FR2953357A1 - Procede pour garantir la continuite des communications operees a partir d'un terminal mobile de quatrieme generation - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé pour garantir la continuité des communications opérées à partir d'un terminal mobile (130) de quatrième génération communiquant sur un réseau IP comprenant au moins un réseau radio (110) pourvu de plusieurs stations de base (111) avec lesquelles ledit terminal (130) est apte à communiquer, ledit réseau radio étant relié par des passerelles d'accès à un réseau d'interconnexion (120) pourvu de commutateurs (123) opérant au niveau de la couche de liaison de données, les données liées à une session de communications dudit terminal mobile transitant par une passerelle d'accès (113a, 113b, 113c) contrôlant la station de base (111) avec laquelle communique ledit terminal, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : • lors d'un déplacement du terminal mobile entraînant un changement de passerelle d'accès, la nouvelle passerelle (113b) d'accès à laquelle le terminal (130) est affilié émet, sur le réseau d'interconnexion, un message comportant au moins l'adresse IP du terminal et l'adresse de niveau 2 de ladite nouvelle passerelle, • les autres passerelles d'accès (113a, 113c) du réseau enregistrent la correspondance entre ladite adresse IP et ladite adresse de niveau 2 de la nouvelle passerelle.

Description

Procédé pour garantir la continuité des communications opérées à partir d'un terminal mobile de quatrième génération

La présente invention concerne un procédé pour garantir la continuité des communications opérées à partir d'un terminal mobile de quatrième génération. Elle s'applique notamment aux réseaux WiMAX ou LTE (« Long Term Evolution »).

Les réseaux informatiques utilisés par les terminaux mobiles de quatrième génération (4G) comprennent des sous-réseaux radio, parfois désignés par le sigle anglo-saxon RAN pour « Radio Access Network », lesquels sont raccordés à un réseau d'interconnexion, appelé aussi CSN (« Connectivity Service Network »), le CSN pouvant être reliés à Internet. Un terminal mobile de quatrième génération est identifié par une adresse IP (« Internet Protocol ») qui lui permet 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 transmises 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 CSN. En règle générale, plusieurs stations de base sont contrôlées par une même passerelle. Une telle passerelle remplit plusieurs rôles, notamment le filtrage de paquets, la gestion de la qualité de service, l'authentification des d'utilisateurs, le contrôle des stations de base. Par la suite, par souci de simplification, le terme de passerelle ASN-GW (« Access Service Network Gateway ») sera employé en référence aux passerelles présentes sur les réseaux WiMax ; ce terme ne doit toutefois pas être interprété de manière limitative, l'invention pouvant s'appliquer à tous types de réseaux de quatrième génération.

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 passerelle ASN-GW que la première station de base, on parle de micro-mobilité. Dans le cas où la deuxième station de base est connectée à une passerelle ASN-GW d'accès différente de la première passerelle ASN-GW, le terme de macro-mobilité est employé. La présente invention traite plus particulièrement des problèmes de continuité de communications dans le cadre de la macro-mobilité des terminaux mobiles. Un protocole, appelé MIP pour « Mobile IP », est connu pour gérer la macro-mobilité des terminaux mobiles sur les réseaux WiMax. MIP s'appuie sur les fonctions HA (« Home Agent ») et FA (« Foreign Agent ») qui sont des modules logiciels exécutés par des routeurs au niveau de la couche réseau IP (couche 3). La fonction HA permet de réceptionner et d'orienter des paquets de données destinés au terminal mobile, y compris lorsque celui-ci quitte sa passerelle initiale. La fonction FA est exécutée par un routeur pour relayer les paquets de données jusqu'au terminal mobile. La fonction HA est un point d'ancrage du terminal mobile dans le CSN et ce point d'ancrage demeure tant que le terminal mobile est sous la couverture d'un RAN, quelque soit la station de base à laquelle il est connecté. La fonction HA est généralement exécutée par un routeur unique du CSN et constitue ainsi un point de faiblesse important. Aussi, si un déplacement du terminal mobile entraîne un changement de passerelle ASN-GW, et que le routeur exécutant la fonction HA n'est pas atteignable depuis la nouvelle passerelle ù par exemple, si plusieurs liens de communication sont coupés la communication ne peut être maintenue, malgré les éventuels mécanismes de duplication implémentés. Aussi, bien que le protocole MIP puisse constituer une solution en environnement centralisé, il n'est pas adapté aux réseaux à forte contrainte de fiabilité, tels que par exemple les radios personnelles mobiles ou PMR (« Private Mobile Radio »).

Un but de l'invention est de proposer une méthode pour assurer la continuité des communications opérées à partir d'un terminal mobile de quatrième génération tout en remplissant des exigences de fiabilité élevées. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour garantir la continuité des communications opérées à partir d'un terminal mobile de quatrième génération communiquant sur un réseau IP comprenant au moins un réseau radio pourvu de plusieurs stations de base avec lesquelles ledit terminal est apte à communiquer, ledit réseau radio étant relié par des passerelles d'accès à un réseau d'interconnexion pourvu de commutateurs opérant au niveau de la couche de liaison de données, par exemple Ethernet, les données liées à une session de communications dudit terminal mobile transitant par une passerelle d'accès contrôlant la station de base avec laquelle communique ledit terminal, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : • lors d'un déplacement du terminal mobile entraînant un changement de passerelle d'accès, la nouvelle passerelle d'accès à laquelle le terminal est affilié diffuse, sur le réseau d'interconnexion, un message comportant au moins l'adresse IP du terminal et l'adresse de niveau 2 de ladite nouvelle passerelle, • les autres passerelles d'accès du réseau enregistrent la correspondance entre ladite adresse IP et ladite adresse de niveau 2 de la nouvelle passerelle.

Selon un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les passerelles comprennent une table de correspondances entre les adresses IP des terminaux mobiles évoluant au sein du réseau radio et l'adresse de niveau 2 de la passerelle contrôlant chacun de ces terminaux mobiles, le message diffusé par la passerelle étant est de type « broadcast » et au format « Adress Resolution Protocol » (ARP), les passerelles mettant à jour leurs tables de correspondance à la réception dudit message. La réutilisation du protocole standard ARP permet d'éviter la création de mécanismes spécifiques d'alerte.

Selon un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le réseau IP est de type WiMax, les passerelles étant de type ASN-GW, ce type de passerelle présentant également l'avantage de supporter le protocole ARP. L'invention a également pour objet une passerelle d'accès à un réseau d'interconnexion à partir d'un réseau radio, ladite passerelle comprenant une table de correspondance entre les adresses IP des terminaux mobiles évoluant au sein du réseau radio et les adresses des passerelles d'accès contrôlant les sessions de communication desdits terminaux, ladite passerelle étant configurée pour diffuser un message dans le réseau d'interconnexion lorsqu'un terminal mobile entre sous son contrôle, ledit message comprenant au moins l'adresse IP dudit terminal et l'adresse réseau de niveau 2, c'est-à-dire l'adresse de niveau liaison de données (par exemple l'adresse MAC dans le cas d'Ethernet), de ladite passerelle. Selon un mode de réalisation de ladite passerelle, le message émis par ladite passerelle est au format « Adress Resolution Protocol ». L'invention a également pour objet un réseau de communications IP comprenant au moins un réseau radio pourvu de plusieurs stations de base avec lesquelles des terminaux mobiles de quatrième génération sont aptes à communiquer, ledit réseau radio étant relié par des passerelles d'accès à un réseau d'interconnexion, ledit réseau d'interconnexion comprenant des commutateurs opérant au niveau de la couche de liaison de données pour relier les passerelles d'accès entre-elles. Selon un mode de réalisation du réseau de communications IP, chaque station de base radio est co-localisée avec une passerelle d'accès au réseau d'interconnexion. La distribution des passerelles d'accès permet d'augmenter la robustesse du réseau à d'éventuelles coupures de liens de communications au sein du réseau d'interconnexion.

Le procédé selon l'invention permet d'éviter, pour une session de communications donnée, l'existence d'un point de passage obligé des données pendant toute la durée de ladite session. Contrairement aux procédés utilisés dans l'état de la technique, pour lesquels le dysfonctionnement ou l'isolement accidentel du routeur contrôlant la mobilité des terminaux mobiles provoquait une rupture de service, le procédé selon l'invention assure la continuité des communications, même si un commutateur du CSN, initialement utilisé pour faire transiter les données, est détruit ou non atteignable. Il permet donc de réaliser une architecture de réseau distribuée tout en gérant la macro-mobilité des terminaux mobiles.

D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description détaillée donnée à titre d'exemple et non limitative qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : la figure 1, une vue présentant un exemple de réseau sur lequel le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre ; la figure 2, un synoptique présentant les étapes d'une mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

La figure 1 est une vue présentant un exemple de réseau sur lequel le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre. Un réseau de communications 4G 100 comprend un réseau radio 110 appelé RAN par la suite, et un réseau d'interconnexion, ou CSN 120 formé, par exemple, de liens de communications câblés ou de liens radio par faisceau hertzien ou autres. Dans l'exemple, le CSN 120 est relié au réseau Internet 140 par l'intermédiaire de routeurs 121. Le RAN 110 comprend plusieurs stations de base radio 111 réparties pour couvrir un territoire. Ainsi, le réseau de communications 4G 100 permet à des terminaux mobiles présents sur ce territoire de communiquer avec d'autres terminaux connectés au réseau 4G 100. Un terminal mobile 130 est, par exemple, un téléphone, un ordinateur portable ou tout autre appareil nomade apte à communiquer via le réseau 4G 100. Plusieurs passerelles ASN-GW 113a, 113b permettent aux terminaux mobiles d'accéder au CSN 120. Chacune de ses passerelles 113a, 113b contrôle une ou plusieurs stations de base radio 111. A un instant donné, toutes les données relatives à une session de communications d'un terminal mobile 130 transitent via une seule passerelle ASN-GW 113a, celle qui contrôle la station de base 111 à laquelle est connecté le terminal mobile 130. En outre, les passerelles ASN-GW sont reliées entre-elles par un réseau de commutateurs 123 de niveau 2 (couche liaison de données), et non pas de niveau 3 (couche réseau) comme c'est classiquement le cas dans un CSN. Les terminaux mobiles raccordés sur le CSN 120 appartiennent donc à un même sous-réseau IP, comme s'ils étaient sur le même réseau local. Cette architecture permet, lors d'un événement de macro-mobilité d'un terminal mobile, que ce terminal n'ait pas à changer d'adresse IP. Lorsque un déplacement du terminal mobile 130 provoque un événement de macro-mobilité, c'est-à-dire un basculement du contrôle du terminal mobile 130 d'une première passerelle 113a vers une nouvelle passerelle 113b : ^ d'une part, la première passerelle 113a transmet à la nouvelle passerelle 113b, selon des techniques connues de l'Homme du métier, les contextes d'appels en cours qui sont associés au terminal mobile ; ^ d'autre part, la nouvelle passerelle ASN-GW 113b contrôlant les communications du terminal mobile émet un message de mise à jour à travers le CSN pour informer les autres passerelles ASN-GW et les routeurs du CSN de sa prise en charge des sessions de communications associées à ce terminal mobile 130.

Par exemple, chaque passerelle ASN-GW 113a, 113b et chaque routeur 121 jouant un rôle de passerelle avec un réseau externe au CSN 120 (tel que le réseau Internet 140 par exemple), comprend une table de correspondances entre les adresses IP des terminaux mobiles gérés par le RAN et les adresses de niveau 2 ù par exemple l'adresse MAC (« Medium Access Control ») dans le cas d'un réseau Ethernet ù des passerelles ASNGW en charge des communications de ces terminaux mobiles. Le protocole ARP peut être employé pour émettre le message de mise à jour et ainsi permettre, pour chaque passerelle ASN-GW 113a, 113b, de remplir ou de mettre à jour ladite table de correspondances. Classiquement, le protocole ARP est utilisé par un noeud du réseau pour connaître l'adresse IP correspondant à une adresse de niveau 2 donnée. Dans l'exemple, le protocole ARP est utilisé différemment, puisque la nouvelle passerelle 113b en charge du terminal mobile 130 émet, sur le CSN 120, une requête spontanée au format ARP en mode « broadcast », la requête comprenant l'adresse MAC de la nouvelle passerelle 113b et l'adresse IP du terminal mobile. La requête se propage ainsi à travers le CSN 120, via les commutateurs de niveau 2, de manière à ce que chaque passerelle ASN-GW 113a, 113b puisse mettre à jour sa table. L'utilisation du protocole ARP présente notamment l'avantage qu'il est déjà pris en charge par la plupart des passerelles existantes, ce qui évite de mettre en place des mécanismes spécifiques. Grâce au procédé selon l'invention, à un instant donné, toutes les passerelles ASN-GW servant de point d'accès au CSN 120 connaissent l'adresse de niveau 2 de la passerelle ASN-GW 113b qui, sert d'accès au CSN 120 pour le terminal mobile 130, de sorte que lorsqu'une passerelle 3a, 113c reçoit des paquets destinés au terminal mobile 130, elle peut aisément rediriger ces paquets vers la passerelle 113b en charge de ce terminal mobile 130. La continuité des communications d'une session est ainsi assurée sans qu'aucun point de passage obligé des données ne soit figé dans le réseau d'interconnexion CSN 120 pendant toute la durée de la session. La figure 2 est un synoptique présentant les étapes d'une mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le procédé est illustré en relation avec la figure 1.

Dans l'état initial 201, le terminal mobile 130 est contrôlé par une première passerelle d'accès 113a. Un déplacement 210 correspondant à une macro-mobilité du terminal mobile 130 entraîne un transfert 203 de contexte d'appel de la première passerelle d'accès 113a vers la nouvelle passerelle d'accès 113b contrôlant le terminal mobile 130. Suite à la prise en charge du terminal mobile 130 par la nouvelle passerelle 113b, celle-ci diffuse 205 un message d'information pour en informer les autres passerelles du réseau d'interconnexion 120. Les autres passerelles 113a, 113c reçoivent le message et mettent à jour 207 leur table de correspondances entre adresses IP et adresses MAC. Dans l'état final 209, le terminal mobile 130 est contrôlé par la nouvelle passerelle 113b, les commutateurs et passerelles du réseau d'interconnexion orientant les données destinées au terminal mobile 130 vers la nouvelle passerelle 113b.

Dans le système selon l'invention, il n'existe pas de routeur supportant la fonction HA, comme dans le protocole MIR En effet, les fonctions classiquement remplies par la fonction HA sont réparties dans le réseau, et plus particulièrement au niveau des passerelles ASN-GW. Ainsi, si l'une des passerelles devient inaccessible, un autre chemin dans le CSN peut être établi pour faire transiter les données jusqu'à la passerelle en charge du terminal mobile. Le procédé selon l'invention peut, par exemple, être mis en oeuvre sur des réseaux existants comprenant plusieurs centaines de stations de base et un large réseau d'interconnexion CSN. Sur ce type de réseau, la mise en oeuvre de ce procédé permet alors de faire face à des dysfonctionnements conduisant, par exemple, à une réduction du nombre de liens de communications disponibles. Tant qu'il existe au moins un chemin reliant la passerelle ASN-GW en charge du terminal mobile aux autres passerelles ASN-GW, alors les communications de ce terminal mobile peuvent être assurées. Dans un autre contexte, le procédé selon l'invention peut être employé pour accompagner la montée en puissance d'un réseau de cellules radios. Par exemple, un réseau de cellules radios déployées temporairement via des véhicules portant des stations de base bénéficie du caractère distribué de la fonction de gestion de mobilité des terminaux, car si une cellule radio disparaît du fait, par exemple, du départ d'un véhicule vers une zone plus éloignée, la gestion de la mobilité peut encore être assurée grâce aux cellules radios encore en place.15

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Procédé pour garantir la continuité des communications opérées à partir d'un terminal mobile (130) de quatrième génération communiquant sur un réseau IP comprenant au moins un réseau radio (110) pourvu de plusieurs stations de base (111) avec lesquelles ledit terminal (130) est apte à communiquer, ledit réseau radio étant relié par des passerelles d'accès à un réseau d'interconnexion (120) pourvu de commutateurs (123) opérant au niveau de la couche de liaison de données, les données liées à une session de communications dudit terminal mobile transitant par une passerelle d'accès (113a, 113b, 113c) contrôlant la station de base (111) avec laquelle communique ledit terminal (130), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : • lors d'un déplacement du terminal mobile (130) entraînant un changement de passerelle d'accès, la nouvelle passerelle (113b) d'accès à laquelle le terminal (130) est affilié diffuse, sur le réseau d'interconnexion (120), un message comportant au moins l'adresse IP du terminal et l'adresse de niveau 2 de ladite nouvelle passerelle, • les autres passerelles d'accès (113a, 113c) du réseau enregistrent la correspondance entre ladite adresse IP et ladite adresse de niveau 2 de la nouvelle passerelle.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, les passerelles comprenant une table de correspondances entre les adresses IP des terminaux mobiles évoluant au sein du réseau radio et l'adresse de niveau 2 de la passerelle contrôlant chacun de ces terminaux mobiles, le procédé étant caractérisé en ce que le message diffusé par la passerelle est de type « broadcast » et au format « Adress Resolution Protocol », les passerelles mettant à jour leurs tables de correspondance à la réception dudit message.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le réseau IP est un réseau de type WiMax, les passerelles étant de type ASN-GW.
4. 4. Passerelle d'accès (113b) à un réseau d'interconnexion (120) à partir d'un réseau radio (110), caractérisée en ce qu'elle comprend une table de correspondance entre les adresses IP des terminaux mobiles évoluant au sein du réseau radio (110) et les adresses des passerelles d'accès (113a, 113b, 113c) contrôlant les sessions de communication desdits terminaux, ladite passerelle (113b) étant configurée pour diffuser un message dans le réseau d'interconnexion lorsqu'un terminal mobile (130) entre sous son contrôle, ledit message comprenant au moins l'adresse IP dudit terminal (130) et l'adresse réseau de niveau 2 de ladite passerelle (113b).
5. 5. Passerelle d'accès selon la revendication 4, caractérisé en ce que le message émis par ladite passerelle (113b) est au format « Adress Resolution Protocol ».
6. 6. Réseau de communications IP comprenant au moins un réseau radio (110) pourvu de plusieurs stations de base (111) avec lesquelles des terminaux mobiles de quatrième génération sont aptes à communiquer, ledit réseau radio étant relié par des passerelles d'accès (113a, 113b, 113c) à un réseau d'interconnexion (120), caractérisé en ce que ledit réseau d'interconnexion (120) comprend des commutateurs (123) opérant au niveau de la couche de liaison de données pour relier les passerelles d'accès (113a, 113b, 113c) entre-elles.
7. 7. Réseau de communications IP selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque station de base radio est co-localisée avec une passerelle d'accès (113a, 113b, 113c) au réseau d'interconnexion (120).
8. 8. Réseau de communications IP selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le réseau est un réseau de type WiMax, les passerelles étant de type ASN-GW.