Optimisation des performances d’un système hétérogène de réseaux sans fil et mobiles

Généralités d’un système hétérogène de réseaux Wi-Fi et LTE

Introduction

 Les communications par les réseaux sans fil et mobiles sont au coeur des interconnections entre les utilisateurs, quels que soient les appareils dont ils disposent. Ce type de réseaux permet aux terminaux d’être connectés par une interface radio et de se déplacer dans une région déterminée en taille pour les réseaux sans fil ou à l’intérieur du réseau d’un opérateur pour le réseau mobile. Généralités d’un système hétérogène de réseaux Wi-Fi et LTE 1

 Réseau LTE

 Avec le système LTE(LongTerm Evolution), des débits de données beaucoup plus élevées sont possible à l’aide de technologie de multiplexage et d’antennes. Le système cellulaire LTE est un exemple de système 4G développé par 3GPP release 8 pour fournir des débits de données de plus 100Mbps pour la liaison descendante et de plus de 50Mbps pour la liaison montante. Le réseau LTE offre de très hauts débits binaires dépassant les 100Mbps en plus de bande passante allant de 1.4 à 20MHz[35]. Figure 2.1 – Fonctionnalités d’un réseau Lte Optimisation des réseaux hétérogènes de télécommunication .

 Réseaux Wi-Fi

 Le réseau Wi-Fi est un ensemble de protocoles de communication sans fil régis par les normes du groupe IEEE 802.11. Le réseau Wi-Fi est normalisé pour fournir une couverture à large bande passante dans les bâtiments(Indoor). Cette technologie est adoptée plus tard dans un environnement Outdoor pour fournir accès à haut débit dans les centres villes ainsi dans les zones rurales mal servies. Elle a connu beaucoup de succès dans le domaine des télécommunications du fait de sa facilité de déploiement et de son faible coût par rapport aux autres solutions. Figure 2.2 – Fonctionnalités d’un réseau Wi-Fi Optimisation des réseaux hétérogènes de télécommunication.

 Intégration des réseaux Wi-Fi et LTE

 L’infrastructure actuelle des réseaux de télécommunications converge totalement vers des systèmes hétérogènes où les utilisateurs peuvent être rattachés de manière transparente à différents réseaux au cours de leurs communications. Pour assurer une connexion active dans toute la zone de service, des mécanismes des commutations simples entre les différents réseaux sont nécessaires. De plus, un terminal mobile capable de fonctionner avec plusieurs technologies d’accès est alors indispensable. En conséquence, on peut classifier les exigences de réseaux hétérogènes en deux principaux groupes : le premier concerne les opérateurs pour assurer l’interfonctionnement ainsi que les processus de handover entre les différentes technologies d’accès. Le deuxième concerne les performances des terminaux des utilisateurs pour fonctionner et exploiter les services de réseaux. Figure 2.3 – Fonctionnalités d’un système hétérogène de réseaux Optimisation des réseaux hétérogènes de télécommunication

 Définition d’un système hétérogène de réseaux 

Au cours de l’évolution de réseaux sans fil et mobile, nous pouvons remarquer que plusieurs technologies ont été développées. Chacune a été conçue indépendamment pour soutenir des différents types de données, de couverture ou de mobilité. La figure 2.3 montre une architecture de système hétérogène composée d’un réseau cellulaire et plusieurs réseaux locaux sans fil. En général, les systèmes cellulaires sont envisagés pour fournir des services à faible bande passante, large couverture et mobilité élevée. En revanche, les technologies locales sans fil ont la capacité d’introduire des services à hauts débits de données avec moins de mobilité. Chacun de ces systèmes ont leurs avantages et leurs inconvénients. Aucune technologie ne pourrait offrir simultanément des services à une bande passante élevée, une grande mobilité, une large zone de service pour un grand nombre d’utilisateurs [37]. Ainsi, une approche d’interconnexion permet d’exploiter des avantages de toutes les technologies et de réduire leurs inconvénients. Le terme de réseaux hétérogènes vient de l’intégration des différentes technologies dans le but d’exploiter leurs caractéristiques complémentaires. Grâce aux réseaux hétérogènes, les utilisateurs peuvent transporter de la connexion entre plusieurs points d’accès de différentes types, en profitant de meilleurs services personnels en fonction de leurs propres préférences. En outre, les réseaux hétérogènes représentent une solution importante pour diminuer la congestion des réseaux mobiles en partageant le trafic avec d’autres technologies d’accès à plus hauts débits. 

Modélisation de ce système hétérogène 

L’infrastructure actuelle des réseaux de télécommunications converge totalement vers des systèmes hétérogènes où les utilisateurs peuvent être rattachés de manière transparente à différents réseaux au cours de leurs communications. Pour assurer une connexion active dans toute la zone de service, des mécanismes de commutations simples entre les difféOptimisation des réseaux hétérogènes de télécommunication ©Thése unique Généralités d’un système hétérogène de réseaux Wi-Fi et LTE 16 rents réseaux sont nécessaires. De plus, un terminal mobile capable de fonctionner avec plusieurs technologies d’accès est alors indispensable. En conséquence, on peut classifier les exigences de réseaux hétérogènes en deux principaux niveaux : le premier concerne les opérateurs pour assurer l’interfonctionnement ainsi que les processus de handover entre les différentes technologies d’accès. Le deuxième concerne les performances des terminaux des utilisateurs pour fonctionner et exploiter les services de réseaux. La figure 2.4 explique le modèle du système hétérogène pris en compte dans notre étude. Nous considérons une zone de service circulaire C1 de rayon R1 représentant un cluster dans un système cellulaire. Les utilisateurs mobiles se déplacent dans la zone de service selon le modèle de mobilité mentionné dans le chapitre suivant. Cette zone de service est supposée comprendre plusieurs cellules homogènes de type C1. Chacune de ces cellules est couverte par plusieurs types de réseaux. Afin de cerner l’analyse, nous nous focalisons sur le traitement d’une seule cellule C1 couverte par m réseaux hétérogènes Ni(1 ≤ i ≤ m). Chaque réseau Ni(1 ≤ i ≤ m) est supposé avoir une zone de couverture de forme circulaire avec un rayon ri . De plus, nous supposons que le réseau N1 couvre totalement la cellule C1 tandis que les réseaux Ni(2 ≤ i ≤ m) couvrent certaines parties de cette cellule. Pour mieux aborder l’analyse, nous supposons également que les réseaux Ni(2 ≤ i ≤ m) ne se chevauchent pas les uns avec les autres. Comme illustré par la figure 4.1, nous utilisons Ci(2 ≤ i ≤ m) pour indiquer la partie de la cellule C1 qui est couverte par les réseaux Ni(2 ≤ i ≤ m) et C0 pour indiquer la partie couverte par le réseau N1 seulement ( C0 = C1 − Sm i=2 Ci). Dans les zones de chevauchement Ci(2 ≤ i ≤ m), les utilisateurs ont de nombreuses options de connexion. Lorsqu’un nouvel appel arrive dans ces zones, le terminal choisit un réseau parmi tous ceux disponibles. Basé sur une stratégie de sélection, le terminal choisit un meilleur réseau en terme de qualité de services pour effectuer sa connexion. En outre, nous supposons que le réseau N1 fournit des services à faible bande passante tandis que les réseaux Ni(2≤i≤m) fournissent des services à bande passante plus large. C’est le cas par exemple avec une cellule couverte par un réseau cellulaire et Optimisation des réseaux hétérogènes de télécommunication  Figure 2.4 – Modèle de réseaux Hétérogènes plusieurs réseaux sans fil. Dans notre travail, nous supposons que chaque réseau Ni(1≤i≤m) dispose Bj unités de bande passante. Ces unités peuvent être allouées aux utilisateurs pour offrir des services Unicast ou Multicast. Nous dénotons Bmc i le nombre des unités du réseau Ni(1≤i≤m) qui sont réservées aux services Multicast et Buc i le nombre des unités qui sont disponibles pour des services Unicast. Nous considérons également Q sources d’interférence I(q), q ∈ Q aléatoirement distribuées dans la cellule C1. Elles joueront un rôle central dans l’algorithme de sélection puisqu’elles affectent les signaux qui se propagent à la même fréquence. Optimisation des réseaux hétérogènes de télécommunication 

 Conclusion 

Les nouveaux réseaux intégrés sans fil et mobiles permettent d’offrir une large gamme de services partout et à tout moment à travers des réseaux hétérogènes. Les nouveaux terminaux mobiles sont équipés des interfaces hétérogènes et peuvent fonctionner avec toutes les technologies d’accès disponibles pour fournir les services correspondants. Le concept Always Best Connected(ABC) assure aux utilisateurs situés dans un système hétérogène une meilleure connectivité n’importe où dans la zone de services et à tout moment.