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CA 02267127 1999-04-06
WO 99/08459 PCTlFR98/01751
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Dispositïf pour relier un commutateur téléphonique
à un réseau téléphonique fixe via un réseau radiotéléphonique
L'invention concerne un dispositif pour relier un commutateur- téléphonique à
un réseau téléphonique fixe via un réseau radiotéléphonique, un (ou plusieurs)
terminal téléphonique fixe radiotéléphoniques permettant de remplacer une
liaison par
câble. Chaque terminal radiotéléphonique fixe remplit des fonctions analogues
à celles
d'un terminal radiotéléphonique portable classique, mais il relie au réseau
téléphonique
fixe un commutateur au tien de relier un seul usager. Le dispositif selon
l'invention peut
être utilisé pour relier à un réseau téléphonique publique un commutateur
desservant
l0 un hôtel, ou un village, situé dans une région isolée où la pose d'un câble
ou d'une
autre infrastructure terrestre serait trop coûteuse. Ce commutateur dessert un
groupe
de terminaux d'usager fixes en assurant le routage des appels arrivant du
réseau
public. Chaque terminal radiotéléphonique est utilisé successivement pour
différents
terminaux d'usager, puisque ceux-ci ne sont pas utilisés en permanence.
Plusieurs
terminaux radiotéléphoniques peuvent se partager une même bande de fréquence
grâce à une répartition dans le temps, ou par code.
L'invention concerne plus particulièrement les réseaux radiotéléphoniques de
type GSM, et ceux de types dérivés du type GSM qui comporteront un satellite
stationnaire ou des satellites à défilement. Les réseaux de type GSM
présentent les
2 o caractéristiques suivantes
- Une zone géographique découpée en cellules, pour permettre ia réutilisation
des fréquences porteuses.
- Une passerelle gère les ressources de chaque cellule, en ce qui concerne
les fréquences porteuses et la pluralité de canaux portés par chaque fréquence
2 5 porteuse.
- Au moins un centre de commutation du service radio mobile gère les
appels, les connexions avec le réseau téléphonique fixe, et des bases de
données
contenant : le numéro d'annuaire, le numéro international d'abonné mobile, et
la
localisation de chaque abonné mobile.
3 o Les réseaux GSM classiques ne sont pas conçus pour que plusieurs abonnés
utilisent un msme terminal d'usager. L'usager personnalise le terminai qu'il
utilise en y
insérant une carte d'identification appelée SiM (Subscriber identification
module)
contenant une identité internationale d'abonnë mobile appelée IMSI
(international
mobile subscriber identity), qui détermine le compte sur lequel seront
facturés les
3 5 appels. Après une phase d'initialisation, ce terminal est désigné dans les
messages
radio par une identité temporaire d'abonné mobile, appelée TMSI (Temporary
mobile
subscriber identity), qui permet de protéger l'anonymat de l'usager. D'autre
part, une
procédure d'authentification utilise une clé secrète contenue dans la carte
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d'identification SIM, pour empëcher un fraudeur d'utiliser l'identité IMSI ou
l'identité
TMSI d'un autre usager, lorsqu'un appel est émis et lorsqu'un appel est reçu.
t_'utilisatïon d'un même terminal radiotéléphonique pour différents usagers
soulève donc les problèmes suivant
- 11 est nécessaire de pouvoir établir des factures distinctes pour des
terminaux d'usager ayant utilisé un même terminal radiotéléphonique fixe.
- II est nécessaire de sélectionner automatiquement le terminal d'usager qui
est destinataire de chacun des appels acheminés successivement par un mëme
terminal radiotéléphonique fixe, vers le commutateur.
- Il est nécessaire d'authentifier le terminal radiotéléphonique qui répond à
un
appel, bien que ce terminal ne soit pas réservé à un utilisateur unique.
Le document GB 2 293 524 décrit un procédé permettant de résoudre ces
problèmes, mais il nécessite de modifier certains équipements du réseau
radiotéléphonique utilisé. ~e but de (invention est de proposer un dispositif
qui
résolvent les problèmes mentionnés ci-dessus, tout en permettant d'utiliser,
sans
modification, un réseau GSM ou dérivé du type GSM.
L'objet de l'invention est un dispositif pour relier un commutateur
téléphonique
à un réseau téléphonique fixe via un réseau radiotéiéphonique ; une pluralité
de
terminaux d'usager étant reliés à ce commutateur téléphonique ; ce dispositif
2 0 comportant au moins un terminai radiotéléphonique fixe comportant des
moyens pour
communiquer avec ce réseau radiotéléphonique, et étant caractérisé en ce qu'il
comporte des moyens pour authentifier ce terminal radiotéléphonique en
utilisant une
même clé pour tous les appels reçus ou émis via ce terminal radiotéléphonique
fixe.
Le dispositif ainsi caractérisé ne nécessite pas de modifier un réseau GSM
2 5 classique ou dérivé. II suffit d'attribuer une même clé à tous les
terminaux d'usager
raccordés au commutateur considéré.
Selon un mode de réalisation préférentiel, les identités internationales
d'abonné mobile ,IMSI, identifiées par ce dispositif sont identiques à n
chiffres près ; n
étant un nombre entier inférieur au nombre total de chiffres que comporte une
identité
3 o internationale d'abonné.
Le dispositif ainsi caractérisé est particulièrement simple à réaliser et il
permet
d'utiliser une carte d'identification SIM classique, simplement en masquant n
chiffres
parmi les chiffres constituant l'identité IMSI lue sur cette carte SIM : 10"
terminaux
d'usager fixes peuvent être distingués en leur attribuant une mëme identité
IMSI à n
3 5 chiffres près.
*rB
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appartenant à un ensemble prédéterminé d'identités internationales d'abonné
mobile,
et identifier tous les appels contenant une identité appartenant à un ensemble
prédéterminé d'identités temporaires d'abonné mobile, chacun de ces deux
ensembles
correspondant aux termïnaux d'usager reliés à ce commutateur.
_ 5 Le dispositif ainsi caractérisé ne nécessite pas de modifier le réseau GSM
utilisé, parce qu'il permet d'utiliser une identité internationale d'abonné
mobile IMSI ,
respectivement une identité temporaire d'abonné mobile TMSI) différente pour
chaque
terminal d'usager relié au commutateur, comme s'il s'agissait d'un terminal
radiotéléphonique mobile, bien qu'en fait le dispositif comporte un au
plusieurs
1 o terminaux radiotéléphoniques fixes qui sont utilisés en commun par un
certain nombre
de terminaux d'usager. Le réseau GSM peut donc établir une facture distincte
pour
chaque terminal d'usager fixe, comme i4 le fait classiquement pour des
terminaux
mobiles.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif comporte en outre des
15 moyens pour extraire, du message SETUP reçu pour l'établissement de chaque
appel,
fe numéro d'annuaire du terminal d'usager qui est appelé ; et des moyens de
signalisation pour envoyer ce numéro au commutateur, afin de sélectionner le
terminal
d'usager qui est appelé.
Le dispositif ainsi caractérisé permet la sélection directe d'un terminal
2 o d'usager appelé, lors de l'arrivée d'un appel, sans nécessiter de
modification au
niveau du réseau GSM ou dérivé, bien qu'une telle fonction ne soit pas prévue
dans
les normes GSM.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif comporte en outre des
moyens pour effectuer périodiquement une procédure de localisation, pour
toutes les
25 identités internationales d'abonné mobile, IMSI, quï correspondent
respectivement aux
terminaux d'usager qui sont raccordés à ce commutateur, ou pour les identités
temporaires d'abonné mobile, TMSI, correspondantes, lorsque celles-ci ont été
affectées.
Le dispositif ainsi caractérisé permet au réseau GSM de déterminer la zone
3 o géographique où sont situés ces terminaux d'usager reliés à un
commutateur, en
appliquant la procédure classique de localisation de terminaux GSM, sans
nécessiter
de modification au niveau du réseau GSM ou dérivé.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à
l'aide de la description ci-dessous et des figures l'accompagnant
3 5 - La figure 1 représente le schéma synoptique d'un exemple de réalisation
du
dispositif selon l'invention, dans un exemple d'application ;
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- La figure 2 représente un diagramme temporel illustrant le fonctionnement
du dispositif selon l'invention, tors de l'établissement d'une communication
dans cet
exemple d'application.
La figure 1 représente le schéma synoptique d'un exemple d'application du
dispositif selon l'invention, pour fournir les services d'un réseau
téléphonique commuté
national, PSTN (Public switched telephone network), à une communauté IC située
dans une région isolée. Cette communauté isolée IC est desservie par un
commutateur SW auquel sont reliés dix terminaux téléphoniques classiques
UT1,...,UT10, par exemple. Le commutateur SW est relié à un réseau
téléphonique
1 o commuté national) PSTN, par l'intermédiaire d'un réseau de radiotéléphonie
PLMN
(Public land mobile network), de type dérivé du type GSM.
Le réseau PLMN comporte un satellite géostationnaire ou des satellites à
défilement) et dessert principalement des terminaux radiotéléphoniques mobiles
PT.
Un centre de commutation pour le service radio mobile, MSC (Mobile service
switching
1.5 center), est relié à un satellite S par une passerelle G qui maintient une
liaison radio
avec le satellite S. Le commutateur SW est relié par un câble téléphonique
classique à
un terminal radiotéléphonique fixe RT. Ce dernier comporte, en particulier, un
dispositif
de Lecture de carte d'identification, SIM, et il comporte un processeur P muni
d'un
programme qui détermine le fonctionnement de ce terminal. Le fonctionnement du
2 o terminal RT est identique à celui d'un terminal radiotéléphonique
classique) de type
GSM ou dérivé, mis à part la fonction d'identification et la fonction de
sélection directe
à l'arrivée, propres au dispositif selon (invention. Un mode de réalisation
préférentiel
consiste à utiliser un terminal radiotéiéphonique classique en ne modifiant
que le
programme du processeur P, afin de réaliser les fonctions propres au
dispositif selon
2 5 l'invention.
Dans cet exemple, le terminal RT doit identifier un ensemble de dix identités
IMSI et un ensemble de dix identités TMSI. Pour reconnaïtre les identités
IMSI, le
logiciel classique est modifié pour masquer un chiffre prédéterminé parmi les
chiffres
constituant l'identité IMSI lue sur cette carte SIM, avant de la comparer à
l'identité IMSI
3 0 contenue dans un message reçu. Ainsi dix terminaux d'usager fixes peuvent
ëtre
distingués en leur attribuant une mëme identité IMSI, à un chiffre près.
Le chiffre masqué est utile, par contre, au réseau PLMN. II permet de
distinguer les dix terminaux d'usager fixes UT1,..., UT10, notamment pour
pouvoir
facturer leurs appels indépendamment.
3 5 Le logiciel classique est modifié pour
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- mémoriser dix identités temporaires TMSI, lorsque dix identités TMSI
quelconques sont affectées par le réseau radiotéléphonique PLMN respectivement
aux
dix terminaux UT1, ..., UT10 ;
- et comparer l'identité temporaire TMSI contenue dans un message reçu,
5 avec les dix identités temporaires TMSI mémorisées.
Dans d'autres exemples de réalisation, où le dispositif comporte plusieurs
terminaux radio fixes, chacun peut posséder une carte d'identité SIM, mais
préférentiellement avec la même identité IMSI, de façon à pouvoir utiliser
n'importe
que terminal radio fixe pour les communications de n'importe quel terminal
d'usager.
1 o Par ailleurs) il faut prévoir des moyens pour coordonner tous les
terminaux radio fixes,
de manière à éviter que plusieurs terminaux répondent simultanément à un même
appel.
La fonction d'authentification du terminal radio fixe RT est réalisée de
manière classique car elle authentifie 1e terminal radio fixe RT) et non pas
chaque
terminal d'usager individuellement. Elle utilise une clé secrète contenue dans
la carte
SIM et qui est commune pour tous ces terminaux UT1, ..., UT10.
Dans d'autres exemples de réalisation où le dispositif comporte plusieurs
terminaux radio fixes, chacun peut posséder une carte d'identité SIM, mais
avec fa
même clé secrète, de façon à pouvoir utiliser n'importe que terminal radio
fixe pour les
2 o communications de n'importe quel terminal d'usager.
La fonction de sélection directe est réalisée selon le procédé suivant qui ne
nécessite pas de modification du réseau radiotéléphonique PLMN, parce qu'il
est
prévu dans la norme GSM : Le centre MSC envoie un message appelé SETUP et qui
contient le numéro d'annuaire du terminal d'usager appelé, conformément aux
normes
2 s GSM. Le logiciel du processeur P est modifié pour extraire, du message
SETUP reçu
pour l'établissement de chaque appel, le numéro d'annuaire du terminal
d'usager qui
est appelé ; et pour envoyer ce numéro au commutateur SW, sous la forme de
messages de signalisation classiques, afin de permettre au commutateur de
sélectionner ie terminai d'usager, qui est appelé. Dans d'autres exemples de
3 o réalisation où le dispositif comporte plusieurs terminaux radio fixes,
chacun est
capable de réaliser cette fonction.
La figure 2 représente un diagramme temporel illustrant le fonctionnement du
dispositif selon l'invention, lors de l'établissement d'une communication
entre un
terminal d'usager UTO relié au réseau PSTN et un terminal d'usager UT2 de la
3 5 communauté isolée IC
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1) Un usager décroche le combiné du terminal UTO et compose le numéro
d'annuaire du terminal UT2.
2) Un centre de commutation du réseau PSTN envoie à un-centre MSC de
commutation du service radio mobile un message demandant l'établissement d'un
communication avec le terminal UT2 désigné par le numéro d'annuaire.
3) Le centre MSC consulte les bases de données du réseau PLMN pour
connaître l'identité d'abonné mobile IMSI ou TMSI correspondant au numéro
d'annuaire, et la zone géographique où se trouve le terminal appelé) de la
même
manière que pour un terminal mobile classique. II sait alors que le terminal
appelé est
1 o dans une des zones géographiques desservies par le satellite S. Via la
passerelle G et
le satellite S, il émet dans cette zone un message de recherche du terminal
désigné
par cette identité IMSI ou TMSI.
4) Le terminal radiotéléphonique fixe RT reçoit ce message. Si le message
contient une identité IMSI, le terminal RT compare l'identité IMSI reçue avec
l'identité
IMSI mémorisée dans sa carte SIM, à un chiffre près. Si le message contient
une
identité TMSI, le terminal RT compare l'identité TMSI reçue avec celles
mémorisées. II
est ainsi capable de reconnaïtre l'une des dix identités IMSI ou des identités
TMSI
correspondant aux terminaux UT1, .. , UT10. En (occurrence la comparaison a un
résultat positif. II émet alors un message vers le commutateur SW pour lui
indiquer
l'arrivée d'un appel.
5) Le commutateur SW lui répond par un message demandant la transmission
du premier chiffre du numéro d'annuaire du terminal demandé.
6) Le terminal RT demande à la passerelle G, via le satéllite S, l'attribution
d'un canal radio pour une communication téléphonique.
2 5 7) La passerelle G attribue un canal radio au terminal RT.
8) Le terminal RT envoie alors au centre MSC de commutation du service
radio mobile une réponse positive au message de recherche.
9) Le terminal RT et le centre de commutation MSC échangent alors des
messages pour authentifier le terminal RT, selon la procédure normalisée GSM
ou une
3 o procédure dérivée. Pendant cette procédure d'authentification, le terminal
RT utilise
une mëme clé secrète, contenue dans la carte SIM, quel que soit le terminal
UT1, ...,
UT10, qui est appelé. Puis ils initialisent le chiffrementldéchiffrement des
signaux de
parole, selon la procédure normalisée GSM ou une procédure dérivée. Pendant
cette
procédure de chiffrementldéchiffrement, ie terminal RT utilise une même clé de
3 5 chiffrement, calculée à partir de la clé secrète contenue dans la carte
SIM) quel que
soit le terminal UT1, ..., UT10) qui est appelé.
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10) Puis le centre MSC demande au terminal RT d'établir la communication,
en lui envoyant un message appelé ~SETUP et qui contient le numéro d'annuaire
du
terminal d'usager appelé. Le terminal RT va I'envoyer au commutateur SW pour
sélectionner le terminal d'usager qui est appelé.
11 ) Le terminal RT confirme au centre MSC que la communication est établie.
12) Le terminal RT envoie au commutateur SW le premier chiffre du numéro
d'annuaire.
13) Le commutateur SW accuse réception de ce premier chiffre, et demande
la transmission du deuxième chiffre.
l0 14) Le terminal RT envoie au commutateur le deuxième chiffre du numéro
d'annuaire.
15) Ce processus est répété jusqu'à ce que tous les chiffres aient été
transmis au commutateur SW. Ce dernier indique alors au terminal RT qu'il a
reçu le
numéro complet. I1 séVectionne alors le terminal d'usager UT2 qui est appelé.
16) Le terminal RT envoie alors un message d'alerte au centre MSC.
17) Le centre MSC retransmet le message d'alerte au réseau PSTN.
18) Simultanément le commutateur SW envoie un signal de sonnerie au
terminal UT2 appelé.
19) Quand quelqu'un décroche le combiné du terminal UT2, celui-ci signale le
2 0 décrochage au commutateur SW. Le commutateur SW signale au terminal RT
qu'on
répond à (appel.
21 ) Le terminal RT demande au centre de commutation MSC de connecter le
terminal demandeur UTO.
23) Le centre MSC retransmet cette demande au réseau PSTN, puis il
2 5 confirme l'exécution de cette demande auprès du terminal RT.
La portée de l'invention n'est pas limitée aux réseaux radiotéléphoniques
utilisant des satellites, et qui sont dérivés des réseaux du type GSM.
L'invention peut
être appliquée aux réseaux de type GSM classique.
