REPUBLIQUE DE COTE D’IVOIRE
Union-Discipline-Travail
Ministère de l’Enseignement Supérieur
et de la Recherche Scientifique...
REPUBLIQUE DE COTE D’IVOIRE
Union-Discipline-Travail
Ministère de l’Enseignement Supérieur
et de la Recherche Scientifique...
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
perso...
Sommaire
iii
Sommaire
INTRODUCTION...........................................................................................
Liste des abréviations
iv
Liste des abréviations
#
2G
3G
3GPP
4G
A
Deuxième génération
Troisième génération
3rd Generation...
Liste des abréviations
v
DFR
DDOS
E
Département de Formation et de Recherche
Distibuted Deny Of Service
EDGE
EIR
EPS
EPC
F...
Liste des abréviations
vi
K
KPI
L
Key Performance Indicator
LAN
LAPD
LAPV5
LSSU
M
Local Area Network
Link Access Procedure...
Liste des abréviations
vii
O
OCI
OCIT
OMC
OMC-R
OMC-S
OSS
P
Orange Côte d’Ivoire
Orange Côte d’Ivoire Telecom
Operation an...
Liste des abréviations
vii
i
SA
SCCP
SCP
SCTP
SDH
SDL
SDM
SDP
SFU
SG
SGsAp
SGSN
SIB
SIGTRAN
SIM
SIM
SIP
SIP-T
SL
SMC
SMS
S...
Liste des abréviations
ix
TMSI
U
Terminal Equipement
Temporary Mobile Subscriber Identity
UDP
UE
UICC
UIT
UMG
UMTS
USIM
UT...
Liste des figures
x
Liste des figures
Figure 1-Organigramme d'Orange Côte d'Ivoire Télécom ..................................
Liste des tableaux
xi
Liste des tableaux
Tableau 1- Quelques spécifications techniques du GGSN ..............................
Avant-propos
xii
Avant –propos
Actes de création de l’INP-HB
L'Institut National Polytechnique Félix HOUPHOUËT -BOIGNY, en...
Avant-propos
xii
i
Elle est organisée aujourd’hui en plusieurs filières dont le Cycle Ingénieur de
Conception en Télécommu...
Résumé
xi
v
Résumé
Orange Côte d’Ivoire Telecom s’est résolument engagé à adopter un réseau du type
NGN (Next Generation N...
p. 1
Introduction
INTRODUCTION
En l’espace d’une vingtaine d’années, l’usage des services de communications mobiles
a conn...
p. 2
Chapitre I : Cadre et contexte du stage
Dans ce chapitre, nous décrirons l’environnement de travail dans lequel
nous ...
p. 3
Chapitre I : Cadre et contexte du stage
I.1. PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL : ORANGE
COTE D’IVOIRE
Cette part...
p. 4
Chapitre I : Cadre et contexte du stage
I.1.3. Missions
L’approche client et le comportement de l’entreprise reflèten...
p. 5
Chapitre I : Cadre et contexte du stage
 DC : Direction Commerciale ;
 DAQ : Direction de l’Audit et de la Qualité ...
p. 6
Chapitre I : Cadre et contexte du stage
réseau actuel et surtout que le déploiement se fasse avec un budget maitrisé ...
p. 7
Chapitre I : Cadre et contexte du stage
 Puis une fois en possession de notre thème nous avons procédé à une collect...
p. 8
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
Dans ce chapitre introducteur de l’étude technique à pro...
p. 9
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
II.1. LA PREMIERE GENERATION DES RESEAUX MOBILES (1G)
La...
p. 10
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
d'identifier l'usager de façon unique et d'un terminal ...
p. 11
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
 Un ensemble des stations de base d'un réseau cellulai...
p. 12
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
 Opération and Maintenance Center OMC
L’OMC permet de ...
p. 13
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
II.3.1.1. Technologie HSCSD
Le High Speed Circuit Switc...
p. 14
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
II.3.1.3. Technologie 2.75G : EDGE
Le standard EDGE (En...
p. 15
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
d’accès multiple le W-CDMA est utilisé ce qui permet d’...
p. 16
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
II.4.2.1. Le ME
Le ME est chargé de la transmission et ...
p. 17
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
(Interface Air) en flux de données acheminés au RNC sur...
p. 18
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
II.4.5. Évolutions de l’UMTS
L’architecture UMTS étudié...
p. 19
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
II.4.5.2. Release 5 et 6
Rapidement, la volonté apparut...
p. 20
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
appels voix sur IP [12]. On a aussi l’apparition de l’e...
p. 21
Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles
simultanément en voie descendante, à l’aide de la fonct...
p. 22
Chapitre III: le réseau LTE/EPC
Le chapitre précédent nous a permis de comprendre les évolutions qui nous
ont mené à...
p. 23
Chapitre III: le réseau LTE/EPC
III.1. ARCHITECTURE GENERALE DU RESEAU LTE/EPC
La LTE (Long Term Evolution of 3G) es...
p. 24
Chapitre III: le réseau LTE/EPC
L’interface radio E-UTRAN(Evolved UTRAN) doit pouvoir supporter un débit
maximum de ...
p. 25
Chapitre III: le réseau LTE/EPC
E-UTRAN doit pouvoir opérer dans des allocations de bande de fréquence de
différente...
p. 26
Chapitre III: le réseau LTE/EPC
(home routed) ou directement routé au réseau destinataire sans le faire acheminer à
...
p. 27
Chapitre III: le réseau LTE/EPC
et reçus permettant l’échange de tickets de taxation inter-opérateurs pour les
rever...
p. 28
Chapitre III: le réseau LTE/EPC
III.2. FONCTIONNEMENT DU RESEAU LTE/EPC
III.2.1. Les Identifiants
Pour avoir accès a...
p. 29
Chapitre III: le réseau LTE/EPC
III.2.2.1. Le plan de contrôle (Control plane)
Le plan de contrôle s’occupe de tous ...
p. 30
Chapitre III: le réseau LTE/EPC
procédure du « Load Indicator » dont le but est de permettre à un eNodeB de
signaler...
p. 31
Chapitre III: le réseau LTE/EPC
III.2.3. Le réseau de signalisation dans l’EPS
Avec l'évolution des réseaux mobiles ...
p. 32
Chapitre III: le réseau LTE/EPC
 Data bearer entre le S-GW le P-GW (S5/S8 bearer).
Les différents bearers selon les...
p. 33
Chapitre IV : Stratégies d’évolution
Dans ce chapitre, nous verrons comment le réseau existant peut
évoluer. Et pour...
p. 34
Chapitre IV : Stratégies d’évolution
IV.1. ETUDE DE L’ARCHITECTURE EXISTANTE
IV.1.1. Architecture
L’architecture du ...
p. 35
Chapitre IV : Stratégies d’évolution
 RADIUS / DIAMETER : pour l’authentification, la gestion des autorisations.
 ...
p. 36
Chapitre IV : Stratégies d’évolution
Tableau 2- Quelques spécifications techniques du SGSN [17]
Interfaces Caractéri...
p. 37
Chapitre IV : Stratégies d’évolution
différents équipements NGN du réseau et les plateformes de service communiquent...
p. 38
Chapitre IV : Stratégies d’évolution
Un consensus s’est ainsi imposé sur le besoin d’un système dit agile en fréquen...
p. 39
Chapitre IV : Stratégies d’évolution
pour le trafic data au cas où la LTE ne serait pas disponible. Les solutions « ...
p. 40
Chapitre IV : Stratégies d’évolution
Pour que le Cœur du réseau EPC soit compatible avec la technologie CSFB, il est...
p. 41
Chapitre IV : Stratégies d’évolution
Block (SIB)10 avant d'accéder à la cellule cible ;
 Dans la Release 8 portant ...
p. 42
Chapitre IV : Stratégies d’évolution
Tableau 3-Temps d'établissement des appels sortants pour les différentes techno...
p. 43
Chapitre IV : Stratégies d’évolution
IV.3.1. La VoLTE (Voice over LTE) et le SRVCC
La Voix sur LTE est mise en œuvre...
p. 44
Chapitre IV : Stratégies d’évolution
préparation de handover dans le domaine PS. Le message envoyé au MSC Serveur pa...
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
ETUDE DE L'EVOLUTION DU COEUR PAQUET 3G VERS L'EPC
Prochain SlideShare
Chargement dans…5
×

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

2 849 vues

Publié le

Mémoire de fin de cycle sur l'evolution d'un réseau 3G vers un réseau 4G

Publié dans : Technologie
0 commentaire
3 j’aime
Statistiques
Remarques
  • Soyez le premier à commenter

Aucun téléchargement
Vues
Nombre de vues
2 849
Sur SlideShare
0
Issues des intégrations
0
Intégrations
41
Actions
Partages
0
Téléchargements
197
Commentaires
0
J’aime
3
Intégrations 0
Aucune incorporation

Aucune remarque pour cette diapositive

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

  1. 1. 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
  2. 2. 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
  3. 3. 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.
  4. 4. 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 ;
  5. 5. 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
  6. 6. Liste des abréviations iv Liste des abréviations # 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
  7. 7. Liste des abréviations 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
  8. 8. Liste des abréviations 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
  9. 9. Liste des abréviations 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
  10. 10. Liste des abréviations 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
  11. 11. Liste des abréviations 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
  12. 12. 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
  13. 13. 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
  14. 14. 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.
  15. 15. 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.
  16. 16. 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.
  17. 17. 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.
  18. 18. 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
  19. 19. p. 3 Chapitre I : Cadre et contexte du stage 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.
  20. 20. p. 4 Chapitre I : Cadre et contexte du stage 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
  21. 21. p. 5 Chapitre I : Cadre et contexte du stage  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.
  22. 22. p. 6 Chapitre I : Cadre et contexte du stage 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 ;
  23. 23. p. 7 Chapitre I : Cadre et contexte du stage  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.
  24. 24. 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
  25. 25. p. 9 Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles 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.
  26. 26. p. 10 Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles 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
  27. 27. p. 11 Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles  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.
  28. 28. p. 12 Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles  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.
  29. 29. p. 13 Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles 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 :
  30. 30. p. 14 Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles 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
  31. 31. p. 15 Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles 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
  32. 32. p. 16 Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles 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
  33. 33. p. 17 Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles (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.
  34. 34. p. 18 Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles 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
  35. 35. p. 19 Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles 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
  36. 36. p. 20 Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles 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
  37. 37. p. 21 Chapitre II : Généralité sur l’évolution des réseaux mobiles 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.
  38. 38. 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
  39. 39. p. 23 Chapitre III: le réseau LTE/EPC 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
  40. 40. p. 24 Chapitre III: le réseau LTE/EPC 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 :
  41. 41. p. 25 Chapitre III: le réseau LTE/EPC 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
  42. 42. p. 26 Chapitre III: le réseau LTE/EPC (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
  43. 43. p. 27 Chapitre III: le réseau LTE/EPC 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]
  44. 44. p. 28 Chapitre III: le réseau LTE/EPC 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
  45. 45. p. 29 Chapitre III: le réseau LTE/EPC 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
  46. 46. p. 30 Chapitre III: le réseau LTE/EPC 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
  47. 47. p. 31 Chapitre III: le réseau LTE/EPC 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).
  48. 48. p. 32 Chapitre III: le réseau LTE/EPC  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
  49. 49. 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
  50. 50. p. 34 Chapitre IV : Stratégies d’évolution 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
  51. 51. p. 35 Chapitre IV : Stratégies d’évolution  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 :
  52. 52. p. 36 Chapitre IV : Stratégies d’évolution 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
  53. 53. p. 37 Chapitre IV : Stratégies d’évolution 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.
  54. 54. p. 38 Chapitre IV : Stratégies d’évolution 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
  55. 55. p. 39 Chapitre IV : Stratégies d’évolution 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
  56. 56. p. 40 Chapitre IV : Stratégies d’évolution 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
  57. 57. p. 41 Chapitre IV : Stratégies d’évolution 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.
  58. 58. p. 42 Chapitre IV : Stratégies d’évolution 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%
  59. 59. p. 43 Chapitre IV : Stratégies d’évolution 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
  60. 60. p. 44 Chapitre IV : Stratégies d’évolution préparation de handover dans le domaine PS. Le message envoyé au MSC Serveur par le MME indique notamment le MSISDN de l’abonné (numéro de téléphone), son IMSI, la cellule GSM cible ou l’identifiant du RNC pour un transfert vers l’UMTS, un conteneur transparent destiné au BSS ou au RNC et le contexte NAS de l’UE qui inclut entre autres la ou les clé(s) de sécurité (par exemple CK et IK pour un transfert vers l’UMTS). Le MSC Serveur déclenche alors un handover inter-MSC vers le MSC cible, déterminé à partir de la zone de localisation LA de la cellule cible. Une fois ce handover vers le BSS ou RNC cible effectué, le MSC Serveur contacte l’IMS pour demander le transfert de l’appel (message SIPINVITE avec le MSISDN de l’abonné). Enfin, le MME informe l’eNodeB qu’il est autorisé à poursuivre le handover. Ce dernier peut alors déclencher la bascule vers la cellule cible ou attendre la réponse du SGSN pour le handover des autres bearers, s’il ne l 

×