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Aide à la Planification Cellulaire dans un Réseau LTE (4G)

Les réseaux de télécommunications ont pris de plus en plus d'importance dans notre vie quotidienne. Pour satisfaire au mieux les besoins et les intérêts des clients, les opérateurs doivent pouvoir offrir, au meilleur prix, des services d'excellente qualité. C'est dans ce cadre que s'inscrit le problème de planification cellulaire des réseaux qui consiste à optimiser les coûts engendréspar l'installation et l'utilisation du système. Une planification bien effectuée a pour effet de réduire le temps de mise en marche, le coût des dépenses d'investissement ainsi que le coût des dépenses opérationnelles. Le réseau mobile est aujourd'hui un domaine en pleine effervescence. Pendant la dernière décennie, les évolutions de télécommunications ont explosé une nouvelle gamme de service qui a écarté les services classiques afin de satisfaire l’augmentation du nombre des utilisateurs et les exigences de taux de données élevés. Cette motivation laisse les générations mobiles se succéder et se développer, de la technologie GSM vers un système de paquets tout IP optimisé dénommé Long Term Evolution (LTE). L’opérateur se trouve, devant ces technologies, obligé de répondre à la croissance continue du trafic, avec une faible latence, une meilleure fiabilité, et une meilleure efficacité spectrale par rapport aux précédentes générations. Ces exigences ont stimulé les évolutions des réseaux pour mettre aujourd’hui le premier pas vers la quatrième génération avec LTE. A ce stade, l’opérateur doit réduire le coût d’investissement et augmenter la qualité de service pour assurer la rentabilité. Pour le faire il doit passer par les phases primordiales : dimensionnement et planification de système radio mobile, qui consiste à déterminer l'ensemble des composantes matérielles et logicielles de ces systèmes, les positionner, les interconnecter et les utiliser de façon optimale, en respectant, entre autres, une série de contraintes de qualité de service. De façon générale, le problème de planification fait intervenir plusieurs sous-problèmes avec chacun un niveau de complexité différent. Dans ce travail, le sous-problème qui est traité concerne l'affectation des cellules aux commutateurs. Ce problème consiste à déterminer un modèle d'affectation qui permet de minimiser le coût d'investissement des équipements du réseau 4G, tout en maximisant l'utilisation faite des équipements du réseau 3G déjà en place. Ainsi, la solution proposée est un modèle qui décrit la marche à suivre lors de la planification initiale d’un réseau LTE qui se base sur la planification et le dimensionnement des zones de suivi ou Tracking Area. Dans ce projet, nous allons donc effectuer une planification et un dimensionnement des zones Tracking Area.

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Aide à la Planification Cellulaire dans un Réseau LTE (4G)
Aide à la Planification
Cellulaire dans un Réseau
LTE (4G)
Thème
UniversitédesScienceset de technologieHouari Boumediene
Mémoire du projet de fin d’études pour l’obtention
du diplôme de master en TélécomRéseau et Multimédia
Promoteur: S. TAKH & F. MERAZKA
Présenté par:
KHALFI Chahinez
Plan
• Introduction
• Présentation générale du réseau LTE
• Planification Cellulaire dans le Réseau LTE
• Problème d’Affectation des cellules aux commutateurs
• Dimensionnement et Planification des zones Tracking
Area
• Développement de l’Outil « CI Planning TooL »
• Résultats et Interprétations
• Simulation sur MapInfo
• Conclusion
Introduction
HSPA+
LTE
(2008 R8)
HSPA+
(2007 R7)
HSDPA
(2002 R5)
HSUPA
(2005 R6)
W-CDMA
3GPP
release
99/4
2000/2001
LTE et
LTEAdvanc
ed (Release
9/10)
Présentation générale du réseau
LTE
Présentation générale du réseau LTE
1. Les Exigences du LTE
 Améliorer le support du services de données via une capacité accrue;
 Augmenter le débit;
 Réduire la latence;
Capacité des utilisateurs simultané Latence
200 BP= 5 MHZ
400 BP> 5MHZ
latence du plan de contrôle < 100 ms
latence du plan utilisateur < 5 ms
Débit
100 Mbps/s DL
50 Mbps/s UL
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Aide à la Planification Cellulaire dans un Réseau LTE (4G)

  • 2. Aide à la Planification Cellulaire dans un Réseau LTE (4G) Thème UniversitédesScienceset de technologieHouari Boumediene Mémoire du projet de fin d’études pour l’obtention du diplôme de master en TélécomRéseau et Multimédia Promoteur: S. TAKH & F. MERAZKA Présenté par: KHALFI Chahinez
  • 3. Plan • Introduction • Présentation générale du réseau LTE • Planification Cellulaire dans le Réseau LTE • Problème d’Affectation des cellules aux commutateurs • Dimensionnement et Planification des zones Tracking Area • Développement de l’Outil « CI Planning TooL » • Résultats et Interprétations • Simulation sur MapInfo • Conclusion
  • 4. Introduction HSPA+ LTE (2008 R8) HSPA+ (2007 R7) HSDPA (2002 R5) HSUPA (2005 R6) W-CDMA 3GPP release 99/4 2000/2001 LTE et LTEAdvanc ed (Release 9/10)
  • 6. Présentation générale du réseau LTE 1. Les Exigences du LTE  Améliorer le support du services de données via une capacité accrue;  Augmenter le débit;  Réduire la latence; Capacité des utilisateurs simultané Latence 200 BP= 5 MHZ 400 BP> 5MHZ latence du plan de contrôle < 100 ms latence du plan utilisateur < 5 ms Débit 100 Mbps/s DL 50 Mbps/s UL Mobilité Vitesse max de 500 Km/s Vitesse min de 0à 15 Km/s
  • 7. Présentation générale du réseau LTE 2. Architecture d’un réseau LTE
  • 8. 3. Interface Air dans LTE Présentation générale du réseau LTE MIMO Techniques d’Accés Multiples Blocs de Ressources Méthodes d’Accés
  • 9. La Planification Cellulaire dans un Réseau LTE
  • 10. 1. Processus de Planification La Planification Cellulaire dans un Réseau LTE Planification de sous- système radio Planification de réseau d’accès Planification du réseau cœur
  • 11. 1. Processus de Planification  Planification de Sous-Système Radio Mobile La Planification Cellulaire dans un Réseau LTE
  • 12. 2. Les Problèmes de la Planification Cellulaire Qualité de service dans les réseaux LTE Ingénierie de Trafic Allocation des Ressources Architecture de réseau Analyse de la couverture et l’environnement radio Gestion de l’itinérance globale
  • 14. Problème d’Affectation des Cellules 1. Analyse de Problème  Relève Horizontale
  • 15. Problème d’Affectation des Cellules 1. Analyse de Problème  Relève Verticale
  • 16. Problème d’Affectation des Cellules 2. Contraintes  Chaque nœud eNodeB doit être affecté à un seul MME et un seul SGW ;  Chaque nœud SGSN doit être affecté à un seul MME et un seul SGW ;  Chaque nœud NodeB doit être affecté à un seul RNC, et chaque RNC à un seul SGSN ;  La quantité de trafic venant des eNode B et des SGSN ne doit pas dépasser la capacité des MME et celle des SGW .
  • 18. Le Processus de Planification et de Dimensionnement Tracking Area Planification et Dimensionnement des zones Tracking Area
  • 19. Planification et Dimensionnement des zones Tracking Area 1. Planification Tracking Area  La conception basique d’une TAL TAL avec un opérateur spécifié - 16 TAs / TAL Maximum; - Réduire le risque de Ping-Pong Update; - le nombre des eNodeB / TA: 𝑛 𝑒𝑁𝑏/𝑇𝐴 = 𝑛 𝑒𝑁𝑏/𝑇𝐴𝑙𝑖𝑠𝑡 𝑛 𝑇𝐴/𝑇𝐴𝑙𝑖𝑠𝑡 TAL sans un opérateur spécifié - TA Courante + TA précédente ; - Réduire le risque de Ping-Pong Update; - Augmente le nombre de zones TAs,
  • 20. Planification et Dimensionnement des zones Tracking Area 2. Dimensionnement Tracking Area Processus TAD Dimensionnement pour MME Dimensionnement pour eNodeB 𝑛 𝑒𝑁𝐵,𝑇𝐴𝑙𝑖𝑠𝑡,𝑀𝑀𝐸 = 𝐶 𝑀𝑀𝐸 𝑛 𝑆𝐴𝑈,𝑀𝑀𝐸 ∗ 𝐼 𝑝𝑎𝑔𝑒 𝑛 𝑒𝑁𝐵,𝑇𝐴𝑙𝑖𝑠𝑡,𝑒𝑁𝐵 = 𝐶𝑒𝑁𝐵 𝑛 𝑆𝐴𝑈,𝑒𝑁𝐵 ∗ 𝐼 𝑝𝑎𝑔𝑒 mi n( 𝑛 𝑒𝑁𝐵,𝑇𝐴𝑙𝑖𝑠𝑡,𝑒𝑁𝐵 , 𝑛 𝑒𝑁𝐵,𝑇𝐴𝑙𝑖𝑠𝑡,𝑀𝑀𝐸 )
  • 21. Planification et Dimensionnement des zones Tracking Area 2. Dimensionnement Tracking Area  La capacité de paging du MME  La capacité de paging de l’eNodeB 𝐶𝑒𝑁𝑜𝑑𝑒𝐵= min(𝐶 𝐶𝑃𝑈, 𝐶 𝐵𝑙𝑜𝑐𝑘𝑖𝑛𝑔, 𝐶 𝑃𝐷𝑆𝐶𝐻𝐿𝑜𝑎𝑑, 𝐶 𝑃𝐷𝐶𝐶𝐻𝐿𝑜𝑎𝑑)  𝐶 𝐶𝑃𝑈= 200 𝑝/𝑠  𝐶 𝑃𝐷𝑆𝐶𝐻𝑙𝑜𝑎𝑑= 100𝑛 𝑆𝐵,𝑓𝑟𝑎𝑚𝑒 𝐿 𝑃𝐷𝑆𝐶𝐻,𝑚𝑎𝑥 2.75+0.24(𝑛 𝑃𝐷𝐶𝐶𝐻𝑠𝑦𝑚−1)  𝐶 𝐵𝑙𝑜𝑐𝑘𝑖𝑛𝑔= 𝐶 𝐵𝑙𝑜𝑐𝑘𝑖𝑛𝑔,𝑃𝑂 ∗ 100𝑛 𝑃𝑂,𝑓𝑟𝑎𝑚𝑒  𝐶 𝑃𝐷𝐶𝐶𝐻𝑙𝑜𝑎𝑑 = −100𝑛 𝑃𝑂,𝑓𝑟𝑎𝑚𝑒 ∗ ln 1 − 𝑛 𝐶𝐶𝐸,𝑓𝑟𝑎𝑚𝑒 𝐿 𝑃𝐷𝐶𝐶𝐻,𝑚𝑎𝑥 8𝑛 𝑃𝑂,𝑓𝑟𝑎𝑚𝑒 𝐶 𝑀𝑀𝐸 = 𝐶𝑆𝐶𝑇𝑃/𝑆1 ∗ 𝑛 𝑆𝐶𝑇 𝑃 𝑆1
  • 22. Développement de l’Outil « CI Planning TooL »
  • 23. Développement de l’Outil « CI Planning TooL » « CI Planning TooL »
  • 24. Développement de l’Outil « CI Planning TooL » « Diagramme de cas d’utilisation »
  • 25. Développement de l’Outil « CI Planning TooL » « Diagramme de Séquence »
  • 26. Développement de l’Outil « CI Planning TooL » Technologie LTE
  • 27. Développement de l’Outil « CI Planning TooL » Technologie LTE
  • 28. Développement de l’Outil « CI Planning TooL » Technologie 2G /3G
  • 29. Développement de l’Outil « CI Planning TooL » Technologie 2G /3G
  • 31. Résultat et Interprétation Technologie LTE Initialisation des Paramètres :  Nombre de port SCTP/S1 de la MME : 5ports ;  Le paramètre nB : 1/2T;  L'Intensité de paging de l'eNodeB : 5000 page/seconde ;  L'Intensité de paging par un bloc de paging : 500 page/Po ;  Nombre des abonnées attache simultanément au MME : 350000 abonne ;  Nombre des abonnées attache simultanément a l'eNodeB : 5000 abonne ;  L'intensité de paging par abonne : 0.0001875 page /seconde ;  Nombre des zones TA qui peut supporter une liste TA (TAL) : 5 TA/TAL. • 213 eNodeB estimé de 𝑪 𝒆𝑵𝒐𝒅𝒆𝑩 • 114 eNodeB estimé de 𝑪 𝑴𝑴𝑬 • 23 eNodeB inclut dans une TA
  • 32. Résultat et Interprétation Technologie LTE Variation du nombre des eNodeBs par TAL 0 20 40 60 80 100 120 3000 4500 6000 7500 Nbre des e-nodeB/TAL Nbre des e-nodeB/TAL MME Paging Capacity Nbre des eNodeB / TAL 3000 46 4500 69 6000 91 7500 114 0 50 100 150 200 250 25 50 100 150 200 Nbre des e-nodeB/TAL Nbre des e-nodeB/TAL eNodeB Paging Capacity Nbre des eNodeB / TAL 25 27 50 53 100 107 150 160 200 213
  • 33. Résultat et Interprétation Technologie LTE Variation du nombre des eNodeBs par une zone TA Nbre des EnB/TAL Nbre des EnB/TA 150 30 200 40 300 60 400 80 600 120 0 20 40 60 80 100 120 140 150 200 300 400 600 Nbre des EnB/TA Nbre des EnB/TA
  • 34. Résultat et Interprétation Technologie 3G Variation du nombre des zones RA selon le « Max Busy Time » dans le service PS VSPANPS Nbre de RA/RNC 1056620 4 2086552 8 2275367 9 3272967 12 4002267 14 0 2 4 6 8 10 12 14 16 1056620 2086552 2275367 3272967 4002267 Nbre de RA/RNC Nbre de RA/RNC
  • 35. Résultat et Interprétation Technologie 3G Variation du nombre des zones RA selon le « Taux d’utilisation de Paging» paging Rate Nbre des RA/RNC 10% 30 20% 15 30% 10 40% 8 50% 6 70% 5 100% 3 0 5 10 15 20 25 30 35 10% 20% 30% 40% 50% 70% 100% Nbre des RA/RNC Nbre des RA/RNC
  • 36. Résultat et Interprétation Technologie 2G Variation du nombre des BSC selon le « Rapport du temps de Paging » paging success Time report Nbre de BSC /LA 10% 5 20% 3 30% 2 40% 2 50% 1 100% 1 0 1 2 3 4 5 6 10% 20% 30% 40% 50% 100% Nbre de BSC /LA Nbre de BSC /LA
  • 38. Simulation sur MapInfo Conception de la carte Map Les étapes à suivre :  Importer la base de données qui comporte tous les informations nécessaires (fichier Excel)  Le choix de type de projection WG584.  Enregistrer et créer les points et les bordures.
  • 39. Simulation sur MapInfo Technologie LTE Initialisation des paramètres:  Le choix de la Wilaya a étudiée (wilaya : Alger, code wilaya : 16, latitude : 36, longitude : 3) ;  Mise en place de 500 sites 4G. (ex : code site : 4A16x120 le site 120 dans la wilaya d'Alger) ;  Les coordonnées GPS des sites ;  Les MMEs mise en place au niveau d'Alger et leurs coordonnées GPS (3 MME);  Le TAC affecté pour chaque site ;  Les TAL configurées au niveaux des commutateurs MMEs (2 TAL pour chaque MME).
  • 43. Constats  La capacité de paging du MME et de l'eNodeB agit de façons analogue sur le nombre d'eNodeBs qui peut inclure une liste TA (TAL), plus la capacité augmente, plus grand sera le nombre d'eNodeB.  Plus on augmente le taux d'utilisation de paging, plus petit sera le nombre de zone RA qui peut supporter un seul RNC.  Plus on augmente le rapport de temps de paging pour que le mobile soit paginer avec succès, plus que le nombre des BSC qui peut inclure une zone LA diminue.  Les TA doivent être totalement inclus dans un MME et ne peuvent pas être splittes entre deux ou plusieurs MME.  Deux ou plus de BSC et RNC peuvent avoir un même LAC, mais ce dernier ne peut pas être répéter dans le même commutateur.
  • 44. Conclusion  L’évolution vers la quatrième génération demande une réduction de coût d’investissement et une augmentation de QoS pour assurer la rentabilité,  Planification cellulaire consiste à déterminer un modèle d’affectation des cellules aux commutateurs,  Conception d’une application « CI Planning TooL »,  Simulation sur le MapInfo,
  • 45. Perspectives Utilisation de l’outil « CI Planning TooL » Planification du 4G en se basant sur les résultats déjà obtenus lors de déploiement du réseau 3G, Etendre le réseau existant
  • 46. MERCI pour Votre Attention