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RESEAUX ET TELECOMMUNICATIONS
Multimédia
THÈME
L'UMTS
La gestion des instabilités de l'interface
Iub.
Cas d'ORANGE SENEGAL
Sous la direction de
Présenté et soutenu par
Antoine GNANSOUNOU Enseignant - Formateur
Mamadou Lamine NDIAYE
Promotion 2010 - 2012
Décembre 2012
Mémoire de fin de cycle - Master 2
Dédicaces
Mamadou Lamine NDIAYE
Dédicaces
Je dédie ce mémoire :
A ma chère mère et très grande amie
qui a toujours été présente et qui s'est toujours battue
pour ma réussite,
A ma grand- mère pour avoir toujours cru en
moi,
A mon père pour tout son soutien,
A mes frères et soeurs qui m'ont soutenu et ont
toujours été présents, A ma tante Fanta GASSAMA, pour tous
ses conseils et prières,
A tous mes amis pour leur soutien permanent,
A tous les étudiants de ma promotion.
I
Gestion des instabilités Iub et qualité de
service sur l'accès 3G de la SONATEL
Mémoire de fin de cycle - Master 2
Remerciements
Mamadou Lamine NDIAYE
Remerciements
J'adresse mes remerciements les plus chaleureux à
:
Mes parents pour tous les sacrifices qu'ils ont eu
à faire pour la réussite de mes études,
Le Tout Miséricordieux ALLAH qui m'a permis de
vivre jusqu'à ce jour,
Mes très chers Parents,
pour TOUT.
Le chef de département ERT Mr Moustapha NDAO, de
m'avoir accepté et accueilli au
sein de son département,
Les chefs de service, Mr Pape Bakary DIEDHIOU, Mr Daouda
NIAKH ainsi que
Mr FOFANA, pour m'avoir accueilli dans leurs
services,
Mon directeur de mémoire Mr Antoine GNANSOUNOU pour
m'avoir encadré et
éclairé dans ce travail,
Mon maître de stage Mr Abdou THIAM, pour son
encadrement et sa disponibilité,
Toute l'équipe de la supervision radio,
transmission, commutation et IP, pour leur
accueil, leur disponibilité ainsi que les
éclaircissements apportées à ce travail,
Mr Mamadou DIOP, ingénieur support radio, pour sa
disponibilité et ses
éclaircissements,
Mr BASSENE ainsi que toute l'équipe du pôle
d'intervention pour m'avoir fait
découvrir le terrain,
Mr Alpha Mamadou BARRY, responsable du cycle Master de
l'ESMT,
Tout le corps professoral et administratif de l'ESMT pour
m'avoir formé et encadré
durant toutes ces années,
Aux amis et proches pour leur soutien permanent,
A tous les camarades de promotion,
A toute personne, qui de près ou de loin a
contribué à l'élaboration de ce document.
II
Gestion des instabilités Iub et qualité de
service sur l'accès 3G de la SONATEL
Mémoire de fin de cycle - Master 2
Avant-propos
Mamadou Lamine NDIAYE
Avant-propos
L'école Supérieure Multinationale des
Télécommunications (ESMT) dispose, de par son histoire, d'un
énorme capital d'expériences dans le domaine de la formation de
techniciens et de cadres pour les pays de la sous-région ouest-africaine
et bien au-delà. C'est le socle principal sur lequel se fonde sa
notoriété, renforcée par la qualité de ses
enseignements qui a fini de faire d'elle, une école de
référence dans le domaine des
Télécommunications/TIC et qui s'est vue attribuer le titre de
1er centre d'excellence de l'IUT ainsi que le prix de la meilleure
institution de formation en Télécommunications/TIC dans le cadre
de l'UEMOA IT Awards 2012.
L'ESMT est un établissement âgé d'une
trentaine d'années qui a pour mission d'assurer une formation de
qualité dans les domaines des télécommunications, de
l'informatique et de la téléinformatique à des techniciens
et ingénieurs tant sur la partie théorique que pratique afin que
ceux-ci puissent répondre aux exigences du marché de l'emploi.
Au terme de chaque cycle de formation un stage en entreprise
est exigé à chaque étudiant afin de lui permettre de
confronter les connaissances acquises aux réalités du monde
professionnel. C'est dans cette optique que ce présent mémoire a
été élaboré pour l'obtention du diplôme de
Master professionnel en Réseaux et Télécommunications
spécialité multimédia.
Ce travail est porté sur la troisième
génération des réseaux cellulaires ainsi que la
synchronisation de l'interface Iub. Le stage effectué à la
SONATEL dans le département des réseaux et systèmes
d'information (DRSI) a permis de bien mener ce travail de recherche.
III
Gestion des instabilités Iub et qualité de
service sur l'accès 3G de la SONATEL
Mémoire de fin de cycle - Master 2 Table
des matières
Mamadou Lamine NDIAYE
Table des matières
Dédicaces I
Remerciements II
Avant-propos III
Table des matières IV
Liste des figures VII
Résumé 1
Présentation de la SONATEL 2
I. Historique 2
II. Activités 2
III. Organigramme 3
IV. La Supervision Réseau Radio (SRR) 4
Approche Problématique 5
Introduction 6
Chapitre I : Généralités sur l'UMTS 7
I.1 - Présentation générale du
réseau UMTS 8
I.1.1 - Hiérarchie des cellules UMTS 9
I.1.2 - Classes de service 9
I.1.3 - Technologies d'accès 10
I.2 - Architecture de L'UMTS 12
I.2.1 - Equipement usager (UE, User Equipment) 12
I.2.2 - Le réseau d'accès (UTRAN) 13
I.2.3 - Le coeur du réseau UMTS (Core Network) 16
I.3 - Les interfaces de l'UTRAN 18
I.3.1 - L'interface Cu 19
I.3.2 - L'interface Uu 19
IV
Gestion des instabilités Iub et qualité de
service sur l'accès 3G de la SONATEL
Mémoire de fin de cycle - Master 2 Table
des matières
Mamadou Lamine NDIAYE
I.3.2.A - Les couches de l'interface Uu 20
I.3.2.B - Les canaux de l'interface Uu 21
I.3.3 - L'interface Iu (Iub, Iur, IuPS et IuCS) 23
Chapitre II : Généralités sur l'interface
Iub 26
II.1 - Généralités sur les protocoles de
transport de l'UTRAN 27
II.1.1 - Généralités sur l'ATM 27
II.1.2 - Généralités sur l'Internet Protocol
30
II.2 - L'interface Iub 32
II.2.1 - La couche réseau de transport 34
II.2.1.A - Transport sur ATM 34
II.2.1.B - Transport sur IP 40
II.2.2 - La couche réseau radio 43
II.2.3 - Iub Hybride 44
Chapitre III : L'interface Iub dans l'UTRAN de la SONATEL 47
III.1 - Les équipements de l'UTRAN de la SONATEL 48
III.1.1 - Le Node B 48
III.1.2 - Le RNC 50
III.2 - L'interface Iub dans l'UTRAN de la SONATEL 51
III.2.1 - Architectures de l'interface Iub sous ATM 51
III.2.2 - Architecture de l'interface Iub sous IP 54
III.3 - La supervision de l'interface Iub 57
III.3.1 - Description du M2000 (Huaweï) 58
III.3.2 - Les alarmes du M2000 (Huaweï) 59
Chapitre IV : Instabilités de l'interface Iub et QoS dans
l'UTRAN de la SONATEL 63
IV.1 - La synchronisation dans le réseau d'accès 3G
de la SONATEL 64
IV.1.1 - Description 64
IV.1.2 - Les causes liées à la perte de
synchronisation 65
IV.2 - Solutions à la perte de synchronisation du
réseau 3G 66
V
Gestion des instabilités Iub et qualité de
service sur l'accès 3G de la SONATEL
Mémoire de fin de cycle - Master 2 Table
des matières
Mamadou Lamine NDIAYE
IV.2.1 - Section des paires de cuivre 66
IV.2.2 - Régénération du signal d'horloge
67
IV.3 - Perspectives d'avenir 70
IV.3.1 - Synchronous Ethernet (Sync-E) 70
IV.3.2 - Network Timing Reference 73
IV.3.3 - SDH NG (Next Generation) 73
Conclusion 77
Liste des acronymes i
Références Bibliographiques vii
ANNEXES ix
VI
Gestion des instabilités Iub et qualité de
service sur l'accès 3G de la SONATEL
Mémoire de fin de cycle - Master 2 Liste
des figures
Mamadou Lamine NDIAYE
Liste des figures
Figure 1: Organigramme simplifié de la SONATEL 4
Figure 2: Hiérarchie des cellules UMTS. 9
Figure 3: Technologies d'accès de l'UMTS. 11
Figure 4: Architecture globale de l'UMTS. 12
Figure 5: Architecture du réseau d'accès de
l'UMTS. 13
Figure 6: Handover et macro-diversité dans l'UMTS 15
Figure 7: Architecture du coeur de réseau de l'UMTS.
18
Figure 8: Structure en couches de l'interface radio 19
Figure 9: Structure en couches des interfaces réseaux
de l'UTRAN 24
Figure 10: Structure générale d'une cellule ATM.
28
Figure 11: Structure du modèle de
référence d'ATM 30
Figure 12: Format de base d'une adresse IPv4 31
Figure 13: Principe du routage IP 32
Figure 14: Structure en couches de l'interface Iub suivant ATM
et IP 33
Figure 15: Structure en couche de l'interface Iub basée
sur ATM 34
Figure 16: Principe de segmentation en cellules ATM 36
Figure 17: Structure en couches du SAAL-UNI. 39
Figure 18: Structure en couches de l'interface Iub
basée sur IP 40
Figure 19: Interfonctionnement ATM et IP avec Dual Stack 45
Figure 20: Interfonctionnement ATM et IP avec IWU 46
Figure 21: Les différentes cartes du BBU3900 49
Figure 22: Le DBS3900 de Huaweï. 49
Figure 23: Le BSC6810 de Huaweï 50
Figure 24: Les cartes du BSC6810 de Huaweï. 50
Figure 25: Interface Iub par raccordement direct 52
Figure 26: Interface Iub par prolongement SHDSL 53
Figure 27: Interface Iub par prolongement FH. 54
Figure 28: Interface Iub hybride par prolongement FH. 55
Figure 29: Interface Iub hybride par prolongement SHDSL.
56
Figure 30: Interface Iub basée sur IP 57
VII
Gestion des instabilités Iub et qualité de
service sur l'accès 3G de la SONATEL
Mémoire de fin de cycle - Master 2 Liste
des figures
Mamadou Lamine NDIAYE
Figure 31: Architecture du M2000 Huaweï 59
Figure 32: Filtre des natures d'alarmes sur M2000 pour les
cellules 3G hors services. 60
Figure 33: Alarmes des cellules 3G hors services 61
Figure 34: Distribution de l'horloge dans l'UTRAN de la
SONATEL. 65
Figure 35: Boucle locale du réseau d'accès.
66
Figure 36: Chaîne de référence du
réseau de synchronisation SDH. 67
Figure 37: Distribution des signaux d'horloge dans un
réseau SDH 69
Figure 38: Réseau de Synchronisation SDH et SyncE
unifié 72
Figure 39: Distribution de l'horloge sur SHDSL avec NTR 73
Figure 40: Transport d'un flux de trafic Ethernet sur SDH NG.
75
Figure 41: Interfaces des cartes RINT ix
Figure 42: Visualisation des cartes d'un RNC sur M2000
Huaweï x
Figure 43: Visualisation des cartes d'un Node B sur M2000
Huaweï xi
VII
Gestion des instabilités Iub et qualité de
service sur l'accès 3G de la SONATEL
Mémoire de fin de cycle - Master 2
Résumé
Mamadou Lamine NDIAYE
Résumé
Ce présent travail intitulé Gestion
des instabilités de l'interface Iub, porte sur deux
notions à savoir, l'interface Iub qui représente le maître
mot de cette étude ainsi que la notion de réseau de
synchronisation. Dans les réseaux cellulaires de troisième
génération, l'interface Iub désigne une des interfaces du
réseau d'accès UTRAN qui est en charge d'assurer la liaison entre
le Node B et le RNC. Dans le même contexte, tous les
éléments du réseau d'accès UTRAN doivent être
synchronisés pour que l'acheminement des données puisse se faire
de façon effective.
Dans cette étude l'accent est porté sur les
instabilités liées à la synchronisation de l'interface Iub
dans le cas du réseau d'accès 3G de la SONATEL. Ces inconstances
liées à la synchronisation altèrent la qualité de
service du réseau dans le sens où elles causent des gigues qui
peuvent entrainer des pertes de données.
Ce travail a pour objectif premier de fournir des solutions
pour pallier aux instabilités liées à la perte de
synchronisation du réseau de la SONATEL. Cependant pour une meilleure
perception une étude préalable sera faite sur les
différentes interfaces Iub existantes dans l'UTRAN de la SONATEL ainsi
que les causes liées à leur inconstance commune : La perte de
synchronisation. Dans le même contexte, avec la convergence IP qui est
d'actualité, il a été essentiel de se pencher sur les
moyens mis en oeuvre pour assurer une bonne synchronisation sur un
réseau purement basé sur la technologie Ethernet. Sachant que les
réseaux IP sont asynchrones de nature et que le transport des signaux de
synchronisation n'est pas adapté à ce type de réseau...
1
Gestion des instabilités Iub et qualité de
service sur l'accès 3G de la SONATEL
Mémoire de fin de cycle - Master 2
Présentation de la SONATEL
Mamadou Lamine NDIAYE
Présentation de la SONATEL
I. Historique
Avec plus d'un quart de siècle dans l'exploitation des
télécommunications, un potentiel humain spécialisé,
un parc téléphonique réparti sur tout le territoire
sénégalais, la SONATEL se positionne comme un pôle
incontournable avec des offres de solutions globales de
télécommunications dans les domaines du fixe, du mobile, de
l'Internet, de la télévision et des données au service des
particuliers et des entreprises.
Leader au Sénégal et présente au Mali
depuis 2002, en Guinée Conakry et Guinée Bissau depuis 2007, la
SONATEL est l'opérateur global et sous-régional de
référence. Elle a su construire un réseau moderne,
entièrement numérisé par des boucles de transmission ainsi
que des liaisons internationales par câbles sous-marins à fibres
optiques haut débit. La SONATEL dispose de l'une des bandes passantes
Internet les plus importantes d'Afrique de l'ordre des 5.2 Gigabits/s.
Créée le 23 juillet 1985 par la loi 85-86 qui
lui confère le monopole de l'exploitation des
télécommunications sur l'ensemble du territoire national, la
mission de services publics et une autonomie de gestion dans le cadre d'un
contrat-plan qui le lie à l'Etat pour trois ans renouvelables. La
SONATEL a du modifier ses statuts, dix ans après sa création,
pour s'adapter aux nouveaux environnements des télécommunications
et ouvrir son capital au public, et s'est créée un partenaire
stratégique France -Télécom, choisi suite à un
appel d'offre international. Cette évolution aboutit à
l'émergence d'une nouvelle entité sous la forme juridique d'une
Société Anonyme (S.A), au capital de cinquante milliards de
francs CFA, jouissant du monopole pour l'exploitation sur la
téléphonie fixe, de 1997 à 2004, et soumis à la
concurrence réglementée dans le domaine de la
téléphonie mobile et à une concurrence libre pour tous les
services à valeur ajoutée. En 2006, avec le changement
d'identité visuelle de la SONATEL, elle adoptera la marque commerciale
ORANGE pour les activités du mobile, de l'Internet et de la
télévision. Son siège actuel se site au 46 Boulevard de la
République
II. Activités
Grâce à son réseau moderne,
entièrement numérisé par des boucles de transmission et
des liaisons internationales par câbles sous marins à fibres
optiques haut débit, le groupe
2
Gestion des instabilités Iub et qualité de
service sur l'accès 3G de la SONATEL
Mémoire de fin de cycle - Master 2
Présentation de la SONATEL
Mamadou Lamine NDIAYE
SONATEL demeure une entreprise structurante pour le
développement de l'économie sénégalaise et
participe de manière active à son développement. Au sein
de l'Union Economique et Monétaire Ouest Africaine (UEMOA), le groupe a
fait du Sénégal un hub de trafic sous-régional ainsi qu'un
acteur majeur dans le développement des Télécommunications
en Afrique.
Avec la création de ses 5 filiales, le groupe SONATEL
développe des compétences aux services des particuliers,
professionnels et entreprises. Il s'agit de :
- SONATEL mobile, le leader de la téléphonie
mobile grâce à un maillage du territoire Sénégalais
et son offre attrayant. En effet, elle couvre l'ensemble des capitales
régionales et la quasi-totalité des capitales
départementales, des sites touristiques et villages centres, soit une
couverture de 85 % de la population sénégalaise.
- SONATEL Multimédia, leader sur le marché de
l'Internet au Sénégal. Elle développe des services et des
solutions de qualité répondant aux nécessités de
communications du monde .actuel et intégrant le meilleur de la
technologie. Le portail Sentoo est une vitrine du Sénégal pour
les internautes du monde entier.
Orange Mali, Orange Conakry et Orange Bissau (opérateur
au niveau du mali, de la Guinée Conakry et de la Guinée Bissau),
fruit du partenariat avec France Telecom, qui au moment de la privatisation en
1997 avait pris l'engagement d'appuyer la SONATEL dans son déploiement
en Afrique subsaharienne.
III. Organigramme
Le groupe SONATEL est composé d'une direction
générale, d'une direction générale Adjointe, des
directions de filiales (Orange Mali, Orange Bissau & Orange Guinée)
ainsi que de plusieurs directions comprenant des départements, services
et centres techniques. La direction des réseaux et systèmes
d'information (DRSI) qui nous concerne, est composée en plusieurs
directions parmi lesquelles la direction d'exploitation (DEX) qui est en charge
d'assurer entre autres :
- L'exploitation et la supervision du réseau
- Garantir la qualité de service de bout en bout des
réseaux d'accès
- Assurer la disponibilité et les performances des
systèmes
- Piloter l'intégration opérationnelle
d'exploitation et de supervision du réseau
3
Gestion des instabilités Iub et qualité de
service sur l'accès 3G de la SONATEL
Mémoire de fin de cycle - Master 2
Présentation de la SONATEL
Mamadou Lamine NDIAYE
La direction DEX est aussi composée en
départements et services dont le département ERT (Exploitation
Réseaux et Transport) et le service SRR (Supervision Réseau
Radio), représentant le lieu du stage. Pour une meilleure perception, la
figure qui suit illustre l'organigramme simplifiée de la SONATEL.
Figure 1: Organigramme simplifié
de la SONATEL
IV. La Supervision Réseau Radio (SRR)
La mission du SRR est portée essentiellement sur la
supervision des équipements se trouvant au niveau du réseau
d'accès 3G, notamment s'assurer du bon fonctionnement des Node B et des
RNC. La supervision est aussi en charge du pilotage des agents du pôle
d'intervention qui ont pour mission d'éliminer les disfonctionnements
des équipements sur le site même en faisant recours aux
interventions curatives.
Durant le stage effectué au SRR, pour une meilleure
compréhension des équipements du réseau, il a
été essentiel d'intégrer pendant quelques semaines
l'équipe du pôle d'intervention pour voir concrètement
comment se fait la collecte mobile au niveau du réseau d'accès
3G. Au vu de la nature de certaines instabilités du réseau durant
cette période, la thématique de ce mémoire a ainsi
été choisie.
4
Gestion des instabilités Iub et qualité de
service sur l'accès 3G de la SONATEL
Mémoire de fin de cycle - Master 2 Approche
problématique
Mamadou Lamine NDIAYE
Approche Problématique
L'UMTS, défini comme étant la norme de la
troisième génération de réseau, est de nos jours
largement déployée par les opérateurs de par le monde en
vue de fournir de nouveaux types de services multimédia, tout en
conservant les services de base tels que la voix.
La société Orange SONATEL, a
déployé son réseau d'accès 3G dans le courant de
l'année 2010. Ce qui fait qu'actuellement elle exploite pleinement ses
infrastructures 3G pour fournir de nouveaux services multimédia aux
clients.
Cependant son réseau d'accès UTRAN,
précisément l'interface Iub qui est en charge d'assurer la
liaison entre le Node B et le RNC, présente des instabilités
liées aux pertes de synchronisation des équipements. Cela est
quelque peu préjudiciable à la qualité de service du
réseau dans le sens où ces pertes de synchronisation sont
à l'origine des gigues qui peuvent entrainer à la longue des
pertes de données. A cet effet, cette présente étude porte
l'accent sur des alternatives qui veulent se révéler être
de bon aloi pour une synchronisation stable de l'interface Iub.
Vu le tournant que prend l'évolution des technologies
notamment avec la convergence « Tout-IP » qui est d'actualité,
il est aussi essentiel de se pencher sur des alternatives possibles pour une
synchronisation stable de l'interface Iub purement basée sur la
technologie Ethernet. Ceci demeure être un dilemme pour les
opérateurs du fait que les réseaux IP sont asynchrones de nature
et que le transport des signaux de synchronisation n'est pas adapté
à ce type de réseau. Pour bien aborder cette problématique
ce présent mémoire sera axé sur les questions suivantes
:
y' Comment expliquer les pertes de synchronisation de l'interface
Iub ?
y' Quelles solutions apporter aux vicissitudes de la
synchronisation de l'interface Iub pour la rendre meilleure?
y' Comment procéder à une migration souple vers
une architecture « Tout-IP » de l'interface Iub ?
y' Comment assurer une synchronisation stable dans un
environnement purement basé sur la technologie Ethernet ?
5
Gestion des instabilités Iub et qualité de
service sur l'accès 3G de la SONATEL
Mémoire de fin de cycle - Master 2
Introduction
Mamadou Lamine NDIAYE
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