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Évaluation des performances du réseau 3G : application à la couche réseau

Évaluation des performances du réseau 3G : application à la couche réseau à l'aide de l'outil Opnet Modeler

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MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR 
DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ET DE LA 
TECHNOLOGIE 
UNIVERSITE TUNIS EL MANAR 
Évaluation des performances du 
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2 15/10/2014
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 Nom commerciale de l’office national de télécommunication 
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 Réseau 3G = Services mobiles plus avancés 
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Évaluation des performances du réseau 3G : application à la couche réseau

  • 1. MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ET DE LA TECHNOLOGIE UNIVERSITE TUNIS EL MANAR Évaluation des performances du réseau 3G : application à la couche réseau SOUTENANCE DE STAGE DE FIN D’ÉTUDES Présenté en vue de l’obtention de la Licence Appliquée en Réseaux InformatiqRuéeal iSsép péarc :ialité ARS Badis BEN ALAYA & Achraf TRABELSI Encadré par : Mr , Adel BEDOUI Année Universitaire 2012/2013
  • 4.  Nom commerciale de l’office national de télécommunication  L’opérateur historique de télécommunications en Tunisie  Créé le 17 avril 1995  Domaine d’activités: Téléphonie fixe Téléphonie mobile Services Data  Lancement du service 3G = le 1er Aout 2011 4 15/10/2014
  • 5.  Réseau 3G = Services mobiles plus avancés = Demandes croissantes des abonnées  Satisfaire leurs abonnées = Améliorer ses services 3G  Améliorer ses services 3G = Améliorer Débits QoS Couverture Routage Visiophonie Streaming Navigation et téléchargement plus rapides 5 15/10/2014
  • 7. 2G-GSM 1G-NMT 2.5G-GPRS 2.75G-EDGE 3G-UMTS 7 15/10/2014
  • 8.  3G = Troisième génération de normes de téléphonie mobile  Développé en 2004  Fournir : Des services multimédias avec une meilleur qualité Accès internet performant et confortable Une meilleure couverture  Représenté principalement par les normes UMTS et CDMA2000  Méthode d’accès = CDMA  Bande fréquence = 1900-2000 MHz  Débit réel = 384 Kbits/s  Normalisé par 3 organismes : UWCC , 3GPP , 3GPP2 8 15/10/2014
  • 9. Permet des débits de l’ordre de 384 kbits/s lors d’un déplacement de l’ordre de 120 km/h (véhicule, transports en commun, etc.). Permet des débits de l’ordre de 2 Mbits/s lors d’un déplacement de l’ordre de 10 km/h (marche à pied, déplacement en intérieur, etc.). Permet des débits de l’ordre de 144 kbits/s lors d’un déplacement de l’ordre de 500 km/h (Train à Grande Vitesse, etc.). 9 15/10/2014
  • 10. réseau d’accès radio UTRAN réseau coeur réseau UMTS responsable de la commutation et du routage des communications (voix et données) vers les réseaux externes supporte toutes les fonctionnalités radio 10 15/10/2014
  • 11. Fonction principale = transférer les données générées par l’usager Passerelle entre l’équipement usager et le réseau coeur Parmi ses fonctions : Le domaine de commutation de circuits (CS) = utilisé pour la téléphonie Il est en charge de : Composé de : Les éléments communs aux domaines CS et PS La gestion MSC de la mobilité La gestion GMSC de la communication La commutation VLR et le routage La taxation et la facturation La protection et la sécurité Composé de : Terminal Mobile (ME) Carte USIM Sécurité Mobilité Gestion des ressources radio Synchronisation Il est composé de : Node B RNC Composé de : HLR AuC EIR Le domaine de commutation de paquets (PS) = qui permet la commutation Il est décomposé de paquets en trois  parties Composé dont de deux : domaines :  SGSN  GGSN 11 15/10/2014
  • 12. Service Délai Exemples d'application Débit Tolérant à des erreurs Conversationnel (temps réel) << 1s Téléphonie Vidéophonie 28.8 kbps 32-384 kbps Oui Oui Interactif environ 1 s Commerce électronique Internet Non garanti N on garanti Non Non Streaming < 10 s Audio/vidéo haute qualité 32-128 kbps Oui Arrière-plan (Background) 10 s Fax E-mail Non garanti Non garanti Oui Non 12 15/10/2014
  • 14.  Offre les moyens d’accéder à un réseau  Acheminer les données à travers un réseau  Ses fonctionnalités :  Routage  Relayage  Contrôle des flux 14 15/10/2014
  • 15. 192.168.2.0 R2 192.168.3.0 R4 192.168.4.0 R2 192.168.2.0 R2 192.168.3.0 R4 192.168.4.0 R2 15 15/10/2014
  • 16. Une meilleure évolutivité et adaptabilité Vecteur distance Les Etat de lien protocoles de routage dynamique La distance la plus courte La meilleur voie Capacité de maintenir l'échec ou de changement de topologie Charge protocoles de routage dynamique administrative moins 16 15/10/2014
  • 17. RIP IGRP OSPF  Vecteur Distance  Algorithme = Bellman-Ford  Nb max sauts = 15  Distance métrique = Nb sauts  Compatible à tous dispositifs de routage Réservé à de grands réseaux  Le plus simple  Le plus utilisé  Vecteur Distance  Algorithme = Bellman-Ford  Nb max sauts = 100  Etat de lien  Algorithme = Dijkastra  Possède une LSD  Très compliqué  Très élaboré 17 15/10/2014
  • 18.  Etude de réseau 3G = Tâche compliquée :  Réseau vaste et compliqué  Mettre en place les équipements du réseau = beaucoup de temps  Matériels coûteux  Difficulté de reproduire les tests des scénarios en réel  Solution = utiliser un simulateur de réseaux 18 15/10/2014
  • 20.  Technique par laquelle un logiciel modélise le comportement d'un réseau =  Par le calcul à l’aide des formules mathématiques  Par des observations à partir d'un réseau réel  Un simulateur réseaux =  Outil de modélisation des réseaux  Outil d’évaluation des performances  Utilisé pour développer des nouvelles solutions 20 15/10/2014
  • 21. OPNET NS2 OMNET++ NetSim Open source Non Oui Oui Non GUI Oui Non Oui Oui  Points forts d’OPNET Modeler : Langage(s) C/C++ C++/Otcl C++ Java  Bibliothèque de modèle complet  Interface utilisateur conviviale  Présentation personnalisable des résultats de simulation  Dispose de plusieurs modules et outils Les protocoles réseau supportés ATM, TCP, une interface de données distribuées Fibre (FDDI), IP, Ethernet, Frame Relay, 802.11, et le soutien pour le sans fil. TCP /IP, routage multicast, protocole TCP sur les réseaux câblés et sans fil. Les réseaux sans fil Wifi, Ethernet, TCP / IP et ATM DES Oui Oui Oui Oui Plateforme Windows Windows/Linux Windows/Linux Windows Animations Oui Non Non Non  Notre choix = OPNET Modeler Bibliothèque de modèles Complet Contient un nombre suffisant de modèles Nombre important de librairies mais avec des problèmes de configurations dans leurs fichiers qui rend l’installation plus complexe. Aloha , Token Ring, Ethernet CSMA / CD,Fast et Gigabit Ethernet, Frame Relay, TCP , UDP, IPv4 et IPv6 Routage - RIP, OSPF, BGP, MPLS,WiMax,MANET, GSM 21 15/10/2014
  • 22. Network (réseau)  Un projet d’études supérieures au MIT par les frères Cohen  OPNET Technologies = une entreprise informatique américaine fondée en 1986 (devenue publique en 2000)  Utilisateurs = Les domaines de la  Les universités  Les laboratoires de R & D  Les fabricants  Les opérateurs modélisation Process (processus) Node (noeud) 22 15/10/2014
  • 23.  Éditeur de projet :  Le niveau le plus élevé de la hiérarchie d'OPNET  Permet de définir la topologie du réseau 1 2 3 5 14 19 23  Ce domaine est divisé en trois entités : Les icones les plus importantes de l’éditeur sont :  Les Sous-réseaux  Les noeuds de communication  Liens de communication 1 : Nouveau 2 : Ouvrir 3 : Sauvegarder 5 : Ouvrir la palette d’objets 14: Ouvrir le centre de trafic  Possède deux éditeurs :  Éditeur de projet  Éditeur de modèle de réseau 19: Configurer / Exécuter la Simulation à événements discrets 23: Afficher les résultats 23 15/10/2014
  • 24.  Éditeur de modèle de réseau : Permet de représenter la topologie d’un réseau = constitué de noeuds et de liens 24 15/10/2014
  • 25. Flux de paquets (packet Stream) Fils statistique (statistics wires) 25 15/10/2014
  • 27.  Les Les objets types des OPNET liens Modeler utilisée : nécessaires pour représenter le réseau 3G sont : Désignation OPNET Modeler Utilisé entre ATM_OC3 Node B RNC RNC SGSN PPP_DS3 SGSN GGSN GGSN réseau IP Réseau IP le routeur (qui regroupe les serveurs) 10BaseT Routeur serveur 27 15/10/2014
  • 28.  Cette configuration permet à l’utilisateur de configurer la façon dont l’application génère du trafic :  Le nombre des répétitions de l’application pendant la simulation du réseau  La taille de l’application (en octets)  La définition d’applications = à l’aide de l’objet « Définition des applications » Nom de l’application Configuration sous OPNET Modeler Messagerie électronique Email (Light) Transfert des fichiers File Transfer (Light) Navigation WEB WEB Browsing (Light HTTP1.1)  NB : On a choisie une distribution constante pour obtenir des statistiques faciles à lire dans l’analyse des performances 28 15/10/2014
  • 29.  Configuration La définition des des profiles serveurs = d’application à l’aide de l’objet : « définition des profiles » Nom de profile Application supportée  Un serveur peut soutenir une ou plusieurs applications Email Messagerie électronique FTP Transfert des fichiers WEB Browsing Navigation WEB 29 15/10/2014
  • 30.  Configuration du mécanisme de Handover :  Configuration d’équipements usagers :  Le mécanisme de Handover =  Un équipement usager dans le réseau 3G = émettre et recevoir des données  Pour assurer la mobilité des usagers  Permet le déplacement de l’abonné selon des différentes trajectoires 30 15/10/2014
  • 31.  Afin d’évaluer les performances au niveau de la couche réseau du réseau 3G, en recourant à l’utilisation de ces trois KPI fournis par OPNET Modeler :  Un KPI = une valeur basée sur un ou plusieurs compteurs permet de mesurer les performances de réseau IP Traffic dropped ( Le trafic IP chuté) IP Processing delay ( Le retard de traitement IP) IP Number of hops (Le nombre des sauts IP)  Les KPI = permettent de trouver les imperfections dans le réseau pour : Le trafic IP chuté de tous les noeuds du réseau mesuré en (paquets par seconde) Le retard subi par un paquet à travers la couche IP , ce délai  Identifier les causes de ces problèmes comprend : Le retard de la file d'attente  Faire les actions correctives nécessaires Le retard de traitement Le nombre moyen des sauts IP prise par paquets de données atteignant à un noeud de destination 31 15/10/2014
  • 32. Nom Description Duration Durée de la simulation Seed Moteur de génération de nombres aléatoires Values Per Statistic Nombre de valeurs à collecter pour chaque statistique Update interval Nombre des événements met à jour pour un intervalle de temps 32 15/10/2014
  • 33. Scénario Architecture Environnement de la simulation Scénario N° 1 : réseau UMTS chargé 24 équipements usagers 5 Node B 4 RNC 3 SGSN 1 GGSN 5 Routeurs 3 serveurs d’application Durée de simulation : 48 heures. Seed : 128 Valeurs par statistique : 100. Intervalle de mise à jour : 500000 événements Scénario N° 2 : réseau UMTS non chargé 8 équipements usagers même architecture que scénario N°1 Même environnement que scénario N°1 33 15/10/2014
  • 34.  Le trafic IP chuté La phase ptrearnmsiatnoeirnete Une grande perte dû à : RIP OSPF IGRP Une stabilisation dû à : Le protocole n’est pas encore adapté à la topologie du réseau =perte des paquets lors de la La carte de topologie est crée découverte Phase transitoire des chemins 02 afin :33 de :20 créer PM la carte 0.13 de topologie 0.17 0.25 Adaptation des protocoles avec la topologie du réseau Le protocole va tester tout les routes existantes même qui sont inutiles 07: 33:20 PM 0.07 0.08 0.11 34 15/10/2014 Phase permanente 0.053 0.055 0.061
  • 35.  Le retard du traitement RIP OSPF IGRP La phase tprearnmsiatnoiernet e Retard faible Stabilisation Phase transitoire = File d’attente libre = A 02 :29 :07 PM 6.9 7.64 7.42 Augmentation du retard = manque d’espace dans la file d’attente (congestion des paquets) Protocoles s’adaptent à la topologie A 03 :31 du :40 réseau PM = Traitement 8 des 8.2 paquets plus 7.83 rapide Congestion = protocoles pas encore adaptés à la topologie du réseau Phase permanente 7.1 7.8 7.4 35 15/10/2014
  • 36.  Nombre des sauts IP  OSPF = possède le plus long chemin = Type « Etat de lien »  RIP et IGRP = possèdent les plus courts chemins = Type « Vecteur distance » RIP OSPF IGRP Phase permanente 1.86 2 1.62  IGRP est mieux que RIP =  Plus avancé  Mises à jours de routage plus rapides 36 15/10/2014
  • 37.  On remarque que la phase transitoire du deuxième scénario dure moins que celle La durée de la phase transitoire Scénario N°1 07h :13m :20s Scénario N°2 03h :03m :20s  Phase transitoire « courte » = phase permanente plus longue = période de 15/10/2014  Différences trop négligeables entre les trois protocoles 37  Comparaison avec scénario N°1 : du premier scénario  Le trafic IP chuté stabilisation assez importante La phase permanente Scénario RIP OSPF IGRP Scénario Date RIP OSPF IGRP N° 1 02 : 33 : 20 PM 0.13 0.17 0.25 N°1 0.053 0.055 0.061 N°2 0.018 0.02 0.026  Les protocoles gardent les mêmes performances et le même comportement par rapport au premier N° scénario 2 02 : 33 : 20 PM 0.04 0.08 0.16 La différence du trafic IP perdu entre les deux scénarios est la même = une chute de 0.09 (paquets/seconde)
  • 38.  Phase transitoire = trop courte =  Le retard de traitement  La charge de trafic circulant est faible  Les files d’attentes ne sont pas chargées  Rythme de traitement des paquets = stable tout au long de la simulation = une longue phase permanente La phase permanente Scénario RIP OSPF IGRP N°1 7.1 7.8 7.4 N°2 6.89 6.71 6.83 Scénario Différence entre OSPF et RIP ( en microsecondes) N°1 7.8 – 7.1 = 0.7 N°2 6.89 – 6.71 = 0.18  Changement des performances par rapport au premier scénario = OSPF est devenu le meilleur  Dans un réseau non chargé = Il n’existe pas une supériorité majeure d’un  Nombre d’usagers a diminué = diminution du retard de traitement protocole par rapport aux autres 38 15/10/2014
  • 39.  Nombre des sauts IP  Les protocoles gardent presque les mêmes performances dans le deuxième scénario = protocoles de types « vecteur à distance » offrent les plus courtes chemins par rapport au protocole « OSPF » qui est de type « Etat de lien » 39 15/10/2014
  • 40.  On conclue que le protocole de routage RIP = les meilleures résultats dans la plus part Scénario des indicateurs testés Indicateur RIP OSPF IGRP  RIP =  Réservé généralement à des grands réseaux  Notre architecture est simple = aide à améliorer les performances de protocole «RIP » = « RIP » est un protocole « simple et ancien » Scénario 1 (réseau chargé) Le trafic IP chuté Le meilleur Le moyen Le pire Le retard de traitement Le meilleur Le pire Le moyen Nombre des sauts IP Le moyen Le pire Le meilleur  Les résultats de l’évaluation des performances sont trop proches pour les trois protocoles Scénario 2 (réseau non chargé) Le trafic IP chuté Le meilleur Le moyen Le pire Le retard de traitement Le pire Le meilleur Le moyen  Pas de domination Nombre d’un seul des sauts protocole IP par Le rapport moyen aux autres Le pire = chaque protocole Le meilleur est performant dans un domaine particulier  Dans un léger réseau (non chargé) on ne peut pas avoir des statistiques exemplaires 40 15/10/2014
  • 42.  Au terme de ce stage, on peut conclure que nous pouvons atteindre les objectifs fixés dés le début du projet à savoir :  Etudier le réseau 3G  Familiariser avec les simulateurs réseaux  Evaluer les performances de réseau 3G au niveau de la couche réseau 42 15/10/2014