ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC

REPUBLIQUE DE COTE D’IVOIRE
Union-Discipline-Travail
Ministère de l’Enseignement Supérieur
et de la Recherche Scientifique
Année académique 2013-2014
N° d’ordre : 09INP00696/2014/INP-HB/ESI
MEMOIRE DE FIN DE CYCLE
THEME :
ETUDE DE L’EVOLUTION DU CŒUR PAQUET
VERS L’EPC : CAS D’ORANGE COTE D’IVOIRE
En vue de l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception en Télécommunication et
Réseaux
Présenté par
DIBY Okoma Alex-Valery
Elève-Ingénieur en Télécommunication et Réseaux/ Promotion 2014
Encadreur pédagogique
Prof. Sié OUATTARA
Maître de Conférences
Enseignant-chercheur au DFR-GEE /INP-HB
Yamoussoukro
Maître de stage
M. MANGLE Joseph
Ingénieur Chargé des Projets Core
Network et Plateforme DRSI/DED
Orange Côte d’Ivoire Télécom (OCIT)
Soutenu le 17/09/2014, à Yamoussoukro
Jury
M. TETY Pierre Président
M. GBEGBE Raymond Assesseur
M. BLA Kouamé Rapporteur

Dédicace
i
Dédicace
A ma mère qui m’a donné la vie et qui a toujours veillé
à ce que nous ne manquions de rien.

Remerciements
ii
Remerciements
Le présent mémoire n’aurait pu voir le jour sans la participation active de plusieurs
personnes que nous aimerions remercier très sincèrement. La liste ci-dessous, loin
d’être exhaustive, donne un aperçu de leur implication dans notre rapport.
 M. MANGLE Joseph, ingénieur, chargé de projets Core Network et
Plateforme à OCIT. Avec son expérience a su nous encadrer ;
 M. TETY Pierre, Enseignant-chercheur au DFR-GEE de l’INP-HB pour sa
grande disponibilité et tous les efforts consentis en faveur de la filière ;
 M. N’DA Dominique, chef du service GPRSS à OCIT pour nous avoir accueilli
dès notre premier jour dans son service et nous avoir fait confiance ;
 M. EHOUMAN Rolly, chef du Département Réseaux Structurants et
Services à OCIT ;
 M. Djè Anangaman Luc-Alain ingénieur chargé d’étude OCIT et Koutan
Stephane du TMC/ IMS pour leurs explications et leur disponibilité ;
 M. Yang Kevin, Lynn, Sean ingénieurs à HUAWEI ;
 M. GBERY Desnos, Rodrigue, Larsen, David, le doyen Koffi, Mme Amah
Kouao pour leur sympathie et leur disponibilité;
 Mlles ZAHUI Leslie ingénieur chargé de projet s SVA à OCIT et Marie-
Laure, pour leur bonne humeur, leur disponibilité et leurs conseils;
 Tout le corps professoral de l’INP-HB en particulier celui du DFR-GEE ;
 Ma famille qui nous a soutenu tant moralement que financièrement ;

Sommaire
iii
Sommaire
INTRODUCTION.................................................................................................................................................................. 1
CHAPITRE I - CADRE ET CONTEXTE DU STAGE.................................................................................................. 2
I.1. Presentation de la structure d’accueil : orange côte d’ivoire ........................................................................... 3
I.2. Presentation du sujet............................................................................................................................................... 5
I.3. Problematique.......................................................................................................................................................... 6
CHAPITRE II - GENERALITES SUR L’EVOLUTION DES RESEAUX MOBILES .............................................. 8
II.1. La première génération des réseaux mobiles (1G)............................................................................................. 9
II.2. La Deuxième génération des réseaux mobiles (2G)........................................................................................... 9
II.3. Les évolutions de la norme vers la 3G............................................................................................................... 12
II.4. La troisième génération des réseaux mobiles (3G) .......................................................................................... 14
CHAPITRE III - LE RESEAU LTE/EPC ....................................................................................................................... 22
III.1. Architecture générale du réseau LTE/EPC..................................................................................................... 23
III.2. Fonctionnement du réseau LTE/EPC .............................................................................................................. 28
CHAPITRE IV - STRATEGIES DE MIGRATION.................................................................................................... 33
IV.1. Etude de l’architecture existante....................................................................................................................... 34
IV.2. Raisons de l’évolution........................................................................................................................................ 37
IV.3. Stratégies de migrations du cœur de réseau actuel vers l’EPC..................................................................... 38
CHAPITRE V - CHOIX ET DIMENTIONNEMENT DE LA SOLUTION RETENUE ........................................ 47
V.1. Choix de la solution............................................................................................................................................. 48
V.2. Etude du CSFB basé sur le PS handover........................................................................................................... 49
V.3. Dimensionnement : calcul des flux du nouveau cœur.................................................................................... 56
V.4. Intégration des fonctions EPC............................................................................................................................ 57
V.5. Proposition d’une stratégie de sécurité............................................................................................................. 61
CONCLUSION .....................................................................................................................................................................xv
BIBLIOGRAPHIE …………..…………………………………….......................................................................................................... XV
WEBOGRAPHIE .......................................................................................................................................................................................XVI
GLOSSAIRE..............................................................................................................................................................................................XVIII
TABLE DES MATIERES ........................................................................................................................................................................XXI
ANNEXES ..................................................................................................................................................................................................XXV

Liste des abréviations
iv
#
2G
3G
3GPP
4G
A
Deuxième génération
Troisième génération
3rd Generation Partnership Project
Quatrième Génération
AAA
ATCI
ATM
AuC
B
Authentification Autorization Accounting
Agence de Télécommunication de Côte d’Ivoire
Asynchronous Transfer Mode
Authentification Center
BSC
RNC
BSS
BTS
C
Base Station Controller
Radio Network Controller
Base Statin Subsytem
Base Transceiver Station
CAP
CCITT
CDMA
CIE
CIT
CN
CS
D
CAMEL Application Part
Comite Consultatif International Téléphonique Et
Télégraphique
Code Division Mulplexing Access
Compagnie Ivoirienne d’Electricité
Cote d’Ivoire Telecom
Core Network
Circuit Switch

v
DFR
DDOS
E
Département de Formation et de Recherche
Distibuted Deny Of Service
EDGE
EIR
EPS
EPC
F
Enhanced Data for Global Evolution
Equipment Identity Register
Evolved Packet System
Evolved Packet Core
FDMA
G
Frequency Division Multiple Access
GEE
GGSN
GMSC
GMSK
GPRS
GSM
GTP
H
Génie Electrique et Electronique
Gateway GPRS Support Node
Gateway MSC
Gaussian Minimum Shift Key
General Packet Radio System
Global System for Mobile Communication
GPRS Tunnel Protocol
HLR
HSCSD
I
Home Location Register
High Speed Circuit Switched Data
IETF
IKE
IMEI
IMS
IN
IOS
IP
IPsec
IPOA
IRAT
ITU-T
Internet Engineering Task Force
Intenet Key Exchange
International Mobile Equipment Identity
IP Multimedia Subsystem
Intelligent Network
Internetworking Operating System
Internet Protocol
Internet Protocol Security
Internet Protocol Over ATM
Inter Radio Access Technology
ITU Telecommunication Standardization Sector

vi
K
KPI
L
Key Performance Indicator
LAN
LAPD
LAPV5
LSSU
M
Local Area Network
Link Access Procedures D channel
Link Access Protocol for the V5 Interface
Link Status Signaling Unit
MBMS
MAP
Mbps
ME
MGCP
MGW
MHz
MMS
MOC
MPLS
MS
MSC
MSRN
MSU
MT
MTC
MTP
MTRF
MTRR
N
Multicast Broadcast Multimedia Subsystem
Mobile Application Part
Méga Bit par seconde
Mobile Equipment
Media Gateway Control Protocol
Media Gateway
MHz
Multimedia Messaging Service
Mobile Originating Call
Multi-Protocol Label Switching
Mobile Station
Mobile Switching Center
Mobile Station Roaming Number
Message Signalling Unit
Mobile Termination
Mobile Terminating Call
Message Transfer Part
Mobile Terminating Roaming Forward
Mobile Terminating Roaming Retry
NAS
NE
NGN
NSS
NT
Non Access Stratum
Network Equipment
Next Generation Network
Network SubSystem
Network Termination

vii
O
OCI
OCIT
OMC
OMC-R
OMC-S
OSS
P
Orange Côte d’Ivoire
Orange Côte d’Ivoire Telecom
Operation and Maintenance Center
OMC-Radio
OMC-Switching
Operation and Maintenance SubSystem
PCU
PDU
PE
PGPRSS
PLMN
PS
PSK
PTS
O
Packet Control Unit
Packet Data Unit
Provider Edge
Pôle de Gestion Projet Réseaux Structurants et Services
Public Land Mobile Network
Packet Switched
Phase-Shift Key
Point de Transfert Sémaphore
OAM
Q
Operation And Maintenance
QoS
R
Quality Of Service
RAB
RAN
RADIUS
RANAP
RNC
RNS
RRC
RT
RTC
S
Radio Access Bearer
Radio Access Network
Remote Authentication Dial-In User Service
Radio Access Network Application Part
Radio Network Controller
Radio Network Subsystem
Radio Resource Control
Radio Termination
Réseau Téléphonique Commuté

vii
i
SA
SCCP
SCP
SCTP
SDH
SDL
SDM
SDP
SFU
SG
SGsAp
SGSN
SIB
SIGTRAN
SIM
SIM
SIP
SIP-T
SL
SMC
SMS
SODECI
SON
SP
SPU
SS7
SSP
SVA
SVRCC
T
Security Association
Signaling Connection Control Part
Service Control Point
Stream Control Transmission Protocol
Synchronous Digital Hierarchy
Signaling Data Link
Subscriber Data Mnager
Service Data Point
Switching Fabric Unit
Signaling Gateway
SGs Application Part
Serving GPRS Support Node
System Information Block
SIGnaling TRANsport over IP
Société Ivoirienne de Mobile
Subscriber Identity Module
Session Initiation Protocol
SIP for Telephone
Signaling Link
Service Management Center
Short Message Service
Société de Distribution d’Eau de Côte d’Ivoire
Self-Organizing Network
Signaling Point
Service Processing Unit
Signaling System n°7
Service Switching Point
Service à Valeur Ajoutée
Single Voice Radio Call Continuity
TC
TCAP
TCP
TDM
TDMA
TE
Transcoder
Transaction Capabilities Application Part
Transmission Control Protocol
Time Division Multiplexing
Time Division Multiple Access

ix
TMSI
U
Terminal Equipement
Temporary Mobile Subscriber Identity
UDP
UE
UICC
UIT
UMG
UMTS
USIM
UTRA
UTRAN
V
User Datagram Protocol
User Eqiuipement
Universal Integreted Circuit Card
Union Internatioale des Telecommunication
Universal Media Gateway
Universal Mobile Telecommunications System
Universal SIM
UMTS Terrestrial Radio Access
Universal Terrestrial Radio Access Network
VLR
VoIP
VPN
W
Visited Location Register
Voice over IP
Virtual Private Network
WAN
W-CDMA
Wide Area Network
Wideband Code Division Multiple Access

Liste des figures
x
Liste des figures
Figure 1-Organigramme d'Orange Côte d'Ivoire Télécom ................................................................................................ 4
Figure 2-Architecture réseau GSM...................................................................................................................................... 10
Figure 3-Architecture GPRS................................................................................................................................................. 14
Figure 4-Architecture UMTS................................................................................................................................................ 15
Figure 5- Architecture Release 4.......................................................................................................................................... 18
Figure 6- Architecture Release 6.......................................................................................................................................... 20
Figure 7-Architecture générale d'un réseau LTE/EPC..................................................................................................... 23
Figure 8-structure du GUTI ................................................................................................................................................. 28
Figure 9-Architecture protocolaire du plan control.......................................................................................................... 28
Figure 10- Architecture protocolaire du plan usager........................................................................................................ 30
Figure 11-Les bearers dans le réseau EPS........................................................................................................................... 32
Figure 12-architecture du réseau cœur............................................................................................................................... 34
Figure 13-Coeur Réseau 2G/3G et 4G ................................................................................................................................ 39
Figure 14-Architecture VoLTE............................................................................................................................................. 43
Figure 15-Procédure SVRCC................................................................................................................................................ 44
Figure 16- Architecture Ultra Flash Back ........................................................................................................................... 45
Figure 17-Architecture CSFB................................................................................................................................................ 49
Figure 18-Pile protocolaire interface SGsAP...................................................................................................................... 50
Figure 19- Association Tracking Area/Location Area ..................................................................................................... 51
Figure 20-Mise à jour des données de localisation sur la VLR et le MME ..................................................................... 52
Figure 21-Procédure de CS Fallback déclenchée par un appel voix entrant en LTE .................................................... 54
Figure 22- Architecture nouveau cœur paquet.................................................................................................................. 58
Figure 23-Zone non sécurisée .............................................................................................................................................. 62
Figure 24- S1-Flexibility........................................................................................................................................................ 65
Figure 25- Architecture M:N................................................................................................................................................ 66
Figure 26-Architecture 1:1.................................................................................................................................................... 67
Figure 27- Format des paquets pour les différents modes d’IPsec ................................................................................. 69
Figure 28- Solution IPsec/IKEv2......................................................................................................................................... 71

Liste des tableaux
xi
Liste des tableaux
Tableau 1- Quelques spécifications techniques du GGSN ............................................................................................. 35
Tableau 2- Quelques spécifications techniques du SGSN .............................................................................................. 36
Tableau 3-Temps d'établissement des appels sortants pour les différentes technologies CSFB................................. 42
Tableau 4- Comparaison des délais d'établissement des appels pour différentes technologies................................. 46
Tableau 5-Tableau comparatif des différentes stratégies d'évolution ............................................................................ 48
Tableau 6-Modèle de trafic................................................................................................................................................... 56
Tableau 7-Capacité des différentes interfaces.................................................................................................................... 57
Tableau 8-Quelques caractéristiques techniques du MME.............................................................................................. 60

Avant-propos
xii
Avant –propos
Actes de création de l’INP-HB
L'Institut National Polytechnique Félix HOUPHOUËT -BOIGNY, en abrégé INP–
HB, est créé, par Décret 96–678 du 04/09/96, de la fusion de l'École Nationale
Supérieure d'Agronomie (ENSA), l'École Nationale Supérieure des Travaux Publics
(ENSTP), l'Institut Agricole de Bouaké (IAB) et de l'Institut National Supérieur
de l'Enseignement Technique (INSET), quatre établissements que l'on désignait
communément sous le vocable Grandes Écoles de Yamoussoukro.
Missions de l’INP-HB
Définies par le décret 96-678 du 04/09/96, les missions de l’INP-HB sont :
- La formation initiale et la formation continue : formations de techniciens
supérieurs, d’ingénieurs (des techniques ou de conception) dans les domaines de
l’industrie, du commerce, de l’administration, du génie civil, des mines et de
l'agronomie;
- La recherche appliquée dans les domaines précédemment cités ;
- L’assistance et la production au profit des entreprises et administrations.
Ambitions de l’INP-HB
Ses ambitions sont à la mesure des espoirs que la nation ivoirienne place en lui pour
la formation des élites qui lui assureront une présence digne dans le concert des
nations du troisième millénaire. Il ambitionne aussi de développer son leadership tant
au plan national qu’à l’échelle sous-régionale, dans le domaine de la formation et de
la recherche technique et technologique.
L’Ecole Supérieure d'Industrie
L’INP- HB est constitué, à ce jour, de 7 Ecoles. Celle à laquelle nous appartenons, est
l’Ecole Supérieure d’Industrie (ESI), chargée de former des cadres de haut niveau,
capables de promouvoir et d'accompagner les évolutions techniques et
technologiques au sein des entreprises industrielles et d'accroître leur compétitivité.

Avant-propos
xii
i
Elle est organisée aujourd’hui en plusieurs filières dont le Cycle Ingénieur de
Conception en Télécommunications.
Le Cycle Ingénieur de Conception Télécoms et Réseaux
Conscient des besoins du marché et constatant la volonté du gouvernement de faire
de la Côte d’Ivoire un point de référence en matière de télécoms, l'INP - HB, a eu la
lourde mission d’ouvrir, depuis 2002, au sein de l’ ESI, la filière Ingénieur Télécoms et
Réseaux en partenariat avec les opérateurs du monde des nouvelles technologies, de
l’industrie et de la recherche ; « … L’ingénieur Télécoms INP-HB est appelé à répondre
aux besoins du marché des télécoms en pleine croissance. Son intégration sera donc possible
chez un constructeur, un opérateur du secteur des Télécoms ou dans une société qui offre des
services de télécoms. [1] »
La formation intègre le développement d'un esprit d'initiative et s'appuie sur un
partenariat très actif avec les milieux socioprofessionnels. Cette étroite collaboration
avec les entreprises se matérialise au niveau des étudiants par des stages qu’ils
doivent effectuer durant leur cycle. De plus, la validation de cette formation nécessite
d’effectuer un stage qui revêt un caractère assez particulier. En effet, au cours de ce
stage (qui est le dernier du cycle), l’étudiant aura à mener des études dans le cadre de
son mémoire de fin de cycle.
C’est dans ce cadre que nous avons été reçu au service Gestion des Projets
Réseaux Structurants et Services (GPRSS) de Orange Côte d’Ivoire Telecom, où
nous avons mené une étude sur l’évolution du cœur paquet vers l’EPC : cas d’orange
Cote d’Ivoire.

Résumé
xi
v
Résumé
Orange Côte d’Ivoire Telecom s’est résolument engagé à adopter un réseau du type
NGN (Next Generation Network) afin d’améliorer les services proposés et aussi
faciliter la gestion de son réseau. Pour atteindre ses objectifs plusieurs évolutions ont
été et continues d’être menées sur l’ensemble du réseau. Le point culminant de ces
évolutions est le réseau 4G qui contrairement aux réseaux précédents utilise un cœur
réseau capable de prendre en compte différents types d’accès radio car fonctionnant
totalement en IP.
Le présent mémoire traite des études réalisées afin de proposer une stratégie
d’évolution du cœur paquet existant vers l’Evolved Packet Core qui est le cœur du
réseau 4G.
Pour mener à bien notre travail, nous avons adopté la méthodologie suivante.
D’abord, une collecte d’informations a été réalisée en prenant part aux réunions et,
dans des entretiens tenus avec les différents acteurs du projet. Ensuite, une étude
technique nous a permis de comprendre tous les contours du projet et d’analyser les
différentes stratégies d’évolutions qui revenaient à étudier comment faire passer la
voix sur ce cœur paquet. Puis, le Circuit Switched FallBack (CSFB) a été soumis à
l’approbation de toutes les équipes concernées par le projet en vue de sa validation
comme solution. Une fois la stratégie approuvée, nous avons piloté la phase de
réalisation du projet. Et enfin, proposer une stratégie de sécurisation de ce réseau.
Cette évolution qui fut un succès est présentement en phase de test dans la zone
d’Abidjan en attendant que la licence 4G soit délivrée aux opérateurs ivoiriens.

p. 1
Introduction
INTRODUCTION
En l’espace d’une vingtaine d’années, l’usage des services de communications mobiles
a connu un essor remarquable. On compte depuis 2011 près de 6 milliards d’abonnés
à travers le monde, soit 87 % de la population mondiale [Bouguen 2012]. De plus les
avancées technologiques, la volonté d’interopérabilité des différentes technologies et
l’évolution des services accessibles au départ sur les réseaux de télécommunications
qui sont passés des simples appels téléphoniques à l’appel vidéo, la navigation sur
internet pour ne citer que ceux-là montre bien que les infrastructures déployées par le
passé deviennent caduques et qu’il serait plus approprié d’évoluer vers des
infrastructures permettant de supporter les nouvelles demandes. Ces contraintes les
organismes de normalisation des télécommunications les ont comprises et ont donc
défini différentes phases d’évolution pour les réseaux mobiles. On parle des réseaux
NGN. Tous les opérateurs de télécommunication du monde et plus particulièrement
ceux de la Côte d’Ivoire s’inscrivent donc dans cette logique d’évolution de leur
réseau. L’entreprise Orange Côte d’Ivoire télécom (OCIT), voulant maintenir sa
place d’opérateur leader en Côte d’Ivoire, s’est engagée de façon significative en
déployant la 3G+ le 5 avril 2012. L’étape suivante est donc l’évolution vers la 4ème
génération des réseaux mobiles. En terme de vocabulaire, le futur réseau s’appelle EPS
(Evolved Packet System). Il est constitué d’un nouveau réseau d’accès appelé LTE
(Long Term Evolution) et d’un nouveau réseau cœur appelé SAE (System Architecture
Evolution) ou encore EPC (Evolved Packet Core) [Bouguen 2012].
Une question s’impose : Quelle stratégie faut-il alors mettre en place pour réaliser cette
évolution sans perturber le réseau existant ?
C’est à cet effet qu’OCIT a décidé d’initier une étude sur l’évolution vers cette nouvelle
technologie dont le thème est «ETUDE DE L’EVOLUTION DU CŒUR PAQUET VERS
L’EPC : CAS D’ORANGE COTE D’IVOIRE». L’objectif de cette étude est de collecter
des informations afin de proposer une stratégie d’évolution et d’autre part de piloter
l’opération de migration. Le présent mémoire qui renferme notre étude est structuré
en cinq chapitres. Nous décrirons tout d’abord le contexte dans lequel ce stage s’est
effectué. Puis une étude technique nous permettra de passer en revue le réseau
existant et après une étude des différentes possibilités d’évolution, choisir la meilleure
en terme de qualité-coût et surtout celle qui perturbera le moins le réseau existant. Et
enfin proposer une stratégie de sécurisation de ce nouveau réseau cœur.

p. 2
Chapitre I : Cadre et contexte du stage
Dans ce chapitre, nous décrirons l’environnement de travail dans lequel
nous avons effectué six mois de stage. Il s’en suivra une présentation du
thème, du cahier des charges ainsi que la méthodologie d’approche utilisée.
CHAPITRE I - CADRE ET CONTEXTE
DU STAGE
CHAPITRE

p. 3
I.1. PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL : ORANGE
COTE D’IVOIRE
Cette partie comporte une brève présentation de notre structure d’accueil.
I.1.1. Informations générales
Orange Côte d’Ivoire (OCI) a été créée sous l’appellation, Société Ivoirienne de
Mobile (SIM) et sous la marque Ivoiris. Elle est détenue à 85% par France Télécom et à
15% par le groupe COMAFRIQUE. Ses activités commerciales ont débuté le 28 octobre
1996. Suite à la création de la holding de droit français, Orange SA, France
Télécom décide de dénommer « Orange » toutes ses filiales mobiles, dans lesquelles
elle est majoritaire, afin de leur faire bénéficier de l’expertise commerciale et de la
notoriété dont jouit la marque. C’est ainsi que le 18 mars 2002, la Société
Ivoirienne de Mobile change de dénomination sociale et commerciale et devient
Orange Côte d’Ivoire SA (OCI SA). Conformément à la politique du groupe, le statut
de franchise d’Orange Côte d’Ivoire SA se traduit le 29 mai 2002 par l’adoption de la
marque, de ses valeurs et de sa vision du futur. Elle est, à cette date, la première
représentation de la marque Orange en Afrique. Orange Côte d'Ivoire, société
anonyme au capital de 4,136 milliards de FCFA, a pour siège l'immeuble "le Quartz"
situé sur le Boulevard Valery Giscard d'Estaing à Abidjan. Le Groupe France Telecom
a initié depuis 2004, une synergie entre ses filiales en Côte d’Ivoire : Orange CI (OCI)
et Côte d’Ivoire Telecom (CIT). Le numéro de licence d’orange est le
01/CEL/2/96/ATCI ; elle a été accordée le 02 Avril 1996 et court jusqu’au 02 Avril
2016.
I.1.2. Données clés
 Forme juridique : Société anonyme ;
 Slogan : « La vie change avec Orange » ;
 Siège social : Abidjan (Côte d'Ivoire) ;
 Actionnaires : 85% France Télécom et 15% Groupe Sifcom ;
 Activité : Opérateur de télécommunication ;
 Société mère : France Telecom ;
 Sociétés sœurs : Côte d'Ivoire Telecom ;
 Effectif : plus de 500 salariés ;
 Site web : www.orange.ci.

p. 4
I.1.3. Missions
L’approche client et le comportement de l’entreprise reflètent un état d'esprit fondé
sur 5 (cinq) valeurs : audace, dynamisme, simplicité, proximité, transparence. Elles
jouent un rôle primordial, influencent la communication, les activités et permettent
de développer le succès de la marque.
C'est pourquoi, Orange CI représente bien plus qu'un logo et une palette de couleurs
spécifiques. Elle donne vie à un projet fondé sur une véritable culture d'entreprise.
Les salariés d’Orange Côte d'Ivoire travaillent au quotidien pour offrir le meilleur aux
clients, les satisfaire et leur apporter tous les bénéfices, qu'il s'agisse de la qualité du
réseau, des tarifs, de l'accueil que des services conçus pour leur faciliter la vie.
I.1.4. Organigramme
Nous avons indiqué en gras les subdivisions auxquelles nous appartenons. Par
ordre d’apparition sur l’organigramme :
 DMG : Direction des Moyens Généraux ;
 DRH : Direction des Ressources Humaines ;
 DJR : Direction Juridique et de la Réglementation ;
 DRSI : Direction du Réseau et du Système d’Information ;
 DF : Direction Financière ;
 DMC : Direction Marketing et Communication ;
Figure 1-Organigramme d'Orange Côte d'Ivoire Télécom

p. 5
 DC : Direction Commerciale ;
 DAQ : Direction de l’Audit et de la Qualité ;
 DO : Direction des Opérations ;
 DED : Direction Etude et Développement ;
 SMC : Service Management Center ;
 DRSS : Direction Réseaux Structurants et Services ;
 GPRSS : Pôle de Gestion Projet Réseaux Structurants et Services.
I.1.5. Le service gestion des projets réseaux structurants et services
(gprss)
Notre projet de fin d’études s’est déroulé au service Gestion de Projets Réseaux
Structurants et Services (GPRSS). Le service GPRSS est rattaché au Département
Réseaux Structurants et Services (DRSS). Il a à sa tête un chef de service et a pour
mission de coordonner les projets sur les réseaux structurants et services, à savoir :
 Core Network : gestion des projets concernant le cœur Circuit et paquet ;
 Intelligent Network : gestion des projets de facturation DATA, etc ;
 Services à Valeur Ajoutée (SVA) : coordination des projets de SMS, MMS, Voice
SMS et autres SVAs tels que Bonus Zone, Orange Money (payement de facture
CIE, SODECI, etc...), e-recharge, call center.
I.2. PRESENTATION DU SUJET
Dans cette partie, nous présenterons le thème soumis à notre étude et, les enjeux qui
en découlent.
I.2.1. Présentation du thème
La volonté d’évolution du réseau cœur d’OCIT s’inscrit dans une politique
d’optimisation du trafic, d’amélioration des services et d’offrir une bonne qualité de
service en toute circonstance à ses consommateurs de plus en plus exigeants. En outre,
l’évolution vers le « tout IP »1 s’impose de plus en plus comme un standard vers lequel
tous accourent. Cependant durant toutes ces années, OCIT a engagé d’énormes fonds
pour bâtir un réseau cœur assez performant répondant aux contraintes techniques du
moment. Il faudrait donc que cette évolution s’effectue sans impact sur la qualité du
1 Le tout IP utilisé pour qualifier la transmission en IP de bout en bout ce qui n’était le cas dans les réseaux de
télécommunications par le passé.

p. 6
réseau actuel et surtout que le déploiement se fasse avec un budget maitrisé qui pourra
être amorti dans les plus brefs délais. La nécessité d’une étude minutieuse prenant en
compte tous ces paramètres est donc de mise. Aussi, le thème «ETUDE SUR
L’EVOLUTION DU CŒUR PAQUET VERS L’EPC : CAS D’ORANGE COTE
D’IVOIRE» nous a-t-il été confié.
I.2.2. Intérêt du thème
Le milieu des télécommunications est un milieu hautement concurrentiel partout dans
le monde. Avec plus de six opérateurs de télécommunication la Côte d’Ivoire n’est pas
en marge des avancées majeure qui se font dans ce domaine. Il apparait alors
clairement que seuls les opérateurs qui pourront satisfaire les besoins croissants des
clients en termes de débits, de services et de couverture pourront s’imposer dans ce
domaine qui contribue à hauteur de 6% du PIB du pays [3]. Il faut donc être à l’avant-
garde des évolutions technologiques en vue de fidéliser la clientèle déjà existante, en
conquérir davantage, et surtout avoir une part de marché conséquente.
I.3. PROBLEMATIQUE
Dans cette partie, nous exposerons clairement le travail inhérent au thème proposé et,
aussi, les moyens pour arriver à mener à bien notre projet.
I.3.1. Cahier des charges
L’étude de ce thème consistera à :
 D’abord faire une étude du réseau LTE/EPC ;
 Ensuite trouver une stratégie de migration adaptée aux infrastructures
existantes ;
 Piloter les opérations d’Intégration des fonctions EPC ;
 Et, enfin, proposer une stratégie de sécurité pour le nouveau réseau cœur.
I.3.2. Méthodologie d’approche du thème
Tout travail scientifique nécessite une démarche rigoureuse, alors pour mener à bien
le nôtre nous avons procédé comme suit :
 Tout d’abord, nous nous sommes imprégnés des activités du service GPRSS ;

p. 7
 Puis une fois en possession de notre thème nous avons procédé à une collecte
d’informations à travers la participation à des réunions, la tenue
d’entretiens individuels avec tous les acteurs du projet, la consultation
d’internet et des documents technique d’OCIT et de HUAWEI ;
 Enfin, nous avons supervisé les opérations d’intégration des fonctions EPC.

p. 8
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
Dans ce chapitre introducteur de l’étude technique à proprement parlé de notre
thème, nous présenterons les différentes évolutions des réseaux de
télécommunications mobiles de la première à la quatrième génération.
CHAPITRE II - GENERALITES SUR
L’EVOLUTION DES
RESEAUX MOBILES
CHAPITRE

p. 9
II.1. LA PREMIERE GENERATION DES RESEAUX MOBILES (1G)
La 1ère génération des téléphones mobiles est née dès le début des années 70 et avait
pour vocation de rendre l’utilisateur plus mobile avec son terminal. Cependant les
technologies à l’époque n’étaient pas très évoluées, la 1G offrait donc un service
médiocre mais très coûteux. La 1G avait beaucoup de défauts : Des normes
incompatibles d'une région à une autre ou d’un opérateur à un autre, une transmission
analogique non sécurisée dans la bande des 450MHz et celle des 900MHz, la mauvaise
gestion du roaming et du handover. Même si des efforts ont été faits dans une tentative
d’amélioration en introduisant le concept cellulaire2 des réseaux, cette génération n’a
pas connu un grand succès et a laissé place aux systèmes de 2ème génération. [Pujolle
2008]
II.2. LA DEUXIEME GENERATION DES RESEAUX MOBILES (2G)
II.2.1. Principe de fonctionnement
Dans les années 90, les réseaux de 2ème génération voient le jour. Plus élaborés et plus
structurés que leur prédécesseur ils rencontrent un franc succès. Au nombre de ces
réseaux nous nous intéressons au GSM (Global system for mobile communication)
présent en Europe et aussi dans les pays Africains. Cette technologie s'appuie sur les
transmissions numériques permettant une sécurisation des données (avec cryptage).
Elle autorise l’interopérabilité entre les différents constructeurs car elle est normalisée
par l’IUT qui est l’agence de normalisation internationale des télécommunications.
Aussi, le GSM s'appuie-t-il sur une connexion dite orientée circuit, déjà utilisée par la
téléphonie fixe. L'avantage de cette connexion est d'ouvrir un faisceau entre l'appelant
et l'appelé qui ne sera fermée qu'en fin de communication3. L'inconvénient dans
l'utilisation d'un faisceau est que le faisceau vous est réservé même si vous ne parlez
pas4. Il permet aussi l'émission de SMS (limités à 80 caractères) et offre un débit de 9.6
Kb/s. Il utilise les bandes de 900 et 1800 MHz et une modulation FDMA couplée à du
TDMA. [4]
Dans un réseau GSM, le terminal de l'utilisateur est appelé station mobile (MS). Une
station mobile est composée d'une carte SIM (Subscriber Identity Module), permettant
2 Une cellule est une zone géographique couverte par une antenne de transmission. Un utilisateur est en mesure
de passer d’une cellule à une autre sans coupure de la communication
3 Un faisceau, c'est comme une voie ferroviaire, supposons deux gares reliées entre elles par plusieurs voies. Si le système de
commutation des voies ne change pas, tous les trains emprunteront le même chemin. Dans le cas de la téléphonie, le système
de commutation s'établit pendant la tonalité de mise en relation, puis est maintenu pendant toute la communication.
4 Et ce malgré le fait que lorsqu'on communique, il y a plus de 60% de blancs lors de notre conversation.

p. 10
d'identifier l'usager de façon unique et d'un terminal mobile, c'est-à-dire l'appareil de
l'usager (la plupart du temps un téléphone portable). Les terminaux (appareils) sont
identifiés par un numéro d'identification unique de 15 chiffres appelé IMEI
(International Mobile Equipment Identity). Chaque carte SIM possède également un
numéro d'identification unique (et secret) appelé IMSI (International Mobile
Subscriber Identity). La carte SIM permet ainsi d'identifier chaque utilisateur,
indépendamment du terminal utilisé lors de la communication. La communication
entre une station mobile et la station de base se fait par l'intermédiaire d'un lien radio,
généralement appelé interface air (interface Um).
Le réseau cellulaire ainsi formé est prévu pour supporter la mobilité grâce à la gestion
du handover, c'est-à-dire le passage d'une cellule à une autre et aussi l’'itinérance (en
anglais roaming), c'est à-dire le passage du réseau d'un opérateur à un autre. Enfin,
les différents réseaux téléphoniques nationaux sont interconnectés entre eux par
l’intermédiaire des centres de transit nationaux (CTI). Et pour identifier les différents
réseaux le CCITT a défini un plan de numérotation international dans la
recommandation E.164. Chaque pays est donc repéré par un indicatif à 1,2 ou 3
chiffres.
II.2.1.1. Schéma fonctionnel
II.2.1.2. Base Station SubSystem BSS
 La BTS (Base Tranceiver Station) est un ensemble d'émetteurs-récepteurs qui
gère la transmission radio, le multiplexage temporel (une fréquence radio est
subdivisée en 8 time slots dont 7 sont alloués aux utilisateurs), modulation,
démodulation, égalisation, codage, correcteur d'erreur. Le placement et le type
des BTS déterminent la forme des cellules. Elle réalise aussi des mesures radio
pour vérifier qu'une communication en cours se déroule correctement
(évaluation de la distance et de la puissance du signal émis par le terminal de
l'abonné) : Ces mesures sont directement transmises à la BSC.
Figure 2-Architecture réseau GSM

p. 11
 Un ensemble des stations de base d'un réseau cellulaire est relié à un contrôleur
de stations (en anglais Base Station Controller, noté BSC), chargé de gérer la
répartition des ressources et aussi le transfert intercellulaire des
communications (Handover).
L'ensemble constitué par le contrôleur de station et les stations de base connectées
constitue le sous-système radio (en anglais BSS pour Base Station Subsystem). [5]
II.2.1.3. Network Sub-System NSS
 Le MSC (Mobile-service Switching Center) c’est un commutateur qui gère
l’établissement, le contrôle (signalisations) et les flux de voix des
communications entre MS. Il est souvent couplé au VLR. Il peut posséder une
fonction passerelle GMSC (Gateway MSC) qui gère les interconnections avec
d’autres réseaux comme X25…
 Le VLR (Visitor Location Register) c’est une base de données qui contient les
informations sur les abonnés présents dans une zone géographique. Il est
souvent rattaché au MSC.
 Le HLR c’est une base de données qui gère les abonnés d’un réseau donné. Dans
un HLR, chaque abonné est décrit par un enregistrement contenant le
détail des options d’abonnement et des services complémentaires
accessibles à l’abonné. Il contient son numéro d’annuaire MSISDN, l’identité
internationale utilisée sur le réseau et le profil d’abonnement. De plus il
enregistre aussi le numéro du VLR dans lequel se trouve l’abonné. Le HLR
contient par ailleurs la clé secrète de l’abonné qui permet au service
d’authentifier l’abonné.
 L’AuC est associé à un HLR et sauvegarde une clé d'identification pour chaque
abonné mobile enregistré dans ce HLR. Il permet l’authentification des
demandeurs de services ainsi que le chiffrement des communications.
 L’EIR contient l’IMEI.
II.2.1.4. Operation and maintenance Sub-System OSS
L’OSS est connecté aux différents éléments du NSS ainsi qu’au BSC. Il permet donc
à l’exploitant d’administrer son réseau en ayant une vue d’ensemble sur le réseau.
L’OSS est constitué de centres d’exploitation et de maintenance (OMC) et si
l’importance du réseau le justifie de NMC.

p. 12
 Opération and Maintenance Center OMC
L’OMC permet de gérer et d’exploiter le réseau. Elle regroupe la gestion
administrative des abonnés et la gestion technique des équipements. On distingue
deux catégories d’OMC qui sont :
 OMC-R (OMC Radio)
Ce centre gère le BSS et assure la gestion de la configuration et de la
performance, la supervision des alarmes émises par les équipements.
 OMC-S (OMC Switching)
Ce centre contrôle le NSS et assure la gestion des abonnés (création, modification,
suppression) et la facturation des appels.
 Network Management Center NMC
Le NMC permet de centraliser les deux Centres d’exploitation et de maintenance
pour une gestion globale du réseau.
II.2.1.5. Signalisation et réseau sémaphore
Avec la numérisation des informations et l’apparition des servies comme le transfert
d’appel qui peuvent nécessiter de la signalisation sans l’établissement réel d’un circuit
de communication, il a donc fallu séparer la signalisation de la transmission. Cette
signalisation qui devra transiter sur des liaisons spécifiques est appelée signalisation
par canal sémaphore. L’ensemble des canaux sémaphores forme un réseau spécialisé
appelé SS7 (Signaling System 7).
Le réseau SS7 fonctionne suivant le principe de commutation de paquets. Il
possède des routeurs de paquets appelés points de transfert sémaphore (PTS) et
des équipements terminaux qui sont des centraux téléphoniques, des serveurs et
des bases de données. Les équipements terminaux sont appelés des points
sémaphores (SP, Signaling Point). Par ailleurs, les échanges entre les éléments SSP
(Service Switching Point) et SCP (Service Control Point) du réseau intelligent transitent
eux aussi à travers le réseau sémaphore. [6]
II.3. LES EVOLUTIONS DE LA NORME VERS LA 3G
Face au succès du GSM les opérateurs de télécoms ont jugé bon d’étendre les services
proposés par leur réseau. C’est ainsi qu’en plus du trafic voix traditionnel les services
paquets comme internet, la messagerie MMS deviennent de plus en plus attrayant.
Cependant ceux-ci nécessitent des débits plus élevés et donc des évolutions du réseau
GSM existant.

p. 13
II.3.1.1. Technologie HSCSD
Le High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) est une technologie qui permet
d’allouer plus d’un time-slot à un utilisateur. En effet un utilisateur recevait un time-
slot de 9,6 Kbits/s, mais cette technologie nous permet d’agréger les time-slot afin
d’augmenter le débit. Cependant il pose un problème majeur, en effet, l’allocation de
plusieurs time-slot pour un seul utilisateur réduit de façon conséquente la ressource
pour les autres dans la même cellule. De plus, la taxation basée sur le temps de
connexion et non sur le volume de données entraine un coût trop élevé pour les clients.
D’où, la nécessité du développement d’un réseau à commutation de paquets.
II.3.1.2. Technologie 2.5G : GPRS
Le General Packet Radio Service (GPRS) est une technologie introduite pour palier le
problème lié à la réservation de ressource en mode circuit. Le GPRS ne concerne que
les couches supérieures du GSM (utilisation commune des équipements du BSS).
Techniquement, on introduit un nouveau cœur en plus du cœur circuit (CS, Circuit
Switched) c’est le cœur paquet (PS, Packet Switched) qui est constitué de deux
éléments :
 le SGSN (Serving GPRS Support Node) qui permet de gérer les données
des abonnés (détection et enregistrement des utilisateurs présents, facturation,
encryptage, etc),
 le GGSN (Gateway GPRS Support Node) : cette passerelle assure
l'interconnexion du réseau mobile GPRS aux réseaux IP externes (par
exemple un réseau d'ISP ou encore un intranet d'entreprise).
 Par ailleurs, la transmission des données entre BSC et SGSN nécessite
l’ajout d’un Packet Control Unit (PCU) [7].
Le protocole WAP (Wireless Application Part), semblable au web de l’internet est
introduit pour l’accès à internet.
Malgré ces avancées technologiques le GPRS souffre toujours de l’allocation de
plusieurs time-slots à un même usager, restreignant le nombre d’usagers pouvant
accéder en même temps que lui au réseau. De plus, le GPRS qui devrait en théorie
offrir 171.2 Kbits/s, dans la pratique, à cause des codages CS -1 et CS-2 utilisés n’en
offre qu’entre 30 et 40 kbits/s.
La nouvelle architecture des réseaux télécom devient donc :

p. 14
II.3.1.3. Technologie 2.75G : EDGE
Le standard EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution.) est une évolution de la
norme GSM, modifiant le type de modulation. Tout comme la norme GPRS, le
standard EDGE est utilisé comme transition vers la troisième génération de téléphonie
mobile (3G). EDGE utilise une modulation différente de la modulation GMSK utilisée
par GSM (EDGE utilise la modulation 8-PSK), ce qui implique une modification des
stations de base et des terminaux mobiles. L'EDGE permet ainsi de multiplier par un
facteur 3 le débit des données avec une couverture plus réduite. Dans la théorie EDGE
permet d'atteindre 200 à 250 kbits/s (80 à 115 Kbits/s réels). Cependant, l’EDGE tout
comme ses prédécesseurs est basé sur l’allocation de plusieurs canaux (time-slot) à un
même utilisateur en vue d’accroître son débit. La solution pour régler ce problème a
été de concevoir une nouvelle norme : la 3G.
II.4. LA TROISIEME GENERATION DES RESEAUX MOBILES (3G)
La 3G a été impulsée par les exigences de l'IMT-20005 pour permettre des applications
vidéo sur le mobile, celles-ci nécessitant un débit de 384 kbps au minimum. Outre
l'augmentation de débit, un point complexe à résoudre était de passer d'un service de
téléphonie (à connexion circuit) vers un service DATA (connexion paquets) [4]. Nous
nous intéressons à l’UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) qui est
une évolution logique du GSM avec des bandes de fréquence plus larges (1885-2025 /
2110-2200 MHz). L’UMTS utilise comme technique de modulation le QPSK pour la
voie descendante et le BPSK pou la voie montante. En ce qui concerne la technique
5 IMT-2000 est le sigle choisi par l'UIT pour désigner les cinq technologies d'accès radio des systèmes cellulaires
de la troisième génération qui sont retenues parmi les dix technologies proposées par les différents organismes de
standardisation des membres de l'UIT
Figure 3-Architecture GPRS

p. 15
d’accès multiple le W-CDMA est utilisé ce qui permet d’offrir un débit théorique de
144 kbit/s en environnement rural extérieur, 384 kbit/s en environnement urbain
extérieur, 2 Mbit/s indoor (qui n’est jamais atteint en réalité) [8]. L’UMTS existe en
deux méthodes d’accès radio :
 En TDD (Time Division Duplexe), une seule et unique fréquence est utilisée
alternativement par les deux voies de communications. Limité aux petites
cellules à cause de synchronisation et de temps de garde, il est adapté aux
services de données en mode paquet, à haut débit et asymétrique.
 En FDD (Frequency Division Duplexe, chaque sens de communication (Mobile
vers Réseau et Réseau vers Mobile) utilise une fréquence particulière. Il est plus
adapté pour les aux services symétriques (voix et services de données à bas et
moyen débit en mode symétrique) et aux grandes cellules. [9]
II.4.1. Architecture
Le réseau UMTS est subdivisé en trois (3) domaines :
II.4.2. Le domaine utilisateur : UE
L’UE (User Equipement) qui est le terminal abonné, est constitué de deux entités que
sont le Mobile Equipment (ME) et l’Universal Integrated Circuit Card (UICC).
Figure 4-Architecture UMTS

p. 16
II.4.2.1. Le ME
Le ME est chargé de la transmission et des procédures associées. Il est encore subdivisé
en deux parties : la terminaison mobile (MT, Mobile Termination) et l’équipement
terminal (TE, Terminal Equipement).
 Le MT assure la transmission de l’information vers le réseau UMTS (ou autre)
à travers l’interface radio et applique les fonctionnalités de modulation, de
correction d’erreurs, d’étalement de spectre. Le MT peut être subdivisé en
deux groupes fonctionnels: le Network Termination (NT) qui dépend du réseau
cœur et le Radio Termination (RT) qui est quant à lui directement rattaché au
RAN.
 Le TE assure la gestion des sessions des abonnés.
Le MT et le TE peuvent faire partie d’un équipement unique ou être séparés en deux
équipements. Le TE peut être, par exemple, un ordinateur portable et le MT un
terminal mobile utilisé comme modem.
II.4.2.2. L’UICC
L’UICC est une carte à puce à l’intérieur de laquelle se trouvent l’USIM (Universal
Subscriber Identity Module) et l’ISIM (IMS Subscriber Identity module) qui sont des
applications.
 L’USIM permet à l’abonné d’accéder aux services souscrits. Il gère également
les informations associées à la souscription de l’abonné ainsi que les
procédures d’authentification et de chiffrement .
 L’ISIM stocke les données relatives à l’opérateur IMS(IP MultiMedia Sub-
system). Il contient les informations relatives à l’abonné, les règles d’accès aux
services, les clés de sécurité qui sont utilisées pour l’authentification dans le
réseau IMS,...
 Il faut noter que l’UICC peut également contenir une application 2G SIM
qui permettra à l’utilisateur d’accéder à un réseau GSM.
II.4.3. Réseau d’accès UTRAN
L’Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) constitue le réseau
d’accès de l’UMTS. Deux éléments sont introduits : le RNC et la Node B.
 Node B
Le Node B est équivalent à la BTS du réseau GSM. Il peut gérer une ou plusieurs
cellules. Il inclut un récepteur CDMA qui convertit les signaux de l'interface Uu

p. 17
(Interface Air) en flux de données acheminés au RNC sur l'interface Iub. Dans l'autre
sens, le transmetteur CDMA convertit les flux de données reçus du RNC pour leur
transmission sur l'interface Air. Il existe trois types de Node B correspondant aux deux
modes UTRA : Node B UTRA-FDD, Node B UTRA-TDD et Node B mode dual, ce
dernier pouvant utiliser les deux modes simultanément.
 RNC
Le RNC (Radio Network Controller) a une fonction équivalente au BSC des réseaux
GSM, c’est à dire principalement le routage des communications entre le Node B et le
réseau cœur d’une part, et le contrôle et la supervision du Node B d’autre part. Le RNC
assure les mécanismes de handover et de macro -diversité6.
L’interface qui permet la communication entre le réseau cœur de l’UMTS et le réseau
d’accès est appelée Iu. Elle a été définie de manière à ce que les réseaux d’accès
de technologie différente puissent accéder au réseau cœur. [10]
II.4.4. Le sous-système réseau (UMTS Core Network)
Les opérateurs de réseau qui disposent d’un réseau GSM/GPRS et ayant obtenu une
licence UMTS ont deux approches possibles afin d’aborder le déploiement de leur
réseau UMTS : approche intégrée ou approche overlay (recouvrement).
Avec l’approche intégrée, leur réseau de base GSM/GPRS est actualisé et réutilisé avec
les mêmes entités de commutation (MSC) et routage (GSN) pour les deux interfaces
radio GSM et UMTS. Il faut aussi noté que l’AuC est intégré directement dans le HLR.
La nouvelle interface radio UTRAN est reliée par l’interface IuCs au MSC (actualisé
avec une nouvelle interface ATM et les nouveaux protocoles de signalisation ; il est
appelé 3G MSC) et rattachée par l’interface IuPS au SGSN (actualisé avec une nouvelle
interface ATM et les nouveaux protocoles de signalisation ; il est appelé 3G SGSN).
Cette approche permet la réutilisation des systèmes de gestion existants et des sites de
commutation, mais le rattachement d’une nouvelle technologie radio non encore
complètement maîtrisée à un réseau existant peut poser des problèmes de capacité, de
performances et de stabilité.
Avec l’approche recouvrement (overlay), l’opérateur utilise un autre réseau de base
constitué de 3G MSCs et 3G SGSNs pour supporter l’interface UTRAN. Cette solution
permet un développement parallèle du réseau UMTS sans impact sur le réseau
GSM/GPRS courant. [11]
6 La macro-diversité est la phase pendant laquelle la station mobile maintient plusieurs liens radio avec des cellules
différentes.

p. 18
II.4.5. Évolutions de l’UMTS
L’architecture UMTS étudiée précédemment est spécifiée dans la release 997 (aussi
appelée release 3). Elle constitue la 1ère étape vers les réseaux NGN8 et le LTE. Plusieurs
autres releases ont donc été définis.
II.4.5.1. Release 4
L'UMTS Release 4 (R4) concerne l'évolution du domaine CS sur la base du NGN.
La R4 présente des avantages pour le réseau de base en termes de flexibilité et
d'évolution. En effet, la R4 peut réutiliser le backbone IP du domaine PS pour
le transport de la voix. Par ailleurs, la R4 dissocie les plans de contrôle et de transport,
leur permettant d’évoluer séparément à la différence des commutateurs voix qui
sont des structures monolithiques. Enfin, la R4 permet l'évolution vers un réseau tout
IP où la voix est directement paquetée sur la station mobile de l'usager et
transportée de bout en bout sur IP. Avec la R4, la voix est transportée sur IP dans
le réseau de base uniquement. Le « tout IP » est l'objectif des releases R5 et R6. [12]
[8]
7 Une Release correspond à un ensemble de nouvelles fonctionnalités introduites dans la norme par les groupes du 3GPP
dans une période de temps donnée et représente un palier significatif dans l’évolution des systèmes.
8 Les NGN sont des réseaux en mode paquet capable d'assurer des services de télécommunications et d'utiliser de
multiples technologies de transport à large bande à qualité de service imposée et dans lesquels les fonctions liées aux services
sont indépendantes des technologies liées au transport
Figure 5- Architecture Release 4

p. 19
II.4.5.2. Release 5 et 6
Rapidement, la volonté apparut d’effacer les limites de la Release 99 en matière de
débits. Coté accès les évolutions HSPA, aujourd’hui connues commercialement sous
le nom de 3G+, furent introduites :
 HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) pour la voie descendante ;
 HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) pour la voie montante.
Ces évolutions ont été définies par le 3GPP respectivement en Release 5 (2002) et
Release 6 (2005) afin d’accroître les débits possibles et de réduire la latence du système.
La latence désigne le temps de réponse du système à une requête de l’utilisateur, et est
un facteur clé de la perception des services de données par l’utilisateur.
L’innovation principale du HSPA concerne le passage d’une commutation circuit sur
l’interface radio, où des ressources radio sont réservées à chaque UE pendant la durée
de l’appel, à une commutation par paquets, où la station de base décide
dynamiquement du partage des ressources entre les UE actifs. L’allocation dynamique
des ressources est effectuée par la fonction d’ordonnancement ou scheduling, en
fonction notamment de la qualité instantanée du canal radio de chaque UE, de ses
contraintes de qualité de service, ainsi que de l’efficacité globale du système. La
commutation par paquets optimise ainsi l’usage des ressources radio pour les services
de données.
La modulation et le codage sont rendus adaptatifs afin de s’adapter aux conditions
radio de l’UE au moment où il est servi, les débits instantanés étant accrus via
l’utilisation de modulations à plus grand nombre d’états qu’en Release 99. La
modulation 16QAM (16 Quadrature Amplitude Modulation) est introduite pour la
voie descendante en complément de la modulation QPSK (Quadrature Phase Shift
Keying) en vigueur en Release 99. De même, la modulation QPSK est introduite pour
la voie montante en complément de la modulation BPSK (Binary Phase Shift Keying)
utilisée en Release 99. Enfin, un nouveau mécanisme de retransmission rapide des
paquets erronés, appelé HARQ (Hybrid Automatic Response reQuest), est défini entre
l’UE et la station de base, afin de réduire la latence du système en cas de perte de
paquets. Ces évolutions offrent aux utilisateurs des débits maximaux de 14,4 Mbit/s
en voie descendante et de 5,8 Mbit/s en voie montante, ainsi qu’une latence réduite
[Bouguen 2012].
Du côté cœur les Releases 5 et 6 permettent l'établissement de sessions multimédia,
un transport de tout type de média de bout en bout sur IP, et une offre de
nouveaux services. Ces capacités sont prises en charge par un nouveau domaine
appelé IMS qui se rajoute aux domaines CS et PS. Le domaine IMS qui se superpose
au domaine PS, s'appuie sur le protocole SIP (Session Initiation Protocol) pour le
contrôle de sessions multimédia,il permet aussi de remplacer le cœur circuit lors des

p. 20
appels voix sur IP [12]. On a aussi l’apparition de l’entité HSS comme base de données
en lieu et place du HLR et de l’AUC. Une autre évolution est l’introduction du MBMS
(Multimedia Broadcast and Multicast Subsystem) au niveau de la release 6 qui permet
de mieux gérer le multicast et le broadcast dans les réseaux de télécommunications.
II.4.5.3. Release 7 et 8
Face aux utilisateurs toujours connectés ou always-on on a une augmentation du
trafic qui implique un partage des ressources entre les utilisateurs et, dans certains cas,
une réduction des débits qui leur sont délivrés. Avec l’augmentation de la charge des
réseaux, la qualité de service fournie aux clients se dégrade, ce qui pose un véritable
problème aux opérateurs de réseaux mobiles.
Le HSPA+ est un terme qui regroupe plusieurs évolutions techniques visant
principalement à améliorer :
 les débits fournis aux utilisateurs et la capacité du système ;
 la gestion des utilisateurs always-on.
Le HSPA+ a été normalisé par le 3GPP au cours des Releases 7 (2007) et 8 (2008).
L’amélioration des débits et de la capacité est rendue possible par l’introduction de
nouvelles techniques. En voie descendante, la modulation 64QAM est désormais prise
en charge, de même que la modulation 16QAM en voie montante. En complément,
une cellule peut transmettre des données à un utilisateur sur deux porteuses
Figure 6- Architecture Release 6

p. 21
simultanément en voie descendante, à l’aide de la fonctionnalité DCHSDPA (Dual
Carrier – HSDPA). Le spectre supportant la transmission n’est donc plus limité à 5
MHz mais à 10 MHz. Les débits fournis à l’utilisateur sont potentiellement doublés.
De plus, la largeur de bande plus élevée permet au système une gestion plus efficace
des ressources spectrales. La fonctionnalité MIMO (Multiple Input Multiple Output)
est également introduite pour améliorer les débits en voie descendante. Le HSPA+
intègre enfin une option d’architecture qui réduit la latence du système via la
suppression du contrôleur de stations de base pour les services de données. Les
évolutions HSPA+ apportent ainsi des gains très significatifs en termes de débits, de
capacité et de latence et renforcent la pérennité des réseaux 3G. [Bouguen 2012]
Il faut signifier que la Release 8 est la première Release du réseau d’accès LTE et du
réseau cœur EPC.

p. 22
Chapitre III: le réseau LTE/EPC
Le chapitre précédent nous a permis de comprendre les évolutions qui nous
ont mené à la 4G, nous nous focalisons maintenant sur l’objet de notre
thème. Ce chapitre présentera le réseau 4G/EPS, son architecture et son
fonctionnement.
CHAPITRE III - LE RESEAU LTE/EPC
CHAPITRE

p. 23
III.1. ARCHITECTURE GENERALE DU RESEAU LTE/EPC
La LTE (Long Term Evolution of 3G) est un projet mené par l'organisme de
standardisation 3GPP à partir de la release 8. Par abus de langage, certains parlent du
LTE en considérant que c'est de la 4G. En réalité, le LTE est une norme dite 3.99G car
elle ne répond pas aux spécifications imposées par la norme 4G. Pour les opérateurs,
la LTE implique de modifier le cœur des réseaux. Cependant le cœur ne change pas
lorsqu’on passe effectivement à l’accès 4G (LTE-advanced) donc dans la suite nous
parlerons du cœur 4G pour parler de l’EPC. [Bouguen 2012] Plusieurs raisons ont
poussé le groupe 3GPP à élaborer la norme LTE parmi lesquelles on peut citer :
 La demande croissante de débit et de qualité de service ;
 La nécessité d’assurer la continuité de la compétitivité du système 3G vis-à-vis
des technologies concurrentes (WiMAX) ;
 L’optimisation des systèmes à commutation de paquets avec l’utilisation d’IP
de bout en bout ;
 La réduction de la complexité. La figure ci-dessous décrit l’architecture globale
du réseau, en incluant non seulement le réseau Cœur et le réseau d’accès.
III.1.1. Réseau d’accès (Access Network)
III.1.1.1. Caractéristiques
 Débit de l’interface radio
Figure 7-Architecture générale d'un réseau LTE/EPC

p. 24
L’interface radio E-UTRAN(Evolved UTRAN) doit pouvoir supporter un débit
maximum de 100 Mbit/s pour le sens montant et 50 Mbit/s pour le sens descendant
avec une largeur de bande 20 MHz. Comme technique d’accès multiple pour le sens
descendant L’OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) est utilisée
et SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) pour le sens
montant. En considérant 20 MHz comme largeur de bande on obtient comme efficacité
du spectre de 5 bit/s/Hz pour le sens descendant et 2,5 bit/s/Hz pour le sens montant.
 Connexion permanente
Dès que l’utilisateur se connecte, un réseau un default bearer et une adresse IP lui sont
donnés même s’il ne fait aucun trafic. Il se trouve dans un état qu’on qualifie d’IDLE.
Il est nécessaire pour le terminal, de passer de l’état IDLE à l’état ACTIF lorsqu’il
s’agira d’envoyer ou recevoir du trafic. Ce changement d’état s’opère en moins de 100
ms.
 Délai pour la transmission de données
Les délais de transmission des informations sont considérablement réduits. En effet il
faut compter moins de 5 ms entre l’UE et l’Access Gateway, en situation de non-charge
où un seul terminal est ACTIF sur l’interface radio. La valeur moyenne du délai devrait
avoisiner les 25 ms en situation de charge moyenne de l’interface radio. Ceci permet
de supporter les services temps réel IP, comme la voix sur IP et le streaming sur IP.
 Mobilité
Le LTE permet de recevoir et d’émettre à des vitesses comprises entre 120 et 350 km/h.
Le handover pourra s’effectuer (la LTE ne permet que le hard handover et non pas le
soft handover) dans des conditions où l’usager se déplace à grande vitesse.
 Coexistence et Interfonctionnement avec la 3G :
Le handover entre E-UTRAN (LTE) et UTRAN (3G) doit être réalisé en moins de 300
ms pour les services temps-réel et 500 ms pour les services non temps-réel. Il est clair
qu’au début du déploiement de la LTE peu de zones seront couvertes. Il s’agira pour
l’opérateur de s’assurer que le handover entre la LTE et la 2G/3G est toujours possible.
Le handover pourra aussi s’effectuer entre la LTE et les réseaux CDMA-2000. Les
opérateurs CDMA évolueront aussi vers la LTE qui devient le vrai standard de
communication mobile de 4ème génération.
 Flexibilité dans l’usage de la bande :

p. 25
E-UTRAN doit pouvoir opérer dans des allocations de bande de fréquence de
différentes tailles incluant 1.25, 2.5, 5, 10, 15 et 20MHz.
 Support du multicast :
Notamment pour les applications multimédia telles que la télévision en broadcast.
 Couverture de cellule importante dans les zones urbaines et rurales
Comme la LTE pourra opérer sur des bandes de fréquences diverses et notamment
basses comme celle des 700 MHz, il sera possible de considérer des cellules qui
pourront couvrir un large diamètre. [Bouguen 2012]
III.1.1.2. Les entités
A la différence de l’UTRAN 3G où sont présentes les entités NodeB et RNC,
l’architecture e-UTRAN ne présente que des eNodeB. Les fonctions supportées par le
RNC ont été réparties entre l’eNodeB et les entités du réseau cœur MME/SGW.
L’eNodeB dispose d’une interface S1 avec le réseau cœur. L’interface S1 consiste en S1-
C (S1-Contrôle) ou encore SI-mme entre l’eNodeB et la MME et S1-U (S1-Usager) entre
l’eNodeB et la SGW. Une nouvelle interface X2 a été définie entre les eNodeBs
adjacents. Son rôle est de minimiser la perte de paquets lors de la mobilité de l’usager
en mode ACTIF (Handover). Lorsque l’usager se déplace en mode ACTIF d’un
eNodeB à un autre eNodeB, de nouvelles ressources sont allouées sur le nouvel
eNodeB pour l’UE ; or le réseau continu à transférer les paquets entrants vers l’ancien
eNodeB tant que le nouvel eNodeB n’a pas informé le réseau qu’il s’agit de lui relayer
les paquets entrants pour cet UE. Pendant ce temps l’ancien eNodeB relaie les paquets
entrants sur l’interface X2 au nouvel eNodeB qui les remet à l’UE.
III.1.2. Réseau cœur (Core Network)
III.1.2.1. Caractéristiques
À la différence des réseaux 2G et 3G où l’on distinguait les domaines de commutation
de circuit (CS, Circuit Switched) et de commutation de paquet (PS, Packet Switched)
dans le réseau cœur, ce nouveau réseau quant à lui ne possède qu’un domaine paquet
appelé EPC. Ainsi, tous les services devront être offerts sur IP y compris ceux qui
étaient auparavant offerts par le domaine circuit tels que la voix, la visiophonie, le
SMS, etc.
L’EPC fonctionne en situation de roaming en mode « home routed » ou en mode «
local breakout ». Autrement dit lorsqu’un client est dans un réseau visité, son trafic de
données est soit routé à son réseau nominal qui le relaye par la suite à la destination

p. 26
(home routed) ou directement routé au réseau destinataire sans le faire acheminer à
son réseau nominal (local breakout). Il est possible de faire acheminer le trafic de l’EPC
vers l’accès LTE, CDMA-2000 (paquet), 2G (paquet) et 3G (paquet) et ainsi garantir le
handover entre ces technologies d’accès.
Enfin, l’EPC supporte le filtrage de paquet par exemple pour la détection de virus et
une taxation évoluée basée sur le service accédé par le client en termes du volume, de
la session, de la durée, de l’événement, du contenu, etc.
III.1.2.2. Les entités de l’EPC
Le réseau cœur évolué EPS consiste comme le montre la figure en les cinq principales
entités énumérées ci-dessous:
 Mobility Management Entity :
MME est le nœud principal de contrôle du réseau d'accès LTE/SAE. Elle
manipule un certain nombre de fonctionnalités telles que:
 La signalisation EMM et ESM avec l’UE. Les terminaux LTE disposent des
protocoles EMM (EPS Mobility Management) et ESM (EPS Session
Management) qui leur permettent de gérer leur mobilité (attachement,
détachement, mise à jour de localisation des tracking areas9) et leur session
(établissement/libération de session de données) respectivement.
 L’authentification, le MME est responsable de l’authentification des UEs à
partir des informations recueillies du HSS.
 Le suivi des UE Mode Inactif (idle), avec l’activation / désactivation du
Bearer et aussi le choix du SGW et du PDN GW.
 La procédure de Paging.
 L'interface S3 se terminant dans la MME fournit ainsi la fonction de plan de
contrôle de mobilité entre les réseaux d'accès LTE et 2G/3G.
 Serving Gateway (SGW)
La passerelle de service SGW, est un élément plan de données au sein de la LTE/SAE.
Son rôle principal est d’acheminer les donnée entre la partie accès et le PDN GW. De
plus en cas de handover inter eNodeB, il sert de point d’ancrage qui relais les paquets
à la nouvelle eNodeB. Le Serving GW comptabilise aussi le nombre d’octets envoyés
9 les tracking areas correspondent aux locations areas en GSM

p. 27
et reçus permettant l’échange de tickets de taxation inter-opérateurs pour les
reversements. Enfin il permet le marquage des paquets dans les sens montant et
descendant permettant d’appliquer la QOS.
 PDN Gateway (PGW)
Le PDN GW est l’entité qui termine le réseau mobile EPS et assure l’interface aux
réseaux externes IPv4 ou IPv6. Elle permet aussi l’allocation de l’adresse IP de l’UE.
L'UE peut disposer d'une connectivité avec plus d'un PGW pour l’accès à des PDNs
multiples. Il permet aussi le marquage des paquets dans les sens montant et
descendant permettant d’appliquer la QOS. Enfin il permet la taxation des flux de
service montants et descendants (e.g. sur la base des règles de taxation fournies par le
PCRF ou sur la base de l’inspection de paquets définie par des politiques locales).
 Home Subscriber Server (HSS)
Avec la technologie LTE, le HLR est réutilisé et renommé HSS. Le HSS est donc un
HLR évolué qui est utilisé simultanément par les réseaux 2G, 3G, LTE/SAE et IMS
appartenant au même opérateur. Il supporte les protocoles MAP (2G/3G) et
DIAMETER (3.9G/4G).
 Policy and Charging Rules Function (PCRF)
La PCRF est le nom générique de l'entité au sein de la LTE/EPC qui détient les règles
de taxation permettent au PDNGW de différencier les flux de données de service et
de les taxer de façon appropriée. Par exemple, si l’usager fait transiter sur son default
bearer des flux WAP et des flux de streaming, il sera possible au PDN GW de
distinguer ces deux flux et de taxer le flux WAP sur la base du volume alors que le flux
de streaming sera taxé sur la base de la durée.
Elle permet de demander au PDN GW d’établir, de modifier et de libérer des dedicated
bearer sur la base de la QoS souhaitée par l’usager. [13]

p. 28
III.2. FONCTIONNEMENT DU RESEAU LTE/EPC
III.2.1. Les Identifiants
Pour avoir accès au réseau le UE doit obligatoirement avoir des identifiants. Certains
identifiants ne changent pas de ceux utilisés dans les réseaux 2G/3G. Comme dans
les réseaux classiques l’IMSI n’est pas utilisée en claire sur le réseau, le GUTI (Globallly
Unique Temporary Identifier) est utilisé pour le remplacer. Le GUTI est composé du
GMMEI (Globally Unique Mobility Management Entity Identifier) qui utilisé pour
identifier le MME et le M-TMSI utilisé pour identifier le mobile.
Le S-TMSI est quant à lui utilisé pour lors de la procédure de paging.
III.2.2. Famille de protocoles
Les
interfaces, en plus de la séparation selon le modèle OSI, sont aussi divisées en deux
plans, le plan usager (User plane) et le plan de contrôle (Control plane).
Figure 9-Architecture protocolaire du plan controle
Figure 8-structure du GUTI

p. 29
III.2.2.1. Le plan de contrôle (Control plane)
Le plan de contrôle s’occupe de tous les messages et les procédures strictement liés
aux fonctionnalités prises en charge par les interfaces. La figure 9 présente
l’architecture protocolaire du plan controle.
 La couche PHY: Le rôle de la couche PHY est de fournir des services de
transport de données sur les canaux physique pour les couches RLC et MAC
hautes.
 La Sous-couche MAC: Elle est en charge de l’ordonnancement des paquets et
la retransmission rapide des paquets.
 Sous-couche RLC (Radio Link Protocol) : Elle est responsable de la
transmission fiable de données.
 Sous-couche PDCP (Packet Data Compression Protocol) : C’est cette couche
qui fournit le protocole de compression d’entête et implémente le cryptage de
données.
 La couche RRC (Radio Ressource Control) : Elle sert au contrôle de l’interface
radio.
 Protocoles NAS (Non Access Stratum): Le NAS correspond aux fonctions et
procédures qui sont complètement indépendant la technologie d’accès. Ce sont
les procédures EMM et ESM.
 L’interface S1-C (Protocole S1AP) : Elle est utilisée pour les types de
signalisation suivants :
 Procédures du Bearer-level, ce groupe comprend toutes les procédures
relatives à l’établissement, modification et de libération de supports
(porteuses) ;
 Procédures du Handover ;
 Transport de signalisation NAS ;
 Procédure de Paging.
 L’interface X2-C (Protocole X2AP): C’est une interface de signalisation qui
supporte un groupe de fonctions et procédures entre eNodeBs. Les procédures
sont toutes relative à la mobilité des usagers entre eNodeB, dans le but
d’échanger les informations sur le contexte de l’usager entre les différents
nœuds (porteuses alloués, sécurité…). Par ailleurs, l’interface X2-C propose la

p. 30
procédure du « Load Indicator » dont le but est de permettre à un eNodeB de
signaler sa condition de charge aux eNodeBs voisins.
 GTP-C (GPRS Tunneling protocol for control plan): C’est un protocole qui
utilise IP/UDP comme couche de transport. Il est hérité du GPRS et permet
d’encapsuler la signalisation coté core network. L’EPC utilise la version 2 de ce
protocole (GTP-v2). [14]
 SCTP (Stream Control Transmission Protocol): C’est un protocole qui au
niveau architectural se situe au même niveau que UDP et TCP. Il a été élaboré
par l’IETF pour le transport de la signalisation. SCTP a été défini avec un
ensemble de fonctions par rapport aux contraintes de fiabilité et redondance,
de sécurité, de rapidité du transport de la signalisation téléphonique. Ainsi il
devient possible de remplacer le transport coûteux et complexe des protocoles
de signalisation INAP, ISUP, MAP, CAP traditionnellement sur SS7, Q.931
traditionnellement sur LAPD et V5.2 traditionnellement sur LAPv5, par un
transport économique sur IP. [15]
III.2.2.2. Le plan usager (User plane)
Le plan usager transporte toutes les informations considérées comme des données
utilisateur, du point de vue de l’interface. Ceci consiste en des données purement
usager comme les paquets de voix et vidéos ou la signalisation de niveau application
(comme SIP, SDP or RTCP). Avant la transmission sur l’interface, les différents paquets
sont tout simplement envoyés à la couche Transport. C’est ce qui explique l’absence
de tout protocole dans la couche Radio Network qui correspond au plan usager. La
figure 10 présente l’architecture protocolaire du plan usager.
 GTP-U (GPRS Tunneling protocol for User plan):C’est un protocole qui est
utilisé pour acheminer le trafic utilisateur.
Figure 10- Architecture protocolaire du plan usager

p. 31
III.2.3. Le réseau de signalisation dans l’EPS
Avec l'évolution des réseaux mobiles vers le réseau 4G qui est un réseau mobile tout
IP, les protocoles de signalisation associés sont tous conçus sur IP directement. Les
protocoles de signalisation associés sont:
 DIAMETER qui reste le protocole pour le contrôle de la QoS et de la taxation
(online et offline)
 DIAMETER pour la gestion de la mobilité EPC en remplacement de MAP.
 GTPv2-C (GPRS Tunnel Protocol - Control Plane) pour l'établissement/la
libération de bearers.
Le nouveau domaine qui se charge des services voix est l'IMS dont les protocoles de
signalisation sont :
 DIAMETER pour la gestion de la mobilité IMS
(enregistrement/désenregistrement)
 SIP pour l'établissement/la libération de sessions multimédia incluant la
téléphonie
 SIP pour l'invocation de plates-formes de services IMS
 DIAMETER pour le contrôle de la QoS et de la taxation IMS (online et offline).
III.2.4. EPS Bearer et QOS
Afin d’accéder aux services EPS, l’UE doit disposer de bearer. Un default bearer qui
est permanent par nature est établi par le réseau EPS dès l’attachement de l’UE à ce
réseau. Ce bearer EPS est maintenu pour toute la durée d’attachement de l’UE afin de
fournir à l’UE une connectivité IP permanente à un réseau IPv4 ou IPv6. Il correspond
au concept de contexte PDP établi dans un réseau GPRS. A tout moment l’UE peut
établir un ou plusieurs defaults bearers additionnels. Seul l’UE peut initier la demande
d’établissement d’un default bearer additionnel. L’UE obtient une adresse IP par
default bearer établi. Les defaults bearer ne fournissent pas de débit garanti. Afin que
l’usager puisse accéder à des services temps réel IP tels que la téléphonie sur IP, il est
nécessaire qu’un dédicated bearer soit établi ; un dedicated bearer a une durée limitée
et fournit un débit garanti, et est toujours associé à un default bearer. Le default bearer
et tous les dedicated bearer associés partagent la même adresse IP. Le réseau ou l’UE
peuvent initier l’établissement d’un dedicated bearer. Il en existe 3 types:
 Radio bearer entre le UE l’eNodeB.
 Data bearer entre l’eNodeB et le S-GW (S1 bearer).

p. 32
 Data bearer entre le S-GW le P-GW (S5/S8 bearer).
Les différents bearers selon les types de connexion sont listés dans la figure ci-dessous:
Figure 11-Les bearers dans le réseau EPS

p. 33
Chapitre IV : Stratégies d’évolution
Dans ce chapitre, nous verrons comment le réseau existant peut
évoluer. Et pour cela nous ferons d’abord l’étude de l’architecture
du réseau cœur existant. Puis nous verrons les différents moyens
d’évolution.
CHAPITRE IV - STRATEGIES D’EVOLUTION
CHAPITRE

p. 34
IV.1. ETUDE DE L’ARCHITECTURE EXISTANTE
IV.1.1. Architecture
L’architecture du réseau cœur paquet est présentée dans la figure 20; il s’agit
d’un réseau 2G/3G. Elle décrit également comment est fait l’interfaçage du core
Network avec la partie accès du réseau.
IV.1.2. Les Equipements Clés
IV.1.2.1. Le GGSN
Le GGSN peut être utilisé aussi bien pour la 2.5G (GPRS) ou la 3G (UMTS). C’est une
passerelle permettant à une station mobile (MS) d’accéder au réseau de données
paquets extérieur (PDN). Il est situé à la jonction entre le GPRS/UMTS packet core
network et le PDN externe. Il supporte les protocoles suivant :
 GTP/GTP’ : pour l’interconnexion avec le SGSN 2,5G/3G ;
Figure 12-architecture du réseau cœur

p. 35
 RADIUS / DIAMETER : pour l’authentification, la gestion des autorisations.
 PPP/L2TP pour la couche 2
 PCC : pour les politiques de tarification
 MBMS : pour le multimédia
Le tableau ci-dessous résume les interfaces du GGSN. Il faut noter que chacune de ces
interfaces peuvent être raccordée à l’équipement tels que : le SGSN, un PDN, un
serveur AAA ou le CG.
Tableau 1- Quelques spécifications techniques du GGSN [16]
Interfaces Nombre
maximum
FastEthernet (Electrique) 24
Gigabit Ethernet (Electrique) 24
Gigabit Ethernet (Optique - 1000Base-X-SFP) 24
10Gigabit Ethernet (Optique - 10GBase LAN/WAN-
XFP)
1
IV.1.2.2. Le SGSN
Le SGSN peut être utilisée aussi bien pour la 2.5G (GPRS) ou la 3G (UMTS). Il peut
supporter plus de 3 million d’abonné simultanément. Les principales fonctions et
protocoles qu’il supporte sont les suivant :
 La gestion des sessions, de la mobilité, des connections IP et de la sécurité ;
 La QOS , la gestion de flux, Le routage dynamique et statique
 Les SMS, SNMP, PPP, MBMS, IPsec
 CAMEL phase 3 pour la connexion au réseau intelligent
 SS7/SIGTRAN
 La connectivité à l’IMS…
Les spécifications techniques du SGSN sont circonscrites dans les tableaux suivant :

p. 36
Tableau 2- Quelques spécifications techniques du SGSN [17]
Interfaces Caractéristiques
physiques
Protocole
supporté
Nombre
maximum
Gn, Gb, Ga, IuPS
GigaEthernet
(GE)
IP 80
FastEthernet (FE) IP 80
STM-1 IPOA (IP over
ATM)
80
STM-4 IPOA 40
SS7 E1/T1 SS7 2 Mbits/s
O&M FE IP 2
Iu-PS (Plan de
control)
STM-1 ATM 80
STM-4 ATM 40
IV.1.3. Analyse
IV.1.3.1. Description de l’architecture
Le réseau cœur paquet est constitué d’un SGSN, d’un GGSN, d’un serveur
AAA(Ahtentification Authorization and acounting), du PCRF, d’un BG (Border
Gateway), d’un CG (Charging Gateway), d’un FW(Firewall) et d’un serveur DNS relié
entre eux par des liaisons IP/Ethernet via le réseau interne. Le SGSN gère la
signalisation avec les MSC servers, le HLR à travers le réseau de signalisation SS7 &
SIGTRAN. Et le trafic en provenance des RNC et MSC via le PCU à travers le backbone
IP/MPLS interne. Le BG permet à la fois au SGSN de se connecter à d’autres PLMN
dans le cas du roaming par exemple, mais aussi il sert d’interface entre le GGSN et
internet. Les fonctions des autres équipements sont les suivantes :
 Le PCRF relié à l’IN permet d’appliquer les politiques de tarification des
différents flux.
 Le CG: Il est chargé de collecter les CDRs générés.
 Le serveur DNS: Effectue la résolution de nom, c’est-à-dire, fait la conversion
entre adresse IP et APN pour joindre le GGSN.
 Le Firewall : Gère les politiques de sécurités.
 Le server AAA : sert à l’authentification des abonnés et des APN de ceux-ci et
leur donne l’autorisation pour avoir une sortie vers internet
 Le BG : C’est un routeur qui sert d’interface avec les autres réseaux.
IV.1.3.2. Le réseau de signalisation
ORANGE-CI dispose d’un réseau sémaphore (réseau de signalisation) composé de
Points de Transfert Sémaphores (PTS) compatibles SS7 et SIGTRAN. Ainsi, les

p. 37
différents équipements NGN du réseau et les plateformes de service communiquent
via les PTS par la signalisation SS7. Chacun est relié aux deux PTS. Cette architecture
sémaphore assouplie le réseau et facilite l’ajout de nouveaux équipements.
IV.2. RAISONS DE L’EVOLUTION
L’émergence de la LTE/EPC et la volonté d’OCIT de faire évoluer son réseau sont liées
à une conjonction de facteurs techniques et industriels qui sont décrits au sein de cette
section.
 Le débit et la capacité
Les utilisateurs sont, de nos jours, de plus en plus gourmands en termes de débit et de
QOS. De plus on assiste à de plus en plus d’utilisateurs des services data via les réseaux
des opérateurs de télécommunications. Les systèmes traditionnels arrivant bientôt à
leurs limites il faut donc songer à augmenter les capacités du cœur paquet existant tout
en offrant des services de meilleures qualités et des débits conséquents. Deux
démarches étaient envisageables. La première serait de faire une évolution logicielle
du SGSN et GGSN existant pour supporter les fonctions MME et S/P-GW, mais cette
solution a été abandonnée car les équipements existant étant presqu’à saturation la
nécessité d’en acheter de nouveau serait vite apparu. De plus, avoir un seul cœur
paquet n’est pas très sûr car au cas où ces équipement étaient hors service tout le trafic
data sera interrompu. La solution retenue a été donc de mettre en place un nouveau
cœur paquet.
 L’adaptation au spectre disponible
La technologie UMTS contraint les opérateurs à utiliser des canaux de 5 MHz. Cette
limitation est pénalisante à deux titres.
 Les allocations spectrales dont la largeur est inférieure à 5 MHz ne peuvent
pas être utilisées (sauf pour le TD-SCDMA), ce qui limite le spectre
disponible.
 En cas de disponibilité de plusieurs bandes spectrales de largeur de 5 MHz,
un opérateur est dans l’incapacité d’allouer simultanément plusieurs
porteuses à un même UE. Cette contrainte limite le débit maximal potentiel
du système ainsi que la flexibilité de l’allocation des ressources spectrales
aux utilisateurs. Il faut noter que cette contrainte a été partiellement levée en
HSPA+ Release 8 avec la possibilité de servir un UE sur deux porteuses de
5 MHz simultanément.

p. 38
Un consensus s’est ainsi imposé sur le besoin d’un système dit agile en fréquence,
capable de s’adapter à des allocations spectrales variées. Cette agilité est un objectif de
conception fort du LTE.
 La simplicité d’exploitation du réseau
L’exploitation d’un réseau mobile est très coûteuse pour les opérateurs. Elle implique
tout d’abord le déploiement de stations de base. Elle nécessite aussi une configuration
initiale des paramètres des équipements installés. Ces tâches de configuration sont
récurrentes et fastidieuses, et peuvent faire l’objet d’erreurs qui dégradent la qualité
de service offerte aux utilisateurs. À titre d’exemple, la non-déclaration d’une relation
de voisinage entre deux cellules entraîne la coupure de la communication lors du
déplacement des UE entre ces cellules. Les opérateurs optimisent également les
valeurs de différents paramètres afin d’optimiser la qualité de service offerte et de
maximiser la capacité du système. De nombreux travaux scientifiques ont démontré la
possibilité d’automatiser certaines de ces tâches, réduisant de manière significative les
coûts d’exploitation des réseaux. L’intégration de fonctionnalités simplifiant
l’exploitation des réseaux est par conséquent une demande forte des opérateurs que
seule une nouvelle génération de systèmes pouvait satisfaire.
 Le contexte industriel
Le marché des télécommunications est un marché à forte concurrence. Les opérateurs
sont donc soumis à de très fortes contraintes pour satisfaire les attentes des utilisateurs.
Il faut donc toujours être à l’avant-garde des avancées technologiques afin de fidéliser
ses clients et pourquoi ne pas en gagner davantage en proposant les services de
dernière génération.
IV.3. STRATEGIES DE MIGRATIONS DU CŒUR DE RESEAU
ACTUEL VERS L’EPC
Tout au long de la description du réseau LTE/EPC nous avons vu que ce réseau était
du type « All IP », c’est donc dire que c’est un réseau purement à commutation de
paquet(PS). Or la vocation première des opérateurs télécom est la transmission de la
voix à travers le réseau à commutation de circuit(CS). Deux approches générales ont
été adoptées pour remédier à la différence de mode de transmission des informations
: Les solutions « dual radio » et les solutions « single radio ».
Les solutions « dual radio » utilisent deux connections radios permanentes, une pour
le PS LTE et une pour le CS, qui peut aussi être utilisée comme une connexion secours

p. 39
pour le trafic data au cas où la LTE ne serait pas disponible. Les solutions « dual radio »
ont vu le jour pour l’interfonctionnement des réseaux LTE-CDMA2000.
Les solutions « single radio » utilisent une seule liaison radio pour gérer les deux types
de trafic et utilisent le réseau de signalisation pour déterminer quand passer du réseau
PS au réseau CS. C’est cette solution qui a été adoptée pour l’interfonctionnement des
réseaux LTE 3GPP. Deux approches ont été développées dans ce sens, il s’agit de la
technologie CSFB (Circuit-Switched Fallback) et la VoLTE (Voice over LTE) qui
introduit une technologie nommée SRVCC (Single Radio Voice Call Continuity). Les
stratégies de migration seront donc les stratégies utilisées pour faire passer la voix sur
le réseau EPC.
IV.3.1. La technologie CSFB : Circuit Switched FallBack
Le principe du CS FallBack est assez simple : Lorsqu’un terminal mobile reçoit un
appel téléphonique (Voix), il est informé via le message de Paging que le réseau auquel
il doit accéder est le réseau de Commutation de Circuit (CS). Par conséquent, si le
mobile était attaché sur le réseau 4G, il bascule vers le réseau 2G/3G, et le mobile
envoie une réponse d’acquittement vers le cœur de réseau en commutation de circuit
(CS-Core). A partir de ce moment, toute la signalisation pour la session d’appel
téléphonique est prise en charge par le réseau 2G/3G. La figure ci-dessous rappelle
l’architecture des deux réseaux : CS sur le réseau 2G/3G et PS sur le réseau EPC.
Figure 13-Coeur Réseau 2G/3G et 4G

p. 40
Pour que le Cœur du réseau EPC soit compatible avec la technologie CSFB, il est
nécessaire que ce dernier puisse communiquer avec le cœur de réseau en commutation
de circuit CS-Core du réseau 2G/3G. En effet, le MME doit pouvoir contacter le MSC
et la VLR afin de donner procuration au réseau 2G/3G de la gestion de la mobilité.
L’interface utilisée se nomme SGs, et fait référence, en reprenant son rôle, à l’interface
Gs existante entre le SGSN et le MSC dans le réseau 2G/3G. Lorsque l’appel est
accepté, la technologie CSFB utilise à nouveau l’interface SG pour informer le réseau
LTE de l’acceptation de l’appel. L’acquittement est donc transmis par le réseau CS vers
le réseau LTE en empruntant l’interface SGs. Cette solution à l’avantage d’être peu
impactante pour le réseau existant car elle ne nécessite que des mises à jour logicielle.
Cependant elle introduit des délais supplémentaires causés par le changement de
réseau. [4]
Selon le mode de basculement deux versions de cette technologie existent :
Le CSFB basé sur le PS Handover : qui est une procédure qui permet de réaliser un
IRAT handover c’est-à-dire un handover entre technologie d’accès LTE vers
UMTS/GSM-GPRS. La cellule cible est préparée à l'avance et le terminal peut entrer
dans la cellule directement dans le mode connecté. Cette méthode a pour avantage de
conserver le trafic paquet en cours sur avec le réseau EPC, en stockant les données
dans des buffers au niveau des eNB et SGW lors de la procédure de basculement.
Le CSFB basé sur la redirection : Dans cette méthode seule la fréquence cible est
indiquée au UE qui entre dans la cellule en mode idle. Et doit repasser en mode
connecté avant tout trafic. On peut soit :
 réaliser une redirection vers une cellule GSM, ce qui a pour effet de
suspendre la session de données en cours jusqu’à l’accès de l’UE à la cellule
GSM si l’UE et le système GSM/GPRS implémentent le Dual Transfer Mode
(qui permet d’établir un appel voix et une session de données
simultanément), jusqu’à la fin de l’appel voix sinon ;
 réaliser une redirection vers une cellule UMTS. La session de données en
cours sera suspendue jusqu’à l’accès de l’UE à la cellule, la combinaison
d’appels CS et PS simultanés étant prise en charge nativement en UMTS.
La procédure CSFB basée sur la redirection présente des variations avec différentes
vitesses d'établissement d'appel :
 Dans la release 8 portant sur les bases de la Redirection, le terminal suit les
procédures 3GPP Release 8 et lit tous les messages System d'Information

p. 41
Block (SIB)10 avant d'accéder à la cellule cible ;
 Dans la Release 8 portant sur la Redirection avec saut de SIB, le terminal suit les
procédures 3GPP release 8, mais ne lit que les SIB obligatoires 1, 3, 5 et 7, en
sautant tous les autres modules SIB avant l’accès ;
 Dans la release 9 évoluée portant sur le Redirection avec encapsulation des SIB,
le terminal suit les spécifications de la 3GPP release 9, où l'information SIB peut
être encapsulé du réseau d'accès radio (RAN) cible via le core netwoork vers le
RAN source et être inclus dans le message de redirection envoyé au terminal.
Cela peut éviter de lire des SIB sur la cellule cible.
Le tableau ci-dessous donne un aperçu du temps d’établissement d’un appel
sortant. Il donne pour différentes procédures, le temps nécessaire pour les
effectuées dans les différentes technologies lorsque le mobile passe de la LTE au
UTRAN ou GSM.
On peut par exemple dire que pour la 3G, la technologie handover-based CSFB a
le délai d’établissement d’appel sortant le plus faible (0,4 secondes, 9 %).
Il faut aussi noter que dans la 2G la technologie Release 9 Basic (+2.6 seconds,
+65%) est similaire au handover based CSFB.
10 Ce sont les premières informations transmises de l’UTRAN vers le UE. Ils sont nécessaires pour décoder et lire les
informations en provenance de l’UTRAN.

p. 42
Tableau 3-Temps d'établissement des appels sortants pour les différentes technologies CSFB
UTRAN GSM
L’analyse du tableau nous montre que dans l’UTRAN le délai d’établissement des
appels est plus faible pour la technologie Handover-based CSFB (4,4s) alors que dans
le GSM elle a le délai le plus élevé (6,6s). Inversement la technologie redirect-based
CSFB a de meilleur rendement en GSM que dans l’UTRAN. [17]
Technologie
Procédures
UTRAN Handover Redirection GERAN Redirection Handover
Rel-8 /
Rel 9
Rel 9 Rel-8 Rel 9 Rel 8/
Encapsulation
SI
Saut de
SIBs
Basique Encapsulation Si Basique Rel 9
Transition LTE
mode Idle-
mode connecté
0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Demande de
service CSFB
0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
Mesures IRAT 0,3 2,4
Handover 0,3 0,4
Procédures RRC 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3
Mésures dans
les cellules 3G
0,2 0,2 0,2
Lecture des SIB
et MIB
0,2 0,4 2,0 2,0
Allocation des
canaux
0,1 0,1 0,1 0,4 0,4 0,4
Etablissement
des connections
RRC en 3G
0,3 0,3 0,3 0,3
Procédures
NAS
3,5 3,5 4,5 4,5 4,5 3,5 3,5 3,5 3,5
TOTAL 4,0 4,4 4,5 4,9 6,5 3,9 4,5 6,5 6,6
Différence avec
la technologie
classique
9% 13% 22% 63% 14% 65% 68%

p. 43
IV.3.1. La VoLTE (Voice over LTE) et le SRVCC
La Voix sur LTE est mise en œuvre par l’association du réseau EPS pour le transport
des flux (voix et signalisation téléphonique) et du réseau IMS pour le traitement
de la signalisation téléphonique qui se base sur le protocole SIP (Session Information
Protocol). Elle permet donc de faire de la VoIP(figure 14). Cependant lors du passage
d’un terminal du réseau LTE à un réseau 2G/3G par exemple il faudra pouvoir
continuer la communication malgré le fait que le traitement de la voix sur ces réseaux
est du type circuit et non paquet.
Si le mobile perd la couverture radioélectrique 4G, la communication téléphonique
établie sur le réseau EPS dans le mode PS doit être transférée vers le réseau 2G
ou 3G en mode CS. La communication téléphonique doit être maintenue lorsque le
mobile est transféré vers le réseau 2G/3G. Le mécanisme SRVCC (Single Radio
Voice Call Continuity) est une fonction particulière qui assure le maintien de la
communication en cas de handover intersystème PS-CS. La procédure SVRCC de la
figue 15 est décrite ci-dessous.
L’UE remonte une mesure sur une cellule voisine UMTS ou GSM, qui déclenche la
décision de handover par l’eNodeB. L’eNodeB demande alors au MME d’effectuer le
handover des bearers EPS de l’UE (via le message S1–AP Handover Required). Le
MME détermine qu’au moins un des bearers EPS est un bearer de voix. Il le traite alors
séparément des autres bearers EPS actifs pour cet UE. Pour le bearer voix, il contacte
le MSC Serveur afin d’effectuer le transfert de l’appel voix vers le domaine CS. Pour
les autres bearers, il déclenche une
Figure 14-Architecture VoLTE

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