WO2013186469A1 - Procédé de contrôle de congestion de trafic - Google Patents

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WO2013186469A1
WO2013186469A1 PCT/FR2013/051305 FR2013051305W WO2013186469A1 WO 2013186469 A1 WO2013186469 A1 WO 2013186469A1 FR 2013051305 W FR2013051305 W FR 2013051305W WO 2013186469 A1 WO2013186469 A1 WO 2013186469A1
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WO
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cell
congestion
base station
state
management entity
Prior art date
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PCT/FR2013/051305
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Mex PRAK
Bruno Tossou
Qing SHEN
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Original Assignee
Orange SA
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/0231—Traffic management, e.g. flow control or congestion control based on communication conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/0289—Congestion control
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W36/00—Hand-off or reselection arrangements
    • H04W36/16—Performing reselection for specific purposes
    • H04W36/22—Performing reselection for specific purposes for handling the traffic

Definitions

  • the field of the invention is that of cellular radio communication systems.
  • the invention relates more precisely to the problem of the exponential rise in the volume of data traffic which results in congestion of the access network and degradation of the service offered to the users of such a communication system.
  • the existing technique is to trace traffic measurements made in the different cells to the operation and maintenance center (OMC) of the cellular radio communication system. Technicians analyze these measures and then take the appropriate decisions and solutions to manage a situation of congestion.
  • OMC operation and maintenance center
  • the invention aims to provide a solution for better management of cellular congestion.
  • the invention relates to a traffic congestion control method in a cellular radio communication system comprising a core network and an access network, the access network comprising at least one base station associated with a network. cell, the core network comprising at least one mobility management entity associated with the cell and having a table grouping an identifier of the cell and an identifier of each of the mobile equipment able to establish a link with the base station associated with the cell,
  • a cellular congestion notification message comprising the identifier of the cell and all or part of the identifiers of the mobile equipment in active session with the base station associated with the cell.
  • the invention enables the radio cells to send relevant information back to the core of the network, which can in particular enable the core network to automatically take the appropriate decisions and solutions to manage the cellular congestion.
  • the invention also makes it possible not to require technicians to analyze the information received from radio networks, as is currently the case in the WTO center.
  • the base station analyzes the traffic measurements and carries out the detection of the state of congestion of the cell;
  • the base station transmits the congestion state to the mobility management entity associated with the cell, either directly or indirectly via an operation and maintenance center of the cellular radio communication system;
  • the base station transmits the measurements of traffic which it carries out to a center of operation and maintenance of the cellular radio communication system, said center carries out the detection of the state of congestion of the cell, and said center transmits the congestion state at the mobility management entity associated with the cell;
  • the detection of a state of congestion of a cell may comprise the steps of:
  • the detection of a state of congestion of a cell may comprise the steps of:
  • o detect at least one exceedance of a congestion threshold; o detect a state of congestion of the cell if the number of congestion threshold overruns, during a period of observation, is greater than a maximum number of congestion occurrences;
  • the table of the mobility management entity further indicates, for each mobile equipment able to establish a link with the base station of the associated cell, whether the mobile equipment is in active session with the associated base station to the cell or standby, and the cell congestion notification message includes the identifier of each of the mobile devices indicated in the table as being in active session with the base station associated with the cell in congestion state;
  • the cellular congestion notification message is transmitted to a quality of service control entity having user subscription data, and upon receipt of said cellular congestion notification message, said control entity modifies, according to said data underwriting, the quality of service offered to at least one user of mobile equipment able to establish a link with the base station associated with the cell in a state of congestion;
  • the modification of the quality of service consists in making one of a handover to another cell of the access network of the cellular radio communication system, of an inter-system transfer to another radio communication system or a temporary reduction in the maximum data rate allocated to a user;
  • the traffic measurements carried out by the base station are also analyzed to detect a state of end of congestion of the cell, said end of congestion state being notified to the mobility management entity associated with the cell, and on reception said congestion end state, said mobility management entity generates an end-of-congestion notification message comprising the identifier of the cell and all or part of the identifiers of the mobile equipment in active session with the base station associated with the cell ;
  • the end-of-congestion notification message is transmitted to the quality of service control entity, and in which, on receipt of said end-of-congestion message, said control entity restores the quality of service initially. offered to the user for whom the quality of service has been modified following the receipt of a cellular congestion notification message;
  • the notification message is prepared by the mobility management entity according to the GTP protocol.
  • the invention relates to:
  • a base station located in an access network of a cellular radio communication system further comprising a core network, said base station being associated with a cell and carrying out traffic measurements within said cell; base station characterized in that it is configured to: o detect a state of congestion of the cell from an analysis of the traffic measurements made; and
  • o notify a mobility management entity, located in the heart of the network, of the state of congestion of the cell;
  • a mobility management entity located in a core network of a cellular radio communication system further comprising an access network, the mobility management entity having a table grouping an identifier of an associated cell; to an access network base station and an identifier of each of the mobile devices able to link to the base station associated with the cell, the mobility management entity being characterized in that it is configured to on receiving a message indicating a state of congestion of the cell, elaborating a cellular congestion notification message comprising the identifier of the cell and all or part of the identifiers of the mobile equipment in active session with the base station associated with the cell.
  • a computer program product comprising code instructions for the implementation, when this program is executed by the processor of a mobility management entity located in a core network of a cellular radio communication system comprising in in addition to an access network, the mobility management entity having a table grouping an identifier of a cell associated with a base station of the access network and an identifier of each of the mobile equipment able to establish a link with the base station associated with the cell, a development step, on receipt of a message indicating a state of congestion of the cell, a cellular congestion notification message comprising the identifier of the cell and all or part of the identifiers of the mobile equipment in active session with the base station associated with the cell.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the method according to the first aspect of the invention.
  • the invention relates to traffic congestion control in a cellular radio communication system.
  • the following is an example of an LTE / EPC network, but the invention is not limited to this embodiment and also extends to other types of networks such as 2G networks or 3G.
  • the cellular radio communication system comprises a core network (EPC in the example) and an access network (LTE).
  • the access network comprises a set of base stations (eNodeB) each associated with a cell. Each base station is responsible for transmitting and receiving radio mobile equipment.
  • eNodeB base stations
  • the core network comprises one or more mobility management entities (MMEs), each associated with at least one access network cell and having a table containing an identifier (CGI: "Cell Global”). Identity ") of the associated cell and an identifier (IMSI:" International Mobile Subscriber Identity ”) of each of the mobile devices able to establish a link with the base station associated with this cell.
  • MMEs mobility management entities
  • CGI Cell Global
  • IMSI International Mobile Subscriber Identity
  • This mobility management entity table also comprises an indication, for each mobile equipment able to establish a link with the base station associated with the cell, whether said mobile equipment is in active session with the base station or in Eve.
  • mobile equipment in active session means any mobile equipment exchanging payload data (for example files, video on demand or voice) with the base station.
  • payload data for example files, video on demand or voice
  • signaling messages for example, certain paging messages
  • FIG. 1 shows an example of implementation of the traffic congestion control method according to the invention. This figure shows the acronyms for LTE / EPC architecture equipment.
  • a single eNodeB base station associated with an access network cell and a single mobility management entity MME are represented in this example, in order to clearly explain the principle of the invention, without the invention being is limited to this case alone.
  • the eNodeB station has several interfaces: a Sl-MME interface connects the eNodeB with the mobility management entity MME for the control and signaling plane, a Sl-U interface connects the eNodeB with a gateway S-GW intermediate (for "Serving GateWay") on the user plane and an X2 interface connects two adjacent eNodeB stations to minimize packet loss during mobility.
  • the backbone is composed of the mobility management entity MME, the intermediate gateway S-GW and a gateway output of the network P-GW (for "Packet Data Network GateWay").
  • the station eNodeB performs traffic measurements within the cell associated with it, for example using the same counters and / or appropriate indicators that are conventionally used to trace traffic information to the operation and maintenance center (designated by OMC) of the access network to which this station belongs.
  • a second step B "ANALYS MES"
  • these traffic measurements are analyzed to check whether a given criterion is fulfilled, which makes it possible to detect, in particular automatically, a state of congestion of the cell associated with the station eNodeB.
  • This second analysis step can be performed by the eNodeB station itself, as shown in FIG. 1.
  • the traffic measurements can be transmitted by the eNodeB station to the OMC center of the access network, which is responsible for then to realize this second step B.
  • An example of a criterion for detecting a state of congestion is the following:
  • a congestion threshold is defined
  • this congestion threshold is exceeded during a certain observation period, which may be of fixed and predefined duration, or parameterizable.
  • This observation period may in particular be initiated following a first detection of an exceeding of the congestion threshold, for example by triggering a timer whose duration corresponds to the duration of the observation period, in which case the observation period ends when the timer expires.
  • the congestion threshold can be defined as corresponding to a 100% load level of the cell associated with the eNodeB station, in which case the analysis of the traffic measurements includes the determination of the load level of the cell, from the traffic measurements in this cell, in order to be able to compare this load level with the congestion threshold and detect the congestion of the cell if this load level exceeds 100%.
  • a congestion threshold corresponding to a level below a 100% load level can also be used, in order to anticipate the detection of cellular congestion before it is effective, for example set at a charge level of 80% of the cell.
  • the determination of the degree of exceedance of the congestion threshold during the observation period can be done according to the detection of congestion periods during which the congestion threshold is exceeded, or according to the number of occurrences of the exceeding of this threshold. congestion.
  • one or more "congestion" periods during which the congestion threshold is exceeded are detected.
  • the state of congestion of the cell is then detected if the cumulative duration of the congestion periods is greater than a maximum duration of congestion.
  • the maximum congestion time can be set at 5 minutes. If, during the observation period, the cumulative duration of all periods during which the congestion threshold is exceeded is greater than 5 minutes, the cell is then considered to be in a congested state.
  • the exceedance (s) of the congestion threshold is detected and the number of these exceedances is counted during this period of observation.
  • the state of congestion of the cell is then detected if the number of exceedances is greater than a maximum number of occurrences of congestion.
  • the maximum number of occurrences of congestion can be equal to three over an observation period of six minutes, that is to say that a state of congestion of the cell is detected when the congestion threshold is exceeded at least three times in six minutes.
  • a third step C the state of congestion of the cell is notified to the mobility management entity MME associated with the congested cell, by means of a message signaling this state of cellular congestion.
  • the state of congestion is thus reassembled towards the heart of network.
  • this notification can be performed directly as shown in Figure 1 from the eNodeB station to the MME, or indirectly through the OMC center.
  • this state is detected by the OMC center, it is then notified by the OMC center to the MME entity associated with the congested cell.
  • the mobility management entity MME acknowledges receipt of this notification of the state of cellular congestion from the eNodeB station, either directly or via the OMC.
  • a fifth step E "GEN MSG” the mobility management entity MME prepares, on reception of the congestion state of the cell associated with the station eNodeB, a cellular congestion notification message, designated by MSN ( ⁇ IMSI ⁇ , CGI) in FIG. 1, comprising the identifier of the CGI cell and all or part of the IMSI identifiers of the mobile devices in active session with the base station associated with the cell.
  • MSN ⁇ IMSI ⁇ , CGI
  • This MSN cellular congestion notification message is prepared using the table stored in the MME entity.
  • the MME entity retrieves the IMSI identifiers of all the mobile devices indicated as being in active session in the table stored in the MME entity and inserts them with the identification. of the CGI cell, in the MSN cellular congestion notification message.
  • Such a message of cellular congestion notification is typically a message according to the GTP ("Go Text Protocol") protocol, for example resulting from a modification of a type of message already existing in this GTP protocol, or according to a new type of message containing the characteristics of this GTP protocol and specifically defined to notify, within a core network, a cellular congestion taking place within an access network .
  • GTP Go Text Protocol
  • the management entity MME transmits the cellular congestion notification message to the network output gateway P-GW, typically via the intermediate gateway S-GW in the case of an architecture LTE / EPC.
  • the MSN cellular congestion notification message may be encapsulated by the P-GW gateway before being retransmitted to a quality of service control entity that may be a PCRF entity (for "Policy and Charging Rules"). Function ”) part of the PCC architecture (for" Policy Control and Charging ").
  • a PCRF entity for "Policy and Charging Rules”
  • Function part of the PCC architecture
  • a PCRF entity performs two functions. It provides the P-GW gateway with charging rules when a default bearer or a dedicated bearer is activated or modified for the user, allowing this gateway P-GW to differentiate data flows from service flows and tax them appropriately. It also allows the P-GW gateway to establish, modify and release dedicated carriers based on the quality of service offered to the user.
  • the quality control service PCRF entity modifies according to said subscription data the quality of service offered to one (or more) user (s) of one (or more) mobile equipment (s) able to establish a link with the base station of the congested cell, in particular mobile equipment in active session within the congested cell.
  • the PCRF entity adapts the resource usage policy when the cell is congested, taking into account the subscription data of the user.
  • the PCRF entity indicates to the MME entity the new usage rules to be implemented for the mobile equipment of the congested cell.
  • the implementation of a new resource utilization rule that modifies the quality of service consists, for example, in making an intercell transfer to another cell of the access network of the cellular radio communication system (mobility to a neighboring cell) , to perform an inter-system transfer to another radio communication system (mobility to another available network), or to temporarily reduce the maximum data rate allocated to the user.
  • the traffic measurements carried out by the eNodeB station are also analyzed in order to detect, in particular automatically, a state of end of congestion of the cell.
  • This congestion end state is transmitted to the MME entity which generates an end-of-congestion notification message including the identifier of the cell and all or part of the identifiers of the mobile equipment in active session with the base station of the cell.
  • the end-of-congestion notification message is then sent back to the PCRF, which can restore the initial quality of service for the users affected by a quality of service modification following the reception of a congestion notification message.
  • cellular the traffic measurements carried out by the eNodeB station
  • the congestion of a cell of the access network is automatically signaled to the core network.
  • the latter then comes to identify and adopt solutions to avoid degradation of the user experience.
  • a manual analysis as practiced today by the technicians of the OMC center of the access network is no longer necessary.
  • care can be taken not to go back to the backbone of cellular congestion notification messages too frequently. This makes it possible not to overload the core network.
  • the invention is not limited to the method according to its first aspect, but also extends to a base station configured to detect, in particular automatically, a state of congestion of the associated cell from an analysis of the traffic measurements. that the cell performs, and to inform the mobility management entity associated with the cell of the congestion state of the cell.
  • a mobility management entity configured to, upon receipt of a congestion state of the associated cell, develop a cellular congestion notification message including the identifier of the cell and all or part of the identifiers of the cells.
  • mobile equipment in active session the base station of the cell. It also relates to a cellular radio communication system comprising such base stations and mobility management entities.
  • the invention is not only applicable in an LTE / EPC architecture, used in 4G networks, but can also find application in core network architectures used in 2G or 3G networks, such as architecture GPRS.
  • the station according to the present invention (which carries out traffic measurements and transmits a message signaling the congestion of the cell) is a conventional BTS base station and the mobility management entity according to the present invention (which generates a cellular congestion notification message and transmits it to the PCRF) can be implemented in the form of an additional module (for example in software form) installed within an SGSN gateway ("Serving GPRS Node ") Of a GPRS core network.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Description

PROCEDE DE CONTROLE DE CONGESTION DE TRAFIC
DOMAINE DE L'INVENTION
Le domaine de l'invention est celui des systèmes de communication radio cellulaire. L'invention concerne plus précisément le problème de la montée exponentielle du volume de trafic des données qui a pour conséquence une congestion du réseau d'accès et une dégradation du service offert aux usagers d'un tel système de communication. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Avec l'émergence de téléphones avancés de type « smartphone » et l'arrivée de nouvelles applications consommatrices de trafic de données, les opérateurs de réseau de téléphonie mobile doivent faire face à une montée exponentielle du trafic de données. Ceci a pour conséquence une congestion de plus en plus accrue des cellules du réseau d'accès, et donc une dégradation de la qualité de service sur le réseau de téléphonie mobile, et donc de l'expérience-utilisateur.
Cette problématique est d'autant plus accrue que pour attirer plus d'utilisateurs, notamment lors du déploiement d'un nouveau réseau, tel qu'un réseau répondant à la spécification LTE/EPC (« Long Term Evolution » et « Evolved Packet Core »), les opérateurs proposent des forfaits encourageant à utiliser de manière importante les services de données.
Pour résoudre cette problématique de congestion cellulaire, la technique existante consiste à remonter des mesures de trafic réalisées dans les différentes cellules vers le centre d'opération et de maintenance (OMC pour « Operating and Maintenance Center ») du système de communication radio cellulaire. Des techniciens analysent ces mesures pour ensuite prendre les décisions et solutions adéquates pour gérer une situation de congestion.
On relèvera que cette problématique de congestion est actuellement étudiée au sein du groupe de travail 3GPP SAl, notamment via la spécification TR 22.805 VO.2.0 (2012-02) qui dresse différents scénarios d'usage pour réaliser une gestion de la congestion du plan usager (UPCON : « User Plane Congestion »). EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a pour objectif de proposer une solution permettant une meilleure gestion de la congestion cellulaire. A cet effet, l'invention concerne un procédé de contrôle de congestion de trafic dans un système de communication radio cellulaire comprenant un cœur de réseau et un réseau d'accès, le réseau d'accès comprenant au moins une station de base associée à une cellule, le cœur de réseau comprenant au moins une entité de gestion de mobilité associée à la cellule et disposant d'une table regroupant un identifiant de la cellule et un identifiant de chacun des équipements mobiles aptes à établir une liaison avec la station de base associée à la cellule,
le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
- détecter un état de congestion de la cellule à partir d'une analyse de mesures de trafic réalisées par la station de base associée à la cellule ;
- notifier l'entité de gestion de mobilité associée à la cellule de l'état de congestion de la cellule ;
- élaborer, par l'entité de gestion de mobilité associée à la cellule, un message de notification de congestion cellulaire comprenant l'identifiant de la cellule et tout ou partie des identifiants des équipements mobiles en session active avec la station de base associée à la cellule.
De telle manière, l'invention permet aux cellules radio de remonter des informations pertinentes au cœur de réseau, ce qui peut notamment permettre au cœur de réseau d'automatiquement prendre les décisions et solutions adéquates pour gérer la congestion cellulaire. L'invention permet en outre de ne pas nécessiter de techniciens pour analyser les informations reçues de réseaux radio comme c'est actuellement le cas au sein du centre OMC.
Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de ce procédé sont les suivants :
- la station de base analyse les mesures de trafic et réalise la détection de l'état de congestion de la cellule ;
- la station de base transmet l'état de congestion à l'entité de gestion de mobilité associée à la cellule, soit directement, soit indirectement par l'intermédiaire d'un centre d'opération et de maintenance du système de communication radio cellulaire ;
- la station de base transmet les mesures de trafic qu'elle réalise à un centre d'opération et de maintenance du système de communication radio cellulaire, ledit centre réalise la détection de l'état de congestion de la cellule, et ledit centre transmet l'état de congestion à l'entité de gestion de mobilité associée à la cellule ;
- afin de ne pas occasionner l'élaboration trop fréquente de messages de notification de congestion cellulaire, et ainsi éviter de congestionner le cœur de réseau, la détection d'un état de congestion d'une cellule peut comporter les étapes consistant à :
o détecter, durant une période d'observation, au moins une période de congestion pendant laquelle un seuil de congestion est dépassé ;
o détecter un état de congestion de la cellule si la durée cumulée de la au moins une période de congestion est supérieure à une durée maximale de congestion ;
- afin de ne pas occasionner l'élaboration trop fréquente de messages de notification de congestion cellulaire, et ainsi éviter de congestionner le cœur de réseau, la détection d'un état de congestion d'une cellule peut comporter les étapes consistant à :
o détecter au moins un dépassement d'un seuil de congestion ; o détecter un état de congestion de la cellule si le nombre de dépassements du seuil de congestion, durant une période d'observation, est supérieur à un nombre maximal d'occurrences de congestion ;
- la table de l'entité de gestion de mobilité indique en outre, pour chacun des équipements mobiles aptes à établir une liaison avec la station de base de la cellule associée, si l'équipement mobile est en session active avec la station de base associée à la cellule ou en veille, et le message de notification de congestion cellulaire comprend l'identifiant de chacun des équipements mobiles indiqué dans la table comme étant en session active avec la station de base associée à la cellule en état de congestion ;
- le message de notification de congestion cellulaire est transmis à une entité de contrôle de la qualité de service disposant de données de souscription d'usagers, et sur réception dudit message de notification de congestion cellulaire, ladite entité de contrôle modifie, en fonction desdites données de souscription, la qualité de service offerte à au moins un usager d'un équipement mobile apte à établir une liaison avec la station de base associée à la cellule en état de congestion ;
- la modification de la qualité de service consiste à opérer l'un d'un transfert intercellulaire vers une autre cellule du réseau d'accès du système de communication radio cellulaire, d'un transfert intersystème vers un autre système de communication radio ou d'une réduction temporaire du débit maximal de données alloué à un usager ;
- les mesures de trafic réalisées par la station de base sont également analysées pour détecter un état de fin de congestion de la cellule, ledit état de fin de congestion étant notifié à l'entité de gestion de mobilité associée à la cellule, et sur réception dudit état de fin de congestion, ladite entité gestion de mobilité élabore un message de notification de fin de congestion cellulaire comprenant l'identifiant de la cellule et tout ou partie des identifiants des équipements mobiles en session active avec la station de base associé à la cellule ;
- le message de notification de fin de congestion cellulaire est transmis à l'entité de contrôle de la qualité de service, et dans lequel, sur réception dudit message de notification de fin de congestion cellulaire, ladite entité de contrôle rétablit la qualité de service initialement offerte à l'usager pour lequel la qualité de service a été modifiée suite à la réception d'un message de notification de congestion cellulaire ;
- le message de notification est élaboré par l'entité de gestion de mobilité selon le protocole GTP.
Selon d'autres aspects, l'invention concerne :
- une station de base située dans un réseau d'accès d'un système de communication radio cellulaire comprenant en outre un cœur de réseau, ladite station de base étant associée à une cellule et réalisant des mesures de trafic au sein de ladite cellule, la station de base étant caractérisée en ce qu'elle est configurée pour : o détecter un état de congestion de la cellule à partir d'une analyse des mesures de trafic réalisées; et
o notifier une entité de gestion de mobilité, située dans le cœur de réseau, de l'état de congestion de la cellule ;
- une entité de gestion de mobilité située dans un cœur de réseau d'un système de communication radio cellulaire comprenant en outre un réseau d'accès, l'entité de gestion de mobilité disposant d'une table regroupant un identifiant d'une cellule associée à une station de base du réseau d'accès et un identifiant de chacun des équipements mobiles aptes à établir une liaison avec la station de base associée à la cellule, l'entité de gestion de mobilité étant caractérisée en ce qu'elle est configurée pour, sur réception d'un message signalant un état de congestion de la cellule, élaborer un message de notification de congestion cellulaire comprenant l'identifiant de la cellule et tout ou partie des identifiants des équipements mobiles en session active avec la station de base associée à la cellule. - un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour la mise en œuvre, lorsque ce programme est exécuté par le processeur d'une entité de gestion de mobilité située dans un cœur de réseau d'un système de communication radio cellulaire comprenant en outre un réseau d'accès, l'entité de gestion de mobilité disposant d'une table regroupant un identifiant d'une cellule associée à une station de base du réseau d'accès et un identifiant de chacun des équipements mobiles aptes à établir une liaison avec la station de base associée à la cellule, d'une étape d'élaboration, sur réception d'un message signalant un état de congestion de la cellule, d'un message de notification de congestion cellulaire comprenant l'identifiant de la cellule et tout ou partie des identifiants des équipements mobiles en session active avec la station de base associée à la cellule. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence à l'unique figure 1 annexée laquelle est un schéma illustrant un mode de réalisation du procédé selon le premier aspect de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
L'invention concerne le contrôle de congestion de trafic dans un système de communication radio cellulaire. On prend dans ce qui suit l'exemple d'un réseau LTE/EPC, mais l'invention n'est pas limitée à cet exemple de réalisation et s'étend également à d'autre type de réseaux comme par exemple les réseaux 2G ou 3G. Le système de communication radio cellulaire comprend un cœur de réseau (EPC dans l'exemple) et un réseau d'accès (LTE).
Le réseau d'accès comporte un ensemble de stations de base (eNodeB) chacune associée à une cellule. Chaque station de base est responsable de la transmission et de la réception radio des équipements mobiles.
Le cœur de réseau comporte une ou plusieurs entités de gestion de mobilité (MME : « Mobile Management Entity »), chacune associée à au moins une cellule du réseau d'accès et disposant d'une table regroupant un identifiant (CGI :« Cell Global Identity ») de la cellule associée et un identifiant (IMSI : « International Mobile Subscriber Identity ») de chacun des équipements mobiles aptes à établir une liaison avec la station de base associée à cette cellule. On entend ici par « équipement mobile apte à établir une liaison avec la station de base» tout équipement mobile échangeant des messages de signalisation avec cette station de base, qu'il échange des données de charge utile ou non avec cette station de base.
Cette table de l'entité de gestion de mobilité comprend également une indication, pour chacun des équipements mobiles aptes à établir une liaison avec la station de base associée à la cellule, si cet équipement mobile est en session active avec la station de base ou en veille. On entend ici par « équipement mobile en session active » tout équipement mobile échangeant des données de charge utile (par exemple des fichiers, de la vidéo sur demande ou de la voix) avec la station de base. Ainsi, un équipement mobile n'échangeant que des messages de signalisation (par exemple, certains messages de paging) avec cette station de base n'est pas considéré comme étant en session active, mais plutôt en veille.
On a représenté sur la figure 1 un exemple de mise en œuvre du procédé de contrôle de congestion de trafic conforme à l'invention. On a repris sur cette figure les acronymes des équipements de l'architecture LTE/EPC. En outre, une seule station de base eNodeB associée à une cellule du réseau d'accès et une seule entité de gestion de mobilité MME sont représentées dans cet exemple, afin de bien expliciter le principe de l'invention, sans que l'invention ne se limite à ce seul cas de figure.
Selon cette architecture, la station eNodeB dispose de plusieurs interfaces : une interface Sl- MME relie l'eNodeB avec l'entité de gestion de mobilité MME pour le plan du contrôle et signalisation, une interface Sl-U relie l'eNodeB avec une passerelle intermédiaire S-GW (pour « Serving GateWay ») sur le plan usager et une interface X2 relie deux stations eNodeB adjacentes afin de minimiser la perte de paquets lors de la mobilité. Le cœur de réseau est composé de l'entité de gestion de mobilité MME, de la passerelle intermédiaire S-GW et d'une passerelle de sortie du réseau P-GW (pour « Packet Data Network GateWay »). Selon une première étape A « MES TFC » du procédé selon l'invention, la station eNodeB réalise des mesures de trafic au sein de la cellule qui lui est associée, par exemple à l'aide des mêmes compteurs et/ou indicateurs adéquats qui sont classiquement utilisées afin de faire remonter des informations de trafic au centre d'opération et de maintenance (désigné par OMC) du réseau d'accès auquel appartient cette station.
Selon une seconde étape B « ANALYS MES », ces mesures de trafic sont analysées pour vérifier si un critère donné est rempli, ce qui permet de détecter, notamment de manière automatique, un état de congestion de la cellule associée à la station eNodeB. Cette seconde étape d'analyse peut être réalisée par la station eNodeB elle-même, comme représenté sur la figure 1. En variante, les mesures de trafic peuvent être transmises par la station eNodeB au centre OMC du réseau d'accès, qui se charge alors de réaliser cette seconde étape B.
Un exemple de critère de détection d'un état de congestion est le suivant :
- on définit un seuil de congestion ;
- on détermine dans quelle mesure ce seuil de congestion est dépassé durant une certaine période d'observation, qui peut être d'une durée fixe et prédéfinie, ou paramétrable. Cette période d'observation peut être notamment initiée suite à une première détection d'un dépassement du seuil de congestion, par exemple en déclenchant un minuteur dont la durée correspond à la durée de la période d'observation, auquel cas la période d'observation s'achève lors de l'expiration du minuteur.
L'utilisation d'un tel critère permet, outre une détection automatique de congestion cellulaire, de ne pas détecter un état de congestion cellulaire trop fréquemment, notamment lorsque la congestion est seulement sporadique et non avérée sur une longue durée, et ne nécessite pas de traitement particulier.
A titre d'exemple, le seuil de congestion peut être défini comme correspondant à un niveau de charge de 100 % de la cellule associée à la station eNodeB, auquel cas l'analyse des mesures de trafic comprend la détermination du niveau de charge de la cellule, à partir des mesures de trafic dans cette cellule, afin de pouvoir comparer ce niveau de charge avec le seuil de congestion et détecter la congestion de la cellule si ce niveau de charge dépasse les 100 %. Un seuil de congestion correspondant à un niveau inférieur à un niveau de charge de 100 % peut aussi être employé, afin d'anticiper la détection de la congestion cellulaire avant que celle-ci ne soit effective, par exemple fixé à un niveau de charge de 80 % de la cellule.
La détermination du degré de dépassement du seuil de congestion durant la période d'observation peut se faire en fonction de la détection de périodes de congestion pendant lesquelles le seuil de congestion est dépassé, ou en fonction du nombre d'occurrences du dépassement de ce seuil de congestion. Dans le premier cas, on détecte, durant la période d'observation, une ou plusieurs périodes dites « de congestion » pendant lesquelles le seuil de congestion est dépassé. L'état de congestion de la cellule est alors détecté si la durée cumulée des périodes de congestion est supérieure une durée maximale de congestion. A titre d'exemple non limitatif, pour une période d'observation de 15 mn, la durée maximale de congestion peut être fixée à 5 mn. Si, durant la période d'observation, la durée cumulée de toutes les périodes pendant lesquelles le seuil de congestion est dépassé est supérieure à 5 mn, la cellule est alors considérée comme étant dans un état congestionné.
Dans le deuxième cas, on détecte le(s) dépassement(s) du seuil de congestion et on compte le nombre de ces dépassements durant cette période d'observation. L'état de congestion de la cellule est alors détecté si le nombre de dépassements est supérieur à un nombre maximal d'occurrences de congestion. A titre d'exemple non limitatif, le nombre maximal d'occurrences de congestion peut être égal à trois sur une période d'observation de six minutes, c'est-à-dire qu'un état de congestion de la cellule est détecté lorsque le seuil de congestion est dépassé au moins trois fois en six minutes.
Selon une troisième étape C, l'état de congestion de la cellule est notifié à l'entité de gestion de mobilité MME associée à la cellule congestionnée, au moyen d'un message signalant cet état de congestion cellulaire. L'état de congestion est ainsi remonté vers le cœur de réseau. Lorsque cet état est détecté par la station eNodeB elle-même, cette notification peut être réalisée directement comme représenté sur la figure 1 de la station eNodeB au MME, ou indirectement par l'intermédiaire du centre OMC. Lorsque cet état est détecté par le centre OMC, il est alors notifié par le centre OMC à l'entité MME associé à la cellule congestionnée.
Selon une quatrième étape D optionnelle, l'entité de gestion de mobilité MME acquitte la réception de cette notification de l'état de congestion cellulaire auprès de la station eNodeB, soit directement, soit par l'intermédiaire de l'OMC.
Selon une cinquième étape E « GEN MSG », l'entité de gestion de mobilité MME élabore, sur réception de l'état de congestion de la cellule associée à la station eNodeB, un message de notification de congestion cellulaire, désigné par MSN ({IMSI}, CGI) sur la figure 1, comprenant l'identifiant de la cellule CGI et tout ou partie des identifiants IMSI des équipements mobiles en session active avec la station de base associée à la cellule.
Ce message de notification de congestion cellulaire MSN est élaboré au moyen de la table mémorisée dans l'entité MME. Ainsi, lorsqu'elle est notifiée de la congestion de la cellule, l'entité MME récupère les identifiants IMSI de tous les équipements mobiles indiqués comme étant en session active dans la table mémorisée dans l'entité MME et les insère, avec l'identification de la cellule CGI, dans le message de notification de congestion cellulaire MSN.
Un tel message de notification de congestion cellulaire est typiquement un message selon le protocole GTP (« Go Text Protocol »), par exemple issu d'une modification d'un type de message déjà existant dans ce protocole GTP, ou bien selon un nouveau type de message reprenant les caractéristiques de ce protocole GTP et spécifiquement défini pour notifier, au sein d'un cœur de réseau, une congestion cellulaire ayant lieu au sein d'un réseau d'accès.
Selon une sixième étape F, l'entité de gestion MME transmet le message de notification de congestion cellulaire à la passerelle de sortie de réseau P-GW, typiquement par l'intermédiaire de la passerelle intermédiaire S-GW dans le cas d'une architecture LTE/EPC.
Selon une septième étape G, le message de notification de congestion cellulaire MSN peut être encapsulé par la passerelle P-GW avant d'être retransmis vers une entité de contrôle de la qualité de service pouvant être une entité PCRF (pour « Policy and Charging Rules Function ») faisant partie de l'architecture PCC (pour « Policy Control and Charging »).
De manière connue en soi, une entité PCRF réalise deux fonctions. Elle fournit à la passerelle P- GW les règles de taxation lorsqu' une « porteuse» par défaut (« default bearer ») ou une porteuse dédiée (« dedicated bearer ») est activée ou modifiée pour l'usager, en permettant à cette passerelle P-GW de différencier les flux de données des flux de service et de les taxer de façon appropriée. Elle permet également de demander à la passerelle P-GW d'établir, de modifier et de libérer des porteuses dédiées en fonction de la qualité de service offerte à l'usager.
Selon une huitième étape H « MODIF QOS » du procédé selon l'invention, sur réception dudit message de notification de congestion cellulaire, l'entité PCRF de contrôle de la qualité de service modifie en fonction desdites données de souscription la qualité de service offerte à un (ou plusieurs) usager(s) d'un (ou plusieurs) équipement(s) mobile(s) apte(s) à établir une liaison avec la station de base de la cellule congestionnée, en particulier d'un équipement mobile en session active au sein de la cellule congestionnée. En d'autres termes, l'entité PCRF adapte la règle (« policy ») d'usage des ressources lorsque la cellule est congestionnée, en prenant en compte les données de souscription de l'usager.
Selon une neuvième étape I, l'entité PCRF indique à l'entité MME les nouvelles règles d'usage à mettre en œuvre pour les équipements mobiles de la cellule congestionnée. La mise en œuvre d'une nouvelle règle d'usage des ressources venant modifier la qualité de service consiste par exemple à opérer un transfert intercellulaire vers une autre cellule du réseau d'accès du système de communication radio cellulaire (mobilité vers une cellule voisine), à opérer un transfert inter-système vers un autre système de communication radio (mobilité vers un autre réseau disponible), ou encore à réduire temporairement le débit maximal de données alloué à l'usager.
Selon une étape non représentée sur la figure 1, les mesures de trafic réalisées par la station eNodeB sont également analysées pour détecter, notamment de manière automatique, un état de fin de congestion de la cellule. Cet état de fin de congestion est transmis à l'entité MME qui élabore un message de notification de fin de congestion cellulaire comprenant l'identifiant de la cellule et tout ou partie des identifiants des équipements mobiles en session active avec la station de base de la cellule. Le message de notification de fin de congestion cellulaire est ensuite remonté à l'entité PCRF, qui peut rétablir la qualité de service initiale pour les usagers affectés par une modification de qualité de service faisant suite à la réception d'un message de notification de congestion cellulaire.
Selon le procédé de l'invention, la congestion d'une cellule du réseau d'accès est automatiquement signalée au cœur de réseau. Ce dernier vient alors identifier et adopter des solutions pour éviter une dégradation de l'expérience utilisateur. Une analyse manuelle telle qu'elle est aujourd'hui pratiquée par les techniciens du centre OMC du réseau d'accès n'est donc plus nécessaire. On peut en outre faire en sorte de ne pas remonter vers le cœur de réseau des messages de notification de congestion cellulaire de manière trop fréquente. Ceci permet de ne pas surcharger le cœur de réseau.
L'invention n'est pas limitée au procédé selon son premier aspect, mais s'étend également à une station de base configurée pour détecter, notamment automatiquement, un état de congestion de la cellule associée à partir d'une analyse des mesures de trafic que la cellule réalise, et pour informer l'entité de gestion de mobilité associée à la cellule de l'état de congestion de la cellule.
Elle s'étend également à une entité de gestion de mobilité configurée pour, sur réception d'un état de congestion de la cellule associée, élaborer un message de notification de congestion cellulaire comprenant l'identifiant de la cellule et tout ou partie des identifiants des équipements mobiles en session active la station de base de la cellule. Elle concerne également un système de communication radio cellulaire comprenant de telles stations de base et entités de gestion de mobilité.
En outre, l'invention ne trouve pas seulement application dans une architecture LTE/EPC, utilisée dans les réseaux 4G, mais peut également trouver application dans des architectures de cœur de réseau utilisées dans des réseaux 2G ou 3G, comme par exemple l'architecture GPRS. Dans ce dernier cas, la station selon la présente invention (qui réalise des mesures de trafic et émet un message signalant la congestion de la cellule) est une station de base BTS classique et l'entité de gestion de mobilité selon la présente invention (qui génère un message de notification de congestion cellulaire et le transmet à destination de l'entité PCRF) peut être implémentée sous la forme d'une module additionnel (par exemple sous forme logicielle) installé au sein d'une passerelle SGSN (« Serving GPRS Node ») d'un réseau cœur GPRS.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de contrôle de congestion de trafic dans un système de communication radio cellulaire comprenant un cœur de réseau et un réseau d'accès, le réseau d'accès comprenant au moins une station de base (eNodeB) associée à une cellule, le cœur de réseau comprenant au moins une entité de gestion de mobilité (MME) associée à la cellule et disposant d'une table regroupant un identifiant (CGI) de la cellule et un identifiant (IMSI) de chacun des équipements mobiles aptes à établir une liaison avec la station de base associée à la cellule,
le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
- détecter (B) un état de congestion de la cellule à partir d'une analyse (A) de mesures de trafic réalisées par la station de base associée à la cellule ;
- notifier (C) l'entité de gestion de mobilité associée à la cellule de l'état de congestion de la cellule ;
- élaborer (E), par l'entité de gestion de mobilité associée à la cellule, un message de notification de congestion cellulaire (MSN) comprenant l'identifiant de la cellule et tout ou partie des identifiants des équipements mobiles en session active avec la station de base associée à la cellule.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la station de base analyse les mesures de trafic et réalise la détection de l'état de congestion de la cellule.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la station de base transmet l'état de congestion à l'entité de gestion de mobilité associée à la cellule, soit directement, soit indirectement par l'intermédiaire d'un centre d'opération et de maintenance du système de communication radio cellulaire.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la station de base transmet les mesures de trafic qu'elle réalise à un centre d'opération et de maintenance du système de communication radio cellulaire, ledit centre réalise la détection de l'état de congestion de la cellule, et ledit centre transmet l'état de congestion à l'entité de gestion de mobilité associée à la cellule.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la détection d'un état de congestion d'une cellule comporte les étapes consistant à : détecter, durant une période d'observation, au moins une période de congestion pendant laquelle un seuil de congestion est dépassé ;
détecter un état de congestion de la cellule si la durée cumulée de la au moins une période de congestion est supérieure à une durée maximale de congestion.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la détection d'un état de congestion d'une cellule comporte les étapes consistant à :
détecter au moins un dépassement d'un seuil de congestion ;
détecter un état de congestion de la cellule si le nombre de dépassements du seuil de congestion, durant une période d'observation, est supérieur à un nombre maximal d'occurrences de congestion.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la table de l'entité de gestion de mobilité indique en outre, pour chacun des équipements mobiles aptes à établir une liaison avec la station de base de la cellule associée, si l'équipement mobile est en session active avec la station de base associée à la cellule ou en veille, et dans lequel le message de notification de congestion cellulaire comprend l'identifiant de chacun des équipements mobiles indiqué dans la table comme étant en session active avec la station de base associée à la cellule en état de congestion.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le message de notification de congestion cellulaire est transmis (F,G) à une entité de contrôle de la qualité de service (PCRF) disposant de données de souscription d'usagers, et dans lequel sur réception dudit message de notification de congestion cellulaire, ladite entité de contrôle modifie (H), en fonction desdites données de souscription, la qualité de service offerte à au moins un usager d'un équipement mobile apte à établir une liaison avec la station de base associée à la cellule en état de congestion.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la modification de la qualité de service consiste à opérer l'un d'un transfert intercellulaire vers une autre cellule du réseau d'accès du système de communication radio cellulaire, d'un transfert inter-système vers un autre système de communication radio ou d'une réduction temporaire du débit maximal de données alloué à un usager.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel les mesures de trafic réalisées par la station de base sont également analysées pour détecter un état de fin de congestion de la cellule, ledit état de fin de congestion étant notifié à l'entité de gestion de mobilité associée à la cellule, et sur réception dudit état de fin de congestion, ladite entité gestion de mobilité élabore un message de notification de fin de congestion cellulaire comprenant l'identifiant de la cellule et tout ou partie des identifiants des équipements mobiles en session active avec la station de base associé à la cellule.
1 1 . Procédé selon la revendication 10 prise en combinaison avec la revendication 8, dans lequel le message de notification de fin de congestion cellulaire est transmis à l'entité de contrôle de la qualité de service (PCRF), et dans lequel, sur réception dudit message de notification de fin de congestion cellulaire, ladite entité de contrôle rétablit la qualité de service initialement offerte à l'usager pour lequel la qualité de service a été modifiée suite à la réception d'un message de notification de congestion cellulaire.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel le message de notification est élaboré par l'entité de gestion de mobilité selon le protocole GTP.
13. Station de base (eNodeB) située dans un réseau d'accès d'un système de communication radio cellulaire comprenant en outre un cœur de réseau, ladite station de base étant associée à une cellule et réalisant des mesures de trafic au sein de ladite cellule, la station de base étant caractérisée en ce qu'elle est configurée pour :
détecter (B) un état de congestion de la cellule à partir d'une analyse (A) des mesures de trafic réalisées; et
- notifier (C) une entité de gestion de mobilité (MME), située dans le cœur de réseau, de l'état de congestion de la cellule.
14. Entité de gestion de mobilité (MME) située dans un cœur de réseau d'un système de communication radio cellulaire comprenant en outre un réseau d'accès, l'entité de gestion de mobilité disposant d'une table regroupant un identifiant (CGI) d'une cellule associée à une station de base (eNodeB) du réseau d'accès et un identifiant (IMSI) de chacun des équipements mobiles aptes à établir une liaison avec la station de base associée à la cellule, l'entité de gestion de mobilité étant caractérisée en ce qu'elle est configurée pour, sur réception d'un message signalant un état de congestion de la cellule, élaborer un message de notification de congestion cellulaire comprenant l'identifiant de la cellule et tout ou partie des identifiants des équipements mobiles en session active avec la station de base associée à la cellule.
15. Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour la mise en œuvre, lorsque ce programme est exécuté par le processeur d'une entité de gestion de mobilité (MME) située dans un cœur de réseau d'un système de communication radio cellulaire comprenant en outre un réseau d'accès, l'entité de gestion de mobilité disposant d'une table regroupant un identifiant (CGI) d'une cellule associée à une station de base (eNodeB) du réseau d'accès et un identifiant (IMSI) de chacun des équipements mobiles aptes à établir une liaison avec la station de base associée à la cellule, d'une étape d'élaboration, sur réception d'un message signalant un état de congestion de la cellule, d'un message de notification de congestion cellulaire comprenant l'identifiant de la cellule et tout ou partie des identifiants des équipements mobiles en session active avec la station de base associée à la cellule.
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