REPUBLIQUE DU SENEGAL
Un Peuple-Un But-Une Foi
MINISTERE DE L`ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA
RECHERCHE SCIENTIFIQUE
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Dédicaces
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À mon cher Père El hadj Kachallah Moussa un vrai battant pour la
réussite de ses enfants ;
À ma chère ...
Remerciements
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Louange à Allah le Tout Puissant qui nous aient permis d’arriver à ce
stade, Paix et Salut à s...
Résumé
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L’évolution rapide des réseaux radios mobiles, a entrainé un grand changement de la
société humaine, notamme...
Abstract
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The Rapid evolution of mobile radio networks, has led to a big change in human society,
including the ne...
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Table des matières
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Liste des figures
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Introduction générale
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Chapitre I Présentation générale
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Chapitre I Présentation générale
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Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS
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Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas
Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de télé...
Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas
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Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas
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Gestion de la mobilité et de la Qos chez un opérateur de téléphonie mobile:UMTS

  1. 1. REPUBLIQUE DU SENEGAL Un Peuple-Un But-Une Foi MINISTERE DE L`ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ************************************** MEMOIRE DE FIN DE CYCLE Pour l’obtention de diplôme de licence professionnelle Filière : Réseaux&Télécommunications Présenté et soutenu par : Sous l’encadrement de: Moussa Kore Mahamat Kachallah M. Mahamadou Lamine Goudiaby Promotion 2014 www.estm.sn
  2. 2. Dédicaces Dédicaces À mon cher Père El hadj Kachallah Moussa un vrai battant pour la réussite de ses enfants ; À ma chère Mère Hadja Haoua Hassan Ahmat qui ne cesse de prier pour ses enfants ; Mention spéciale à mon frère et ami MastaTG Adam Kachallah qui a tout sacrifié pour moi, toujours présent; À mon grand-père El hadj Hassan Ahmat qu’Allah l’accompagne dans son paradis ; À toute ma famille et particulièrement la famille Kachallah ; À tous mes Ami(e)s et frères du Sénégal ; À tous ceux qui comptent pour moi ; À tous mes promotionnaires de la maternelle jusqu’ aujourd’hui ; Je leur dédie ce travail en guise de reconnaissance, Alhamdoulillah.
  3. 3. Remerciements Remerciements Louange à Allah le Tout Puissant qui nous aient permis d’arriver à ce stade, Paix et Salut à son prophète Mohammad; Mes remerciements à mes Encadreur M. Mahamadou Lamine Goudiaby et Idy Diop pour m’avoir recentré par apport au choix de mon sujet, les perspectives et les avantages d’une idée moins généraliste, son encadrement, ses conseils, orientations avisées et surtout pour son rigueur. Toute ma reconnaissance envers le/la président(e) et membres du jury ; d’avoir accepté de juger ce travail et d’en être les examinateurs. Nous lançons infiniment un grand merci à nos parents, pour leurs sacrifices et leurs déterminations, un grand merci à tous les enseignants et personnelle de l'ESTM. Enfin nous adressons un grand merci à tous les ami (e)s, famille, connaissance. À tous ceux qui ont marqué de l'intérêt à l'idée de nous voir achever ce travail. Nous nous excusons auprès de ceux dont les noms n’y figurent pas.
  4. 4. Résumé Résumé L’évolution rapide des réseaux radios mobiles, a entrainé un grand changement de la société humaine, notamment avec les besoins de communiquer, d’échanger à travers le réseau.la norme UMTS qui fait encore rage dans le continent, permet d’améliorer l’efficacité, augmenter la capacité de gestion du nombre des mobiles dans une cellule. Le réseau UMTS, est celui qui doit pallier au problème de mobilité, offrir un débit élevés (2Mb/s) ; mais hélas aujourd’hui 80% d’abonnés se plaint des problèmes de coupure, de mauvaise qualité de voix et bien d’autre paramètre liés à la gestion de la mobilité et de la Qos chez un opérateur de téléphonie mobile. Dans ce contexte nous nous sommes intéressés aux problématiques de la mobilité et de la Qos dans un réseau UMTS d’opérateur. Pour cela, nous avons situé le milieu d’étude(ESTM), présenté le sujet, rappelé les caractéristiques de la norme UMTS d’une manière générale et réviser quelques concepts de base d’ingénierie mobile. Ensuite, nous nous sommes concentrés sur l’analyse de l’existant (Etude de cas) basée sur des hypothèses réaliste au niveau du réseau de couverture d’un opérateur : nombre des sites, nombres d’abonnés, carte de trafic… pour dégager les éléments qui assurent les services aux abonnés dans notre zone d’étude (Fann, Dakar_Plateau). Au niveau du cœur du réseau nous nous sommes basés sur des informations réalistes d’un opérateur de téléphonie mobile pour énumérer les systèmes de raccordement, de synchronisation et de supervision, des équipements de l’operateur. Enfin nous avons analysé, interprété, les informations recueillies et proposer des solutions d’amélioration notamment au niveau : de la couverture des zones (augmentation du nombre de sites), du raccordement NodeB/RNC (utilisation de câble 8/10eme), de la signalisation (augmentation du nombre d’horloge), de la combinaison de protocole de LCAS/EOS, enfin au niveau de la supervision(iManager M2000) du réseau d’opérateur, afin de répondre aux besoins des abonnés en mobilité et en Qos.
  5. 5. Abstract Abstract The Rapid evolution of mobile radio networks, has led to a big change in human society, including the need to communicate through the exchange réseau.la UMTS standard that is still raging on the continent, can improve the efficiency, increase management capacity of mobile number in a cell. The UMTS network is one that should overcome the problem of mobility, provide high-speed (2Mb / s); but alas today 80% of subscribers complained interruption problems, poor voice quality and many other parameters related to the mobility management and QoS in a mobile operator. In this context we are interested in the issues of mobility and QoS in a UMTS network operator. For this, we located the study areas (ESTM), presented the topic, recalling the characteristics of the UMTS standard and general review some basic concepts of mobile engineering. Then we focused on the analysis of existing (Case Study) based on realistic assumptions at the network operator coverage: number of sites, number of subscribers, traffic map for free ... elements that provide services to subscribers in our study area (Fann Dakar_Plateau). At the heart of the network we have based on a realistic mobile operator to list the connection systems, synchronization and supervision information, equipment of the operator. Finally we analyzed, interpreted, the information collected and propose solutions for improvement, notably: the coverage areas (increasing the number of sites), connecting NodeB / RNC (use of cable 8 / 10th) of the signaling (increased clock), the combination of LCAS protocol / EOS finally at the supervisory level (iManager M2000) of the operator network to meet the needs of subscribers in mobility and QoS.
  6. 6. Abstract
  7. 7. Table des matières Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 1 Table des matières Dédicaces ________________________________________________________________________I Remerciements ___________________________________________________________________ II Résumé ________________________________________________________________________ III Abstract ________________________________________________________________________ IV Table des matières_________________________________________________________________ 1 Liste des figures___________________________________________________________________ 4 Introduction générale_______________________________________________________________ 5 Chapitre I Présentation générale____________________________________________________ 6 I.1 Introduction __________________________________________________________ 6 I.2 Présentation de l’ESTM ________________________________________________ 6 I.2.1 Structure Administrative de l’ESTM ____________________________________ 7 I.3 Présentation du sujet ___________________________________________________ 7 I.3.1 Contexte ________________________________________________________ 7 I.3.2 Problématique ____________________________________________________ 8 I.3.3 Objectifs ________________________________________________________ 9 I.3.4 Organisation du mémoire ___________________________________________ 9 I.4 Conclusion _________________________________________________________ 10 Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS______________________________________ 11 II.1 Introduction _______________________________________________________ 11 II.2 Les objectifs du réseau UMTS__________________________________________ 11 II.3 Architecture générale de l’UMTS______________________________________ 12 II.3.1 L’architecture sous l’angle physique _________________________________ 12 II.3.2 L’architecture sous l’angle protocolaire_______________________________ 13 II.3.3 Equipement Usager ______________________________________________ 13 II.3.4 UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) ____________________ 14 II.3.5 CN (Cœur Network)______________________________________________ 15 II.3.5.1 Domaine à commutation de circuits _____________________________ 16 II.3.5.2 Domaine à commutation de paquet ______________________________ 16 II.3.5.3 Les Eléments communs aux deux domaines _______________________ 17 II.3.6 Les réseaux externes _____________________________________________ 17 II.3.7 Les interface _____________________________________________________ 17 II.4 Notion des cellules _________________________________________________ 18 II.5 Méthodes de duplexage______________________________________________ 20 II.5.1 Mode FDD (Frequency Division Duplex) ____________________________ 20
  8. 8. Table des matières Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 2 II.5.2 Mode TDD (Time Division Duplex)_________________________________ 20 II.6 Les codes d’étalement ______________________________________________ 21 II.7 Technique d’accès WCDMA _________________________________________ 22 II.8 Dégradation du signal _______________________________________________ 23 II.9 Contrôle de puissance ______________________________________________ 23 II.10 Services et applications du réseau UMTS ______________________________ 24 II.11 Conclusion ______________________________________________________ 25 Chapitre III Concepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas ____________________________ 27 III.1 Introduction ____________________________________________________ 27 III.2 Concepts de base de l’ingénierie ______________________________________ 27 III.2.1 Gestion de la mobilité ____________________________________________ 27 III.2.1.1 La localisation ______________________________________________ 27 III.2.1.2 Handover ___________________________________________________ 28 III.2.1.3 Roaming ___________________________________________________ 30 III.2.1.4 Les processus de mobilité _____________________________________ 31 III.2.1.5 Les protocoles de gestion de la mobilité __________________________ 31 III.2.2 Gestion de la Qos _______________________________________________ 34 III.2.2.1 Architecture de la Qos du réseau UMTS __________________________ 34 III.2.2.2 Services support UMTS_______________________________________ 35 III.2.2.2.1 Service support d’accès radio _______________________________ 36 III.2.2.2.2.1 La technologie ATM __________________________________ 36 III.2.2.3 Les classes de Qos dans l’UMTS________________________________ 37 III.2.2.5 Modèle Intserv ______________________________________________ 39 III.2.2.6 Modèle DiffServ ____________________________________________ 40 III.3 Etude de cas ______________________________________________________ 40 III.3.1 Présentation d’un réseau d’opérateur ________________________________ 40 III.3.2 Architecture d’un réseau d’operateur ________________________________ 41 III.3.3 Zone à couvrir dans les deux quartiers _______________________________ 43 III.3.4 Nombre d’abonnés ______________________________________________ 44 III.3.5 Nombre de site _________________________________________________ 44 III.3.6 Les informations du réseau d’opérateur ______________________________ 45 III.3.7 Structure de gestion de la mobilité chez l’opérateur_____________________ 45 III.3.8 Structure de la gestion de la Qos chez l’operateur ______________________ 46 III.3.8.1 Gestion dynamique de la synchronisation _________________________ 49 III.3.8.2 Gestion dynamique de la Qos __________________________________ 50 III.4 Conclusion _______________________________________________________ 51 Chapitre IV Proposition des solutions d’amélioration ____________________________________ 52
  9. 9. Table des matières Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 3 IV.1 Introduction ______________________________________________________ 52 IV.2 Analyse du bilan sur la gestion de la mobilité et de la Qos __________________ 52 IV.3 Nombre de sites requis pour assurer la capacité___________________________ 53 IV.3.1 Simulation avec Atoll ____________________________________________ 54 IV.3.1.1 Installation Atoll ____________________________________________ 54 IV.3.2 Interprétations du résultat _________________________________________ 56 IV.4 Amélioration du réseau de signalisation ________________________________ 56 IV.5 Amélioration du protocole de gestion de la Qos __________________________ 57 IV.6 Proposition d’un outil de supervision réseau _____________________________ 57 IV.6.1 L’iManager M2000 de Huwaeï_____________________________________ 57 IV.7 Conclusion _______________________________________________________ 59 Conclusion générale ______________________________________________________________ 60 Liste des tableaux ________________________________________________________________ 61 Liste des sigles et abréviations ______________________________________________________ 61 Références bibliographiques ________________________________________________________ 64 Mémoire et Thèse ________________________________________________________ 64 Cyber graphie ___________________________________________________________ 65 ANNEXE ______________________________________________________________________ 65
  10. 10. Liste des figures Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 4 Liste des figures Figure1 : Organigramme de l’ESTM Figure2 : Architecture générale de l’UMTS Figure3 : Architecture protocolaire Figure4 : Composants de l’UE Figure5 : réseau d’accès UTRAN Figure6 : NodeB avec antennes sectorielles Figure7 : NodeB avec antenne omnidirectionnelle Figure8 : cœur du réseau Figure9 : Réseau externe Figure10 : couverture globale de la planète Figure11: FDD Figure12 : TDD Figure13 : Arbre des codes de canalisation OVSF Figure14: contrôle de puissance contre l’évanouissement rapide Figure15 : du processus de localisation Figure16 : Processus de Handover de l’UMTS vers le GSM Figure17 : Connectivité entre réseaux mobiles 2G/3G Figure18 : mécanisme MDHO Figure19 : mécanisme de FBSS Figure20 : fonctionnement de MIP Figure22 : HI dans le modèle OSI Figure23 : Architecture fonctionnelle de la Qos UMTS Figure24 : Architecture d’un réseau d’operateur Figure25 : zone d’étude Figure26 : Nombre des sites dans la zone Figure27 : lien Iub par raccordement direct Figure28 : Interface Iub par prolongement SHDSL Figure29 : Interface Iub hybride par prolongement SHDSL Figure30 : Interface Iub basée sur IP Figure31: Distribution de l'horloge dans l'UTRAN de l’operateur Figure32 : Transport d'un flux de trafic Ethernet sur SDH NG Figure33 : Zone après amélioration Figure34 : interface Atoll Figure36 : résultat simulation Atoll Figure37 : Interface d’iManager M2000 de Huwaeï
  11. 11. Introduction générale Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 5 Introduction générale Le système de téléphonie cellulaire connaît un succès considérable, avec un nombre d'abonnés sans cesse croissant. Le premier système sans fil a été inventé par Bell System, aux états unis, en 1940. Le premier réseau cellulaire de type analogique, ayant pour nom AMPS (Advanced mobile phone system) a été mis en place à Chicago dès 1978 suivi par le système NMT (Nordic Mobile Telephone) en Europe en 1981, ces réseaux dits de première génération sont caractérisé par une modulation analogique et une méthode d’accès FDMA (Frequency Division Multiple Access). Les réseaux de deuxième génération ont fait leurs débuts dans les années 1990 tel que le système GSM (Global System for Mobile) en Europe, le system PDC (Personal Digital Cellular) au Japon et le système IS-95 aux USA, ces systèmes sont caractérisés par des modulations numériques. Après les instances de normalisation se sont ensuite tournées vers un système unique de la troisième génération de la téléphonie mobile, On peut définir la troisième génération comme un ensemble de technologies développées dans le but de faire évoluer les systèmes cellulaires de deuxième génération au niveau de la capacité, de la couverture ainsi que la qualité de service (Qos). Le réseau UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) est une technologie de téléphonie mobile de troisième génération (3G), qui succède aux technologies de deuxième génération (2G). Ce réseau permet de transiter plusieurs données à la fois (384kb/s, 512kb/s a 2Mb/s) et l’apparition de contenus multimédias sur les téléphones mobiles ou terminaux multimédias qui utilise la technique CDMA (Code Division Multiple Access). Ainsi en plus de ses évolutions technologiques, la troisième génération doit répondre à la notion de qualité, de variété, de capacité et de couverture. Le but de ce mémoire découpé en quatre chapitres (1 Présentation générale, 2 la généralité sur le réseau 3G UMTS, 3 Concepts de base de l’ingénierie et étude de cas, 4 Proposition des solutions d’amélioration), est de vulgariser et faire sortir les anomalies liées à la gestion de la mobilité et de la Qos dans un réseau d’opérateur mobile et proposer des solutions d’amélioration du réseau afin de satisfaire les abonnés en Mobilité et en Qos.
  12. 12. Chapitre I Présentation générale Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 6 Chapitre I Présentation générale I.1 Introduction Les années deux mille (2000) sont celles des reformes et des restructurations du système éducatif Africain d’une manière générale et particulièrement celui du Sénégal qui a débouché au système LMD (Licence Master Doctorat). Ce système facilite l’intégration aux étudiants suivant des règles parmi eux : Chaque fin de cycle du système LMD est sanctionnée par un mémoire présenté et soutenu par l’étudiant. C’est dans ce sens que l’ESTM (Ecole Supérieur de Technologie et Management) via son engagement dans le système LMD exige aux étudiants de présenter et soutenir un mémoire de fin de cycle. Dans ce chapitre nous allons dans un premier temps présenter le milieu d’étude(ESTM) et ensuite faire une présentation du sujet de mémoire. I.2 Présentation de l’ESTM Depuis sa création en 2002 au siège principale de l’Avenue Bourguiba prolongée X Front de Terre par des professionnelles des technologies de l’information de la communication et du management, l’Ecole Supérieur de Technologie et de Management de Dakar est une école privée d’enseignement supérieur universitaire et professionnel. S’appuyant sur un corps professoral expérimenté émanant de structures universitaires et professionnelles de haut niveau, l’ESTM détient une place parmi les meilleurs écoles du continent Africain qui forme des ingénieurs et des spécialistes de management et c’est grâce à ça qu’elle entretient d’excellentes relations internationales concrétisées par des accords partenariales avec des grosses boites dont :  Microsoft  CISCO  CAMES  eHECT… Le programme de l’ESTM est élaboré en fonction des besoins du monde professionnel et adapté à l’évolution des technologies et du management de façons à ce que ses étudiants aient les compétences nécessaires sur le plan théoriques et pratiques. Ainsi la formation dans les deux départements notamment la technologie (Informatique et Télécommunication) et la gestion sont reparties en cours de jour et cours du soir, aussi bien en formation initiale qu’en formation continue, pour les comptes des particuliers, sociétés et entreprises. L’accès aux formations peut se faire de plusieurs façons :
  13. 13. Chapitre I Présentation générale Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 7  Dossier et entretien pour la formation initiale  Contrat dans le cadre des formations continue L’ESTM donne aux apprenants la possibilité de préparer des diplômes universitaires de Licence (3ans) et Masters (5ans) mais aussi des diplômes intermédiaires comme les diplômes de Technicien Supérieur (2ans), le diplôme d’Etudes en Gestion (2ans) et les diplômes d’ingénieur (4ans). Ce cursus a été conçu pour aider l’étudiant à acquérir les compétences nécessaires à l’exercice de son futur métier, de lui permettre une évolution et une mise à jour de ses connaissances tout au long de la vie professionnelle. I.2.1 Structure Administrative de l’ESTM Sur le plan administratif et pédagogique, l’ESTM est composée des entités suivantes :  La Direction Générale  La Direction des Etudes  Le Conseil de Département  La Scolarité  Le Service de la Comptabilité et des Ressources Humaines  Le Service Technique Figure1 : Organigramme de l’ESTM I.3 Présentation du sujet I.3.1 Contexte Le réseau UMTS fournis des nouveaux services de communication allant de la téléphonie classique en passant par les données jusqu’aux services multimédias. Ces services doivent être accessibles favorablement à tous les clients des opérateurs de téléphonie mobile quel que soit l’endroit, le moment et le type de terminal utilisé. En tenant compte de la révolution technologique de l’internet mobile qui a transformé la manière dont la société perçoit les
  14. 14. Chapitre I Présentation générale Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 8 communications et traite les informations, elle a sans cesse besoin d’accessibilité aux réseaux et d’échanges rapides d’informations. Alors que la technologie mobile gagne de la population la plupart des réseaux d’opérateur en place n’assure pas la mobilité et la Qualité de services demandés par les clients. Alors devant une telle chose qu’est-ce qu’un technicien pourra faire, afin de contribuer à l’amélioration ou à la solution à ce dilemme qui touche tout le monde ? Pourquoi ne pas étudier le réseau d’opérateur et proposer une solution ? D’où l’idée de travailler sur un thème qui a une dimension Social, Pédagogique et Technique : « la gestion de la mobilité et de la qualité de service chez un opérateur de téléphonie mobile ». I.3.2 Problématique L’avènement des systèmes de communication mobile (cellulaire) et de connexion Internet sans fils a révolutionné le monde durant ces dernières années. Cette révolution a fait naitre plusieurs systèmes ou réseaux (cellulaire, sans fil…) multi technologique dont le GSM. Alors que la plus part de pays occidentaux opèrent sur le réseau de quatrième génération(LTE), le réseau de troisième génération UMTS (Universsal Mobile Télécommunication System) fait rage sur le continent Africain. Cette émergence a apporté une amélioration par rapport à l’accessibilité aux services de la téléphonie mobile et de l’internet sans fils. Cependant la gestion optimale des mécanismes tels que la Mobilité et la Qualité de service restent encore un défi à relever par les opérateurs de téléphonie mobile du moment où toutes les lignes sont saturées à l’ heure de point (absence des ressources), la communication coupe en pleine conversation lorsqu’on est en déplacement ou même sur place (mauvaise gestion de la mobilité : Handover), un long moment d’attente pour qu’une page web soit chargée, mauvaise réception, variation du délai de transfert,…tous ces paramètres nous font croire qu’une étude sur la gestion de la mobilité et de la Qualité de service chez un opérateur de téléphonie mobile est nécessaire. Cette étude nous permettra de voir clairement les anomalies existantes sur le réseau d’un opérateur de téléphonie mobile afin de proposer une solution ingénieuse répondant en une bonne gestion de la mobilité et de la Qualité de service. Cependant, pour mener à bien cette étude nous avons des problématique qui s'articulent à un certaines nombre de question liées à la gestion de la mobilité et de la Qos:  La première est pourquoi ne pas pouvoir appeler ou recevoir un appel de n’importe où dans la région pendant une heure (1h) sans interruption selon le principe technologique de l'ingénierie mobile?  La deuxième est pourquoi ne pas recevoir les informations clairement et dans le délai imparti pour la norme 3G?  La troisième question est pourquoi ne pas pouvoir surfer sur internet a 2Mbits/s selon les objectifs fixés par l'IUT dans le projet de la norme 3G?
  15. 15. Chapitre I Présentation générale Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 9 I.3.3 Objectifs En tenant compte du problème principal posé notamment celui de la mauvaise gestion de la mobilité et de la Qualité de service, il est tout à fait évident que notre objectif premier serait d’étudier le réseau d’opérateur et proposer une solution ingénieuse permettant une bonne gestion de la mobilité et de la Qualité de service répondant aux attentes des clients d’un opérateur de téléphonie mobile. Dans ce mémoire nous voulons analyser la réalité de quelque chose de technique et scientifique qui n’est pas gérer comme il doit l'être :  Etudier le réseau de la troisième génération dans toutes ses dimensions liées à la mobilité et à la qualité de service  vulgariser et faire sortir les anomalies liées à la gestion de la mobilité et à la Qos chez l'operateur  proposer des solutions d'éclairage qui permettrait à l'operateur de soigner ses anomalies afin que les abonnés aient la satisfaction en Mobilité et en Qualité de service. I.3.4 Organisation du mémoire L’organisation de ce mémoire est sujette des recommandations de la plus part des grandes institutions pédagogiques. Celui-ci (le mémoire) est décomposé en quatre chapitres dont chacun avec une introduction et une conclusion partielles. Ainsi, chaque chapitre traite une partie spécifique de la manière suivante :  Le chapitre 1 comprend la présentation générale qui est décomposée en deux parties dont la première est dédiée à la présentation de l’ESTM et la deuxième à la présentation du sujet de mémoire ;  Dans le chapitre 2 nous abordons la généralité sur le réseau mobile de troisième génération en passant par ses objectifs à son architecture générale jusqu’aux différentes caractéristiques de l’UMTS ;  Le chapitre 3 est scindé en deux parties également dont la première concerne le concept de l’ingénierie c’est-à-dire tout ce qui est planification, allocations de ressource, supervision… et la deuxième ou on parle de l’analyse de l’existant il s’agit de l’étude de cas ;  En fin le chapitre 4 dédié exclusivement à la partie solutions des problèmes posés.
  16. 16. Chapitre I Présentation générale Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 10 I.4 Conclusion Ce chapitre nous a permis de voir en clair les initiatives, les programmes, les objectifs ainsi que la structure administrative de l’ESTM ; mais aussi le contexte, la problématique, l’objectif et l’organisation du mémoire. Ainsi, nous avons une idée claire du milieu éducatif et du déroulement de ce mémoire. Donc nous allons pouvoir aborder dans le chapitre suivant la généralité sur le réseau de troisième génération : UMTS.
  17. 17. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 11 Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS II.1 Introduction En 1998, douze organismes de normalisation différents à l’instigation de l’UIT (Union Internationale de Télécommunication), tentaient de résoudre par une volonté commune de dialogues les problèmes de base de la seconde génération : l’incompatibilité des systèmes à travers le monde et l’inhomogénéité des technologies. L’UIT définissait le concept d’IMT-2000 dans le but de réunir les propositions des douze organismes de normalisation vers une solution permettant le support des applications Multimédias, l’évolution vers des débits plus importants et une itinérance étendue. Parmi ces douze proposition la majorité était basée sur des technologies CDMA intégrant le plus souvent à la fois des modes d’accès multiples du type FDD et ou TDD. Apres d’âpres phases de négociation et de vote, deux grandes familles émergeaient :  Le 3GPP (Third Generation Partenership Project) ;  Le 3GPP2 (Third Generation Partenership Project) ; Malgré les dialogues entres les instances de télécommunication américaine, japonaise et européenne, en janvier 1999 débutèrent alors les travaux de standardisation du 3GPP sur la technologie UMTS organisé sous forme de sous-groupes de spécifications dont:  Le CN (Core Network) pour la partie cœur du réseau ;  Le RAN (Radio Access Network) pour la définition du réseau d’accès ;  Le SA (Services and system Aspects) pour la partie Architecture générale et services ;  Le T(Terminals) pour les équipements mobiles et la carte de l’abonnés USIM (Universal Subscriber Identity Module). Ainsi, depuis son entré progressive en service le réseau UMTS fait rage sur les marchés de diverse continent notamment grâce aux services offerts par les opérateurs qui en disposent ; cependant la gestion de la qualité des services offerts et de la mobilité qui va avec dépend de chaque opérateur de téléphonie mobile tout en respectant les exigences de l’agence de régulation. Nous décrivons l’UMTS et ses différentes caractéristiques dans la suite de ce chapitre. II.2 Les objectifs du réseau UMTS Suites aux différents problèmes notamment celui de l’incompatibilité et d’inhomogénéité des réseaux de la deuxième génération ; le monde de la technologie a vu apparaitre une nouvelle norme internationale nommée UMTS par les européens avec pour objectifs :  Offrir un service de mobilité universelle dépassant les limitations dues à la multiplicité des systèmes et des réseaux ;
  18. 18. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 12  Supporter de nouveaux services à débit élevé ; allant de 144Kbits/s en environnement rural extérieur, 384Kbits/s en environnement urbain extérieur, 2Mbits/s pour une utilisation stationnaire indoor (intérieur d’un bâtiment couvert par exemple) ou courte portée ;  Avoir après sa mise en service un marché de masse pour les services de communications mobiles ;  Intégration des services mobiles et fixes dans un seul système et un seul terminal ;  Répondre à la saturation prévue des réseaux de deuxième génération (2G) existants ;  Utilisation des services dans un VHE (Virtual Home Environnement) en se déplaçant de la maison, au bureau… les utilisateurs se sentent comme s’ils sont chez eux même en se déplaçant ;  Etre compatible avec le service de télécommunications personnelles universelles (UPT). II.3 Architecture générale de l’UMTS Le réseau UMTS a une architecture générale modulaire et flexible. C’est ces caractéristiques qui le rendent compatible avec d’autres réseaux mobiles et garantissent son évolution. Ainsi, elle est visible sous deux angles :  L’Architecture sous l’angle protocolaire (fonctionnel) ;  L’Architecture sous l’angle physique ; II.3.1 L’architecture sous l’angle physique L’architecture sous l’angle physique, touche le concept de domaine pour parler des équipements qui composent le réseau et les façons dont ils sont délimités ; Figure2 : Architecture générale de l’UMTS
  19. 19. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 13 Equipement Usager Cu Equipement Mobile II.3.2 L’architecture sous l’angle protocolaire L’architecture sous l’angle protocolaire (fonctionnel), parle de strate pour identifier les protocoles mis en œuvre dans un domaine afin qu’ils puissent communiquer Figure3 : Architecture protocolaire II.3.3 Equipement Usager L’équipement usager(EU) ou UE (User Equipement) de l’anglais, est le domaine qui comprend l’ensemble des équipements terminaux.il comprend à la fois l’équipement mobile et l’USIM .Ce domaine permet à l’abonné d’accéder au réseau et également à ses services grâce à l’interface Uu. Figure4 : Composants de l’UE L’Equipement Usager comprend deux différentes parties du point de vue fonctionnel :  L’Equipement Mobile (ME : Mobile Equipement) : est chargé de la transmission radio et des procédures associées. Il se subdivise en deux parties : L’Equipement Terminal(TE) : C’est la partie ou les données d’information sont générées en émission et ou traitées en réception ; La Terminaison Mobile(MT) : C’est la partie qui assure la transmission de l’information vers le réseau UMTS ou autre grâce à l’interface radio et applique les fonctions de corrections d’erreurs, TE MT USIM
  20. 20. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 14  L’USIM : Universal Subscriber Identity Module : est une application qui gère les procédures d’authentification, de chiffrement ainsi que les services auxquels l’abonné à souscrit. Il réside dans une carte à puce appelée UICC (UMTS Integrated Circuit Card). Cette carte peut être utilisée sur un terminal UMTS indépendamment du fabricant et en général de l’operateur du réseau ; elle associe un abonné à un ou plusieurs fournisseurs de services. II.3.4 UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) L’UTRAN, pour UMTS Terrestrial Radio Access Network est le domaine du réseau d’accès qui fournit à l’équipement usager les ressources radio et les mécanismes nécessaires pour accéder au réseau cœur grâce aux deux interfaces Uu et Iu de part et d’autre. Cependant il est chargé d’autres fonctions :  Il permet la confidentialité et la protection des informations échangées par l’interface radio en utilisant des algorithmes de chiffrements et d’intégrité ;  Une estimation et la position géographique est possible à l’aide du réseau d’accès UTRAN ;  Le réseau d’accès est chargé d’allouer et de maintenir des ressources radio nécessaires à la communication ;  Il est en charge du maintien de la base temps de référence des mobiles pour transmettre et recevoir des informations ; Figure5 : réseau d’accès UTRAN Ainsi le réseau d’accès UTRAN est composé de plusieurs éléments :  La station de base NodeB : elle a pour rôle principal d’assurer les fonctions de réception et de transmission radio pour une ou plusieurs cellules du réseau d’accès de l’UMTS avec un équipement usager. Elle fonctionne au niveau de la couche physique du modèle OSI (codage et décodage). En effet il existe deux types de NodeB.
  21. 21. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 15 Figure6 : NodeB avec antennes sectorielles Figure7 : NodeB avec antenne omnidirectionnelle  Le contrôleur radio RNC (Radio Network Controller) : a pour rôle principal de router les communications entre le NodeB et le réseau cœur de l’UMTS. il fonctionne au niveau des couches 2 et 3 du modèle OSI .il assure les fonctions suivantes : Contrôle de puissance et Handover ; Allocation des codes et la congestion des différents NodeB ; Contrôle d’admission des mobiles au réseau et la gestion de la charge ; Séquencement de la transmission de données en mode paquet ; Combinaison distribution des signaux provenant ou allant vers différents NodeB ; Contrôle et gère les ressources pour définir les procédures de communication entre mobiles et le réseau ; Le contrôleur radio constitue le point d’accès pour l’ensemble des services vis-à-vis du réseau cœur.  Les interfaces de communication : Plusieurs types d’interfaces de communication coexistent au sein du réseau UMTS elles sont définies dans les paragraphes suivant. II.3.5 CN (Cœur Network) Le réseau cœur de l’UMTS appelé aussi CN (Cœur Network) est la partie du système chargée de la gestion des appels, des services souscrits par l’abonné. Il permet aux abonnées de communiquer à l’intérieur d’un même réseau de téléphonie mobile et assure l’interconnexion de ces derniers avec des réseaux externes, fixes ou mobiles. Il fournit enfin les logiciels d’application, tout en garantissant la sécurité des échanges, de maintenir la communication, même lorsque l’utilisateur est itinérant. Le réseau cœur est composé de trois parties dont deux domaines : le domaine CS (Circuit Switched), le domaine PS (Packet Switched) et les Eléments communs aux domaines CS et PS.
  22. 22. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 16 Figure8 : cœur du réseau II.3.5.1 Domaine à commutation de circuits Le Domaine à commutation de circuits, assure la connexion à un réseau téléphonique comme le RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Service) et le réseau RTC (Réseau Téléphonique Commuté) ; il est composé des éléments suivants : Le GMSC (Gateway Mobile Switching Center) : C’est un des MSC du réseau qui assure l’interface avec les réseaux externes à commutation de circuits RTC ou RNIS. Le VLR (Visitor Location Register) constitue une base de données dans laquelle sont enregistrées des informations sur la position de l’abonné et son déplacement dans la zone de localisation reliée à un ou plusieurs MSC. Le MSC (Mobile Switching Center) est un commutateur qui assure l’interface avec le réseau cœur pour un mobile accédant aux services à commutation de circuit. Le MSC gère dans un domaine de commutation de circuit la procédure d’attachement des abonnés, leur authentification, la mise à jour de leur position dans le réseau et la sécurisation de l’accès au système. II.3.5.2 Domaine à commutation de paquet Le Domaine à commutation de paquet assure le transfert des paquets vers le réseau IP, il est composé des éléments suivants : Le GGSN (Gateway GPRS Support Node) : c’est une passerelle qui permet de sortir vers le réseau externes ; Le SGSN (Serving GPRS Support Node) : joue le rôle d’un MSC/VLR pour le domaine à commutation de paquet, il assure principalement les procédures de routages et de transfert des données, les procédures d’attachement, de détachement, de localisation et les procédures d’authentification.
  23. 23. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 17 II.3.5.3 Les Eléments communs aux deux domaines Les Eléments communs aux deux domaines (CS et PS) assurent le partage d’un certain nombre d’éléments qui interviennent au niveau de ces deux domaines de commutation; ces éléments sont : AuC (Authentification Center) : il contient des paramètres utilisés pour la gestion de la sécurité de l’accès au système, il contient pour chaque abonné une clef d’identification pour lui permettre d’assurer les fonctions d’authentification et de chiffrement ; HLR (Home Location Register) : c’est une base de données qui contient toutes les informations relatives aux abonnés. Pour chaque abonné le HLR mémorise ces informations de souscription, son identité IMSI (International Mobile Station Identity) et son numéro d’appel MSISDN (Mobile Station International ISDN Number) ; EIR (Equipement Identity Register) : est une base de données contenant la liste des mobiles interdits. II.3.6 Les réseaux externes Les réseaux externes ou External Networks en anglais est la partie de l’architecture générale de l’UMTS qui concerne les réseaux extérieur elle permet de relier le réseau UMTS aux autres grâces aux passerelles ; ainsi on trouve les réseaux du domaine circuit RTC, RNIS, PLMN, PSDN... qui sont relié par la passerelle GMSC ; et les réseaux du domaine paquet Internet X.25… par la passerelle GGSN. Figure9 : Réseau externe II.3.7 Les interface
  24. 24. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 18 Le standard UMTS spécifie des interfaces entre les entités logiques du réseau UMTS. Ces interfaces standardisées sont ouvertes, les fabricants d’entités du réseau UMTS doivent donc inclure le support des protocoles définis pour chaque interface. Ceci assure la compatibilité entre entités UMTS issues de fabricants différents. Ces interfaces sont : Cu : elle permet de relier USIM au ME tous les deux se trouvent dans l’UE Uu : interface entre un équipement usager et le réseau d’accès UTRAN. Elle permet la communication avec l’UTRAN via la technologie CDMA ; Iub : interface qui permet la communication entre un NodeB et un contrôleur radio RNC ; Iur : interface qui permet à deux contrôleurs radio RNC de communiquer ; Iu : interface entre le réseau d’accès UTRAN et le réseau cœur de l’UMTS. Elle permet au contrôleur radio RNC de communiquer avec le MSC et le SGSN ; A : interface qui permet de relier le MSC au BSS ; B : interface qui permet de relier la base de données VLR au MSC ; C : interface de communication qui relie le GMSC au HLR ; D : interface qui permet de relier VLR au HLR ; E : interface qui permet de relier MSC vers un autre MSC ; F : interface qui permet de relier le MSC à l’EIR ; H : interface qui permet de relier l’AuC a la base HLR ; Gs : interface qui permet de relier le MSC au SGSN ; Gd : interface qui permet de relier le HLR au GGSN ; Gr : interface qui permet de relier la base HLR au SGSN ; Gf : interface qui permet de relier l’EIR au SGSN ; Gn : interface qui permet de relier GGSN au SGSN ; Gi : interface qui permet de relier le GGSN au CSN (Circuit Switch Network du réseau externe coté circuit) ; Gp : interface qui permet de relier le SGSN au CPN (Circuit Paquet Network du réseau externe coté paquet) ; Chaque interface supporte deux types de protocoles:  Protocoles AP (Application Protocol): échanges de signalisation entre les équipements.  Protocoles FP (Frame Protocol): utilisés pour transporter les données usager. II.4 Notion des cellules La couverture globale de la planète s’organise en une structure cellulaire hiérarchisée qui assurera l’itinérance mondiale. Au sommet de la hiérarchie se trouvent les satellites qui assurent une couverture sur l’ensemble de la planète. Le réseau terrestre radio lui s’occupe de la couverture terrestre suivant une répartition en macro, micro, picocellules....ainsi une cellule est définie comme une zone géographique délimitée.
  25. 25. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 19 Figure10 : couverture globale de la planète II.4.1 Macro-cellule Une grande cellule dont le diamètre peut aller de quelques kilomètres à plusieurs dizaines de kilomètres pour couvrir des zones rurales. Elles sont aussi adaptées aux véhicules à grande vitesse pour un déplacement de l'ordre de 500 km/h avec un débit de 144 kbit/sec. Elle est un type de cellule dont le rayon est augmenté mais le taux de transfert est aussi diminué en conséquence. Le débit varie de 144Kbits à 384Kbits en fonction de la mobilité moyenne ou élevée. II.4.2 Cellule Une antenne qui peut couvrir un rayon de 8Km mais le débit s’est retrouvé réduit à 144Kbits, ces cellules serviront à relier les macros cellules entre les localités. II.4.3 Micro-cellule Elle représente des cellules sur quelques centaines de mètres et quelques kilomètres pour couvrir des bâtiments, des quartiers entre autres. La micro-cellule fournit des débits de 384 kbit/sec lors d'un déplacement de 120 km/h (véhicule, transport en commun, etc.). Ce type de cellule est à peine visible ; la puissance de ses antennes sera plus élevée. Cependant, une bonne couverture ne pourra être assurée qu’avec le déploiement des micros cellules. L’utilisateur pourra encore bénéficier d’un taux de transfert de 2Mbits/s en mobilité réduite, de 384Kbits en mobilité moyenne et une couverture de 500m. Un peu plus puissantes que les précédentes, ces cellules permettront de faire le lien entre le picocellules. II.4.4 Pico-cellule Elle est utilisée sur quelque dizaine de mètres et s'adapte aux environnements de haute densité de population, tels les bureaux (Indoor), supermarchés entre autres. La pico-cellule
  26. 26. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 20 fournit des débits de l'ordre de 2 Mbits/sec lors d'un déplacement de 10 km/h (marche à pied, déplacement en intérieur, etc.). Ce type de cellule de quelques dizaines de mètres opérationnelle aujourd’hui et promis pour le futur. L’utilisateur pour bénéficier d’un taux de transfert de 2Mbits/s ne pourra pas se déplacer a plus de 10 km/h. ces picocellules constitueront les plus grand nombre de cellules UMTS, et seront à la base du réseau déployé à l’intérieur d’une même entreprise. II.5 Méthodes de duplexage Un système de radiocommunication bidirectionnel doit transmettre des signaux dans le sens mobile vers réseau, dit sens montant, et dans le sens réseau vers mobile, dit sens descendant. Les systèmes de radiocommunication professionnelles ont longtemps toléré de n’utiliser qu’une fréquence radio commune aux deux sens, les interlocuteurs prenant la parole à tour de rôle : c’est le mode d’accès à l’alternat. Les systèmes cellulaires étant ouverts à un large public, il a été dès l’origine nécessaire de prévoir un système permettant aux deux utilisateurs en communication de parler simultanément, comme c’est le cas en téléphonie fixe : c’est le mode d’accès duplex. II.5.1 Mode FDD (Frequency Division Duplex) Une des grandes forces de la forme d’onde UMTS est de pouvoir transmettre des débits variables. Ceci va être réalisé par un mélange en CDMA de plusieurs trains binaires, sur un même time slot. Ce mode est prévu pour les grandes cellules celles rencontrées en zones rurales et suburbaines. Depuis les réseaux analogique jusqu’au GSM le mode FDD est la seule solution retenue pour fournir un accès duplex, consisté à appairer des couples de fréquences. Ce mode repose uniquement sur la technique d’accès multiple CDMA. Les bandes (2*60Mhz) sont découpées en 12 blocs de 5Mhz.Dans chaque pays, les différents opérateurs se partagent ces porteuses, (on estime à 4 le nombre). Figure11: FDD II.5.2 Mode TDD (Time Division Duplex)
  27. 27. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 21 Avec l’apparition des systèmes numériques, et notamment du mode d’accès à répartition dans le temps, ou le signal à transmettre est découpé en intervalles de temps élémentaires de moins de 1ms chacun (577µs en GSM, par exemple), il a été possible de concevoir des systèmes ou l’accès duplex consiste à allouer des intervalles de temps successifs à des sens de transmission différents. L’UMTS présente l’originalité de supporter les deux modes FDD dans les bandes appariées et TDD dans les bandes non appariées. Ce mode réservé aux micros pico cellules des zones urbaines caractérisées par de fortes inhomogénéités de propagation tant au niveau des rues que pour la couverture de l’intérieur des bâtiments depuis l’extérieur. Figure12 : TDD II.6 Les codes d’étalement L’émergence de nouveaux services comme la transmission d’images en temps réel conduit à développer et optimiser des systèmes permettant le transfert de données multimédia à haut débit. Pour assurer une qualité de service satisfaisante, les systèmes de communication doivent présenter une forte efficacité spectrale et une grande flexibilité en fonction du contexte synchrone ou asynchrone voie montante ou voie descendante. Ainsi, le choix des codes d’étalement est directement influencé par leurs propriétés de corrélation, précisément par leurs propriétés d’autocorrélation et d’inter corrélation. Du point de vue statistique, l’autocorrélation est une mesure de la correspondance entre un code et une version décalée de celui-ci. Par ailleurs, l’inter corrélation représente le degré de correspondance entre deux codes différents. En effet, il existe deux codes en UMTS. L'étalement de spectre se fait en deux étapes.  La première, dite de Channelization ou de Spreading, transforme chaque symbole de données en un certain nombre de chips.  La seconde, dite de Scrambling, s'applique aux chips. Ces deux étapes sont nécessaires Pour séparer les différentes applications issues d'une même source. II.6.1 Les code de canalisation ou OVSF
  28. 28. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 22 Les codes de canalisation ou OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor), utilisée pour identifier les utilisateurs dans une cellule. Dans la voie montante, chaque utilisateur possède un code de canalisation et un code d’embrouillage. Dans la voie descendante, les utilisateurs utilisent les codes de canalisation à l’intérieur de la cellule et les codes d’embrouillages pour garantir l’orthogonalité entre les cellules. Le code OVSF est un code de Walsh-Hadamard utilisé pour varier le Spreading Factor selon le début usager et de multiplexer les différentes informations à transmettent. Figure13 : Arbre des codes de canalisation OVSF II.6.2 Les codes d’embrouillages ou code de Gold Les codes d’embrouillages ou code de Gold est utilisés pour pallier aux problèmes d’interférences provenant des stations de base (NodeB) voisines qui utilisent un code d’embrouillage diffèrent. Dans la voie montante (pas de synchronisation), séparent les différents utilisateurs dans une cellule donnée. Dans la voie descendante (synchronisation), séparent les différentes stations de base (NodeB) dans le réseau. Le SF maximal autorisé par la norme UTRAN est de 256chips pour les canaux montants et de 512chips pour les canaux descendants. II.7 Technique d’accès WCDMA L'étalement de spectre est considéré comme une forme de modulation, car le message d'origine est transformé de telle sorte que la largeur spectrale après transformation est plusieurs fois supérieure à celle du message original. L'UMTS a adopté un système CDMA nouveau, appelé W-CDMA, ou CDMA large bande (en fonction de largeur de bande occupée par le signal étalé). Les usagers du W-CDMA utilisent tous la même bande tout le temps. La séparation entre deux utilisateurs est assurée par un code.  Nombres de codes  Familles de codes Le WCDMA, supporte la variabilité du débit et ceci en variant la période du code d'étalement. La largeur de bande est toujours constante et le rapport G = [1] est le facteur d'étalement. Le principe d'étalement de spectre utilisé en UMTS est appelé le DSSS (Direct
  29. 29. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 23 Sequence Spreading Spectrum). Les valeurs du gain de traitement et du facteur d'étalement sont différentes. Cette différence vient du fait que l'étalement de spectre est appliqué non pas sur les bits utiles d'information, mais sur les symboles qui ont un débit. Le Spreading Factor, ou encore gain de traitement, est le rapport de la bande après étalement sur la bande avant étalement. II.8 Dégradation du signal Dans les cas des communications mobiles, nous sommes confrontés à la propagation radio qui affecte grandement la transmission entre l’émetteur et le récepteur. Le trajet d’une antenne à une station mobile peut être en ligne directe (line of sight) ou sévèrement obstrué par des buildings, des arbres ou des montagnes. Le signal reçu par la station mobile est en fait un ensemble d’ondes réfléchies correspondant à des trajets multiples, très rarement en ligne directe. Ce signal reçu a par conséquent subi de nombreuses distorsions, de fréquence (effet Doppler), d’amplitude (évanouissements ou fading dû aux trajets multiples) et de phase (dispersion des temps de propagation sur les trajets multiples). Si l’environnement est parfaitement connu alors ces phénomènes sont déterministes mais le problème est que l’environnement change sans arrêt (météo, construction d’immeubles, pousse d’arbres et de végétation,…) ce qui fait qu’il n’est pas possible de savoir exactement la valeur du champ reçu en un endroit donné. La technique de traitement du signal, dis de diversité a pour objectif à pallier aux distorsions dues aux évanouissements qui peuvent dégrader tant l’information temporelle que spectrale du signal. Dans un système de radiocommunication, on parle de diversité lorsque l’on reçoit plusieurs copies indépendantes du signal de l’information. II.9 Contrôle de puissance A l'inverse du GSM, l'UMTS a un plus grand besoin de combattre l'effet 'Near-Far". Un EU, proche d'un NodeB, transmettant avec la même puissance qu'un autre EU, à la frontière de la cellule, masquera ce dernier. Pour maintenir des liens fiables pour tous les EUs, la puissance reçue au niveau du NodeB devra être presque la même. Cela signifie que ce qu'on appelle "propagation path loss" entre l'EU et le NodeB devra être pris en compte. Dans un environnement idéal, cela suffirait à lui seul, mais en réalité les conditions du canal de transmission varient, dans le court et le long terme. Ceci étant dit, nous pouvons relater les trois mécanismes de contrôle de puissance principaux dans l'UMTS:  Boucle ouverte de contrôle de puissance (Open loop power control): ce mécanisme se rapporte directement au "path loss". Il sert à établir la puissance initiale à laquelle l'EU transmettra. Cette opération s'effectue via une signalisation RRC. Ce contrôle est pris en charge dans l'EU et le RNC.  Boucle extérieure de contrôle de puissance (Outer loop power control): se rapporte aux variations à long terme du canal. Un SIR (Signal to Interference Ratio) cible est spécifié. Si le SIR reçu est inférieur à cette cible, la puissance de transmission aura besoin d'être diminuée. Sinon elle devra être augmentée. En pratique, la qualité cible de la voie
  30. 30. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 24 downlink est évaluée en terme du BLER (Block Error Ratio). Le BLER peut être rapporté au SIR. Ce contrôle est situé dans l'EU et dans le RNC. Ce mécanisme est aussi connu par slow closed loop power control.  Boucle intérieure de contrôle de puissance (Inner loop power control): connu aussi par Fast closed loop power contrôle, ce mécanisme combat l'évanouissement rapide du signale. Ce contrôle est situé dans l'EU et le NodeB. L'effet de ce contrôle est de maintenir la puissance reçue à un niveau constant afin de réaliser le BLER ciblé, même en cas d'évanouissement du canal. Figure14: contrôle de puissance contre l’évanouissement rapide Le contrôle de puissance rapide est important pour maintenir les interférences à un niveau minimum et pour améliorer la capacité. Sans ce moyen, la puissance de transmission sera trop élevée pour satisfaire la qualité recherchée. II.10 Services et applications du réseau UMTS L'UMTS donne accès à des applications et des services plus rapides, plus sophistiqués, quel que soit le lieu, et même en déplacement. Nous avons des applications ou des services tels que :  La transmission vocale et numérique, graphique, audio ;  L'accès aux services de messagerie vocale, téléphonie vidéo, vidéo conférence téléconférence ;  Un accès radio à Internet ;  Les services sur demande vidéo, audio, journaux, informations sur la bourse;  Services automatisés télédiagnostic, télésurveillance, télécommande des appareils domestiques;  Les applications des sociétés internes, accessibles aux employés où qu'ils soient ;  Jeux en réseau par radio ;  VHE (Environnement Domestique Virtuel) Aspect constant du réseau domestique de l'utilisateur (par exemple, environnement du bureau) quels que soient le lieu et le réseau.
  31. 31. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 25  Une interface adaptative, un service qui s'adaptera à la vitesse de transmission des données disponibles, par exemple l'utilisateur peut définir des paramètres pour perdre la vidéo mais conserver le son lorsqu'il est en vidéo conférence dans des zones lointaines/encombrées, au cas où la largeur de bande se dégraderait.  L'intégration en un seul système de services résidentiels, commerciaux et cellulaires ; Diverses alternatives de facturation (par exemple paiement à l'unité, à la session, au forfait) c'est une commutation par paquets. II.11 Conclusion
  32. 32. Chapitre II Généralité sur le réseau mobile UMTS Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 26 Ainsi s’achève le tour d’horizon de ce chapitre, en passant par l’architecture de base à la notion de couverture du système jusqu’aux différentes caractéristiques du réseau mobile de la troisième génération : UMTS. Dans le prochain chapitre nous allons aborder le concept de base de l’ingénierie et l’étude de cas afin d’y voir clairement et identifier les anomalies.
  33. 33. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 27 Chapitre III Concepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas III.1 Introduction Les Evolutions du monde des télécommunications vers le Multimedia mobile supportées par les avancées technologiques ont fait prendre conscience que fournir l’accès n’est plus suffisant. Le besoin des utilisateurs s’oriente vers l’accès aux services multimédias à valeur ajoutée, dans leur propre environnement nominal indépendamment de leur mode d’accès. Par ailleurs, la similarité d’usage avec Internet oblige les opérateurs à développer des services et applications multimédias offrant les mêmes comportements et vérifiant les mêmes propriétés. La mutation en cours vers le multimédia mobile se caractérise par la nécessité de gérer la mobilité, la disponibilité des ressources et l’adaptation à la demande et au profil de l’utilisateur. Dans ce nouveau contexte concurrentiel, les opérateurs tendent à rationaliser leurs activités tout en augmentant la valeur ajoutée des services rendus aux abonnés. La réduction des couts passe par l’optimisation de l’usage de la ressource, le partage d’infrastructure ou l’utilisation de nouvelles générations de réseaux mobiles Economes en ressources spectrales. L’optimisation de l’usage de la ressource s’est traduite logiquement par une migration vers la téléphonie mobile. Des progrès en matière d’augmentation des débits et de codage de signaux audiovisuels permettent d’envisager le transport de médias traditionnellement consommateurs de ressources vers des Equipements mobiles. Dans ce chapitre nous allons passer en revue tous les grands aspects de l’ingénierie liés à la mobilité et à la Qos en première position ; ensuite nous étudions un cas de figure basé sur des hypothèses réaliste chez un opérateur de téléphonie mobile. III.2 Concepts de base de l’ingénierie III.2.1 Gestion de la mobilité Le service de la mobilité permet aux usagers d’associer ou désassocier au réseau, d’établir la connexion entre l’appelant et l’appelé de poursuivre des communications tout en se déplaçant avec toutefois des limites en vitesse et en distance. Le déplacement d’une zone a une autre nécessite un changement de(s) canal/canaux et ou de(s) cellule(s). Ceci provoque des variations rapides du comportement du signal tel que les évanouissements (fading), effets de masque (causés par obstacles), interférences,…en effet une des taches de la mobilité consiste à localiser le mobile, car le mobile source pourrait se déplacer d’une cellule à l’autre ou bien ce le mobile destination qui pourrait se déplacer d’une cellule à l’autre. Cependant, la couverture du territoire étendue est importante dont il est nécessaire de concevoir une structure de gestion de la mobilité. III.2.1.1 La localisation
  34. 34. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 28 Contrairement aux abonnés fixes qui sont toujours associé au point d’accès fixe, l’abonné mobile n’a pas de point d’attache fixe. Il communique de façon dynamique avec l’infrastructure fixe ou mobile via des canaux radio. En effet la localisation des mobiles est l’une des caractéristiques les plus spécifiques des réseaux mobiles.de ce fait la gestion de la localisation entraine un trafic de signalisation très important. La procédure de localisation se lance grâce à la station de base (NodeB), celle-ci est définit en états qui sont :  Etat Detached : Etat Idle (au repos) ;  Etat Connected : Etat Transitions ; Du coté de destination le principe est lorsqu’une demande de connexion reçue, la localisation de l’UE destination doit être recherchée par le NodeB si l’UE destination se trouve à la cellule à l’aide de la liste des mobiles associés. Sinon le routeur contacte le serveur réseau mère afin de trouver la localisation de l’UE destination. Si ce n’est pas le cas le routeur contacte le Gateway. Figure15 : Processus de localisation III.2.1.2 Handover Le Handover ou transfert automatique d’une zone à l’autre est une fonction permettant d’assurer la continuité de communication entre le terminal mobile et le réseau. Il joue un rôle particulièrement important dans la qualité de service offerte à l’abonné. Dans ce contexte, les deux indicateurs de la Qos sont :  L’acceptation d’appel (la probabilité de rejet d’appel)
  35. 35. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 29  L’interruption d’appel (l’appel est en cours interrompu) La procédure de Handover s’effectue lors de la communication, le lien radio est mesuré et évalué périodiquement.si une situation anormale est détectée l’UE identifie une nouvelle cellule et ou un nouveau canal à l’aide de NodeB courante, s’il en trouve, alors il déclenche un Handover et ainsi l’ancien canal est libéré. Les mesures de base s’effectuées sur :  La puissance du signal reçu (RSSI Received Signal Strength Indication) ;  Le taux d’erreur binaire (BER : Bit Error Rattio) ;  La distance entre l’UE et le NodeB du réseau ;  L’identité du NodeB;  Les fréquences des canaux des NodeBs voisines ;  La position des différents canaux ; La procédure du Handover se déroule généralement en trois phases principales suivantes :  La phase de réalisation des mesures et de supervision du lien (phase de mesure) ;  La phase de détermination de la cellule cible et de déclenchement du Handover (phase de décision) ;  La phase d’exécution du Handover (transfert effectif des liens) par Hard handover (est utilisé dans un réseau ou dans chaque cellule qui utilise plusieurs fréquences) ou Soft handover (deux liens et deux flux correspondant sont activés pendant une période plus ou moins long) ou seamless Handover (la nouvelle liaison est établie en parallèle avec l’ancienne liaison et le flux de données est transféré par ou vers le mobile sur les deux liens). Figure16 : Processus de Handover de l’UMTS vers le GSM Ainsi, le Handover doit assurer que la période de mesure doit être inferieur a la durée de traversée d’une cellule même pour la cellule de petite taille, les mesures de lien doivent être fiables, la durée de traitement pour la décision doit être courte pour que la décision n’intervienne pas trop tard, le transfert effectif des liens physiques doit être réalisé le plus rapidement possible afin de minimiser d’une part la perte du lien radio et d’autre part les dégradations de qualité qu’entraine le changement de lien.
  36. 36. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 30 III.2.1.3 Roaming Le Roaming (Itinérance) ou Handover pour le standard 802.11r, concerne la gestion de la localisation en déplaçant à un autre réseau PLMN (Public Land Mobile Network). Proposé par les opérateurs de téléphonie mobile le Roaming permet aux abonnés de pouvoir appeler et être appelés, envoyer et recevoir des SMS, accéder à leurs services USSD et leurs services à valeur ajoutée, accéder à leurs services Internet/Intranet en étant pris en charge par un opérateur. Pour ce faire plusieurs accords de Roaming doivent être signés entre l’operateur nominal et l’operateur visité afin de permettre au client d’accéder à l’ensemble de ses services parmi lesquels :  L’accord de Roaming GSM permet à un abonné d’accéder à ses services de base et services complémentaires depuis un réseau visité ;  L’accord de Roaming GPRS permet à un abonné d’accéder à ses services Internet et ou Intranet depuis un réseau visité ;  L’accord de Roaming CAMEL permet à un client d’accéder à ses services à valeur ajoutée tels que les services prepaid et VPN (réseau privé virtuel) et certains numéros courts comme celui de la boite vocale depuis un réseau visité ;  L’accord de Roaming SMS (Short Message Service) permet à un client d’émettre et de recevoir des SMS depuis un réseau visité ;  L’accord de Roaming MMS permet à un client d’émettre et de recevoir des MMS depuis un réseau visité ; Figure17 : Connectivité entre réseaux mobiles 2G/3G Pour permettre un Roaming la structure suivante doit être mise en place : Connectivité entre réseaux mobile 2G/3G : qui consiste en des liens de signalisation(A), des liens d’interconnexion pour la voix(B) et des liens d’interconnexion pour le transport des paquets IP(C) ; Accord : afin de permettre aux abonnés l’itinérance et l’usage de ses services depuis le réseau visité les deux réseaux signe un accord de Roaming. Facturation : des tickets d’usage pour tous les services utilisés par un roamer depuis le réseau visité qui sont adressés au réseau nominal ;
  37. 37. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 31 Test : des tests d’interfonctionnement sont réalisés pour assurer que les abonnés puisse accéder à tous les services fournis par l’accord de Roaming ; Services de Roaming : les services que les roamer accède depuis le réseau visité ; III.2.1.4 Les processus de mobilité Le processus de la mobilité entraine le mécanisme de sélection de cellules celui-ci permet à une station de base de laisser un UE choisir une cellule du réseau pour enregistrer les informations diffusées par le réseau, le mobile doit être prêt à se connecter au réseau dans le cas où une communication doit être établie, signaler ses déplacements au réseau. Le mobile en veille doit écouter en permanence des stations de base du voisinage, dans le cas ou plusieurs réseaux peuvent être sélectionnés des opérateurs concurrents peuvent se partager les mêmes zones, le mobile peut choisir un réseau prioritaire. Dans une zone de localisation constituée de quelques cellules, a l’initialisation du mobile (UE) l’enregistrement dans la zone commence, le réseau suit le mobile au cours de son itinérance par des messages de recherche (paging), le mobile effectue ses mises à jour de localisation à chaque changement de cellule à l’aide de l’identifiant d’une cellule en question s’il y a aucune communication, une mise à jour de localisation ou un appel n’a été effectuée pendant une période déterminée, le mobile déclenche une mise à jour de localisation pour signaler qu’il est toujours présent et en état de veille Les informations de localisation telle que le numéro identifiant, le type de service sont stockées dans les bases des données. On distingue deux types de base de données intervenant aux processus de la mobilité :  La base des données nominale (HLR : Home Location Register) : base qui enregistre toutes les informations d’un abonné ;  La base des données visiteurs (VLR : Visitor Location Register) : stockent les informations concernant tous les mobiles dans les zones de localisation. Ainsi, la structure de la base des données peut être centralisée, distribuée ou hybride. Les échanges entre ceux-ci (bases des données) sont organisés par signalisation. En fin la gestion de la mobilité consiste à concevoir un processus de handover ou localisation ou association lié à plusieurs parties d’un réseau détection de qualité de lien, sélection de cellules, signalisation, gestion de la base de données. III.2.1.5 Les protocoles de gestion de la mobilité MDHO (Macro Diversity Handover) Durant le Handover, le MDHO (Macro Diversity Handover) permet à l’UE de se connecter aux NodeBs voisines appartenant à une liste de BSs (Diversity Set) maintenue par l’UE avant d’interrompre la connexion avec l’ancien NodeB. Dans ce cas l’UE communique avec plusieurs NodeBs en même temps. Contrairement au Hard Handover, ce mécanisme utilise beaucoup de ressources radio vu qu’il se connecte à plusieurs BSs en même temps, mais il permet d’éviter l’interruption du service au cours du Handover. Une illustration du mécanisme MDHO.
  38. 38. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 32 Figure18 : mécanisme MDHO Au début, comme avec le mécanisme Hard Handover, l’UE communique ses données avec la BS1, et scrute en même temps le réseau à la recherche de nouveaux signaux. La différence à ce stade avec le Hard Handover, est que quand l’UE détecte un signal de BS supérieur à un seuil déjà fixé, elle ajoute cette BS à la liste des BSs candidats (Diversity Set). Ensuite, quand elle détecte un signal d’une BS qui est déjà dans sa liste de candidates avec une puissance supérieure à celle de son ancienne BS, elle décide de faire le Handover avec la nouvelle (BS2). L’accord sera accompli comme en Hard Handover, sauf que quand l’UE recevra une notification de l’acceptation du Handover par la BS2, il ne se déconnectera pas de l’ancienne BS. L’UE poursuivra donc sa connexion avec la BS1, et se connectera aussi avec la BS2. Il communiquera alors ses données avec les deux BSs en même temps. Par la suite, si le signal d’une BS avec laquelle il est connecté devient inférieur à un autre seuil fixé; une temporisation sera déclenchée. Si elle expire et que le signal de la BS reste inférieur au seuil, l’UE se déconnectera de cette BS, et poursuivra sa communication avec l’autre BS. FBSS (Fast Base Station Switching) Le FBSS (Fast Base Station Switching) est très proche du MDHO dans son principe. Il ajoute une technique qui se résume dans le fait que le mobile peut choisir parmi les BSs avec lesquelles il est connecté une seule qui sera appelée BS ancre (Anchor BS). Il va échanger avec cette BS ancre toutes ses données ainsi que les messages de signalisation. L’UE aura le droit de changer de BS ancre quand il le voudra, à condition qu’il choisisse une nouvelle BS ancre parmi la liste des BSs appartenant à son Diversity Set avec lesquelles il est connecté. Généralement, l’UE change de BS ancre quand cette dernière n’est plus disponible en nombre de connexions ou en ressources, ou bien encore quand le signal d’une autre BS candidate deviendra meilleur que celui de sa BS Ancre courante.
  39. 39. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 33 Figure19 : mécanisme de FBSS Jusqu’à l’étape où l’UE se connecte avec la nouvelle BS, le déroulement est identique à celui du MDHO. Ensuite, l’UE choisit par exemple la nouvelle BS (BS2) comme BS ancre et échange ses données avec elle seule, tout en restant connectée avec l’ancienne BS (BS1) mais sans échange de données avec cette dernière. Si par exemple après un certain temps, la MS se ré- déplace dans la direction de l’ancienne BS, et que le signal de cette dernière redevient meilleur que celui de la nouvelle BS, la MS peut ré-choisir l’ancienne BS comme BS ancre. La procédure de déconnexion est semblable à celle de MDHO. Mobile IPv6 Actuellement, la mobilité utilisant le protocole IPv4 avec les mécanismes MIPv4 et PMIPv4 souffre d’un problème important qui consiste à l’échange triangulaire au cours d’une communication. Cette méthode oblige les paquets de passer par l’agent mère de l’utilisateur avant d’arriver au correspondant, ce qui augmente forcément le délai. MIPv6 a été proposé pour résoudre ce problème grâce à un système de correspondance d’adresses qui permet à l’agent mère de l’utilisateur en mobilité d’envoyer sa nouvelle adresse à son correspondant. Et son correspondant pourra le contacter directement grâce à cette adresse via un tunnel qu’il créera pour cela. SIP SIP (Session Initiation Protocol) est un protocole de signalisation de niveau application. Il permet l’établissement, la libération et la modification des sessions multimédias. Il s’appuie sur un modèle client/serveur et propose l’adressage URL SIP (Uniform Resource Locator) qui ressemble à une adresse E-mail. Donc un utilisateur du protocole SIP est joignable grâce sont URL SIP. SIP a été étendu afin de prendre en charge de nombreux services tels que la présence, la messagerie instantanée (similaire au service SMS dans les réseaux mobiles), le transfert d’appel, la conférence, les services complémentaires de téléphonie, etc.
  40. 40. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 34 SIP a été retenu par le 3GPP pour l’architecture IMS (IP Multimedia Subsystem) comme protocole pour le contrôle de session et le contrôle de service. Il remplacera à terme les protocoles ISUP (utilisé pour le contrôle d’appel dans le Réseau Téléphonique Commuté) et INAP (utilisé pour le contrôle de service dans l’architecture Réseau Intelligent). Le protocole SIP n’est qu’un protocole de signalisation. Une fois la session établie, les participants de la session s’échangent directement leur trafic audio/vidéo à travers le protocole RTP (Real-Time Transport Protocol). Par ailleurs, SIP n’est pas un protocole de réservation de ressources, il ne peut donc pas assurer la Qos. Il s’agit d’un protocole de contrôle d’appel et non de contrôle du média. Il a été conçu pour transmettre des messages de signalisation courts afin d’établir, maintenir et libérer des sessions multimédia. SIP définit plusieurs types d’entités: le client et les serveurs. Les entités serveurs sont :  Le serveur proxy (Proxy server) : reçoit des requêtes de clients qu’il traite lui-même ou qu’il achemine à d’autres serveurs après avoir éventuellement réalisé certaines modifications sur ces requêtes.  Le serveur de redirection (Redirect server) : serveur qui accepte des requêtes SIP, traduit l'adresse SIP de destination en une ou plusieurs adresses réseau et les retournes au client.  L’enregistreur (Registrar) : serveur qui accepte les requêtes d’enregistrement. L’entité client est :  L’agent utilisateur (UA, User Agent) : application installée sur l’équipement de l’utilisateur afin de permettre l’échange des requêtes SIP avec l’extérieur. Au cours de la mobilité d’un utilisateur (MH : Mobile Host) partageant une communication SIP avec un nœud correspondant (CN), et quand le MH va changer de cellule à une autre, il doit obligatoirement mettre à jour sa session SIP avec le CN en changeant d’adresse IP. Pour cela, le MH doit contacter un proxy SIP (SIP Outbound Proxy) dans le réseau visité, et ce dernier lui attribuera une adresse IP selon les disponibilités. Et dans ce cas, le MH pourra continuer sa session SIP avec le CN. III.2.2 Gestion de la Qos La croissance importante de l’internet et des communications mobile sans fil a conduit à l’apparition des systèmes réseautiques mobile des prochaines générations qui sont supposés être des plates-formes multiservices supportant voix, vidéo, et services des données a des hauts débits. En effet l’évolution des réseaux mobiles dans le sens d’offrir cette multitude de services aux usagers mobiles ne réussira pas sans une bonne gestion de la qualité de service. L’introduction d’un nouveau réseau de cœur à commutation de paquets dans le système cellulaire assure, en plus de l’utilisation optimale des ressources, le transport des nouveaux services multimédia à faible coût. Mais, pour assurer le bon fonctionnement de ces services émergents, il est indispensable de fournir une plate-forme de support de Qos dont l’architecture, les classes, les attributs seront détaillées dans ce qui suit. III.2.2.1 Architecture de la Qos du réseau UMTS
  41. 41. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 35 La qualité de service est un ensemble de besoins de service qui doivent être satisfaits par le réseau tout au long du transport des flux de trafic de la source a la destination. Les attributs définitionnels de la Qos s’effectuent en termes de débit binaire garanti, taux d’erreur binaire, délai et gigue. Souvent, la Qos s’effectue par allocation de ressources, ce qui va introduire la notion de gestion de ressources en utilisant des services support, des protocoles de réservation ainsi que des mécanismes de différenciation. Contrairement aux services de liaison de données qui sont généralement considérés point à point ou point à multipoint, les services réseau sont établis de bout en bout, c'est-à-dire, d’un équipement terminal (TE) à un autre. Le flot de communication de bout en bout de ces services réseaux traverse différents types de réseaux offrant différents Qos à l’usager. Pour assurer un certain niveau de Qos, des Bearer Service (BS) ou services support des paramètres et des fonctionnalités bien définis, doivent être établis entre la source et la destination d’un service réseau donné. Un service support doit avoir la capacité de fournir la Qos contractée entre un usager et un réseau ou entre un domaine réseau et un autre domaine réseau adjacent. Ceci est essentiellement réalisé par des mécanismes tels que le contrôle de signalisation, le transport sur le plan usager, et les différentes fonctionnalités de gestion de Qos. Une architecture en couches des services support est illustrée, chaque service support d’une couche spécifique offre ces services particuliers en utilisant les services fournis par les couches inférieures. Figure23 : Architecture fonctionnelle de la Qos UMTS III.2.2.2 Services support UMTS Le trafic d’un équipement terminal TE à un autre TE doit passer par différents supports de service du réseau. Le service de bout en bout de la couche application utilise une combinaison d’un ensemble de trois services support des couches inférieures : un service support local qui réside dans le TE/MT et qui définit ses capacités locales de Qos, un service support UMTS et un service support externe. Dans cette section, nous nous intéressons au service support UMTS vu que c’est la composante qui fournit la Qos UMTS. Le service support UMTS est constitué de deux sous-composantes : le service support d’accès radio ou Radio
  42. 42. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 36 Access Bearer (RAB) et le service support du réseau de cœur ou Core Network Bearer (CNB). Les deux services utilisent des méthodes optimisées pour fournir le service support UMTS au- dessus des topologies cellulaires respectives, en prenant en considération des aspects tel que la mobilité et le profil des usagers mobiles. III.2.2.2.1 Service support d’accès radio Le RAB (Radio Access Bearer) assure le transport confidentiel de la signalisation et des données usager entre le terminal mobile MT et le nœud périphérique du CN (interface Iu ou point d’interconnexion entre RNC et CN) avec une Qos conforme au service support UMTS négocié. Pour cela, il utilise des techniques spécifiques comme le contrôle de puissance ou le contrôle d’admission radio qui tient compte des différents profils de Qos (ensemble des attributs du service support UMTS). En plus, le service RAB est basé sur les caractéristiques spécifiques de l’interface radio et doit être maintenu tout au long du mouvement d’un terminal mobile. Pour supporter différents niveaux de protection contre les erreurs, le réseau d’accès terrestre UTRAN et l’UE ont la capacité de segmenter et de réassembler des flots d’usagers en différents sous- flots à la demande du service support radio. Ce service support radio traite différemment les sous-flots d’un même flot usager, de manière à assurer les exigences en fiabilité spécifiques à chaque sous-flot. Ces exigences en fiabilité, tel que le format exact d’une unité de données de service (SDU), sont sujettes à une signalisation préalable avec l’UTRAN à la phase d’établissement du RAB en utilisant des attributs standardisés. Le service support Iu, en utilisant le service support physique, offre un transport entre UTRAN et CN avec différents autres services assurant une variété de niveaux de Qos. III.2.2.2.2 Service support du réseau de cœur Le service support du réseau de cœur connecte le nœud périphérique du CN avec la passerelle du CN jusqu’au réseau externe. Le rôle de ce service est de contrôler et d’utiliser efficacement le réseau de cœur UMTS afin d’offrir le service support UMTS. De plus, une intégration suffisamment efficace est effectuée au niveau de toutes les couches existantes en chaque point de multiplexage traversé, c'est-à-dire dans chaque nœud UMTS du réseau de cœur. Le transfert asynchrone propre aux réseaux en mode paquet actuels perd la structure temporelle du flux et introduit un délai et une gigue aléatoires. Pour éviter les engorgements, problème important dans les réseaux à commutation de paquets, on augmente souvent la capacité des mémoires tampon au niveau des files des routeurs. Cette technique, utilisée dans les nœuds UMTS, peut toutefois introduire des retards inacceptables pour les applications en temps réel tel que la téléphonie sur IP. III.2.2.2.2.1 La technologie ATM L'Asynchrones Transfer Mode communément appelé ATM est un mode de transfert, caractérisé par la transmission de données à commutation de cellules avec un mode de multiplexage par répartition dans le temps asynchrone. L'unité de transmission de données sur ATM est basée sur des cellules de taille fixe. ATM est un protocole dit « asynchrone » car les cellules ATM sont envoyées de manière asynchrone, en fonction des données à transmettre, mais sont insérées dans le flux de données synchrones d'un protocole de niveau inférieur pour leur transport. Dans le réseau UMTS, ATM est utilisé dans la couche réseau de transport du
  43. 43. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 37 réseau. Ce choix repose sur deux propriétés essentielles de l'ATM, notamment avec la possibilité de transmettre des trafics à débit variable aussi bien pour les services du domaine PS que pour les services du domaine CS. Ce qui est particulièrement utile pour l'UMTS étant donné la grande variété des services offerts. L'utilisation de cellules ATM permet aussi la possibilité de conserver la qualité de service requise pour les données transportées, et ce suivant chaque classe de service. III.2.2.3 Les classes de Qos dans l’UMTS Le projet de partenariat de troisième génération (3GPP) définit quatre classes de Qos pour l’UMTS : la classe conversationnelle, la classe d’écoulement ou à flux continu, la classe interactive et la classe d’arrière-plan. Le facteur distinctif principal de ces classes est la sensibilité du trafic aux délais. La classe conversationnelle La voix téléphonique est le service d’utilisation le plus connu pour cette classe. Toutefois, avec l’émergence des services multimédia sur Internet, beaucoup d’autres nouvelles applications peuvent profiter de cette classe, comme la voix sur IP et la visioconférence. La conversation temps réel est souvent effectuée entre des paires de terminaux humains. C’est le seul schéma pour lequel les caractéristiques requises sont données exclusivement par la perception humaine. En effet, le délai maximal de transfert est sujet à la perception humaine de la conversation vidéo et audio. Par conséquent, la limite du délai de transfert pour cette classe est non seulement significativement basse mais aussi plus stricte que le délai d’aller-retour du trafic de la classe interactive. La classe a écoulement (streaming) Cette classe est prévue pour les flux temps réel audio ou vidéo. Généralement, un flux temps réel est transféré à l’intention d’une destination ayant une présence humaine et, contrairement à la classe conversationnelle dont le flux de données est bidirectionnel, le flux de données de la classe d’écoulement est unidirectionnel. Ce schéma de trafic est l’un des nouveaux venus dans les réseaux de communications soulevant un certain nombre de nouvelles exigences non seulement dans les réseaux de communication mais aussi dans les systèmes de télécommunications. La variation de délai d’un flux de bout en bout doit être limitée, afin de préserver la relation temporelle (variation) entre les entités de données du flux, malgré qu’il n’y ait aucune exigence sur le niveau exact du délai de transfert. Toutefois, comme le flux est temporellement aligné au bout récepteur (par des techniques de mise en mémoire tampon dans l’équipement usager), la plus haute variation de délai acceptable à travers le médium de transmission est donnée par la capacité de la fonction d’alignement temporel au niveau de l’application. Ainsi, la variation de délai acceptable est beaucoup plus importante que celle exigée par les limites de la perception humaine. La classe interactive
  44. 44. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 38 Cette classe s’applique lorsqu’une machine ou un usager lance une requête de données vers un équipement tel qu’un serveur web. Le trafic interactif est un autre schéma classique des communications de données caractérisé essentiellement par le délai d’aller-retour d’une requête réponse. Une autre caractéristique de ce genre de trafic est la transparence dans le transfert du contenu des paquets de données en assurant un taux d’erreur binaire (BER) très faible. La classe d’arrière-plan (background) Cette classe s’applique quand l’usager ou encore une machine envoie et reçoit des fichiers de données en arrière-plan. Courriels, SMS, téléchargement de base de données et réception d’enregistrements de mesures sont quelques-uns des différents services qui peuvent être délivrés par la classe d’arrière-plan. Ce genre de trafic est caractérisé essentiellement par le fait que la destination n’est pas en attente d’une réponse jusqu’à un certain temps. Ce qui fait que le trafic de cette classe est le moins sensible aux délais. Toutefois, la transparence dans le transfert du contenu des paquets doit être assurée par des mécanismes de contrôle d’erreurs. III.2.2.4 Les attributs de Qos dans l’UMTS Ces attributs décrivent le service fourni par le réseau UMTS à l’usager d’un service support UMTS. Un ensemble d’attributs de Qos ou encore un profil de Qos définit ce service. En effet, à l’établissement ou à la modification d’un service support, on doit tenir compte de la disponibilité de plusieurs profils de Qos. Débit maximum : Le débit binaire maximale défini le nombre maximal de bits fournis par le réseau UMTS en un point du réseau tout au long d’une période de temps donnée, divisé par la durée de cette période. Débit garanti : Le débit binaire garanti défini le nombre garanti de bits fournis par le réseau UMTS en un point du réseau tout au long d’une période de temps donnée, divisé par la durée de cette période. Les attributs de délai et de fiabilité discutés ne sont garantis que si le trafic n’excède pas le débit binaire garanti. Délai de transfert : Le délai de transfert (msec) indique le délai maximal de la distribution du délai pour toutes les SDUs livrées durant la durée de vie du support de service (5% des SDUs livrées pendant cette durée peuvent ne pas satisfaire cette contrainte de délai maximal). Le délai d’une SDU est défini comme le temps écoulé entre la requête de transfert du SDU en un bout du réseau et sa livraison à l’autre bout du réseau. Ordre de livraison : L’ordre de livraison Indique si le support UMTS doit livrer les SDUs dans le bon ordre de séquence ou non. Taux d’erreur : Le taux d’erreur binaire résiduel indique le taux d’erreur binaire indétectable dans les SDUs livrées.
  45. 45. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 39 Classe de trafic : La classe de trafic est définie comme le type d’application pour lequel le service support UMTS est optimisé. On distingue : Conversationnelle, à écoulement, interactive ou d’arrière-plan. Priorité de traitement de trafic : La priorité de traitement du trafic spécifie l’importance relative du traitement de toutes les SDUs appartenant à un support UMTS par rapport à ceux appartenant à d’autres supports. Priorité de rétention et d’allocation : La priorité d’allocation et de rétention spécifie l’importance relative de l’allocation et de la rétention d’un support UMTS par rapport aux autres. Les descripteurs de statistiques sur la source : Le descripteur de statistiques sur la source (voix/inconnu) spécifie les caractéristiques de la source des SDUs. Taille maximale de SDU : La taille maximale du SDU (octets) c’est la taille maximale permise d’une unité de données de service. Taux d’erreur de SDU : Le taux d’erreur binaire indique la fraction de SDUs perdues ou erronées. Cet attribut n’est défini que pour le trafic conforme. Livraison de SDU : Livraison des SDUs erronées (oui/non) : indique si les SDUs erronées sont livrées ou rejetées. III.2.2.5 Modèle Intserv Le modèle IntServ définit des mécanismes qui contrôlent le niveau de Qos fourni par le réseau à des applications nécessitant une garantie de service beaucoup plus stricte que celle fournie par le service best effort. L’architecture IntServ suppose que des mécanismes d'établissement de services sont utilisés explicitement pour transmettre les informations de Qos aux routeurs impliqués dans un chemin origine/destination. Ces mécanismes permettent à chaque flux de demander un niveau de Qos particulier, le protocole de réservation de ressources RSVP étant le plus utilisé de ces mécanismes. Le RSVP établit et maintient un état logiciel entre les nœuds constituants le chemin emprunté par les paquets. Cet état logiciel est caractérisé par des messages périodiques de rafraîchissement envoyés le long du chemin pour maintenir l'état de réservation. Au niveau technique, la réservation de ressources par flux présente des difficultés d’implémentation et des limitations de déploiement. Le déploiement à grande échelle de RSVP se heurte à la difficulté de gérer un grand nombre d’utilisateurs (scalability). Plus il y a d’utilisateurs de IntServ/RSVP, plus il y a d’états à créer et maintenir pour des destinations différentes à chaque fois. Le coût introduit par la gestion des états et l’ordonnancement par flux peut entraîner une réduction considérable de leur performance.
  46. 46. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 40 III.2.2.6 Modèle DiffServ L'IETF a créé en 1997 le groupe DiffServ (Differentiated Services) qui bénéficie des travaux d’IntServ et tente de dépasser les difficultés rencontrées dans le modèle IntServ. Le modèle DiffServ introduit la notion de l’agrégation des flux en quelques classes offrant des services spécifiques par agrégat (per Aggregate), il n'offre aucune garantie sur les flux individuels. Dans ce modèle il n’y a pas de réservation de ressources à travers les nœuds, tel que IntServ, mais un traitement différencié, appelé PHB (Per Hop Behavior) qui est basé sur la priorité par classe pour répondre à la Qos demandée. Autre que le best effort, deux services sont définis: Expédié (Expedited Forwarding) et assuré (Assured Forwarding). L'architecture générique pour un domaine DiffServ fait la distinction entre le système qui constitue le cœur du réseau ou routeurs internes du domaine, et les systèmes réalisant l'accès aux réseaux terminaux (edge) ou routeurs de frontière du domaine. La fonction principale des routeurs constituant le cœur consistent à acheminer les paquets aussi vite que possible selon la priorité de la classe du paquet, cette priorité est traduite par l'étiquette du champ DS (DiffServ) de l'en- tête IP. Les routeurs d'accès se chargent des fonctions de conditionnement, de contrôle d'intégrité et d'admission des paquets dans le réseau. III.3 Etude de cas L’ingénierie du réseau UMTS est une tâche délicate qui dépend de bons nombres de considérations : La qualité de service requise, les objectifs marketings, les conditions géographiques et morphologiques tant de facteurs qui font varier ces considérations d'un pays à un autre, et tous sont d'égale importance quant à l'établissement d'un réseau performant. Cette étude porte sur un réseau d’opérateur, basée sur des hypothèses réalistes (suite au manque des données concret), ainsi que des cas réel du réseau d’opérateur. Dans la suite nous nous consacrons sur une zone géographique couvrant deux (2) communes de Dakar notamment Fann et Dakar_Plateau. Notre zone d'étude s'étend sur une superficie d’environ 12 km2 et on estime que la population avoisine les 10 884 habitants. Les deux(2) communes de Dakar présentent beaucoup de zones d'habitation car on y trouve de nombreux immeubles, plusieurs quartiers résidentiels, quelques espaces verts ainsi que des axes routiers. Chaque zone a ses propres caractéristiques. On estime que la densité de population à desservir par notre opérateur représente 30% du marché et se répartit suivant les zones. III.3.1 Présentation d’un réseau d’opérateur Un opérateur de réseau mobile est une compagnie de télécommunication qui propose des services de téléphonie mobile ou d’accès mobile à Internet. L'opérateur fournit une carte SIM au client qui l'insère dans son téléphone mobile ou sa tablette tactile… pour avoir accès au réseau cellulaire de l’opérateur (GSM, GPRS, UMTS, ou LTE…) avec une garanti de la qualité de service offert.
  47. 47. Chapitre IIIConcepts de base de l’ingénierie Et Etude de cas Gestion de la mobilité et de la Qos Chez un opérateur de téléphonie mobile mmahamatkachallah@yahoo.fr 41 L’opérateur de réseau mobile est également chargé, du marketing, de la commercialisation, de la facturation et de l'assistance à sa clientèle ; toutefois, un opérateur peut externaliser n'importe laquelle de ces fonctions et être encore considéré comme un opérateur de réseau mobile. La téléphonie mobile est structurée autour de deux (2) types principaux d'opérateurs de réseau mobile : les opérateurs classiques (possédant leur propre réseau mobile) appelés aussi MNO (Mobile Network Operators), et les opérateurs virtuels MVNO (Mobile Virtual Network Operators) ; par exemple au Sénégal on a:  trois opérateurs classiques : Orange, Tigo, Expresso;  un opérateur de réseau mobile virtuels, appelé Kiréne qui utilise le réseau de Orange ; Les opérateurs virtuels utilisent en itinérance le réseau d’un des opérateurs qui disposent d’un réseau physique et de fréquences hertziennes attribuées par l'autorité du pays. Le choix de l’opérateur de rattachement des MVNO peut changer en fonction des accords commerciaux entre les sociétés concernées. Chaque opérateur, classique ou virtuel peut commercialiser des offres sous une ou plusieurs marques. III.3.2 Architecture d’un réseau d’operateur Le réseau d’opérateur qu’on a choisi est découpé en plusieurs niveaux à partir du centre de transit international. Pour assurer une couverture mobile dans tout le territoire Sénégalais l’operateur dispose actuellement de :  Cinq(5) MSCs NGN de type Huwaeï,  Deux(2) NgHLRs Alcatel,  Deux(2) STPs de type TEKELEC. Du côté plateforme de service il déploie :  Deux(2) SMSC,  Deux(2) VMS,  Deux(2) CRBT,  Un(1) USSD,  Deux(2) SGSN et deux GGSN pour le domaine Packet,  Deux(2) IN. Ces équipements représentent en général le cœur du réseau mobile de l’operateur. Au niveau Radio l’operateur dispose :  Une centaine de BSC (Base Station Controller)  Des centaines BTS,

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