données instantanées du mobile (MS) aux données des réseaux dans les cellules voisines de celle dans laquelle séjourne le mobile (MS) pour retenir le meilleur réseau (Rj) à portée du mobile (MS) en cas de déplacement de celui-ci, * transmettant une instruction d'inscription de ce réseau (Rj) dans le fichier de la carte SIM, comme dernier réseau (RPLMN) utilisé par le mobile (MS), et * déclenchant une réinitialisation du mobile (MS) sans le couper, dès que celui-ci est dans la zone d'activité du réseau (Rj). 2°) Système de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base de données (BD Cell) de toutes les cellules d'une région contient, pour chaque cellule, la technologie RAT, le code (LAI, RAI ou TAI), la fréquence (EFnetpar), la position géographique et le rayon de couverture approximatif. 3°) Système de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que 3044511 14 pour détecter rapidement la possibilité de changement de technologie (RAT) vers une technologie plus rapide, l'unité de pilotage (PILRAT) envoie régulièrement des messages « FORWARD SM MT » muets, puis des messages « PROVIDE SUBSCRIBER INFO » aux abonnés qui ont été dé- 5 tectés en 2G, jusqu'à ce qu'ils soient dans une zone où un autre opéra- teur fournit de la 3G ou 4G ; alors le fichier est modifié avec la dernière localisation (LR) faite, puis la réinitialisation (REFRESH) est lancée. 10