Proposition d'une solution QoS pour le réseau mobile de l'internet administratif

Etude des réseaux mobiles

Les réseaux mobiles font parties des réseaux cellulaires. Une cellule est une zone géographique dont tous les points peuvent être atteints à partir d’une même antenne.
Lorsqu’un utilisateur d’un réseau cellulaire se déplace et change de cellule, le cheminement de l’information doit être modifié pour tenir compte de ce déplacement. Cette modification s’appelle un changement intercellulaire, un handover ou un handoff. La gestion de ce paramètre est souvent délicate puisqu’il faut trouver une nouvelle route sans interrompre la communication. La gestion de la mobilité constitue un autre problème, car demandel’intervention de deux (2) bases de données : un HLR (Home Location Register), chargé de la mise à jour des données de l’abonné, et un VLR (Visitor Location Register), qui gère le client dans laquelle il se trouve.
Chaque cellule dispose d’une station de base appelée BTS (Base Transceiver Station), qui assure la couverture radio. Une station de base comporte plusieurs porteuses, qui desservent les canaux de trafic des utilisateurs, un canal de diffusion, un canal de contrôle commun et des canaux de signalisation. L’interface intermédiaire est l’interface Air. Chaque BTS est reliée à un contrôleur de base ou BSC (Base Station Controller). Le BSC et le réseau de BTS qui lui est raccordé constitue un sous-système radio ou BSS (Base Station Subsystem). Les BSC sont tous reliés à des commutateurs du service mobile appelés MSC (Mobile services Switching Center). L’interface reliant le BSS et le MSC est l’interface A.

Plan d’évolution vers la LTE-EPC et dimensionnement de la solution retenue

Malgré l’efficacité du cœur de réseau actuellement déployé, il devient nécessaire de faire évoluer le cœur de réseau paquet vers une architecture prioritaire plus avantageuse et des technologies plus puissantes. Ainsi dans ce chapitre on tentera de proposer une solution efficace et moins chère pour faire passer de la voix sur le réseau 4G.ensuite on fera un dimensionnement par capacité de ces nouveaux équipements et leur technique d’intégration, avant de proposer une stratégie de sécurisation des données.
Plan d’évolution : La Voix sur LTE, système de voix sur LTE a été conçu à la suite des opérateurs cherchant un système standardisé pour le transfert du trafic de la voix sur LTE.
Initialement LTE a été considérée comme un système cellulaire complètement IP simplement pour transporter des données, les opérateurs étant en mesure de transporter la voix soit en revenant à des systèmes 2G/3G ou en utilisant la VOIP, sous une forme ou une autre.
Cependant on a vu que cela conduirait à une fragmentation et une incompatibilité ne permettant pas à tous les téléphones de communiquer les uns avec les autres et cela pourrait conduire à une réduction pénalisante du trafic voix. En outre les services SMS sont encore largement utilisés, prouvant souvent un moyen de mise en place pour d’autres applications.
Options pour LTE voix : Lorsque l’on regarde les options pour des moyens de transport de la voix sur le système LTE, un certain nombre de solutions possibles a été étudié :
SV-LTE (simultanée voix LTE) : SV-LTE permet une commutation de paquets pour les services LTE afin de fonctionner simultanément avec un circuit commuté pour la voix. SV-LTE fournit les installations de CSFB en même temps que l’exécution d’un service à commutation de paquets de données. Cependant il présente comme inconvénient le fait qu’il nécessite deux interfaces radios qui fonctionnent en même temps au sein de l’appareil utilisé et peut donc avoir un sérieux impact sur la durée de vie de la batterie. Voice over LTE (VoLTE) : La Voix sur LTE est mise en œuvre par l’association du réseau EPS pour le transport des flux (voix et signalisation téléphonique) et du réseau IMS pour le traitement de la signalisation téléphonique qui se base sur le protocole SIP (Session Information Protocol). Elle permet donc de faire de la VoIP.
Cependant lors du passage d’un terminal du réseau LTE à un réseau 2G/3G par exemple il faudra être en mesure de continuer la communication malgré le fait que le traitement de la voix sur ces réseaux est de type circuit et non paquet. Si le mobile perd la couverture radioélectrique 4G, la communication téléphonique établie sur le réseau EPS dans le mode PS doit être transférée vers le réseau 2G ou 3G en mode CS. La communication téléphonique doit être maintenue lorsque le mobile est transféré vers le réseau 2G/3G. Le mécanisme SRVCC (Single Radio Voice Call Continuity) est une fonction particulière qui assure le maintien de la communication en cas de handover inter système PS-CS. L’inconvénient majeur de cette technologie est qu’elle induit un niveau de complexité nettement supérieur à la technologie précédente (SV-LTE).

Le cœur de réseau paquet EPC

Caractéristiques : Connu aussi sous le nom de SAE (System Architecture Evolution), l’EPC représente le réseau cœur de LTE. Il se compose d’´équipements devant supporter la connectivité tout IP entre les domaines multi-technologiques dans l’architecture 4G. Il assure la gestion des utilisateurs, la gestion de la mobilité, la gestion de la qualité de service et la gestion de la sécurité, au moyen des équipements tels que le MME, le SGW, PDN-GW (Packet Data Network Gateway) et le PCRF (Policy and Charging Rules Function).
Entités : Le cœur de réseau EPC consiste les entités représentées : Le MME comporte les fonctionnalités de base de la signalisation dans la connexion du terminal mobile au réseau. Il fournit les informations nécessaires à l’identification de l’usager au moment de son authentification dans le système, en se servant des informations provenant du HSS. En se servant des fonctions du plan de contrôle, il fait la gestion des sessions des utilisateurs authentifies. Il est responsable des fonctions de gestion de la mobilité telles que la coordination de la signalisation pour les relèves inter-SGW, et n´négocie la qualité de service à offrir. Le MME est responsable de la diffusion des messages de paging quand l’UE est dans l’incapacité de recevoir les paquets qui lui sont destinés. Il fait la mise à jour des paramètres de localisation de l’UE se retrouvant dans une zone qui n’est pas prise en charge par le MME. Il joue un rôle clé dans la relève entre les différentes technologies, en sélectionnant le nœud qui va mettre en place la porteuse, le default bearer, afin d´établir la communication entre les deux architectures.
Le SGW est d´défini pour gérer les données utilisateur et est impliqué dans le routage et la transmission de paquets de données entre les eUTRAN et le réseau cœur. L’échange des paquets est acheminé par le SGW au PDN-GW par l’interface S5. Le SGW est connecté à l’eUTRAN via l’interface S1-U qui sert de relai entre l’utilisateur et l’EPC. Il opère comme une ancre locale qui sert pour la mobilité inter-eNode B et permet de faire la relève entre les systèmes mobiles de différentes générations, comme entre LTE et UMTS.
Le P-GW est le nœud qui relie l’utilisateur mobile aux autres réseaux PDN, tels que les réseaux IP, PSTN et non-3GPP. L’accès aux réseaux IP et PSTN se fait par l’intermédiaire de l’IMS. Le PDN Gateway agit comme un routeur par d´défaut par lequel transitent les requêtes de l’utilisateur. Il effectue l’allocation d’adresses IP pour chaque terminal mobile, le filtrage des paquets pour chaque usager, et comptabilise les octets échangés dans la session de ce dernier à des fins de facturation. Le HSS se présente comme une version évoluée du HLR. Il permet de stocker des informations d’abonnement pouvant servir au contrôle des appels et à la gestion de session des utilisateurs réalisé par le MME. Il entrepose, pour l’identification des utilisateurs, la numérotation et le profil des services auxquels ils sont abonnés. En plus des données d’authentification des utilisateurs, il contient les informations de souscription pour les autres réseaux, comme le GSM, le GPRS, 3G, LTE et IMS.
Le PCRF est une entité qui exécute principalement deux grandes taches. La première est de gérer la qualité de service que requiert le réseau, et alloue en conséquence les porteuses bearer appropriées. La deuxième tâche se rapporte principalement à la tarification.16 En effet, le PCRF gère les politiques de facturation qui doivent être prises en compte par le PDN-GW et applicables en fonction des actions de l’utilisateur.

Architecture générale du réseau EPS

L’EPS (Evolved Packet System) représente l’ensemble du réseau à savoir le réseau LTE et l’architecture SAE (System Architecture Evolution) sur laquelle il se base. Il a les caractéristiques suivantes : Il possède une architecture plate et simplifiée comparée à celle hiérarchique 2G/3G puisque la fonction de contrôleur d’antenne disparaît. La seule entité présente dans l’accès est l’eNode B qui peut être assimilé à un BSC + BTS. Il s’agit d’une architecture uniquement paquet comparée à l’architecture 2G/3G circuit et paquet. L’EPS permet également une connectivité permanente tout-IP comparée à des contextes PDP (Packet Data Protocol) temporaires ou permanents en 2G/3G dans le domaine paquet et son interface radio est totalement partagée entre tous les usagers en mode ACTIF comparée à des ressources dédiées et partagées dans l’architecture 2G/3G, les appels voix et visiophonie requérant des ressources dédiées en 3G. Il bénéficie également de la faculté d’effectuer des handover vers les réseaux 2G/3G et CDMA2000 afin d’assurer des communications sans coupure en environnement hétérogène. Les grandes fonctions assurées par l’EPS sont les:
Fonctions de contrôle d’accès réseau : Elles permettent d’authentifier l’usager lorsque ce dernier s’attache au réseau, met à jour sa zone de localisation (Tracking Area), et demande des ressources pour ses communications. Elles permettent aussi de réaliser la taxation de l’usager en fonction de l’usage des ressources et en fonction des flux de service émis et reçus. Elles permettent enfin de sécuriser les flux de signalisation et les flux média des usagers en les encryptant entre l’UE et l’eNode B.
Fonctions de gestion de la mobilité : Elles permettent à l’UE de s’attacher, de se détacher et de mettre à jour sa zone de localisation (TA).
Fonctions de gestion de session : Elles permettent d’établir des defaults bearers et des dedicated bearers afin que l’UE dispose de connectivités IP pour ses communications.
Fonctions de routage de paquet et de transfert : Elles permettent d’acheminer les paquets de l’UE au PDN GW et vice versa.
Fonctions de gestion de ressource radio : Elles permettent l’établissement et la libération de RAB (Radio Access Bearer) entre l’UE et le Serving GW à chaque fois que l’UE souhaite devenir actif pour communiquer.
Plusieurs raisons ont poussé le groupe 3GPP à élaborer la norme LTE parmi lesquelles on peut citer : La demande croissante de débit et de qualité de service ; La nécessité d’assurer la continuité de la compétitivité du système 3G vis-à-vis des technologies concurrentes (Wimax par exemple) ; L’optimisation des systèmes à commutation de paquets avec l’utilisation d’IP de bout en bout ; La réduction de la complexité.

Table des matières

Introduction
Chapitre I : Présentation générale de l’organisme d’accueil
I.1. Historique
I.2. Organigramme de l’ADIE
I.3. L’Intranet Administratif
I.3.1. Définition
I.3.2. Avantages
I.3.3. L’Intranet administratif du Sénégal
I.3.3.1. Un réseau d’interconnexion
I.3.3.2. Des réseaux locaux
I.3.3.3. Un Centre de Ressources
I.3.3.4. Un portefeuille des services
Chapitre 2 : Contexte et problématique
II.1. Contexte
II.2. Problématique
II.3. Objectifs
Chapitre III : Etude des réseaux mobiles
III.1. Définition
III.2. Les générations de réseaux mobiles
III.2.1. La première génération
III.2.2. La deuxième génération
III.2.2.1. Le GSM
III.2.2.2. Le GPRS
III.2.3. La troisième génération
III.2.3.1. La EDGE
III.2.3.2. Le W-CDMA
III.2.3.2. L’UMTS.
III.2.3.4. Le CDMA2000
III.2.3.5. Le HSDPA et le HSUPA
III.2.4. Les nouvelles générations
III.2.4.1. Le LTE
III.2.4.2. La 4G
Chapitre IV : Etude technique du réseau mobile de l’ADIE
IV.1. La méthode d’accès CDMA
IV.2. Le principe d’étalement de spectre
IV.2.1. Les codes de Walsh
IV.2.2. L’embrouillage
IV.3. Les contrôles de puissance
IV.3.1. Contrôle de puissance en boucle ouverte
IV.3.2. Contrôle de puissance en boucle fermée
IV.4. Le Handoff
IV.5. Le récepteur Rake
IV.6. Avantages et inconvénients du CDMA
IV.7. Le réseau CDMA2000 de l’ADIE
IV.7.1. Architecture
IV.7.2. Description des équipements
IV.7.2.1. La BTS-3606C et le DBS-3900
IV.7.2.2. Le CUMG-8900
IV.7.2.4. Le CSOFTX3000
Chapitre V : Proposition d’une solution basée sur le réseau EPS pour la QoS
V.1. Architecture générale du réseau EPS
V.2. Le réseau d’accès LTE
V.2.1. Caractéristiques
V.2.2. Entités
V.3. Le cœur de réseau paquet EPC
V.3.1. Caractéristiques
V.3.2. Entités
V.4. Plan d’évolution vers la LTE-EPC et dimensionnement de la solution retenue
V.4.1. Plan d’évolution
V.4.2. Options pour LTE voix
V.4.3. Solution retenue
V.4.4. Fiabilité de l’établissement des appels
V.4.5. Dimensionnement
V.4.6. Intégration des fonctions EPC
V.4.7.Installation et mise sous tension des équipements
V.4.8. Les étapes annexes
V.5. Solution « court-terme » pour la partie radio
V.5.1. Test Area
V.5.2. Test Process
V.5.3. Résultats du drive-test et solutions proposées
V.5.3.1. Diamalaye
V.5.3.2. Nord-Foire
V.5.3.3. Scat-Urbam
V.5.3.4. HLM
V.5.3.5. Gueule Tapée
Conclusion
Webographie