Simulation de l'interopérabilité des nouvelles architectures d'émetteurs en système radio mobile.

SIMULATION DE L'INTEROPERABILITE DES NOUVELLES ARCHITECTURES D'EMETTEURS EN SYSTEME RADIO MOBILE

DEDICACE

NOUS DéDIONS CE TRAVAIL À DIEU TOUT PUISSANT,

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REMERCIEMENTS

Derrière chaque réussite se cache les mains d'Hommes Ainsi nos sincères remerciements vont à toutes les personnes ayant contribué à la réalisation de ce travail. Nous pensons à :

- Le Chef de département du Génie électrique ; Dr ESSIBEN DIKOUNDOU Jean-François

pour son suivi permanent

- Messieurs les membres du jury ; qui ont accepté siéger pour ce travail.

- Notre encadreur Académique ; M. ZANGA MVODO Martin Paulin pour ses conseils et

sa disponibilité

- Tout le personnel administratif de L'ENSET ; pour les nombreuses dispositions prises

afin de nous assurer une formation de qualité.

- Nous remercions particulièrement, Mme MEDOU BADANG Elisabeth, Directrice Générale d'Orange Cameroun SA. pour nous avoir accordé ce stage au sein de sa société.

- Nous remercions M. AYISSI René, Chef de Service Intervention Réseau, notre encadreur professionnel.

- Nous remercions M. NDONGO ANDELA ALAIN CLAUDE, Technicien Exploitation et support IT chargé du WIMAX.

- Nous adressons nos remerciements à M. MBARGA Charles Max, pour nous avoir encadrés tout au long de ce stage au service Multimédia et Help Desk.

- Nous sommes reconnaissant à l'endroit de tout le personnel du service Multimédia et help Desk pour leur disponibilité, leurs conseils et leurs enseignements.

- Tous les autres enseignants dudit département ; pour la formation reçue autant théorique que pratique.

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- A tous ceux-là que nous n'avons pu citer nommément ; veuillez retrouver ici toute notre reconnaissance profonde. Nous restons à jamais très reconnaissants, pour les sacrifices que vous avez consentis à notre égard. Recevez ici l'expression de notre profonde satisfaction

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AVANT-PROPOS

L'école Normale Supérieur d'Enseignement Technique de Douala en abrégé ENSET est créé par le décret présidentiel n°93/033, avec pour mission fondamentale de former les professeurs des lycées et collèges d'enseignement technique; formation couronnée par les diplômes de professeurs d'enseignement technique de grade I et II. L'ENSET a aussi des filières en formation professionnelles qui forment des techniciens sur un cursus de deux, de trois et de cinq ans dans des cycles BTS, LICENCE et MASTER dans les options variées et diverses.

En cycle BTS, les étudiants ont les choix parmi les filières suivantes :

- Électrotechnique (ET)

- Fabrication mécanique (FM)

- Industrie Textile et d'Habillement (ITH)

- Génie Civil (GCI) et autres.

En cycle LICENCE PROFESSIONNELLE, nous avons les filières suivantes:

- Génie Réseaux & Télécommunications (GRT)

- Gestion des Projets Informatiques (GPI)

- Génie Civil (GCI)

- Gestion des Ressources Humaines (GRH)

- Banque, Micro Finance (BMF)

- Gestion Technico-commerciale (GTC)

- Comptabilité, Finance et Audit (CFA).

En cycle MASTER PROFESSIONNEL, nous avons les filières suivantes :

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- Génie Réseaux & Télécommunications (GRT) - Gestion des Projets Informatiques (GPI) - Génie Civil (GCI)

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- Gestion des Ressources Humaines (GRH) - Banque, Micro Finance (BMF)

- Gestion Technico-Commerciale (GTC).

A la fin de leur année de Master I Professionnel, les étudiants effectuent un stage en entreprise pour leur permettre de mettre en pratique les connaissances reçues tout au long de l'année. Au terme de ce stage, les étudiants doivent rédiger un rapport de stage.

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RESUME

Ce travail porte sur la simulation de l'interopérabilité des nouvelles architectures d'émetteurs radio mobiles pour des terminaux mobiles fonctionnant dans la bande de fréquences 200 KHz - 6 GHz. Avec l'évolution constante des systèmes de communication, les terminaux doivent fonctionner dans plusieurs bandes de fréquences, modes et technologies, correspondant à une grande diversité de normes. Le concept d'une architecture des émetteurs radio-mobiles est une évolution de celui des émetteurs-récepteurs multistandards, caractérisés par une mise en parallèle des circuits pour chaque standard. Il permet alors d'optimiser coût et consommation. C'est dans ce contexte que les chercheurs sont actuellement en train de préparer l'arrivée d'une nouvelle génération d'architectures d'émetteurs pour des réseaux baptisées 4G. Le réseau de 4^ème génération qui est encore l'objet de travaux de recherche vise à améliorer l'efficacité spectrale et à augmenter la capacité de gestion du nombre des mobiles dans une même cellule. Il tend à offrir des débits élevés en situation de mobilité à grande ou faible vitesse. Il vise aussi à permettre et à faciliter l'interconnexion et l'interopérabilité entre différentes technologies existantes en rendant transparent à l'utilisateur le passage entre les réseaux (la mobilité). Enfin, il vise à éviter l'interruption des services durant le transfert intercellulaire, et à basculer l'utilisation vers le tout IP. L'objet de l'étude est de modéliser et simuler ces architectures d'émetteurs flexibles, à la fois en norme et technologie utilisées, qu'en format de modulation, capables d'assurer un bon rendement pour des applications futures.

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ABSTRACT

This work deals with the simulation of the interoperability of new architectures mobile radio transmitters for mobile terminals operating in the frequency range 200 kHz - 6 GHz. With the constant evolution of communication systems, terminals must operate in several frequency bands, modes and technologies, corresponding to a variety of standards. The concept of an architecture of mobile radio transmitters is an evolution of the multistandard transceivers, characterized by a parallel circuit for each standard. It allows then to optimize cost and consumption. It is in this context that researchers are currently preparing for the arrival of a new generation of architectures for networks of transmitters dubbed 4G. The 4th generation network which is still under research aims to improve the spectral efficiency and increase the management capacity of the number of mobiles in the same cell. It tends to offer high data rates on the move at high or low speeds. It also aims to enable and facilitate the interconnection and interoperability between different existing technologies by making transparent to the user switching between networks ( mobility) . Finally, it seeks to avoid the interruption of services during the handover, and switch to use any IP. The purpose of the study is to model and simulate these architectures flexible issuers, both in standard and technology used that modulation format, capable of providing a good return for future applications.

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SOMMAIRE

Dédicace	I
Remerciements	Ii
Avant-Propos	iii
Résume	V
Abstract	Vi
Sommaire	Vii
Liste des figures	Viii
liste des tableaux	Ix
Liste des Abréviations	X
Introduction Générale	1
Première Partie: L'entreprise	3
Chapitre I: Présentation de l'Entreprise	4
I- la naissance d'Orange	4
II- Activités	4
III- Organigramme	6
IV- Présentation de l'OCM	7
Deuxième Partie: Etude du Projet	8
Chapitre 1: Evolution des Architectures Radio Mobiles	9
I- Evolution des Besoins Utilisateurs	9				II- Evolutions des Technologies Radio Mobiles
10
Chapitre 2 : Nouvelles Architectures d'émetteurs Radio Mobiles	15
I- Pourquoi faire évoluer les architectures Radios Mobiles?	15					II- Introduction aux nouvelles technologies d'architectures Radio Mobiles
19	III- Architectures et Mobilités des émetteurs radios dans les réseaux WLAN
22	IV- Architectures et Mobilités des émetteurs radios dans les réseaux 3G
24	V- Architectures et Mobilités des émetteurs radios dans les réseaux 4G
30
Troisième Partie : Implémentation du Projet	43
Chapitre 1 : Protocoles de Mobilité et Interconnexion du WiMax avec les Réseaux	44
I- Protocole de mobilité	44						II- Interconnexion du WiMax avec les réseaux
55
Chapitre 2: Simulation d'interopérabilité des architectures radio mobiles	65
I- Présentation de la plateforme de simulation	65
II- Présentation de la simulation	66
Conclusion Générale	73
Références Bibliographiques	74
Annexes	78

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LISTE DES FIGURES

Figure 1: Organisation de l'OCM (Orange Cameroun Multimédia) 6

Figure 2:Évolution des standards 3GPP 11

Figure 3:Evolution des réseaux sans fils 11

Figure 4:Les différentes générations de téléphonie mobile 12

Figure 5:Débit pic théorique (Mbit/s) des différentes technologies radio-mobiles 14

Figure 6:Exemple de besoins en qualité de service pour la 3G 18

Figure 7: Mode Infrastructure du WIFI 22

Figure 8:Architecture du réseau d'accès 26

Figure 9:Architecture de l'UMTS 28

Figure 10:Architecture système avec le HSDPA. 29

Figure 11:Architecture du WiMax mobile 34

Figure 12:Intra-ASN Handover 35

Figure 13:Inter-ASN Handover 36

Figure 14:Architecture de l'EPS 39

Figure 15:Architecture de l'UMTS 41

Figure 16:Fonctionnement de MIPv4 48

Figure 17:Fonctionnement de PMIPv4 50

Figure 18: HIP dans le modèle OSI 51

Figure 19:Architecture de MIH 54

Figure 20:Modèle d'interconnexion fondé sur MSCTP 57

Figure 21:Echange des messages durant le Handover avec MSCTP 57

Figure 22:Modèle d'interconnexion et 2ème scénario 59

Figure 23:Modèle d'interconnexion et 2ème scénario de mobilité 62

Figure 24:Page d'accueil de NS2 66

Figure 25:Simulation d'interconnexion du WiMax mobile avec le WLAN (802.11e) 67

Figure 26:Délai de bout en bout 68

Figure 27:Les taux des paquets perdus 70

Figure 28:Les débits 71

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Paramètres des Simulations sous NS2 67

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LISTE DES ABREVIATIONS

> 2G (2ème génération): technologies de communication radio mobile de 2ème

génération.

> 3G (3ème génération): technologies de communication radio mobile de 3ème

génération.

> 3G+: technologies de communication radio mobile après la 3ème génération.

> 3GPP (3rd Generation Partnership Project): coopération entre organisations

de standardisation régionaux en télécoms visant la spécification technique de

la 3G.

> 3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2): coopération entre

organisations de standardisation régionaux en télécoms visant la spécification

technique de la 3G.

> 4G (4ème génération): prochaine génération prévue pour les technologies de

la communication radio mobile.

> AAA (Authentication Authorization Accounting): protocole d'authentification,

d'autorisation et de traçabilité.

> ACK (Acknowledge): acquittement.

> AGW (Access Gateway): entité physique du réseau UMB.

> AP (Access Point): borne émettrice du réseau WIFI.

> ASN (Access Service Network): partie de l'accès radio du réseau WiMax.

> ASN-GW (Access Service Network Gateway): passerelle responsable du lien

entre la partie radio et le réseau coeur WiMax.

> ASP (Access Service Provider): fournisseur de service d'application.

> AT (Access Terminal): terminal d'accès dans le réseau UMB.

> ATM (Asynchronous Transfer Mode): protocole réseau de niveau 2 à

commutation de cellules.

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> AuC (Authentification Center): entité physique de l'UMTS.

> BS (Base Station) : borne émettrice du réseau WiMax.

> BSS (Basic Service Set): type d'architecture du WIFI.

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> CDMA 2000 (Code Division Multiple Access 2000): technologie de communication radio mobile de troisième génération.

> CFP (Contention Free Period): période définie dans l'IEEE 802.11e.

> CMIP (Client Mobile IP): nommé aussi MIP est un protocole de Handover en macro mobilité.

> CN (Core Network): coeur du réseau UMTS.

> CN (Correspondant Node): noeud qui communique avec une station.

> CP (Contention Period): période définie dans l'IEEE 802.11e.

> CS (Circuit Switching Network): réseau basé sur la commutation de circuits.

> CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance): méthode d'accès au media.

> CSN (Connectivity Service Network): réseau coeur du WiMax.

> Cygwin: utilitaire permettant d'utiliser les commandes du système Unix sous le Windows.

> DAR (Dynamic Address Reconfiguration): protocole de configuration automatique des adresses utilisé lors de l'intervention de MSCTP.

> DCF (Distributed Coordination Function): fonction de coordination distribuée dans le WIFI.

> DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): assure la configuration automatique des paramètres IP d'une station.

> Diversity Set : liste de stations de base candidates dans le cas d'un Handover.

> DNS (Domain Name System): système de correspondance entre une adresse IP et un nom de domaine.

> EBS (Evolved Base Station): borne émettrice du réseau UMB.

> EDCF (Enhanced DCF): mécanisme défini dans l'IEEE 802.11e.

> EDGE (Enhanced Data For GSM Evolution)

> EIR (Equipment Identity Register): entité physique du réseau UMTS.

> eNodeB (Evolved NodeB): borne émettrice dans le réseau LTE.

>

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EPC (Evolved Packet Core): nom du réseau Coeur de l'EPS.

> EPDG (Evolved Packet Data Gateway): entité physique du réseau LTE.

> EPS (Evolved Packet System): réseau LTE + réseau SAE.

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> ESS (Extended Service Set): type d'architecture WIFI.

> E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network): partie radio du LTE.

> EV-DO (Evolution-Data optimized): technologie de communication radio mobile de 3ème génération.

> FA (Foreign Agent): routeur localisé dans un réseau visité.

> FBSS (Fast Base Station Switching): mécanisme de Soft Handover.

> FDD (Frequency Division Duplex): technique de multiplexage.

> Forwarding: expédition des paquets.

> Gateway: passerelle.

> GGSN (Gateway GPRS Support Node): entité physique dans l'UMTS.

> GMSC (Gateway MSC): entité physique du réseau UMTS.

> GPC (Grant per Connection): classe des stations abonnées dans le WiMax

> GPRS (General Packet Radio Service) : norme de téléphonie mobile dérivée du GSM et qualifiée de 2.5G.

> GSM (Global System for Mobile Communications) : norme de téléphonie mobile de 2ème génération.

> HA (Home Agent): routeur localisé dans le réseau d'attachement d'une station.

> HCF (Hybrid CF): mécanisme définit dans l'IEEE 802.11e.

> HI (Host Identifier): identifiant d'une machine.

> HIP (Host Identity Protocol): protocole Handover en macro mobilité.

> HIT (Host Identity Tag): résultat après le cryptage du HI.

> HLR (Home Location Register): entité physique dans l'UMTS.

> HO (Handover): transfert intercellulaire

> HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): technologie de téléphonie radio mobile qualifiée de 3.5G.

> HSS (Home Subscriber Server): entité physique du réseau LTE.

> IASA (Inter-Access System Anchor): entité du réseau LTE.

>

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IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): organisation internationale qui établit des normes.

> IEEE 802.11e: version du WIFI dédiée à la QoS.

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> IEEE 802.16m: version améliorée du WiMax assurant la rétrocompatibilité

entre la version fixe et mobile.

> IEEE 802.21: architecture conçue pour le Handover entre les réseaux.

> IETF (Internet Engineering Task Force): groupe international qui participe à

l'élaboration des standards pour le réseau Internet.

> IMAT (Inverse Multiplexing ATM) :

> IMS (IP Multimedia Subsystem): architecture standardisée pour les opérateurs

de la téléphonie permettant de fournir des services multimédia.

> IMT (International Mobile Telecommunications) : organisation internationale

dans les télécommunications mobiles

> IP (Internet Protocol): protocole de communication de réseau informatique.

> IPv4 (IP version 4): paquet IP codé sur 4 octets.

> IPv6 (IP version 6): paquet IP codé sur 6 octets.

> ISO (International Organization for Standardization): organisation

internationale de normalisation.

> ISP (Internet Service Provider): fournisseur du service Internet.

> ITU (International Telecommunication Union): organisation internationale

chargée de la réglementation des télécommunications dans le monde.

> LTE (Long Term Evolution): technologie de communication radio mobile de

longue portée.

> M_SAP (Management SAP): SAP qui spécifie l'interface entre le MIHF et le plan

de gestion du WiMax.

> MAC (Media Access Control): sous couche inférieur de niveau liaison selon

l'IEEE 802.x par rapport au modèle OSI, et elle est responsable du contrôle

d'accès au support physique.

> MBMS-SFN (Multicast Broadcast Mobile Services - Single Frequency

Network):

> MDHO (Macro Diversity Handover): mécanisme de Soft Handover.

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> ME (Mobile Equipment): équipement mobile.

> MF-TDMA (Multiple Frequency Time Division Multiple Access): mode de

multiplexage.

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> MIH (Media Independent Handover/IEEE 802.21): architecture conçue pour le Handover entre les réseaux.

> MIH_LINK_SAP: SAP qui permet de relier le MIHF et les couches inférieures.

> MIH_NMS_SAP (Network Management SAP): SAP qui réalise les fonctions de la gestion.

> MIH_SAP: SAP qui permet le lien entre les couches supérieures et les couches inférieures.

> MIHF (MIH Function): fonction principale de MIH.

> MIMO (Multiple Input Multiple Output): technologie d'antennes avancée.

> MIP (Mobile IP): protocole de Handover en Macro mobilité.

> MIPv6 (Mobile IP version 6): protocole de Handover en macro mobilité.

> MME (Mobility Management Entity): entité physique du réseau LTE.

> MN (Mobile Node): noeud mobile.

> MS (Mobile Station): station mobile

> MSC (Mobile service Switching Center): entité physique dans l'UMTS.

> MSCTP (Mobile Stream Control Transmission Protocol): protocole de Handover en macro mobilité.

> NAM (Network Animator): animateur des réseaux appartenant à NS2.

> NAP (Network Access Provider): fournisseur de l'accès radio WiMax.

> NAT (Network Address Translator): routeur qui fait la traduction de l'adresse réseau.

> NGN (Next Generation Network) : désigne le plus souvent le réseau d'une compagnie de télécommunications dont l'architecture repose sur un plan de transfert en mode paquet, capable de se substituer au réseau téléphonique commuté et aux autres réseaux traditionnels.

> NIST (National Institute of Standards and Technology): agence de technologies.

> NodeB: borne émettrice dans le réseau UMTS.

>

xiv

NS2 (Network Simulator 2): simulateur des réseaux.

> NSP (Network Service Provider): fournisseur d'accès IP au WiMax.

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> OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): procédé de codage des signaux numériques.

> OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access): méthode d'accès à la couche physique.

> OSI (Open System Interconnexion): modèle de communication entre ordinateurs proposé par l'ISO.

> Paging: radiomessagerie.

> PCF (Point Coordination Function): fonction dans le WIFI permettant l'accès au médium sans fil.

> PCRF (Policy & Charging Rules Function): entité physique du réseau LTE.

> PDG (Packet Data Gateway): passerelle entre le WiMax et l'UMTS.

> PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) :

> PDN (Packet Data Network): réseaux basés sur la commutation de paquets.

> PDN-GW (Packet Data Network Gateway): entité physique du réseau LTE.

> PDP (Packet Data Protocol): protocole permettant l'obtention d'adresse pour une station dans les réseaux GPRS, UMTS...

> PDSN (Packet Data Serving Node): entité physique du réseau EV-DO.

> PMIP (Proxy Mobile IP): protocole de Handover en macro mobilité.

> Polling: interrogation des stations par la station de gestion.

> PS (Packet Switching Network): réseau basé sur la commutation de paquets.

> PSTN (Public Switched Telephone Network): réseau téléphonique commuté.

> QAM (Quadrature Amplitude Modulation): méthode de modulation.

> QoS (Quality of Service): qualité de service.

> QPSK (Quadrature phase-shift Keying): méthode de modulation.

> Qualcomm: entreprise américaine de télécommunications.

> RNC (Radio Network Controller): entité physique du réseau UMTS.

> Roaming: changement d'opérateur par une station mobile en gardant sa même identité.

>

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RRC (Radio Ressource Control): couche inférieure d'UMTS ou LTE responsable de la signalisation entre l'UE et l'UTRAN ou l'EUTRAN.

> SAE (System Architecture Evolution): réseau coeur de l'EPS et LTE.

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> SAP (Service Access Point): points d'accès de service.

> SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access): méthode d'accès à la couche physique.

> SCTP (Stream Control Transmission Protocol): protocole de transport.

> SDH (Synchronous Digital Hierarchy) : ensemble de protocoles pour la transmission de données numériques à haut débit.

> SDMA (Space Division Multiple Access): technologie d'antennes avancée.

> SGSN (Serving GPRS Support Node): entité physique du réseau UMTS.

> S-GW (Serving Gateway): entité physique du réseau LTE.

> SLA (Service Level Agreement): document qui définit la QoS requise entre un prestataire et un client.

> SMS (Short Message Service): service de messagerie.

> SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): protocole de transmission des e-mails.

> Soft Handover: technique de Handover en micro mobilité.

> SRNC (Session Reference Network Controller): entité physique du réseau UMB.

> SS7 (Signalisation System 7): ensemble de protocoles de signalisation.

> TCP (Transmission Control Protocol): protocole de transport.

> TDD (Time Division Duplex) : technique de multiplexage.

> TDM/TDMA (Time Division Multiplexing/Time Division Multiple Access): méthode d'accès au support physique.

> TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) : utilise le mode de duplexage par répartition dans le temps (TDD) qui transmet les trafics montant et descendant dans la même trame dans différents intervalles de temps

> Tunneling: encapsulation des données d'un protocole réseau dans un autre.

> UDP (User Datagram Protocol): protocole de transport.

> UE (User Equipment): équipement utilisateur.

> UMB (Ultra Mobile Broadband): technologie avancée de communication radio mobile de longue portée.

>

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UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): technologie de communication radio mobile de 3^ème génération de longue portée.

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> UPE (User Plane Entity): entité physique du réseau LTE.

> UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network): partie radio du réseau

UMTS.

> UWB (Ultra Wide Band, IEEE 802.15.3): technologie de communication radio

de courte portée.

> VLR (Visited Location Register): entité physique dans l'UMTS.

> VoIP (Voice over IP): téléphonie sur le protocole IP.

> VPN (Virtual Private Network): réseau virtuel privé.

> WAG (WiMax Access Gateway): passerelle entre le WiMax et l'UMTS.

> WCDMA (Wideband CDMA): évolution de la technologie CDMA.

> WIFI (IEEE 802.11): technologie de communication radio de portée moyenne.

> WiMax (IEEE 802.16): technologie de communication radio de 3ème

génération de longue portée.

> WiMax mobile (IEEE 802.16e): version du WiMax dédiée à la mobilité des

terminaux.

> WLAN (Wireless Local Area Network): réseau local sans fil.

> WMAN (Wireless Wide Area Network): réseau étendu sans fil.

> X2: interface entre deux eNodeB du réseau LTE.

> X25: protocole de communication en mode paquets.

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INTRODUCTION GENERALE

Les usages des communications et surtout des communications mobiles connaissent aujourd'hui une profonde mutation sous l'impulsion du déploiement de nouveaux standards de technologies radio à haut-débit et la disponibilité croissante de clés USB 3G ou de terminaux comme les smartphones, permettant d'accéder facilement, rapidement, massivement à du contenu multimédia riche (par exemple, vidéo, Internet, email, messagerie instantanée, fils RSS, musique, TV mobile, réseaux sociaux ou réalité augmentée) en plus des services classiques de téléphonie et de messagerie de type SMS ou MMS.

Ces nouveaux usages et leurs intensités entraînent une augmentation significative, presque exponentielle des volumes de trafics véhiculés par les émetteurs-récepteurs des réseaux radio-mobiles. Ils constituent ainsi un défi majeur pour les opérateurs mobiles qui doivent faire évoluer leur réseau pour absorber ces trafics et continuer à offrir des services de qualité à leurs abonnés. En effet, cette augmentation de trafic ne se traduit pas par une augmentation de revenus proportionnelle.

1

Pour répondre à ce défi, de nouvelles technologies permettant de réduire le coût de l'octet transporté sur l'interface radio sont en cours de déploiement, comme le HSPA+ (High Speed Packet Access) par exemple, ou le seront bientôt comme la LTE (Long Term Evolution). L'émergence de ces nouvelles technologies et le maintien des revenus par abonné engendrent par conséquent une pression supplémentaire sur le réseau de transport qui achemine les trafics mobiles entre les différents noeuds d'un réseau radio-mobile vers les réseaux externes (type Internet, Intranet, réseau de voix...). Il devient ainsi nécessaire de changer la méthodologie de conception des architectures et équipements réseaux de transport pour accroître leur capacité tout en maîtrisant les coûts. Les architectures de transport de type circuit et ATM (Asynchronous Transfer Mode) sont en effet peu économiques lors du passage

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à l'échelle. Les technologies de type paquet (IP/MPLS, Carrier Ethernet, MPLS-TP) commencent à être déployées pour traiter cette problématique. Ces technologies sont plus avantageuses économiquement, plus évolutives, plus adaptées à véhiculer et optimiser des flux de trafic massivement constitués de services de données (avec des caractéristiques de variation de débit très forte en cours de session).

Ce travail dévoile les défis techniques qui doivent être adressés lors de la migration d'une architecture de réseau de transport mobile conventionnel vers des architectures réseaux de transport tout paquet. Ces défis sont divers. Ils recouvrent les besoins inhérents aux déploiements de nouveaux standards émetteur-récepteur radio (débits très élevés, nouvelles interfaces des noeuds mobiles, nouveaux protocoles, nouvelles topologies), la nécessité de supporter sur une même architecture réseau de transport des technologies mobiles de différentes générations (compatibilité avec la base installée), la nécessité de gérer la qualité de service de bout en bout pour chaque service de façon différenciée, la nécessité de disposer de techniques permettant l'auto-rétablissement des réseaux de transport avec des performances au moins aussi bonnes que celles des réseaux conventionnels, le besoin de disposer d'outils simples et efficaces permettant de gérer et superviser un réseau de plus en plus complexe (en termes de services et de volumes de trafic échangés) et enfin de s'assurer que le nouveau réseau de transport déployé peut passer à l'échelle.

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Première Partie : L'ENTREPRISE

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CHAPITRE I :

PRESENTATION DE L'ENTREPRISE

I- La Naissance d'ORANGE

Tout commence au début des années 1990, CELLNET et VODAFONE dominaient le marché britannique et avaient plus ou moins établi un confortable duopole. Au cours des dix années précédentes ces opérateurs avaient développé une activité importante et comptaient à l'époque environ 1 million de client chacun.

En juillet 1993, la société HUTCHISON MICROTEL qui s'employait depuis deux années à créer un réseau numérique à la pointe du progrès, a opté s'installer en Grande Bretagne et a mené une réflexion sur la manière d'attirer des clients et de faire face à la concurrence sur le marché britannique. En avril 1994, il changea de nom et devint ORANGE.

En mai 2000, elle est rachetée par France Telecom. Ce dernier décide de regrouper ses activités de téléphonie mobile sous l'appellation d'ORANGE SA. A partir de cet instant, un processus de « rebranding » est lancé à travers le monde, pour permettre à toutes les filiales de téléphonie mobile de France Telecom de devenir ORANGE. Par la loi N° 98/014 du 14 juillet 1998 régissant les télécommunications au Cameroun, le secteur des télécommunications est restructuré et est ouvert aux opérateurs privés ; la SCM, Société Camerounaise de Mobile est née et connue encore sous le nom de Mobilis, filiale de France Telecom à 100%, deviendra ORANGE CAMEROUN le 04 juin 2002.

II- ACTIVITES

Orange se classe au 2^e rang sur le marché mobile au Cameroun avec 43% de parts de marché derrière MTN (source : estimation Orange).

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Le parc mobile d'Orange en fin 2012 s'élevait à 5,8 millions de clients actifs (+23% par rapport à 2011) dont 98% en mode prépayé.

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Spécialisée dans la téléphonie mobile : vente de téléphones mobiles et accessoires,

abonnements pour accès au réseau, la société Orange Cameroun SA. développe et

commercialise trois grandes familles de services :

- les Services de Communication Résidentiels (SCR), c'est-à-dire la téléphonie fixe, la

téléphonie sans fil, les contenus multimédias (MMS) ;

- les Services de Communication Personnels (SCP), c'est-à-dire mobiles et accessoires ;

- les Services de Communication d'Entreprises (SCE) sous la marque Equant puis Orange

Business Services.

Orange Cameroun SA (OCM) est une entreprise spécialisée dans la téléphonie mobile. Son

activité principale est la vente des trafics de communication répartie sur les systèmes de

transmissions suivant :

> Le WIFI

> Le WIMAX

> Le GSM

> L'EDGE

Elle offre une multitude de services :

> Vente de téléphones mobiles et accessoires.

> Abonnements pour accès au réseau.

> Messagerie vocale.

> Les SMS

> Présentation du numéro.

> Le Roaming ou itinérance.

> L'accès internet.

Sur le plan organisationnel, OCM comporte au minimum dix directions telles que :

1. La Direction générale

2. la Direction des moyens généraux

3. la Direction technique et informatique

4.

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La Direction marketing et communication

5. La Direction de communication

6. La Direction des ressources humaines

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7. la Direction des systèmes d'information

8. La Direction des ventes

9. La Direction service clients

10. La Direction régionale du centre

11. La Direction de contrôle et de gestion

12. La Direction juridique

III- ORGANIGRAMME

Figure 1: Organisation de l'OCM (Orange Cameroun Multimédia)

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IV- PRESENTATION DE L'OCM

Orange Cameroun Multimédia Services est une société à responsabilité limité (SARL) unipersonnelle qui a vu le jour le 11 avril 2006. Elle a pour actionnaire majoritaire Orange Cameroun SA. et est dirigée par Mme Elisabeth MEDOU, Directrice Générale actuelle d'Orange Cameroun SA. L'OCM assurant l'aspect GSM de la firme Orange Cameroun SA., l'OCMS pour sa part assure l'aspect Internet : elle a pour principal objectif la gestion de la transformation de données, de la voix, et de l'image par tous les moyens de communication, ainsi que la fourniture d'accès à un réseau de données.

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Deuxième Partie : ETUDE DU PROJET

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CHAPITRE 1 :

EVOLUTION DES ARCHITECTURES RADIO

MOBILES

INTRODUCTION

Aujourd'hui, il est difficile d'imaginer notre vie sans applications et services mobiles. À travers le monde, ce type de services joue un rôle de plus en plus prépondérant dans la vie quotidienne, à plus d'un titre. Il y a encore juste dix ans, les services mobiles se limitaient principalement à la simple communication vocale. De nos jours, nous dépendons des services mobiles non seulement pour communiquer mais aussi pour l'éducation, les divertissements, les services de santé, le commerce en ligne, le paiement etc...

I- EVOLUTION DES BESOINS UTILISATEURS

Les services mobiles modifient la façon dont nous communiquons tous les jours :

Pourquoi, quand, à quelle fréquence communiquons-nous ? Aujourd'hui la communication mobile est omniprésente (partout et à tout instant), personnalisée (par exemple, avec la messagerie instantanée ou les réseaux sociaux) ou interactive (par exemple, avec la vidéo-téléphonie ou la réalité augmentée). Utiliser des services de communication mobile n'a jamais été aussi simple et ludique.

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Les services mobiles ont évolué d'une offre de communication basique fondée sur la voix et les SMS (Short Message Service), à une offre de téléchargement download/upload qui s'est améliorée année après année avec l'émergence de nouvelles technologies d'émetteurs radios. Grâce à ces avancées technologiques successives, les opérateurs mobiles ont eu l'opportunité d'introduire de nouveaux services centrés sur le téléchargement de contenus multimédia comme la musique à la demande, la vidéo à la demande et la navigation Internet,

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voire des services upload tels que le partage de contenus créés par l'utilisateur comme par exemple les réseaux sociaux ou le partage de photos.

Cette expérience du téléchargement de contenus à des débits de plus en plus élevés poussa alors les utilisateurs à demander de plus en plus aux opérateurs de télécommunications qui leurs fournissent typiquement trois types de services à savoir :

? en mobilité : un service est « mobile » dès lors qu'il permet à l'utilisateur de communiquer et d'avoir accès aux contenus sans rupture de service, et indépendamment de sa position géographique, de son déplacement. Le degré de mobilité et de continuité de service peut néanmoins varier d'un service à l'autre ;

? en nomadisme : un service « nomade » a toutes les caractéristiques d'un service mobile hormis le fait qu'il n'assure pas la continuité de service lors d'un déplacement de l'utilisateur. Ce dernier peut donc utiliser un service à différents points d'accès au service mais le service n'est jamais maintenu lors de son déplacement d'une zone géographique à une autre ;

? fixe : l'utilisateur ne peut profiter d'un service « fixe » que lorsqu'il est présent dans une zone géographique restreinte : à son domicile ou sur son lieu de travail.

La technologie mobile a évolué et va constamment s'améliorer pour que la communication, l'accès à l'information et aux contenus multimédia soient de plus en plus flexibles, et surtout adaptés au style de vie de chaque individu.

II- EVOLUTION DES TECHNOLOGIES RADIO-MOBILES

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Afin d'accompagner les besoins utilisateurs en termes de nouveaux services mais aussi pour absorber des trafics de plus en plus importants (induits par les nouvelles habitudes d'usage) avec des coûts de déploiement moindres, les technologies radio-mobiles ne cessent d'évoluer. De nouvelles normes définissant des nouvelles générations de systèmes et des évolutions d'une génération de système sont définies régulièrement (à un rythme annuel) par les acteurs du monde des radio-télécommunications (opérateurs, fournisseurs d'infrastructures, fournisseurs de terminaux, fournisseurs de puces...) au sein d'organismes de

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normalisation tels que le 3GPP (3rd Generation Partnership Project), le 3GPP2 (3rd Generation Partnership Project2) ou l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

La figure 2 montre l'évolution des normes 3GPP ainsi que les chemins de migration possibles entre les différentes générations de systèmes radio-mobiles.

Figure 2:Évolution des standards 3GPP

Entre les différentes générations, des changements majeurs seront apportés. Ils consistent en général en de nouvelles fréquences de transmission, une nouvelle interface radio (méthodes d'accès multiple, modulations, codages et largeur du canal de transmission) plus efficace que les générations précédentes et une nouvelle architecture réseau adaptée aux nouveaux services et aux performances de cette nouvelle génération

Figure 3:Evolution des réseaux sans fils

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Figure 4:Les différentes générations de téléphonie mobile

Au cours de l'évolution des architectures radio-mobile, nous pouvons citer :

? Dans le cas du 3GPP, le système GSM (Global System for Mobile Communications) dit de 2^ème génération(ou 2G) qui utilise une transmission sur une porteuse de 200 kHz et a été le premier système radio-mobile de transmission numérique conçu originellement pour fournir des services de téléphonie. Le GSM utilise un schéma d'accès multiple dans le temps (TDMA, Time Division Multiple Access) et une modulation mono-porteuse de type GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) qui permet de transmettre 1 bit par symbole. Elle a par la suite évolué en passant par le GPRS (General Packet Radio Service) basé sur l'échange de données sauf voix ensuite EDGE (Enhanced Data For GSM Evolution) qui n'est qu'une version du GSM permettant une transmission allant jusqu'à 384Kbps et basé sur les réseaux GPRS existant. Ce système est aujourd'hui déployé dans la plupart des pays et il comptait en fin 2009 plus de 3,6 milliards d'abonnés, soit plus de 80 % du total des abonnés mobiles à travers le monde.

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? Le système UMTS (Universal Mobile Télécommunication System) dit de 3^ème génération (ou 3G) a été conçu pour permettre la transmission efficace de services multimédia (voix, vidéo, données) sur un canal de transmission de 5 MHz. La version originale de l'UMTS utilise un schéma d'accès multiple par répartition de codes (CDMA, Code

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Division Multiple Access) et utilise une modulation de type QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) qui permet de transmettre 2 bits par symbole. Les réseaux mobiles 3G actuels s'appuient sur le standard UMTS, dont les performances ont évolués depuis 2002 pour atteindre dans un premier temps des débits moyens de l'ordre de 250 kbit/s. Avec la technologie HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), évolution de l'UMTS, le débit crête théorique atteint 14 Mbit/s.

Pour faire face à l'afflux des services de données sans fil, chacun de ces systèmes a connu des évolutions et améliorations permettant d'augmenter le débit utilisateur et les capacités offertes par chaque cellule pour des transmissions de données en mode « paquet ». Ces évolutions sont aujourd'hui en cours de déploiement et sont souvent connues commercialement sous le nom de « 3G+ » ou « Turbo 3G ».

? Début 2009, une évolution du système 3G, la LTE (Long Term Evolution) a été définie par le 3GPP. Ce nouveau système à bande large est un système tout IP optimisé pour fournir des services multimédia sans-fil à très haut-débit et est l'évolution choisie par les opérateurs cellulaires ayant déployé des technologies de versions précédentes 3GPP et 3GPP2. On peut donc considérer la LTE comme un standard unifié préfigurant la 4G. Ainsi, parmi les normes de ^4ième génération, nous avons la LTE Advanced qui prendra cependant plusieurs années pour être mise en place car la LTE est aussi en cours de déploiement ; le WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) qui désigne un mode de transmission et d'accès à Internet en haut débit portant sur une zone géographique étendue ; l'UMB (Ultra Mobil Broadband) dont la dernière révision C propose aussi un environnement réseau qui se repose sur le principe de tout-IP et dispose de passerelles permettant l'interconnexion avec les réseaux de la famille 3GPP.

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Chaque génération repose sur des largeurs de canal de transmission différentes et sur des techniques de transmission de signal différentes. Il en résulte donc que les débits écoulés par les sites relais des différentes technologies sont significativement différents. À titre d'exemple, la figure 5 montre l'évolution des débits pics qui peuvent être obtenus

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Figure 5:Débit pic théorique (Mbit/s) des différentes technologies radio-mobiles

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CHAPITRE 2 :

NOUVELLES ARCHITECTURES D'EMETTEURS

RADIO-MOBILES

INTRODUCTION

L'histoire des réseaux radio mobiles s'est bâtie sur différentes générations de systèmes radio. L'essor formidable des réseaux radio mobiles au cours des dix dernières années est dû en grande partie aux possibilités de communication offertes par ces systèmes en situation de mobilité et d'itinérance. Afin d'améliorer cette mobilité, il a fallu se concentrer l'architecture des différentes technologies au cours du temps.

I- POURQUOI FAIRE EVOLUER LES

ARCHITECTURES RADIO-MOBILES ?

1. Contraintes techniques

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Lorsqu'un opérateur mobile construit son réseau de transport, plusieurs paramètres doivent être pris en compte afin d'assurer efficacement son déploiement, son maintien en service et son évolution. Cet exercice difficile consiste à trouver le meilleur compromis entre le coût initial de déploiement du réseau conçu pour répondre aux besoins actuels de services et de capacité, et sa capacité à évoluer de façon souple et peu coûteuse avec l'arrivée de nouveaux services réclamant de plus en plus de bande passante et des contraintes de qualité de services strictes.

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2. Support des technologies déjà existantes

Les réseaux de transport mobile ont été conçus historiquement avec des solutions PDH/SDH (Plesiochronous Digital Hierarchy/Synchronous Digital Hierarchy) pour transporter les flux GSM qui étaient alors majoritairement des communications vocales. Lorsque la technologie UMTS a été introduite avec pour objectif de fournir des premiers services de données en complément du service de communication vocale, la technologie ATM a été considérée comme la plus à même de transporter efficacement ces deux types de flux.

Cette approche graduelle est à l'origine de la superposition actuelle de plusieurs réseaux de transport en parallèle comme par exemple PDH/SDH, ATM et IP (Internet Protocol). Par conséquent, l'enjeu lié à l'évolution des réseaux de transport mobile ne se limite pas à se demander comment transporter les services de données qui sont en très forte augmentation mais aussi à comprendre de quelle manière ce transfert de capacité de données importante va être réalisé de façon économique tout en transportant les technologies plus anciennes sans impacter le ressenti client.

3. Bandes passantes par site radio

Avant tout investissement et décision quant à l'évolution de son réseau de transport, chaque opérateur mobile doit dimensionner la capacité de transport nécessaire pour chacun de ses sites radio. C'est la phase préalable à toute prise de décision.

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Lorsque le trafic est encore majoritairement composé de communications vocales, des modèles de trafic de type Poissonniens et les lois classiques d'Erlang peuvent être utilisés ; l'exercice consiste à garantir l'écoulement du trafic tout en assurant un certain nombre de KPI (Key Performance Indicators) comme par exemple le taux de réussite d'appel... Chaque opérateur cherche donc à trouver l'optimum entre l'expérience utilisateur et l'investissement nécessaire pour fournir la capacité de transport pour chaque site radio. L'augmentation exponentielle du trafic de données et l'augmentation du débit pic que peut atteindre un utilisateur viennent remettre en cause ces concepts éprouvés.

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En effet, le fait que les services de données deviennent majoritaires, met en défaut les modèles classiques. Il est donc nécessaire de trouver une modélisation prenant en compte ces potentiels échanges de trafic en rafale. Un second effet lié à la montée en débit vient aussi perturber les méthodologies classiques de dimensionnement des réseaux de transport des flux mobiles : l'augmentation des débits pics par utilisateur lors des différents paliers d'évolution des technologies radio. Cette amélioration rapide du débit pic théorique atteignable dans des conditions idéales augmente le rapport entre débit pic possible et capacité réelle moyenne de trafic à transporter. Par exemple, le dilemme est de décider s'il est nécessaire pour un opérateur de dimensionner son réseau par rapport au débit pic atteignable, qui est de 14,4 Mbit/s en HSDPA Release 5 par exemple, alors qu'un dimensionnement « capacitaire » assurant une bonne expérience utilisateur ne réclamerait que 7 Mbit/s.

Par conséquent, plusieurs approches sont possibles :

? dimensionnement capacitaire qui prend en compte les estimations de trafic et essaie d'écouler ces services, tout en assurant un certain nombre de KPI ;

? dimensionnement au pic utilisateur par NodeB qui permet d'assurer qu'un utilisateur par site radio puisse atteindre le débit pic correspondant à la technologie radio déployée ;

? dimensionnement au pic utilisateur par NodeB qui essaie d'assurer qu'un utilisateur par cellule (un site radio est en général constitué de trois cellules) puisse atteindre le débit pic correspondant à la technologie radio déployée et donc potentiellement plusieurs pics simultanés par site radio en fonction du nombre de cellules.

4. Qualité de service

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De façon à assurer une expérience optimale à leurs clients, les opérateurs mobiles doivent s'assurer que leur réseau garantisse la qualité nécessaire à chaque service en termes de délai de transit, de gigue, de taux de perte de paquets, de disponibilité ou de temps de protection maximal. Par exemple, une augmentation du délai de transfert entre la station de base et le contrôleur impacterait à la fois la voix (la qualité de la voix diminue lorsque les délais

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de transmission augmentent), en dégradant l'interactivité entre les utilisateurs et même les performances du débit HSDPA pour un service de données (en effet, le débit des couches supérieures de ce type de trafic est inversement proportionnel au temps d'aller-retour du réseau).

La figure 6 fournit un exemple de performances demandées pour le trafic temps réel et non temps réel dans le cas de la technologie 3G. Ces valeurs sont dépendantes de l'implémentation et peuvent bien sûr être affinées par type de service.

Figure 6:Exemple de besoins en qualité de service pour la 3G

5. Synchronisation

Quatre fonctions de synchronisation sont nécessaires dans les réseaux mobiles :

? synchronisation du réseau ;

? synchronisation de chaque noeud ;

? synchronisation des trames échangées entre les noeuds ;

? synchronisation de l'interface radio.

Au mieux, une mauvaise synchronisation va créer des problèmes comme un blocage de certains appels, une interférence entre cellules voisines ou une dégradation de la qualité vocale. Dans le pire cas, une mauvaise synchronisation peut être à l'origine de la coupure totale du réseau et donc de l'ensemble des services transportés.

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Dans les réseaux GSM et UMTS, seule une synchronisation en fréquence est nécessaire. Par contre, tous les systèmes de type TDD (Time Division Duplex) comme le TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access), le WiMax ou le LTE-TDD

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nécessitent aussi une synchronisation en phase/temps. La technologie MBMS-SFN (Multicast Broadcast Mobile Services - Single Frequency Network) qui est l'une des façons de gérer les flux multicast/diffusion sur un réseau mobile réclame aussi une synchronisation en phase/temps. Dans le cas de la synchronisation en fréquence, plusieurs performances doivent être garanties.

6. Sécurité

Au moins trois points importants doivent être vérifiés pour assurer la sécurité d'un réseau :

? garantir l'intégrité des flux ;

? garantir la confidentialité des flux ; ? garantir la disponibilité des flux.

La migration des réseaux de transport vers les technologies de type paquet provoque de nombreux débats quant aux nouvelles failles de sécurité et à leur robustesse face à la cybercriminalité.

En fonction de la technologie paquet qui est utilisée et de la configuration, il devient dorénavant très important de mettre en place des fonctions de contrôle de trafic pour s'assurer qu'un utilisateur malveillant ne pourra pas inonder le réseau de trafic malveillant, le rendant ainsi indisponible, ou d'avoir accès à certains équipements de l'opérateur.

II- INTRODUCTION AUX NOUVELLES TECHNOLOGIES D'ARCHITECTURE RADIO-

MOBILE

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Au-delà de l'évolution des caractéristiques de l'interface radio, l'architecture des systèmes radio-mobiles connaît aussi des transformations fondamentales. En effet, afin d'accompagner l'évolution des services et des débits à transporter, celles-ci ont évolué d'une architecture hiérarchique très stricte avec des connexions de type circuit entre les différents

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noeuds du réseau radio-mobile et un double réseau coeur (un pour les services circuits, un autre pour les services paquets) à une architecture plus ouverte, fondée sur la technologie IP, avec moins de niveaux hiérarchiques et un réseau coeur unifié.

1. Les nouvelles architectures radio-mobiles

Après les GSM, l'arrivée de l'UMTS créé pour supporter efficacement les services multimédia, avec une nouvelle technologie de transport entre les noeuds du réseau est retenue (c'est la naissance de la 3^eGénération) : il s'agit de la technologie ATM. L'ATM est une technologie de transport de paquets de taille fixe (appelés « cellules ATM ») sur un réseau de type TDM. L'ATM permet de gérer des flux avec différents niveaux de qualité de service, de transmettre des débits supérieurs aux débits d'une ligne à 2 Mbit/s (en utilisant des techniques de type IMA (Inverse Multiplexing ATM), pour transmettre un flux sur plusieurs lignes en parallèle) et éventuellement, d'agréger et de profiter du multiplexage statique pour optimiser les bandes passantes dans le réseau de transport, en particulier pour les services de données. L'architecture reste toutefois classique et suit la même hiérarchie que celle d'un réseau GSM, avec une différence qui consiste en l'interconnexion des contrôleurs de station de base (RNC, Radio Network Controller) par une interface normalisée.

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Les Release 4 et 5 de la norme 3GPP introduisent des évolutions significatives dans l'architecture des réseaux mobiles. Tout d'abord, la Release 4 de la norme introduit une nouvelle architecture pour le coeur de réseau circuit dite NGN (Next Generation Network). Cette architecture optimise le transport des flux dans le réseau coeur. Elle permet de distribuer beaucoup plus les commutateurs de circuits (et ainsi d'optimiser les communications qui restent locales), de séparer les plans de signalisation et de trafic et de les traiter dans des serveurs spécialisés, d'utiliser des technologies de transport alternatives (ATM ou IP) pour interconnecter les commutateurs de voix de nouvelles générations (MGW, Media Gateway ) et enfin de se passer de transcodage de type loi A ou loi ì de la parole et de conserver les codecs mobiles de bout en bout (gain en bande passante et en qualité). Cela a entraîné des transformations significatives d'un nombre important de réseaux mobiles et l'adoption de solutions de transport IP dans le réseau coeur circuit. La Release 5 de la norme UMTS introduit quant à elle une option pour améliorer le support des transferts de données haut-débits, le

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HSPA, à un meilleur coût. C'est ainsi que l'IP est aussi introduit comme option pour connecter les stations de base 3G (les Node B) au RNC. La technologie IP est maintenant de plus en plus utilisée dans le réseau d'accès radio 3G pour permettre une introduction efficace des services HSPA.

Avec la 4G, l'architecture des réseaux mobiles change radicalement. La topologie du LTE préfigure aussi l'architecture des systèmes 4G en cours de définition à l'IMT (International Mobile Telecommunications) : une topologie « plate » et distribuée fondée sur IP tant pour les services de bout en bout que pour le transport. Avec l'évolution des architectures et des technologies, la méthodologie sur les méthodes d'accès que ces dernières générations de téléphonie mobile s'imposent alors.

2. Techniques d'accès

Les méthodes d'accès les plus utilisées dans les nouvelles architectures Radio-mobiles depuis la 3G sont :

? W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access), déployée en 3G par exemple en

Europe, et qui utilise une transmission duplex de type FDD (Frequency Division Duplex). ? TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Access) qui utilise une transmission

duplex de type TDD (Time Division Duplex) et qui n'a été que très peu déployé.

? TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access), une version bas débit déployée essentiellement en Chine et utilisant des porteuses de 1,25 MHz.

? OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) est un procédé de codage de signaux numériques par répartition en fréquences orthogonales sous forme de multiples sous-porteuses.

? OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) technique d'accès multiple basée sur l'OFDM, permet d'obtenir des débits élevés en tirant avantage de la diversité multi-utilisateur.

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III- ARCHITECTURES ET MOBILITES DES EMETTEURS RADIOS DANS LES RESEAUX

WLAN

1. IEEE 802.11

IEEE 802.11, ou WIFI (Wireless Fidelity) est un standard international décrivant les caractéristiques du réseau LAN sans fil (WLAN). Il connecte des ordinateurs portables, des équipements de bureau, des équipements personnels (PDA)... en créant un réseau sans fil couvrant un rayon de dizaines de mètres et tolérant une mobilité à très petite vitesse. IEEE 802.11 définit deux technologies : le mode infrastructure divisé en deux architectures

? L'architecture BSS (Basic Service Set) : composée d'une seule cellule couverte par un seul point d'accès (AP) qui est l'intermédiaire permettant l'échange d'informations entre plusieurs stations.

? L'architecture ESS (Extended Service Set) : composée de plusieurs points d'accès connectés par un système de distribution, et formant un large réseau composé de plusieurs cellules. Le deuxième mode défini par le WIFI est le mode Ad-Hoc qui permet l'échange direct des informations entre les stations sans obligation de passage par le point d'accès.

Figure 7: Mode Infrastructure du WIFI

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2. IEEE 802.11e

IEEE 802.11e est une version améliorée de l'IEEE 802.11 introduisant la QoS au niveau au de la couche MAC pour le transport des trafics de type voix, audio et vidéo à travers le réseau WLAN. Avec l'IEEE 802.11, la fonction de coordination distribuée (DCF Distributed Coordination Function) qui est une variante améliorée de la méthode d'accès CSMA/CA et qui permet d'éviter les collisions durant la transmission par le ralentissement aléatoire après chaque trame (backoff), présente quelques problèmes : elle ne prend en charge que le service Best-Effort, elle ne garantit pas le délai et la gigue, elle dégrade le débit quand la charge est grande. Avec l'IEEE 802.11, la fonction PCF (Point Coordination Function) permettant l'accès au medium sans fil sans contrainte, présente également quelques problèmes: le schéma de Polling central est inefficace, un délai imprévisible du Beacon Frame due à la coopération incompatible entre les modes CP (Contention Period) et CFP (Contention Free Period), et enfin un temps de transmission des stations scrutées (Polled Stations) inconnue. L'IEEE 802.11e définit plusieurs classes de service, et définit deux nouveaux mécanismes :

? EDCF (Enhanced DCF) qui définit différents paramètres pour différentes catégories de trafic et remplace DIFS (DCF Inter Frame Space) par AIFS (Arbitration IFS) (AIFS>DIFS), sachant que AIFS est plus court pour les trafics audio et vidéo.

? Le deuxième mécanisme est le HCF (Hybrid CF) qui fournit le Policing, détermine l'accès au canal en contrôlant le canal à travers le HC (Hybrid Coordinator) et fonctionne avec les modes CFP et CP.

Le WIFI est un standard très à la mode actuellement, sa version 802.11e vient ajouter une certaine QoS pour les utilisateurs. Les inconvénients majeurs de cette technologie sont la courte portée, et la non prise en charge des utilisateurs mobiles. Une version plus évoluée du WIFI (IEEE 802.11s) est proposée récemment pour résoudre ces problèmes en proposant le mode MESH (Ad-Hoc), où les stations mobiles peuvent jouer eux-mêmes le rôle d'un point d'accès pour permettre plus de couverture aux utilisateurs. Elle prend en charge aussi une certaine mobilité des utilisateurs (faible ou moyenne vitesse).

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IV- ARCHITECTURES ET MOBILITES DES

EMETTEURS RADIOS DANS LES RESEAUX 3G

1. L'UMTS

L'UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) est un système de communication sans fil mobile exploitant une large bande passante, et utilisant un protocole de transfert de données en mode paquet, ce qui lui permet de prendre en charge beaucoup de services multimédias. UMTS est une amélioration des standards GSM et GPRS.

Le réseau UMTS est composé de deux domaines : un réseau d'accès radio UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) et un réseau coeur encore appelé CN (Core Network).

a) Le réseau d'accès UTRAN

Le réseau d'accès UTRAN est doté de plusieurs fonctionnalités. Sa fonction principale est de transférer les données générées par l'usager. Il est une passerelle entre l'équipement usager et le réseau coeur via les interfaces Uu et lu. Cependant, il est chargé d'autres fonctions > Sécurité : Il permet la confidentialité et la protection des informations échangées par l'interface radio en utilisant des algorithmes de chiffrement et d'intégrité.

> Mobilité : Une estimation de la position géographique est possible à l'aide du réseau d'accès UTRAN.

> Gestion des ressources radio : Le réseau d'accès est chargé d'allouer et de maintenir des ressources radio nécessaires à la communication.

> Synchronisation : Il est aussi en charge du maintien de la base temps de référence des mobiles pour transmettre et recevoir des informations.

Le réseau d'accès UTRAN est composé de plusieurs éléments :

> Une ou plusieurs stations de base appelés Noeud B ou en anglais NodeB

> Des contrôleurs radio RNC (Radio Network Controller)

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> Des interfaces de communication entre les différents éléments du réseau UMTS

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i. NodeB

Son rôle principal est 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. Le NodeB travaille au niveau de la couche physique du modèle OSI (codage et décodage).

ii. RNC

Son rôle principal est de router les communications entre le NodeB et le réseau coeur de l'UMTS. Il travaille au niveau des couches 2 et 3 du modèle OSI (le contrôle de puissance en boucle externe, le contrôle du handover, le contrôle de l'admission des mobiles au réseau et la gestion de la charge, l'allocation de codes CDMA, le séquencement de la transmission de données en mode paquet, la combinaison/distribution des signaux provenant ou allant vers différents Noeuds B dans une situation de macro diversité.).

iii. Les interfaces de communication

Plusieurs types d'interfaces de communication coexistent au sein du réseau UMTS:

? lu : Interface entre le réseau d'accès UTRAN et le réseau coeur de l'UMTS. Elle permet au contrôleur radio RNC de communiquer avec le SGSN ;

? Uu : Interface entre un équipement usager et le réseau d'accès UTRAN. Elle permet la communication avec l'UTRAN via la technologie CDM ;

? lur : Interface qui permet à deux contrôleurs radio RNC de communiquer.

? lub : Interface qui permet la communication entre un NodeB et un contrôleur radio RNC.

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Figure 8:Architecture du réseau d'accès

b) le réseau coeur

Le réseau coeur de l'UMTS est composé de trois parties dont deux domaines :

? Le domaine CS (Circuit Switched) utilisé pour la téléphonie

? Le domaine PS (Packet Switched) qui permet la commutation de paquets ? Les éléments communs aux domaines CS et PS :

Ces deux domaines permettent aux équipements usagers de pouvoir gérer simultanément une communication paquets et circuits. Ces domaines peuvent être considérés comme des domaines de service. Ce type d'architecture permet de pouvoir créer ultérieurement d'autres domaines de service.

j. Les éléments communs

Le groupe des éléments communs est composé de plusieurs modules :

? Le HLR (Home Location Register) représente une base de données des informations de l'usager : l'identité de l'équipement usager, le numéro d'appel de l'usager, les informations relatives aux possibilités de l'abonnement souscrit par l'usager.

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? L'AuC (Authentication Center) est en charge de l'authentification de l'abonné, ainsi que du chiffrement de la communication. Si une de ces deux fonctions n'est pas

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respectée, la communication est rejetée. L'Auc se base sur le HLR afin de récupérer les informations relatives à l'usager et pour ainsi créer une clé d'identification.

? L'EIR (Equipment Identity Register) est en charge de la gestion des vols des équipements usagers. Il est en possession d'une liste des mobiles blacklistés par un numéro unique propre à chaque équipement usager, le numéro IMEI (International Mobile station Equipment Identity).

ii. Le domaine CS Il est composé de plusieurs modules :

? Le MSC (Mobile-services Switching Center) est en charge d'établir la communication avec l'équipement usager. Il a pour rôle de commuter les données.

? Le GMSC (Gateway MSC) est une passerelle entre le réseau UMTS et le réseau téléphonique commuté PSTN (Public Switched Telephone Network). Si un équipement usager contacte un autre équipement depuis un réseau extérieur au réseau UMTS, la communication passe par le GMSC qui interroge le HLR pour récupérer les informations de l'usager. Ensuite, il route la communication vers le MSC dont dépend l'usager destinataire.

? Le VLR (Visitor Location Register) est une base de données, assez similaire à celle du HLR, attachée à un ou plusieurs MSC. Le VLR garde en mémoire l'identité temporaire de l'équipement usager dans le but d'empêcher l'interception de l'identité d'un usager. Le VLR est en charge d'enregistrer les usagers dans une zone géographique LA (Location Area).

iii. Le domaine PS

Il est composé de plusieurs modules :

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? Le SGSN (Serving GPRS Support Node) est en charge d'enregistrer les usagers dans une zone géographique dans une zone de routage RA (Routing Area)

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? Le GGSN (Gateway GPRS Support Node) est une passerelle vers les réseaux à commutation de paquets extérieurs tels que l'Internet.

Figure 9:Architecture de l'UMTS

L'UMTS est une technologie qualifiée de 3G et proposée par le 3GPP. Elle offre un certain niveau de QoS acceptable à un nombre limité d'utilisateurs. Cette technologie n'a pas connu le vrai succès que GSM ou encore GPRS ont connu, mais elle a été quand même déployée dans plusieurs zones.

2. Le HSDPA

Pour offrir des services (de type interactive, streaming et background) à haut débit supérieurs à 2 Mbits/s par l'UMTS, le 3GPP a défini HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) dans la Release 5. Il s'agit d'une technologie d'accès radio qui permet d'atteindre des hauts débits dans le lien descendant supérieurs à 10 Mbits/s. La technique HSDPA n'est que l'évolution logicielle de la technologie WCDMA (Wideband CDMA) de la Release 99. Elle est dotée d'un ensemble de propriétés dont la combinaison permet d'améliorer la capacité du réseau ainsi que le débit de données jusqu'à plus de 10 Mbits/s. Parmi ces propriétés, nous retrouvons des techniques connues et utilisées dans des standards d'évolution tel que le GSM/EDGE et que l'on résume dans la Figure 10 et l'on définit par les points suivants :

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Figure 10:Architecture système avec le HSDPA.

? la technique de modulation et de codage adaptatif AMC permet la variation du débit de transmission de manière adaptative pour pallier les dégradations du signal dues aux conditions de propagation. Cependant, les performances de cette technique sont assez sensibles à des erreurs dans l'estimation des conditions du canal et aux retards implicites de sa transmission vers le Noeud-B;

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? une méthode de retransmission hybride rapide appelée H-ARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest) : la méthode H-ARQ est vue comme un complément à la précédente AMC en apportant la possibilité d'ajuster le débit de transmission de manière plus fine. Le Node-B transmet un paquet de données au mobile. Si au bout d'un certain temps ce dernier n'envoie pas un acquittement positif (ACK, Acknowledgement) ou si l'acquittement est négatif (NACK, Negative-Acknowledgement) alors, le Noeud-B considère que le paquet n'a pas été reçu convenablement et il renvoie à nouveau le même paquet. Le mobile le garde et le combine avec les paquets retransmis par la suite. Ce type de retransmission est appelée soft combining et il existe un autre type qui s'appelle Incremental Redundancy. Ce qui augmente la probabilité de décoder correctement l'information ;

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? des algorithmes d'ordonnancement rapide de paquets (Fast Packet Scheduling) : les deux techniques précédentes permettent d'améliorer les performances de la liaison radio en faisant changer le débit de transmission en fonction des caractéristiques instantanées du canal. Les algorithmes d'ordonnancement permettent de sélectionner les utilisateurs de cellule auxquels il faut allouer le canal de transmission de données HS-DSCH (High Speed-Downlink Shared Channel) pendant un interval de temps de transmission ITT (Interval Time Transmission).

V- ARCHITECTURES ET MOBILITES DES

EMETTEURS RADIOS DANS LES RESEAUX 4G

Toujours en cours de recherches et de standardisation, le réseau 4G (4 génération) est proposé comme future génération des réseaux mobiles après la 3G. Ce réseau a également pour objectif d'abolir les frontières de la mobilité. Par définition, la 4G assure la convergence de la 3G avec les réseaux de communication radio fondés sur le protocole IP. La connexion devra être possible quel que soit le mode de couverture. L'institution internationale de standardisation ITU (International Telecommunications Union ou en français Union Internationale des Télécoms) n'a toujours pas donné de définition à la 4G. Les trois technologies supposées comme candidates potentielles pour une validation 4G sont:

? LTE poussée par les Européens, avec Ericsson en tête suivi de

Nokia et Siemens.

? WiMax version 802.16m soutenu par Intel sachant que le WIMAX a été ajouté à la liste des standards 3G par l'ITU le 19/10/2007.

? UMB soutenu par le fondeur américain Qualcomm (fabriquant des puces).

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La ^4e génération vise à améliorer l'efficacité spectrale et à augmenter la capacité de gestion du nombre de mobiles dans une même cellule. Elle tente aussi d'offrir des débits élevés en situation de mobilité et à offrir une mobilité totale à l'utilisateur en établissant l'interopérabilité entre différentes technologies existantes. Elle vise à rendre le passage entre

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les réseaux transparent pour l'utilisateur, à éviter l'interruption des services durant le transfert intercellulaire, et à basculer l'utilisation vers le tout-IP.

1. Réseau WiMAX

a) Présentation

WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) est une solution pour des réseaux MAN (Metropolitan Area Network) sans fil. En utilisant un accès WiMax, on peut atteindre théoriquement un débit jusqu'à 70 Mb/s avec une distance de 50 km. WiMax se sert de la technologie micro-onde avec plusieurs bandes de fréquences. Par rapport au modèle OSI, IEEE 802.16 se focalise comme tous les standards IEEE sur les couches 1 et 2. Il possède une version mobile appelée WiMax mobile appartenant au standard IEEE 802.16e; c'est la version qui apporte la mobilité au WiMax fixe tout en restant interopérable avec celui-ci. A partir d'une station de base (BS) vers des clients mobiles (MS) se déplaçant à moins de 120 km/h en passant d'une antenne à l'autre, l'IEEE 802.16e prévoit la transmission de données à des débits allant jusqu'à 30 Mb/s sur une zone de couverture d'un rayon inférieur à 3,5 km. Pour bénéficier des services de cette technologie, les équipements mobiles devront intégrer un composant dédié. Au niveau de l'interface physique, IEEE 802.16e utilise la méthode d'accès OFDMA qui permet d'adapter les canaux de manière dynamique.

b) L'architecture du WiMax mobile

L'architecture du WiMax mobile est composée de terminaux mobiles MS (Mobile Station) qui communiquent via un lien radio avec une station de base BS (Base Station) qui joue le rôle d'un relais avec une infrastructure terrestre fondée sur le protocole IP. Les BS sont connectées à un élément du réseau appelé ASN-GW (Access Serving Network-GateWay) utilisé comme passerelle pour gérer le raccordement des BS avec le réseau IP.

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L'IEEE 802.16e est composé aussi du NAP (Network Access Provider) qui est l'entité responsable de fournir l'infrastructure nécessaire pour l'accès radio à un ou plusieurs fournisseurs de services. Elle contrôle un ou plusieurs ASN (Access Service Network) qui est formée d'une ou plusieurs BS, et d'un ou plusieurs ASN-GW. La dernière composante de l'IEEE 802.16e est le NSP (Network Service Provider). Cette entité fournit l'accès au réseau IP et offre

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aux abonnés l'accès aux services réseau. Le NSP contrôle un ou plusieurs CSN (Connectivity Service Network) qui est le coeur du réseau WiMax. Les fonctions des différents éléments formant l'architecture du réseau WiMax mobile sont décrites ici :

> NAP (Network Access Provider) : Une entreprise qui fournit l'infrastructure d'accès radio à un ou plusieurs fournisseurs de services de réseau.

> NSP (Network Service Provider) : Une entité qui fournit la connectivité IP et les services réseau aux abonnés compatibles avec le niveau de service établi. Pour fournir ces services, un NSP établit des ententes contractuelles avec un ou plusieurs programmes d'action nationaux. Un NSP peut également établir des accords de Roaming avec d'autres fournisseurs de services réseau et des ententes contractuelles avec des tiers fournisseurs de l'application (par exemple ASP) pour fournir des services IP aux abonnés.

> CSN (Connectivity Service Network) : Représentation logique des fonctions du NSP, par

exemple :

V' Raccordement à Internet.

V' Authentification, autorisation et gestion.

V' Gestion de l'adresse IP.

V' Mobilité et Roaming entre ASNs.

V' Gestion de la politique et de la QoS fondée sur le SLA (Service Level

Agreement). Elle contient des éléments de gestion comme le DHCP, l'AAA, le

HA, etc.

> ASN (Access Serving Network) : Représentation logique des fonctions du NAP, exemple :

V' Interface d'entrée au réseau 802.16.

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V' Gestion des ressources radio et contrôle d'admission. - Gestion de la mobilité. V' QoS et politique de renforcement.

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y' Acheminement pour la sélection de CSN. Elle contient une ou plusieurs stations de bases responsables de la communication avec les abonnés, et un ou plusieurs ASN-GW qui constituent une passerelle qui assure la connexion des BSs avec le CSN.

> ASN-GW (ASN Gateway) : Elément du réseau WIMAX qui agit comme une entité logique dans le système WIMAX. Il sert à représenter une agrégation du plan de contrôle des entités fonctionnelles avec la fonction correspondante dans l'ASN ou la fonction résidente dans le CSN, ou une autre fonction dans l'ASN.

Fonctionnalités de l'ASN GW : Gère la mobilité, le Handover (transfert intercellulaire) et le forwarding. Il agit comme une passerelle. Il contrôle les ressources radio. Il renforce la QoS et la classification des fonctions et se charge de la gestion et de la sécurité.

Fonctions de l'ASN-GW :

y' Gestion de localisation et du Paging.

y' Serveur pour la session réseau et le contrôle de la mobilité.

y' Contrôle d'admission et mise en cache des profils d'abonnés, et des clés de

chiffrement.

y' AAA (Authentication Authorization Accounting) client/proxy.

y' Fournit les fonctionnalités de l'agent étranger.

y' Routage IPv4 et IPv6 pour sélectionner le CSN.

> La station de base : Située dans l'ASN et responsable de la communication sans fil avec les abonnés.

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> Les terminaux d'abonnés : Ce sont des équipements spéciaux équipés d'une carte WiMax qui permet la communication avec ce réseau. Ils sont situés dans la zone de couverture d'une BS pour pouvoir communiquer avec cette dernière.

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L'architecture de l'IEEE 802.16e est illustrée ci-dessous :

Figure 11:Architecture du WiMax mobile

c) IEEE 802.16m

L'IEEE 802.16m est une amélioration du WiMax (802.16-2004) et du WiMax mobile (802.16e) assurant la compatibilité avec les deux systèmes. Les débits théoriques proposés par cette version atteignent 100 Mb/s en situation de mobilité, et à 1 Gb/s quand la station abonnée est fixe. Le système 802.16m peut opérer dans des fréquences radio inférieures à 6 GHz. IEEE 802.16m utilisera la technologie MIMO (Multiple Input / Multiple Output) comme le Mobile WiMax en proposant d'améliorer la technologie d'antenne pour obtenir une bande passante plus grande. On peut voir le 802.16m comme une technologie qui profite des avantages de la 3G et du 802.16 pour offrir un ensemble de services à très haut débit (Streaming vidéo, IPTV, VoIP). L'IEEE 802.16m gardera la même architecture et la même pile protocolaire que le 802.16e.

d) Mobilité WIMAX

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Mobilité dans l'IEEE 802.16e

? Fonctions relatives au déplacement du MS Il y a trois fonctions principales de gestion du déplacement de la station mobile :

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y' Data Path : prend en charge la configuration du chemin et la transmission des données.

y' MS Context : s'occupe de l'échange des informations relatives au MS dans le réseau coeur.

y' Handover : c'est la fonction la plus intéressante, elle s'occupe de la signalisation et prend les décisions relatives au passage entre les cellules.

> Handover de niveau 2 (ASN Anchored Mobility Management) qui correspond à la couche liaison du modèle OSI. C'est encore la mobilité Intra ASN (entre BSs de même ASN / Handover de couche 2 du modèle OSI) :

y' Micro mobilité :

y' Pas de mise à jour de l'adresse IP.

Deux types de Handover :

y' Hard Handover : Début du nouveau service avec la nouvelle BS après la déconnexion avec l'ancienne BS (délai d'arrêt). La station communique avec une seule BS.

y' Soft Handover : Début du nouveau service avec la nouvelle BS avant la déconnexion avec l'ancienne BS (pas de délai d'arrêt). La MS communique avec plusieurs BSs en même temps, et maintient une liste de BSs active set.

Figure 12:Intra-ASN Handover

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> Handover de niveau 3 (CSN Anchored Mobility Management) qui correspond au handover de couche 3 du modèle OSI. C'est encore la mobilité Inter-ASN (entre BSs de différentes ASN)

y' Macro mobilité

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y' Mise à jour de l'adresse IP.

y' Fondée sur MIP : Proxy MIP (PMIP) ou Client MIP (CMIP)

Figure 13:Inter-ASN Handover

2. Le réseau LTE

a) Présentation

LTE (Long Term Evolution of 3G) est la norme de communication mobile la plus récente qui est proposée par l'organisme 3GPP dans le contexte de la 4G. Comme l'IEEE 802.16m, elle propose des débits élevés pour le trafic temps-réel, avec une large portée. Théoriquement, le LTE peut atteindre un débit de 50 Mb/s en lien montant et 100 Mb/s en lien descendant.

b) Architecture

En réalité, l'ensemble de ce réseau s'appelle EPS (Evolved Packet System), et il est composé des deux parties :

? le réseau évolué d'accès radio LTE appelé E-UTRAN (Envolved-UTRAN) ? le réseau coeur évolué appelé SAE (System Architecture Evolution).

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Le seul inconvénient de cette nouvelle technologie est l'installation de ses nouveaux équipements qui sont différents de ceux des normes précédentes, et le développement des terminaux adaptés.

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i. Accès radio LTE

Pour offrir des débits élevés, le LTE emploi la technologie OFDMA dans le sens descendant, et le SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) dans le sens montant. Le LTE respecte les délais requis par le trafic temps-réel. Cette technologie prend en charge la mobilité des utilisateurs en exécutant le Handover à une vitesse allant jusqu'à 350 km/h. Le LTE a pris en charge l'interconnexion et l'interopérabilité avec les normes 2G et 3G, et les réseaux CDMA-2000. Contrairement à la 3G qui nécessite d'allouer une bande de fréquence de 5 MHz, le LTE propose plusieurs bandes de fréquences allant de 1.25 jusqu'à 20 MHz. Cela lui permettra de couvrir de grandes surfaces.

ii. Réseau coeur SAE

Contrairement aux normes 2G et 3G qui proposent deux domaines de commutation de circuit et de paquet, SAE ne propose qu'un seul domaine paquet fondé sur l'IP et appelé EPC (Evolved Packet Core). Il y a deux types de communication au niveau de SAE :

? Default bearer qui est une connectivité permanente sans garantie de débit entre un abonné et son réseau SAE d'attachement

? Dedicated bearer qui est une connectivité avec garantie de débit et d'une certaine QoS dans le cas de l'utilisation d'un trafic temps-réel sensible au délai.

iii. Réseau global EPS

En comparant avec les normes 2G et 3G, l'architecture de l'EPS est plus simple. En particulier la nouvelle entité eNodeB remplace les fonctions des deux composants NodeB et RNC définis dans la 3G. L'EPS est composé de :

? UE : équipement utilisateur.

? eNodeB : responsable de la transmission et de la réception radio avec l'UE.

? MME (Mobility Management Entity) : MME est responsable de la gestion de la mobilité et l'authentification des utilisateurs. Elle est responsable aussi du Paging lorsque l'utilisateur est en état inactif. Elle sélectionne les composants dédiés aux	37
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types de la communication de l'utilisateur. Elle gère le Handover inter-domaines et inter-réseaux. Et enfin elle s'occupe de la signalisation.

? Serving GW (Serving Gateway) ou UPE (User Plane Entity) : joue le rôle d'une passerelle lors du Handover inter-domaines et inter-réseaux. Responsable du routage des paquets.

? PDN GW (Packet Data Network Gateway) ou IASA (Inter-Access System Anchor) : chargé de la mobilité entre différents systèmes, il est composé de l'élément 3GPP Anchor qui permet d'exécuter la mobilité entre LTE est les technologies 2G/3G, et l'élément SAE Anchor qui permet d'exécuter la mobilité entre le système 3GPP et les systèmes non 3GPP (WIFI, WIMAX, etc.). Sachant que l'élément SAE Anchor ne prend aucune décision concernant la mobilité, il exécute seulement les décisions prises par l'UE. Responsable de l'attribution des adresses IP aux utilisateurs.

? HSS (Home Subscriber Server) : base de données, évolution du HLR de la 3G. Elle contient les informations de souscriptions pour les réseaux GSM, GPRS, 3G et LTE...

? PCRF (Policy & Charging Rules Function) : fournit les règles de la taxation.

? ePDG (Evolved Packet Data Gateway) : un élément réseau qui permet l'interopérabilité avec le réseau WLAN en fournissant des fonctions de routage des paquets, de Tunneling, d'authentification, d'autorisation et d'encapsulation/ décapsulation des paquets. L'architecture du réseau EPS est présentée ci-dessous:

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Figure 14:Architecture de l'EPS

c) Mobilité LTE

Dans LTE la gestion de mobilité est distribuée, les eNodeB prennent la décision de Handover d'une façon autonome sans implication des éléments : MME et S-GW. Les informations nécessaires au Handover sont échangées entre les eNodeB via une interface appelée X2. Le MME et le S-GW recevront une notification avec un message complet de Handover après que la nouvelle connexion aura été attribuée entre l'UE et la nouvelle eNodeB. Après réception du message, les Gateways effectuent le chemin de commutation. Durant le Handover il y a un délai durant lequel l'UE n'est pas connecté au système. Pour résoudre cela, une solution temporaire de Forwarding des données perdues de l'ancien eNB vers le nouveau eNB est proposée. Dans ce cas il n y a pas de mémorisation des données au niveau des Gateways. L'intérêt de cette solution est de minimiser la charge de signalisation au niveau de l'interface entre l'eNB et l'MME/S-GW.

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3. Architecture UMB

a) Présentation

L'UMB (Ultra Mobile Broadband) ou plus exactement «CDMA2000 1xEV-DO Revision C» est son nom commercial. Avec la première révision A avec le CDMA, le débit offert était de 450 à 800 Kb/s vers des points fixes uniquement. Ensuite, avec la révision B il y avait une amélioration des débits jusqu'à 46,5 Mb/s. La dernière révision C proposée ajoute la gestion de la mobilité de l'utilisateur en grande vitesse et offre des débits théoriques à l'ordre de 288 Mb/s en voie descendante, et 75 Mb/s en voie montante. Elle propose aussi un environnement réseau qui se repose sur le principe de tout-IP et dispose de passerelles permettant l'interconnexion avec les réseaux de la famille 3GPP.

L'UMB repose sur une méthode d'accès de type OFDMA utilisant des mécanismes sophistiqués de contrôle et de signalisation, une gestion fine des ressources radio (RRM : Radio Resource Management), une gestion adaptative des interférences des liens retour (RL : Reverse Link) et la technique FDD (Frequency Division Duplex). Elle utilise aussi des techniques avancées d'antennes comme MIMO (Multiple In Multiple Out), SDMA (Space Division Multiple Access), et formation des faisceaux, tout en restant compatible avec les normes antérieures. Parmi les caractéristiques décrites dans la spécification, nous noterons son usage polyvalent (fixe, pédestre, mobile jusqu'à plus de 300 km/h), son temps de latence de l'ordre de 14,3 ms, sa large couverture, et sa flexibilité de déploiement entre 1.25 MHz et 20 MHz.

b) Architecture UMB

Les éléments du réseau et les interfaces formant l'architecture de l'UMB sont :

? AT (Access Terminal) : c'est le périphérique sans fil compatible avec l'UMB.

? AGW (Access Gateway): c'est un routeur qui présente le premier point de rattachement au réseau IP.

? eBS (Evolved Base Station) : c'est une entité logique supportant la communication radio avec l'AT.

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? SRNC (Session Reference Network Controller) : il est responsable du maintien de la référence de la session avec l'AT. Il est responsable aussi de la prise en charge de la

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gestion du statut IDLE (inactif) de l'AT, et de la fourniture des fonctions de contrôle de

Paging quand l'AT est inactif. L'architecture de l'UMB est présentée ci-dessous :

Figure 15:Architecture de l'UMTS

c) Mobilité UMB

Il y a trois types de mobilité dans l'UMB : dans un même domaine AGW, entre deux domaines AGW, et entre deux technologies différentes.

? Handover inter-eBS : l'AT peut changer d'eBS à travers le Handover de couche 2.

? Handover inter-AGW : c'est dans le cas où le mobile passe d'une cellule gérée par un AGW à une autre gérée avec un autre AGW, ce Handover est de niveau 3.

? Handover inter-systèmes : entre UMB et une autre technologie.

Malgré les qualités de cette technologie, actuellement elle ne connaît pas un grand succès par rapport au WiMax et LTE. Peut-être parce qu'elle n'est pas soutenue par plusieurs industriels connus comme les autres, ou l'installation de ses équipement pose un problème ; mais dans tous les cas elle reste une technologie avancée qui propose une bonne QoS avec prise en charge de la mobilité des utilisateurs.

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La 4G, toujours en cours de recherche, est un futur standard qui vise en général à améliorer la QoS en terme de débit, mobilité... dans le cas d'échange de trafic temps-réel sensible au délai par les abonnés. Cependant, il y a quelques buts visés par la 4G qui sont très difficiles à réaliser, comme offrir des débits très élevés pour des utilisateurs qui se déplacent à très grande vitesse, ou encore garantir à l'utilisateur un Handover transparent et sans

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aucune interruption. Parmi les objectifs de la 4G, nous avons intervenu au niveau des problématiques de la QoS et la mobilité dans une technologie candidate à la 4G, et au niveau des problématiques des interconnexions et du Handover transparent entre les réseaux.

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Troisième Partie : IMPLEMENTATION DU

PROJET

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CHAPITRE 1 :

PROTOCOLES DE MOBILITE ET INTERCONNEXION

DU WIMAX AVEC LES RESEAUX

I- PROTOCOLES DE MOBILITE

1. Le Handover

Le Handover ou le transfert intercellulaire est l'ensemble des fonctions et des opérations mises en oeuvre entre une ou plusieurs stations de service et une station mobile, pour permettre à cette dernière de changer de cellule et de bénéficier des services d'une autre cellule au lieu de l'ancienne. La station mobile aura la possibilité de continuer sa communication en cours avec un minimum d'interruption, sachant que les deux cellules impliquées sont gérées par un ou plusieurs réseaux.

Le Handover intervient dans trois cas :

? Une station mobile en mouvement passe d'une cellule à une autre.

? Une indisponibilité signalée par la station de service, soit parce qu'elle est tombée en panne, ou qu'elle est trop chargée par d'autres mobiles en communication, ou bien encore que le signal d'une autre station de service devient meilleur que le sien. Dans l'un de ces cas, s'il existe d'autres stations de service voisines disponibles, le Handover sera établi.

? Beaucoup d'interférences entre les stations mobiles dans une même cellule. Dans ce cas un mobile décide de changer de cellule pour subir moins d'interférences.

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Les types de Handover sont :
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? Handover horizontal : entre deux cellules gérées par la même technologie (par exemple entre deux cellules WiMax), il est divisé à son tour en deux types : y' Handover intra-domaine ou de couche 2 : entre deux cellules du même domaine réseau (par exemple entre deux cellules WiMax couvertes par deux stations de base gérées par la même passerelle ASN-GW).

y' Handover inter-domaine ou de couche 3 : entre deux cellules de domaines différents mais de la même technologie (par exemple entre deux cellules WiMax couvertes par deux stations de base gérées par deux passerelles ASN-GW différentes)

? Handover diagonal : entre deux cellules gérées par deux technologies proposées par le même organisme (par exemple entre IEEE 802.11 et IEEE 802.16 ou encore entre 3GPP-UMTS et 3GPP-HSDPA).

? Handover vertical : entre deux cellules gérées par différentes technologies (par exemple entre WiMax et UMTS).

2. Micro mobilité en utilisant des protocoles de niveau 2

Les protocoles de mobilité interviennent généralement au cours du Handover. Il existe plusieurs niveaux de mobilité faisant référence au modèle OSI. Le niveau de mobilité le plus bas, est le niveau 2 qui correspond à la couche liaison du modèle OSI. Ce niveau de mobilité est connu sous le nom Micro Mobilité.

Par définition, la Micro Mobilité concerne le déplacement d'une station mobile entre deux points d'attachement situés sur le même réseau sans changement de son adresse IP courante.

Dans le WiMax mobile, on parle de Micro Mobilité lorsqu'une station mobile effectue un transfert intercellulaire entre deux cellules gérées par la même passerelle (ASN-GW). Dans ce cas la station mobile ne change pas d'adresse IP et garde toujours son ancienne adresse.

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Dans la suite nous allons présenter des mécanismes de Handover de niveau 2 utilisés par le standard IEEE 802.16e : Hard Handover et Soft Handover (MDHO et FBSS)

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a)Hard Handover IEEE 802.16e

Le mécanisme du Hard Handover est appliqué généralement dans le cas d'une mobilité relativement lente ou moyenne.

Durant le Handover, ce mécanisme oblige la station mobile à interrompre la connexion avec l'ancienne station de base avant d'établir la connexion avec la nouvelle station de base (mécanisme Break-Before-Make). Dans ce cas, le mobile ne peut communiquer qu'avec une seule station de base au cours d'une communication.

Ce mécanisme est bénéfique du point de vue de l'allocation des ressources, mais en cas d'échange du trafic temps-réel de volume important, ou dans le cas du déplacement du mobile avec une vitesse importante, ce mécanisme provoque une interruption de service au cours du Handover, ce qui n'est pas bon pour du trafic temps-réel.

Le Hard Handover est un protocole de niveau 2 très connu et très employé par les opérateurs. Son seul inconvénient est qu'il oblige la station mobile de rompre la connexion. Son grand avantage est qu'il n'est pas du tout gourmant en ressource vu que la station mobile n'a le droit de se connecter qu'avec une seule station émettrice à la fois.

b) Soft Handover IEEE 802.16e

Le Soft Handover est appliqué dans le cas d'une mobilité importante. Il propose deux techniques : le MDHO et le FBSS.

i. MDHO

46

Durant le Handover, le MDHO (Macro Diversity Handover) permet à la MS de se connecter aux stations de base voisines appartenant à une liste de BSs (Diversity Set) maintenue par la MS avant d'interrompre la connexion avec l'ancienne station de base (mécanisme Make-Before-Break). Dans ce cas le mobile communique avec plusieurs stations de base 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.

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ii. FBSS

Le FBSS (Fast Base Station Switching) est très proche du MDHO dans son principe

(Make-Before-Break). 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 tous ses données ainsi que les messages de signalisation. La MS aura le droit de changer de BS ancre quand elle le voudra, à condition qu'elle choisisse une nouvelle BS ancre parmi la liste des BSs appartenant à son Diversity Set avec lesquelles elle est connectée. Généralement, la MS 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.

Le Soft Handover est peu employé par les opérateurs vu qu'il consomme beaucoup de ressources, surtout avec le protocole MDHO qui autorise à la station mobile de communiquer avec toutes les stations émettrices au même temps. Le grand avantage du Soft Handover c'est la continuité de la communication sans interruption au cours du Handover de niveau 2 par un utilisateur, ce qui permet de répondre aux exigences de trafics temps-réel. Mais l'utilisation du Soft Handover doit être soumise à des conditions de disponibilité des ressources.

Le FBSS qui est plus récent que le MDHO, utilise moins de ressources que le MDHO, et cela grâce à la technique qu'il emploie, et qui permet de communiquer avec une seule station émettrice élue tout en restant connecté avec les stations émettrices voisines. En général le FBSS est très efficace dans le cas de mobilité à grande vitesse avec échange de trafic temps-réel sensible au délai.

3. Macro-Mobilité en utilisant des protocoles de Niveau

3

47

La mobilité de niveau réseau est connue également sous le nom Macro-Mobilité. Il s'agit de gérer le déplacement d'un utilisateur mobile entre deux domaines différents. Ce déplacement nécessitera une mise à jour de la base de données : "Location Directory" et une mise à jour de l'adresse IP courante de la station mobile. La station mobile effectue dans ce

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cas un transfert intercellulaire entre deux cellules gérées par différentes passerelles. Par exemple dans le cas de l'IEEE 802.16e, le mobile passe entre deux cellules couvertes par deux stations de base gérée chacune par un ASN-GW différent.

Dans ce cas, la station mobile doit mettre à jour son adresse IP courante pour s'adapter avec le nouveau réseau qui gère la deuxième cellule.

a) Mobile IPv4

Le protocole Mobile IPv4 aussi nommé Client Mobile IP (CMIP) et proposé par un groupe de travail de l'IETF, vient ajouter des nouvelles extensions au protocole IP pour permettre la mobilité. Ce protocole est déjà fort ancien, et il n'a pas connu de succès en raison des délais induits. Il permet à l'utilisateur de s'enregistrer dans un réseau étranger, et de se connecter par le biais de son réseau mère via une combinaison de FA (Foreign Agent) et de HA (Home Agent).

Le principe de fonctionnement de MIP est décrit ci-dessous

Figure 16:Fonctionnement de MIPv4

48

? Quand une station mobile se déplace dans un réseau autre que son réseau mère, un routeur du réseau visité (FA) peut agir en tant qu'agent relais. Il diffuse périodiquement des paquets dans le réseau pour détecter les nouveaux venus. Il détecte alors l'arrivée de la nouvelle station mobile et l'ajoute au réseau étranger en

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lui attribuant une nouvelle adresse IP temporaire (cette méthode nécessite une réserve d'adresses pour la gestion des mobiles).

? Ensuite, quand le mobile décide de communiquer avec un correspondant depuis le nouveau réseau, il envoie une requête vers son correspondant grâce à sa nouvelle adresse IP. L'adresse source du paquet IP envoyé ne correspond pas à l'adresse IP courante du mobile, mais elle correspond à l'adresse de son agent mère (HA) du réseau de rattachement.

? Le correspondant renverra sa réponse vers l'agent mère du réseau de rattachement. ? L'agent mère crée alors un tunnel avec le mobile et envoie directement le paquet vers ce dernier.

b) Proxy Mobile IPv4

PMIP (Proxy Mobile IP) est une version améliorée de CMIP (Client Mobile IP) ou MIP (Mobile IP). Les raisons pour lesquelles PMIP a été proposé sont les suivantes :

? Le protocole MIP est embarqué dans la station mobile, ce qui provoque plus de complexité au niveau de cette dernière.

? MIP est incompatible avec IP-sec sur lequel reposent les passerelles VPN (Virtual Private Network) et les passerelles NAT (Network Address Translator). Comme la station mobile est parfois obligée de passer par ces deux dernières composantes du réseau, il est primordial de corriger ce défaut.

Pour résoudre ces problèmes, le protocole PMIP a été proposé. Il introduit une entité fonctionnelle appelée Proxy MIP pour aider MIP à traverser les passerelles VPN et NAT et pour diminuer la complexité au niveau de la station mobile. Le Proxy est installé entre la station mobile et son correspondant HA et joue le rôle d'intermédiaire entre les deux. PMIP ne nécessite pas un changement d'adresse au niveau du point d'attachement quand le mobile se déplace, et le mobile n'est pas obligé d'implanter le protocole MIP.

Le fonctionnement de PMIP est présenté ci-dessous :

49

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Figure 17:Fonctionnement de PMIPv4

Positionnons nous après la deuxième étape présentée avec MIP (section précédente). Avec PMIP, à la troisième étape le HA crée un tunnel avec l'agent relais (FA) qui est en même temps un Proxy MIP (et pas directement avec la station mobile comme avec MIP) et lui envoie les paquets. A la fin à l'étape 4), le Proxy délivre les paquets vers la station mobile.

c) 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. Le seul inconvénient de ce protocole c'est qu'il s'appuie sur l'IPv6 qui n'est pas encore déployé en grande échelle.

50

Le Handover de niveau 3 ou plus est relatif à la phase de changement de services d'une station émettrice (BS dans le cas de WiMax) à une autre voisine par une station mobile. Deux cas sont possibles dans ce type de Handover : le premier est que les deux stations émettrices appartiennent au même réseau, mais chacune d'elles est gérée par une passerelle appart qui fait le lien avec le réseau coeur IP, donc on dit que les stations émettrices appartiennent à des domaines différents. Le deuxième cas est que chacune des deux stations émettrices

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appartient à un réseau différent carrément. Dans les deux cas, une mise à jour de l'adresse IP courante de la station mobile est nécessaire.

4. Macro-Mobilité en utilisant des Protocoles de Niveau

3+

a) HIP

IP pose de plus en plus de problèmes avec les nouveaux besoins de mobilité et de Multihoming (machine pouvant disposer de plusieurs adresses IP).

Le protocole HIP (Host Identity Protocol) est une solution récente proposée par l'IETF pour résoudre un certain nombre de problèmes rencontrés avec Internet. Il propose une nouvelle architecture qui sépare l'identité d'une machine en proposant un nouveau type d'identification : Host Identifier (HI), et le localisateur qui est l'adresse IP de la machine. En se référant au modèle OSI, HIP nécessite une nouvelle couche de niveau 3.5 intercalée entre la couche réseau et la couche transport.

Figure 18: HIP dans le modèle OSI

51

Avec le protocole HIP, un système est identifié avec un HI unique. Au cours d'un échange de paquets entre deux systèmes, le HI sera crypté avec une fonction de hachage pour devenir un HIT (Host Identity Tag), et ce HIT servira à identifier les paquets échangés par les deux systèmes. Et dans ce cas, les adresses IP n'interviendrons que pour le routage des

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paquets, ainsi, les noeuds HIP peuvent être mobiles et multi-domiciliés. Pour l'échange d'identités de manière sécurisée entre deux noeuds HIP, ce dernier utilise le protocole IPsec.

b) MSCTP

i. Présentation

La mobilité de niveau transport est proposée comme un concurrent de la mobilité de niveau réseau pour mieux supporter l'intégration des services. La gestion de la mobilité dans le niveau transport est prise en charge exclusivement par le protocole SCTP (Stream Control Transmission Protocol) et son extension DAR (Dynamic Address Reconfiguration). SCTP étendu avec DAR constituent le protocole MSCTP (Mobile SCTP). MSCTP est proposé dans le but d'éviter les interruptions des services observées avec TCP et UDP (User Datagram Protocol) pendant le changement de l'adresse IP par le mobile. C'est un protocole de niveau transport similaire à TCP (Transmission Control Protocol). Il fournit une communication point à point orientée connexion entre différentes applications se déroulant sur les différentes machines. La différence majeure avec TCP est le Multihoming. Il gère plusieurs adresses IP au niveau des terminaux en conservant la connexion point à point intacte.

ii. Fonctionnement

52

Au début, dans son réseau mère, le terminal mobile implantant le protocole MSCTP, choisit une seule adresse IP comme adresse primaire utilisée pour l'échange des messages avec un correspondant. Les autres adresses IP que possède le mobile sont utilisées seulement pour les retransmissions. L'extension DAR permet aux terminaux d'ajouter, de supprimer et de changer les adresses IP pendant une session SCTP entre les mobiles implantant les agents MSCTP, sans perturber l'établissement des connexions en utilisant les messages de configurations des adresses. Durant une communication entre une MS et son correspondant localisé dans un réseau externe. Au cours du déplacement de la MS du réseau mère vers un réseau étranger, et en passant par la zone de Handover (dans le début de la zone de couverture du réseau étranger), le mobile reçoit une adresse IP du réseau étranger soit par le contact d'un serveur DHCP existant dans ce réseau, ou par la configuration automatique de l'adresse IPv4. Il poursuit sa communication avec son correspondant via son réseau mère.

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La station mobile est maintenant capable d'établir la liaison avec son correspondant en utilisant sa deuxième adresse IP. Elle est devenue accessible depuis son réseau de rattachement et le réseau étranger dans lequel elle a eu sa deuxième adresse IP.

Ensuite, le mobile envoie à son correspondant via son réseau mère sa deuxième adresse IP pour l'informer de son existence. Le correspondant ajoute la nouvelle adresse IP à la liste des identifiants de la connexion avec la station mobile et répond avec un acquittement (le mobile poursuit sa communication avec son correspondant via son réseau mère). Puis, quand le mobile commence à quitter la zone de couverture de son réseau domicile (à la fin de la zone de couverture du réseau domicile dans la zone du Handover où le service du réseau étranger devient meilleur que celui du réseau domicile), il notifie son correspondant d'assigner la nouvelle adresse IP (la deuxième) comme adresse IP primaire à la place de la première, ce que le correspondant l'approuve en répondant avec un acquittement, et la nouvelle adresse IP devient l'adresse de communication de base de la station mobile. A partir de ce moment, le mobile et son correspondant échangent tous leurs messages à travers le réseau étranger et plus via le réseau domicile. Et finalement, quand le mobile quitte définitivement la zone de couverture du réseau domicile vers la zone de couverture du réseau étranger (après la zone de Handover), il informe son correspondant de supprimer la première adresse IP de l'association ce que le correspondant confirme avec un acquittement. Il poursuit alors sa communication avec son correspondant à travers le réseau étranger.

Le MSCTP est un protocole de niveau 4 (transport), sa force réside dans son utilisation de la technique du Multi-Homing qui permet d'ouvrir plusieurs connections IP avec une même association MSCTP, et la technique du Multi-streaming qui se réfère à l'envoi de plusieurs types de streams en parallèle sur différentes connections IP de la même association MSCTP. Il est peu employé actuellement vu qu'il est encore très récent, et vu qu'il nécessite une configuration au niveau des Softwares, surtout qu'il faut l'utiliser au lieu de TCP et UDP.

5. Architecture de mobilité IEEE 802.21 (MIH)

L'architecture IEEE 802.21 connue aussi sous le nom MIH (Media Independent Handover) fournit des méthodes et des fonctionnalités pour aider la station mobile à détecter les réseaux disponibles dans son environnement et lui permettre d'initier le Handover vertical	53
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entre les réseaux détectés. La norme permet simplement de fournir des informations qui aident à l'initiation du Handover, la sélection du réseau et l'activation de l'interface. L'exécution et la décision du Handover ne font pas partie de la norme. MIH a conçu une nouvelle fonction qui fournit des nouveaux points d'accès de services : SAP (Service Access Point) pour faire le lien entre les couches inférieures (1 et 2) et les couches supérieures (3+). Ces derniers auront besoin d'informations spécifiques des couches inférieures que MIH fournira. L'architecture protocolaire de MIH est présentée ci-dessous

Figure 19:Architecture de MIH

Il y a trois types de points d'accès de service (SAP) définies pour MIH :

? MIH_SAP pour l'accès des couches supérieures aux couches inférieures et au MIH ? MIH_LINK_SAP pour relier la fonction de MIH et les couches inférieures

? MIH_NMS_SAP pour des fonctions de gestion.

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Un Handover de niveau 3+ est employé dans les mêmes conditions que le Handover de niveau 3. Les protocoles de niveau 3+ sont généralement des technologies récentes qui permettent la mise à jour de l'adresse IP courante de la station mobile avec des options et des techniques qui permettent de minimiser le délai au cours du Handover pour permettre d'offrir un bon niveau de QoS à l'utilisateur du trafic temps-réel.

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Enfin, MIH est une architecture proposée par l'IEEE. Elle propose des modules qui s'installent au niveau des réseaux et des utilisateurs pour permettre l'échange rapide des informations sur le réseau avant le Handover. Cela facilite forcément la décision de l'utilisateur mobile.

En termes de pile protocolaire, MIH permet de faire le lien entre les couches basses et les couches supérieures à travers des SAP positionnés au niveau de la couche MIH. Ce mécanisme semble intéressant, mais jusqu'à présent il n'a pas encore connu le succès attendu.

II- INTERCONNEXION DU WIMAX AVEC LES

RESEAUX

Après avoir traité le problème de la mobilité horizontale au sein d'une seule technologie, qui a été dans notre cas le WiMax mobile, nous allons nous intéresser aux problèmes de la mobilité diagonale (entre deux technologies de même famille) et à la mobilité verticale (entre deux technologies différentes). L'intérêt principal d'une telle problématique est de réaliser l'un des buts de la 4G qui se résume sur l'interopérabilité et le passage transparent entre différentes technologies. Pour cela nous allons proposer des modèles d'interconnexion entre le WiMax mobile (technologie candidate à la 4G) et d'autres technologies de communication à la fois différentes et très utilisées actuellement.

Les réseaux proposés pour établir leur interconnexion avec l'IEEE 802.16e sont respectivement l'IEEE 802.11e (WLAN), l'UMTS (3G) et le LTE (3G+).

1. Interconnexion du WiMax mobile avec le WLAN

(802.11e)

55

Le but de cette étude est d'établir l'interconnexion entre le WiMax mobile et la version du WIFI dédiée à la QoS: IEEE 802.11e. Pour cela, nous allons proposer deux modèles d'interconnexion, le premier est fondé sur le protocole de mobilité MSCTP, et le deuxième sur l'architecture de mobilité: IEEE 802.21.

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a) Modèle d'interconnexion

Le modèle commun entre les deux modèles qui seront proposés dans les deux prochaines sections, est composé d'une cellule WiMax avec un rayon de couverture de 1 km et une cellule WIFI d'un rayon de couverture de 300 m.

Les deux cellules forment une zone commune de Handover avec une distance maximale de 180 m entre les limites des deux cellules. La cellule WiMax est couverte par une BS connectée à un ASN-GW qui est lié à son tour via le réseau IP au CSN (Fournisseur d'accès WiMax).

La cellule WIFI est couverte par un AP (point d'accès) connecté à un routeur qui est lié à son tour via le réseau IP au fournisseur d'accès WIFI (CSN WIFI). Les deux CSN sont connectés tous les deux et liés au correspondant externe de la station mobile via le réseau Internet.

Le scénario présente le cas où la MS se déplace depuis la cellule WiMax vers la cellule WIFI. La MS traverse dans l'une des cellules une distance de 200 m, et traverse dans la zone de Handover une distance de 100 m. Dans cette étude, il n y a que l'IEEE 802.16e qui permet la mobilité. L'IEEE 802.11e ne supporte que la mobilité très faible de type piéton.

b) Modèle d'interconnexion fondé sur MSCTP

En reprenant le modèle commun déjà présenté dans la section précédente, nous ajoutons au modèle d'interconnexion bâti sur le protocole MSCTP à la condition que les deux utilisateurs finaux : la station mobile et son correspondant doivent implanter le protocole MSCTP comme couche supérieure. L'architecture d'interconnexion proposée entre WiMax et WIFI en utilisant MSCTP est présentée dans la figure ci-dessous :

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Figure 20:Modèle d'interconnexion fondé sur MSCTP

L'échange des messages entre la station mobile et son correspondant (CN) durant sa mobilité entre les réseaux WiMax mobile et le WIFI, en utilisant le protocole MSCTP est présenté dans la figure ci-dessous :

Figure 21:Echange des messages durant le Handover avec MSCTP

2. Interconnexion du WiMax mobile avec la 3G (UMTS)

a) Modèle d'interconnexion et scénarios de mobilité

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Cette partie décrit le modèle d'interconnexion entre WiMax mobile et UMTS fondé sur MIH + MSCTP, et les scénarios de mobilité entre les deux réseaux.

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Nous proposons une cellule WiMax avec un rayon de couverture de 3 km, et une cellule UMTS de même rayon de couverture. Les deux cellules forment une zone commune de Handover, d'une surface de 3 km². La MS choisie pour établir les scénarios de mobilité doit pourvoir opérer avec les deux réseaux.

Concernant le mobile WiMax, la BS est connectée à un ASN-GW lié à son tour via le réseau IP au CSN. Dans le réseau UMTS, le NodeB est connecté au RNC qui est lié au SGSN qui est lié à son tour au GGSN, et ce dernier permettra l'accès au réseau PDN (Packet Data

Network).

L'interconnexion entre les deux réseaux est assurée par deux passerelles localisées entre les deux réseaux : WAG (WiMax Access Gateway) et PDG (Packet Data Gateway).

A travers la WAG, les données depuis/vers le réseau WiMax sont acheminées vers la MS avec les services UMTS. Les fonctions de WAG incluent le renforcement du routage des paquets à travers le PDG, le traitement des informations comptables, et le filtrage des paquets. Les fonctions principales du PDG sont le routage des paquets reçus/envoyés au PDN depuis/vers le MS, et l'exercice des fonctions d'un agent étranger.

Pour utiliser les services de MIH dans le modèle d'interconnexion, l'abonné mobile doit implanter le module MIH ; un serveur MIH doit être installé entre les deux réseaux ; le CSN du WiMax doit intégrer un module MIH, et le coeur du réseau UMTS aussi. Dans ce cas, l'échange des informations sur les réseaux va être effectué entre les modules MIH installés dans les deux réseaux, et le serveur MIH.

Pour utiliser le protocole MSCTP, les utilisateurs finaux (station mobile et son correspondant) doivent implanter ce protocole au niveau des couches supérieures.

Dans le premier scénario de mobilité, la MS utilisant l'application VoIP est localisée au début à la ^1ère position dans la cellule UMTS, va se déplacer vers la 2ème position dans la zone de Handover entre les deux réseaux. Ensuite, elle va quitter la zone de Handover vers la 3ème position localisée à la fin de la zone de Handover et au début de la cellule WiMax. Et finalement, elle va joindre la 4ème position localisée dans la cellule WiMax.

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Dans le deuxième scénario, la MS va traverser le même chemin, mais dans le sens contraire, depuis la cellule WiMax vers la cellule UMTS.

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Dans les deux scénarios, nous proposons deux vitesses de mobilité : 50 et 100 km/h, pour voir l'impact de l'augmentation de la vitesse dans le cas du Handover vertical. Le modèle d'interconnexion, et le 2ème scénario sont illustrés dans la figure ci-dessous :

Figure 22:Modèle d'interconnexion et 2ème scénario

b) Schéma de Handover

Cette partie décrit l'échange des informations entre toutes les entités durant le scénario de mobilité depuis WiMax vers UMTS.

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Au début, la MS est localisée à la première position dans la cellule WiMax, en train de communiquer avec son correspondant localisé dans un réseau externe via le réseau WiMax (BS - ASN-GW - CSN - Internet - CN). Ensuite, quand elle commencera à se déplacer vers la deuxième position dans la zone de Handover, l'entité MIHF (MIH Function) dans la MS échange des informations sur les réseaux voisins avec les modules MIH, pour détecter les réseaux cibles d'un Handover. En s'approchant de la deuxième position dans la zone de Handover, et quand l'un des rapports échangés avec les modules MIH est positif, et que la MS détecte un nouveau réseau qui est dans ce cas le réseau UMTS ; l'initiation et la préparation du Handover démarrent. L'échange des messages entre les entités MIH se focalise sur la mesure, la mapping

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et la comparaison du niveau de la QoS entre les deux réseaux. Si le rapport des mesures est positif, la réservation des ressources du réseau UMTS va être établie.

A ce stade, la MS continue toujours à communiquer avec son correspondant via le réseau WiMax. Ensuite, quand elle va commencer à quitter la deuxième position vers la troisième située à la fin de la zone de Handover et au début de la cellule du réseau UMTS, elle va procéder à l'exécution du Handover ; pour cela elle devra d'abord obtenir une adresse IP du réseau UMTS, et donc elle va procéder au contexte PDP (Packet Data Protocol : protocole permettant l'obtention d'adresse pour une station dans les réseaux GPRS, UMTS...) pour l'obtenir.

Un contexte PDP est un ensemble d'informations qui caractérise un service de transmission de base. Il regroupe des paramètres qui permettent à un abonné de communiquer avec une adresse PDP définie, selon un protocole spécifique (IP ou X.25), suivant un profil de QoS déterminé (débit, délai, priorité...).

Après l'obtention de l'adresse IP UMTS, la MS possède maintenant deux adresses IP. Et avec l'aide du protocole MSCTP, la MS pourra classer ses adresses IP et en choisir une comme adresse primaire. Elle va donc utiliser l'extension DAR du protocole MSCTP pour prévenir son correspondant de l'existence de sa deuxième adresse IP obtenue récemment. Son correspondant va ajouter sa deuxième adresse comme adresse secondaire dans sa table d'adresses et va confirmer la bonne réception à la MS par un ACK.

Après, quand la MS atteint la troisième position à la fin de la zone de Handover et au début de la cellule UMTS, elle va utiliser son extension DAR pour choisir la deuxième adresse IP comme adresse IP primaire au lieu de la première adresse IP qui deviendra secondaire ; ensuite elle va contacter son correspondant via le réseau UMTS pour le prévenir de basculer la deuxième adresse IP comme adresse IP primaire, et son correspondant va répondre avec un ACK. La MS va continuer sa communication avec son correspondant via le réseau UMTS.

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Finalement, quand la MS quitte la troisième position en direction de la quatrième position dans la cellule UMTS, elle va utiliser l'extension DAR pour supprimer sa première adresse IP WiMax parce qu'elle n'en a plus besoin, et va contacter son correspondant via le réseau UMTS pour l'avertir de supprimer la première adresse de sa table d'adresses, ce que son correspondant confirmera avec un ACK ; et la MS continuera finalement sa

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communication avec son correspondant via le réseau UMTS (NodeB - RNC - SGSN - GGSN - PDN - CN).

3. Interconnexion du WiMax mobile avec la 3G+ (LTE)

Ce travail vise à établir l'interconnexion entre deux technologies candidates à la 4G : le WiMax mobile et le LTE.

Pour cela, un modèle d'interconnexion et d'interopérabilité sera proposé ; et nous allons aussi proposer de combiner l'architecture MIH avec le protocole MSCTP pour pouvoir résoudre le problème de Handover vertical ente les deux technologies dans le cas de la mobilité.

a) Modèle d'interconnexion et scénarios de mobilité

Le modèle d'interconnexion entre WiMax mobile et LTE fondé sur MIH + MSCTP est composé d'une cellule WiMax et une cellule LTE, et les deux cellules forment une zone commune de Handover.

La station mobile qui va effectuer le Handover entre les deux cellules doit pourvoir opérer avec les deux réseaux. Concernant le mobile WiMax, la BS est connectée à un ASN-GW lié à son tour via le réseau IP au CSN. Dans le réseau LTE, l'eNodeB est connectée au S-GW et au MME, et le S-GW est lié à son tour au PDN-GW qui permet l'accès vers le réseau WiMax. L'interconnexion entre les deux réseaux est assurée par le PDN-GW (SAE Anchor).

Pour utiliser les services de MIH dans le modèle d'interconnexion un ensemble de conditions doit être respecté: l'abonné mobile doit implanter le module MIH, un serveur MIH doit être installé entre les deux réseaux, le CSN du WiMax doit ajouter un module MIH et le SAE du réseau LTE aussi. Et dans ce cas l'échange des informations dans les deux réseaux va être effectué entre les modules de MIH installés dans les deux réseaux et le serveur MIH.

Pour utiliser le protocole MSCTP, les utilisateurs finaux (station mobile et son correspondant) doivent implanter ce protocole dans leurs couches supérieures.

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Pour pouvoir décrire les schémas d'échanges des messages au cours du Handover, deux scénarios de mobilité sont proposés : dans le premier scénario, la MS localisée au début dans la première position dans la cellule LTE va se déplacer vers la deuxième position dans la

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zone de Handover entre les deux réseaux ; ensuite, elle va quitter la zone de Handover vers la troisième position dans la fin de la zone de Handover et le début de la cellule WiMax. Et finalement, elle va joindre la quatrième position localisée dans la cellule WiMax.

Dans le deuxième scénario, la MS va traverser le même chemin mais dans le sens contraire, depuis la cellule WiMax vers la cellule LTE.

Le modèle d'interconnexion et le deuxième scénario sont illustrés dans la figure ci-dessous :

Figure 23:Modèle d'interconnexion et 2ème scénario de mobilité

b) Schémas du Handover

Commençons par détailler l'échange des messages durant le Handover depuis le WiMax mobile vers le LTE en utilisant MIH et MSCTP ; il n'est pas très différent de celui entre le WiMax et UMTS.

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Au début, la MS est localisée dans la cellule WiMax dans la première position en train de communiquer avec son correspondant localisé dans un réseau externe, via le réseau WiMax (BS - ASN-GW - CSN - Internet - CN). Ensuite, quand elle commence à se déplacer vers la deuxième position dans la zone de Handover, l'entité MIHF dans la MS échange des informations sur les réseaux voisins avec les modules MIH pour détecter les réseaux disponibles.

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En s'approchant de la deuxième position dans la zone de Handover, et quand l'un des rapports échangés avec les modules MIH est positif, et que la MS détecte un nouveau réseau qui est dans ce cas le réseau LTE ; l'initiation et la préparation du Handover commencent, et l'échange des messages entre les entités MIH se focalise sur la mesure, le Mapping et la comparaison des niveaux de la QoS entre les deux réseaux. Si le rapport de mesure est positif, la réservation des ressources du réseau LTE sera établie.

A ce stade, la MS continue toujours à communiquer avec son correspondant via le réseau WiMax. Ensuite, quand la MS va commencer à quitter la deuxième position vers la troisième située à la fin de la zone de Handover et au début de la cellule du réseau LTE, elle va procéder à l'exécution du Handover ; pour cela elle devra d'abord obtenir une adresse IP du réseau LTE, et donc elle demandera du réseau LTE une adresse IP, et si tout va bien elle l'aura.

Après l'obtention de l'adresse IP LTE, la MS possède maintenant deux adresses IP, et avec l'aide du protocole MSCTP, la MS pourra classer ses adresses IP et choisir une comme adresse primaire. Ensuite elle va prévenir son correspondant de l'existence de sa deuxième adresse IP obtenue récemment. Son correspondant va ajouter sa 2ème adresse comme adresse secondaire dans sa table d'adresses et va confirmer la bonne réception à la MS par un ACK.

Après, quand la MS atteint la troisième position à la fin de la zone de Handover et au début de la cellule LTE, elle va utiliser l'extension DAR du protocole MSCTP pour choisir la deuxième adresse IP comme adresse IP primaire au lieu de la première qui deviendra secondaire ; ensuite elle va contacter son correspondant via le réseau LTE pour le prévenir d'assigner la deuxième adresse IP comme adresse IP primaire, et son correspondant va répondre avec un ACK. Et la MS va continuer sa communication avec son correspondant via le réseau LTE.

63

Finalement, quand la MS quitte la 3ème position en direction de la 4ème position dans la cellule LTE, elle va utiliser l'extension DAR du protocole MSCTP pour supprimer sa 1ère adresse IP WiMax parce qu'elle n'en aura a plus besoin dans la cellule LTE, et va contacter son correspondant via le réseau LTE pour l'avertir de supprimer la 1ère adresse de sa table d'adresses, ce que son correspondant confirmera avec un ACK ; et la MS continuera finalement sa communication avec son correspondant via le réseau LTE (eNodeB - S-GW - PDN-GW - CN).

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L'échange des messages au cours du Handover dans l'autres sens : depuis LTE vers le WiMax est presque pareil, excepté à l'étape de l'obtention de l'adresse IP WiMax

(deuxième adresse), la MS doit contacter une BS pour ça, et la BS va contacter à son tour un serveur DHCP pour l'attribution de l'adresse IP.

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CHAPITRE 2 :

SIMULATION D'INTEROPERABILITE DES

ARCHITECTURES RADIO- MOBILES

I- PRESENTATION DE LA PLATE FORME DE

SIMULATION

Dans cet étude, nous avons opté pour la simulation des architectures d'émetteurs radio mobile d'utiliser NS2 (Network Simulator version 2) sous sa version ns-allinone-2.34. En effet NS est un outil logiciel de simulation de réseaux informatiques de la plateforme UNIX/LINUX, il est parmi les simulateurs les plus utilisés dans les laboratoires de recherche, afin de simuler et étudier les performances des architectures et surtout des protocoles réseau. Il offre une plateforme de développement de nouveaux protocoles, des bibliothèques pour la génération de topologies réseau, des trafics ainsi que des outils de visualisation tels que l'animateur réseau NAM (Network Animator) et permet de les tester. Il est bien adapté aux réseaux à commutation de paquets et à la réalisation de simulations de grande taille ; A titre d'exemple la liste des principaux composants actuellement disponibles dans NS par catégorie est :

? application : Web, ftp, Telnet, générateur de trafic (CBR...) ;

? transport : TCP, UDP, RTP, SRM ;

? routage unicast : Statique, dynamique (vecteur distance) ;

? routage multicast : DVMRP, PIM ; gestion de file d'attente : RED, DropTail,

Token bucket.

65

Par ailleurs, NS2 ne permet pas de visualiser le résultat des expérimentations. Il permet uniquement de stocker une trace de la simulation, de sorte qu'elle puisse être exploitée par un autre logiciel, comme NAM. NAM est un outil de visualisation qui présente deux intérêts

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principaux : représenter la topologie d'un réseau décrit avec NS-2, et afficher temporellement les résultats d'une trace d'exécution NS-2. Par exemple, il est capable de représenter des paquets TCP ou UDP, la rupture d'un lien entre noeuds, ou encore de représenter les paquets rejetés d'une file d'attente pleine. Ce logiciel est souvent appelé directement depuis les scripts TCL pour NS-2, pour visualiser directement le résultat de la simulation.

La procédure d'installation et d'utilisation de NS2 peut être consultée sur le lien suivant : http://y-baddi.developpez.com/tutoriels/ns2/article.pdf

Figure 24:Page d'accueil de NS2

II- PRESENTATION DE LA SIMULATION

La simulation effectuée dans cette étude a été faite sur le modèle interconnexion du WiMax mobile avec le WLAN (802.11e) étudiées dans le chapitre précédent et axées principalement sur des critères de performances tels que :

? le délai de bout en bout

? le taux des paquets perdus ? le débit.

66

Cependant cette simulation sera paramétrée selon le modèle d'architecture et les types d'équipement correspondant.

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Figure 25:Simulation d'interconnexion du WiMax mobile avec le WLAN (802.11e)

Au cours des simulations, nous allons choisir d'utiliser le protocole PMIP comme protocole de niveau 3 au sein de l'architecture MIH.

1. Paramètres de simulation

Les paramètres des simulations adoptés pour cette étude sous le simulateur NS2 sont illustrés dans le tableau ci-dessous

	67
Tableau 1: Paramètres des Simulations sous NS2
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Durant une simulation, le trafic échangé par la station mobile avec son correspondant est la VoIP. La taille d'un paquet VoIP est fixée à 160 octets. En utilisant le protocole MSCTP, le type de trafic VoIP sous NS2 sera le CBR/SCTP ; et en utilisant MIH, le type de trafic VoIP généré sous NS2 est le CBR/UDP.

2. Résultats des simulations

a) Délai de bout en bout

Dans cette section nous allons calculer les délais des paquets durant les simulations, pour les deux vitesses proposées : 2 et 5 m/s, avec les deux techniques du Handover vertical: MSCTP et MIH, et en appliquant les deux scénarios : Handover depuis WiMax vers WIFI, et le Handover depuis WIFI vers WiMax. Les résultats obtenus sont présentés par les courbes :

Figure 26:Délai de bout en bout

68

Avec une vitesse égale à 2 m/s, la seule courbe qui excède légèrement le seuil des délais fixé à 100 ms pour évaluer le niveau de la QoS pour le trafic VoIP, est la courbe représentant le Handover depuis WIFI vers WiMax en utilisant le MIH. Les trois autres courbes reflètent un bon niveau de QoS parce qu'elles ne dépassent pas le seuil. Nous remarquons aussi qu'en appliquant MIH, le processus du Handover est exécuté temporairement avant le cas où nous appliquons MSCTP. Les délais obtenus avec MSCTP sont légèrement inférieurs à ceux obtenus avec MIH. Le Handover depuis WiMax vers WIFI produit des résultats meilleurs

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que ceux du cas contraire. Les délais dans les zones hors Handover sont également meilleurs dans la cellule WIFI que dans la cellule WiMax. Pour conclure avec la vitesse de 2 m/s, et avec la configuration que nous avons proposée, les résultats des délais obtenus avec les deux techniques de Handover vertical sont acceptables. Dans les zones hors Handover, les délais sont meilleurs dans le réseau WIFI, et sont meilleurs quand le mobile exécute un Handover en passant depuis la cellule WiMax vers la cellule WIFI et en utilisant le protocole MSCTP. Quand la vitesse du mobile est égale à 5 m/s, les délais se dégradent dans la cellule WIFI puisque ce dernier ne supporte que la mobilité à vitesse très faible. Ensuite, les quatre courbes obtenues excèdent toutes durant le processus du Handover le seuil fixé à 100 ms pour évaluer un niveau de la QoS acceptable pour du trafic VoIP. MSCTP produit toujours des résultats légèrement meilleurs que ceux obtenus avec MIH. Nous devons noter aussi qu'avec une vitesse de 5 m/s, contrairement au cas où la vitesse est égale à 2 m/s, les délais obtenus dans la cellule WiMax sont inférieurs à ceux obtenus dans la cellule WIFI. De même, le Handover depuis WIFI vers WiMax produit des délais meilleurs que ceux obtenus dans le sens contraire parce que WiMax mobile contrairement au WIFI supporte la faible ou forte mobilité.

En résumé, dans le cas d'une très faible mobilité, les résultats sont meilleurs, et le cas parfait avec cette condition est quand le Handover est mis en oeuvre depuis WiMax vers WIFI en utilisant le protocole MSCTP ; mais les autres cas présentés aussi dans la figure 25 avec une vitesse très faible sont acceptables également. Avec une vitesse de 5 m/s, les résultats ne sont pas acceptables durant le Handover avec les deux techniques ; et le meilleur cas obtenu est celui où le mobile effectue un Handover depuis WIFI vers le WiMax en utilisant le protocole MSCTP.

b) Taux des paquets perdus

Nous calculons dans cette section les pourcentages des paquets perdus, en considérant les mêmes conditions de la section précédente ; et nous fixons un seuil proposé pour évaluer le niveau de QoS pour du trafic VoIP à 1%.

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Figure 27:Les taux des paquets perdus

Dans cette figure, avec une vitesse du mobile égale à 2 m/s, toutes les courbes reflètent de bons résultats. Le pire pourcentage de paquets perdus durant le Handover à cette vitesse est de 1% dans le cas du Handover depuis WIFI vers WiMax en utilisant MIH. Les résultats obtenus dans le cas du Handover depuis le WiMax vers le WIFI en utilisant MSCTP sont satisfaisants pour le trafic VoIP ; et la valeur maximale obtenue dans ce cas est de 0.8% de pertes.

Avec une vitesse de 5 m/s, similairement aux résultats des délais, les taux des paquets perdus durant le Handover excèdent tous le seuil fixé à 1% [73]. Comme dans la section précédente, avec une vitesse très faible, la QoS est meilleure dans le réseau WIFI ; et meilleure quand le Handover est depuis WiMax vers WIFI. Quand la vitesse est de 5 m/s, la QoS est meilleure dans le WiMax mobile, et meilleure quand le Handover est depuis WIFI vers WiMax. Finalement, MSCTP offre une QoS légèrement meilleure à celle de MIH.

c) Débits

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Finalement, dans cette section nous évaluerons les débits détectés au niveau du mobile selon les conditions déjà présentées dans la section 1.

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Figure 28:Les débits

Dans cette figure, nous voyons encore que le protocole MSCTP produit des résultats légèrement meilleurs que ceux obtenus avec MIH. Aussi, avec une vitesse fixée à 2 m/s, tous les résultats sont acceptables avec MSCTP et MIH, et dans les deux sens du Handover. Avec une vitesse de 5 m/s, les résultats requièrent une révision, parce que durant le Handover le niveau de QoS n'est pas acceptable. Le meilleur cas ici est quand la vitesse du mobile est égale à 2 m/s, avec l'utilisation du protocole MSCTP, sachant que le Handover se déroule depuis WiMax vers WIFI. La valeur minimale de débit obtenue dans ce cas est égale à 9 kb/s. Le plus mauvais cas est quand la vitesse est égale à 5 m/s, en utilisant MIH, et le Handover est depuis WiMax vers WIFI, le minimum obtenu dans ce cas est égal à 2 kb/s.

Notre étude s'est focalisée sur l'interconnexion entre deux réseaux de la famille IEEE (802.11e et 80.16e), et nous nous sommes concentrés sur l'aspect de la QoS pour le trafic VoIP, spécialement durant le Handover diagonal.

71

Nous avons proposé et comparé deux modèles d'interconnexion fondés sur deux techniques de Handover entre technologies différentes. En regardant les résultats, nous concluons qu'avec une très faible mobilité, les deux techniques de Handover représentent une bonne solution pour le problème d'interruption des services au cours du Handover vertical. Notons qu'avec MSCTP nous obtenons des résultats légèrement meilleurs que ceux obtenus avec MIH. De plus le Handover depuis WIFI vers WiMax, génère des résultats meilleurs que le

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cas contraire quand la mobilité est très faible. Avec une vitesse moyenne, nous obtenons le résultat contraire, parce qu'IEEE 802.16e tolère l'augmentation de la vitesse. En général avec une vitesse moyenne, les résultats ne sont toutefois pas acceptables en les comparants avec le niveau de QoS requis par la VoIP. Dans les sections qui suivent, nous allons nous concentrer sur l'interconnexion entre des réseaux de familles différentes, par exemple mixer un réseau du monde informatique avec un réseau du monde télécommunications

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CONCLUSION GENERALE

Les systèmes de communication utilisant le support hertzien constituent aujourd'hui une solution de substitution aux moyens filaires pour le raccordement direct des clients. Plusieurs communautés collaborent afin de standardiser les technologies qui sont, tantôt concurrentes, tantôt complémentaires de ces réseaux. Chaque technologie devrait pouvoir trouver sa place, son usage et sa cible. Le choix d'une technologie sans fil dépend de l'usage que l'on souhaite en faire. Il apparaît clairement que pour traiter efficacement la mobilité de niveau 2 et de niveau 3 pour des systèmes homogènes et encore plus des systèmes hétérogènes, une solution unique n'est pas satisfaisante. Nous assistons actuellement au développement de l'offre des services de communications mobiles. En plus des services de la voix, les opérateurs et les fournisseurs de services proposent des services multimédias nécessitant un haut débit. Ainsi, face à ce perpétuel développement technologique, chaque opérateur est amené à optimiser son réseau afin de faire face à la dégradation de la qualité de service. L'optimisation du réseau permet d'améliorer considérablement ses performances en termes de couverture, de capacité et de qualité de service. Le gain en performance se traduit aussi par la réduction pour l'opérateur des investissements en infrastructures. Il vaudra mieux combiner ces techniques en particulier en tenant compte des paramètres environnementaux et des besoins en QoS des utilisateurs. Dans le cadre de la préparation du réseau 4G, il est important de proposer des modèles d'interconnexion et d'interopérabilité entre des technologies avancées.

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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

? Tarek BCHINI « Gestion de la Mobilité, de la Qualité de Service et Interconnexion de Réseaux Mobiles de Nouvelle Génération » rédigé le 10 juin 2010 et consulté le 24 juillet 2014 à 10h.

? Massaër GASSAMA « Etude des scénarios d'optimisation dans le déploiement des services hauts débits dans les systèmes radio mobiles » rédigé entre 2006-2007 et consulté le 28 juillet 2014 à 23h.

? Samuel Pierre et Max Maurice « Introduction aux Réseaux Mobiles » en 2008 et consulté le 29 juillet 2014 à 15h.

? Philippe BERTIN « Gestion de la mobilité dans une architecture » rédigé le 5 octobre 2010 et consulté le 9 aout 2014 à 9h.

? Mohamed MESSAOUI « Développement d'un outil d'aide à la gestion des capacités des équipements BSS en MapBasic sous le SIG MapInfo » rédigé entre 2010-2011 et consulté le 15 aout 2014 à 16h.

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TABLE DE MATIERE

DEDICACE i

REMERCIEMENTS ii

AVANT-PROPOS iii

RESUME v

ABSTRACT vi

SOMMAIRE vii

LISTE DES FIGURES viii

LISTE DES TABLEAUX ix

LISTE DES ABBREVIATIONS x

INTRODUCTION GENERALE 1

Première Partie : L'ENTREPRISE 3

CHAPITRE I : PRESENTATION DE L'ENTREPRISE 4

I- La Naissance d'ORANGE 4

II- ACTIVITES 4

III- ORGANIGRAMME 6

IV- PRESENTATION DE L'OCM 7

Deuxième Partie : ETUDE DU PROJET 8

CHAPITRE 1 : EVOLUTION DES ARCHITECTURES RADIO MOBILES 9

INTRODUCTION 9

I- EVOLUTION DES BESOINS UTILISATEURS 9

II- EVOLUTION DES TECHNOLOGIES RADIO-MOBILES 10

CHAPITRE 2 : NOUVELLES ARCHITECTURES D'EMETTEURS RADIO-MOBILES 15

INTRODUCTION 15

I- POURQUOI FAIRE EVOLUER LES ARCHITECTURES RADIO-MOBILES ? 15

1. Contraintes techniques 15

2. Support des technologies déjà existantes 16

3. Bandes passantes par site radio 16

4. Qualité de service 17

5.

75

Synchronisation 18

6. Sécurité 19

II- INTRODUCTION AUX NOUVELLES TECHNOLOGIES D'ARCHITECTURE RADIO-MOBILE 19

1. Les nouvelles architectures radio-mobiles 20

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2. Techniques d'accès 21

III- ARCHITECTURES ET MOBILITES DES EMETTEURS RADIOS DANS LES RESEAUX WLAN 22

1. IEEE 802.11 22

2. IEEE 802.11e 23

IV- ARCHITECTURES ET MOBILITES DES EMETTEURS RADIOS DANS LES RESEAUX 3G 24

1. L'UMTS 24

a) Le réseau d'accès UTRAN 24

i. NodeB 25

ii. RNC 25

iii. Les interfaces de communication 25

b) le réseau coeur 26

i. Les éléments communs 26

ii. Le domaine CS 27

iii. Le domaine PS 27

2. Le HSDPA 28

V- ARCHITECTURES ET MOBILITES DES EMETTEURS RADIOS DANS LES RESEAUX 4G 30

1. Réseau WiMAX 31

a) Présentation 31

b) L'architecture du WiMax mobile 31

c) IEEE 802.16m 34

d) Mobilité WIMAX 34

2. Le réseau LTE 36

a) Présentation 36

b) Architecture 36

i. Accès radio LTE 37

ii. Réseau coeur SAE 37

iii. Réseau global EPS 37

c) Mobilité LTE 39

3. Architecture UMB 40

a) Présentation 40

b) Architecture UMB 40

c) Mobilité UMB 41

Troisième Partie : IMPLEMENTATION DU PROJET 43

CHAPITRE 1 : PROTOCOLES DE MOBILITE ET INTERCONNEXION DU WIMAX AVEC LES RESEAUX 44

I- PROTOCOLES DE MOBILITE 44

1. Le Handover 44

2. Micro mobilité en utilisant des protocoles de niveau 2 45

a) Hard Handover IEEE 802.16e 46

b) Soft Handover IEEE 802.16e 46

i. MDHO 46

ii. FBSS 47

3. Macro-Mobilité en utilisant des protocoles de Niveau 3 47

a) Mobile IPv4 48

b)

76

Proxy Mobile IPv4 49

c) Mobile IPv6 50

4. Macro-Mobilité en utilisant des Protocoles de Niveau 3+ 51

a) HIP 51

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b) MSCTP 52

i. Présentation 52

ii. Fonctionnement 52

5. Architecture de mobilité IEEE 802.21 (MIH) 53

II- INTERCONNEXION DU WIMAX AVEC LES RESEAUX 55

1. Interconnexion du WiMax mobile avec le WLAN (802.11e) 55

a) Modèle d'interconnexion 56

b) Modèle d'interconnexion fondé sur MSCTP 56

2. Interconnexion du WiMax mobile avec la 3G (UMTS) 57

a) Modèle d'interconnexion et scénarios de mobilité 57

b) Schéma de Handover 59

3. Interconnexion du WiMax mobile avec la 3G+ (LTE) 61

a) Modèle d'interconnexion et scénarios de mobilité 61

b) Schémas du Handover 62

CHAPITRE 2 : SIMULATION D'INTEROPERABILITE DES ARCHITECTURES RADIO- MOBILES _____ 65

I- PRESENTATION DE LA PLATE FORME DE SIMULATION 65

II- PRESENTATION DE LA SIMULATION 66

1. Paramètres de simulation 67

2. Résultats des simulations 68

a) Délai de bout en bout 68

b) Taux des paquets perdus 69

c) Débits 70

CONCLUSION GENERALE 73

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 74

TABLE DE MATIERE 75

ANNEXES 78

Schéma 1. Handover depuis 802.16e vers UMTS en utilisant MSCTP + MIH A

Schéma 2. Handover depuis 802.16e vers LTE en utilisant MSCTP + MIH B

Tableau : Comparaison entre 802.16e, 802.16m, LTE et WiMax C

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ANNEXES

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Schéma 1. Handover depuis 802.16e vers UMTS en utilisant MSCTP + MIH

A

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Schéma 2. Handover depuis 802.16e vers LTE en utilisant MSCTP + MIH

B

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Tableau : Comparaison entre 802.16e, 802.16m, LTE et WiMax

	802.16e	802.16m	LTE	UMB
Coeur de Réseau	IP	IP	IP	IP
Max des Débits Lien Descendant Lien Montant (pour 20 Mhz)	75 Mb/s	> 130 Mb/s	100 Mb/s	288 Mb/s
	25 Mb/s	> 75 Mb/s	50 Mb/s	75 Mb/s
Technologie d'accès	OFDMA	OFDMA	OFDMA, SC- FDMA	OFDMA
Technique avancée des antennes	MIMO	MIMO, beamforming	MIMO	MIMO, beamforming
Bande Passante du canal	1.25 à 20 MHz	5 à 20 MHz	1.25 à 20 MHz	1.25 à 20 MHz
Mobilité supportée	120 Km/h	350 km/h	> 350 Km/h	> 300 km/h
Totale mobilité	Oui	Oui	Oui	Oui
Economie d'énergie	Oui	Oui	Oui	Oui
Couverture de la cellule (zone dense)	2-7 Km	1-7 Km	5 Km	1-5 Km
Capacité de la cellule	100-200 utilisateurs	> 200 utilisateurs	>200 utilisateurs à 5 MHz > 400 pour une large BP	> 200 utilisateurs
Héritage	IEEE 802.16a jusqu'à 802.16d	IEEE 802.16a jusqu'au e	GSM/GPRS/UMTS/ HSDPA	CDMA2000/ EVDO
Mode de Duplexage	FDD + TDD	FDD + TDD	FDD + TDD	FDD
Efficacité Spectrale	3.75 Bit/Sec/Hz	8 Bit/Sec/Hz	5 Bit/Sec/Hz	5 Bit/Sec/Hz

C

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