cour-handover-partie_01.pdf

Lyamine Guezouli – Cours Mobilité dans les réseaux Handover 1
-Cours 3-
Handover
Université Batna 2
Mobilité dans les réseaux

• Review: Intensité du signal dans les cellules
• Handover - Définition
• Handover – Utilités
• Handover - Déroulement
• Handover - Théorie
• Handover - Décision
• Handover - Types
• Handover - Phases
• Handover - Evaluation de performance
• Etude de cas : Handover dans GSM
• Handover dans GSM - Exigences
• Handover dans GSM - Buts
• Handover dans GSM - Problèmes
Outline

Les contours peuvent ne pas être concentriques et peuvent être
déformés par les conditions atmosphériques et les contours
topographiques.
Review: Intensité du signal dans les cellules

• Handover (Europe) = handoff (Amérique du Nord)
– Le Handover est le processus qui se produit lorsqu'un mobile
est "handed over" d'un point d'accès à un autre, c'est-à-dire
changement du point d'accès sur lequel le mobile est relié.
– Handover ou Handoff  HO
• Pourquoi le transfert est-il nécessaire?
– Mobilité
– Préférences de l'utilisateur
• Gestion du HO
– (Détection du HO) Comment détectez-vous que vous devriez
appliquer un HO ?
– Qui initie le HO ?
Handover – Définition

• Permettre aux utilisateurs de se déplacer pendant un appel ;
• Poursuite de la communication en évitant la rupture du lien
mobile-réseau ;
• Equilibrage de trafic entre cellules ;
• Maintien d’une qualité acceptable pour l’usager en cas
d’arrivée d’interférance ;
• Optimiser l’utilisation des ressources radio ;
• Minimiser la consommation d’énergie des mobiles
Handover - Utilités

• Lorsque la station mobile s'éloigne de la station de base de la
cellule  l'intensité du signal diminue  la connexion radio
de la station mobile est réorientée vers une autre cellule
adjacente.
Handover - Déroulement

• Si vous commencez à chercher une nouvelle SB avant d'en
avoir besoin, vous aurez le temps de prendre une décision.
– X3 : Commencez à chercher une nouvelle SB
– X5 : Le moment de basculement
Handover – Déroulement (suite)

• Le nom du phénomène implique que la SM se déplace d'avant
en arrière entre la zone de chevauchement de deux cellules
adjacentes.
Effet “Ping-Pong”
• La solution consiste à permettre à la SM de continuer à
maintenir une liaison radio avec le SBi actuel, jusqu'à ce que
l'intensité du signal du BSj dépasse celle du BSi d'une valeur
seuil prédéfinie E (représenté par Xth).

• Pour éviter l'effet "ping-pong", la SM continue à maintenir
une liaison radio avec la BSi jusqu'au Xth.

• Trois mesures communes du canal :
– Word Error Indicator (WEI)
• Basé sur le fait que le récepteur est capable de décoder correctement
le signal reçu
– Received Signal Strength Indication (RSSI)
• Une mesure de l'intensité du signal reçu
– Quality Indicator (QI)
• En rapport avec le signal / interférences & bruit (S/I)
• Le HO peut dépendre de façon plus fiable de la WEI du canal actuel
plutôt que du RSSI.
– Si le WEI est bon, le transfert n'est pas effectué.
– Cependant, il est nécessaire d'accumuler les mesures de WEI sur une
certaine période de temps, tandis que le RSSI est connu
instantanément.
La réalité est plus complexe

• Pour prendre une décision précise et rapide du HO, il est
souhaitable d'utiliser à la fois l'WEI et le RSSI.
• Par exemple, la spécification GSM introduit 6 types de causes
de base de HO avec un ordre de priorité
– Uplink quality
– Downlink quality
– Uplink level
– Downlink level
– MS-BS distance
– Power budget: Pour améliorer la qualité de transmission au
niveau de puissance le plus bas
La réalité est plus complexe

Définir
• PMIN_USABLE comme niveau de signal minimum utilisable
• PHANDOFF comme seuil du niveau du signal reçu auquel un
handover sera initié
• Δ = PHANDOFF - PMIN_USABLE
Handover - Théorie

Handover – Théorie (suite)

Nous devons optimiser Δ:
• Δ Trop grand => trop de HO
• Δ Trop petit => trop d'appels perdus (coupures)
La valeur de Δ dépend de:
• Vitesses mobiles attendues
• Temps requis pour effectuer un transfert
• Environnement
Handover – Théorie (suite)

Il est utile de mentionner que la décision du Handover se fait
• Soit complètement au niveau de l’opérateur réseau
• soit au niveau du mobile
• ou bien encore cette décision peut être un partage entre les
deux côtés (utilisateur mobile et opérateur réseau).
Handover - Décision

• NCHO (transfert contrôlé par le réseau)
– Le réseau prend la décision
– Utilisé dans FDMA: CT-2 Plus, AMPS
• MCHO (transfert contrôlé par le mobile)
– Le mobile décide par lui-même
– Forward : le mobile initie HO et envoie la demande au nouveau
PA.
– Backward : le mobile initie HO et envoie la demande à l'ancien
PA.
– Utilisé dans TDMA: DECT, PACS
• MAHO (transfert assisté par le mobile)
– Le mobile fournit des données pour que le réseau puisse
prendre la décision
– Utilisé dans TDMA: GSM
Handover - Décision

• HO contrôlé par le réseau
– Le MSC (Mobile Switching Center) surveille l'intensité et la
qualité du signal de la station de base.
– Le réseau utilise plusieurs stations de base (actuelles et
environnantes) pour superviser la qualité de toutes les
connexions actuelles en effectuant des mesures de RSSI
– Le MSC décide du moment et de l'endroit où effectuer le HO.
• Inconvénient : La forte densité du trafic de signalisation sur le
réseau et les ressources radio limitées des stations de base
empêchent les mesures fréquentes des liaisons voisines.
– Temps de HO long : jusqu'à 10 secondes ou plus
NCHO

• HO contrôlé par le mobile
– Le mobile décide lui-même de la puissance et de la qualité du
signal à partir des stations de base actuelles et candidates.
• Quand il trouve un meilleur candidat, il initie un HO.
• Dans MCHO, la majeure partie du travail est effectuée par le
mobile (car il sait qu’il peut entendre, comment il peut les
entendre, et peut même tenir compte du niveau de sa
batterie, etc.)
• Moment du HO
– DECT : 100~500 ms.
– PACS : 20~50 ms.
MCHO

• HO assisté par le mobile
• Le mobile fournit les données que le réseau utilise pour
prendre la décision
• Essentiellement, il s'agit d'une variante du NCHO, mais il
utilise le mobile pour réduire le temps de transfert.
• Exemple : En GSM, la SM transmet les mesures deux fois par
seconde => temps de transfert GSM ~ 1 sec..
• Notez que dans NCHO et MAHO, si le réseau ne peut pas
indiquer au mobile les informations nécessaires (new channel
/ time slot / ... ) à utiliser avant que la qualité de la liaison ne
soit trop dégradée, alors l'appel peut être terminé.
MAHO

• Hard handover: Break-before-Make
• Soft handover: Make-before-Break. (Besoin d'utiliser deux
radios)
• Horizontal Handover: Même ‘Radio Access Technology’ (RAT)
• Vertical Handover: Diffèrent technologies
Handover - Types

Break-before-Make
• L'ancienne connexion est interrompue avant l'activation
d'une nouvelle connexion
• Principalement utilisé dans les systèmes FDMA(accès multiple
par répartition en fréquence) et TDMA (accès multiple par
répartition dans le temps) (par exemple GSM)
• Différentes plages de fréquences utilisées dans les cellules
adjacentes pour minimiser les interférences
Handover - Types

Break-before-Make - Mechanisme du ‘Hard Handover’
La station de base BS1 sur un site cellulaire transmet l'appel de
la station mobile (MS) à une autre cellule BS2.
Le lien vers la station de base antérieure, BS1, est terminé avant
que l'utilisateur soit transféré vers la station de base de la
nouvelle cellule, BS2. La MS n'est pas liée à plusieurs BS à la fois.
Handover - Types

Caractéristiques
• Un Hard Handover est relativement moins cher et plus facile à
mettre en œuvre par rapport aux autres types de Handover.
• Il est principalement utilisé en FDMA et TDMA, où différentes
gammes de fréquences sont utilisées dans les canaux adjacents
afin de minimiser les interférences de canal.
Handover - Types

Inter-cell and Intra-cell Handover
• Le Handover intercellulaire bascule un appel en cours d'une
cellule vers une autre cellule,
• Par contre, le Handover intracellulaire transfère un appel en
cours d'un canal physique d'une cellule vers un autre canal
physique de la même cellule.
Handover - Types

Make-before-Break
Une nouvelle connexion est activée avant que l'ancienne soit
brisée
• Utilisé dans l'UMTS pour améliorer la qualité du signal
• Meilleure fiabilité de la connexion
• Handover plus transparent.
L'appel sera établi uniquement lorsqu'une connexion fiable à la
cellule cible est obtenue. La MS est liée à deux BS pendant un
court intervalle de temps. Ainsi, un soft Handover implique une
connexion à plus d'une cellule.
Handover - Types

Make-before-Break – Soft Handover - Caractéristiques
• Il offre une continuité d'accès plus fiable dans la connexion
réseau et réduit les risques de fin d'appel lors de la commutation
des stations de base par rapport à un hard Handover.
• Il est couramment utilisé dans les systèmes CDMA (Code-
division multiple access) qui permettent le chevauchement des
zones de couverture du répéteur, de sorte que chaque poste de
téléphone cellulaire se trouve toujours à portée d'au moins une
des stations de base.
• La mise en œuvre technique d'un soft Handoff est plus
coûteuse et plus complexe que celle d'un hard Handoff.
• Il est utilisé dans les services de communication sensibles tels
que la vidéoconférence.
Handover - Types

Horizontal Handover
• Le Handover horizontal est établit lorsqu'un terminal mobile
change de point de connexion dans le même type de réseau
– Par exemple d'une cellule à l'autre en GSM
– Par exemple d'un point d'accès à un autre en WiFi
• Raisons du Handover:
– qualité du signal médiocre ou perte de signal
– Équilibrage de la charge du trafic
– Coût
Handover - Types

Vertical Handover
• Le Handover vertical désigne un
nœud de réseau modifiant le
type de connectivité qu'il utilise
pour accéder à une
infrastructure à portée,
généralement pour prendre en
charge la mobilité de nœud.
• Les Handovers verticaux se
réfèrent au basculement
automatique d'une technologie à
une autre afin de maintenir la
communication.
Handover - Types

Quel que soit les raisons qui poussent un nœud mobile à quitter
son réseau courant pour aller sur un nouveau réseau
(Handover), ce processus doit être :
• Imperceptible pour l’utilisateur.
• Le temps de latence du Handover (temps entre déconnexion
et reconnexion) ne devrait pas dépasser un certain seuil
limite,
Sinon, on aboutit à une détérioration de la qualité du
service surtout pour les applications temps réel.
Pour atteindre cet objectif, le processus de Handover se fait à
travers 3 phases
Handover - Phases

Handover
-
Phases
1
2
3

Un processus de Handover doit commencer quand un nœud mobile a
le besoin de quitter son point d’attachement au réseau courant pour
aller se connecter sur un autre réseau où la qualité de service sera
meilleure.
Durant cette phase, le nœud mobile scanne, d’une façon continue, les
réseaux dans son entourage en collectant les informations nécessaires
de chacun.
Ces informations sont indispensables pour la phase de sélection du
réseau. Parmi ces informations, nous trouvons :
• celles qui sont reliées au réseau comme le rayon de couverture du
réseau, le taux de perte des paquets, la bande passante, Bit Error
Ratio (BER), Signal to Interference Ratio (SINR), etc.
• D’autres informations sont reliées plutôt au mobile, comme la
puissance du signal, la durée de vie de la batterie, la vitesse du
mobile
Handover – Phases I
Initiation du Handover et collecte d’informations

• Durant cette phase, les informations qui ont été collectées de
la phase précédente vont être compilées pour arriver à
prendre une décision et choisir un réseau parmi plusieurs
disponibles. Le mécanisme de sélection d’un nouveau réseau
est laissé au libre choix de l’utilisateur.
• Dans la littérature, plusieurs sortes de solutions ont été
proposées: certaines proposent une approche basée sur les
algorithmes et d’autres s’appuient sur les principes de la
logique floue.
Handover – Phases II
Sélection du réseau destination

• Durant cette phase, l’exécution de la coupure des liens avec
l’ancien réseau et la connexion avec le nouveau réseau est
réalisée.
• Cette exécution peut se faire selon l’un des cas cités
auparavant
Handover – Phases III
Exécution du Handover

• Délai du Handover : ce paramètre représente le temps écoulé
entre la phase d’initiation de Handover et la fin de la phase
d’exécution du Handover. De plus, cette métrique influence
directement la complexité d’un algorithme du Handover. En
effet, un algorithme de décision simple peut produire une
valeur minimale de ce paramètre.
Généralement, les applications en temps réel nécessitent une
valeur très sensible de cette métrique afin de satisfaire les
exigences des utilisateurs ;
Handover - Evaluation de performance

• Nombre de Handovers échoués : l’échec du Handover se
produit lorsque le terminal mobile bascule vers un nouveau
réseau cible qui ne garantit pas les ressources suffisantes
pour le terminal. Cet échec est également possible quand le
terminal se déplace en dehors de la couverture du réseau
cible avant l’achèvement du processus du Handover vertical.
Ce paramètre influence directement la QoS de la session en
cours ;

• Nombre des Handovers : un algorithme du Handover efficace
doit éviter des Handovers non nécessaires pour maximiser les
ressources du réseau et minimiser la consommation d’énergie
au niveau du terminal mobile ;
• Qualité de service : il est important que l’algorithme du
handover optimise la performance des paramètres de QoS
tels que le débit, la gigue, le taux de perte, etc.

Etude de cas : Handover dans GSM
• BTS: base transceiver station
• BSC: base station controller
• MSC: mobile switching center

• Un HO est décidé par le réseau et non pas par la SM.
– Critères du BSS
• Niveau du signal reçu
• Qualité du canal
• Distance entre MS et BTS
– Critères de fonctionnement du réseau
• Charge actuelle de la cellule
• Travaux d'entretien en cours
• Contrôle de liaison pour la préparation du HO
– La station mobile vérifie périodiquement l'intensité du signal de sa
station de base actuelle et des stations de base voisines sur la liaison
descendante.
– La qualité du signal de liaison montante (Uplink) est surveillée par le
réseau.
– SM envoie le rapport de mesure à sa station de base actuelle et ce
rapport doit être évalué par le réseau pour les décisions de HO.
Handover dans GSM

• Les HOs comprennent plusieurs procédures : mesures,
décision et sélection de la destination.
Handover dans GSM (suite)

• Utiliser les résultats des mesures de la SM et de la SB.
– Pour identifier d'autres SBs possibles comme cibles pour les
HOs
– Pour déterminer le moment optimal d'exécution du HO
• Objectif : maintenir (nombre d’HO par changement de
cellule) à un faible niveau.
– Idéalement, (#HO par changement de cellule)=1
– En réalité, les conditions radio ne sont pas très souvent stables
lorsqu’une SM quitte la station de base => (#HO par
changement de cellule)=1,5~5
Handover dans GSM (suite)

• Les exigences d'un plan de HO sont les suivantes :
– Latence : le temps nécessaire pour effectuer le HO doit être
adapté au taux de mobilité du terminal mobile, ainsi qu'à la
nature des données transférées.
– Scalabilité : la procédure de HO doit supporter les HOs à
l'intérieur d'une même cellule, entre différentes stations de
base d'un même réseau ou de réseaux différents.
– Faible perte et récupération rapide
– La qualité du service devrait être maintenue ou renégociée une
fois le HO est effectué.
– Signalisation supplémentaire minimale
Handover dans GSM - Exigences

• Impact minimal sur le trafic
– Faire un HO au "bon" moment
• Tolérance / adaptation à la congestion et à la capacité
– Les nouvelles et les anciennes cellules peuvent avoir des niveaux
différents d'utilisation, de la bande passante disponible, ....
• Efficacité
– Le HO devrait permettre d’améliorer l'efficacité (en termes de trafic,
de consommation d'énergie, de réduction des interférences,...)
– Le processus de HO devrait essayer de minimiser les ressources qu'il
consomme.
• Améliorer la disponibilité
– Le HO devrait aboutir à l'utilisation d'une SB qui offre une meilleure
bande passante, un coût plus faible, un délai plus court, une variance
de délai plus faible, ....
Handover dans GSM - Buts

• Le mobile doit pouvoir utiliser l'ensemble maximal de SBs
pour obtenir une meilleure optimisation du système.
– HO rapide
– Sélection optimale des BTS
– Réduction de la surcharge de signalisation
– Amélioration de la qualité de la parole
– Évitement de l'effet des cellules éloignées
– Prise en compte des capacités des cellules adjacentes
– Évitement de l'effet ping-pong
– Réduction des échecs de HO
Handover dans GSM – Buts (suite)

Handover dans GSM - Problèmes

• Que se passe-t-il si les ressources sont insuffisantes dans la
nouvelle SB ?
– Les appels existants ne peuvent pas être transférés => terminaisons
forcées.
– Les nouveaux appels sont bloqués
• Objectifs de l'affectation des canaux
– Pour obtenir une utilisation élevée du spectre
– Maintenir une qualité de service donnée
– Pour utiliser un algorithme simple
– Pour exiger un minimum de recherches dans la base de données
• Malheureusement, il est difficile de faire tout cela en même temps!
Handover dans GSM – Problèmes
Échec du HO

Plusieurs schémas sont mis en place pour réduire le nombre de
terminaisons forcées, au prix d'un blocage accru ou d'une diminution
de l'efficacité, notamment :
• Nonprioritized scheme (NPS)
– Un transfert d'appel est traité de la même façon qu'un nouvel appel.
• Reserved channel scheme (RCS)
– Pour réserver des ressources aux HOs
• Queuing priority scheme (QPS)
– Pour exploiter la zone de HO (c.-à-d. le chevauchement des cellules)
afin de mettre en file d'attente les mobiles qui attendent le HO.
• Subrating scheme (SRS)
– Pour dégrader un appel existant dans la nouvelle cellule et partager
les ressources avec l’appel qui à demandé le HO.
Échec du HO - Channel Assignment

Lors du HO, il est parfois nécessaire de transférer la liaison radio
entre les composants du système.
Dans le réseau GSM, plusieurs types de HO peuvent être
énumérés :
• Intra-cellulaire HO
• Intercellulaire ou inter-BS HO
• Inter-BSC HO
• Inter-MSC HO
• Intersystème HO entre deux réseaux PCS
Transfert de liaison radio

Transfert de liaison radio

cour-handover-partie_01.pdf

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

Similaire à cour-handover-partie_01.pdf

Similaire à cour-handover-partie_01.pdf (20)

Dernier

Dernier (15)

cour-handover-partie_01.pdf