L’objectif de cet article est de présenter comment l’UE effectue sa sélection de cellule à la mise sous tension du mobile et quels sont les critères de re-sélection de cellules. On complètera l’étude en présentant les processus sur la gestion des cellules opérant lorsque le mobile est en veille [1-2]. Nous n’étudierons ni le cas particulier des services de proximité (PROSE), ni les communications V2X.

Merci à Sébastien Picant, expert SIM Orange pour les échanges et la relecture

1. La mise sous tension du mobile

Lorsque le mobile s’allume, sa première tâche consiste à sélectionner un réseau mobile PLMN (Public Land Mobile Network) ou un réseau privé SNPN (stand-alone non-public network). Cette sélection est réalisée par l’UE en deux étapes : l’une est effectuée au niveau de la couche AS (Access Stratum) et l’autre est réalisée par la couche NAS (Non Access Stratum) (https://blogs.univ-poitiers.fr/f-launay/2015/01/25/protocoles-nas-et-protocoles-as/):

• La couche NAS demande à la couche AS de lui fournir la liste des réseaux PLMNs qui diffusent autour de l’UE.
• La couche NAS sélectionne le PLMN à partir des mesures réalisées par la couche AS soit de manière automatique, soit en mode manuel si l’utilisateur choisi ce mode.

Figure 1 : Processus de sélection de cellule [1]

En mode automatique, l’objectif pour le mobile est de camper sur le réseau de son opérateur, c’est-à-dire, le réseau HOME (H-PLMN). A défaut, l’UE va favoriser un réseau équivalent. Le mobile a donc besoin de récupérer les identités des PLMNs situés autour de lui afin de comparer les identités à une liste de sélection présente sur la carte UICC [3] (L’UICC Universal Integrated Circuit Card est la carte SIM).

Définition – camper sur une cellule [1] : “The MS looks for a suitable cell of the chosen PLMN or SNPN and chooses that cell to provide available services, and tunes to its control channel”

Les identités PLMN sont diffusées dans le message d’information SIB-1 (plusieurs identités peuvent être diffusées, comme c’est le cas par exemple pour la diffusion de l’identité des MVNO – Mobile Virtuel Network Operator) via le TAI (Tracking Area Identifier). Le mobile stocke les valeurs TAI autorisées et non autorisées pour éviter des tentatives d’itinérance (roaming) lorsque le signal de l’opérateur H-PLMN est faible (cas à la frontière par exemple). Le mobile constitue également une liste de PLMNs non autorisés pour des accès satellitaires NTN (Non Terrestrial Network : PLMNs not allowed to operate at the present UE location).

L’UE dispose d’une liste de PLMN qui est enregistrée sur la carte UICC. Le Mobile ME doit utiliser les informations stockées sur la carte UICC pour la sélection de PLMN en fonction du service activé et de la présence du fichier correspondant (stocké dans l’UICC par exemple EF_EHPLMN, EF_PLMNwACT, EF_OPLMNwACT, …)

Les réseaux interdits ( sur lesquels le device s’est fait jeté – event « network rejection ») sont stockés dans la carte dans le fichier Forbidenn F-PLMN.

Le H-PLMN est extrait à partir de l’identité IMSI de l’UICC.

Dans l’UICC peuvent être stockés, par ordre de priorité, des réseaux PLMN (Public Land Mobile Network) considérés comme équivalents au réseau HOME dans la liste nommée EHPLMN (Equivalent Home PLMN).

Le terminal peut sélectionner le réseau « HOME » (ou equivalent HOME) en comparant l’identité MCC-MNC de l’opérateur couvrant la cellule avec :

• les informations MCC-MNC de l’IMSI (HPLMN)

ou

• avec la liste des réseaux équivalents « Equivalent Home » stockés dans le fichier EF_EHPLMN (Si le fichier EHPLMN est présent, l’UE va comparer uniquement avec les PLMN listés dans ce fichier. Pour qu’il compare également avec le HPLMN de l’IMSI, ce dernier doit être présent dans ce fichier).

 

Le processus de recherche du réseau HOME (ou équivalent HOME) peut être optimisé

avec la liste des réseaux Homes en priorisant le choix du PLMN avec le type d’accès radioélectrique autorisé stockés dans le fichier EF_HPLMNwACT

 

Selon le service activé sur la carte UICC, le mobile sélectionnera une des méthodes ci-dessus. Il est donc nécessaire que le fichier EF existe et soit non vide.

 

En cas d’itinérance à l’étranger (Roaming), le terminal peut sélectionner le réseau visité « Visited » à partir du :

• EF PLMNwact (Extended Preferred Roaming List)

ou

• EF_OPLMNwACT 

 

Le fichier EF OPLMNwact liste les réseaux étrangers pour lesquels l’opérateur a un accord d’itinérance (roaming) afin qu’un de ces réseaux soit sélectionné en priorité.

 

Il est possible de restreindre le type d’accès radioélectrique en intégrant à la liste des opérateurs PLMNwact ou OPLMNwact le type d’accès.

A titre d’exemple, le fichier EF_OPLMWwACT est plus restrictif car il peut imposer au mobile de sélectionner un réseau d’accès d’un PLMN (exemple 2G/3G) parmi les différents types de réseau du PLMN. On peut citer comme exemple l’accord d’itinérance 2G entre Free et Orange. Il faut donc que le fichier EF_OPLMNwACT soit enregistré et non vide pour que le terminal de Free, en cas de perte de couverture Free, sélectionne l’opérateur Orange mais uniquement en 2G/3G.

Evidemment, le sélecteur ou l’activation du service va déterminer quel fichier doit être utilisé. L’opérateur devra donc s’assurer de remplir les fichiers avec la liste des opérateurs souhaités.

Si par exemple, le mobile utilise la liste EF_PLMNsel, l’opérateur devra provisionner le fichier avec sa propre identité puisque la sélection par les informations MCC-MNC de l’IMSI n’a pas été activée.

Pour résumer, les fichiers pouvant être utilisée sont les suivants [5] :

• EF_EHPLMN: contient la liste des PLMN qui peuvent être considérés comme un H-PLMN. Les éléments sont répertoriés par ordre de priorité décroissante, ce qui signifie que le premier PLMN de la liste a la priorité la plus élevée et que le dernier élément a la priorité la plus basse. (Se référer à 31.102 4.2.84 EF_EHPLMN pour le format de données détaillé, se référer à 23.122 4.4.3.1.1 pour la détermination de la priorité dans la sélection de cellule).
• EF_HPLMNwAcT: ce fichier stocke le nom du H-PLMN en y associant la liste des technologies d’accès disponibles par ordre décroissant de priorité, ce qui signifie que le premier PLMN a la priorité la plus élevée. Cette liste est plus restrictive que la précédente.
• EF_PLMNwACT: les informations contenues dans ce fichier sont déterminées par l’utilisateur et définissent les PLMN préférés de l’utilisateur par ordre de priorité.
• EF_OPLMNwACT: ce fichier est le sélecteur PLMN contrôlé par l’opérateur avec les technologie d’accès associées. C’est dans ce fichier que l’opérateur Home provisionne les PLMN pour lesquels il a un accord d’itinérance. Ce paramètre contient la liste des couples (PLMN, Access Technology).

 

Le fichier OPLMNwact liste les réseaux étrangers pour lesquels l’opérateur a un accord de roaming afin que ce réseau soit sélectionné en priorité.

Il est possible de mettre à jour les fichiers de la carte SIM à distance via une plateforme (back-end) et la technologie OTA (Over The Air) ou par message NAS.

La technologie OTA permet de télécharger des applications vers la carte UICC, de communiquer et gérer la carte UICC à distance.

Le service de back-end transmet des requêtes de service vers la passerelle OTA qui les transforme en message SMS gérés par la plateforme SMSC ou par les protocoles CAT_TP ou https.

Une fois la carte UICC mise à jour, il faut forcer le terminal pour prendre en compte les modifications apportées.

Il existe plusieurs commandes pour relire la carte UICC [4,6,7]:

• Reset UICC
• Refresh
• Déclenchement du mode Steering or Roaming SoR
• …

En cas de Roaming, le déclenchement du mode SoR (Steering of Roaming [8]) permet :

• D’autoriser un UE enregistré sous son réseau opérateur Home HPLMN de sélectionner un réseau VPLMN qui n’est pas dans la liste des réseaux interdits
• A l’UE de détecter si le VPLMN sélectionné est capable de transmettre des informations de contrôle SoR émise par le HPLMN.

Le plan de contrôle SoR permet au réseau opérateur Home H-PLMN de mettre à jour de manière sécurisée le ficher EF OPLMWact (c’est-à-dire la liste de sélection PLMN et l’accès radioélectrique).

Si la commande de déclenchement SoR est désactivée, il faut forcer le terminal en l’éteignant/l’allumant pour relire le fichier EF OPLMWact.

Si la commande SoR est activée, il est possible de rafraîchir des données PLMN (commande refresh). Ce mode permet à l’UICC de mettre à jour la liste de PLMNs à l’UE pour qu’il la prenne en compte dans sa sélection de réseau.

Pour cela il faut envoyer la commande USAT REFRESH [4,9] (USIM Application Toolkit) a une application sur la carte UICC qui va déclencher la mise à jour sans avoir besoin de forcer la re-sélection du réseau. Dans ce cas, le mobile remplace l’entrée prioritaire du fichier EF  OPLMNwAcT par la liste fournit lors de la commande USAT REFRESH.

En cas d’absence de réseau (ou le réseau du pays visité n’est pas déclaré dans la liste OPLMWact), l’UE fait une procédure d’attachement avec le réseau visité. Le MME interroge le HSS de l’opérateur Home, lequel donne son accord ou refuse le roaming. Si le HSS de l’opérateur Home accepte l’attachement, le réseau visité peut avoir des partenariats (réseaux équivalents) dont la liste est transmise du MME visité à l’UE. L’UE conservera cette liste, mais ne l’enregistre pas au niveau de l’UICC (il n’y a pas de mise à jour de l’USIM).

Dans le cas où le sélecteur PLMN s’appuie sur le fichier OPLMNwaCt, alors lorsque le mobile a sélectionné le réseau préféré (H-PLMN, E-PLMN ou V-PLMN), il va ensuite procéder au choix de la technologie radioélectrique associée.

Références

[1] TS 23.122 V17.7.1 (2022-06) Non-Access-Stratum (NAS) functions related to Mobile Station (MS) in idle mode

 

[2] TS 36.304 v17.1.0 (Juin 2022), Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); User Equipment (UE) procedures in idle mode

[3] TS 31.121 version 16.0.0 Release 16, UICC-terminal interface; Universal Subscriber Identity Module (USIM) https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/131100_131199/131121/16.00.00_60/ts_131121v160000p.pdf

[4] 3GPP TS 31.111, Universal Subscriber Identity Module (USIM) Application Toolkit (USAT)

[5] https://www.sharetechnote.com/html/Handbook_LTE_USIM_Parameters.html

[6] ETSI TS 102 221 : Smart cards; UICC-Terminal interface; Physical and logical characteristics

[7] https://www.gsma.com/newsroom/wp-content/uploads/SGP.02-v4.0.pdf

[8] https://www.gsma.com/newsroom/wp-content/uploads//IR.73-v5.0.pdf