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N° d’ordre : 05 / STM / TCO Année Universitaire : 2010 / 2011
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
----------------------
ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
-----------------------
DEPARTEMENT TELECOMMUNICATION
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES
en vue de l’obtention
du DIPLOME d’INGENIEUR
Spécialité : Télécommunication
Option : Services des Télécommunications, de l’Informatique et du Multimédias (STIM)
par : RATSIRARSON Shen Andriantsoa
DIMENSIONNEMENT D’UN RESEAU NGN SELON LE
CONCEPT IMS
Soutenu le 08 Septembre 2012 devant la Commission d’Examen composée de :
Président :
M. ANDRIAMIASY Zidora
Examinateurs :
M. RANDRIARIJAONA Lucien Elino
M. RADONAMANDIMBY Edmond Jean Pierre
Mme ANDRIANTSILAVO Haja Samiarivonjy
Directeur de mémoire :
M. BOTO ANDRIANANDRASANA Jean Espérant
N° d’ordre : 05 / STM / TCO Année Universitaire : 2010 / 2011
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
----------------------
ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
-----------------------
DEPARTEMENT TELECOMMUNICATION
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES
en vue de l’obtention
du DIPLOME d’INGENIEUR
Spécialité : Télécommunication
Option : Services des Télécommunications, de l’Informatique et du Multimédias (STM)
par : RATSIRARSON Shen Andriantsoa
DIMENSIONNEMENT D’UN RESEAU NGN SELON LE
CONCEPT IMS
Soutenu le 08 Septembre 2012 devant la Commission d’Examen composée de :
Président :
M. ANDRIAMIASY Zidora
Examinateurs :
M. RANDRIARIJAONA Lucien Elino
M. RADONAMANDIMBY Edmond Jean Pierre
Mme ANDRIANTSILAVO Haja Samiarivonjy
Directeur de mémoire :
M. BOTO ANDRIANANDRASANA Jean Espérant
i
REMERCIEMENTS
En préambule de ce mémoire, il m’est particulièrement agréable d’exprimer mes remerciements au
Seigneur de m’avoir donné la force de mener à bien l’élaboration de ce mémoire de fin d’études.
Je tiens à remercier sincèrement Monsieur ANDRIANARY Philippe Antoine, Professeur,
Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo.
Je tiens à témoigner ma reconnaissance et ma gratitude les plus sincères à Monsieur BOTO
ANDRIANANDRASANA Jean Espérant, Assistant, qui, en tant que Directeur de ce mémoire,
s'est toujours montré à l'écoute et très disponible tout au long de sa réalisation.
Mes remerciements s’adressent également à Monsieur RAZAKARIVONY Jules, Maître de
conférences, Chef de Département Télécommunications.
J’exprime également ma gratitude aux membres de jury, présidés par Monsieur ANDRIAMIASY
Zidora, Maître de conférences, qui ont voulu examiner ce travail :
- Monsieur RANDRIARIJAONA Lucien Elino, Assistant d’Enseignement à l’ESPA
- Monsieur RADONAMANDIMBY Edmond Jean Pierre, Assistant d’Enseignement à
l’ESPA
- Madame ANDRIANTSILAVO Haja Samiarivonjy, Enseignante à l’ESPA
Ce travail de mémoire n’aurait pu être mené de façon efficace et rigoureuse en parallèle à ma
formation académique sans l’aide des différents enseignants et personnels administratifs de
l’Ecole, à qui j’adresse toute ma gratitude.
Enfin, je n'oublie pas mes parents pour leur contribution, leur soutien et leur patience. J'adresse
mes plus sincères remerciements à tous mes proches et amis, qui m'ont toujours soutenu et
encouragé au cours de la réalisation de ce mémoire.
Merci à tous et à toutes.
ii
TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS ...................................................................................................................................... i
TABLE DES MATIERES ............................................................................................................................ ii
NOTATIONS ................................................................................................................................................ vi
INTRODUCTION ......................................................................................................................................... 1
CHAPITRE 1 LES RESEAUX DE NOUVELLE GENERATION .......................................................... 3
1.1 Introduction .......................................................................................................................................................... 3
1.2 Définition .............................................................................................................................................................. 3
1.3 Caractéristique du réseau NGN ........................................................................................................................... 3
1.3.2 Architecture en couche ................................................................................................................................. 4
1.3.2.1 La couche Accès ....................................................................................................................................................... 5
1.3.2.2 La couche Transport ................................................................................................................................................. 5
1.3.2.3 La couche Contrôle .................................................................................................................................................. 5
1.3.2.4 La couche d’exécution des services .......................................................................................................................... 5
1.3.2.5 La couche Application .............................................................................................................................................. 5
1.3.3 Les entités fonctionnelles du cœur de réseau NGN ..................................................................................... 6
1.3.3.1 La Media Gateway (MG) .......................................................................................................................................... 6
1.3.3.2 La Signaling Gateway (SG) ...................................................................................................................................... 6
1.3.3.3 Media Gateway Controller (MGC) ou Softswitch..................................................................................................... 7
1.3.3.4 Multi-Service Access Node (MSAN) ......................................................................................................................... 7
1.3.4 Architecture protocolaire .............................................................................................................................. 7
1.3.4.1 Les protocoles de contrôle d’appel ........................................................................................................................... 7
1.3.4.2 Les protocoles de commande de Media Gateway ..................................................................................................... 7
1.3.4.3 Les protocoles de signalisation entre les softswitchs ................................................................................................ 8
1.3.5 Différentes catégories de NGN ..................................................................................................................... 9
1.3.5.1 NGN Téléphonie ....................................................................................................................................................... 9
1.3.5.2 NGN Multimedia ou IMS (IP Multimedia Subsystem) ............................................................................................ 10
1.3.6 IMS et SIP ................................................................................................................................................... 13
1.4 Les services offerts par les NGN ........................................................................................................................ 14
1.4.1 La voix sur IP ............................................................................................................................................. 14
1.4.2 La diffusion des contenus multimédia ....................................................................................................... 15
1.4.3 La messagerie unifiée ................................................................................................................................. 15
iii
1.4.4 Les services associés à la géolocalisation .................................................................................................. 15
1.5 Conclusion .......................................................................................................................................................... 16
CHAPITRE 2 STRATEGIES DE MIGRATION VERS IMS ................................................................ 17
2.1 Introduction ........................................................................................................................................................ 17
2.2 Migration des réseaux fixes vers NGN .............................................................................................................. 17
2.2.1 Le Réseau téléphonique commuté .............................................................................................................. 17
2.2.2 Typologie des scénarios de migration d’un réseau RTC ........................................................................... 18
2.2.2.1 Scénario 1: Mise en place de solutions NGN en transit.......................................................................................... 18
2.2.2.2 Scénario 2: Mise en place de solutions NGN jusqu’au commutateur de classe 5 ................................................... 19
2.2.2.3 Scénario 3: Mise en place de solutions tout IP en overlay ..................................................................................... 19
2.3 Migration des réseaux mobiles vers NGN ......................................................................................................... 20
2.3.1 Evolution du réseau cellulaire ................................................................................................................... 20
2.3.1.1 Description générale du réseau GSM ..................................................................................................................... 20
2.3.1.2 Le service GPRS ..................................................................................................................................................... 21
2.3.1.3 UMTS ..................................................................................................................................................................... 22
2.3.2 Migration des réseaux à commutation de paquets .................................................................................... 28
2.3.2.1 Migration à IPv6 .................................................................................................................................................... 28
2.3.2.2 Qualité de service (Quality of service QoS) ............................................................................................................ 29
2.3.2.3 Scénarios de migration vers IMS ............................................................................................................................ 29
2.4 Conclusion .......................................................................................................................................................... 34
CHAPITRE 3 DIMENSIONNEMENT DU CŒUR DU RESEAU IMS ................................................ 35
3.1 Introduction ........................................................................................................................................................ 35
3.2 Dimensionnement dans le NGN Téléphonie ..................................................................................................... 35
3.2.1 Architecture cible du NGN Téléphonie ...................................................................................................... 35
3.2.2 Modèle de trafic du réseau d’accès ............................................................................................................ 35
3.2.3 Méthodologie de dimensionnement ............................................................................................................ 36
3.2.3.1 Dimensionnement du réseau NGN Téléphonie ....................................................................................................... 36
3.2.3.2 Calcul du trafic généré par les réseaux d’accès ..................................................................................................... 37
3.2.3.3 Calcul du nombre de liens CT-MG et MSC-MG ..................................................................................................... 39
3.2.3.4 Dimensionnement des Media Gateways ................................................................................................................. 40
3.2.3.5 Dimensionnement des Softswitchs .......................................................................................................................... 40
3.3 Dimensionnement dans le NGN Multimédia ..................................................................................................... 40
iv
3.3.1 Architecture cible du réseau UMTS ........................................................................................................... 41
3.3.2 Modèle de trafic du réseau d’accès ............................................................................................................ 41
3.3.2.1 Les différentes classes de qualité de service ........................................................................................................... 41
3.3.2.2 Modèles de trafic .................................................................................................................................................... 42
3.3.3 Méthodologie de dimensionnement ............................................................................................................ 43
3.3.3.1 Hypothèses .............................................................................................................................................................. 43
3.3.3.2 Calcul du trafic généré par le réseau d’accès ........................................................................................................ 45
3.3.3.3 Dimensionnement des entités du réseau IMS .......................................................................................................... 47
3.4 Conclusion .......................................................................................................................................................... 49
CHAPITRE 4 DEVELOPPEMENT D’UN OUTIL DE DIMENSIONNEMENT
DU CŒUR DU RESEAU IMS ................................................................................................................... 50
4.1 Introduction ........................................................................................................................................................ 50
4.2 Cahier des charges de l’outil .............................................................................................................................. 50
4.2.1 Objectif de l'outil de dimensionnement ...................................................................................................... 50
4.2.1.1 Paramètres d'entrée ................................................................................................................................................ 50
4.2.1.2 Paramètres de sortie ............................................................................................................................................... 51
4.2.2 Synoptique de l’interface utilisateur de l’outil .......................................................................................... 51
4.2.3 Environnement de développement ............................................................................................................. 51
4.2.4 Fonctionnalités de l’outil ........................................................................................................................... 52
4.2.4.2 Module d’estimation de la charge de trafic ............................................................................................................ 52
4.2.4.3 Module de prévision de trafic ................................................................................................................................. 53
4.3 Réalisation de l’outil .......................................................................................................................................... 54
4.3.1 Au démarrage ............................................................................................................................................. 54
4.3.2 Après le démarrage ..................................................................................................................................... 54
4.3.2.2 Configuration du réseau ......................................................................................................................................... 56
4.3.2.3 Configuration de la répartition des abonnés .......................................................................................................... 58
4.3.2.4 Affichage et interprétation des résultats de dimensionnement ................................................................................ 59
4.4 Conclusion .......................................................................................................................................................... 65
CONCLUSION GENERALE .................................................................................................................... 66
ANNEXE 1 COMMUTATION DE PAQUET .......................................................................................... 68
ANNEXE 2 INTERNET PROTOCOL VERSION 6 ............................................................................... 69
ANNEXE 3 QUALITE DE SERVICE « BOUT EN BOUT » ................................................................. 71
v
ANNEXE 4 EXTRAIT CODES SOURCES ............................................................................................. 73
BIBLIOGRAPHIE ...................................................................................................................................... 74
FICHE DE RENSEIGNEMENT ............................................................................................................... 77
RESUME ...................................................................................................................................................... 78
ABSTRACT ................................................................................................................................................. 78
vi
NOTATIONS
1.Minuscules Latines
Nombre total de routeurs
Pourcentage de couverture du réseau EDGE
Pourcentage de couverture du réseau GSM
Pourcentage de couverture du réseau UMTS
2.Majuscules Latines
Nombre d’abonnés de technologie i
Capacité totale d’un canal
Paramètre
Charge des M_MGWs
Charge des Media Gateways
Capacité totale à fournir
Nombre total des communications issues du réseau
GSM
Charge de MGCF
Nombre de circuits pouvant supporter un type de trafic
Nombre de communications
Nombre de liens nécessaires
Nombre d’abonnés actifs par technologie i et par
service j (conversationnel ou interactif ou streaming)
Nombre total d’abonnés EDGE
Nombre total d’abonnés GSM
Nombre total d’abonnés UMTS
Nombre des M_MGWs nécessaires pour véhiculer le
trafic paquet
Nombre des MGs nécessaires pour véhiculer un trafic
Nombre de liens MSC-MG
Nombre de contextes PDP générés par les abonnés
EDGE
vii
Nombre de contextes PDP générés par les abonnés
UMTS
Nombre total de contextes PDP activé
( ) Probabilité que le contrôle d’admission refuse une
demande de communication entre les deux passerelles
Taux d’activité de service j
Trafic généré par service pour les réseaux UMTS
Trafic généré par service pour les réseaux EDGE
Volume de trafic généré des réseaux UMTS pour le
service interactif
é Volume de trafic généré des réseaux UMTS pour le
service streaming
é Volume de trafic généré des réseaux UMTS pour le
service conversationnel
Volume de trafic total généré
Volume du trafic du réseau UMTS/EDGE vers le
réseau RTC
3.Minuscules Grecs
Trafic de type i
Trafic de type conversationnel
ξ Moyenne d’un processus exponentiel
4.Majuscule Grec
Ψ Moyenne d’une distribution exponentielle
6.Abréviations
16-QAM 16-Quadrature Amplitude Modulation
3G Troisième génération
3G+ Evolution de la troisième génération
3GPP Third-Generation Partnership Project
AAL2 ATM Adaptation Layer2
ACK Acknowledgement
ADSL Asymetric Digital Subscriber Line
viii
AMC Adaptative Modulation and Coding
AMPS Advanced Mobile Phone System
AMR Adaptative Multi Rate
AMR-WB Adaptative Multi Rate Wideband
ARQ Automatic Repeat ReQuest
AS Application Server
AT Adaptateur de Terminal
ATM Asynchronous Transfert Mode
AUC Authentification Center
BCCH Broadcast logical Channel
BCH Broadcast transport Channel
BER Bit Error Rate
BICC Bearer Independent Call Control
BLER Block Error Rate
BLR Boucle Locale Radio
BMC Broadcast/Multicast Control protocol
BS Base Station
BSC Base Station Controller
BSS Base Station Subsystem
BTS Base Transceiver Station
CAA Commutateur à Autonomie d’Acheminement
CAP Carrierless Amplitude and Phase
CCCH Common Control Channel
CDMA Code Division Multiple Access
CPCH Common Packet Channel
CPICH Common Pilot Channel
CQI Channel Quality Indicator
CRC Cyclic Redundancy Check
CS Circuit Switched
CSCF Call State Control Function
CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
CTCH Common Traffic Channel
ix
CTI Commutateur de Transit International
CTP Commutateur de Transit Principal
CTS Commutateur de Transit Secondaire
DAMPS Digital Advanced Mobile Phone System
DCCH Dedicated Control Channel
DCH Dedicated Transport Channel
DHCP Dynamic Host Configuration Protocol
DL Downlink
Durée moyenne des communications
DMT Discret Multi Tone
DNS Domaine Name System
D-RNC Drifting Radio Network Controller
DS-CDMA Direct Sequence Code Division Multiple Access
DSCH Downlink Shared Channel
DSL Digital Subscriber Line
DSLAM DSL Access Multiplexer
DTCH Dedicated Transport Channel
DWMT Discrete Wavelet MultiTone
E-DCH Enhanced Dedicated transport Channel
EDGE Enhance Data rates for GSM Evolution
EIR Equipement Identity Register
E-UTRAN Enhanced Universal Terrestrial Radio Access Network
FACH Forward Access Channel
FDD Frequency Division Duplex
FEC Frame Error Rate
FM Frequency Modulation
FTTH Fiber To The Home
GERAN GSM/EDGE Radio Access Network
GGSN Gateway GPRS Support Node
GMSC Gateway MSC
GoS Grade of Service
GPRS General Packet Radio Service
x
GSM Global System for Mobile communication
GTP GPRS Tunnel Protocol
HDSL High bit rate DSL
HS-DPCCH High Speed Dedicated Physical Control CHannel
HS-DSCH High Speed Downlink Shared Channel
HSPA High Speed Packet Access
HS-PDSCH High Speed Physical Downlink Shared Channel
HS-SCCH High Speed Shared Control Channel
HSS Home Subscriber Server
HSUPA High Speed Uplink Packet Access
HTML Hypertext Markup Langage
IETF Internet Engineering Task Force
IMEI International Mobile Station Equipement Identity
IMS IP Multimedia Subsystem
IMT International Mobile Telecommunication
IN Intelligent Network
IP Internet Protocol
ISDN International Mobile Station Equipement Identity
ISP Internet Service Provider
ISUP ISDN User Part
IT Intervalle de Temps
KPI Key Performance Indicator
LAN Local Area Network
MAC Medium Access Control
MAN Metropolitane Area Network
MAP Mobile Application Protocol
MEGACO Medi Gateway Controller
MG Media Gateway
MGC Media Gateway Controller
MGCF Media Gateway Control Function
MGCP Media Gateway Control Protocol
MIMO Multiple Input Multiple Output
xi
MS Mobile Station
MSAN Multi-Service Access Node
MSC Mobile Switching Centre
MTP Message Transfert Protocol
NACK Negative acknowledgement
NGN Next Generation Network
NMT Nordic Mobile Telephone
NRT Non Real Time
NSS Network and Switching Subsystem
OMC-R Operation and Maintenance Center-Radio
OMC-S Operation and Maintenance Center-System
OSI Open System Interconnection
PCH Paging Transport Channel
PCU Packet Control Unit
PDC Personal Digital Communication
PDCP Packet Data Coverage Protocol
PDU Protocol Data Unit
PIRE Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente
PLMN Public Land Mobile Network
PS Packet Switched
PSTN Public Switched Telephone Network
QoS Quality of Service
QPSK Quadrature Phase Shift Keying
RADSL Rate Adaptative DSL
RF Radio Fréquence
RLC Radio Link control
RNC Radio Network Controller
RNS Radio Network System
RRC Radio Resource Control
RTC Réseau Téléphonique Commuté
RTCP Réseau Téléphonique Commuté Public
RX Receiver
xii
SC Service Center
SDSL Symetric DSL
SIGTRAN Signaling Transport
SGSN Serving GPRS Support Node
SINR Signal to Interference and Noise Ratio
SIR Signal to Interference Ratio
S-RNC Serving RNC
SW Software
TACS Total Access Communication System
Nombre de tentatives d’appels
TDD Time Division Duplex
TDM Time Division Multiplexing
TD-SCDMA Time Division Synchronous CDMA
TRAU Transcoder and Rate Adapter Unit
TrFO Transcoder Free Operation
TRX Transceiver
TTI Time Transmission Interval
UE User Equipment
UIT Union Internationale des Télécommunications
UL Uplink
UMTS Universal Mobile Telecommunications Services
UTRA Universal Terrestrial Radio Access
UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network
VDSL Very High bit-rate DSL
VLR Visitor Location Register
WAN Wide Area Network
WCDMA Wideband Code Division Multiple Access
WDM Wavelength Division Multiplexing
WiFi Wireless fidelity
WiMax Worldwide interoperability for Microwave access
WLAN Wireless Local Area Network
xDSL x Digital Suscriber Line
1
INTRODUCTION
Les réseaux sont aujourd’hui aussi nécessaires à la vie des individus et des Collectivités que les
réseaux électriques, les réseaux d’eau ou les réseaux liés au transport. Depuis la découverte du
télégraphe et celle du téléphone, les technologies de transmission et de commutation se sont
succédées jusqu’à l’explosion des technologies optiques, radio ou satellite, l’ouverture vers les
mobiles et l’explosion de l’internet. En parallèle, la radio et la télévision ont vécu une évolution
aussi riche, se traduisant par l’apparition des premiers réseaux câblés de télédistribution.
Malgré des origines et des problématique différentes voire opposées à l’origine, les deux mondes
des télécommunications et de l’audiovisuel de divertissement voient leurs sphères d’influences se
rapprocher et se heurter en raison de leur ouverture respective sur une palette plus large de
services et d’applications.
On peut distinguer plusieurs types de réseaux :
- Les réseaux traditionnels de télécommunications, orientés téléphonie (la voix), dont les
infrastructures évoluent aujourd’hui vers le haut débit,
- Les réseaux informatiques, orientés données, comprenant les réseaux locaux d’entreprise
(LAN), les réseaux de collecte dits métropolitains (MAN), sans oublier les réseaux
d’entreprise étendus (WAN),
- Les réseaux câblés de distribution, orientés images, initialement destinés aux usagers
résidentiels.
A l’origine séparés, ces différents réseaux évoluent aujourd’hui pour s’appuyer sur des
technologies et des infrastructures communes et convergentes grâce à une nouvelle technologie
nommée « NGN Next Generation Network ».
Dans ce cadre, notre travail de mémoire a pour but d’identifier des processus et des méthodologies
pour le dimensionnement de la NGN selon le concept IMS. Des exigences nouvelles ou
améliorées de spécifications doivent être mises en place pour le dimensionnement dans l’objectif
d’un meilleur résultat. L’IMS permet à un utilisateur de bénéficier des mêmes services quel que
soit son terminal (téléphone fixe ou mobile, Personal Computer,…) et sa localisation (domicile,
bureau,...). Pour cela, Ce travail a été partagé en quatre parties que nous adopterons ci-dessous,
afin de séparer et d’étudier l’influence de chaque composante majeure sur le dimensionnement.
2
D’abord, le premier chapitre illustre les principales caractéristiques des réseaux NGN; nous nous
sommes efforcés de décrire les principales couches, les entités fonctionnelles, les protocoles mis
en jeu, les différents catégories de réseaux NGN et les services offerts par les réseaux NGN.
Ensuite, nous allons essayer de proposer un ensemble de solutions de migration des réseaux fixes
vers l'architecture nouvelle génération et la solution de migration des réseaux mobiles en
s'appuyant sur l'architecture des réseaux de troisième génération.
Le troisième chapitre est consacré essentiellement pour détailler le processus de dimensionnement
du réseau IMS (IP Multimedia Subsystem). En effet, nous avons décrit les différentes étapes à
suivre dans le chapitre précédent pour atteindre notre objectif.
En dernier chapitre, on va simuler un outil universel de dimensionnement développé, dont le
fonctionnement est basé sur la méthodologie présentée dans le chapitre 3. Une étape de validation
de cet outil sera faite par des scénarios de dimensionnement.
3
CHAPITRE 1
LES RESEAUX DE NOUVELLE GENERATION
1.1 Introduction
Avec l'avènement du mobile, l'explosion des accès xDSL ou encore l'usage désormais très
répandu de la voix sur IP, le secteur des télécommunications subit un ensemble de changements
profonds. Dans ce contexte de convergence télécommunication/informatique, de puissance de
terminaux et d'hétérogénéité des réseaux d'accès et avec une évolution générale vers le monde IP,
des solutions doivent être apportées. Selon le nouveau concept IMS, les réseaux fixes et mobiles
ne se contentent plus d’être un réseau téléphonique classique ; Il permet d’établir des
communications entre multiples terminaux utilisateurs et d’intégrer des services en temps réel,
dans une même session. Mais pour pouvoir comprendre ce nouveau paradigme « IMS » qui est
encore jeune et en phase d’évolution à Madagascar, il faut avant tout bien assimiler le concept
NGN qui présente un cadre plus mature pour les nouvelles générations et une phase initiale pour le
déploiement de l’IMS. De ce fait, nous essayons dans ce premier chapitre d’étudier le principe de
base du NGN en termes de caractéristique, architecture, entités et protocoles.
1.2 Définition
L’acronyme NGN (Next Generation Network) est un terme générique qui englobe différentes
technologies visant à mettre en place un concept, celui un réseau convergent multiservices, un
réseau de transport en mode paquet permettant la convergence des réseaux Voix/Données et
Fixe/Mobile [1].
1.3 Caractéristique du réseau NGN
Les principales caractéristiques des réseaux NGN sont :
- Utilisation d’un unique réseau de transport en mode paquet (IP, ATM)
- Séparation des couches de transport des flux et de contrôle des communications, qui sont
implémentées dans un même équipement pour un commutateur traditionnel [2].
Ces grands principes et concernant les équipements actifs du cœur de réseau NGN se déclinent
techniquement comme suit :
- Remplacement des commutateurs traditionnels par deux équipements distincts: D’une part
des serveurs de contrôle d’appel dits Softswitch ou Media Gateway Controller
4
(correspondant schématiquement aux ressources processeur et mémoire des commutateurs
voix traditionnels). D’autre part des équipements de médiation et de routage dits Media
Gateway (correspondant schématiquement aux cartes d’interfaces et de signalisation et
aux matrices de commutation des commutateurs voix traditionnels), qui s’appuient sur le
réseau de transport mutualisé NGN.
- Apparition de nouveaux protocoles de contrôle d’appel et de signalisation entre ces
équipements (de serveur à serveur, et de serveur à Media Gateway).
La figure 1.01 présente la structure physique d’un réseau NGN avec les différentes entités
fonctionnelles, les principaux réseaux d’accès ainsi que les différents protocoles mis en œuvre [3].
Figure 1.01 : Architecture d’un réseau NGN
1.3.2 Architecture en couche
Le réseau NGN s’articule en 5 couches :
- La couche Accès
- La couche Transport
- La couche Contrôle
- La couche d’exécution des services
- La couche Application
La figure 1.02 représente cette architecture en couche du NGN [4].
5
1.3.2.1 La couche Accès
Elle relie les usagers au réseau et regroupe leur trafic. Elle contient les éléments de réseau existant
chez l’opérateur à l’accès tels que les commutateurs téléphoniques d’accès, les PABX, les boucles
locales, les BTS / BSC, Les Node B / RNC [4].
1.3.2.2 La couche Transport
La couche transport transporte le trafic à destination. La couche transport utilise la technologie IP
(Internet Protocol) ou ATM (Asynchronous Transfer Mode). L’offre NGN des constructeurs
s’appuie aujourd’hui sur une couche de transport basé sur ATM directement ou IP [4].
1.3.2.3 La couche Contrôle
La couche Contrôle assure :
- L’intelligence d’appel.
- La décision quel service un usager va recevoir.
- Le contrôle des éléments de réseau des couches inférieures. Elle contient des contrôleurs
d’appels appelés Media Gateway Controllers (MGC) puisqu’ils pilotent les MGWs de la
couche d’adaptation [4].
1.3.2.4 La couche d’exécution des services
La couche d’exécution des services regroupe l’ensemble des fonctions permettant la fourniture des
services dans un réseau NGN. Cette couche inclut généralement des serveurs d’application SIP,
car SIP (Session Initiation Protocol) est utilisé dans une architecture NGN pour gérer des sessions
multimédias en général, et des services de voix sur IP [4].
1.3.2.5 La couche Application
La couche Application fournit des services à valeur ajoutée par le biais de serveurs d’applications.
Seul le MGC peut s’interfacer avec ces serveurs pour invoquer des services.
La Gestion est transversale à l’ensemble des couches. Chaque couche possède sa propre gestion.
Ainsi les éléments d’une couche donnée sont vendus avec le système de gestion qui permet à
l’opérateur de superviser, gérer et exploiter ces éléments [4].
6
Figure 1.02 : Architecture en couche du NGN
1.3.3 Les entités fonctionnelles du cœur de réseau NGN
1.3.3.1 La Media Gateway (MG)
La Media Gateway assure:
- L’acheminement du trafic
- L’interfonctionnement avec les réseaux externes et avec les divers réseaux d’accès
- Le codage et la mise en paquets du flux média reçu et vice-versa (conversion du trafic
TDM/IP)
- La transmission, suivant les instructions du Media Gateway Controller, des flux média
reçus de part et d’autre
- La MG est située au niveau du transport des flux média entre le réseau RTC et les réseaux
en mode paquet, ou entre le cœur du réseau NGN et les réseaux d’accès [5].
1.3.3.2 La Signaling Gateway (SG)
La Signaling Gateway effectue :
- La conversion de la signalisation échangée entre le réseau NGN et le réseau externe
interconnecté selon un format compréhensible par les équipements chargés de la traiter,
mais sans l’interpréter (ce rôle étant dévolu au Media Gateway Controller) ;
- L’adaptation de la signalisation par rapport au protocole de transport utilisé [5].
7
1.3.3.3 Media Gateway Controller (MGC) ou Softswitch
Le Softswitch gère:
- L’échange des messages de signalisation transmise de part et d'autre avec les passerelles de
signalisation, et l’interprétation de cette signalisation.
- Le traitement des appels : dialogue avec les terminaux H.323, SIP voire MGCP ;
communication avec les serveurs d’application pour la fourniture des services.
- Le choix du MG de sortie selon l'adresse du destinataire, le type d'appel, la charge du
réseau, etc.
- La réservation des ressources dans le MG et le contrôle des connexions internes au MG
(commande des Media Gateways) [5].
1.3.3.4 Multi-Service Access Node (MSAN)
Les MSAN constituent une évolution naturelle des DSLAMs (Digital Subscriber Line Access
Multiplexer). Un MSAN est un équipement qui constitue, dans la plupart des architectures de type
NGN, un point d’entrée unique vers les réseaux d’accès des opérateurs. A la différence d’un
DSLAM, dont le châssis ne peut supporter que des cartes permettant de proposer des services de
type xDSL ; un MSAN peut supporter des cartes RNIS, Ethernet ou encore X25 [5].
1.3.4 Architecture protocolaire
On peut classer en 3 grandes familles les protocoles d’un réseau NGN [10]:
- Les protocoles de contrôle d’appels : H.323 et SIP
- Les protocoles de commande de Media Gateway : MGCP et MEGACO
- Les protocoles de signalisation entre MGC : BICC, SIP-T, SIGTRAN [6].
1.3.4.1 Les protocoles de contrôle d’appel
Ils permettent l’établissement, d’une communication entre deux terminaux ou entre un terminal et
un serveur ; les deux principaux protocoles concurrents sont H.323, norme de l’UIT, et SIP,
standard développé à l’IETF [6].
1.3.4.2 Les protocoles de commande de Media Gateway
Ces protocoles ont été engendrés par la séparation des couches transport et contrôle et permettent
au softswitch de gérer les Media Gateway. MGCP (Media Gateway Control Protocol) de l’IETF et
8
MEGACO (MEdia GAteway COntroller) ou H.248, développé conjointement par l’UIT et l’IETF,
prédominent actuellement. Ces protocoles sont le canal de communication utilisé pour coordonner
le plan Contrôle et le plan Transport. Les principales fonctions de ce canal sont :
- La réservation des ressources de la MG par le MGC nécessaire pour satisfaire les
demandes reçues par les messages de signalisation ;
- Le traitement des connexions dans la MG par le MGC ;
- La remontée par la MG des réponses aux actions demandées par le MGC ;
- La notification par le MG d’événements survenus au niveau média (détection DTMF par
exemple) ;
- Le contrôle du lien MG-MGC (sécurité du lien, basculement vers un autre MGC ou MG)
[6] [7].
1.3.4.3 Les protocoles de signalisation entre les softswitchs
L’interconnexion des réseaux de données avec les réseaux existants TDM utilisant la signalisation
SS7, a nécessité le développement des protocoles dédiés à l’interconnexion des réseaux et au
transport de la signalisation SS7 sur des réseaux en mode paquet. Ces protocoles permettant la
gestion du plan contrôle. Ce sont essentiellement :
- BICC (Bearer Independent Call Control), SIP-T (SIP pour la Téléphonie) et H.323, au
niveau du cœur de réseau ;
- SIGTRAN (SIGnaling TRANsport) à l’interconnexion avec les réseaux de signalisation
SS7, généralement via des passerelles de signalisation (Signaling Gateway ; SG) [6] [7].
Figure 1.03 : Les familles de protocoles d’un réseau NGN
9
1.3.5 Différentes catégories de NGN
On peut classer la solution NGN selon deux catégories : le NGN téléphonie et le NGN
multimédia.
- NGN téléphonie : Ce sont des architectures de réseau offrant uniquement les services de
téléphonie. Dans le RTC, un commutateur class 4 est un centre de transit. Un
commutateur Class 5 est un commutateur d’accès aussi appelé centre à autonomie
d’acheminement. Le NGN class 4 (resp. NGN class 5) émule donc le réseau téléphonique
au niveau transit (resp. au niveau accès) en transportant la voix sur un mode paquet.
- NGN Multimédia : C’est une architecture offrant les services multimédia puisque
l'usager a un terminal IP multimédia. Cette solution est plus intéressante que les
précédentes puisqu’elle permet à l’opérateur d innover en termes de services par rapport
à une solution NGN téléphonie qui se cantonne à offrir des services de téléphonie. Le
Multimédia NGN connu sous le nom IMS permet d’offrir des services multimédia à des
usagers disposant d’un accès large bande tel que xDSL, câble, Wifi/WiMax,
EDGE/UMTS, … [8].
1.3.5.1 NGN Téléphonie
Dans l’architecture NGN Téléphonie :
- Les équipements existants sont reliés à une couche de transport IP ou ATM par le biais des
Media Gateways (couche transport).
- Le protocole de contrôle tel que MGCP ou MEGACO ne fait que décrire les interactions
entre le MGC et le MG [8].
10
Figure 1.04 : Architecture NGN Téléphonie
Dans le contexte du Réseau Téléphonique Commuté, le commutateur réalise deux fonctions
essentielles [8]:
- La commutation de la voix.
- Le contrôle de l’appel (établissement / libération d’appel).
Dans le monde NGN, la commutation de la voix est réalisée par le MG entre le réseau
téléphonique commuté et le réseau de transport du NGN. Dans le réseau de transport, ce sont les
commutateurs ATM (Routeurs IP) qui assurent le transport de la voix paquétisée jusqu’au
MG de sortie qui commute la parole reconvertie, sur un circuit de parole sortant.
Le contrôle de l’appel (établissement / libération d’appel) est pris en charge par le MGC. Un
MGC Class 4 émule le point sémaphore d’un Class 4 Switch. Un MGC Class 5 émule le point
sémaphore d’un Class 5 Switch [8].
1.3.5.2 NGN Multimedia ou IMS (IP Multimedia Subsystem)
Définie dans la spécification 3GPP Release 5 de l'UMTS, l’architecture IMS (IP Multimedia
Subsystem) constitue une couche logique intermédiaire entre, d'un côté, les terminaux mobiles et
les réseaux de transport orientés IP et, de l'autre, les services applicatifs télécommunications gérés
par des serveurs opérés par l’opérateur ou des fournisseurs tiers.
11
L’introduction de l’IMS (IP Multimedia Subsystem) dans les réseaux fixe et mobile représente un
changement fondamental dans les réseaux de télécommunication de type voix.
Les nouvelles capacités des réseaux et des terminaux, l’association entre l ’Internet et la voix, le
contenu et la mobilité donnent naissance à des nouveaux modèles de réseaux et surtout offrent un
formidable potentiel pour développer de nouveaux services. Dans cet objectif, l’IMS est conçu
pour offrir aux utilisateurs la possibilité d’établir des sessions multimédia en utilisant tout accès
haut débit et une commutation de paquets IP [5][6][7].
L’IMS fournit un réseau IP Multi-Service, multi-accès, sécurisé et fiable :
- Multi-Service : tout type de services délivrés par un réseau cœur supportant différents
niveaux de QoS pourront être offerts à l’usager.
- Multi-accès: tout réseau d’accès large bande, fixe et mobile pourra s’interfacer à l’IMS.
- L’IMS n’est pas un unique réseau, mais différents réseaux qui interopèrent grâce à des
accords de roaming IMS fixe-fixe, fixe-mobile, mobile-mobiles.
L’architecture IMS peut être structurée en couches. Quatre couches importantes sont identifiées :
- La couche « accès » peut représenter tout accès haut débit tel que : UTRAN (UMTS
Terrestrial Radio Access Network), CDMA2000 (technologie d’accès large bande utilisée
dans les réseaux mobiles aux Etats-Unis), xDSL, réseau câble, Wireless IP, WiFi, etc.
- La couche « transport » représente un réseau IP. Ce réseau IP pourra intégrer des
mécanismes de QoS avec MPLS, Diffserv, RSVP, etc. La couche transport consiste donc
en des routeurs (edge router à l’accès et en core router en transit) reliés par un réseau de
transmission.
- La couche « contrôle » consiste en des contrôleurs de session responsables du routage de la
signalisation entre usagers et de l’invocation des services. Ces nœuds s’appellent des
CSCF (Call State Control Function). IMS Introduit donc un environnement de contrôle de
session sur le domaine paquet.
- La couche « application » introduit les applications (services à valeur ajoutée) proposées
aux usagers. L’opérateur peut se positionner grâce à sa couche contrôle en tant
qu’agrégateur de services offerts par l’opérateur lui-même ou par des tiers. La couche
application consiste en des serveurs d’application (AS, Application Server) et des MRF
(Multimedia Resource Function) que les fournisseurs appellent serveurs de média IP (IP
MS, IP Media Server) [8] [9].
12
Figure 1.05 : Architecture NGN Multimédia
Les entités fonctionnelles de l’IMS sont [8] [9]:
- Terminal IMS: Il s’agit d’une application sur un équipement de l’usager qui émet et reçoit
des requêtes SIP.
- Home Subscriber Server (HSS): base de stockage des données des usagers et des services
L’entité HSS interagit avec les entités du réseau à travers le protocole Diameter.
- Call State Control Function (CSCF): effectue le routage des méthodes SIP ou réponses SIP
au terminal, la compression/décompression des messages SIP….
Figure 1.06 : Entités de réseau IMS
13
- MGCF, IMS-MGW et T-SGW : Interfonctionnement avec le RTC : Afin de permettre aux
utilisateurs IMS d'établir des appels avec le RTCP, le domaine IMS doit interfonctionner
avec le RTCP. L'architecture d'interfonctionnement présente un plan de contrôle
(signalisation) et un plan d'usager (transport). Dans le plan usager, des passerelles (IMS-
MGW, IMS - Media Gateway) sont requises afin de convertir des flux RTP en flux TDM.
Les contrôleurs de passerelles (MGCF, Media Gateway Control Function) ont pour responsable :
- De créer, maintenir et libérer des connexions dans ces passerelles
- De terminer la signalisation ISUP du côté RT
L'interfonctionnement entre le domaine IMS et le RTCP est donc assuré par trois entités : L'IMS-
MGW (IP Multimedia Subsystem Media Gateway Function), MGCF (Media Gateway Control
Function) et T-SGW (Trunking Signaling Gateway Function).
Figure 1.07 : Interfonctionnement entre RTC et IMS
1.3.6 IMS et SIP
SIP est un protocole de signalisation défini par l’IETF (Internet Engineering Task Force)
permettant l’établissement, la libération et la modification de sessions multimédias. SIP est utilisé
dans l’IMS comme protocole de signalisation pour le contrôle de sessions et le contrôle de service.
Il remplace donc à la fois les protocoles ISUP (ISDN User Part) et INAP (Intelligent Network
Application Part) du monde de la téléphonie en apportant la capacité multimédia. Il hérite de
certaines fonctionnalités des protocoles HTTP (Hyper Text Transport Protocol) utilisé pour
naviguer sur le WEB, et SMTP (Simple Mail Transport Protocol) utilisé pour transmettre des
messages électroniques (E-mails). SIP s’appuie sur un modèle transactionnel client/serveur
comme HTTP. L’adressage utilise le concept d’URL SIP (Uniform Resource Locator) qui
ressemble à une adresse E-mail. Chaque participant dans un réseau SIP est donc adressable par
14
une URL SIP. Par ailleurs, les requêtes SIP sont acquittées par des réponses identifiées par un
code numérique. D’ailleurs, la plupart des codes de réponses SIP ont été empruntés au protocole
HTTP. Une requête SIP est constituée de headers comme une commande SMTP; SIP comme
SMTP est un protocole textuel. [10] [11]
1.4 Les services offerts par les NGN
Les NGN offrent les capacités, en termes d’infrastructure, de protocole et de gestion, de créer et de
déployer de nouveaux services multimédia sur des réseaux en mode paquet.
La grande diversité des services est due aux multiples possibilités offertes par les réseaux NGN en
plusieurs catégories de services [13] [14]:
- Conversationnel: regroupe tous les services bidirectionnels impliquant deux
interlocuteurs ou plus comme la phonie, la visiophonie avec un débit de à
et les jeux interactifs avec un débit de . Le délai de transfert des données
est de à .
- Streaming: le transfert de données doit être développé comme un flux continu. Cette
classe regroupe les services impliquant un utilisateur et une base de données (vidéo
à la demande, diffusion radiophonique, transfert d’images). Ces applications sont
typiquement asymétriques. Les délais de transfert de données sont inférieurs à .
- Interactive: regroupe les services dans lesquels un usager entretient un dialogue interactif
avec un serveur (Internet, transfert de fichiers par ftp, messageries électronique, l’accès à
des bases de données) donc pas de contrainte temps réel avec des délai d’environ .
Parmi ces services offerts nous citons [13] [14]:
1.4.1 La voix sur IP
La voix sur IP est un service directement lié à l’évolution vers les réseaux NGN. C’est une
application qui est apparue depuis longtemps mais qui n’a pas encore eu le succès escompté, et
cela pour différentes raisons :
- La jeunesse des protocoles de signalisation (SIP, H.323, MEGACO) de voix sur IP et la
gestion de la qualité de service qui commence seulement maintenant à être mature ne
permettaient pas de déployer de services téléphoniques sur IP.
- Le seul fait de transporter la voix sur IP n’apporte pas de valeur ajoutée pour l’utilisateur
final, par rapport au service de voix classique. Les services associés à la voix sur IP n’ont
pas encore la maturité nécessaire pour pousser l’évolution vers ces nouveaux réseaux.
15
- La nécessité d’interconnecter les réseaux IP aux réseaux TDM/SS7 implique des coûts liés
aux équipements d’interconnexion (passerelles) et le prix des terminaux (IP phones)
annihile l’avantage financier apporté par le transport en IP.
- Le coût des terminaux IP reste encore supérieur à celui des équipements classiques (pas
encore d’économies d’échelle suffisantes).
Cependant l’évolution de la technologie et des protocoles et l’apparition de services associés au
monde IP devraient permettre l’émergence de la voix sur IP. De plus, l’évolution des terminaux
communicants multimédia est un argument supplémentaire à l’évolution des réseaux
téléphoniques vers la voix sur IP ; ainsi l’UMTS, dans la release 5, généralise le transport en IP au
réseau voix.
1.4.2 La diffusion des contenus multimédia
La diffusion des contenus multimédia regroupe deux activités :
- l’une focalisée sur la mise en forme des contenus multimédia,
- l’autre centrée sur l’agrégation de ces divers contenus via des portails.
Les outils technologiques, tels que le multimédia streaming (gestion d’un flux multimédia en
termes de bande passante et de synchronisation des données) et le protocole multicast, doivent
permettre de fournir un service de diffusion de contenu aux utilisateurs finaux.
1.4.3 La messagerie unifiée
Le service de messagerie unifiée est l’un des services les plus avancés : c’est le premier exemple
de convergence et d’accès à l‘information à partir des différents moyens d’accès. Le principe est
de centraliser tous les types de messages, vocaux (téléphoniques), écrits (email,
SMS), multimédia sur un serveur ; ce dernier ayant la charge de fournir un accès aux messages
adapté au type du terminal de l’utilisateur.
1.4.4 Les services associés à la géolocalisation
La possibilité de localiser géographiquement les terminaux mobiles a été rapidement perçue
comme une source de revenus supplémentaires. En effet, la géolocalisation permet de proposer
aux utilisateurs finaux des services très ciblés à haute valeur ajoutée liés au contexte (exemple :
horaire, climat) et au lieu.
Actuellement plusieurs solutions techniques existent et sont même en cours d’implémentation
dans les réseaux d’opérateurs mobiles. Cependant, si ces solutions offrent la capacité de localiser
16
les terminaux mobiles, il n’existe pas encore d’interfaces permettant l’exploitation de ces données
par les applications de services, ou de réelle volonté des opérateurs d’ouvrir leurs serveurs de
localisation à des fournisseurs de services tiers, afin d’utiliser cette fonction de localisation comme
« service capability server » (élément de base servant de support à la réalisation des services).
1.5 Conclusion
Grâce à l’IMS, les réseaux fixes et mobiles ne se contentent plus d’être un réseau téléphonique
classique. L’IMS permet d’établir des communications entre multiples terminaux / utilisateurs, et
il permet d’intégrer des services temps-réel et non temps-réel dans une même session. De plus, il
est possible de créer de nouveaux usages en utilisant des interactions entre ces services.
L’IMS offre ainsi des solutions pour résoudre les problèmes des réseaux de télécommunication
traditionnels. De ce fait, une migration vers un réseau IMS est devenue une nécessité pour certains
opérateurs. Par ailleurs, l’IMS peut être déployé par un opérateur mobile pour offrir des services
avancés et multimédia à ses usagers GPRS/EDGE/UMTS, par un opérateur d’accès filaire (xDSL,
câble) ou par un opérateur virtuel qui déploie l’IMS en s’appuyant sur les réseaux d’accès
d’opérateurs tiers.
L’IMS offre ainsi des solutions pour résoudre les problèmes des réseaux de télécommunication
traditionnels. De ce fait, une migration vers un réseau IMS est devenue une nécessité pour certains
opérateurs. Par ailleurs, l’IMS peut être déployé par un opérateur mobile pour offrir des services
avancés et multimédia à ses usagers GPRS/EDGE/UMTS, par un opérateur d’accès filaire (xDSL,
câble) ou par un opérateur virtuel qui déploie l’IMS en s’appuyant sur les réseaux d’accès
d’opérateurs tiers.
17
CHAPITRE 2
STRATEGIES DE MIGRATION VERS IMS
2.1 Introduction
Les réseaux IMS exploitent pleinement des technologies de pointe pour offrir de nouveaux
services sophistiqués et augmenter les recettes des opérateurs tout en réduisant leurs dépenses
d'investissement et leurs coûts d'exploitation.
L'évolution d'un réseau existant vers le NGN et l’IMS nécessite une stratégie de migration
progressive visant à réduire au minimum les dépenses d'investissement pendant la phase de
transition, tout en tirant parti très tôt des avantages qu'elle présente.
Dans ce chapitre, on va présenter quelques scénarios de migration vers les réseaux NGN en
abordant les différentes étapes de migration des réseaux à commutation de circuit, des réseaux à
commutation de paquets, des réseaux mobiles et on va proposer un scénario de migration vers le
tout IMS.
2.2 Migration des réseaux fixes vers NGN
2.2.1 Le Réseau téléphonique commuté
Le réseau téléphonique traditionnel utilise la commutation de circuits d’où son nom de « Réseau
Téléphonique Commuté (RTC) » (PSTN en anglais pour Public Switched Telephone Network).
Aujourd’hui, les réseaux RTC peuvent être caractérisés comme suit :
- TDM et SS7 : Dans ce réseau, le trafic de la voix est transporté sur TDM (Time Division
Multiplexing) et contrôlé par une hiérarchie de commutateurs locaux (ou classe 5) et de
transit (ou classe 4). La signalisation d’appel (ISUP ou INAP) est supportée par le réseau
de signalisation SS7.
- Service du réseau intelligent : On fournit les services à valeur ajoutée par le biais du
réseau intelligent. Ce dernier propose une gamme très variée de services à savoir le
prépayer et le transfert d’appel.
- Accès Internet : Avec l’expansion du nombre des utilisateurs d’Internet, les opérateurs
proposent la connectivité aux fournisseurs d’accès Internet ou ISP (Internet Service
Provider) soit par le biais des services « dialup » bande étroite, soit par l'introduction de
services à bande large ADSL (avec voix détachée comme un service séparé).
18
Généralement, dans les réseaux à commutation de circuits, les commutateurs sont reliés entre eux
par des circuits et aux abonnés par des lignes d’abonnés. Les commutateurs sont hiérarchisés.
Selon la terminologie de quelques opérateurs, et d’après la figure 2.01 le réseau RTC est ainsi
divisé en plusieurs sous-ensembles :
- Les commutateurs de classe 3 qui désignent les centres de transit international.
- Les commutateurs de classe 4 qui désignent les centres de transit régional et
national.
- Les commutateurs de classe 5 qui désignent les commutateurs locaux [15].
Figure 2.01 : Description d’un réseau RTC
2.2.2 Typologie des scénarios de migration d’un réseau RTC
La mise en place d’architectures NGN dans un réseau RTC peut se faire avec une plus ou moins
grande ampleur, selon que l’utilisation des technologies NGN s’approche ou non au plus près de
l’utilisateur final. Le choix de déploiement à retenir conditionne en grande partie les bénéfices à
attendre de la mise en place d’un réseau NGN du point de vue de l’économie de coût. Trois grands
scénarios peuvent ainsi être dégagés [16][17][18] :
- Scénario 1 : Mise en place de solutions NGN en transit.
- Scénario 2 : Mise en place de solutions NGN jusqu’au classe 5.
- Scénario 3 : Mise en place de solutions tout IP en overlay.
2.2.2.1 Scénario 1: Mise en place de solutions NGN en transit
Dans ce scénario, l’opérateur applique le concept NGN au niveau de la couche transport de son
réseau, mais dès que l’on s’approche des commutateurs de classe 5, le trafic continue à être
Ap
pli
ca
tio
n Commutateur de
transit international
Tra
ns
it
Commutateur de transit national
Ac
cè
s
Commutateur local
19
supporté par le réseau traditionnel. Il s’agit de la première étape de la migration d’un réseau
traditionnel vers un réseau NGN.
Concrètement, il s’agit d’installer des passerelles media (Media Gateway) assurant l’interface
entre le réseau IP de transport de données avec le réseau téléphonique TDM traditionnel. Les
passerelles sont alors administrées à distance par un softswitch dans le cadre d’une architecture
centralisée en utilisant en général les protocoles MGCP/H.248 [16][17][18].
2.2.2.2 Scénario 2: Mise en place de solutions NGN jusqu’au commutateur de classe 5
L’opérateur choisit de mettre en place une architecture NGN qui a vocation également à agréger le
trafic local. Ce scénario constitue une prolongation naturelle du premier. D’un point de vue
architectural, il s’agit de la même solution que pour le scénario précédent à un niveau différent du
réseau plus proche de l’abonné. En effet un commutateur de classe 5 ne diffère d’un commutateur
de classe 4 ou de niveau hiérarchique supérieur uniquement par sa capacité de traitement de
données. Il n’intègre aucune intelligence réseau.
Les commutateurs de classe 5 constituent le point de raccordement avec l’abonné pour la
fourniture des services voix basiques. Les opérateurs historiques possèdent plusieurs milliers de
ces commutateurs et de part leur position stratégique dans leur réseau ont été peu enclins jusqu’à
présent à les remplacer par une solution NGN.
Dans le cadre d’une migration de classe 5, l’opérateur réalise une migration complète en
remplaçant ses commutateurs locaux par des softswitchs. Ainsi, tout le trafic transitant dans le
réseau sera supporté par une architecture NGN. Cette approche permet la fourniture de bout en
bout de services VoIP à condition que l’utilisateur final utilise un équipement IP [16][17][18].
2.2.2.3 Scénario 3: Mise en place de solutions tout IP en overlay
Dans ce cas, l’opérateur déploie une architecture entièrement basée sur IP, qui n’a pas besoin de se
connecter au réseau de commutation existant, ceci en parallèle du réseau traditionnel, qui continue
à vivre sa vie indépendamment. Ce type de solution est particulièrement adapté aux opérateurs
historiques qui sont confrontés à une forte chute des revenus de téléphonie classique et qui, pour
protéger leur base de clientèle, doivent lancer des solutions innovantes basés sur des technologies
alternatives (DSL, FTTH, câble, …).
Le réseau paquet en overlay fournit les services à valeur ajoutée tandis que le réseau TDM
traditionnel continue d’assurer le support des services téléphoniques de base. Les deux réseaux
20
s’interconnectent via le déploiement de passerelles afin de garantir une terminaison d’appel sur un
téléphone classique alors que l’appelant utilise un téléphone IP et inversement. Les réseaux VoIP
et RTC restent clairement séparés, au niveau du transport du trafic et de la signalisation
[16][17][18].
2.3 Migration des réseaux mobiles vers NGN
2.3.1 Evolution du réseau cellulaire
Actuellement, il existe quatre (4) générations de réseaux cellulaires [19][20][21]:
- 1G : Service basique de téléphonie mobile.
- 2G : Service de téléphonie mobile pour les grands publics avec une technique de codage
améliorée et une utilisation efficace du spectre radio.
- 2.5G : Service internet mobile.
- 3G : Mise en valeur des services du 2.5G en assurant le roaming international, naissance
de nouvelles applications.
- 3 .5G : Utilise une architecture distribuée dans laquelle la plupart des processus se sont
isolés de l’interface air au nœud B pour assurer un faible délai d’adaptation de lien et peut
supporter des QoS UMTS non temps réel et des QoS UMTS temps réel avec des débits
bien garantis.
- 4G : Mise en œuvre des services du HSPA en temps réel avec des débits bien garantis.
2.3.1.1 Description générale du réseau GSM
Pour déployer un réseau GSM, l’opérateur couvre le territoire à l’aide des stations de base
appelées BTS (Base Transceiver Station). Une station de base est un ensemble d’émetteurs-
récepteurs munis d’une ou plusieurs antennes. Chaque station de base couvre un territoire restreint
appelé cellule. La zone de services du réseau est ainsi découpée en cellules. Cette division de
réseau doit être imperceptible à l’usager. Des équipements intermédiaires sont placées entre le
BTS et MSC : les BSC (Base Station Controller) qui commandent un ensemble de BTS et
prennent en charge les traitements liés à l’interface radio (allocation des ressources radio, le
transfert intercellulaire). La gestion de l’itinérance nécessite de bases de données. La base de
données VLR (Visitor Location Register), est associée au MSC, elle mémorise pour tous les
abonnés présents dans la zone couverte par le MSC leur profil et leur localisation. La base de
données HLR (Home Location Register) qui mémorise le profil de chaque abonné et l’identité de
21
VLR où il se trouve. Les entités déjà décrites dans cette section peuvent être rassemblées dans un
modèle comme le montre la figure suivante [19]:
Figure 2.02 : Architecture du réseau GSM
2.3.1.2 Le service GPRS
- Eléments-clés du GPRS
Le GPRS (General Packet Radio Service) est une évolution des réseaux de téléphonie mobile à
commutation de circuits. Son introduction dans les réseaux GSM se situe entre la deuxième et la
troisième génération. Il a comme principal objectif d’améliorer l'accès sans fil aux réseaux de
transmission par paquets comme, par exemple, Internet.
- Architecture du système GPRS
Pour intégrer le GPRS dans une architecture GSM existante, il faut ajouter de nouveaux nœuds
réseaux, appelés nœuds de support GPRS (GPRS Support Nodes, GSN). Les GSNs sont
responsables du routage et de la remise des paquets de données entre les stations mobiles (MS) et
les réseaux externes de paquets de données (Packet Data Networks, PDN). La séparation de la
voix et des données se fait au niveau du BSC. La figure 2.06 illustre l'architecture du système.
22
Figure 2.03 : Architecture du réseau GSM/GPRS
Un nœud de support GPRS de service (Serving GPRS Support Node, SGSN) est responsable de la
remise des paquets de données depuis et vers les stations mobiles à l'intérieur de sa zone de
service. Dans ces tâches sont inclus le routage et le transfert des paquets ainsi que le management
de toutes les données relatives aux utilisateurs GPRS se trouvant dans sa zone de responsabilité. Il
assure donc la fonction VLR pour les services data. Ceci implique que ce dernier n'a pas besoin
d'être modifié.
Un nœud de support GPRS passerelle (Gateway GPRS Support Node, GGSN) se comporte
comme une interface entre le réseau backbone GPRS et les autres réseaux à commutation de
paquets.
Il convertit les paquets GPRS provenant du SGSN dans le format du protocole approprié (par
exemple, IP ou X.25) et les envoie vers le réseau correspondant. En général, il existe une relation
du type plusieurs à plusieurs entre les SGSNs et les GGSNs. Un SGSN peut router ses paquets
vers différents GGSNs pour atteindre différents réseaux à commutation de paquets.
La mise en œuvre du GPRS, sera une étape clé qui permettra les opérateurs de mettre des
architectures de cœur de réseau (transport IP) et des services de transmission de données en mode
paquet à haut débit que l’on peut qualifier de « pré-UMTS » ou « pré-NGN » [20][22].
2.3.1.3 UMTS
L’expression UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) désigne la norme
cellulaire numérique de troisième génération retenue en Europe. Les mobiles de la troisième
23
génération sont des terminaux, aux débits de loin supérieurs à ceux de nos portables actuels,
avoisinent au maximum de leurs possibilités à peu prés 2Mbps. Ils ne se limitent pas au transfert
de la voix mais ils peuvent également offrir une large gamme de services multimédia (visiophonie,
transfert de fichiers, navigation sur le web,…).
a. Exigences de la troisième génération du système mobile
Les demandes pour un accès rapide et distant augmentent de plus en plus, conduit par le besoin
d’une haute productivité et flexibilité et le besoin de réduire le temps dit «temps mort». Ces
facteurs conduiront aussi à un marché de multimédia mobile, et ils ont mis de nouveaux exigences
sur un système mobile, tels que:
- des hauts débits de communication et une transmission de données asymétrique; supporter
les deux modes de commutation de services en circuit et en paquet, tel que circulation
Internet et vidéoconférence ;
- supporter des connexions nombreuses et simultanées, un utilisateur devrait être capable de
regarder Internet et recevoir une télécopie ou un coup de téléphone par exemple en même
temps.
b. Architecture de l’UMTS
Le réseau UMTS est composé d'un réseau fédérateur et d'un réseau d'accès. L'interface entre ces
deux réseaux est appelée "Iu". Il est constitué de trois entités principales qui sont:
- Le réseau fixe CN (Core Network) : Cette partie du système assure la signalisation entre
les différentes composantes du réseau. Cette entité assure également la gestion de la
localisation et le contrôle des paramètres du réseau ;
- Le réseau UTRA : UTRAN (UMTS Terrestrail Radio Access Network) ; c’est le réseau
d’accès radio au CN de l’UMTS. Cette entité assure la gestion de ressources radio
(handover, allocation de ressources) et l’accès au réseau fixe via l’interface Iu. Les
différents constituants de ce réseau d’accès UTRAN sont : le Node B : Son rôle principal
est d'assurer les fonctions de réception et de transmission radio pour une ou plusieurs
cellules de l'UTRAN ; le RNC : (Radio Network Controller) : Son rôle principal est le
routage des communications entre le Node B et le réseau cœur.
24
- L’équipement d’usager UE (User Equipement) : C’est l’équipement exploité par
l’utilisateur afin d’accéder aux différents services fournis par l’UMTS via l’interface radio
UTRA [20][21].
Figure 2.04 : Architecture du réseau GSM/GPRS/UMTS
c. Evolution au sein du réseau cœur UMTS
Dans le domaine des réseaux mobiles, il est prévu que le système UMTS, dans sa deuxième phase,
évolue dans sa globalité vers une architecture type NGN, tant sur le plan de l’architecture
physique que pour le choix des protocoles.
- UMTS release 99 : l’héritage du GSM/GPRS
L’architecture UMTS telle que décrite dans la release 99 du 3GPP (organisme de normalisation de
l’UMTS) s’appuie sur une nouvelle interface radio, l’UTRA, et une évolution des cœurs de réseau
GSM et GPRS (adaptation des équipements existants ou nouveaux équipements) pour gérer les
flux des domaines circuit et paquet.
Dans l’architecture UMTS R99 :
Les interfaces de l’UTRA avec le cœur de réseau sont basées sur un transport ATM
(AAL2 pour la voix, AAL5 pour les données).
25
Le transport dans le cœur de réseau peut ensuite être effectué (au choix de
l’opérateur) soit en ATM pour l’ensemble des flux, soit en ATM puis TDM pour les
flux circuit et en IP pour les flux paquet. La signalisation à l’interface avec l’UTRA
est transportée soit dans des circuits virtuels ATM, soit avec le protocole de transport
de SS7 sur IP SIGTRAN ;
Les appels multimédia sont supportés, mais de manière transparente. En effet, les
messages de signalisation multimédia sont transportés de manière transparente dans
une connexion circuit ou dans un contexte PDP (tunnel GTP entre SGSN et GGSN),
ce qui évite d’introduire des fonctions multimédia dans les équipements GSM et
GPRS, limitant les impacts aux terminaux et à l’ajout de serveurs multimédia.
Les versions ultérieures de la norme UMTS intègrent une évolution encore plus nette vers une
architecture de type NGN. La release R4 est la première étape vers un cœur de réseau tout IP, et la
release R5 finalise cette évolution.
- UMTS releases R4/R5 : évolution vers une architecture NGN
Alors que la release 99 UMTS a principalement pour vocation de gérer une transition douce avec
le GSM/GPRS, la release 4 (anciennement dénommée release 2000) de l’UMTS propose une
architecture résolument novatrice afin d’évoluer vers le tout IP multimédia. Les évolutions de
l’UMTS prévues dans cette version ont été échelonnées dans le temps et réparties sur deux
versions successives, rebaptisées R4 et R5.
Conformément à l’un des concepts de base des NGN, la version R4 de la norme UMTS prévoit
une évolution optionnelle du domaine circuit, sous la forme d’une restructuration fonctionnelle
des MSC pour introduire une séparation des couches Transport (Media Gateway) et Contrôle
d’appel (MSC server).
Le MSC server a les mêmes caractéristiques qu’un MGC (Media Gateway
Controller), avec en complément des fonctions spécifiques mobile. Il est ainsi en
mesure de dialoguer avec les autres MSC server en utilisant le protocole BICC ou
SIP-T selon que le protocole de transport utilisé est ATM ou IP, mais conserve
notamment des liens de signalisation utilisant le protocole MAP avec les HLR;
La signalisation de commande entre MSC server et MGW utilise le protocole H.248
avec des extensions spécifiées par le 3GPP. Cette signalisation peut être transportée
26
en utilisant le protocole MTP3b si le transport s’appuie sur une couche ATM, ou
SIGTRAN si le transport s’appuie sur IP.
- UMTS Release R5 : ajout du domaine IP multimédia
La release R5 introduit un nouveau domaine, l’IP Multimédia (IM) Subsystem, s’appuyant sur les
services du domaine paquet pour fournir des services de communications convergents (voix sur
IP, données, multimédia…) en IP natif. Ainsi, les communications multimédia ne sont plus
supportées de manière transparente mais deviennent le mode de communication cible de l’UMTS.
Ce n’est que pour des raisons de compatibilité avec les réseaux GSM/GPRS et UMTS R’99 et
avec les terminaux non IP multimédia que le domaine circuit (MSC servers et MGW associées)
est maintenu.
Le cœur de réseau UMTS IP multimédia utilise le protocole SIP pour gérer les sessions IP
multimédia, et le protocole IP pour le transport du trafic et de la signalisation associés. Il supporte
l’inter -fonctionnement avec les réseaux voix et données IP fixes et mobile existants, y compris
Internet.
- Nouvelle architecture du réseau mobile dans une approche NGN
Dans la Release R4, une approche NGN (Next Generation Network) est proposée. Les nœuds
MSC et GMSC sont décomposés en deux entités pouvant être déployées de manière distribuée. Le
MSC est décomposé en un MSC Server et un Circuit Switched Media Gateway (CS-MGW). Le
GMSC est décomposé en un GMSC Server et un CS-MGW. L'échange de signalisation relatif aux
appels téléphoniques a lieu entre le BSC ou RNC et le MSC Server. La parole est transportée entre
le BSC ou RNC et le CS-MGW.
Le MSC Server prend en charge les fonctions de contrôle d'appel et de contrôle de la
mobilité du MSC. Il est associé à un VLR afin de prendre en compte les données des
usagers mobiles. Le MSC Server termine la signalisation usager-réseau (BSSAP ou
RANAP) et la convertit en signalisation réseau-réseau correspondante. Par contre, il
ne réside pas sur le chemin du média. Par ailleurs il contrôle le CS-MGW afin
d'établir, maintenir et libérer des connexions dans le CS-MGW. Une connexion
représente une association entre une terminaison en entrée et une terminaison en
sortie du CS-MGW. Par exemple, la terminaison en entrée peut correspondre à une
27
terminaison d’un circuit de parole (Interface A) alors que la terminaison en sortie
peut être assimilée à un port de communication RTP/UDP/IP ou AAL2/ATM.
Le CS-MGW reçoit un trafic de parole du BSC ou du RNC et le route sur un réseau
IP ou ATM. L'interface Iu-CS (Interface entre RNC et MSC) ou l'interface A
(Interface entre BSC et MSC) se connecte dorénavant sur l'entité CS-MGW afin que
le trafic audio puisse être transporté sur RTP/UDP/IP ou AAL2/ATM. Le transport
sera typiquement assuré par RTP/UDP/IP afin de réutiliser le backbone IP du réseau
GPRS et ainsi minimiser les coûts.
Pour les appels téléphoniques entrants provenant du RTC, une entité GMSC est
nécessaire, mise en œuvre dans la R4 par un GMSC Server et un CS-MGW. Le
GMSC Server prend en charge les fonctions de contrôle d'appel et de contrôle de la
mobilité du GMSC. Le GMSC Server interroge le HLR afin d'obtenir un numéro de
MSRN et de pouvoir ainsi acheminer l'appel. Par ailleurs, le GMSC-Server contrôle
le CS-MGW afin d'établir, maintenir et libérer des connexions dans le CS-MGW.
Une connexion correspond à une association entre une terminaison TDM
(terminaison du côté RTC) et une terminaison RTP/UDP/IP ou AAL2/ATM. Un
transcodage de la parole doit aussi avoir lieu au niveau du CS-MGW pour convertir
la parole reçue et qui est encodée à l'aide du codec G.711 en parole encodée en
utilisant le codec AMR (UMTS) ou à l'aide du codec GSM, avant de router le trafic
audio à l'autre CS-MGW qui interface les nœuds BSC et RNC.
Le protocole de contrôle (contrôle du média) entre le MSC-Server ou le GMSC-Server et le CS-
MGW est MEGACO/H.248 (Media Gateway Control Protocol) défini conjointement par l’ITU-T
et l’IETF.
Le protocole de signalisation (contrôle d'appel) entre le MSC Server et le GMSC-Server peut être
n'importe quel protocole de contrôle d'appel. Le 3GPP suggère l'utilisation du protocole BICC
(Bearer Independent Call Control) défini par l'ITU-T. Le protocole BICC est une extension du
protocole ISUP pour permettre la commande d'appel et de services téléphoniques sur un réseau de
transport IP ou ATM. L'autre protocole de signalisation possible est SIP-T (Session Initiation
Protocol for Telephones) proposé par l'IETF [20][21][22][23][24].
28
2.3.2 Migration des réseaux à commutation de paquets
Les réseaux de données à commutation de paquets se basent sur plusieurs technologies et un
certain nombre de piles de protocole sont employés selon le service fourni et la fonctionnalité
offerte par chaque protocole.
La migration vers NGN pour ces types de réseaux signifie une simplification du réseau et plus de
flexibilité. Établir un réseau NGN signifie également que le réseau doit soutenir des services
convergés comme la voix ou les applications temps réel.
La migration des réseaux à commutation de paquets vers NGN peut suivre plusieurs stratégies qui
peuvent être combinées. Une migration a pu également impliquer une évolution vers la prochaine
version du protocole IP, IPv6 [25][26].
2.3.2.1 Migration à IPv6
IPv6 est la version améliorée de la version courante IPv4. Il a déjà été entièrement spécifié par
l'IETF, mais n'a pas encore été largement implémenté. Les conducteurs principaux vers IPv6 sont
l'espace adresse fourni et les dispositifs de mobilité implémentés à IPv6.
Dans un concept IMS, le client doit disposer de la connectivité IP pour accéder aux services IMS.
Par ailleurs, le protocole IPv6 est requis. La raison fondamentale qui justifie l'usage d'Ipv6 est
l'insuffisance d'adresse IPv4 pour permettre à chaque mobile (si l’on considère l’application de
l’IMS aux réseaux mobiles) de disposer d'une adresse IP avec un mode « accès permanent ». Des
solutions comme la traduction d’adresse réseau (NAT, Network Address Translation) ne peuvent
être que temporaires. De nouveaux services comme l’accès permanent, le téléchargement
systématique, l’auto configuration, les applications en temps réel (téléphonie), la sécurité, etc.
dépasseront bientôt les possibilités de la technologie NAT.
- Avec IPv6, les champs d'adresse ont une longueur de 16 octets à la différence des adresses
Ipv4 sur 4 octets ;
- L’IPv6 fournit donc un espace d’adressage élargi permettant d’attribuer une adresse unique
à chaque équipement Internet mobile (une nécessité pour les équipements «toujours
connectés ») ;
- L’IPv6 permet de configurer automatiquement l’adresse IP de la machine hôte sans avoir
recours au protocole de configuration dynamique de la machine hôte (DHCP Dynamic
Host Configuration Protocol), ce qui est intéressant pour les équipements mobiles ;
29
- L’IPv6 gère la sécurité de bout en bout.
Le réseau mobile peut être considéré comme un réseau fermé dont l’inter fonctionnement avec le
réseau antécédent IPv4 peut être assuré à la périphérie du réseau (avec des routeurs passerelles
exécutant des empilages IP doubles avec des tunnels IPv6-IPv4, etc.) [25][26].
2.3.2.2 Qualité de service (Quality of service QoS)
Sur Internet, le type de QoS fourni est best effort. Cela ne sera pas le cas avec l’IMS. Les réseaux
d’accès et de transport de l’IMS fournissent la QoS de bout-en-bout. A travers l’IMS, le terminal
négocie ses capacités et exprime ses exigences de QoS durant la phase d’établissement de la
session avec le protocole SIP. En parallèle le terminal réserve les ressources nécessaires dans le
réseau d’accès en utilisant un protocole de réservation de ressources [13].
2.3.2.3 Scénarios de migration vers IMS
Etant donné un réseau NGN, sa migration vers IMS est basée sur un ensemble d’étapes qui ont
pour objectifs:
- Convergence complète des services fixe et mobile,
- Convergence des bases de données fixe et mobile vers une seule base de données HSS,
- Introduction des fonctionnalités de l’IMS et amélioration du Softswitch comme un module
du concept IMS [25][26].
a. Etape 1 : Convergence des services fixe et mobile
On a vu dans les paragraphes précédents quelques scénarios pour la migration des réseaux fixe, et
d’autres pour la migration des réseaux mobiles. On n’a pas parlé de la couche service. Mais, il est
nécessaire de noter qu’une convergence des services fixe et mobile est essentielle pour la
migration vers un réseau tout IMS. La figure 2.05 illustre cette convergence [25][26].
30
Figure 2.05 : Convergence des services fixe et mobile
Ainsi, dans une première étape, le réseau de service mobile et le réseau de service fixe convergent
vers un seul réseau de service.
b. Etape 2 : Convergence des bases de données des réseaux fixe et mobile
Les données des utilisateurs du réseau mobile sont enregistrées dans la base de données nominale
HLR. Pour les abonnés du réseau PSTN, on va introduire une nouvelle base de données (SHLR)
qui enregistre leurs données. Ce SHLR va être lié au softswitch via l’interface MAP
(DIAMETER) [25][26].
Figure 2.06 : Mise en œuvre d’un SHLR dans le réseau PSTN
31
Ensuite, on va combiner cette nouvelle base de données avec le HLR du réseau mobile de façon à
intégrer les données utilisateur fixe et mobile dans un seul HLR en assurant l’interfonctionnement
entre le réseau fixe et le réseau mobile [25][26].
Figure 2.07 : Interfonctionnement entre réseau fixe et réseau mobile
c. Etape 3 : Migration vers le tout IMS
La migration vers un réseau tout IMS nécessite l’introduction des fonctionnalités de l’IMS et
l’amélioration du Softswitch comme un module du concept IMS. Pour atteindre cet objectif, deux
scénarios peuvent avoir lieu : le premier consiste à introduire l’IMS dans le réseau fixe dans une
première étape, et le propager vers le réseau mobile par la suite. Quant au deuxième scénario, il
consiste d’abord à introduire les fonctionnalités de l’IMS dans le réseau mobile puis les propager
vers le réseau fixe [25][26].
- Scénario 1 : à partir du réseau mobile
Ce scénario renferme un ensemble d’étapes :
Introduction de l'IMS du côté du réseau mobile par l’ajout des fonctionnalités S-
CSCF, I-CSCF, P-CSCF et MGCF.
Migration du HLR vers HSS (Le HSS peut contenir les données fixes d'utilisateur).
32
Figure 2.08 : Introduction de l’IMS dans le réseau mobile
Propagation de l’IMS vers le réseau fixe par l’évolution du software du softswitch et
l’apparition des entités CSCF de l’IMS.
Figure 2.09 : Migration vers un réseau tout IMS
33
- Scénario 2 : à partir du réseau fixe
Dans ce deuxième scénario, on va suivre les mêmes étapes que le premier scénario sauf qu’on va
commencer par introduire l’IMS dans le réseau fixe, puis le propager vers le réseau mobile en
suivant les étapes suivantes :
Introduction de l'IMS du côté du réseau fixe par l’amélioration du software du
softswitch : évolution du HLR vers HSS et interfonctionnement des deux réseaux fixe
et mobile.
Figure 2.10 : Amélioration du software du softswitch et Migration du réseau fixe vers IMS
Une fois l’IMS est déployé dans le réseau fixe, on va le propager vers le réseau mobile
pour obtenir une architecture tout IMS.
34
Figure 2.11 : Propagation de l’IMS vers le réseau mobile
2.4 Conclusion
La nouvelle architecture IMS ne remplace pas les réseaux existants, mais permet d’étendre
progressivement leurs capacités pour générer de nouveaux revenus grâce à la convergence
voix/données et fixe/mobile. Un scénario de migration vers l’IMS pour un opérateur établi vise à
aider ce dernier à capitaliser sur son existant, étendre ses capacités de commutation et amplifier sa
vitesse de transmission.
Les opérateurs qui entrent dans le nouveau monde de télécommunications ont des origines, des
inquiétudes et des besoins différents. Vu cette diversification, des feuilles de route (Road Map)
doivent être proposées à ces acteurs pour réaliser la meilleure migration vers les réseaux de
nouvelle génération. La question est alors de trouver une stratégie qui permet à cet opérateur de
migrer vers IMS de façon la plus optimale possible.
35
CHAPITRE 3
DIMENSIONNEMENT DU CŒUR DU RESEAU IMS
3.1 Introduction
L’ingénierie d’un système radio est un processus qui définit les étapes – visites de zone, mesures,
planifications, dimensionnement, documentations – requises pour fournir un plan radio d’un
réseau sur un endroit géographique.
Le dimensionnement a pour but d’établir les configurations radios du réseau et son stratégie de
déploiement à long terme. Elle permet aussi de déterminer le volume des équipements, logiciels et
autres moyens (capacités de transmission…) à acquérir et à déployer pour la fourniture des
services de télécommunications.
Le but de ce chapitre est d’introduire les outils de base permettant le dimensionnement des
principaux équipements et interfaces d’un réseau IMS. Ce chapitre traite tout d’abord le cas du
dimensionnement dans un réseau NGN Téléphonie. Ensuite, la deuxième partie est consacrée au
dimensionnement dans un réseau NGN Multimédia (IMS) où nous avons pris le cas de
l’architecture du réseau UMTS selon le concept IMS.
3.2 Dimensionnement dans le NGN Téléphonie
3.2.1 Architecture cible du NGN Téléphonie
L’architecture cible du NGN téléphonie est un réseau dorsal IP qui relie différents réseaux
d’accès:
- d’une part RTC/RNIS ;
- d’autre part GSM/GPRS par le biais de Media Gateways [26].
Un Softswitch situé au niveau de la couche contrôle qui gère le contrôle des appels ainsi que
l’accès aux services au niveau de la couche application.
3.2.2 Modèle de trafic du réseau d’accès
Un modèle de trafic est un objet mathématique ou algorithmique qui présente des caractéristiques
souvent statistiques, similaires au trafic réel. Il sert à mieux connaître et décrire le trafic véhiculé
et permet de dimensionner les files d’attentes dans les réseaux.
36
Le processus de Poisson modélise bien le trafic transactionnel ou encore le trafic d’appel
téléphonique qui arrive sur un commutateur de circuit. Il est donc à la base de la plupart des lois
de télétrafic utilisées en télécommunications et les lois d’Erlang en particulier [27].
3.2.3 Méthodologie de dimensionnement
3.2.3.1 Dimensionnement du réseau NGN Téléphonie
Voici les différentes étapes à suivre afin de déterminer les besoins matériels pour l’écoulement du
trafic des réseaux d’accès RTC/RNIS et GSM/GPRS [28][29].
- Etape 1 : Calcul de trafic du réseau d’accès RTC/RNIS
Figure 3.01 : Calcul du trafic RTC/RNIS
- Etape 2 : Calcul de trafic du réseau d’accès GSM/GPRS
37
Figure 3.02 : Calcul du trafic GSM/GPRS
- Etape 3 : Dimensionnement des entités du réseau NGN Téléphonie
Figure 3.03 : Dimensionnement des entités
3.2.3.2 Calcul du trafic généré par les réseaux d’accès
Le calcul du trafic total généré par les réseaux d’accès RTC/RNIS et GSM/GPRS doit rassembler
aux données d’opérateur suivantes [28][29]:
- La durée moyenne des communications (DMC) en secondes pour tous les types de trafic
(conversationnel, interactif ou streaming).
38
- Le nombre de tentatives d’appels à l’heure chargée (TAHC) par heure par service
(conversationnel, interactif ou streaming).
- Le grade de service (Grade of Service : GoS) souhaité au niveau de l’interface
commutateur de transit-Media Gateway (CT-MG) ou MSC-Media Gateway (MSCMG).
a. Etape 1 : Détermination du trafic engendré par un CT (respectivement un MSC)
- Le comportement global des usagers est exprimé par le nombre de tentatives d’appels à
l’heure chargée (TAHC) par heure et par la durée moyenne des communications (DMC) en
secondes.
- Soit le trafic de type i (conversationnel, interactif ou streaming) engendré par un CT du
réseau RTC/RNIS.
(3.01)
- Le trafic total issu de chaque CT sera l’agrégation de ces trois types de trafic.
- L’unité de trafic conversationnel étant l’Erlang alors que pour celui interactif ou streaming
est le Kbits.
Afin de pouvoir effectuer cette sommation, il faut que nous convertissions ce trafic
conversationnel en Kbits. Pour ce faire, nous calculons tout d’abord le nombre de circuits pouvant
supporter ce type de trafic à l’aide de la formule de Rigault [28]:
√
(3.02)
Et :
) (3.03)
Ensuite nous déterminons en premier lieu le nombre de liens E0 nécessaire pour écouler ,
puis le nombre de liens E1 sachant que . La
conversion de de l’Erlang en Kbits est donnée par l’équation (3.03) :
) (
)
(3.04)
39
Donc le trafic total en Kbits généré par un CT est donné par :
(3.05)
On a le même calcul pour le MSC.
b. Etape 2 : Calcul du trafic total généré par le réseau d’accès RTC/RNIS
Le trafic total généré par le réseau d’accès RTC/RNIS sera la somme de tous les trafics engendrés
par chaque CT :
) ∑
(3.06)
c. Etape 3 : Calcul du trafic total généré par le réseau d’accès GSM/GPRS
De même, nous calculons le volume de trafic généré par le réseau d’accès GSM/GPRS en suivant
la démarche précédente sauf que nous remplaçons cette fois les CT par les MSC :
) ∑
(3.07)
d. Etape 4 : Calcul du trafic total généré par les réseaux d’accès RTC/RNIS et GSM/GPRS
Nous pouvons maintenant déduire le trafic total généré par les réseaux d’accès RTC/RNIS et
GSM/GPRS qui sera donné par l’équation (3.07) :
) (3.08)
Où :
- est le trafic généré par le réseau RTC/RNIS (Kbits)
- est le trafic généré par le réseau GSM/GPRS (Kbits)
3.2.3.3 Calcul du nombre de liens CT-MG et MSC-MG
Nous ne pouvons tolérer de pertes avant l’arrivée du trafic dans le réseau de transport ; ce qui
revient à une fourniture de capacité entre le MSC ou le commutateur du fixe et la MG; ce qui nous
40
amène donc à dimensionner les liens entre ces entités. Le nombre de liens en E1 nécessaires pour
écouler le trafic prévu est déterminé par :
(3.09)
Dans le cas du réseau d’accès GSM/GPRS, le nombre de liens MSC-MG en E1 est calculé par :
(3.10)
3.2.3.4 Dimensionnement des Media Gateways
Le dimensionnement des Media Gateways consiste à déterminer le nombre des MGs nécessaires pour
supporter le trafic total généré par les réseaux d’accès RTC/RNIS et GSM/GPRS. Le nombre des MGs
nécessaires pour véhiculer ce trafic est donné par :
)
(3.11)
Et la charge des MG est calculée comme suit :
) )
3.2.3.5 Dimensionnement des Softswitchs
Le dimensionnement de cet équipement, qui représente la couche contrôle, revient à déterminer la capacité
de traitement de son processeur en terme de nombre total de tentatives d’appels à l’heure chargée (TAHC)
qu’il pourra véhiculer :
) ∑∑
∑ ∑
(3.12)
3.3 Dimensionnement dans le NGN Multimédia
Le dimensionnement d’un réseau IMS permet d’offrir des services multimédia à des usagers
disposant d’un accès large bande tel que xDSL, câble, WiFi/WiMax, EDGE/UMTS, … Nous
allons prendre le cas de l’architecture du réseau UMTS selon le concept IMS [28]30][31][32][33].
41
3.3.1 Architecture cible du réseau UMTS
Selon le concept IMS, les différentes entités à dimensionner dans le cas du réseau cœur UMTS
sont:
- GGSN, SGSN, MSC Server et MGCF qui appartiennent à la couche contrôle.
- Mobile-MGW et IMS-MGW faisant partie de la couche connectivité.
3.3.2 Modèle de trafic du réseau d’accès
Nous allons donner un bref aperçu sur les différentes classes de services ainsi que les modèles de
trafic qui régissent ces classes pour pouvoir retenir un scénario pour chaque classe et calculer par
la suite la charge de trafic dans le réseau cœur.
3.3.2.1 Les différentes classes de qualité de service
Sur la base de la qualité de service, selon le 3GPP, l’ensemble des services peut partitionner en
quatre classes :
- Classe des services conversationnels : leurs applications nécessitent un service
bidirectionnel en temps réel impliquant deux utilisateurs humains ou plus. Les exemples de
ce type d’applications sont la téléphonie, la vidéophonie, la voix sur IP, les jeux interactifs.
- Classe des services à flux continu ou Streaming : les applications de cette classe
impliquent un utilisateur humain et un serveur de données. Les exemples d’applications de
type Streaming sont les nouvelles applications issues de l’Internet, telles que les
applications audio ou vidéo sur demande.
- Classe des services interactifs : ces applications impliquent un utilisateur (machine ou
humain) dialoguant avec un serveur de données ou d’applications. les performances temps
réel ne sont pas nécessaires, il s’agit seulement d’attendre un certain temps pour répondre
aux requêtes mais les informations ne doivent pas être altérées. Les exemples
d’applications de type interactif sont la navigation sur l’Internet, l’accès aux bases de
données ainsi qu’aux serveurs d’applications.
42
3.3.2.2 Modèles de trafic
a. Modèle de trafic pour le service conversationnel
Prenons la communication téléphonique comme un exemple de service conversationnel. Les
communications téléphoniques constituent le service le plus classique dont le comportement
statistique a été maîtrisé.
Le comportement d’un utilisateur exploitant ce service au cours du temps est modélisé par un
processus markovien du type ON-OFF. Les caractéristiques de ce modèle sont :
- L’occurrence des appels téléphoniques est un processus de poisson caractérisé par un taux
moyen d’appel de valeur typique .
- La durée d’un appel suit un processus exponentiel de moyenne typique α telle que
⁄ .
- La durée de l’appel est une alternance de périodes d’activité et de périodes de silence. Ces
périodes suivent chacune une distribution exponentielle. La valeur typique pour le taux
d’activité des sources est 0.5.
b. Modèle de trafic pour le service à flux continu
Le téléchargement d’une séquence vidéo est un exemple de ce service à flux continu.
Le flux des séquences vidéo correspond à une série de trames de données de même durée à raison
de 25 trames par secondes. Il existe neuf types différents de trames. L’occurrence de ces différents
types de trames est gérée par un processus de Markov à neuf états.
La distribution de la durée de chaque classe de contenu suit une loi Gamma d’ordre . Nous avons
retenu pour ce modèle les caractéristiques suivantes :
- L’occurrence des sessions
- La durée d’une session
- Le taux d’activité de la source est de
c. Modèle de trafic pour le service interactif
L’exemple typique de ce service est la consultation des pages Web. Le flux de données, selon ce
modèle, peut être décomposé en plusieurs sessions de consultation du Web. Pendant chaque
session, l’utilisateur consulte un ensemble de sites Web se ramenant à un appel des pages HTMLs
correspondantes. Le téléchargement de ces pages HTMLs est matérialisé par la transmission de
43
plusieurs datagrammes de taille variable. Un temps de lecture est nécessaire avant d’amorcer la
consultation d’une autre page Web. Les caractéristiques statistiques de ce modèle sont les
suivantes :
- L’occurrence de sessions est un processus de poisson de valeur typique
- Pour chacune de session :
Le nombre d’appel de pages HTML suit une distribution géométrique de moyenne
typique .
Le temps de lecture suit une distribution exponentielle de moyenne a et de valeur
typique
à .
Le nombre de datagrammes par appel suit une distribution géométrique de
moyenne typique .
La durée d’inter-arrivée de datagrammes suit une distribution exponentielle dont
la moyenne est en fonction du débit.
La taille des datagrammes suit une distribution de Pareto.
Les services de cette classe sont insensibles au délai, ils sont considérés de type Best Effort. Ils
sont transmis en dehors des périodes chargées du réseau cœur, c’est-à-dire au cours des périodes
d’inactivités des autres classes de services. D’une autre manière, ses services ne contribuent pas à
la charge du réseau.
3.3.3 Méthodologie de dimensionnement
3.3.3.1 Hypothèses
- Pour dimensionner le réseau cœur UMTS, nous allons nous intéresser au trafic pendant
l’heure de pointe, qui est définie comme étant l’heure présentant un maximum du trafic
pendant une journée (une semaine, un mois).
- Nous supposons dans la suite que le modèle de trafic du réseau d’accès correspond à
l’heure la plus chargée pour le réseau cœur UMTS.
- Nous admettons que la répartition du trafic de la classe conversationnelle entre mode
paquet et mode circuit (Pourcentage GSM et PSTN) est fixée malgré que la distribution du
trafic même entre les deux systèmes du mode circuit varie avec le temps (la distribution de
l’heure de pointe est utilisée comme référence).
44
- Les taux de pénétration des réseaux UMTS et EDGE sont fixés, indépendamment de la
distribution des abonnés.
- Concernant la mobilité des abonnés entre les zones de couverture de l’UMTS et celles
couvertes par le spectre GSM, nous supposons que le pourcentage d’abonnés qui passent
de la couverture UMTS vers EDGE est le même qui passent de l’EDGE vers UMTS.
- Considérons que tout abonné localisé sous la couverture UMTS doit utiliser uniquement
cette technologie avec un débit de 2 Mbits/s. Il en est de même pour les abonnés EDGE
mais avec un débit de .
La figure (3.04) récapitule le dimensionnement du réseau NGN Multimédia.
Figure 3.04 : Récapitulatif du dimensionnement NGN Multimédia
45
3.3.3.2 Calcul du trafic généré par le réseau d’accès
Le nombre total d’abonnés UMTS est donné par :
(3.13)
Pour les abonnés utilisant les services multimédia et résidant dans les zones non couvertes par
l’UMTS, nécessairement des abonnés du réseau EDGE, leur nombre total sera égal à :
) (3.14)
Où :
- est le nombre d’abonnés GSM
- est le nombre d’abonnés UMTS
- est le taux de pénétration EDGE
Vu que l’utilisation des services varie selon leur nature d’une part et selon la technologie utilisée
d’autre part (UMTS, EDGE), l’étape suivante consiste à déterminer le nombre d’abonnés actifs
par technologie et par service (conversationnel ou interactif ou streaming). Soit le
nombre d’abonnés de technologie et le taux d’activité de service .
est donné par :
Dans la suite, nous déterminons le trafic généré par service pour les réseaux UMTS et EDGE:
)
(3.15)
)
(3.16)
Ainsi, pour calculer le trafic total par service, il faut souligner que le trafic de la classe
conversationnelle est réparti en trafic interne défini comme étant le trafic paquet qui englobe les
communications entre UMTS et EDGE c’est-à-dire trafic interne à l’IMS, et trafic externe destiné
vers le monde circuit.
46
Figure 3.05 : Répartition de trafic de la classe conversationnelle
On a :
) (3.17)
) (3.18)
Or pour le service conversationnel, le volume de trafic généré est calculé comme suit :
)
(3.19)
Donc pour les services interactif et streaming, leurs volumes de trafic générés sont les mêmes
calculés par:
)
(3.20)
Avec :
De même, nous calculons le volume de trafic généré par service dans le cas du réseau EDGE.
47
Ensuite, il suffit d’effectuer la somme de tous les trafics générés pour chaque service pour
déterminer le volume de trafic global.
∑ é é é
∑
(3.21)
3.3.3.3 Dimensionnement des entités du réseau IMS
a. Dimensionnement des M_MGWs
Le nombre des M_MGWs nécessaires pour véhiculer le trafic paquet peut se déterminer en
calculant le trafic interne dans les réseaux UMTS et EDGE ainsi que le trafic externe destiné aux
abonnés GSM. Puis leur ajouter le trafic du service conversationnel issu du réseau GSM
destiné aux abonnés UMTS et EDGE.
(3.22)
La charge des M_MGWs est égale à :
) (3.23)
b. Dimensionnement des IMS_MGWs
En considérons le volume de trafic véhiculé entre le réseau RTC et le réseau UMTS/EDGE et
ceux dans les deux sens. Le volume du trafic du réseau UMTS/EDGE vers le réseau RTC est
donné par :
) )
(3.24)
(3.25)
c. Dimensionnement de MGCF
La charge de MGCF est estimée en nombre total des communications issues du réseau RTC.
48
( )
(3.26)
d. Dimensionnement de MSC Server
Pour déterminer le nombre de MSC Server, nous devons calculer le nombre total des
communications issues du réseau GSM.
( )
(3.27)
e. Dimensionnement des SGSNs
Le dimensionnement des SGSNs dépend :
- du nombre d’abonnés simultanément attachés (SAU: Simultaneously Attached User),
- du nombre de paquets par seconde (PPS : Packet Per Second), la taille moyenne des
paquets.
Pour déterminer le nombre des SGSNs, nous allons nous baser sur le paramètre SAU et ceci pour
des raisons de simplification du dimensionnement. Une caractéristique importante que nous
risquons de négliger, puisque nous n’avons pas réalisé le dimensionnement du réseau d’accès,
c’est la capacité du SGSN en terme de RNC connecté. Après le calcul du nombre des SGSNs
requis, nous devons vérifier que la capacité de chaque SGSN en terme de RNC n’a pas été
dépassée. Dans telle situation, il faut prendre la valeur maximale entre le nombre des SGSNs
requis selon le paramètre SAU et le nombre selon le paramètre RNC. Nous utilisons le mode
paquet (pas le mode circuit) où tous les abonnés sont connectés. Le nombre de SAU EDGE et
celui de SAU UMTS sont donnés par :
(3.28)
(3.29)
(3.30)
49
f. Dimensionnement des GGSNs
Le paramètre clé de dimensionnement des GGSNs est le contexte PDP. Le nombre de contextes
PDP est donné par le nombre de sessions générées par les abonnés (un abonné peut générer
plusieurs sessions). En effet, chaque session est caractérisée par un contexte PDP. De plus, pour
activer une session, un abonné doit être attaché au réseau paquet. Pour déterminer le nombre de
contextes PDP, nous opérons ainsi :
- Calculer le nombre de contextes PDP générés par les abonnés UMTS
)
)
(3.31)
- Calculer le nombre de contextes PDP générés par les abonnés EDGE
)
)
(3.32)
- Le nombre total de contextes PDP activé
(3.33)
3.4 Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons abordé le processus de dimensionnement dans les réseaux NGN
Téléphonie et IMS. Nous avons essayé de présenter les différents outils mathématiques et
algorithmiques utilisés pour réussir ce dimensionnement.
Le dernier chapitre sera consacré pour la présentation de notre outil universel de dimensionnement
et son évaluation par des exemples de scénarios de dimensionnement tout en se basant sur les
équations de ce troisième chapitre.
50
CHAPITRE 4
DEVELOPPEMENT D’UN OUTIL DE DIMENSIONNEMENT
DU CŒUR DU RESEAU IMS
4.1 Introduction
Notre objectif une fois on a détaillé le processus de dimensionnement du réseau cœur IMS, est la
conception et la réalisation d’un outil qui implémente les différentes phases du processus. En effet,
le dimensionnement est une tâche assez complexe et un tel outil peut simplifier et automatiser
cette tâche aux administrateurs de réseau.
Dans ce chapitre, il sera essentiellement question de l’outil universel de dimensionnement que
nous devons développer et de son évaluation. Nous allons tout d’abord spécifier le cahier des
charges et a présenter l’environnement de développement qui nous permettra d’atteindre les
objectifs de ce cahier des charges. Ensuite nous décrivons les fonctionnalités de ses modules et les
étapes de son fonctionnement ; on va définir les différents paramètres du processus de
dimensionnement, et on va finir par l’interprétation des résultats obtenus.
4.2 Cahier des charges de l’outil
4.2.1 Objectif de l'outil de dimensionnement
Le but de cette étude est de développer un outil universel de dimensionnement d’un réseau IMS.
Cet outil devra être capable d’automatiser les opérations de dimensionnement illustrées dans le
chapitre précédent. Son objectif nous apparait utile même si, eu égard au caractère évolutif des
problèmes des télécommunications, des modifications à plus ou moins brève échéance sont
susceptibles d'affecter les règles ou les procédures.
4.2.1.1 Paramètres d'entrée
Notre outil devra accepter les paramètres suivants comme variables d'entrée :
- Taux d’appels : Représente le rapport entre le nombre de tentatives d’appels par heure et le
nombre d’abonnés total pour chaque service.
- Taux d’activité source par service : C’est le taux d’occupation du canal selon le service.
- DMC : La durée moyenne de communication.
- GoS: Probabilité de blocage fixée dans le réseau UMTS/EDGE.
- Nombre d’abonnés GSM, EDGE et UMTS.
51
- Pourcentage SAU EDGE et SAU UMTS : ce sont les abonnés simultanément attachés à
chaque technologie.
- Taux d’activité pour chaque service.
- Pourcentage du trafic sortant vers le mode circuit : c’est le trafic conversationnel sortant du
mode IP vers mode circuit et qui sera reparti entre les réseaux GSM et RTC.
- La capacité des entités M-MGW, IMS-MGW, MSC Server, MGCF, SGSN et GGSN.
4.2.1.2 Paramètres de sortie
Nous pensons qu’il est possible d’avoir les données suivantes comme sortie de notre outil de
dimensionnement :
- Trafic total en kbits généré par les réseaux EDGE et UMTS.
- Résultat de dimensionnement des entités M-MGW, IMS-MGW, MSC Server, MGCF,
SGSN et GGSN en terme de charge et nombre.
- Nombre des communications à écouler simultanément dans le réseau de transport.
- Capacité totale en kbits à fournir pour le réseau de transport.
- Prévision du trafic et des charges des entités sur cinq ans.
4.2.2 Synoptique de l’interface utilisateur de l’outil
Cet outil fournit une interface utilisateur simple pour l’aide au dimensionnement des réseaux IMS.
L’utilisateur de l’outil doit suivre une démarche hiérarchique pour le dimensionnement de tout son
réseau. Il doit tout d’abord définir les caractéristiques de son réseau : le nombre d’abonnés (fixe et
mobile).
Cet outil permet a un opérateur de fixer la plus part des paramètres de dimensionnement qui
traduisent sa situation et sa politique d’offre de services. De même, cet opérateur bénéficie de la
liberté de choix du modèle du trafic du réseau d’accès selon ses études et ses estimations. Cet outil
permet aussi une grande précision au niveau du dimensionnement.
4.2.3 Environnement de développement
Le choix des bons outils de travail est une tâche critique sur laquelle repose le bon déroulement de
l’étape de conception. Pour la réalisation de ce projet plusieurs alternatives se sont proposées.
Pour ce qui est de la plate forme de programmation, nous avons eu le choix de Matlab.
Cette sélection est justifiée par le fait que:
52
- Ce langage permet la création d'interfaces graphiques sophistiquées (menus déroulants,
boutons, cases à cocher,...) essentiels pour la conception de l’interface graphique de notre
application.
- Ce langage inclue le concept du modèle événementiel. En effet, ils sont capables de
réagir à des évènements et permettent de faire de la programmation évènementielle.
4.2.4 Fonctionnalités de l’outil
L’outil dont il est question est un outil de dimensionnement d’un réseau IMS. Son but est d’aider
les opérateurs à trouver la meilleure configuration de leur réseau en termes d’équipements
nécessaires et de charges tout en garantissant une qualité de service donnée.
Les fonctionnalités de notre outil sont représentées par la figure 4.01:
Figure 4.01 : Principe de fonctionnement de l’outil
Pour gérer les entrées et les sorties de cet outil de dimensionnement, nous avons développé deux
modules principaux.
4.2.4.2 Module d’estimation de la charge de trafic
Ce module s’occupe du calcul de la charge de trafic pour chaque service (Conversationnel,
Interactif ou Streaming) dans les réseaux UMTS et EDGE ce qui permet de dimensionner les
différentes entités suivantes : M-MGW, IMS-MGW, MSC Server, MGCF, SGSN et GGSN.
53
Figure 4.02 : Estimation de la charge de trafic IMS
4.2.4.3 Module de prévision de trafic
L’extension des réseaux demande l’approvisionnement des équipements des centraux, des
faisceaux de jonctions et des circuits. Cependant, il pourrait y avoir un temps entre l’identification
des besoins futurs et le moment de réalisation. La durée de temps entre l’identification du besoin
et son approvisionnement est considérable. Pour éviter les longues périodes d’attente et la
congestion élevée, il est préférable de déterminer les besoins à l’ avance. Cela rend possible
l’extension du matériel au bon moment parce que l’action nécessaire peut être effectuée en temps
approprié.
Une prévision devrait, cependant, produire l’estimation exacte des demandes futures pour les
équipements des télécommunications.
Ce module s’intéresse à la prévision du trafic des réseaux d’accès RTC/RNIS et GSM/GPRS dans
le cas du NGN Téléphonie et des réseaux UMTS et EDGE pour le NGN Multimédia.
Ainsi cette partie estime la prévision de la charge des MGs et Softswitchs dans le premier cas et
les entités : M-MGW, IMS-MGW, MSC Server, MGCF, SGSN et GGSN dans le deuxième cas.
Nous avons choisi la méthode de prévision tendancielle qui consiste à supposer que le
développement devrait suivre la courbe qui a été ajustée a des données historiques existantes.
54
Pour des raisons de simplification, nous allons nous limiter à la méthode de tendance linéaire
donnée par la formule suivante :
)
Où :
- )est le résultat de la prévision à l’année
- a est la pente de la courbe
- b est le trafic ou charge a
4.3 Réalisation de l’outil
4.3.1 Au démarrage
Lors du lancement de l’outil, l’administrateur se trouvera devant un écran de démarrage,
présentant l’application développée.
Figure 4.03 : Ecran de démarrage
4.3.2 Après le démarrage
Après le démarrage de l’outil, l’administrateur accède à l’interface de la fenêtre principale de
l’outil qui affiche une barre de menus composée de: « Fichier » et « Aide »
Cette interface est celle présentée sur la Figure 4.04 :
55
Figure 4.04 : Fenêtre principale
Cette fenêtre comporte une barre d’outils contenant :
- Nouveau : il permet à l’utilisateur de créer un nouveau projet de dimensionnement d’un
réseau IMS.
- Ouvrir : ce bouton permet de charger en mémoire un projet existant.
Et aussi une barre de menu contenant :
- Menu « Fichier »
C’est le menu qui va nous permettre de « Commencer la simulation » ou de « Quitter » sur la
simulation.
- Menu « Aide »
Il permet d’afficher une aide contextuelle. Il permet l’affichage de la fenêtre d’identification de
l’application (voir figure 4.05).
56
Figure 4.05 : Fenêtre d’identification
4.3.2.2 Configuration du réseau
Dans la phase de configuration du réseau, l’utilisateur doit spécifier :
- le modèle de trafic du réseau d’accès
- la répartition des abonnés
Figure 4.06 : Configuration du réseau à dimensionner
57
- Spécification du modèle de trafic
A travers cette interface, l’utilisateur est amené à fixer les paramètres du modèle de trafic du
réseau d’accès. Chaque type de service a ses propres paramètres en termes de taux
d’appel/abonné, durée d’un appel et taux d’activité de la source.
Les tableaux suivants résument les différents paramètres d’entrées pour ce scenario de
dimensionnement concernant notre projet.
Service
Service
Conversationnel
Service
Streaming
Service
Interactif
Durée moyenne d'une communication(en sec) 125 10 70
Taux d'arrivées des communications par heure (%) 60 70 20
Taux d'activité source(%) 80 85 90
Grade of Service(%) 4 4 4
Tableau 4.01: Modèle de trafic
Nombre total des abonnés 2.000.000
Taux de pénétration EDGE (%) 30
Pourcentage abonnés actifs EDGE (%) 55
Simultaneous attached user EDGE (SAU - %) 90
Taux de pénétration UMTS (%) 55
Pourcentage abonnés UMTS (%) 45
Simultaneous attached user UMTS (SAU - %) 80
Trafic vers GSM (%) 80
Tableau 4.02: Répartition des abonnés
Capacité d'un MSC Server 100.000
Capacité d'un SGSN 500.000
Capacité d'un GGSN 500.000
Tableau 4.03: Entités des réseaux cœur
58
Nombre d'abonnés avant 800.000
Nombre d'abonnés après 2.000.000
Tableau 4.04: Paramètre prévision
Figure 4.07 : Spécification du modèle de trafic
4.3.2.3 Configuration de la répartition des abonnés
Dans l’interface suivante, l’utilisateur doit saisir le nombre d’abonnés GSM, le taux de pénétration
de l’UMTS, le taux de pénétration EDGE, le nombre de zones relatives à la répartition du trafic et
des abonnés et la répartition du trafic total généré par les abonnés EDGE et UMTS du service
conversationnel. En fait, ce dernier paramètre sera utilisé pour le dimensionnement des
M_MGWs.
59
Figure 4.08 : Spécification de la répartition des abonnés
4.3.2.4 Affichage et interprétation des résultats de dimensionnement
Après la fixation de tous les paramètres de dimensionnement, on appelle le module de calcul de
manière transparente tout en effectuant les différentes étapes nécessaires du processus de
dimensionnement.
Une fois tout le calcul est fait, il ne reste qu’afficher les résultats obtenus du processus de
dimensionnement. Ils sont présentés dans la fenêtre de la figure 4.09.
60
Figure 4.09 : Fenêtre d’affichage des résultats du processus du dimensionnement
En cliquant sur le bouton « dimensionner », une nouvelle fenêtre s’affiche et l’utilisateur pourra
spécifier les paramètres des entités du réseau cœur :
Figure 4.10 : Spécification des entités du réseau cœur
61
Si on a fini correctement la fixation de tous les paramètres des entités du réseau cœur, on appelle
le module de calcul de manière transparente le rapport de dimensionnement.
Figure 4.11 : Fenêtre d’affichage des résultats du rapport de dimensionnement
Le calcul nous donne :
- la charge du MSC Server : 1.645e+007
- le nombre SAU : 1.123e+006
- le nombre contextes PDP : 986400
- le nombre MSC Server : 165
- le nombre SGSN : 3
- le nombre GGSN : 2
Si l’operateur veut faire une prévision des entités du réseau cœur, il doit cliquer sur le
bouton « prévision » pour saisir la durée de la prévision, leur nombre d’abonnés avant, leur
nombre d’abonnes actuel et leur tendance.
62
Figure 4.12 : Spécification des paramètres de prévision
Après, l’utilisateur peut cliquer sur le bouton :
- « Calcul » pour voir le résultat du nombre des entités du réseau cœur,
Figure 4.13 : Fenêtre d’affichage des résultats de la prévision
63
- « Tendance » pour afficher les différentes tendances
Figure 4.14 : Courbe de prévision du nombre des abonnes/trafics
Figure 4.15 : Courbe de prévision des charges des trafics
64
Figure 4.16 : Courbe de prévision des charges des MSC Server
Figure 4.17 : Courbe de prévision des charges des SGSNs
65
Figure 4.18 : Courbe de prévision des charges des GGSNs
Ces courbes donnent une illustration graphique du module de prévision des charges des entités
M-MGW, IMS-MGW, MSC Server, MGCF, SGSN et GGSN. Par exemple dans la Figure 4.15, la
courbe en noir représente l’évolution de trafic Total sur une période de 5 ans. Quant à la courbe
rouge, elle représente l’évolution de trafic conversationnel, la courbe bleue représente l’évolution
de trafic interactif, la courbe vert représente l’évolution de trafic streaming au cours de 5 ans.
4.4 Conclusion
Le dimensionnement des réseaux IMS est une tâche délicate et complexe. L’opérateur doit donner
une grande importance à la tâche de dimensionnement de son réseau. Il doit faire les prévisions
exactes pour satisfaire les besoins de ses abonnés en termes de débit et de QoS à long terme.
L’outil présenté dans ce chapitre, a pour rôle d’automatiser la tâche de dimensionnement du cœur
du réseau IMS d’un opérateur, et précisément il permet d’évaluer la capacité des équipements à
déployer.
66
CONCLUSION GENERALE
Dans le cadre du besoin de plus en plus urgent des services multimédia, plusieurs opérateurs dans
le monde ont testé ou commencé à déployer des architectures IMS qui permettent de satisfaire les
besoins de leurs abonnés. C’est dans ce cadre que s’intitule notre projet de fin d’études, dans
lequel, on a proposé le dimensionnement d’un réseau NGN selon le concept IMS.
Nous avons commencé dans le premier chapitre par étudier les concepts NGN et IMS, leurs
principes, leurs architectures de bases et les protocoles mis en œuvre.
Ensuite, nous avons proposé une stratégie de migration du réseau IMS en fonction des
caractéristiques de son marché fixe et de son positionnement dans le mobile tout en exploitant au
maximum son réseau existant. Cette stratégie est basée sur une migration en douceur du réseau
actuel vers NGN, puis vers IMS.
On a adopté dans notre stratégie une solution basée sur des MGWs assurant la convergence des
réseaux fixe et mobile. Elle est basée aussi sur le déploiement des MSANs, permettant tout type
d’accès du réseau fixe, et sur l’introduction de l’UMTS dans les zones à haut trafic et
l’introduction de l’EDGE dans le réseau GSM existant pour bénéficier des services haut débit de
ces deux technologies. Pour la migration de notre réseau vers IMS, on a envisagé l’évolution du
software des softswitchs déployés et l’introduction de nouveaux équipements pour supporter de
nouveaux services multimédia.
Et pour évaluer notre stratégie, nous avons passé au dimensionnement du futur réseau IMS. En
effet, nous avons commencé par la modélisation du réseau d’accès en mode paquet, qui représente
une étape indispensable pour le dimensionnement.
A travers les résultats obtenus, nous avons dégagé les gains de la migration vers IMS en termes de
performance et d’optimisation des coûts. C’est ainsi qu’on insiste sur l’importance du concept
IMS et la nécessité de son déploiement aux seins du cœur de réseau de tout opérateur dans le cadre
d’une convergence fixe/mobile et voix/donnée et pour faciliter le déploiement de nouveaux
service. Plus particulièrement, nous avons simulé le dimensionnement d’un réseau IMS. Nous
avons proposé un outil servant à faire les prévisions exactes pour satisfaire les besoins de ses
abonnés en terme de débit et de QoS à long terme de phénomène de respiration cellulaire par
l’impact du nombre d’abonnés sur le réseau.
67
L’outil a été développé dans un cadre pédagogique pour apprendre et pour comprendre le
dimensionnement d’un réseau IMS et les performances apportées par cette dimensionnement.
Même si, dans l’ensemble, les résultats se sont avérés satisfaisants, nous n’avons considéré que
l’effet statique sur l’équipement et la QoS. Au terme de nos travaux de recherche, nous pouvons
suggérer quelques orientations possibles pour la suite de nos travaux. Une orientation possible
concerne le processus de simulation de l’outil que nous avons développé.
68
ANNEXE 1 COMMUTATION DE PAQUET
A1.1 Définition
La commutation de paquets, aussi appelée commutation d'étiquettes, est une des techniques
utilisée dans le transfert de données dans les réseaux informatiques1. On distingue deux
principales techniques de commutation : de circuits et par paquets.
A1.2 Principe de fonctionnement
Cette technique de commutation est fondée sur le découpage des données afin d'en accélérer le
transfert. Chaque paquet est composé d'un en-tête contenant des informations sur le contenu du
paquet ainsi que sur sa destination, permettant ainsi au commutateur d'aiguiller le paquet sur le
réseau vers son point final2. La décision de commutation repose donc sur un des champs de la
PDU (Protocol Data Unit, terme générique d'origine ISO désignant une trame, une cellule, un
paquet, un datagramme, un segment, etc.), appelé « étiquette », à acheminer : le commutateur qui
reçoit une PDU extrait l'étiquette et va rechercher dans sa table de commutation l'entrée qui
correspond à l'interface sur laquelle il a reçu la PDU et à la valeur de l'étiquette. Ceci permet au
commutateur de trouver le numéro de l'interface sur laquelle il va transmettre la PDU et,
éventuellement, la nouvelle valeur de l'étiquette :
- dans un routeur, l'étiquette en question est l'adresse de destination contenue dans l'en-tête
IP, et elle ne change pas en cours de route. Il en va de même dans un commutateur ethernet
où l'étiquette est l'adresse MAC de destination
- dans un commutateur X.25, ATM, MPLS, il s'agit de mode connecté et l'étiquette
correspond à une connexion, mais sa valeur change à chaque traversée de commutateur.
69
ANNEXE 2 INTERNET PROTOCOL VERSION 6
L’IPv6 (Internet Protocol version 6), aboutit des travaux menés au sein de l'IETF au cours des
années 1990 pour succéder à IPv4, est un protocole réseau sans connexion de la couche 3 du
modèle OSI.
A2.1 Spécification
Les spécifications principales d'IPv6 sont :
- l'augmentation de 667 millions de milliards d'adresses IP disponibles par mm2 de la surface
de la Terre grâce à des adresses de 128 bits;
- des mécanismes de configuration et de renumérotation automatique ;
- IPsec, QoS et le multicast font partie de la spécification d'IPv6, au lieu d'être des ajouts
ultérieurs comme en IPv4 ;
- la simplification des en-têtes de paquets, qui facilite notamment le routage.
A2.2 Adresse IPv6
Une adresse IPv6 est longue de 128 bits, soit 16 octets, contre 32 bits pour IPv4. La notation
décimale pointée employée pour les adresses IPv4 (par exemple 172.31.128.1) est abandonnée au
profit d'une écriture hexadécimale, où les 8 groupes de 2 octets (16 bits par groupe) sont séparés
par un signe deux-points :
2001:0db8:0000:85a3:0000:0000:ac1f:8001
2A01:E35:2421:4BE0:CDBC:C04E:A7AB:ECF3
A2.3 Comparaison avec IPv4
- La taille de l'en-tête est fixe, le champ IHL (IP Header Length) est donc inutile.
- Le champ Time to Live (TTL) est renommé en Hop Limit, reflétant la pratique (la RFC
791 prévoyait en effet que le champ TTL reflétait le temps en secondes).
- Il n'y a pas de somme de contrôle sur l'en-tête. En IPv4, cette somme de contrôle inclut le
champ TTL et oblige les routeurs à le recalculer dans la mesure où le TTL est décrémenté.
Ceci simplifie le traitement des paquets par les routeurs.
70
- Le champ Payload length n'inclut pas la taille de l'en-tête standard (ni des en-têtes
optionnels qui suivent), contrairement au champ Total length d'IPv4.
- Les éventuelles informations relatives à la fragmentation sont repoussées dans un en-tête
qui suit.
- Les en-têtes optionnels IPv6 doivent tous être analysés un par un.
71
ANNEXE 3 QUALITE DE SERVICE « BOUT EN BOUT »
A3.1 Définition
On définit la qualité de service (Quality of service, QoS) comme ensemble des phénomènes
pouvant influencer les performances du service qui détermine le degré de satisfaction de
l'utilisateur de ce service.
A3.2 Paramètres de QoS
La qualité de service sera exprimée dans un langage non technique et le plus
humainement compréhensible pour l'utilisateur. Les paramètres de QoS associés à un flux de
données sont principalement :
- Le débit du flux : désigne la quantité d'informations écoulée par unité de temps exprimé en
bit/s.
- Le taux de perte : désigne la probabilité maximale de perte de données ou de paquets.
- Le délai de transmission : désigne le temps nécessaire pour acheminer un volume
élémentaire de données de la source jusqu'à la destination, exprimé en ms.
- La gigue : qui désigne la variation du délai de transmission, exprimée en ms.
- La disponibilité du réseau : qui se traduit par la probabilité qu'un élément tombe en panne.
- La durée d'interruption de service qui complète la disponibilité.
- La probabilité de refus de transfert qui est lié à la notion d'admission d'appel.
A3.3 Les classes de services
- Voix : Regroupe toutes les applications du type conversationnel (Voix, Visio
Conférence, ...) ayant pour contrainte forte des objectifs sur le délai et la gigue. Ellesont
également sensibles au taux de perte bien qu'il ne soit pas possible de
retransmettre les données et requièrent des débits assez faibles,
- Vidéo : Regroupe toutes les applications multimédia diffusées ou non ayant pour
contrainte forte le taux de perte et le débit et dans une moindre mesure le délai et la gigue,
- Donnée : Regroupe toutes les applications de transfert de données ayant pour seule
contrainte un taux de perte nul et qui s'accommodent d'un délai et d'une gigue
72
quelconque. Un débit garanti caractérise cette classe sans toutefois en faire
une contrainte stricte,
- Défaut : Désigne toutes les applications n'exigeant aucune garantie de QoS. Bien
connu sous l'anglicisme « Best-Effort » c'est le mode de transport du protocole IP.
A3.4 La qualité de service « de bout en bout »
L’expression « de bout en bout » signifie que la qualité de service est théoriquement la même d'un
bout à l'autre d'un réseau, on trouve une multitude de situations, notamment conditionnées par la
pluralité des opérateurs et des matériels présents, ainsi que des capacités réseau et des politiques
de qualité de service en place. Certains nœuds de redistribution peuvent dans ce cas être sources
d'engorgement.
73
ANNEXE 4 EXTRAIT CODES SOURCES
On va présenter ci-dessous quelques codes sources sous Matlab utilisée dans la simulation.
%% ------------------Modèle de Prévision---------------------
function calcule_Callback(hObject, eventdata, handles)
us1 = str2double(get(handles.user1,'string')); us2 = str2double(get(handles.user2,'string'));
if(us1==0 || us2==0 || isnan(us1) || isnan(us2)) msgbox('Véuillez remplir correctement','erreur de saisie','error');
else
if(us1>=us2) msgbox('Impossible!!le nombre d''abonné est decroissant!','erreur de saisie','error');
else
t= [0 : 9 ];
% % Calcul trafic
load parametredata load parametregeneral
load parametre
%% ------------------Nombre d’Abonnés---------------------
n1 = str2double(get(handles.user1,'string'));
n2 = str2double(get(handles.user2,'string')); %nb total abonnés
if param == 1
%disp('Salu')
b = n1;
a = n2 - n1;
nbuser = a.*t + b; elseif param == 2
b = 1 / abs( -1 + sqrt(n2/n1) );
a = n1 / (b^2); nbuser = a * (t + b).^2;
elseif param == 3
a = n1; b = log ( n2 / a );
nbuser = a*exp(t*b);
end
74
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Télécommunications d’Alcatel, 2ème trimestre 2001
76
[32] Asia Pacific Telecommunications (APT), « Contribution on NGN network planning »,
Development Forum, Juillet 2005
[33] X. Lagrange, P. Godlewski, et S. Tabbane, « Réseaux GSM », Science Publication,
Hermes : Paris, 2000
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FICHE DE RENSEIGNEMENT
Nom : RATSIRARSON
Prénoms : Shen Andriantsoa
Adresse de l’auteur : Lot ITE 5 Ter Ambaniala ITAOSY
Antananarivo 102 – Madagascar
Tel : +261 34 61 224 04 / +261 33 78 252 33
E-mail : [email protected]
Titre du mémoire :
DIMENSIONNEMENT D’UN RESEAU NGN SELON LE CONCEPT IMS
Nombre de pages : 78
Nombre de tableaux : 05
Nombre de figures : 42
Mots clés :
NGN, IMS, Réseau cœur, Convergence fixe/mobile, Stratégie de migration, Softswitch,
Dimensionnement, Prévision.
Directeur de mémoire :
Nom : BOTO ANDRIANANDRASANA
Prénoms : Jean Espérant
Grade : Assistant
Tel : +261 34 04 281 43
E-mail : [email protected]
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RESUME
Face à l’évolution des réseaux de télécommunication vers un concept tout IMS, les opérateurs sont
confrontés, aujourd’hui, à une mutation majeure : le cœur de leur réseau doit évoluer pour
acheminer des trafics variés et être compatible avec des offres de services régulièrement
renouvelées dans un contexte IMS. Les travaux menés dans le cadre de ce projet ont cerné l'étude
des concepts NGN et IMS, les stratégies de migrations vers ces concepts et les règles de
planification et de dimensionnement des réseaux IMS. Les résultats de cette étude ont permis le
développement d'un outil informatique d'aide au dimensionnement des réseaux IMS.
ABSTRACT
In front of the evolution of the telecommunication networks towards a concept all IMS, the
operators are confronted, today, with a major transformation: the heart of their network has to
evolve to forward varied traffics and be compatible with ranges of services regularly renewed in a
context IMS. The works led within the framework of this project encircled the study of the
concepts NGN and IMS, the strategies of migrations towards these concepts and the rules of
planning and sizing of networks IMS. The results of this study allowed the development of an IT
tool of assistant the sizing of networks IMS.
![[PPT]NGN Management Specifications - Internet · Web viewAnnex 2 to NGN Management Specification Roadmap NGN Management Specifications Annex 2 to NGNMFG-OD-013-R2, NGN](https://img.dokumen.tips/doc/110x75/5aa1f8287f8b9a1f6d8c9bec/pptngn-management-specifications-internet-viewannex-2-to-ngn-management.jpg)
