FR3000360A1 - Procede de reveil d'une station de base desservant une petite cellule lors d'un appel sortant - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de réveil d'une station de base d'un réseau cellulaire, comprenant les étapes suivantes : a) mise en veille de ladite station de base, et b) connexion d'un terminal à un point d'accès d'un réseau sans-fil local. Ledit procédé comprend en outre les étapes suivantes : c) lors de l'initiation, par un utilisateur du terminal, d'une communication avec la station de base, transmission au point d'accès par le terminal, via le lien sans-fil, d'une requête de communication prédéterminée, ladite requête mentionnant comme destinataire un identifiant de la station de base, d) transmission de ladite requête de communication vers l'Internet par le point d'accès, e) réception depuis l'internet de la requête de communication par un agent récepteur associé à la station de base, et f) réveil de la station de base. Application aux réseaux mobiles hétérogènes.

Description

PROCEDE DE REVEIL D'UNE STATION DE BASE DESSERVANT UNE PETITE CELLULE LORS D'UN APPEL SORTANT L'invention se rapporte au domaine des télécommunications. Elle concerne en particulier les stations de base (appelées « petites stations », dans le cadre de la présente invention) qui desservent une cellule de « petite » taille et traitent une partie du trafic de communications de manière à pouvoir décharger une station radio desservant une cellule de « grande » taille (cellule dite « macro ») en cas de trafic élevé, de façon à réduire la congestion du trafic de communications dans cette cellule macro. Encore plus particulièrement, l'invention concerne la réduction de la consommation énergétique de ces « petites stations ». Pour augmenter la capacité de leurs réseaux mobiles cellulaires et décharger les stations de base macro, les opérateurs utilisent des cellules de taille relativement faible ou très faible, en plus des cellules « macro » de taille classique. On appelle généralement « microcellule » une cellule couvrant une zone dont le rayon est inférieur à 500 m, « picocellule » une cellule couvrant une zone de l'ordre de 200 x 200 m2, et « femtocellule » une cellule couvrant une zone de l'ordre de 10 x 10 m2. La zone de couverture de chaque station peut être limitée en contrôlant sa puissance. Les opérateurs envisagent donc de déployer des réseaux dits « hétérogènes », qui comprennent à la fois des cellules macro et des petites cellules gérées par le même opérateur. Au moment de leur arrivée dans le réseau, les terminaux mobiles s'attachent généralement à la station de base dont le signal pilote reçu est le plus fort ; ils s'attacheront donc à une petite cellule locale plutôt qu'au réseau macro si la puissance pilote reçue de la station locale est supérieure à celle reçue de la station macro. De tels réseaux hétérogènes permettraient à une petite station de décharger une station macro avoisinante en absorbant une partie du trafic de cette station macro. Il est aussi envisageable de constituer un réseau à l'aide de petites cellules uniquement (sans cellules macros), mais un tel réseau ne pourra pas assurer facilement une couverture complète du territoire concerné. La souplesse en termes de taille cellulaire est une caractéristique de la technologie mobile 2G et des technologies suivantes, et représente un facteur significatif de l'accroissement de capacité des réseaux. Les contrôles de puissance mis en oeuvre dans les réseaux mobiles font qu'il est plus facile de réduire les interférences entre cellules voisines utilisant les mêmes fréquences. En subdivisant des cellules et en créant plus de cellules (on parle de densification du réseau) pour pouvoir desservir des zones à haute densité, un opérateur de réseau cellulaire peut optimiser l'utilisation du spectre et faire en sorte que la capacité puisse augmenter.

On peut ainsi, au moyen d'une station de base de puissance relativement faible, couvrir une zone limitée. Cela permet d'augmenter la capacité d'un réseau dans des zones d'accès difficile ou coûteux dans l'approche « macro-cellulaire » classique. Plus précisément, une « microcellule » peut couvrir une zone comme un centre commercial, un hôtel, ou un centre de transport. Les microcellules sont souvent déployées temporairement pendant des événements sportifs et d'autres occasions dans lesquelles on sait à l'avance que l'on aura besoin d'une capacité supplémentaire à un emplacement spécifique.

Une « picocellule » couvre généralement une zone de petite taille, par exemple à l'intérieur d'un bâtiment (bureaux, centres commerciaux), ou, plus récemment, à l'intérieur d'un avion. Les picocellules sont généralement utilisées pour étendre la couverture aux zones intérieures, c'est-à-dire là où les signaux extérieurs ne pénètrent pas bien, ou pour augmenter la capacité de réseau dans des zones à haute densité d'utilisation du téléphone, comme dans les gares de train. Une station de base de picocellule est généralement une unité à bas prix, de petite taille, et relativement simple. On trouve des picocellules utilisant la plupart des technologies cellulaires telles que le GSM/GPRS, l'UMTS et le LTE.

Dans les réseaux GSM/GPRS, en particulier, chaque station de base de picocellule est connectée à un BSC (initiales des mots anglais « Base Station Controller » signifiant « Contrôleur de Stations de Base »). En fait, de nombreuses picocellules sont connectées à chaque BSC; le BSC assure la gestion des ressources radio et des fonctions de « handover » (migration d'un terminal mobile d'une cellule à une cellule voisine), et agrège des données aux fins de transmission vers le Centre de Commutation Mobile (en anglais, « Mobile Switching Center », ou MSC) et/ou le Noeud de Support de Passerelle GPRS (en anglais, « Gateway GPRS Support Node », ou GGSN). La connectivité entre les unités de picocellule et le BSC est généralement réalisée au moyen d'un câblage intérieur à un bâtiment ; les systèmes les plus récents utilisent un câblage Ethernet ; les avions utilisent des liaisons par satellite. Quant aux réseaux UMTS, ils peuvent comprendre des réseaux privés (par exemple des réseaux domestiques) constitués de cellules de faible taille appelées « femto NodeB », dans lesquelles les stations de base, appelées « Home NodeB » (HNB), combinent chacune les fonctions de NodeB et de RNC (initiales des mots anglais « Radio Network Controller » signifiant « Contrôleur des Ressources Radio »). Chaque HNB est relié à une passerelle (« HNB Gateway ») située à l'extérieur du réseau privé dans le réseau d'accès radio de l'opérateur ; la HNB Gateway gère le HNB et le trafic des abonnés, et sert d'intermédiaire avec le réseau coeur. On notera que les réseaux GSM comprennent eux aussi des passerelles HNB Gateway dotées de fonctionnalités analogues. L'invention s'applique aux architectures décrites succinctement ci- dessus, et en particulier aux architectures « femto 3G » telles que définies dans le document TR 25.820 V8.2.0 (2008-09) du 3GPP, ainsi qu'aux futures architectures « femto LTE ». Ces architectures utilisent des « cellules femto » dans lesquelles on peut déployer un réseau mobile domestique à faible coût en utilisant l'infrastructure haut-débit déjà présente chez l'abonné. Ce contexte est du plus haut intérêt pour les opérateurs : en effet, on prévoit qu'une proportion significative d'abonnés des futures offres téléphoniques possèdera une cellule femto. Cependant, les petites stations augmentent la consommation énergétique du réseau d'accès car elles sont tout le temps actives afin d'assurer leurs services. Il a donc été proposé de mettre en veille une petite station lorsqu'elle n'a pas servi de communication pendant une certaine durée, afin de réduire sa consommation. Le principal problème causé par une telle disposition est celui de réveiller cette petite station lorsqu'elle est en veille et qu'une demande de communication lui est adressée. C'est par exemple le cas lorsqu'un utilisateur pouvant se connecter à la petite station veut passer un appel téléphonique par son entremise. On connaît, sur la base de l'article de H. Claussen, I. Ashraf, et L.T.W. Ho. intitulé « Dynamic idle mode procedures for femtocells » (IEEE WCNC, Sydney, avril 2010) un procédé de réveil d'une station femto utilisant un lien additionnel constitué d'un signal radio de basse puissance : par exemple, un utilisateur souhaitant, à un instant donné, passer un appel via une station femto en veille à cet instant pourrait la réveiller au moyen de ce signal radio. Ce procédé a évidemment pour inconvénient qu'il requiert non seulement l'ajout d'un récepteur radio dédié dans les stations femto destinées à mettre en oeuvre le procédé, mais aussi l'ajout d'un émetteur radio dédié dans tous les terminaux destinés à mettre en oeuvre le procédé. La présente invention concerne donc un procédé de réveil d'une station de base d'un réseau cellulaire, comprenant les étapes suivantes : a) mise en veille de ladite station de base, et b) connexion d'un terminal à un point d'accès d'un réseau sans-fil local. Ledit procédé est remarquable en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes : c) lors de l'initiation, par un utilisateur du terminal, d'une communication avec la station de base, transmission au point d'accès par le terminal, via le lien sans-fil, d'une requête de communication prédéterminée, ladite requête mentionnant comme destinataire un identifiant de la station de base, d) transmission de ladite requête de communication vers l'Internet par le point d'accès, e) réception depuis l'internet de la requête de communication par un agent récepteur associé à la station de base, et f) réveil de la station de base.

On notera que, dans le cadre de la présente invention, on désigne par « terminal » tout objet portatif apte à participer à des communications sans-fil. Ce terminal pourra, par exemple, être un téléphone mobile, ou un ordinateur portable ou encore une tablette numérique. Ainsi, l'invention permet de réveiller une station de base d'un réseau cellulaire, lorsque l'utilisateur d'un terminal possédant une première interface de connexion avec ledit réseau cellulaire, et une deuxième interface avec un réseau sans-fil local, veut initier une communication telle qu'un appel téléphonique (application « voix ») ou une transmission de fichier de données (application « data »).

Grâce à ces dispositions, on peut réduire la consommation de la station de base, car elle n'est réveillée que lorsqu'un utilisateur de cette station de base souhaite initier une communication. De plus, l'invention ne requiert aucun lien radio additionnel, contrairement au procédé selon l'article de H. Claussen et al. décrit succinctement ci-dessus.

L'invention ne préjuge pas des moyens pouvant être utilisés pour les communications entrantes. On peut prévoir par exemple, dans le cas où ledit réseau cellulaire est un réseau hétérogène, que les terminaux utilisent le réseau macro pour recevoir des appels ou des fichiers de données. Corrélativement, l'invention concerne divers dispositifs. Elle concerne ainsi, premièrement, un terminal possédant une première interface de connexion avec un réseau cellulaire, et une deuxième interface avec un réseau sans-fil local. Ledit terminal est remarquable en ce qu'il comprend en outre un agent de notification apte, lors de l'initiation, par un utilisateur du terminal, d'une communication avec une station de base dudit réseau cellulaire, à transmettre à un point d'accès dudit réseau sans-fil local, via le lien sans-fil, une requête de communication prédéterminée, ladite requête mentionnant comme destinataire un identifiant de ladite station de base. On notera que ledit agent de notification peut être réalisé sous la forme d'un module physique dédié, mais il peut aussi, avantageusement, être une simple application informatique téléchargée dans le terminal, puisque le terminal peut communiquer avec le point d'accès au moyen de la technologie du réseau local elle-même, sans avoir à utiliser un émetteur radio dédié. L'invention concerne aussi, deuxièmement, un agent récepteur associé à une station de base d'un réseau cellulaire. Ledit agent récepteur est remarquable en ce qu'il possède des moyens pour : - recevoir depuis l'Internet une requête de communication avec ladite station de base, et - envoyer un message prédéterminé à un agent de réveil de la station de base.

Il est clair pour l'Homme du Métier que la consommation énergétique d'un tel dispositif est relativement faible. L'invention concerne également un système de télécommunications, comprenant : - au moins un point d'accès à un réseau sans-fil local, - au moins un terminal tel que décrit succinctement ci-dessus, - au moins un agent récepteur tel que décrit succinctement ci-dessus, et - au moins une station de base d'un réseau cellulaire, ladite station de base comprenant : - des moyens pour se mettre partiellement en veille lorsqu'elle a été inactive pendant une certaine période, et - un agent de réveil qui ne se met pas en veille lorsque la station de base se met en veille et qui est apte, suite à la réception d'un message prédéterminé, à réveiller la station de base si elle est en veille. Les avantages offerts par ces dispositifs et ce système de télécommunications sont essentiellement les mêmes que ceux offerts par lesdits procédés. On notera que ladite station de base et ledit point d'accès peuvent 20 être regroupés dans un seul équipement, ou constituer des équipements distincts, ou peuvent même être regroupés en réseau (réseau de plusieurs stations de base et/ou réseau de plusieurs points d'accès). L'invention vise également un programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un 25 support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur. Ce programme d'ordinateur est remarquable en ce qu'il comprend des instructions pour exécuter les étapes d'un procédé de réveil d'une station de base tel que succinctement décrite ci-dessus, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur.

Les avantages offerts par ce programme d'ordinateur sont essentiellement les mêmes que ceux offerts par lesdits procédés. D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous de modes de réalisation particuliers, donnés à titre d'exemples non limitatifs. On notera pour commencer que la présente invention est compatible avec toutes les technologies d'accès radio connues (TDMA, CDMA, W-CDMA, OFDMA, et ainsi de suite). Elle s'applique notamment aux réseaux cellulaires utilisant la technologie GSM/GPRS, telle que définie dans la version 97 et les versions ultérieures de la norme GSM, ou la technologie UMTS (« Universal Mobile Telecommunications System »), telle que définie notamment dans les normes 23.002, 23.003 et 29.060 du projet 3GPP (« Third-Generation Partnership Project »), ou encore la norme LTE (« Long Term Evolution »).

On rappelle que, alors que le GSM utilise un support de transmission de données par commutation en mode circuit (« circuitswitched » en anglais), le GPRS y ajoute un nouveau support de transmission de données par commutation en mode paquets (« packetswitched » en anglais), qui permet de fournir à une station mobile une connectivité IP (« Internet Protocol ») disponible en permanence, mais dans laquelle les ressources radio sont allouées uniquement quand des données doivent être transférées. Les abonnés d'un opérateur mobile peuvent ainsi accéder à des services utilisant le protocole IP, tels que la messagerie électronique, le téléchargement de fichiers, la consultation de sites Web ou WAP. L'UMTS utilise la commutation en mode circuit et la commutation en mode paquets. L'UMTS utilise la technologie W-CDMA, normalisée par le 3GPP, et constitue la mise en oeuvre européenne des spécifications I MT-2000 de l'U IT (« Union Internationale des Communications >>) pour les systèmes radio cellulaires 3G. L'UMTS permet d'échanger des données contenues dans des paquets IP avec des serveurs appartenant à un réseau extérieur au réseau UMTS, tel que le réseau Internet. La norme LTE fait partie de la norme UMTS, mais y incorpore de nombreuses modifications et améliorations, notamment l'utilisation de la modulation OFDM pour la liaison descendante et de SC-FDMA pour la liaison montante (au lieu de W-CDMA pour l'UMTS). Le LTE nécessite une couverture radio dédiée, distincte de la couverture UMTS. Le système de communications selon invention est placé dans une zone couverte, d'une part, par une ou plusieurs stations de base (notées HBS pour « Home Base Station ») d'un réseau cellulaire, gérant chacune, par exemple, une cellule de type femto 3G, et d'autre part un ou plusieurs points d'accès (notés AP pour « Access Point » dans ce qui suit) d'un réseau sans-fil local, par exemple un réseau radio de type WiFi, ou ZigBee, ou encore un réseau infrarouge. Plusieurs terminaux utilisent le réseau local, et certains d'entre eux peuvent en outre utiliser le réseau femto 3G. On va décrire à présent, selon un mode de réalisation de l'invention, un procédé de réveil d'une station de base mettant en jeu un terminal d'utilisateur selon l'invention.

Ce terminal comprend un agent de notification A qui possède une liste de correspondances, chaque correspondance associant un identifiant de point d'accès AP à un identifiant d'une HBS suffisamment proche pour que le terminal se trouve également dans la couverture de cette HBS. Cet identifiant de HBS peut être, par exemple, l'adresse IP de l'agent récepteur K, tel que décrit ci-dessous, de cette HBS. Dans le présent mode de réalisation, ce terminal possède à la fois une interface WiFi et une interface 3G. Lors d'une étape E0, la HBS est, de manière connue, mise en veille lorsqu'elle n'a eu à gérer aucune communication 3G pendant une durée 30 prédéterminée.

Lors d'une étape El, lorsque ledit terminal dont l'interface WiFi est active entre dans la zone de couverture de l'AP, il se connecte automatiquement à l'AP, de manière classique. Lors d'une étape E2, l'utilisateur du terminal souhaitant initier une communication 3G, ledit agent de notification A contenu dans le terminal transmet à l'AP, via le lien WiFi, une requête de communication prédéterminée, qui peut se présenter sous n'importe quel format IP (Internet Protocol). Cette requête de communication mentionne comme destinataire l'identifiant de HBS associé, conformément à ladite liste de correspondances, à l'AP auquel le terminal est actuellement connecté. On notera que le déclenchement de l'agent de notification A pourra être actionné intentionnellement par l'utilisateur, ou automatiquement lorsque l'utilisateur initie cette communication. Il va de soi que l'agent de notification A ne transmet ladite requête de communication que si ledit AP fait partie de ladite liste. Il se pourrait en effet que certains terminaux pouvant accéder à cet AP ne soient pas autorisés à accéder à la HBS située dans son voisinage : par exemple, dans le cas d'un réseau cellulaire hétérogène, un visiteur pourrait être autorisé à utiliser le réseau sans-fil local mais pas le réseau cellulaire, l'accès aux petites cellules étant soumis aux mêmes règles que pour le réseau macro. Lors d'une étape E3, l'AP transmet ladite requête de communication via le chemin qu'il utilise pour router le trafic Internet de ses clients, par exemple un lien ADSL ou un câble.

Lors d'une étape E4, un agent récepteur K associé à cette HBS reçoit ladite requête de communication depuis l'Internet (par exemple, par connexion directe sur le lien ADSL ou le câble utilisé par l'AP). Ledit agent récepteur K transmet alors un message prédéterminé à un agent de réveil M de la HBS, qui ne se met pas en veille lorsque la HBS se met en veille.

Le lien entre l'agent récepteur K et l'agent de réveil M peut être avantageusement (sur le plan de la consommation énergétique) un simple lien filaire. Enfin, lors d'une étape E5, ledit agent de réveil M réveille la HBS. La station de base HBS peut alors, selon les procédures classiques, déclencher une procédure d'attachement avec le terminal, et prendre en charge l'appel. On notera pour terminer que la mise en oeuvre de l'invention au sein d'un terminal, et d'un agent récepteur associé à une station de base d'un réseau cellulaire, peut être réalisée au moyen de composants logiciels et/ou matériels. Les composants logiciels pourront être intégrés à un programme d'ordinateur classique de gestion de noeud de réseau. C'est pourquoi, comme indiqué ci-dessus, la présente invention concerne également un système informatique. Ce système informatique comporte de manière classique une unité centrale de traitement commandant par des signaux une mémoire, ainsi qu'une unité d'entrée et une unité de sortie. De plus, ce système informatique peut être utilisé pour exécuter un programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé de réveil d'une station de base selon l'invention.

En effet, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication comprenant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de réveil d'une station de base selon l'invention, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur. Ce programme d'ordinateur peut être stocké sur un support lisible par ordinateur et peut être exécutable par un microprocesseur. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et se présenter en tant que code source, code objet, ou code intermédiaire entre code source et code objet, sous une forme partiellement compilée ou sous toute autre forme souhaitable.

L'invention vise aussi un support d'informations, inamovible, ou partiellement ou totalement amovible, lisible par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur tel que mentionné ci-dessus.

Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique tel qu'un disque dur, ou encore une clé USB (« USB flash drive » en anglais). D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme d'ordinateur selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. En variante, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme d'ordinateur est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé de réveil de station de base selon l'invention.20

Claims (6)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de réveil d'une station de base d'un réseau cellulaire, comprenant les étapes suivantes : a) mise en veille (E0) de ladite station de base (HBS), et b) connexion (El) d'un terminal à un point d'accès (AP) d'un réseau sans- fil local, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes : c) lors de l'initiation, par un utilisateur du terminal, d'une communication avec la station de base (HBS), transmission (E2) au point d'accès (AP) par le terminal, via le lien sans-fil, d'une requête de communication prédéterminée, ladite requête mentionnant comme destinataire un identifiant de la station de base (HBS), d) transmission (E3) de ladite requête de communication vers l'Internet par le point d'accès (AP), e) réception (E4) depuis l'internet de la requête de communication par un agent récepteur (K) associé à la station de base (HBS), et f) réveil (E5) de la station de base (HBS).
2. 2. Terminal possédant une première interface de connexion avec un réseau cellulaire, et une deuxième interface avec un réseau sans-fil local, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un agent de notification (A) apte, lors de l'initiation, par un utilisateur du terminal, d'une communication avec une station de base (HBS) dudit réseau cellulaire, à transmettre à un point d'accès (AP) dudit réseau sans-fil local, via le lien sans-fil, une requête de communication prédéterminée, ladite requête mentionnant comme destinataire un identifiant de ladite station de base (HBS).
3. 3. Agent récepteur (K) associé à une station de base (HBS) d'un réseau cellulaire, caractérisé en ce qu'il possède des moyens pour :- recevoir depuis l'Internet une requête de communication avec ladite station de base (HBS), et - envoyer un message prédéterminé à un agent de réveil (M) de la station de base (HBS).
4. 4. Système de télécommunications, comprenant : - au moins un point d'accès (AP) à un réseau sans-fil local, - au moins un terminal selon la revendication 2, - au moins un agent récepteur (K) selon la revendication 3, et - au moins une station de base (HBS) d'un réseau cellulaire, ladite station de base comprenant : - des moyens pour se mettre partiellement en veille lorsqu'elle a été inactive pendant une certaine période, et - un agent de réveil (M) qui ne se met pas en veille lorsque la station de base (HBS) se met en veille et qui est apte, suite à la réception d'un message prédéterminé, à réveiller la station de base (HBS) si elle est en veille.
5. 5. Moyen de stockage de données inamovible, ou partiellement ou totalement amovible, comportant des instructions de code de programme informatique pour l'exécution des étapes d'un procédé de réveil d'une station de base selon la revendication 1.
6. 6. Programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de réveil d'une station de base selon la revendication 1, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur.