Etude et déploiement d’un réseau EV-DO dans un concept IMSgtel.pbworks.com/f/Chapitre+22_CDMA_et_Trafic_Reseau_Tunis_Telec… · du déploiement du réseau EV-DO et la migration

Etude et déploiement d’un réseau EV-DO

dans un concept IMS

Réalisé par : Akkari Ramzi

Encadrant (s): Mr.Rached Hamza et Mr.Jamel Sakka Rapport de Projet de fin d’études, Année universitaire 2006-2007

Cycle de formation des ingénieurs en Télécommunications (Option: Ingénierie des réseaux) Ecole Supérieure des Communications de Tunis (SUP’COM)

Résumé

Les opérateurs ainsi que les fournisseurs de service sont actuellement confrontés à une problématique quant aux orientations technologiques à suivre pour améliorer les performances

de leurs systèmes et garantir le support des applications avancées.

La bonne planification des méthodes d’accès ainsi que le choix de la stratégie d’évolution du réseau transport sont les clés de réussite pour un opérateur ou l’autre.

Les travaux menés dans le cadre de ce projet ont cerné l'étude du réseau d’accès EV-DO les règles de sa planification ainsi que le concept IMS et les règles de son dimensionnement.

Les résultats de cette étude ont permis le développement d'un outil informatique d'aide à la

planification et au dimensionnement du réseau EV-DO dans un concept IMS.

En particulier, nous avons proposé une stratégie pour le déploiement du réseau EV-DO et une architecture d’introduction de l’IMS dans le réseau de Tunisie Télécom. Ensuite nous avons

appliqué notre outil de dimensionnement au futur réseau EV-DO de notre opérateur historique,

et nous avons fini par la proposition d’une liste de recommandations à prendre en compte lors

du déploiement du réseau EV-DO et la migration vers IMS.

Mots clés : EV-DO, accès haut débit, IMS, services à valeur ajouté, convergence voix/data, bilan de liaison, modèle de trafic, planification, dimensionnement, MGW, MGCF, CSCF.

Table des matières Introduction Générale .............................................................................................................

Chapitre I : Evolution du réseau d’accès vers EV-DOet du réseau de transport vers le concept IMS ..............................................................................................................................

I.1 Principes et avantages des systèmes CDMA..................................................................................................I.1.1 La technique d’accès CDMA : L’accès multiple à répartition de codes ....................................................I.1.2 Utilisation des codes ..................................................................................................................................I.1.3 Efficacité spectrale et économique.............................................................................................................I.1.4 Réutilisation de fréquences ........................................................................................................................I.1.5 Soft Handover ............................................................................................................................................

I.2 évolution des systèmes CDMA........................................................................................................................

I.3 CDMA EV-DO révision 0 ...............................................................................................................................I.3.1 Principes fondamentaux de la norme .........................................................................................................I.3.2 Architecture du réseau EV-DO ..................................................................................................................I.3.3 Description de la couche physique EV-DO ...............................................................................................I.3.4 Description de la couche MAC EV-DO...................................................................................................

I.4 La norme 1xEV-DO Rev A ...........................................................................................................................I.4.1 La QoS dans EV-DO Rev A ....................................................................................................................I.4.2 Clés de performance de la révision A ......................................................................................................I.4.3 Architecture d’un réseau EV-DO Rev A..................................................................................................

I.5 NGN Multimédia ou IMS (IPMultimedia Subsystem)..............................................................................I.5.1 Architecture IMS .....................................................................................................................................I.5.2 Structuration en couche de l’architecture IMS .........................................................................................I.5.3 Entités de Réseau IMS .............................................................................................................................

Chapitre II : Règles d’ingénierie pour la planification radio et le dimensionnement du réseau cœur IMS.................................... .................................................................................

II.1 La propagation dans l’environnement radio .............................................................................................II.1.1 Les modes de propagation ......................................................................................................................II.1.2 Les échelles de variation.........................................................................................................................II.1.3 Les modèles de propagation ...................................................................................................................

II.2 Processus de planification radio ................................................................................................................II.2.1 Objectifs de la planification....................................................................................................................

II.2.2 Bilan de liaison .......................................................................................................................................II.2.3 Calcul du rayon de la cellule...................................................................................................................

II.3 Dimensionnement d’un réseau IMS ...........................................................................................................II.3.1 Architecture cible du réseau EV-DO ....................................................................................................

II.3.3 Modèle de trafic du réseau d’accès .........................................................................................................II.3.4 Méthodologie du dimensionnement........................................................................................................II.3.2. Processus de dimensionnement .............................................................................................................

Chapitre III : Développement de l’outil de planification EV-DO et de dimensionnement du réseau cœur IMS ................................. ..............................................................................

III.1 Spécification de l’outil ................................................................................................................................III.1.1 Scénario étudié ......................................................................................................................................III.1.2 Interface Utilisateur ...............................................................................................................................III.1.3 Spécification des besoins.......................................................................................................................III.1.4 Environnement de développement ........................................................................................................III.1.5 Détermination des Cas d’utilisations .....................................................................................................

III.2 Dimensionnement de la partie radio .........................................................................................................III.2.1 Planification d’un réseau EV-DO Rev 0 ...............................................................................................III.2.2 Planification d’un réseau EV-DO Rev A ..............................................................................................

III.3 Dimensionnement du coeur de réseau IMS..............................................................................................III.3.1 Spécification..........................................................................................................................................III.3.2 Utilisation de l’outil...............................................................................................................................III.3.3 Résultats du dimensionnement ..............................................................................................................

Chapitre IV : Etude de cas : Planification du réseau EV-DO et dimensionnement du réseau IMS de Tunisie Télécom ............................................................................................

IV.1 Etude de cas radio : dimensionnement du réseauEV-DO de Tunisie Télécom ....................................IV.1.1 La solution proposée : ...........................................................................................................................IV.1.2 Choix des gouvernorats cibles pour le déploiement ..............................................................................IV.1.3 Choix des types de terrains...................................................................................................................

IV.1.4 Calcul de la couverture assurée par l’ADSL ...........................................................................................IV.1.5 Calcul des surfaces de couverture du réseauEV-DO............................................................................

IV.1.6 Dimensionnement du réseau EV-DO Rev 0.........................................................................................IV.1.7 Dimensionnement du réseau EV-DO Rev A........................................................................................

IV.2 Etude Economique......................................................................................................................................IV.2.1 Cas d’une zone suburbaine....................................................................................................................IV.2.2 Cas d’une zone urbaine .........................................................................................................................

IV.3 Etude de cas : dimensionnement du réseau IMS de Tunisie Télécom....................................................IV.3.1 Réseau transport de Tunisie Télécom et architecture adoptée...............................................................

IV.3.2 Les paramètres généraux de dimensionnement...................................................................................IV.3.3 Répartition des abonnés par zone..........................................................................................................IV.3.4 Spécification des paramètres de la voix classique.................................................................................IV.3.5 Modèle de trafic data.............................................................................................................................IV.3.6 Résultats et interprétations ....................................................................................................................

IV.4 Liste de recommandations .........................................................................................................................

Conclusion Générale ..............................................................................................................

Bibliographie ..........................................................................................................................

Annexe .....................................................................................................................................

Liste des figures

Figure 1.1: Techniques d’accès ..................................................................................................... Figure 1.2 : Facteur de réutilisation de fréquence ........................................................................... Figure 1.3 : évolution des systèmes CDMA du standard cdmaOne àcdma2000. ................................ Figure 1.4 : Architecture d’un réseau EV-DO ................................................................................ Figure 1.5 : Multiplexage TDM .................................................................................................. Figure 1.6 : Structure des canaux ................................................................................................... Figure 1.7 : Structure de la trame ................................................................................................ Figure 1.8 : Procédé de contrôle de débit ..................................................................................... Figure 1.9 : Architecture d’un réseau EV-DO Rev A .................................................................... Figure 1.10 : Evolution des révisions EV-DO .............................................................................. Figure 1.11 : Exemple d’architecture NGN Multimédia ................................................................ Figure 1.12 : Architecture en couche d’un IMS ............................................................................... Figure 1.13 : Interfonctionnement entre RTC et IMS ....................................................................... Figure 2.1 : Processus de planification ......................................................................................... Figure 2.2 : Paramètres de calcul du Pathloss.................................................................................. Figure 2.3 : Architecture cible ..................................................................................................... Figure 2.4 : Etapes de calcul du trafic ............................................................................................ Figure 2.5 : Etapes de calcul du trafic mode circuit .......................................................................... Figure 2.6 : Calcul de la capacité du MGW .................................................................................. Figure 3.1 : Scénario de déploiement et de migration .................................................................... Figure 3.2 : Diagramme de cas d’utilisation .................................................................................... Figure 3.3 (a) (b) : Paramètres généraux et paramètres de la zone ................................................. Figure 3.4 : Paramètres par type d’environnement ........................................................................ Figure 3.5 : Interface principale du simulateur ............................................................................. Figure 3.6 (a) (b) : Résultats de la simulation ............................................................................... Figure 3.7 : Processus de calcul du rayon de couverture ................................................................ Figure 3.8 : Vérification de la capacité ........................................................................................ Figure 3.9 (a) (b) : Paramètres de services et débits offerts ........................................................... Figure 3.10 : Affichage des résultats ........................................................................................... Figure 3.11 : Interface de configuration ....................................................................................... Figure 3.12 : Modèles de trafic .................................................................................................... Figure 3.13 : Paramètres de la zone ............................................................................................. Figure 3.14 (a) (b) : Paramètres des technologies en mode circuit ................................................. Figure 3.15 : Résultats par zone .................................................................................................. Figure 3.16 : Les détails par zone ................................................................................................ Figure 4.1 : Variation du débit de l’ADSL2+ en fonction de la distance .............................................. Figure 4.2 : Rayon de couverture pour chaque débit ..................................................................... Figure 4.3 : Evolution du coût total de l’infrastructure CDMA EV-DO (Hors terminaux) ..................... Figure 4.4 : Evolution du coût total de l’infrastructure CDMA EV-DO (Avec terminaux) ..................... Figure 4.5 : Evolution du coût par ligne de l’infrastructure CDMA EV-DO ........................................ Figure 4.6 : Evolution du coût total de l’infrastructure ADSL............................................................ Figure 4.7 : Evolution du coût par ligne de l’infrastructure ADSL ..................................................... Figure 4.8 : Réseau dorsal actuel de Tunisie Télécom ................................................................... Figure 4.9 : Résultats généraux ...................................................................................................

Liste des tableaux

Tableau 1.1 : Paramètres du lien descendant .......................................................................... Tableau 1.2 : Paramètres du lien montant ............................................................................... Tableau 2.1 : Valeur de K par type d’antenne ........................................................................... Tableau 2.2 : Paramètres des abonnés ..................................................................................... Tableau 3.1 : Paramètres du simulateur .................................................................................. Tableau 3.2: Paramètres du simulateur de la partie cœur du réseau ............................................ Tableau 4.1 : Caractéristiques géographiques et démographiques de la Tunisie .................... Tableau 4.2 (a) (b) : Surface et couverture ADSL pour chaque gouvernorat .............................. Tableau 4.3 : Donnés par gouvernorats du réseau EV-DO ..................................................... Tableau 4.4 : Résultats de la Rev 0 ......................................................................................... Tableau 4.5 : Résultats de la Rev A ........................................................................................ Tableau 4.6 : Paramètres de services adoptés ......................................................................... Tableau 4.7 : Coûts des réseaux EV-DO Rev 0 et A .............................................................. Tableau 4.8 : Résultats du dimensionnement ......................................................................... Tableau A.1 : Données géographiques et démographiques .................................................... Tableau A.2 : Répartition des abonnés par zone ..................................................................... Tableau A.3 : Modèle de trafic des réseaux en mode circuit .................................................. Tableau A.4 : Taux d’activité des services par zone ..............................................................

Introduction Générale Les opérateurs Télécom ont compris très tôt que la convergence des mondes de l’Internet, de

la téléphonie cellulaire et aussi de la téléphonie fixe était au cœur du succès des services de

données à valeur ajoutée. C’est ainsi que l’on a vu émerger, à partir de l’année 2000, un

discours mobilisateur relayé par de nombreuses études pointant les perspectives ouvertes par

l’arrivée de l’Internet mobile. Cette convergence implique une évolution des réseaux d’accès d’une part et la migration des

réseaux transport vers une architecture de nouvelle génération d’autre part. Les opérateurs se

trouvent face à un ensemble de choix pour la technologie du réseau d’accès à adopter ainsi que

la stratégie de migration du réseau dorsale à déployer. Les principales solutions concurrentes pour l’évolution des réseaux d’accès sont les réseaux

mobiles 3G et les réseaux sans fil IEEE. Malgré que, petit à petit, les fonctionnalités de ces deux

réseaux se rejoignent (tout IP pour les réseaux mobiles, qualité de service pour les réseaux

IEEE, continuité des communications entre les réseaux...), il demeure délicat de faire des

prévisions, tant l'avenir de ces divers réseaux dépend d'éléments économiques et marketing. Les

réseaux mobiles ont l'avantage d'arriver déjà complets, d'être déjà en phase de déploiement et

d'être poussés par la puissance marketing des grands opérateurs. Les caractéristiques générales des réseaux CDMA et les avantages propres de la norme EV-

DO font d’elle une des solutions 3G attractive pour l’offre de l’Internet mobile haut débit en

tirant profit des caractéristiques des services de données. Dans sa première version, EV-DO

permet un accès avec un débit allant jusqu’à 2,4576 Mbits/s, elle atteint le débit de 3,072

Mbits/s avec la révision A et 46 Mbits/s avec la révision B assurant ainsi l’offre, à haut débit,

des services de données mobiles à valeur ajoutée. La révision C est en cours de

standardisation et elle permet des débits allant jusqu’à 280 Mbits/s. Pour assurer le support de ces nouveaux services, l’évolution du réseau d’accès doit

s’accompagner du développement du réseau transport vers une architecture IMS qui exploite

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. C’est dans ce contexte que s’inscrit notre projet de fin d’étude ayant pour objectif de proposer

et de simuler une solution d’accès haut débit et une démarche de déploiement du concept IMS

dans le réseau de l’opérateur Tunisie Télécom. Nous présenterons tout d’abord le réseau EV-DO choisie comme réseau d’accès haut débit et

l’architecture IMS, solution de migration du réseau cœur pour l’offre des services à valeur

ajoutée. Ensuite, nous allons proposer une stratégie de déploiement du réseau EV-DO ainsi

qu’une architecture de migration vers le concept IMS. Cette stratégie sera ensuite simulé avec un outil que nous allons développer pour cet objectif,

les résultats et les interprétations dégagées nous servirons pour élaborer une liste de

recommandations pour l’opérateur historique afin d’optimiser le déploiement du réseau EV-DO

et l’introduction de l’architecture IMS.

Le présent rapport est organisé en quatre chapitres. Le premier chapitre trace les principales

caractéristiques du réseau EV-DO, à travers un aperçu sur les systèmes CDMA et une

présentation détaillée des deux révisions 0 et A de la norme. Le concept IMS est aussi introduit

au niveau de ce chapitre à travers la description de son architecture et de ses entités

fonctionnelles. Le deuxième chapitre, sera dédié à la présentation des processus de planification

radio et de dimensionnement du réseau cœur IMS. Il s’agit en effet de décrire la démarche à

suivre et les règles à appliquer pour réaliser ces taches. Le troisième chapitre comportera une

description détaillée de l’outil que nous avons développé dans le but d’automatiser les processus

de planification et de dimensionnement en décrivant la structure de son interface, son approche

conceptuelle, et la méthodologie de son utilisation. Finalement, le quatrième chapitre présentera

les détails de l’étude de cas que nous allons réaliser pour valider notre outil. Dans une première

partie nous décrirons la stratégie adoptée pour le déploiement du réseau EV-DO et

l’introduction de l’IMS dans le réseau de Tunisie Télécom. La deuxième partie présentera les

résultats obtenus, les interprétations déduites et une liste de recommandations à suivre par

l’opérateur lors du déploiement de l’EV-DO et la migration vers l’IMS.

Chapitre I :

Evolution du réseau d’accès vers EV--DO et du réseau de

transport vers le concept IMS

Introduction Les systèmes CDMA ont connu une forte croissance au cours de ces dernières années. Le

nombre d’abonnés CDMA dans le monde a augmenté de 130% par an et s’élève à plus de 200

millions fin 2005 [1]. Le système CDMA2000 1x est en cours de déploiement dans de

nombreux pays afin d’y apporter la transmission de données à haut débit et d’améliorer

simultanément l’efficacité et la rentabilité du réseau. Les systèmes CDMA de troisième

génération 3G s’appuie sur un ensemble de normes définies par l’Union Internationale des

Télécommunications (UIT) sous la dénomination générique de CDMA2000. Le principal

avantage des technologies CDMA 3G réside dans leur capacité d’apporter aux opérateurs les

moyens de fournir des services multimédias grâce à des améliorations significatives de capacité

tant à l’échelle de l’abonné que de la cellule. Pour assurer ces services, une évolution du réseau de transport doit se faire parallèlement vers

le concept IMS. Ce concept est conçu pour répondre aux exigences de ces services en offrant

aux utilisateurs la possibilité d’établir des sessions multimédia et en utilisant tout accès haut

débit et une commutation de paquets IP. Dans ce premier chapitre, nous allons commencer par présenter les caractéristiques des

systèmes CDMA ainsi qu’un aperçu sur leur évolution. Nous allons passer ensuite à la

présentation de la technologie EV-DO comme une solution 3G d’accès haut débit et d’offre de

services multimédia. Nous finirons par introduire le concept IMS en décrivant son architecture

et ses entités fonctionnelles.

I.1 Principes et avantages des systèmes CDMA

I.1.1 La technique d’accès CDMA : L’accès multiple à répartition de codes Le CDMA est une méthode d’accès multiple à un médium de communication par répartition

de code : Plusieurs usagers ont alors accès à un canal commun et peuvent l’utiliser

simultanément jusqu'à une certaine limite d’usagers actifs définie par la tolérance et la

capacité du système.

Figure 1.1: Techniques d’accès C’est une technologie d’étalement du spectre qui est utilisée depuis longtemps par les militaires

pour sa résistance à l’interférence et pour le niveau de sécurité qu’elle offre. C’est une

technique qui consiste à redistribuer et étaler le signal sur une grande largeur de bande, jusqu'à

le rendre idéalement « invisible », pour les autres utilisateurs de la même largeur de bande. Au

récepteur, l’opération d’étalement exécutée au transmetteur est répétée pour récupérer le signal

en bande de base (ou une fréquence intermédiaire) tandis que les autres signaux transmis

(interférence) sont perçus par le récepteur comme étant du bruit. Les systèmes CDMA emploient des signaux Large Bande possédant de bonnes propriétés de

corrélation, ce qui signifie que la sortie d’un filtre adapté au signal d’un utilisateur est petite si

ce n’est pas le bon utilisateur.

I.1.2 Utilisation des codes Au sein de la technologie CDMA, chaque terminal mobile détient un code unique. Ce code

permet l’identification des usagers lors de la transmission. Ainsi, le code au sein de la

technique CDMA est équivalent à la fréquence au niveau de la technique FDMA (Frequency

Division Multiple Access), et au temps au niveau de la technique TDMA (Time Division

Multiple Access) [2]. Les systèmes CDMA utilisent trois types de codes : Codes PN courts : Le code PN court est un code de 16 bits utilisé pour identifier les stations de base. Codes PN longs : Le long code est une séquence utilisée pour ses propriétés pseudo-orthogonales permettant de différentier entre les mobiles sur le lien montant. Codes Walsh : Dans chaque cellule, le terminal mobile détient un code unique. Ces codes garantissent la propriété d’orthogonalité des vecteurs de donnés transmis. Ils servent à identifier les usagers. La famille cdmaOne, utilisent 64 codes orthogonaux. Ces codes sont à la base de la diffusion spectrale sur le lien montant. Ainsi le lien montant est subdivisé en canaux dont le nombre est égal au nombre de codes Walsh. Les avantages de cette technique sont multiples : Communication sécurisée grâce au code PN ; Elimination des effets dus aux trajets multiples ; Accès multiple : plusieurs utilisateurs exploitent les mêmes canaux de communication.

I.1.3 Efficacité spectrale et économique Le CDMA est reconnu comme étant le système économique idéal pour les installations en

extérieur, et dans les zones rurales faiblement peuplées (télédensité inférieure à 10%) grâce à la

grande portée géographique de la fréquence basse de 450 MHz qu’il utilise, car la portée

augmente quand la fréquence diminue. Cette capacité se traduit par des économies d’échelle

avec moins d’installations (moins d’investissements CAPEX) par rapport aux solutions à

fréquences plus élevées. Cette efficacité économique présente donc de réelles opportunités aux

opérateurs souhaitant couvrir des régions faiblement peuplées [1].

I.1.4 Réutilisation de fréquences Les cellules CDMA peuvent réutiliser les mêmes porteuses allouées à un site cellulaire. Ainsi

le plan d'organisation de fréquence est évité.

Figure 1.2 : Facteur de réutilisation de fréquence C'est un avantage énorme comparé avec les réseaux TDMA et FDMA où le plan de fréquence

représente un temps perdu et un investissement supplémentaire. I.1.5 Soft Handover En général, pendant la procédure de handover, le mobile doit interrompre la communication

avec une station de base avant d'en établir une autre avec une station différente. C'est le cas

dans la plupart des systèmes fondés sur le FDMA et le TDMA. Au contraire, dans un système

CDMA ou les cellules voisines utilisent la même fréquence porteuse, le mobile peut conserver

une liaison radio avec plusieurs stations de base simultanément. Comme il n'y a pas de rupture

physique de la communication, ce type de handover est appelé soft handover.

I.2 évolution des systèmes CDMA Les standards cdmaOne et cdma2000 constituent des normes de communication proposées par

la 3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2) [3]. Le cdmaOne décrit un système sans fil

complet, basé sur la norme de TIA/EIA IS-95 CDMA, comprenant les révisions A et B. Le

cdma2000, quant à lui, constitue l’évolution du cdmaOne et englobe, comme le montre la

figure 3.6, les technologies suivantes [3] : 1x 1xEV-DO (Rev0, RevA, RevB, RevC) 1xEV-DV

Figure 1.3 : évolution des systèmes CDMA du standard cdmaOne à cdma2000.

Nous allons présenter un aperçu sur le standard CDMA2000-1x (IS-2000) qui nous servira

d’introduction pour la norme EV-DO avec laquelle elle a plusieurs points communs. Cette

technologie peut être déployée dans tout le spectre cellulaire et de PCS : 450 Mhz, 800 Mhz,

1700 Mhz, 1900 Mhz et 2100 Mhz. Elle peut également être mise en application dans d’autres

fréquences telles que 900 Mhz, 1800 Mhz et 2100 Mhz. Son efficacité spectrale permet de

supporter efficacement des trafics élevés et diversifiés en fonction des services sollicités, sur

n’importe quel canal de 1,25 Mhz de spectre [4]. Les réseaux 1x, jusqu’à la phase de

spécification 1, offrent un débit maximal de 153, 6kbps. L’amélioration de la capacité du lien

descendant est attribuée à des taux de codage faibles de l’ordre de (1/4), et à une diversité de

transmission [4]. Les principales caractéristiques de cette norme sont : L’utilisation de codes Walsh à longueur variable pour supporter différents débits

demandés pour la transmission de données, Le support de multiple codes channels pour un seul usager,

Le support du canal pilot sur le sens montant : permet aux BTS d’effectuer rapidement

les corrections de timing, Les codes Walsh sont utilisés pour distinguer les canaux d’un même usager.

I.3 CDMA EV--DO révision 0 Le 3GPP2 a proposé un nouveau standard 1xEV-DO (évolution 1x pour des données

optimisées) basé sur la norme IS-856 en mars de l’année 2000 en tant que option qui soutient

des services de données à haut débit. 1xEV-DO est un système hybride CDMA/TDM ayant

deux avantages en supportant des services de données à haut débit [5]. D'abord, 1xEV-DO peut

soutenir un débit jusqu'à de 2.4576 Mbps en utilisant une largeur de bande de seulement 1.25

MHz. En second lieu, 1xEV-DO tire profit des caractéristiques des services données, qui sont :

Les débits sont la plupart du temps asymétriques: Les débits sur le lien descendant sont habituellement plus hauts que ceux sur le lien montant.

La latence peut être tolérée : Les services de données, à la différence des services de voix, peuvent résister à un retard de quelques secondes.

Les transmissions sont par burst : Une transmission de données est souvent suivie d'une période d'inactivité.

I.3.1 Principes fondamentaux de la norme 1xEV-DO conçoit son interface radio pour tirer profit de ces caractéristiques des services de

données. D'abord, parce que les débits sont asymétriques, 1xEV-DO dispose de débits plus

élevés sur le lien descendant. Il peut faire ainsi parce que la station de base possède des

ressources de transmission importantes et peut utiliser ainsi des schémas de modulation d'ordre

supérieur.

En second lieu, parce que la latence peut être tolérée, 1xEV-DO peut retransmettre un paquet

s'il est reçu erroné. En outre, des codes correcteurs d'erreurs puissants (turbo codes) peuvent être appliqués sans

s'inquiéter du temps additionnel. Troisièmement, parce que les transmissions sont en bursts par nature, 1xEV-DO multiplexe

différents utilisateurs dans le temps pour tirer profit des périodes inactives des transmissions.

Dans un système sans fil à étalement classique, La station de base contrôle la puissance pour

maintenir un débit constant et une certaine qualité de service. Les débits et la qualité de

services constants sont particulièrement importants pour soutenir des applications avec

commutation de circuit telles que la voix. Cependant, garantir le débit et la qualité du service indépendamment de la distance du mobile de

la station de base a un coût. L'augmentation de la puissance de transmission à un mobile signifie

des ressources de puissance de moins pour les autres dans la même cellule. D'ailleurs, il n'est

pas nécessaire de garantir un débit et une qualité spécifiques de service si la transmission de

données est par bursts et peut tolérer la latence. Par conséquent, et étant donné que la

transmission de données est plus importante sur le lien descendant, 1xEV-DO focalise ses

ressources de puissance à la livraison du débit le plus élevé possible (sur le lien descendant) aux

mobiles qui sont les plus proches de la station de base. Une station de la base 1xEV-DO

transmet à une puissance fixe à tout moment ; comme le mobile s’éloigne de la station de base,

il voit diminuer le débit qui lui est fourni. En d'autres termes, la station de base commande le

taux de transmission de données étant donnée une constante puissance de transmission. I.3.2 Architecture du réseau EV--DO La norme 1xEV-DO a une couche physique différente de celle de l'IS-2000. Par conséquence,

un matériel supplémentaire est exigé pour introduire 1xEV-DO sur un système existant IS-2000

[6]. Mais comme nous verrons, 1xEV-DO utilise des éléments du réseau existants. La figure 1.4

montre une architecture typique d'un réseau utilisant 1xEV-DO. Les parties encadrées dénotent

le matériel supplémentaire qui supporte 1xEV-DO. Dans le contexte de la figure 1.4, le réseau d'accès comprend la BTS et le BSC. Dans ce cas, le

BTS et le BSC encadrés sont des équipements 1xEV-DO qui supportent le standard IS-856. Le réseau EV-DO est constitué des entités suivantes : BSC (Base Station Controller)

Le BSC a deux fonctions : le contrôle des paquets (PCF) et le contrôle des ressources radio

(RRC). Le PCF établit et maintient les connexions avec le PDSN (Packet Data Serving Node).

Il communique avec le RCC pour disposer des ressources radio nécessaires au transfert des

paquets sur les liaisons radio.

PDSN Le PDSN occupe une position centrale. Une de ses fonctions principales est le routage des

paquets vers le réseau de cœur IP ou directement vers le HA (Home Agent). Il regroupe les

informations relatives à l'abonné pour l'authentification, les paramètres de la session et les

indices de tarification. Il transfert ces informations vers le serveur AAA. AAA (Authentification, Authorization, and Accounting)

AAA exécute les requêtes d’authentification envoyée par le PDSN et renvoie en retour une

autorisation ainsi que le profil de l'usager mobile. Un serveur home AAA contient uniquement

les données des usagers enregistrés dans ce réseau. Quand un usager se déplace dans un autre

réseau d'accès radio, le AAA du réseau visité prend le relais.

Figure 1.4 : Architecture d’un réseau EV-DO

I.3.3 Description de la couche physique EV--DO La norme IS-856 est optimisée pour des services de données haut débit. En raison des

caractéristiques typiquement asymétriques du trafic de données, le lien descendant est le plus

critique des deux liens [7]. Ainsi, plusieurs techniques ont été adoptées dans IS-856 afin

d'optimiser le débit du lien descendant.

I.3.3.1 Multiplexage TDM Le lien descendant de l’IS-856 utilise le multiplexage à répartition dans le temps (TDM), qui

élimine la mise en commun de puissance entre les utilisateurs actifs en assignant la pleine

puissance de secteur et tous les canaux de code à un seul utilisateur à un instant donné [8].

Figure 1.5 : Multiplexage TDM C'est contrairement au multiplexage à répartition de codes utilisé sur le lien descendant de l’IS-

95, où il y a toujours une marge inutilisée de puissance dépendante du nombre d'utilisateurs

actifs et de la puissance assignée à chaque utilisateur. Cette marge est employée pour faire face

aux grandes variations de la puissance exigée par les utilisateurs.

I.3.3.2 Structure des canaux

Figure 1.6 : Structure des canaux La figure 1.6 présente les différents canaux physiques des deux liens de la norme EV-DO. Ces

différents canaux seront détaillés dans les paragraphes suivants.

I.3.3.3 Le lien descendant Il est à noter que chaque canal (des canaux pilote, synchronisation, recherche et trafic) dans IS-

95 est transmis le temps entier avec une certaine fraction de toute la puissance de secteur, alors

que le canal équivalent dans IS-856 est transmis, à pleine puissance, seulement pendant une

certaine fraction de temps [9]. Le lien IS-856 avant comprend les canaux suivants multiplexés dans le temps : le canal pilote,

le Medium Access Control (MAC) Channel, le Forward Traffic Channel et le Control Channel.

Le canal MAC se compose de trois sous canaux : le Reverse Activity (RA), le canal DRCLock

et le Reverse Power Control (RPC) Channel. Une porteuse du lien avant IS-856 est assigné

1.25MHz de largeur de bande et est étalée en séquence directe à un taux de 1.2288Mcps. La

transmission sur le lien avant se compose de time slots de la longueur 2048 (1.66ms). Des

groupes de 16 time slots, désignés sous le nom de trame, sont alignés en temps dans le système

de CDMA.

Figure 1.7 : Structure de la trame Dans chaque slot, le canal pilote, MAC, trafic ou contrôle sont multiplexés temporellement

comme représenté sur la figure 1.7 et sont transmis à un même niveau de puissance. Un slot

pendant lequel aucun trafic ou données de contrôle n'est transmis est désigné sous le nom d'un

slot idle. Pendant un slot idle, le secteur transmet le pilote et les canaux MAC seulement,

réduisant de ce fait l'interférence avec les autres secteurs. a) Le canal pilote Le canal pilote transmet le signal non modulé avec la pleine puissance du secteur pendant les 96

chips au centre de chaque demi slot (voir le schéma 1.7). Le signal non modulé est multiplexé

avec le code Walsh. Le canal pilote de chaque secteur est distingué par le PN décalé de 64 chips.

En ce qui concerne le canal pilote, la seule différence entre IS-95 et IS-856 est que l'ancien

transmet un signal pilote continu tandis que le dernier transmet un signal pilote périodiques. Le

terminal d'accès utilise le canal pilote pour l'acquisition initiale, la correction de phase, et la

synchronisation. Une fonction additionnelle du canal pilote IS-856 est de fournir une estimation

du canal afin d’assurer l'adaptation de débit.

b) Le canal Mac Le canal MAC est transmis dans les 256 chips entourant les deux bursts pilotes de chaque time

slot comme représenté sur le schéma 1.7. Il se compose des canaux suivants : le canal RA et le canal DRCLock.

Le canal RA Le canal RA est utilisé pour contrôler le niveau total d'interférence reçu dans un secteur donné.

Le canal RA transmet le train binaire de la Reverse Activity (RAB). Le bit de RA est transmis

sur un certain nombre de slots successifs.

Le canal DRCLock Le canal DRCLock pour un terminal d'accès avec une connexion ouverte est assigné à un canal

disponible de Walsh avec un index entre 5 et 63. Le MACIndex utilisé pour le canal DRCLock

est identique à celui utilisé pour le canal de RPC pour un terminal donné. Il est utilisé pour

indiquer si le secteur peut sûrement décoder le DRC envoyé par le terminal. Les canaux DRCLock et RPC sont contrôlés en puissance pour réaliser les niveaux exigés de

performance. Ainsi, la puissance de transmission assignée à chaque canal de Walsh peut changer,

mais la puissance totale assignée au canal MAC doit être égale à celle du canal pilote. Un

terminal en service démodule le RA, le DRCLock et les canaux RPC de tous les secteurs dans

l'ensemble actif. Les décisions de RPC de différentes cellules sont combinées tels que si une

commande de baisse est reçue de l'une des cellules, le terminal réduira la puissance de

transmission et seulement si toutes les décisions de RPC sont pour la hausse, la puissance de

transmission sera augmentée. c) Le canal trafic Le canal trafic descendant est un milieu partagé qui porte des paquets de couche physique de

l'utilisateur. Comme il transmet à un seul utilisateur à un moment, une séquence d’apprentissage

est transmise pour indiquer la présence et le point de départ du paquet, et indiquant également le

terminal récepteur désigné. La séquence d’apprentissage se compose seulement des symboles 0

et est multiplexé en temps dans le canal du trafic descendant. Chaque paquet de couche physique est codé avec un turbo code, modulé en utilisant QPSK/8-

PSK/16-QAM, démultiplexé en 16 jets (streams), codé avec le code Walsh, puis additionné pour

former un jet en phase et un jet de quadrature, et finalement multiplexé en temps avec la

séquence d’apprentissage et les canaux Pilot/MAC.

Codage et modulation

EV-DO fournit un codage adaptatif à rendement élevé tout en maintenant une structure simple

du codeur. L'efficacité spectrale exigée est obtenu aussi en appliquant une modulation adaptée

aux types de paquets et aux variations imprévisibles de l’état du canal. Le tableau 1.1 illustre les différentes modulations et taux de codage possibles ainsi que les débits

obtenus avec chaque configuration.

Tableau 1.1 : Paramètres du lien descendant d) Le canal de contrôle descendant Le canal de contrôle transmet des messages de diffusion générale et des messages d’accès dédiés.

Ces messages sont transmis à un débit de 76.8 kbps ou de 38.4 kbps. Les caractéristiques de

modulation du paquet de couche physique du canal de contrôle sont identiques que ceux du canal

de trafic aux débits correspondants. Un terminal d'accès essaye de détecter la séquence

d’apprentissage d'un paquet de contrôle à 76.8 et 38.4 kbps. Ainsi, le terminal peut recevoir des

paquets de canal de contrôle transmis à l'un ou l'autre taux.

I.3.3.4 Le lien montant La structure du canal montant IS-856, comme décrit sur le schéma 1.6, comprend le canal d'accès

et le canal montant de trafic. Le canal d'accès, qui se compose plus loin des canaux pilote et

données, est employée par un terminal d'accès dans l'état non dédié pour envoyer des messages

de signalisation au réseau d'accès. Dans l'état dédié, le terminal d'accès transmet sur le canal

montant de trafic, qui contient un canal pilote, un canal indicateur de taux (RRI), un canal de

contrôle de débit (DRC), un canal de la reconnaissance (ACK), et un canal de données. Le canal

RRI est utilisé pour indiquer si le canal de données est transmis sur le canal montant de trafic et

son débit associé. Ainsi, des algorithmes complexes de détermination de débit peuvent être évités

dans le système IS-856. Le canal DRC est utilisé pour indiquer au réseau d'accès le débit

maximal supportable sur le canal trafic du lien descendant ainsi que le meilleur secteur de service

pour le lien descendant. Le canal ACK est utilisé pour informer le réseau d'accès si un paquet de

données transmis sur le canal avant du trafic a été reçu avec succès.

Les modulations et les taux de codage employés pour la liaison montante sont résumés dans le

tableau 1.2.

Tableau 1.2 : Paramètres du lien montant

I.3.4 Description de la couche MAC EV--DO

I.3.4.1 Adaptation de débit Le changement de la qualité du canal sans fil est dû au pathloss et au fading. Quand l'émetteur

est équipé d'information d'état du canal, il peut par exemple adapter son débit et sa puissance

d’émission. Pour le système IS-856 un débit binaire minimum garanti peut ne pas être exigé.

Dans ce cas l'adaptation de débit à l'état du canal est un meilleur arrangement d'adaptation de

lien dans la mesure où il réalise un débit plus élevé (débit moyen) sous la contrainte de la

puissance moyenne constante de l’émetteur. Les transmissions sur le canal de trafic descendant se produisent à la pleine puissance du secteur,

ainsi, il n'y a aucun besoin de contrôle de puissance. Afin d'adapter la longueur de préambule et

le schéma de codage/modulation au canal variable, le contrôle de débit en boucle fermée est

utilisé tels que le terminal d'accès peut demander le débit le plus élevé qu’il peut recevoir. En conséquence, le terminal mesure sans interruption le pilote SNR (Signal to Noise Ratio) du

secteur de service et prévoit la condition de canal pour le prochain paquet se basant sur la

corrélation du canal. La boucle intérieure choisit le débit le plus élevé (RDC), dont Le seuil de

SNR est inférieur au SNR prévu. Toutes les fois que le réseau décide de servir le terminal, il

transmet au taux indiqué par le DRC le plus récemment reçu du terminal. La boucle externe

ajuste les seuils de SNR des débits en se basant sur le PER (Packet Error Rate) des paquets de la

couche physique du canal trafic descendant. Si le PER est plus haut que la valeur à atteindre, la

boucle externe augmente les seuils de SNR des débits.

Figure 1.8 : Procédé de contrôle de débit

D'autre part, si le PER est inférieur à la valeur à atteindre, la boucle externe diminue les seuils

de SINR. Le procédé est illustré sur le schéma 1.8. Le débit supportable est défini de sorte que

l'efficacité de système global soit optimisée. C'est à dire, maximisation du débit du lien

descendant. I.3.4.2 Le Soft Handover virtuel Dans le système de téléphonie cellulaire CDMA conventionnel, le trafic descendant est

transporté par tous les secteurs dans l'ensemble actif du mobile pour améliorer la fiabilité

particulièrement pendant les handovers. C'est dû aux contraintes des services de voix en terme

de délai. Puisque que les services de données peuvent tolérer de plus grands délais, la fiabilité

peut être réalisée plus efficacement par des retransmissions. Ainsi, dans les systèmes IS-856, le

trafic descendant est assuré par un seul secteur choisi par le terminal à partir de son ensemble

actif. Etant donné que le terminal reçoit le trafic d’un seul secteur à la fois, il n'y a aucune perte

de débit due au soft handover dans les systèmes IS-856. D'autre part, le terminal peut

rapidement ré-sélectionner son secteur de service pour s'adapter à de nouveaux conditions de

canal. Dans le meilleur des cas, le secteur de service choisi parmi l'ensemble actif devrait être

celui qui maximise le débit de lien descendant comme perçu par le terminal. Ainsi, un secteur

avec la puissance pilote la plus forte est généralement préféré.

I.3.4.3 Hybride ARQ IS-856 définit le mécanisme H-ARQ (Hybrid AutomaticRepeat reQuest) qui peut terminer la

retransmission d'un paquet dès qu'il pourra être correctement décodé. Pour accomplir ceci, un

terminal essaye de décoder le paquet erroné toutes les fois qu'il reçoit une nouvelle partie du

paquet retransmis (un nouveau slot), et informe le réseau pour arrêter la retransmission quand le

paquet est correctement décodé. Quand le réseau reçoit un acquittement, il ne transmettra pas la

partie restante du paquet.

I.3.4.4 Planificateur Puisque les différents utilisateurs éprouvent des conditions d'affaiblissement indépendantes, il est

peu probable que le SNR de tous les utilisateurs s’affaiblisse en même temps. Très

probablement, quand quelques utilisateurs éprouvent un profond fading, d'autres atteignent des

crêtes de la puissance du signal reçu. Etant donné que le trafic IP peut tolérer des délais

variables, un planificateur essayera de servir un utilisateur actif près de sa crête SNR tout en

maintenant un certain degré d'équité. La norme IS-856 ne spécifie pas le planificateur de

données, les fabricants donc peuvent inclure leurs propres algorithmes.

I.4 La norme 1xEV-DO Rev A A l'origine, on a généralement cru que les futurs réseaux sans fil seraient fortement asymétriques

avec des contraintes beaucoup plus grandes de capacité sur le lien descendant. Cependant, le

trafic ne s’est pas avéré aussi asymétrique, et des services tels que VoIP, jeu mobile, musique

mobile, aussi bien que le vidéo streaming, défient cette prétention. De cette manière 1xEV-DO

Rev 0 est incapable de supporter des services à valeurs ajoutées ce qui rend l’évolution vers la

révision A plus que nécessaire. En plus des débits montants plus élevés, la révision A permettra à des opérateurs de servir de

divers utilisateurs et applications avec différents niveaux de priorité, permettant ainsi d’offrir

des services multiples et de diverses options d'évaluation pour différents services et applications

[10].

I.4.1 La QoS dans EV--DO Rev A La transmission des données de voix sur une infrastructure d'EV-DO exige l'implémentation des

techniques de qualité de service. Pour réaliser le control de la QoS sur 1xEV-DO, une nouvelle

formule d'évaluation a été adoptée, et une technique pour donner la priorité aux paquets qui

exigent la QoS a été introduite. C’est un des mécanismes clés exigés par les services multimédia

à valeur ajoutée et garantis par EV-DO Rev A. La QoS est nécessaire à plusieurs niveaux pour

permettre ces services, c’est à dire, QoS dans la liaison aérienne entre le terminal mobile et le

réseau d’accès, QoS entre le réseau d’accès et le nœud de commutation de paquets (PDSN), QoS

entre le RN et le RNC, et QoS dans le réseau cœur.

I.4.2 Clés de performance de la révision A La majorité des améliorations de la révision A cible le support efficace des services multimédia

(essentiellement la VoIP aussi bien que le service push to talk), où la taille de paquet est en

général petite et la latence réduite est primordiale [11]. Pour arriver à supporter des applications telles que la VoIP, la révision A apporte des

améliorations pour le système EV-DO en terme de capacité et de qualité de service. Les clés principales de l’amélioration de capacités ont :

Sur le lien descendant : Le choix rapide de secteur de service, qui permet au mobile de passer rapidement d'une BTS à

une autre, un nouveau canal appelé le Data Source Control (DSC) est ajouté pour fournir une

détection précoce du signal avant que le Handover se produise. Ceci permet au réseau d'accès

de réduire le temps requis pour réorienter le trafic à la nouvelle cellule de service.

Sur le lien montant : La révision A offre une amélioration significative dans le débit maximal sur le lien montant. En

effet la révision A augmente le débit maximal du lien montant de 153kbps à 1.8Mbps, et le

throughput du secteur de 350kbps à 600kbps. L'amélioration des performances du lien montant

est réalisée par l'utilisation des schémas plus élevés de modulation, de l'hybride ARQ, de plus

petites tailles de paquet ainsi que du Soft Handover. Le HARQ et la modulation adaptative du

lien montant étaient appliqués essentiellement sur le lien descendant de la révision 0 de 1xEV-

DO. L’application de ces techniques dans le lien montant permet d’augmenter les débits

maximaux. La révision A introduit les modulations QPSK et 8-PSK sur le lien montant qui

utilisait seulement la BPSK. Les deux schémas de modulation nouvellement introduits sont déjà

utilisés sur le lien descendant. La révision A peut amplifier la puissance de transmission pour des

paquets sensible au délai, réduisant de ce fait la latence en facilitant un arrêt anticipé de la

retransmission géré par le HARQ. Les clés principales permettant le support de la QoS avec la diminution des temps de latence

sont : La diversité de taille de paquet sur le lien descendant en introduisant quatre nouvelles

tailles de paquet (128, 256, 512, et 5129 bits), réduisant le recours au padding et permettant de diminuer le délai.

Amélioration de la QoS dans le protocole de lien radio (RLP), qui permet plusieurs

sessions intra-utilisateur, chacune soutenant un profil différent de QoS, aussi bien que des améliorations pour des applications en temps réel.

Support des trames de tailles courtes sur le lien montant permettant à des paquets de

couche physique d'être transmis avec des incréments de 6.67ms, au lieu de 26.67ms (la

durée de la trame au sein de la révision 0), pour améliorer la capacité des applications nécessitant des paquets de courte taille, telles que la VoIP.

I.4.3 Architecture d’un réseau EV--DO Rev A Dans la Rev A de la norme EV-DO, la QoS est étroitement intégrée dans la liaison aérienne pour

soutenir des applications multimédia telles que la streaming vidéo et la VoIP. Le schéma 1.9 montre une configuration typique d'un réseau basé sur EV-DO supportant la

VoIP. Les planificateurs de paquet dans le lien descendant fonctionnent dans le RNs plutôt que

dans le RNCs pour réduire au minimum le délai de planification. Des passerelles de médias (MGWs) jouent le rôle de pont entre le réseau cellulaire et le réseau

cœur de transport adoptant une architecture IMS.

Figure 1.9 : Architecture d’un réseau EV-DO Rev A D’autres révisions de la norme EV-DO sont en début de commercialisation ou en cours de

standardisation et permettent d’améliorer la couverture ainsi que les débits offerts atteignant 46

Mbits/s avec la révision B et 280 Mbits/s avec la révision C. Le schéma 1.10 illustre cette

évolution.

Figure 1.10 : Evolution des révisions EV-DO Plusieurs techniques ont permis à 1xEV-DO Rev A de répondre aux besoins des applications

temps réel et d’offrir des services à valeurs ajoutées, et permettant ainsi aux opérateurs de migrer

à des réseaux de la troisième génération fournissant un éventail de services multimédia à valeur

ajoutée. Pour garantir les services multimédia de plus en plus contraignants, cette évolution au niveau

accès doit être accompagnée par la migration du réseau cœur vers une architecture évoluée de

nouvelle génération : le NGN Multimédia.

I.5 NGN Multimédia ou IMS (IP Multimedia Subsystem) L'IMS normalisé par le monde des télécommunications est une nouvelle architecture basée sur

de nouveaux concepts, de nouvelles technologies et de nouveaux partenaires. L’IMS supporte

sur un réseau tout IP les sessions applicatives temps réels (voix, vidéo, conférence,…) et non

temps réel (Push To Talk, Présence, messagerie instantanée,…). L’IMS intègre de plus le concept de convergence de services supportés indifféremment par des

réseaux de natures différentes : fixe, mobile ou Internet. L’IMS est également désigné sous le

vocable de NGN Multimédia. [12]

I.5.1 Architecture IMS 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, le mariage 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. L’IMS fournit un réseau IP multi-service, multi-accès, sécurisé et fiable : Multi-services : tout type de services délivrés par un réseau cœur supportant différents

niveaux de QoS pourra être offert 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 inter-opèrent grâce à des

accords de roaming IMS fixe-fixe, fixe-mobile, mobile-mobiles. L’IMS est un « enabler » pour les fournisseurs de service afin d’offrir : Des services de communication non temps-réel, pseudo temps-réel et temps réel suivant

une configuration client-serveur ou entre entités paires. La mobilité des services / Mobilité de l’usager (Nomadisme). Plusieurs sessions et services simultanément sur la même connexion réseau.

I.5.2 Structuration en couche de l’architecture IMS 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, 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. 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). L’architecture globale IMS est décrite à la figure 1.11.

Figure 1.11 : Exemple d’architecture NGN Multimédia I.5.3 Entités de Réseau IMS I.5.3.1 Terminal IMS Il s’agit d’une application sur un équipement de l’usager qui émet et reçoit des requêtes SIP. Il

se matérialise par un logiciel installé sur un PC, sur un téléphone IP ou sur une station mobile

(UE, User Equipment).

I.5.3.2 Home Subscriber Server (HSS) L’entité HSS (Home Subscriber Server) est la principale base de stockage des données des

usagers et des services auxquels ils ont souscrit. Les principales données stockées sont les

identités de l’usager, les informations d’enregistrement, les paramètres d’accès et les

informations permettant l’invocation des services de l’usager. L’entité HSS interagit avec les

entités du réseau à travers le protocole Diameter.

I.5.3.3 Call State Control Function (CSCF) Le contrôle d'appel initié par un terminal IMS doit être pris en charge dans le réseau nominal

(réseau auquel l’usager a souscrit à ses services IMS) car l'usager correspondant peut souscrire à

un grand nombre de services et certains d'entre eux peuvent ne pas être disponibles ou peuvent

fonctionner différemment dans un réseau visité, notamment suite à des problèmes d’interaction

de service. Cela a induit la définition de trois entités CSCF : P-CSCF (Proxy CSCF), I-CSCF

(Interrogating CSCF) et S-CSCF (Serving-CSCF). Le Proxy-CSCF (P-CSCF) est le premier point de contact dans le domaine IMS. Son adresse est

découverte par le terminal lors de l'activation d'un contexte PDP pour l’échange de messages de

signalisation SIP.

Le P-CSCF se comporte comme un Proxy Server SIP lorsqu'il relaye les messages SIP vers le

destinataire approprié et comme un User Agent SIP lorsqu'il termine l'appel (exemple : suite à

une erreur dans le message SIP reçu). Les fonctions réalisées par l'entité P-CSCF comprennent : L'acheminement de la méthode SIP REGISTER émise parle terminal à l'entité ICSCF à

partir du nom du domaine nominal. L'acheminement des méthodes SIP émises par le terminal au S-CSCF dont le nom a été

obtenu dans la réponse à la procédure d'enregistrement. Le routage des méthodes SIP ou réponses SIP au terminal. La génération de CDRs (Call Detailed Record). La compression / décompression des messages SIP.

L'Interrogating-CSCF (I-CSCF) est le point de contact au sein d'un réseau d'opérateur pour

toutes les sessions destinées à un utilisateur de cet opérateur. Il peut exister plusieurs I-CSCF au

sein d'un réseau. Les fonctions réalisées par l’entité I-CSCF comprennent : L'assignation d'un S-CSCF à un utilisateur s'enregistrant. L'acheminement des méthodes SIP reçues depuis un autre réseau, au S-CSCF. L'obtention de l'adresse du S-CSCF auprès du HSS. La génération de CDRs.

Le Serving-CSCF (S-CSCF) prend en charge le contrôle de la session. Il maintient un état de

session afin de pouvoir invoquer des services. Dans un réseau d'opérateur, différents S-CSCFs

peuvent présenter des fonctionnalités différentes. Les fonctions réalisées par le S-CSCF pendant une session comprennent : L'émulation de la fonction Registrar puisqu'il accepte les méthodes SIP d'enregistrement

et met à jour le HSS. L'émulation de la fonction Proxy server puisqu'il accepte les méthodes SIP et les

achemine. L'émulation de la fonction User Agent puisqu'il peut terminer des méthodes SIP par

exemple lorsqu'il exécute des services complémentaires. L'interaction avec des serveurs d'application après avoir analysé les critères de

déclenchement des services correspondants. La génération de CDRs.

Figure 1.12 : Architecture en couche d’un IMS Avant de pouvoir utiliser les services du domaine IMS, tels qu'établir une session multimédia ou

recevoir une demande de session, un usager doit s'enregistrer au réseau. Que l'usager soit dans

son réseau nominal ou dans un réseau visité, cette procédure fait intervenir un P-CSCF.

Par ailleurs, tous les messages de signalisation émis par le terminal ou à destination du terminal

sont relayés par le P-CSCF ; le terminal n'a jamais la connaissance des adresses des autres

CSCFs (idem I-CSCF et S-CSCF).

I.5.3.4 MGCF, IMS--MGW et T--SGW : Interfonctionnement avec le RTC Le domaine IMS doit inter-fonctionner avec le RTCP afin de permettre aux utilisateurs IMS

d'établir des appels 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. Ces

passerelles ne traitent que le média. Des entités sont responsables de créer, maintenir et libérer

des connexions dans ces passerelles; il s'agit de contrôleurs de passerelles (MGCF, Media

Gateway Control Function). Par ailleurs, ce même MGC termine la signalisation ISUP du côté

RTC qu'il convertit en signalisation SIP qui est délivrée au domaine IMS. Les messages ISUP

provenant du RTC sont d'abord acheminés sur SS7 à une passerelle de signalisation (T-SGW,

Trunking Signaling Gateway) qui les relaye au MGC sur un transport SIGTRAN.

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). a) L'IMS-MGW

₃ Reçoit un trafic de parole du RTCP et l'achemine sur un réseau IP. Le trafic audio est transporté sur RTP/UDP/IP.

₃ Supporte généralement des fonctions de conversion du média et de traitement du média

(annulation d'écho, pont de conférence). ₃ Est contrôlé par le MGCF à travers le protocole MEG ACO/H.248.

b) Le MGCF ₃ Comme les entités CSCF, n'appartient qu'au plan de contrôle et non au plan média. ₃ Contrôle l'IMS-MGW afin d'établir, maintenir et libérer des connexions dans l'IMS-

MGW. Une connexion correspond par exemple à une association entre une terminaison

TDM (terminaison du côté RTC) et une terminaison RTP/UDP/IP. Un transcodage de la

parole doit aussi avoir lieu au niveau de l'lMS-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) si le terminal IMS est un mobile UMTS.

₃ Assure la conversion des messages ISUP (Signalisation RTC) en des messages SIP Signalisation IMS).

₃ Sélectionne le CSCF approprié afin de remettre la signalisation SIP qu'il génère, au sous-système IMS.

c) Le T-SGW ₃ Assure la conversion du transport pour l'acheminement de la signalisation ISUP entre le

commutateur téléphonique et le MGCF. La signalisation ISUP est échangée : ₃ Sur SS7 entre le commutateur et le T-SGW. ₃ Sur SIGTRAN entre le T-SGW et le MGCF. ₃ Par contre, n'analyse pas les messages d'application ISUP.

La figure 1.13 représente un appel initié par le RTCP et à destination d'un terminal dans le

sous- système IMS. Le commutateur du RTC réserve un circuit de parole qu'il partage avec l'IMS-MGW et émet un

message ISUP IAM sur un transport SS7 au T-SGW (Trunking Signaling Gateway). Le TSGW

est responsable de la conversion du transport du message ISUP. Ce message est relayé à l'entité

MGCF sur SIGTRAN. Le MGCF crée un contexte dans l'entité IMS-MGW en utilisant le

protocole MEGACO/H.248. Ce contexte consiste en une association entre une terminaison TDM

et une terminaison RTP. La terminaison TDM termine le circuit de parole que l'IMS-MGW

partage avec le commutateur téléphonique. La terminaison RTP termine les canaux RTP entre

l'IMS-MGW et le terminal IMS. L'IMS-MGW retourne une réponse à l'entité MGCF ; cette réponse contient un "local

descriptor" qui correspond à la description SDP associée à sa terminaison RTP.

Figure 1.13 : Interfonctionnement entre RTC et IMS L'entité MGCF génère une méthode SIP INVITE contenant la description SDP retournée par

l'IMS-MGW. Cette méthode est envoyée au sous-système IMS qui se charge de la délivrer au

terminal IMS appelé.

Conclusion 1xEV-DO est un réseau offrant un grand débit de données sur une bande passante de 1.25 MHz

FDD seulement. Les spécifications 1xEV-DO originales peuvent réaliser le débit 2.4 maximal

de Mbps DL et un débit moyen qui est significativement plus haut que le système de base

CDMA2000-1x. Comparé à CDMA2000-1x, des changements cruciaux ont été apportés par la

révision 0 de la norme. Pour réaliser ces améliorations plusieurs techniques ont été introduites.

Cependant ces techniques touchent essentiellement au lien descendant tandis que le lien montant

reste inchangé par rapport à celui de la norme CDMA 2000-1x. En effet, 1xEV-DO a été conçue

pour soutenir seulement des services de données de paquet et non des services conversationnels

à contrainte stricte de délai et nécessitant des débits symétriques sur les deux liens. De cette

manière 1xEV-DO Rev 0 est incapable de supporter des services à valeurs ajoutées offerts par

les opérateurs adoptant l’IMS, une architecture de convergence de services supportés par des

réseaux de natures différentes, comme architecture de base pour leurs réseaux cœurs d’où la

naissance du besoin à la révision A de la norme. La révision A offre des débits maximaux de 3.1 Mbps sur le lien descendant et de 1.8 Mbps sur

le lien montant sur une paire de bandes de 1.25 MHz. Elle a amélioré surtout la liaison

montante et a intégré des mécanismes de différentiation de services permettant ainsi de

répondre aux contraintes des services conversationnel et Streaming.

Chapitre II :

Règles d’ingénierie pour la planification radio et le

dimensionnement du réseau cœur IMS

Introduction Pour tout système radio mobile, la planification d’une zone quelconque nécessite l’analyse du

bilan de liaison entre mobile et station de base afin de calculer le pathloss maximal et

déterminer le rayon de la cellule. Quand au dimensionnement du réseau cœur IMS il permettra, à travers les règles de calcul du trafic généré par les réseaux d’accès, de déterminer les

équipements nécessaires en évaluant leurs charges et leurs capacités requises. Ce chapitre est constitué de deux parties, la première présente la démarche de la planification

radio et les règles employées dans chaque étape, la deuxième partie sera consacrée au processus

du dimensionnement du réseau cœur IMS à travers les règles de calcul de trafic des réseaux

d’accès.

II.1 La propagation dans l’environnement radio Avant d’entamer le processus de planification, il faut avoir une idée sur la propagation radio à

savoir les modes de propagation, les échelles de variation et les modèles de propagation.

II.1.1 Les modes de propagation La propagation du signal dans un environnement radio se fait selon quatre modes de

propagation (voir chapitre 18, notamment la figure 18.2): La réflexion : Lorsque une onde, se propageant dans un milieu, rencontre un

deuxième milieu ayant des propriétés électriques différentes, elle est partiellement

réfléchie et transmise.

La diffraction : Elle se produit lorsque le chemin entre l’émetteur et le récepteur présente

plusieurs irrégularités aiguës.

La diffusion : Lorsque le milieu dans lequel une onde se propage contient des objets qui

ont des dimensions plus petites par rapport à la longueur d’onde, le phénomène de

diffusion apparaît. La réfraction : quand une partie de l’énergie de l’onde incidente passe à travers la

surface de l’obstacle (l’air, une voiture ….).

II.1.2 Les échelles de variation Il y a trois échelles de variation du niveau du champ électromagnétique reçu par le mobile [13] :

Variations à grande échelle

Ce phénomène porte le nom de pathloss. L’atténuation subite par le signal dépend de

l’environnement de propagation, la fréquence porteuse, la distance entre l’émetteur et le

récepteur. Variations à moyenne échelle

Les bâtiments, le terrain (en extérieur) ou le mobilier (à l’intérieur de bâtiment) ont une influence

sur la propagation du signal ce qui fait varier la valeur moyenne. L’effet de masque est modélisé

par une loi log-normale. L’écart mesuré entre la théorie et le terrain suit une loi de Gauss en dB.

Variations à petite échelle C’est le fading multitrajet. La propagation à travers les obstacles se fait par des trajets multiples.

Le déphasage des signaux sur ces trajets multiples est aléatoire ce qui implique que la puissance

du signal reçu soit variable et aléatoire.

II.1.3 Les modèles de propagation Le modèle de Hata est l'un des modèles les plus précis en termes de prévision du path loss dans

les environnements urbains. C'est devenu une norme de planification pour les systèmes par radio

mobiles, particulièrement dans les villes ; nous adoptons le modèle d'Okumura-Hata et le

modèle calibré par P.529-3 d'ITU-R basé sur le modèle d'Okumura-Hata pour le budget de lien

du projet de l'OPÉRATEUR CDMA dans notre étude [14].

II.1.3.1 Le Modèle D'Okumura--Hata

L 69.55 26.16 lg f 13.82 lg hbase (44.9 6.55 lg hbase ) lg d a(hmobile ) K (II-1)

(II-2)

(II‐3)

où L: path loss dB f : fréquenceMHz hbase : Hauteur de la station de base m

hmobile: Hauteur du terminal mobile m d: the distance km, d<20km K: Facteur de corrélation utilisé dans les environnements suburbain et rural. II.1.3.2 ITU--R P.529--33 Modèle Calibré Basé sur le modèle d’Okumura Hata L 69.55 26.16lg f 13.82lg hbase (44.9 6.55lg hbase ) * (lg(d))^ DistCorrection a(hmobile ) K Où: (II-4) DistCorrection

: Facteur de correction de distance.

(II-5)

II.1.3.3 Le modèle COST 231 Hata

Le modèle COST 231 Hata a les mêmes conditions que le modèle d’Okumura Hata sauf qu’il est

développé pour étendre l’utilisation de ce modèle pour les bandes de 1500 à 2000 MHz. Le

pathloss est donné par la formule suivante : Lp = 46.33 + (44.9 –6.55log (h1)) log (d) – a (h2) – 13.82log (h1) + C (II.6) L’expression de a (h2) dépend du type de la ville :

• petite et moyenne ville : a (h2) = (1.1log (f) – 0.7) h2 – 1.56log (f) + 0.8 (II.7)

• grande ville : a (h2) = 3.2log (11.75h2)) 2 – 7.97 (II.8)

La valeur de la constante C varie selon la nature du milieu : milieu urbain ; C = 0 milieu suburbain ; C = -51.11 milieu rural ; C = -30.23

II.2 Processus de planification radio

II.2.1 Objectifs de la planification Le dimensionnement d’un réseau cellulaire permet d’assurer la minimisation du coût de la liaison

radio et de l’infrastructure du réseau, en tenant compte de la couverture radio et de la taille des

cellules sous réserve de contraintes de la QoS. Le dimensionnement par la couverture d’un réseau

cellulaire permet essentiellement de calculer la taille de la cellule. Le rayon de cellule est obtenu

suite à la réalisation d’un bilan de liaison qui permet de déterminer l’affaiblissement maximal

alloué MAPL (Maximum Allowable PathLoss). Cette valeur servira pour le modèle de

propagation afin de déterminer le rayon de cellule. Sachant la taille de la cellule, on pourra donc

déterminer pour la zone à planifier le nombre de stations de base nécessaires. La figure 2.1 pressente le processus de dimensionnement par couverture :

Figure 2.1 : Processus de planification

II.2.2 Bilan de liaison L'amélioration du bilan de liaison est un autre avantage de la conception efficace dans IS-856

comparé à d'autres normes cellulaires numériques. L'analyse et la simulation prouvent que, IS-

856 a des avantages de budget de lien par rapport à IS-95-A de 10dB sur le lien avant et de 1.5dB

plus grand que sur le lien inverse [ 13 ]. Le bilan de liaison détermine l’atténuation du chemin pathloss maximale permise d'une liaison

donnée.

II.2.2.1 Les paramètres du bilan de liaison La réalisation du bilan de liaison repose principalement sur les paramètres suivants [13]:

Figure 2.2 : Paramètres de calcul du Pathloss

Paramètres de transmission ₃ Bruit thermique: sa puissance Nth est donnée par k* T0 avec k est la constante Boltzmann

(k = 1.38*10-20 mW/Hz/K) et T0 = 293 K : Nth = -174 dBm/Hz. ₃ Débit Chip Tc : fixé à 3.84 Mchip/s.

₃ Marge de fading de masquage (Shadowing margin): elle est due aux effets de masquage.

Elle est en fonction de la probabilité de couverture de la cellule, localisation de l’UE et du Gain de Soft handover.

Paramètres de l’équipement utilisateur ₃ Puissance maximale (PUE) : elle varie selon la classe des mobiles. Pour les mobiles de

classe 3, elle est de 24 dBm. Pour les mobiles de classe 4, elle est de 21 dBm. ₃ Gain d’antenne du mobile : G UE ₃ Pertes dans les câbles d’alimentation de l’antenne du mobile Lf

MS ₃ Perte due au corps de l’utilisateur : LBody.

Paramètres de la BTS ₃ Facteur de bruit NF (Noise Factor) : il s’agit du facteur de bruit généré au récepteur. ₃ Pertes de connecteurs et de feeders : LfBTS

₃ Puissance maximale : la puissance maximale du BTS intervient au niveau du bilan de

liaison pour le lien descendant : PBTS ₃ Gain d’antenne : G BTS

Autres paramètres � Gain de traitement (Processing Gain) : Gp = 10* log (débit chip / débit service) � (Eb/N0) requis : cette variable caractérise la qualité de service à atteindre pour le service

considéré. Elle varie en fonction de la mobilité de l’utilisateur. � Gain de Virtual/Soft handover (GSHO) : il correspond au gain que le mobile réalise dans

une situation de soft handover. Dans cette situation, le mobile est connecté à plus qu’une station de base et donc utilise une puissance minimale.

� Marge d’interférence (NRUL: Noise RiseUL) : Ce paramètre correspond au niveau

d’augmentation du bruit du à l’augmentation de la charge dans la cellule. Cette marge d’interférence est liée au facteur de charge η( ) qui mesure la charge de chaque lien

ul

(montant ou descendant). La marge d’interférence est importante si la capacité et donc

la charge autorisée dans la cellule sont importantes .Ainsi, dans les zones urbaines, cette

marge doit être importante alors que dans les zones rurales, la marge d’interférence est

faible. Le réseau doit être planifié de façon à pouvoir supporter une certaine marge

d’interférence afin de garantir un rayon minimum pour la cellule. La marge

d’interférence est donnée par la formule suivante : -10* log (1- η ) (II.9)

ul

II.2.2.2 Bilan de liaison pour le lien montant Pour le calcul du bilan de liaison pour le lien montant [13], il faut tout d’abord déterminer EIRP

(Effective Isotropic Radiated Power). Elle correspond à la puissance qu’il faudrait fournir à une

antenne isotrope pour obtenir le même champ à la même distance. Elle a l’expression suivante : EIRP (dBm) = PUE + GUE – L Body – Lf (II.10)

MS

L’affaiblissement maximal admissible sur le lien montant est donnée par :

LMax_UL = EIRP + GBTS – L fBTS + GSHO– M Fad_shad (II.11)

Avec : MFad_shadow est la marge due au fading de masquage. II.2.2.3 Bilan de liaison pour le lien descendant Canal de trafic : Dans le cas du lien descendant, l’expression de EIRP (dBm) s’écrit comme suit

: EIRP (dBm) = PBTS + GBTS – LfBTS (II.12) Pour déterminer la perte maximale admissible, on calcule la somme totale des bruits et des interférences créées par tous les mobiles en suivant les étapes suivantes :

1. On calcule le facteur de bruit du récepteur du BTS. Son expression est donnée par :

NBTS = - Nth + NF +10* log (Tc) (II.13)

2. On calcule la somme des interférences reçues au récepteur. Sa valeur est donnée par :

TOtint = 10* log [10*((NBTS + NRul)/ 10) – 10 ^ (N BTS / 10)] (II.14)

3. Finalement, on ajoute les bruits pour trouver la somme totale. Elle est donnée par :

TOtint _ bruit = 10 * log [10^ (Totint / 10) + 10 ^ (NBTS / 10) (II.15) Une fois la valeur de la somme des bruits et des interférences est calculée, on détermine la valeur

de la sensibilité du récepteur en utilisant la formule suivante : SRx = (Eb / N0) + TOtint _ bruit – Gp (II.16) La perte de propagation maximale sur le lien descendant pour un canal de trafic est la suivante: L= EIRP – SRx + GUE - Lf + GSHO– MFad_shadow (II.17) MS

II.2.3 Calcul du rayon de la cellule Une fois nous avons déterminé le pathloss maximal dans la cellule, il ne reste plus qu’à

appliquer n’importe quel modèle de propagation connu pour estimer le rayon de la cellule. Le

modèle de propagation doit être choisi de sorte qu’il soit conforme à la région planifiée. Les

critères du choix du modèle de propagation sont la distance par rapport au BTS, la hauteur de

l’antenne du BTS, la hauteur de l’antenne du UE et sa fréquence.

La zone de couverture d’une cellule, si nous choisissons le motif hexagonal, est :

2 (II.18)

S= K r

Où S est la surface couverte, r est le rayon maximal de la cellule et K est une constante. Le

tableau suivant donne quelques valeurs de K suivant le nombre de secteurs.

Tableau 2.1 : Valeur de K par type d’antenne Le nombre de sites requis pour la couverture est obtenu en divisant la surface totale de la

zone à planifier par la surface couverte par un site.

II.3 Dimensionnement d’un réseau IMS Dans cette partie, nous nous intéressons au dimensionnement d’un réseau IMS qui permet

d’offrir des services multimédia à des usagers disposant d’un accès large bande tel que xDSL,

câble, 1xEV-DO, WiFi/WiMax, EDGE/UMTS, etc.…

II.3.1 Architecture cible La figure 2.3 représente les différentes entités à dimensionner dans le cas du réseau cœur EV-

DO selon le concept IMS qui sont : CSCF et MGCF qui appartiennent à la couche contrôle. MGW faisant partie de la couche connectivité.

Figure 2.3 : Architecture cible

II.3.2 Modèle de trafic du réseau d’accès L’évaluation du volume de trafic total dans le réseau cœur nécessite une étude préalable des

modèles de trafic de chacune des classes de service. Dans ce paragraphe, 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. Il est à noter que la modélisation classique des services par des

processus de Poisson n’est pas valide dés qu’il s’agit de la transmission des données. Cette

modélisation a été longtemps adoptée pour le calcul de la charge des réseaux téléphoniques, et

qui reste toujours valable pour les communications de type voix.

II.3.2.1 Les différentes classes de qualité de service Selon les spécifications de 3GPP, il est possible de partitionner, sur la base de la qualité de

service, l’ensemble des services en quatre classes : classe des services conversationnels, classe

des services à flux continu ou Streaming, classe des services interactifs, classe des services en

mode téléchargement ou background [15]. Le critère de classification le plus prépondérant est la sensibilité au délai de transmission. Les

deux premières classes sont prévues pour les services du type temps réel alors que les deux

autres classes concernent les applications non temps réel, ces dernières se caractérisent par une

tolérance aux délais de transmission. L’autre contrainte à respecter essentiellement pour les

deux dernières classes de service est le seuil du BER (Bit Error Rate).

a) Classe des services conversationnels Les applications de cette classe nécessitent un service bidirectionnel en temps réel impliquant

deux utilisateurs humains ou plus. Les contraintes dépendent donc de la perception humaine :

la limite sur le délai maximum toléré est une limite stricte car toute dégradation sur le délai

induirait une perte de qualité notable dans la perception humaine du signal. Les exemples de

ce type d’applications sont la téléphonie, la vidéophonie, la voix sur IP, les jeux interactifs.

b) Classe des services à flux continu ou Streaming Les applications de cette classe impliquent un utilisateur humain et un serveur de données. Ce

sont des applications temps réel asymétriques où les données sont transférées du réseau vers les

mobiles. Le manque d’interactivité entre l’utilisateur et la source de données autorise des délais

un peu plus importants que dans les cas des applications de type conversationnel, et ce sans

perturber la QoS. Les exemples d’applications de type Streaming sont les nouvelles

applications issues de l’Internet, telles que les applications audio ou vidéo sur demande.

c) Classe des services interactifs Les applications de cette classe impliquent un utilisateur (machine ou humain) dialoguant

avec un serveur de données ou d’applications. Contrairement aux deux classes précédentes,

les performances temps réel ne sont pas nécessaires, il s’agit seulement d’attendre un certain

temps pour répondre aux requêtes. Par contre 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.

d) Classe des services en mode téléchargement ou background Les applications de cette classe impliquent un utilisateur, le plus souvent un équipement

terminal, réalisent l’envoi et la réception de données en tâche de fond. L’absence

d’interactivité pour ces applications fait que l’utilisateur à l’origine de la requête n’est pas en

attente d’une réponse dans une limite de temps fixée. Ce sont donc les applications les moins

sensibles au délai, mais sont très sensibles aux erreurs sur l’information transférées. Les

exemples d’applications sont le mail, le transfert de messages courts (SMS pour Short

Messages Services), le téléchargement de données ou de fichiers.

II.3.2.2 Modèles de trafic a) Modèle de trafic pour le service conversationnel Un exemple de service conversationnel est la communication téléphonique. 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 0.8 appels par heure. La durée d’un appel suit un processus exponentiel de moyenne typique telle que 1/ =

150 s. 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 Un exemple typique d’un service à flux continu est le téléchargement d’une séquence vidéo. 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 2. Nous

avons retenu pour ce modèle les caractéristiques suivantes : L’occurrence des sessions 0.17 appels/ heure La durée d’une session 120 s Le taux d’activité de la source est de 0.58

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 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 0.17 appels/heure Pour chacune de session :

o Le nombre d’appel de pages HTML suit une distribution géométrique de moyenne typique 5 appels/session.

o Le temps de lecture suit une distribution exponentielle de moyenne a et de

valeur typique 1/a = 4 à 12 s.

o Le nombre de datagrammes par appel suit une distribution géométrique de moyenne typique 10 datagrammes/appel.

o La durée d’inter-arrivée de datagrammes suit une distribution exponentielle dont la moyenne est en fonction du débit.

o La taille des datagrammes suit une distribution de Pareto. d) Modèle de trafic de la classe Background 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, ces services ne

contribuent pas à la charge du réseau.

II.3.3 Méthodologie du dimensionnement II.3.3.1 Les hypothèses du dimensionnement Pour dimensionner le réseau cœur EV-DO, 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 EV-DO. De même, 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). Les taux de pénétration des réseaux UMTS et EDGE sont fixés,

indépendamment de la distribution des abonnés. Enfin, nous avons considéré que tout abonné

localisé sous la couverture UMTS peut utiliser cette technologie avec un débit maximal de 2

Mbits/s. Il en est de même pour les abonnés EDGE mais avec un débit de 384 Kbits/s. Les

abonnés EV-DO peuvent atteindre des débits de 3 Mbits/s.

II.3.3.2 Calcul du trafic généré par le réseau d’accès

† Répartition des abonnés Nous devons tout d’abord fixer le nombre d’abonnés pour chaque technologie active dans la

zone à dimensionner. Pour cela nous disposant des données suivantes :

Paramètres Désignation

Nombre total d’abonnés Nbabonnés

Nombre total des abonnés mobiles Nbabonnés(Mobile)

Nombre total des abonnés fixes Nbabonnés(fixe)

Pourcentage des abonnés EV-DO par rapport aux abonnés mobiles Nbabonnés(EVDO/Mobile)

Pourcentage des abonnés EDGE par rapport aux abonnés mobiles Nbabonnés(EDGE/Mobile)

Pourcentage des abonnés UMTS par rapport aux abonnés mobiles Nbabonnés(UMTS/Mobile)

Pourcentage des abonnés GSM par rapport aux abonnésmobiles Nbabonnés(GSM/Mobile)

Pourcentage des abonnés POTS par rapport aux abonnés fixes Nbabonnés(POTS/fixe)

Pourcentage des abonnés ADSL par rapport aux abonnés fixes Nbabonnés(ADSL/fixe)

Tableau 2.2 : Paramètres des abonnés La première étape consiste à déterminer le nombre d’abonnés par technologie comme suit : Nbabonnés(EV-DO) = Nbabonnés(EV-DO/Mobile) * Nbabonnés(Mobile) (II.19)

Nbabonnés(EDGE) = Nbabonnés(EDGE/Mobile) * Nbabonnés(Mobile) (II.20)

Nbabonnés(UMTS) = Nbabonnés(UMTS/Mobile) * Nbabonnés(Mobile) (II.21)

Nbabonnés(GSM) = Nbabonnés(GSM/Mobile) * Nbabonnés(Mobile) (II.22)

Nbabonnés(ADSL) = Nbabonnés(ADSL/fixe) * Nbabonnés(fixe) (II.23)

Nbabonnés(POTS) = Nbabonnés(POTS/fixe) * Nbabonnés(fixe) (II.24) Une fois le nombre d’abonnés par technologie déterminé nous devons connaître la répartition des services entre ces technologies.

† Répartition des services L’utilisation des services varie selon la nature du service (conversationnel, interactif,

streaming) d’une part et selon la technologie utilisée d’une autre part (GSM, EDGE, UMTS,

POTS, ADSL). Dans le cas de notre étude le service conversationnel est offert par toutes les

technologies, le service streaming peut être obtenu avec EV-DO, UMTS et ADSL quant au

service interactif, les réseaux GSM et POTS sont les seuls à ne pas l’offrir.

† Détermination du trafic acheminé au niveau accès Le diagramme de la figure 2.4 montre les différentes étapes à suivre pour déterminer le trafic

acheminé au niveau accès qui va servir pour le dimensionnement des différentes entités du

réseau: D’abord, on détermine le trafic généré par chaque service et chaque technologie en

appliquant un modèle de trafic adéquat pour chacun :

Figure 2.4 : Etapes de calcul du trafic Pour le POTS et le GSM, on n’a que le service de téléphonie classique (en mode circuit). Leur

trafic, exprimé en erlang, est déterminé par l’équation suivante : Trafic

généré

(I ) NbAbonnés

(I ) Trafic moyen / abonné

(I ) (II.25)

où

I : désigne GSM ou POTS

Trafic moyen/abonné (I) est le trafic moyen par abonné de la technologie I (POTS ou GSM). Le résultat obtenu en erlang doit être converti en Kbits pour pouvoir l’ajouter aux trafics conversationnels générés par les autres technologies. Pour ce faire plusieurs étapes doivent être effectuées. 1. Rassembler ou être capable de déduire les données d’opérateur suivantes : La durée moyenne des communications (DMC) en secondes Le nombre de tentatives d’appels moyen par abonné à l’heure chargée (TAHC) par

heure, Le grade de service (Grade of Service : GoS) souhaité au niveau de l’interface

commutateur du Media Gateway. En effet, les différents réseaux d’accès connectés au réseau de transport offrent déjà un certain GoS fixé par l’opérateur en dimensionnant ce réseau; donc il faut éviter un goulot d’étranglement au niveau des MGWs.

Le trafic généré en erlang est :

(I) Nb

Abonnés

(I ) TACH(I ) DMC(I )

(II.26)

3600

2. Calculer le nombre de circuits N nécessaires pour acheminer ce trafic calculé en erlang à l’aide de la formule de Rigault :

N k √ (II.27)

Avec K 10 log10 (GoS) (II.28)

3. Calculer le débit d’appel

Le débit d’appel peut être calculé en tenant compte des éléments suivants: Les codecs audio utilisés au niveau de la couche application Les différentes encapsulations aux niveaux des différentes couches (transport, réseau) Les protocoles au niveau de la couche liaison.

Pour chaque site, on suppose qu’on a un choix uniforme entre les différents utilisateurs des différents paramètres : codec, période de paquétisation, protocole de couche liaison. La formule qui permet de calculer le débit par appel est la suivante :

Dappel

(Débitcodec Tp enteteliaison enqueueliaison )

(II.29)

Tp

Avec D appel : débit par appel en Kbit/s Débitcodec : débit généré par le codec en Kbit/s T p : la période de paquétisation en ms entêteRTP/UDP/IP : la taille l’entête RTP/UDP/IP à ajouter en bits entêteliaison : la taille de l’entête du protocole de couche liaison en bits enqueue liaison : la taille de l’enqueue du protocole de couche liaison en bits

Figure 2.5 : Etapes de calcul du trafic mode circuit

4. Calculer de la bande passante nécessaire pour acheminer le trafic généré Trafic (Kbits / s) N D (II.30)

généré appel L’organigramme de la figure 2.5 décrit les étapes évoquées précédemment et servant au calcul

du trafic du mode circuit en Kbits/s. D’après le diagramme on voit que l’utilisateur peut donner comme entrée au simulateur le trafic

moyen par abonné en erlang. Ce paramètre peut être calculé par le simulateur, il suffit pour cela

d’entrer la durée moyenne d’une communication (DMC) et le taux d’appel par heure chargée

par abonné (TAHC). Pour les technologies ADSL et UMTS on dispose des services conversationnel, streaming et

interactif. Alors que pour EDGE, on ne dispose que des services conversationnel et interactif.

On doit tout d’abord déterminer le nombre des abonnés actifs par service et par technologie.

Le nombre d’abonnés actifs est donné par l’équation(II.31) :

Nabonnés(I , J ) Nabonnés(I) activité(J ,I ) (II.31)où

I désigne EDGE, UMTS ou ADSL. J désigne le service Conversationnel, Interactif ou Streaming.

activité(J, I) désigne le taux d’activité du service J de la technologie I.

Nabonnés(I , J ) désigne le nombre d’abonnés I actifs du service J.

Dans ces conditions, le trafic généré par le service J dans une technologie I est généralement modélisé par l’équation suivante :

Trafic généré(J, I) Nabonnés(I, J) appel (J, I) Tappel (J, I) Dmax (J, I)activité_ s(J, I) (II.32)où Traficgénéré(J, I) désigne le volume de trafic généré par le service J du réseau I (en Kb/s)

appel (J,I) est le taux d’appel/heure/abonné du service J pour la technologie I (en appel/heure). T appel(J, I) est la durée d’appel du service J pour la technologie I (en s/appel). Dmax (J, I) est le débit max du service J pour la technologie I (en Kb/s).

activité_ s(J, I) est le taux d’activité de la source du service J de la technologie I.

Généralement, on calcule le trafic du service généré en utilisant les paramètres correspondants à

la technologie utilisée. Ensuite, on calcule le trafic généré par chaque technologie (EV-DO,

POTS, GSM, ADSL, EDGE, UMTS) :

Trafic (I ) ∑ Trafic ( J , I ) (II.33)

généré généré

J(Conversationnel ,Strea min g )

On suppose toujours que : Trafic (interactif,GSM)=Trafic (streaming,GSM)=0

généré généré Trafic (interactif,POTS)=Trafic (streaming,POTS)=0

généré généré Enfin, et après avoir exprimé l’ensemble des valeurs des trafics générés par chaque technologie

en Kb/s, il suffit d’effectuer leur somme pour déterminer la charge totale du réseau d’accès (en

Kb/s).

Trafic généré,Total (I ) ∑ Trafic (I )

généré

(II.34)

I( EV DO ,EDGE ,UMTS ,GSM , ADSL , POTS )

Cependant, pour le dimensionnement des entités du réseau on va s’intéresser seulement au

trafic sortant. En effet, ce n’est pas tout le trafic qui va être acheminé à travers le Media

Gateway. Ainsi, si on dispose du coefficient de routage externe pour chaque technologie I :

C RE (I), le trafic acheminé par chacune est déterminé par l’équation suivante :

Trafic (I) = Trafic (I) x C (I) (II.35) acheminé généré RE

Ainsi, le trafic total acheminé est la somme des trafics acheminés par chaque technologie.

II.3.4 Processus de dimensionnement

II.3.4.1 Dimensionnement des MGWs Le dimensionnement d’un MGW consiste à déterminer sa capacité de commutation, ce qui

revient à déterminer la capacité de ses interfaces. La capacité de l’interface est égale au

trafic total acheminé à travers ce MGW, déterminé par l’équation (II.35). Le trafic mode

paquet passe directement à travers le MGW alors que le trafic mode circuit doit être paquetisé

au niveau du MGW. Selon le débit généré par le codec audio et en tenant compte des

différentes possibilités des périodes de paquétisation, on peut obtenir la taille des données

audio. Ces données audio vont subir des encapsulations au niveau des différentes couches en

commençant par la couche transport jusqu’à arriver à la couche liaison de données.

Figure 2.6 : Calcul de la capacité du MGW Les trafics générés par les réseaux à commutation de circuits et calculés à partir de la formule

(II.29) seront additionnés avec l’ensemble des trafics mode paquet. On peut aussi déterminer la capacité d’un MGW en termes de nombre de châssis. En effet si

on dispose de la capacité du châssis, le nombre de MGWs sera déterminé comme suit : N

MGW Capacité

MGW (II.36)

Capacité Chasis

II.3.4.2 Dimensionnement de MGCF Le MGCF est une passerelle (Gateway) qui assure les communications entre l’IMS et les

usagers du domaine circuit (CS). Tout le trafic de signalisation (contrôle d’appels ou session)

généré par les utilisateurs du domaine circuit vers l’IMS passe par le MGCF. Ce dernier

assure la conversion entre protocoles ISDN User Part (ISUP) et Bearer Independent Call

Control (BICC) vers le protocole SIP. Le dimensionnement de cet équipement se traduit en terme de capacité de traitement de son

processeur. Il suffit donc de déterminer le nombre d’appels à véhiculer exprimé en cps (call per

second) ou en BHCA (Busy Hour Call Set up) tel que :

Charge (en BHCA) = charge (en cps) × 3600 (II.37) Généralement, un MGCF fonctionne dans les deux cas suivants : L’appel est initié par le mode circuit.

L’appel est initié par le mode paquet et destiné vers le mode circuit. Ce type d’appel

ne peut être que du conversationnel. D’où la formule suivante :

ChargeMGCF ∑ NbAbonnés

(I ) appel (I )

(II.38)

I(GSM ,POTS )

∑ NbAbonnés(I , Conversationnel ) appel (I , Conversationnel ) RE _ circuit

I( EV DO ,UMTS ,EDGE , ADSL )

où

Nb (I, conversationnel) désigne le nombre d’abonnés du réseau I activant le service

abonnés

conversationnel.

appel(I, conversationnel) désigne le taux d’appel du service conversationnel dans la technologie I.

RE _circuit t est le taux de routage externe vers le mode circuit.

Certains de ces paramètres sont généralement donnés, les autres peuvent être déduits à partir

d’autres. Par exemple, le taux d’appels par abonné est déterminé en fonction de la durée

moyenne d’un appel et le trafic moyen par abonné par la formule suivante : Trafic Durée moyen / abonné (II.39)

appel appel

II.3.4.3 Dimensionnement de CSCF Comme le MGCF, le dimensionnement d’un CSCF se traduit par la capacité de traitement de

son processeur qui s’exprime en cps. La seule différence est que le MGCF traite des services

narrow band (mode circuit), alors que le CSCF traite des services broad band (large bande).

C’est pour cela qu’on ne va s’intéresser qu’aux technologies EDGE, UMTS et ADSL qui

offrent des services data voir même multimédia. Ainsi la charge d’un CSCF s’exprime comme

suit :

ChargeCSCF ∑ NbAbonnés

(I ) appel

(I ) (II.40)

I( EV DO ,EDGE ,UMTS , ADSL )

Avec Nb Abonné(I) est le nombre d’abonnés simultanés utilisant la technologie I.

Conclusion La planification radio et le dimensionnement du réseau cœur sont des étapes importantes dans le

déploiement du réseau EV-DO et l’introduction du concept IMS. La planification consiste à

déterminer le nombre de stations de base à déployer à travers une phase de calcul de couverture

et une phase de calcul de capacité se basant sur un ensemble de paramètres. La tache de

dimensionnement du cœur du réseau consiste à évaluer le volume de trafic véhiculé ainsi que la

détermination de la capacité nécessaire des différentes entités du réseau pour supporter ce trafic.

L’implémentation des différentes règles servant pour planifier le réseau EV-DO et le

dimensionnement du cœur de réseau IMS et l’automatisation de ces deux taches délicates

feront l’objet du chapitre suivant.

Chapitre III :

Développement de l’outil de planification EV--DO et

de dimensionnement du réseau cœur IMS

Introduction Après avoir détailler le processus de planification radio d’un réseau EV-DO ainsi que la

démarche du dimensionnement d’un réseau cœur IMS, l’étape suivante de notre travail est de

concevoir et de réaliser un outil qui implémente les différentes phases du processus. En effet,

l’automatisation du processus de planification et de dimensionnement est d’une grande utilité

vue la complexité de cette tache. Dans ce chapitre, nous allons présenter le simulateur qu’on a développé en décrivant la structure

de son interface, son approche conceptuelle, et la méthodologie de son utilisation. Nous

traiterons d’abord la partie planification radio d’un réseau EV-DO pour les deux révisions 0 et

A et nous nous intéresserons, par la suite au dimensionnement du réseau cœur IMS.

III.1 Spécification de l’outil III.1.1 Scénario étudié Nous envisageons de dimensionner un réseau EV-DO selon le scénario suivant : l’opérateur

opte pour l’installation d’un réseau EV-DO Rev 0 puis procèdera à une migration vers la

révision A de la norme pour préparer le terrain à l’évolution vers une architecture IMS du cœur

du réseau. Nous supposons en effet que le backbone actuel de l’opérateur ne permet pas de bénéficier des

services offerts par la révision A de la norme EV-DO, alors que le déploiement de la révision 0

permettra d’offrir des services haut débit sur le réseau de transport. La migration du réseau d’accès vers la révision A s’accompagnera de l’évolution du réseau de

transport à une architecture IMS garantissant des services à valeurs ajoutées avec différents

niveaux de QoS. Le scénario proposé est représenté par le diagramme 3.1.

Figure 3.1 : Scénario de déploiement et de migration Le simulateur à développer devra donner la possibilité de planifier tout d’abord un réseau EV-

DO Rev 0 puis planifier un réseau EV-DO Rev A et se servir des résultats de cette planification

pour dimensionner le réseau cœur IMS responsable de l’acheminement du trafic généré par le

réseau en tenant compte des différentes technologies existantes. Nous avons vu jusqu’ici les différentes règles appliquées pour planifier un réseau EV-DO et

dimensionner sa partie transport supportant à la fois des réseaux cellulaires de deuxième et

troisièmes génération ainsi que des réseaux fixes. Nous allons maintenant essayer

d’implémenter les différentes relations que nous avons trouvées dans un outil ouvert afin de

pouvoir automatiser l’opération de dimensionnement. Nous allons donc concevoir une interface

simple qui regroupe les caractéristiques du réseau en termes de composants et de trafic et en

déduire ce qu’il faut prévoir pour supporter les usagers potentiels.

III.1.2 Interface Utilisateur Nous avons cherché à réaliser un outil basé sur des interfaces simples et séquentielles afin de

guider l’utilisateur à travers les différentes étapes de l’utilisation, notamment lors de l’entrée

des paramètres du réseau. D’autre part Nous avons essayé de réaliser une programmation

orientée objet qui nous permettra d’avoir un produit fini facilement intégrable mais surtout

extensible afin de permettre son adaptation aux nouveaux réseaux déployés.

III.1.3 Spécification des besoins Avant la phase de la conception, nous commençons par spécifier les besoins fonctionnels pour

notre outil. Ces besoins seront donc indispensables pour garantir les performances de l’outil.

Les principales fonctions de notre outil sont : Planification d’un réseau EV-DO Rev 0 Planification d’un réseau EV-DO Rev A Estimation et calcul du trafic issu de différents réseaux d’accès Dimensionnement un réseau cœur IMS Prévoir et identifier les équipements nécessaires

III.1.4 Environnement de développement L’interface que nous avons choisie est celle présentée par Visual C++. Notre choix s’appuie

sur la robustesse de ce logiciel qui est capable d’offrir un niveau de programmation orientée

objet assez solide ainsi que d’excellentes performances en terme d’optimisation de ressources,

vue qu’il permet au programme crée d’occuper un minimum de temps d’exécution et de

mémoire. Notre outil de dimensionnement devra présenter une interface graphique agréable et facile à

manipuler. L'utilisateur devra introduire les paramètres d'entrée d'une façon aisée, ainsi que la

visualisation des résultats. Il devra aussi manipuler les menus du logiciel sans problème. Nous jugeons utile d’offrir plus de liberté à l'utilisateur de l’outil en lui donnant la possibilité

d'introduire le type de dimensionnement de son choix.

III.1.5 Détermination des Cas d’utilisations L’étude des cas d’utilisation a pour objectif de déterminer ce que l’acteur (opérateur dans

notre cas) attend du système (outil de planification et dimensionnement). La détermination des besoins est basée sur la représentation de l’interaction entre l’acteur et

l’outil. Il ressort que les catégories des besoins fonctionnels des acteurs se décomposent comme

le montre le diagramme suivant :

Figure 3.2 : Diagramme de cas d’utilisation L’utilisateur du système interagit avec l’application en demandant des besoins à satisfaire. Les

fonctionnalités du système sont tels que : dimensionner un réseau EV-DO Rev 0, dimensionner

un réseau EV-DO Rev A, Dimensionner le réseau cœur IMS. Cas d’utilisation « Dimensionner un réseau EV-DO Rev 0 » : l’utilisateur demande

au système de déterminer la configuration optimale pour installer un réseau EV-DO dans une zone donnée

Cas d’utilisation « Dimensionner un réseau EV-DO Rev A » : l’utilisateur

demande au système de déterminer les besoins d’une évolution du réseau vers la version A de la norme EV-DO.

Cas d’utilisation « Dimensionner le réseau cœur IMS » : l’utilisateur demande au système de calculer le trafic total transporté par le réseau et d’en déduire la configuration nécessaire des entités du réseau IMS.

III.2 Dimensionnement de la partie radio Cet outil permet dans une première étape de dimensionner la partie radio d’un réseau CDMA

EV-DO puis de dimensionner selon le concept IMS la partie cœur du réseau en tenant compte

de l’existence des différentes technologies actives dans la zone à dimensionner. La première partie consiste à déterminer le nombre de BTS nécessaire pour couvrir une zone

donnée et de calculer la capacité des équipements du réseau. Le simulateur développé a pour

principales fonctions d’établir le bilan de liaison pour les deux liens montant et descendant afin

de déterminer le pathloss maximal et le rayon de la cellule. Il permet également de déterminer

le nombre de stations de bases nécessaire. Dans cette partie, nous allons détailler les différents modules de ce simulateur et présenter les

résultats obtenus

III.2.1 Planification d’un réseau EV--DO Rev 0

III.2.1.1 Le cahier de charge du simulateur Nous présentons dans le tableau suivant les données à l’entrée (inputs) du simulateur de la

partie planification EV-DO Rev 0 ainsi que les résultats attendus (outputs).

Inputs Les paramètres de la zone Surface Type de terrain Les paramètres de la BTS Hauteur Puissance d’émission Les paramètres de l’équipement utilisateur Hauteur Puissance d’émission Le profil des utilisateurs Taux de pénétration Taux de simultanéité Débit montant moyen Débit descendant moyen

Outputs Couverture Rayons de couverture sur la liaison montante

Rayons de couverture sur la liaison descendante

Rayon final de panification Couverture d’une BTS

Nombre de BTS Nombre de clients par BTS Capacité Capacité vérifiée ou non Solutions à adopter Nombre de BTS à ajouter

Tableau 3.1 : Paramètres du simulateur

Comme nous avons vu dans le chapitre précèdent, la planification de la couverture radio EV-

DO se base essentiellement sur l’analyse du bilan de liaison. Différents paramètres seront

nécessaires afin d’établir le bilan de la liaison montante et celui de la liaison descendante. Dans la partie suivante, nous allons détailler ces paramètres et les valeurs que nous avons

prises pour faire la planification de la couverture radio qui seront justifiées dans le chapitre

suivant.

III.2.1.2 Utilisation de l’outil Dans la première interface de l’outil représentée par la figure 3.3 (a), l’utilisateur introduit les

paramètres généraux de son réseau. Il y précise le nombre total d’utilisateurs, le pourcentage

des abonnés mobiles et fixes, le nombre de zones à dimensionner, le nombre des domaines du

réseau et le taux de routage inter-domaine.

Figure 3.3 (a) (b) : Paramètres généraux et paramètres de la zone Les valeurs des trois premiers paramètres sont estimées et prévues par des statistiques (nombre

d’abonnés futur et actuel). Le quatrième paramètre, désignant le nombre de zones dans le réseau,

est déduit à partir du choix de l’architecture de migration. En effet, on désigne par zone un

ensemble de sous réseaux de différentes technologies (EV-DO, POTS, GSM, EDGE, UMTS,

ADSL) qui sont gérés par un MGW. Pour fixer ce paramètre dans le cas de notre étude, il faut

tout d’abord examiner le réseau transport de Tunisie Télécom et choisir une architecture de

migration vers l’architecture IMS. Les deux derniers paramètres représentent le nombre de

domaines et taux de routage de routage inter-domaine. Un domaine est la zone d’action d’un

MGCF. Ces deux paramètres seront exploités plus tard. Ayant fixé les paramètres généraux du réseau, l’utilisateur introduit, à travers l’interface

représentée par la figure 3.3 (b), les données nécessaires pour la planification radio de la zone à

savoir le nom de la zone, la surface, le pourcentage des données mobiles par rapport au nombre

total d’abonnés mobiles du réseau et celui des abonnés EV-DO par rapport au nombre d’abonnés

mobiles de la zone et enfin le numéro du domaine auquel appartient la zone. L’interface suivante

illustrée par la figure 3.4 permet à l’utilisateur de fixer les paramètres détaillés de la zone

concernant la répartition de la surface et des abonnés.

Figure 3.4 : Paramètres par type d’environnement

Ces paramètres représentent les pourcentages des surfaces urbaine, suburbaine et rurale par

rapport à la surface totale de la zone ainsi que la répartition des abonnés entre ces différents

environnements. En effet, comme expliqué dans le chapitre précédant, la planification radio est étroitement liée au

type de l’environnement. Etant donné que la zone à dimensionner à chaque fois est un

gouvernorat (pour le cas de notre étude), la surface à dimensionner peut comporter différents

types d’environnements, c’est pour cela que notre étude de la planification radio de la zone doit

se faire par type d’environnement. Ainsi la planification de chaque type d’environnement se fera

à part. L’interface suivante (Figure 3.5) comporte à la fois les données de planification et les

résultats pour permettre à l’utilisateur de modifier facilement ses données et voir immédiatement

l’impact sur le résultat. Il peut ainsi jouer sur la valeur des paramètres qu’il peut manipuler pour

arriver au résultat voulu et aura ainsi la possibilité d’optimiser le processus de planification.

Nous allons dans ce qui suit décrire les fenêtres de cette interface une à une.

Figure 3.5 : Interface principale du simulateur Après avoir spécifié les données de la zone à dimensionner à savoir la surface le nombre

d’abonnés EV-DO par type d’environnement, l’utilisateur se trouve appelé à introduire les

donnés spécifiant l’équipement de l’utilisateur, celui du fournisseur ainsi que ceux de

l’opérateur. Le calcul du bilan de liaison nécessite le choix de quelques paramètres d’initialisation à savoir: Les paramètres de station mobile (UE) et de station de base.

La sectorisation : pour notre outil, l’antenne de la station de base est ou bien

omnidirectionnelle ou trisectorielle. Les Pertes de pénétration : Ce facteur présente les pertes subies par le signal et

introduites par les caractéristiques intrinsèques du terrain. D’autres paramètres ne figurants pas dans cette interface seront implicitement pris en compte lors

de l’exécution. En effet, étant donné que les débits sur les liaisons montante et descendante ainsi

que les schémas de codage et de modulation correspondant à chaque débit sont fixés par la

norme, ces paramètres pourront être déterminés implicitement sans l’initiation par l’utilisateur. Ayant fixé ces paramètres, la spécification des profils des utilisateurs est nécessaire pour

terminer la planification. L’opérateur doit introduire dans un premier temps le nombre de clients

qu’il désire supporter puis spécifier en Kbits/s les débits moyens à offrir à ses clients sur les deux

liaisons montante et descendante. Une fois tous ces paramètres introduits il ne reste plus

qu’afficher les résultats de la simulation.

III.2.1.3 Résultats † Dimensionnement par couverture L’utilisateur peut maintenant valider pour voir s’afficher les résultats du dimensionnement. Les

premiers résultats à s’afficher sont les deux tableaux de la figure 3.6 (a) représentant

respectivement les rayons de couverture atteignables par chaque débit sur la liaison montante et

descendante :

Figure 3.6 (a) (b) : Résultats de la simulation A chaque débit de la liaison montante ou descendante le simulateur calcule un rayon qui

représente la portée maximale permettant d’offrir le débit en question. En se référant aux débits voulus par l’opérateur sur les deux liaisons le simulateur détermine les

deux rayons r_up et r_down permettant d’offrir respectivement le débit précisé sur la liaison

montante et descendante. Le rayon qui sera choisi pour la couverture sera min (r_up, r_down).

Ce rayon servira à déterminer le nombre de BTS nécessaires pour la couverture de la zone

étudiée. Le processus est décrit par le diagramme de la figure 3.7. Les autres résultats calculés par le simulateur et représentés dans la figure 3.6 (b) sont : le rayon

final servant pour la planification, la couverture d’une BTS qui est fonction du rayon et de type

de l’antenne choisie, le nombre de BTS qui va assurer la couverture de la zone étudiée et enfin le

nombre de clients pouvant être servis par une seule BTS.

Figure 3.7 : Processus de calcul du rayon de couverture

† Dimensionnement par capacité On a déterminé jusqu’ici le nombre de BTS assurant la couverture de la zone à planifier.

Toutefois il n’est pas garanti que ce même nombre soit suffisant pour répondre aux besoins des

abonnés en terme de débit sur les deux liaisons. C’est pour ça qu’un calcul de capacité s’avère

plus que nécessaire. Pour une faible densité de trafic, le dimensionnement par couverture sera

suffisant, mais il suffit de changer le profil des utilisateurs (changer les débits ou modifier les

taux de pénétration et de simultanéité) pour s’apercevoir de la nécessité de la planification par

capacité. C’est pour cette raison que, après avoir calculé le rayon de couverture et déterminer le

nombre de BTS, l’utilisateur ne peut passer à l’étape suivante du dimensionnement qu’après

avoir vérifié que la capacité est satisfaite. Le résultat de cette vérification est représenté par la

figure 3.8 (a) et (b).

Figure 3.8 : Vérification de la capacité Dans le cas où le nombre de BTS déterminé par le rayon de couverture n’est pas suffisant pour

assurer les profiles des clients, le simulateur offre différents choix pour corriger le résultat de la

planification. Les solutions possibles sont :

Augmenter le nombre de BTS Modifier le type des antennes utilisées Ajouter une porteuse de 1.25 Mhz

Dans le cas où la solution choisie serait d’augmenter le nombre de BTS ou d’ajouter des

porteuses, le simulateur affichera le nombre de BTS ou de porteuses à ajouter pour arriver au

résultat voulu. Une fois la couverture et la capacité sont satisfaites, l’utilisateur dimensionne les autres

environnements de la zone et peut ensuite passer à la planification radio de la révision A.

III.2.2 Planification d’un réseau EV--DO Rev A

III.2.2.1 Le cahier de charge du simulateur La différence qui existe entre les deux processus de planification EV-DO révision 0 et révision A

provient directement des modifications apportées par la révision A sur la liaison montante et

l’introduction de la QoS. En effet la différentiation de services introduite par la version récente

de la norme (Rev A) permet d’offrir différents services avec des contraintes qui varient d’un

service à un autre. C’est pour cette raison que la spécification des paramètres de services fait partie du processus de

dimensionnement. Encore pour les résultats, de nouveaux paramètres seront calculés dans le cas

de la révision A à savoir le nombre de clients susceptibles d’être supportés par service et la bande

passante requise par service. III.2.2.2 Configuration et entrée des paramètres L’utilisateur commence par fixer le nombre d’abonnés EV-DO Rev A dans la zone à

dimensionner et passe par la suite à la spécification des paramètres des services offerts. Les servies offerts par le réseau sont :

Le service conversationnel avec des débits maximaux de 64 Kbits/s sur les liaisons

montante et descendante.

Le service haut débit avec des débits maximaux de 46 Kbits/s et 512 Kbits/s

respectivement sur les liaisons montante et descendante.

Le service Best Effort à faible débit sur les deux liaisons. L’utilisateur configure les modèles de trafics des services dans la zone donnée en précisant le

taux d’appel, la durée d’appel, le taux d’activité de la source et le taux d’activité pour chaque

service (Figure 3.9 (a)).

Figure 3.9 (a) (b) : Paramètres de services et débits offerts Ayant configuré les paramètres de services dans la zone à dimensionner, l’utilisateur sélectionne

dans l’interface de la figure 3.9 (b) les débits offerts par le réseau EV-DO dans cette zone. Pour

chaque débit, l’utilisateur spécifie un taux de pénétration et un taux de simultanéité. Ces deux

taux détermineront le nombre d’abonnés actifs dans l’heure chargée et serviront ainsi à calculer

le trafic maximal à garantir par le réseau d’accès.

Les mêmes paramètres d’entrés introduits pour le cas de la planification de la révision 0 aussi

introduits pour la planification de la révision A et les mêmes calculs effectués dans le cas de la

version 0 seront appliqués pour la révision A afin de déterminer le rayon de couverture et le

nombre de BTS nécessaires. La première étape serait de sélectionner, un par un, les

environnements à planifier. Une interface similaire à celle de la planification de la révision 0 permettra à l’utilisateur de

préciser les donnés des équipements utilisateur, fournisseur ainsi que le profil des utilisateurs

d’une part et de visualiser les résultats obtenus d’autre part. La vérification de la capacité est aussi nécessaire pour donner le nombre final de BTS à

utiliser.

III.2.2.3 Résultats De nouveaux paramètres sont calculés dans ce cas à savoir le nombre de clients et la bande

passante requise pour chaque service.

Figure 3.10 : Affichage des résultats

Le nombre de stations de base trouvé pour la planification de la révision 0 de la norme peut ne

pas suffire pour supporter l’introduction de la nouvelle révision, dans ce cas la mise à jour

logicielle ne suffira pas pour assurer la migration du réseau vers la révision A et l’ajout de

nouvelles stations de base serait nécessaire. La migration vers la révision A apportera un coût

supplémentaire, mais aussi permettra l’extension du réseau et l’offre de débits plus élevés pour

les services traités ainsi que la possibilité d’intégration et d’exploitation de nouveaux services.

L’évolution vers la révision A de la norme EV-DO prépare le terrain pour une migration du

réseau cœur vers une architecture IMS et nous mène au dimensionnement des entités de ce

réseau qui vont assurer le transport du trafic issu du réseau EV-DO déjà planifié ainsi que les

trafics des autres technologies que l’opérateur veut en faire bénéficier ses clients de la migration

vers l’IMS.

III.3 Dimensionnement du cœur de réseau IMS En se basant sur les méthodes de calcul élaborées dans le chapitre précédent, nous allons

développer un module qui permet de calculer le trafic à l’entrée d’un MGW et issu des

réseaux : EV-DO, EDGE, UMTS, GSM, ADSL et POTS, ainsi que de déterminer les charges

du MGCF et du CSCF les entités du plan contrôle de l’architecture IMS. Le trafic issu du

réseau EV-DO qu’on vient de planifier sera additionné aux trafics générés par les autres

technologies existantes et sera ensuite acheminé vers le MGW et transporté sur le réseau de

transport. Le dimensionnement du MGW ainsi que d’autres entités du réseau IMS s’avère

ainsi indispensable pour assurer l’acheminement du trafic généré par le réseau EV-DO.

III.3.1 Spécifications

Le tableau III.1 présente les paramètres d’entrée inputs)( ainsi que les résultats attendus (outputs) de la partie dimensionnement cœur de réseau de notre simulateur.

Inputs Outputs

Les paramètres généraux Trafic

Nombre d’abonnés fixes et mobiles Trafic généré par chaque service

ombre de zones dans le réseau à dimensionner Trafic total généré par zone

Caractérisation des différents modèles du trafic Equipements

Les paramètres de la zone Les équipements nécessaires pour la migration

Nombre d’abonnés fixes et mobiles vers un concept IMS.

Les technologies supportées Capacité du MGW

Taux d’activités des services Charge du MGCF et du CSCF

Les paramètres de la technologie Architecture

Nombre d’abonnés L’architecture finale du réseau IMS dans la

Services offerts zone dimensionnée.

Tableau 3.2: Paramètres du simulateur de la partie cœur du réseau Notre outil fournit une interface utilisateur simple pour l’aide au dimensionnement du réseau

cœur agrégeant un trafic issu de différentes technologies selon une architecture IMS. L’utilisateur

de l’outil suivra une démarche hiérarchique pour le dimensionnement de tout son réseau. Il doit

dans un premier temps définir les caractéristiques de son réseau à savoir le nombre d’abonnés

(fixe et mobile) et le nombre de zones à desservir. Dans une deuxième phase l’utilisateur sera

invité à déterminer les paramètres spécifiques des services qu’il offre sur son réseau. Ensuite il

doit spécifier les paramètres propres à chaque zone à commencer par les technologies actives

ainsi que le profile des utilisateurs et les caractéristiques des services. Enfin, il passe à la

caractérisation de quelques données relatives à la politique de l’opérateur (codeurs audio utilisés,

période de paquétisation…) afin de déterminer la capacité de commutation des MGWs, le trafic

total à écouler et la capacité des équipements du niveau contrôle (MGCF et CSCF). Ce module permet à un opérateur de fixer la plupart 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. Pour le

dimensionnement on va procéder à un approche par zone ce qui va permettre une grande

précision au niveau du dimensionnement.

III.3.2 Utilisation de l’outil III.3.2..11 Spécifications des paramètres généraux Les paramètres généraux du réseau sont déjà configurés pour la planification radio toutefois un

paramètre qui a été initié n’a pas été utilisé jusqu’ici sera nécessaire pour le dimensionnement

de la partie cœur du réseau. Ce paramètre est le nombre de domaines. Le réseau est découpé en domaines, où chaque domaine est définit comme étant l’ensemble de

MGWs contrôlés par le même MGCF. La division du réseau en domaines est faite de façon à avoir une charge équilibrée sur les

différents MGCFs utilisés. Le taux de routage inter-domaine représente le pourcentage de

trafic acheminé d’un domaine vers un autre. L’utilisateur commence par la configuration des modèles de trafics pour les différentes

technologies existantes dans la zone et les différents paramètres de ces technologies.

III.3.2.2 Configuration du réseau Dans la phase de configuration du réseau, l’utilisateur doit spécifier : Le modèle de trafic data du réseau d’accès. Les caractéristiques des différentes zones.

Figure 3.11 : Interface de configuration

Spécification du modèle de trafic A travers l’interface de la figure 3.12, l’utilisateur fixe les paramètres du modèle de trafic data

du réseau d’accès. Les paramètres à spécifier pour chaque type de service sont : le taux

d’appel/abonné, la durée d’un appel et le taux d’activité de la source.

Figure 3.12 : Modèles de trafic Pour un même service, la valeur d’un même paramètre peut changer d’une technologie à une

autre (EV-DO, EDGE, UMTS et ADSL). Ce modèle de trafic est commun pour l’ensemble des zones du réseau et va nous servir pour le

calcul du trafic data au niveau accès de chacune de ces zones.

Configuration des différentes zones du réseau Après avoir fixé le nombre d’abonnés mobile et le nombre d’abonnés fixe, l’utilisateur précise

les taux d’activités des services conversationnel, streaming et interactif et note les

technologies actives dans cette zone.

Figure 3.13 : Paramètres de la zone Pour chaque technologie active, l’utilisateur configure les paramètres spécifiques de chaque

technologie dans la zone étudiée. Pour la configuration des technologies en mode paquet : ADSL, EDGE et UMTS, (les

paramètres du réseau EV-DO étant déjà fixés pour planification radio), l’utilisateur de l’outil est

invité à fixer le pourcentage en nombre d’abonné, le taux de routage externe et les différents

débits disponibles ainsi que leurs taux de pénétration et de simultanéité correspondants dans une

interface similaire à celle de la figure 3.9 (b). En ce qui concerne les technologies en mode circuit GSM et POTS les donnés nécessaires sont

: Le nombre d’abonnés, le trafic moyen par utilisateur, le taux de routage externe, et le GoS. Le

trafic moyen par abonnés (en erlang) peut être déduit à partir du nombre de tentatives d’appel

par heure chargée et la durée moyenne d’un appel. Les valeurs de ces différents paramètres

seront saisis dans l’interface représentée par la figure 3.14 (a) et (b).

Figure 3.14 (a) (b) : Paramètres des technologies en mode circuit

Des interfaces pareilles sont configurées pour la technologie POTS. Comme on a vu dans le chapitre précédent le trafic en mode circuit doit être codé, paquetisé et

encapsulé ce qui va nécessiter la connaissance du codec, de la période de paquétisation et du

protocole de niveau liaison. Face à cette interface, l’utilisateur de l’outil est invité à fixer le type du codeur audio utilisé

dans le mode circuit (G.711, G.723 ou G.729). Le flux TDM audio va être traduit en un flux

RTP/UDP/IP, il est ainsi paquetisé et encapsulé niveau liaison. A travers cet outil, on laisse à

l’utilisateur le choix du protocole utilisé niveau liaison et de la période de paquétisation. Nous

allons définir dans ce qui suit les différents paramètres impliqués dans le calcul du trafic des

technologies en mode circuit.

† Les codecs audio Les codecs les plus utilisés pour la compression/décompression de la voix sur IP sont : ₃ G.711 offrant un débit de 64 Kbit/s ₃ G.723 offrant un débit de 6.3 et 5.3 Kbit/s ₃ G.729 offrant un débit de 8 Kbit/s Selon le débit généré par le codec et en tenant compte des différentes possibilités des périodes

de paquétisation, on peut obtenir la taille des données audio. Ces données audio vont subir des

encapsulations au niveau des différentes couches commençant par la couche transport jusqu’à

arriver à la couche liaison de données.

† Les encapsulations au niveau transport et réseau Les données audio de la couche application sont affectées au niveau de la couche transport

d’une entête RTP ayant une taille minimale de 12 octets, puis d’une entête UDP avec 8 octets

enfin la mise en paquet au niveau de la couche réseau ajoute 20 octets pour l’entête IP. Les 20

octets du protocole IP qu’on a considérés ne tiennent pas compte des champs Options et

Padding.

† Les protocoles utilisés au niveau de la couche liaison L’encapsulation doit tenir compte des différents protocoles en niveau de la couche liaison. La technologie Ethernet est la technologie la plus répondue dans les réseaux d’entreprises

(LAN). Pour le cas d’étude, on utilise généralement un codeur G.711 qui offre un débit de 64 Kb/s. Et

on va choisir l’Ethernet comme protocole du niveau liaison.

III.3.3 Résultats du dimensionnement Après avoir fixé 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. Ces résultats sont: Les nombres d’abonnés pour chaque technologie et chaque service Le trafic total pour chaque type de service Le trafic total acheminé par le MGW La charge du CSCF La charge du MGCF

L’utilisateur peut aussi obtenir les résultats pour chaque zone à travers l’interface des figures

3.15 et 3.16.

Figure 3.15 : Résultats par zone

Figure 3.16 : Les détails par zone Les charges des différentes entités dimensionnées peuvent être obtenues par zone. Ainsi

l’opérateur pourra déterminer avec précision les zones délicates de son réseau et sera capable

d’élaborer une stratégie optimale pour migrer vers une architecture IMS.

Conclusion Dans ce chapitre, nous avons présenté notre outil de planification radio d’un réseau EV-DO et de

dimensionnement d’un réseau IMS. Une description détaillée des modules de l’outil a été faite,

suivie d’une présentation des interfaces développées. Il a pour rôle d’automatiser la tâche de

planification du réseau EV-DO et le dimensionnement du cœur de réseau IMS d’un opérateur, et

précisément il permet de déterminer l’infrastructure nécessaire et d’évaluer la capacité des

équipements à déployer. Aussi modeste qu’il soit, cet outil présente deux avantages majeurs :

son extensibilité et sa facilité d’utilisation. Pour valider notre outil de dimensionnement, une étude de cas permettant le déploiement du

réseau EV-DO et l’introduction du concept IMS dans le réseau de Tunisie Télécom sera

développée dans le chapitre suivant.

Chapitre IV :

Etude de cas : Planification du réseau EV--DO et

dimensionnement du réseau IMS de Tunisie

Télécom

Introduction Pour valider notre outil de dimensionnement, nous allons procéder à une étude de cas pour le

réseau de l’opérateur Tunisie Télécom. Cette étude sera précédée par une étape de définition de

la stratégie de déploiement de l’EV-DO et de l’architecture IMS à adopter. En effet, cette étape

est très importante pour la spécification de la topologie du nouveau réseau, ce qui facilite la

tache de dimensionnement. Pour la planification du réseau EV-DO, une étude des données géographiques,

démographiques et économiques sera nécessaire pour déterminer les sites idéals pour le

déploiement du réseau.

Pour le cœur du réseau, l’architecture que nous avons adoptée repose sur le déploiement de 24

MGWs qui assurent la convergence niveau transport des réseaux fixe et mobile en

interconnectant les centres de transit régional du réseau fixe et les MSCs , les GGSNs, les

SGSNs, et les PDSNs du réseau mobile. Ces MGWs acheminent aussi le trafic data haut débit provenant des DSLAMs du réseau

ADSL.

IV.1 Etude de cas radio : dimensionnement du réseau EV--DODO de Tunisie Télécom La planification d’un réseau radio mobile nécessite la connaissance des caractéristiques du

terrain étudié à savoir le type de l’environnement radio ainsi que le nombre d’abonnés

potentiels qui dépend essentiellement du nombre d’habitants dans la zone. Le territoire Tunisien s’étend sur 163610 Km2 dont seulement 45,5% sont exploités. Parmi

cette surface exploitée, les terrains urbaines ne comptent que 8180 Km2, le reste est soit

suburbaines ou rurales. Le nombre d’habitants des zones urbaines est beaucoup plus important

que celui des autres environnements (65% de toute la population) [16].

Tableau 4.1 : Caractéristiques géographiques et démographiques de la Tunisie Les détails concernant la répartition des surfaces et les pourcentages des habitants dans chaque

environnement sont détaillés dans le tableau1 de l’Annexe (Tableau A.1). Nous avons ensuite

estimé le nombre des abonnés EV-DO pour chaque région (Annexe Tableau A.2) ainsi que les

paramètres de services EV-DO dans chaque gouvernorat (Annexe Tableau A.3).

IV.1.1 La solution proposée : Déployer le réseau CDMA EV-DO comme une alternative au réseau d’accès Internet haut débit

c’est à dire en tant que réseau d’accès ou en boucle locale permettant ainsi d’interconnecter les

différents points d’accès au niveau d’une ville tels que par exemple des hotspots Wi-Fi ou des

accès résidentiels ou en entreprise (équivalent à une connexion ADSL ou à une liaison

spécialisée). Donc les réseaux basés sur cette solution peuvent atteindre des régions non

couvertes par les services ADSL ou des régions où cette technologie n’est pas efficace (débits

faibles). Le choix de cette solution provient essentiellement des limites de la technologie ADSL en

terme de distance.

Figure 4.1 : Variation du débit de l’ADSL2+ en fonction de la distance La courbe du débit de l’ADSL en fonction de la distance montre que l'abonné doit être situé

relativement proche du central téléphonique (environ moins de 4-5 Km) dont il dépend pour

pouvoir bénéficier de la technologie ADSL. Les habitations les plus éloignées de leur central

téléphonique auront peu de chance d'avoir l'ADSL un jour. C'est le principal défaut de la

technologie ADSL [17]. Nous avons procédé à une étude pour identifier les sites où il serait adéquat de déployer le

réseau EV-DO et nous avons suivi les étapes suivantes : Choix des gouvernorats cibles pour le déploiement.

Choix des types de terrains. Calcul de la couverture assurée par l’ADSL dans ces zones.

Calcul de la surface restante et où l’EV-DO serait une alternative efficace pour les

abonnés exclus de l’ADSL. Dimensionnement du réseau EV-DO Rev 0 pour les sites choisis. Dimensionnement du réseau EV-DO Rev A pour les sites choisis.

IV.1.2 Choix des gouvernorats cibles pour le déploiement Nous avons choisi les gouvernorats suivant pour le déploiement du réseau EV-DO : Tunis,

Zagouhane, Ben Arous, Ariana, Mannouba, Bizerte, Nabeul, Sousse, Monastir, Sfax, Mednine

et Gabès. Notre choix a ciblé les gouvernorats ayant une clientèle potentielle importante ainsi

que des sites intéressants comme les pôles technologiques, les zones touristiques, les

universités, les aéroports….

IV.1.3 Choix des types de terrains Une étude économique que nous allons développer dans la section suivante nous a montré que,

pour un environnement urbain, la solution EV-DO est, en terme de coût, comparable à la

solution ADSL. Pour un environnement suburbain cette solution est plus économique que la

solution ADSL quand le niveau de la demande est assez important. Les zones rurales ne vont pas être prises en considération lors du dimensionnement de notre

réseau vu les pourcentages très faibles de clientèle cible. Toutefois notre simulateur donne la

possibilité de dimensionner les zones rurales ainsi l’opérateur pourra dimensionner ce type

d’environnement pour des zones présentant un niveau de demande intéressant. Le tableau 4.2 (a) résume les caractéristiques des zones qu’on va considérer pour notre étude.

Gouvernorat Surface (Km2)

Urbaine Suburbaine

Tunis 217 146

177 469

Ben Arous

101 458

Ariana

125 385

Mannouba

106 426

Bizerte

103 502

Nabeul

210 667

Sousse

114 335

Monastir

177 923

Sfax

109 527

Medenine

111 514

Gabes

Gouvernorat Nombre de DSLAMs Couverture ADSL

Urbain Suburbain Urbaine Suburbaine

Tunis 15 11 100% 100%

5 6 100% 75%

Ben Arous

5 8 100% 86%

Ariana

3 3 100% 48%

Mannouba

4 5 100% 70%

Bizerte

4 7 100% 80%

Nabeul

5 7 100% 64%

Sousse

2 1 100% 20%

Monastir

6 10 100% 65%

Sfax

2 3 100% 35%

Medenine

2 3 100% 34%

Gabes

Tableau 4.2 (a) (b) : Surface et couverture ADSL pour chaque gouvernorat

IV.1.4 Calcul de la couverture assurée par l’ADSL Il s’agit dans cette étape d’étudier les emplacements des DSLAMs introduits par Tunisie

Télécom pour les gouvernorats en question et de calculer ensuite les surfaces dont ces

DSLAMs assurent la couverture. Les surfaces restantes seront des cibles idéales pour le

déploiement de notre solution. Le rayon adopté comme distance maximale de l’abonné ADSL à son central téléphonique est R = 4 ,6 Km. Donc la surface géographique desservie par un DSLAM est CouvertureDSLAM R 2 60Km 2 . Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau.24 (b). A première vue on peut remarquer

que les zones urbaines de tous les gouvernorats étudiés sont couvertes par les services ADSL

toutefois les estimations prévoient une augmentation importante pour la demande aux services

internet haut débit ce qui rendra le nombre actuel de DSLAMs dans ces zones insuffisant pour

répondre à cette demande. On va envisager donc de dimensionner ces zones pour un éventuel

déploiement du réseau EV-DO. Pour les zones suburbaines nous allons nous limiter aux

régions exclues de la technologie ADSL avec l’option de l’extension pour une augmentation

des demandes des services haut débit.

IV.1.5 Calcul des surfaces de couverture du réseau EV--DODO Les surfaces à couvrir par le réseau EV-DO ainsi que les estimations des nombres d’abonnés

sont représentés dans le tableau suivant. Il est à noter que le nombre total d’abonnés EV-DO est

100 000 abonnés pour la révision 0 et 46 000 pour la révision A distribués comme le montre le

tableau 5.3 :

Gouvernorat Surface (Km2) Abonnés Rev0 Abonnés RevA

Urbaine Suburbaine Urbains Suburbains Urbains Suburbains

Tunis 217 146 10 000 10 000 5000 3000

Ben Arous 177 109 2 000 3 000 2000 1000

Ariana 101 60 5 000 5 000 2000 1000

Mannouba 125 200 2 000 3 000 2000 1000

Bizerte 106 126 2 000 4 000 2000 1000

Nabeul 103 100 3 000 6 000 2000 1000

Sousse 150 290 5 000 7 000 4000 2000

Monastir 70 270 2 000 3 000 2000 1000

Sfax 177 330 5 000 10 000 5000 3000

Medenine 109 347 3 000 4 000 2000 1000

Gabes 111 334 2 000 2 000 2000 1000

Tableau 4.3 : Donnés par gouvernorats du réseau EV-DO

IV.1.6 Dimensionnement du réseau EV--DO Rev 0

IV.1.6.1 Les hypothèses du dimensionnement : Le débit qu’on a fixé pour cette simulation est 512Kbits/s Les antennes utilisées sont trisectorielles. Les taux de pénétration et de simultanéité adoptés sont respectivement : 20% et 10%.

IV.1.6.2 Les résultats obtenus : Pour les zones urbaines les rayons de couvertures varient entre 1,9 et 2,19 Km. Pour les zones suburbaines les rayons varient entre 4,9 et 6,3 Km. Le nombre de stations de base nécessaire est présenté par le tableau 4.4 :

Gouvernorat Nombre de BTS Gouvernorat Porteuses à ajouter

Urbain Suburbain Urbain Suburbain

Tunis 24 21 Tunis 25 19

Ben Arous 15 6 Ben Arous 11 7

Ariana 12 11 Ariana 14 4

Mannouba 14 5 Mannouba 10 7

Bizerte 12 9 Bizerte 11 3

12

13

Nabeul

11

0

Nabeul

17

15

Sousse

18

16

Sousse

8

15

Monastir

8

15

Monastir

20

21

Sfax

28

21

Sfax

13

9

Medenine

12

3

Medenine

13

7

Gabes

10

4

Gabes

Tableau 4.4 : Résultats de la Rev 0 Tableau 4.5 : Résultats de la Rev A

Nous avons remarqué que le dimensionnement par couverture est suffisant pour la plupart des

gouvernorats (à l’exception de Tunis) donc le réseau dans cette configuration est capable de

supporter encore d’autres abonnés.

IV.1.7 Dimensionnement du réseau EV--DO Rev A

IV.1.7.1 Les hypothèses du dimensionnement : Les taux d’activité des services conversationnels, streaming, et interactif par gouvernorat

sont donnés par le tableau A.4 de l’annexe. Les paramètres des différents services sont donnés par le tableau 4.6 :

S-Conversationnel S-Streaming S-Interactif

Taux d’appel 0.8 ap/heure 3 ap/heure 0.85 ap/heure

150s

120s

3s

Durée d’appel

0.58

0.58

0.48

Activité de la source

Tableau 4.6 : Paramètres de services adoptés

IV.1.7.2 Les résultats du dimensionnement :: Le dimensionnement du réseau EV-DO Rev A montre quelle infrastructure nécessaire pour la

révision 0 sera suffisante pour assurer la couverture pour la révision A. Toutefois, pour

supporter les abonnés de la nouvelle version de la technologie décrits dans le tableau (toute en

continuant à servir les anciens abonnés de la révision 0) l’opérateur sera amené à ajouter de

nouvelles porteuses dont le nombre dépendra des profiles des utilisateurs dans chaque zone.

Les résultats obtenus sont représentés dans le tableau 4.5.

IV.2 Etude Economique

IV.2.1 Cas d’une zone suburbaine Nous avons choisi de faire une étude budgétaire pour comparer les deux solutions que

nous avons évoqué précédemment : solution EV-DO et solution ADSL. Nous avons choisi

la région d’El Kram pour effectuer cette comparaison. Les caractéristiques de la zone étudiée sont : Milieu suburbain Besoin en couverture : un rayon de 7 Km Capacité considérée 2000 lignes

Services offerts : Internet haut débit : 128, 256, 512 et 1024 Kbits/s avec les

pourcentages suivants: 50%, 30%, 15% et 5% d’abonnés. Les taux d’activité respectifs étant estimés à 10%,8%, 15% et 13%.

IV.2.1.1 Analyse des besoins EVEV--DODO Identifions les besoins en infrastructures :

Nous avons besoin d’un réseau CDMA1x EV-DO, Nous avons besoin d’un RAC Nous faisons recours à notre outil afin fixer le nombre de BTS nécessaires pour

couvrir cette zone en tenant compte des profiles des abonnés. Une plate forme d’accès au réseau IP : PDSN + AAA

Les différents paramètres utilisés dans le cas de cette étude (des équipements, des terminaux)

nous ont été fournis par l’équipementier Huawei qui déploie actuellement un réseau EV-DO

pour l’opérateur Tunisie Télécom dans le cadre d’un projet pilote dans des sites particuliers du

Grand Tunis. La fréquence utilisée est la 450 Mhz, Les pertes de pénétrations sont estimées à

20dB, les équipements du fournisseur sont de 30m d’hauteur et émettent à une puissance de

43dB et les antennes utilisées sont des antennes tri-sectorielles. Les résultats obtenus sont représentés par le graphe suivant :

Figure 4.2 : Rayon de couverture pour chaque débit Le rayon adopté pour le dimensionnement de cette zone est le plus petit c.à.d. 3,8 Km

garantissant la couverture avec tous les débits demandés par l’opérateur. Le nombre de stations

de base nécessaire est 4 stations de base type S111 (3secteurs/1 TRX par secteur).

IV.2.1.2 Analyse des coûts EV--DO : Le coût de l’infrastructure est estimé comme suit [18][19] : Une porteuse EV-DO coûte entre 7 000 et 10 000 dollars ainsi une station de base à

antennes trisectorielles coûtera entre 20 000 et 30 000 dollars. Le coût des pylônes, des équipements de transmission, et des équipements d’énergie ont

été estimés à 30% du coût des équipements. Les coûts des prestations, de test et de mise en service des équipements ont été estimés à

20% du coût des équipements.

La variation du coût d’installation de l’infrastructure EV-DO en fonction du nombre de lignes est représentée par la courbe suivante.

Figure 4.3 : Evolution du coût total de l’infrastructure CDMA EV-DO (Hors terminaux) Nous allons étudier l’évolution des coûts totaux de l’infrastructure en tenant compte des prix

des terminaux pour voir l’influence de ces paramètres. Il est à noter que les terminaux achetés

par l’opérateur seront remboursés en les vendant ou d’une façon plus rentable en les louant

aux abonnés.

Figure 4.4 : Evolution du coût total de l’infrastructure CDMA EV-DO (Avec terminaux)

On remarque : L’influence de la capacité sur le coût total de l’infrastructure. L’importance du poids du coût des terminaux CDMA dans le réseau.

Le prix unitaire d’un terminal CDMA EV-DO varie de 100 à 120 dollars. Pour une capacité de

2 000 lignes, le coût des terminaux représente environ 12% du coût total du réseau. Ce coût

atteint 40% du coût total du réseau pour une capacité de 6 000 lignes.

Figure 4.5 : Evolution du coût par ligne de l’infrastructure CDMA EV-DO (Avec terminaux) Le coût par ligne initial est important (environ 700 dollars pour un réseau de 1 000 lignes). Ce

coût diminue par la suite en fonction de la capacité du réseau pour atteindre environ 200 dollars

pour un réseau de 6 000 lignes.

IV.2.1.3 Coût de migration vers un réseau EV--DO révision A Situation initiale : réseau EV-DO révision 0 de capacité 2 000 lignes Nombre de lignes EV-DO Rev A à installer : 250 lignes (5% de la capacité) 100 lignes à 512Kbits/s, 100 lignes à 1Mbits/s et 5 0 lignes à 2Mbits/s Taux d’activités respectives : 20%, 12%, 14%.

Besoin en infrastructure : Le nombre de BTS calculé pour la révision 0 est satisfaisant pour la couverture de la

zone toutefois la capacité n’est pas assurée. Ajout de 1 TRX au niveau de chaque BTS Mise à jour matériel et logiciel des équipements radio Mise à jour logicielle du PDSN Ajout de 250 terminaux EV-DO Rev A

Coût total hors terminaux Coût total avec terminaux

Réseau EV-DO Rev 0 (2000 lignes) 600 000 840 000

Réseau EV-DO Rev 0 + Rev A 720 000 1 000 000

Tableau 4.7 : Coûts des réseaux EV-DO Rev 0 et A Le coût d’un terminal EV-DO Rev 0 est estimé à environ 100 dollars hors taxes et le terminal Rev A est estimé à 200 dollars. La migration vers la révision A va nécessiter une mise à jour logicielle et matérielle

(dans notre cas ajout de porteuses) estimée à 20% de l’investissement initial. L’introduction de la technologie EV-DO Rev A dans un réseau Rev 0 implique un coût

supplémentaire, par rapport au coût d’investissement initial d’environ 20%. Le coût d’une ligne additionnelle EV-DO Rev A (incluant le terminal) est estimé à

environ 760 dollars hors taxes. Pour une forte population EV-DO Rev A (6 000 abonnés), le coût d’une ligne descend

à 230 dollars. IV.2.1.4 Analyse des besoins ADSL : Nous supposons maintenant d’opter pour la deuxième solution qui consiste à étendre le réseau

filaire pour couvrir cette même zone et d’offrir les services haut débit à travers l’ADSL. Il

s’agit alors de calculer, comme pour le cas de l’EV -DO, le coût par ligne ADSL pour une

population de 2 000 jusqu’à 6 000 abonnés et de comparer les résultats. Nous procédons à un dimensionnement par couverture pour déterminer le nombre de DSLAMs

à déployer. La zone étudiée s’étend sur 150Km2 (rayon de 7 Km) et étant donné que le rayon de

couverture pour l’ADSL est de l’ord re de 4,6 Km, nous avons donc besoins de 2 DSLAMs. Ces

nouveaux sites seront connectés aux répartiteurs généraux les plus proches, pour ce faire, il

faudra assurer la mise en place de 18 Km de fils de cuivre (4,6 x 2 = 9 Km pour chaque

DSLAM).

IV.2.1.5 Analyse des coûts ADSL Le coût d’un accès ADSL est de 100 dollars donc un DSLAM à 1000 abonnés coûtera

100 x 1 000 = 100 000 dollars.

Le coût de génie civil nécessaire pour installer 1Km de fil est de l’ordre 20 000 dollars,

incluant le coût des équipements, des installations et des systèmes de gestion. Enfin 1 Km de fil de cuivre coûte 30 000 dollars.

Figure 4.6 : Evolution du coût total de l’infrastructure ADSL

On remarque que le coût de l’infrastructure augmente d’une façon quasi-linéaire en

fonction de la capacité. C’est dû à l’augmentation du coût du DSLAM avec le nombre de

lignes ainsi que la nécessité d’installer des nouvelles connexions en fil de cuivre.

Figure 4.7 : Evolution du coût par ligne de l’infrastructure ADS L

Le coût par ligne initial est de l’ordre de 600 dollars pour un réseau de 1 000 lignes. Ce coût

diminue par la suite en fonction de la capacité du réseau pour atteindre environ 400 dollars

pour un réseau de 6 000 lignes.

IV.2.1.6 Interprétations : On déduit que pour une capacité inférieure à 2 000abonnés, le coût par ligne ADSL est

inférieur à celui par ligne EV-DO.

Le déploiement du réseau EV-DO est plus rentable que la solution ADSL pour une population

importante (supérieure à 2 000 abonnés). Pour une capacité de 6 000 abonnés, l’EV-DO fait gagner 200 dollars par ligne ce qui

représente en total plus que 50% de l’investissement ADSL nécessaire pour cette population.

Nous proposons alors de déployer le réseau EV-DO dans les zones suburbaines à dense

demande de services haut débit et dépourvue de l’accès ADSL.

IV.2.2 Cas d’une zone urbaine

IV.2.2.1 Analyse des coûts Une étude similaire nous a montré que pour une zone urbaine le coût d’une ligne EV-DO

Rev0 est de l’ordre de 90 dollars avec un nombre d’abonnés 20 000 abonnés. Pour la révision A, le coût par ligne est 120 dollars pour un nombre d’abonnés de 10 000. Pour

un accès ADSL, étant donné que le réseau filaire est déjà installé, le coût par ligne est

équivalent au coût de la carte à ajouter dans le DSLAM c.à.d. 100 dollars. On en déduit que les

deux solutions sont comparables de point de vue économique. L’un des avantages les plus importants de la norme EV-DO est la compatibilité entre ses

différentes versions de point de vue infrastructure. En effet une simple mise à jour logicielle

permet de migrer de la révision 0 à la révision A et de la révision A à la révision B (dans le cas

de migration 0 à A on a besoin de nouvelles car tes dont le coût d’implémentation est faible).

La révision B de la norme EV-DO permet d’atteindre des débits de 46 Mbits/s en assignant

plusieurs porteuses à un seul utilisateur (jusqu’à 15 porteuses) et offre ainsi à l’opérateur la

possibilité d’intégrer des nouveaux services à haut débit ne pouvant pas être fournis avec les

révisions antérieurs (ex : Triple Play). L’UMB (Ultra Mobile Broadband), le nom commercial de la prochaine version du standard

EV-DO, nommée très exactement « CDMA2000 1xEV-DO Révision C », permettra des débits

de 280Mb/s. Évidemment, dans la téléphonie mobile, de tels taux de transferts ouvriraient de

vastes horizons en termes de possibilités. Elle propose également d’autres avantages.

L’utilisation des technologies MIMO et SDMA devrait par exemple renforcer sa couverture et

son efficacité. Cette norme devrait être finalisée dans le courant de l’année 2008, pour un début

de commercialisation en 2009. A travers ses différentes révisions, la norme EV-DO permet de suivre l’évolution de la

demande des services des utilisateurs du réseau. Il est toutefois primordial de rappeler que

l’accès ADSL est aussi en cours de développement et des nouvelles versions permettent

d’atteindre des débits assez importants ainsi une étude détaillée devra être effectuer pour

dégager la solution la plus adéquate sur le long terme.

IV.2.2.2 Interprétations : Dans le cas de notre étude la bande de fréquence adoptée pour le déploiement de l’EV-DO est

la 450 Mhz qui présente un inconvénient majeur du point de vue nombre de porteuses. En

effet, le nombre maximal de porteuses qui peuvent être exploitées par la même station de base

est 5 (problèmes de licences). Ainsi le débit maximal offert par la révision B dans cette bande

de fréquence est de l’ordre de 7 Mbits/s (1,7 Mbits/s par porteuse). Ce débit pourra être

suffisant pour répondre à la demande de plus en plus importante des services haut débit

seulement pour une période limitée. La longueur de cette période va dépendre de l’évolution

de la demande des services très gourmands en terme de bande passante (Triple play : 4Mbits/s)

ainsi que de la stratégie de l’opérateur. Nous proposons alors pour l’opérateur d’investir dans le déploiement du réseau EV-DO dans

les zones urbaines et d’évoluer d’une révision à une autre étant donné que les besoins actuels

(et futur pour une certaine période) ne dépasseront pas les limites de ce réseau. Une fois la demande des services très haut débit dépasse la capacité du réseau EV-DO installé,

l’opérateur optera pour le redéploiement de ces sites urbains dans des zones suburbaines ou

rurales dont la demande des services très haut débit est limitée. Enfin nous avons le résultat suivant : Pour un environnement urbain, la solution EV-DO est

en terme de coût comparable à la solution ADSL, et pour un environnement suburbain, la

solution EV-DO est plus économique que la solutionADSL quand le niveau de la demande

est assez dense.

IV.3 Etude de cas : dimensionnement du réseau IMS de Tunisie Télécom

IV.3.1 Réseau transport de Tunisie Télécom et architecture adoptée Tunisie Télécom dispose d’un réseau mobile contenan25 MSCs et un réseau fixe contenant

16 CTNs. La migration vers l’IMS du réseau mobile entraîne l’éclatement du MSC en MSC

server et MGW. Tandis que la migration du réseau fixe se base sur l’idée de remplacer ou de

faire migrer les CTNs en des MGWs. Cette stratégie va nécessiter en tout 41 MGWs et sera

de ce fait coûteuse et non optimale. Nous estimons que le déploiement d’un nombre de

MGWs très inférieur au nombre de MSCs va entraîner une surcharge sur ces équipements

alors on propose de faire l’étude en équipant chaque gouvernorat d’un MGW pour avoir enfin

un nombre de 24 MGWs à déployer.

Figure 4.8 : Réseau dorsal actuel de Tunisie Télécom L’architecture d’introduction de l’IMS que nous proposons adoptera une approche se reposant

sur 24 zones (24 gouvernorats) dotée chaqu’une d’un MGW. Ce choix facilitera la collecte des

donnés et les statistiques nécessaires pour avoir des résultats précis. Chaque MSC sera

connecté à un MGW et chaque CTN va être connecté au MGW (ou MGWs) le plus proche.

Pour le MGCF et le CSCF, on se propose de déployer 2 MGCFs et 2 CSCFs dans tout le

réseau de façon à équilibrer les charges entre les deux domaines. A travers cette simulation

nous allons déterminer la capacité demandée pour chaque MGW ainsi que pour les

équipements du niveau contrôle.

IV.3.2 Les paramètres généraux de dimensionnement Le nombre total d’abonnés ne sera pas le nombre actuel mais il va inclure les estimations pour

les éventuels abonnés EDGE, UMTS et EV-DO ainsi que les estimations des évolutions des

nombres d’abonnés GSM et ADSL. Ces estimations seront basées sur la stratégie de Tunisie

Télécom et sa tendance à étendre son réseau fixe et mobile. Vue que Tunisie Télécom a

tendance à étendre ses réseaux fixe et mobile, on a fixé le nombre d’abonnes mobiles à 5 000

000 et le nombre d’abonnés fixes à 3 000 000 bien que le nombre actuel est déjà inférieur du

fait que le déploiement de l’IMS n’est pas homogène dans tout le réseau, on va adopter une

approche par zone. Le territoire tunisien est décomposé en 24 zones chacune est gérée par un

MGW. Vue que chaque zone a ses propres caractéristiques (répartition des abonnés, taux

d’activité des services, répartition de trafic, etc. . .), l’approche par zone parait très intéressante.

Le découpage en domaines est aussi un paramètre important dans le choix de la stratégie de

déploiement d’un réseau IMS. Pour le cas du réseau de Tunisie Télécom nous proposons

d’adopter une architecture de migration qui se base sur deux domaines contrôlés chacun par un

MGCF dont notre tache serait de déterminer la capacité nécessaire. Le premier domaine contrôle les MGWs des zones suivantes : Tunis, Ben Arous, Zaghouan,

Ariana, Mannouba et Bizerte. Le deuxième regroupe les MGWs de : Nabeul, Béja, Jandouba,

Kef, Siliana, Kairouan, Keserine, Sousse, Monastir, Mahdia, Sfax, Sidi Bouzid, Médenine,

Gabès, Kbelli, Gafsa, Tataouine et Toseur. Le taux de routage inter-domaine est fixé à 50%.

IV.3.3 Répartition des abonnés par zone Le nombre d’abonnés fixe et mobile diffère d’une zone à une autre suivant sa nature (urbaine,

suburbaine, rurale,…). Les valeurs de ces paramètres sont approximées par l’opérateur Tunisie

Télécom et sont exprimées en pourcentage par rapport au nombre total d’abonnés fixes et

mobiles pour le futur réseau IMS de cet opérateur (Tableau A.2 annexe). De plus, la répartition des abonnés par technologie diffère suivant la zone. Par exemple, dans

notre stratégie, on a choisi de déployer l’UMTS uniquement dans les gouvernorats à haut

trafic : Tunis, Zaghouane, Ariana, Mannouba, Ben Arous, Bizerte, Nabeul, Sousse, Monastir

et Sfax. Ainsi, pour chaque zone, une étude approximative nous donne le pourcentage en

nombre d’abonnés GSM, EDGE et UMTS par rapport au nombre d’abonnés mobiles dans

cette zone, et le pourcentage en nombre d’abonnés POTS et ADSL par rapport au nombre

d’abonnés fixe. A partir des pourcentages, on calcule le nombre d’abonnés par zone et par technologie.

IV.3.4 Spécification des paramètres de la voix classique Le service de la voix classique est un service de base pour toutes les zones du réseau. Il

représente essentiellement le service de la téléphonie mobile GSM et le service téléphonique

analogique traditionnel POTS (Plain Old Telephone Service). Le dimensionnement du trafic

généré par ce service nécessite la connaissance de certains paramètres à savoir, le trafic moyen

par abonné (en erlang), la durée moyenne d’un appel (en seconde) et le taux de routage externe

de ce trafic.

Le trafic moyen par abonnés varie entre 0.09 et 0.12 Erlang/abonné pour le réseau fixe et entre 0.02 et 0.04 pour le réseau mobile.

La durée moyenne d’un appel est généralement égale à 150s. Plus de 60% du trafic dans chaque zone est destiné vers l’extérieur.

Le tableau A.3 de l’Annexe illustre les valeurs de chacune des zones avec plus de précision.

IV.3.5 Modèle de trafic data Le trafic du réseau d’accès est modélisé par type de service (conversationnel, streaming et

interactif) et par technologie (EV-DO, EDGE, UMTS et ADSL). Cette différentiation est très

importante du fait qu’elle permet le calcul du trafic avec une haute précision. Les paramètres

de chaque modèle sont indiqués dans le tableau A.4de l’Annexe. Pour faciliter la tache de dimensionnement, on va appliquer ces modèles pour toutes les zones

du réseau. On va juste différencier ces zones par le taux d’usage de chacun de ces services. En

effet, chaque zone dispose de ses propres taux d’activité des services puisque le comportement

des abonnés envers les services diffère d’une zone à une autre. Dans notre étude, on va utiliser

les taux du tableau IV de l’Annexe. On note aussi que chaque flux en mode paquet peut être

généré avec des différents débits. Généralement, les services EV-DO peuvent atteindre 3

Mbits/s, les débits des services EDGE ne dépassent pas 256 kbits/s. Les services de l’UMTS

peuvent atteindre un débit de 2 Mbits/s et ceux de l’ADSL peuvent atteindre un débit de 4

Mbits/s. Chaque groupe d’abonnés, dans une zone, utilisant le même débit dans une

technologie bien déterminée (EV-DO, EDGE, UMTS, ADSL) est caractérisé par un taux de

pénétration par rapport au nombre total d’abonnés utilisant la même technologie dans la zone

considérée et un taux de simultanéités. La valeur de ces deux derniers paramètres peut varier

d’une zone à une autre. Par exemple, on a plus tendance à utiliser des débits élevés dans une

zone industrielle que dans une zone rurale où les services conversationnels suffisent pour

répondre aux besoins des abonnés.

IV.3.6 Résultats et interprétations Les résultats généraux obtenus sont représentés dans l’interface de la figure 4.9. Les abonnés fixes (POTS et ADSL) et mobiles (EV-DO, GSM, EDGE et UMTS) génèrent un

trafic total de l’ordre de 286398061 Kb/s. Il est réparti entre les trois services de la manière

suivante : � Le service conversationnel : 245715096 Kb/s � Le service streaming : 28171864 Kb/s � Le service interactif : 12511101 Kb/s

Figure 4.9 : Résultats généraux

Concernant la répartition par technologie des abonnés, on a 146 000 abonnés EV-DO, 831440

abonnés EDGE, 4885025 abonnés GSM, 323052 abonnés MTS,U 2164744 abonnés POTS et

765120 abonnés ADSL. Cette répartition donne une idée sur la politique de l’opérateur qui

consiste à encourager les services data tout en gardant les services de la voix classique. Les résultats du dimensionnement sont regroupés dans le tableau suivant :

Zone Trafic Charge

Conversationnel Streaming Interactif MGW MGCF CSCF

Tunis 50470368 5762071 2747245 58979684 1452681 1087479

Zaghouane 15992192 1942286 858866 18793344 432267 542841

Ben Arous 15567922 1854565 1091066 18513553 255438 599761

Ariana 15444665 1729590 1205585 18379840 467905 620009

Mannouba 13400720 1864408 599415 15864543 452316 536231

Bizerte 14536238 2321091 599246 17456575 556678 323029

Nabeul 14088302 1615268 439337 16142907 544271 311020

Beja 4319504 176728 42220 4538452 44351 81500

4205907 4101870

Jendouba 3492892 84522 33018 3610432 71294 95030

Kef 3723303 115231 48960 3887494 88543 85518

Siliana 3631318 88364 46311 3765993 63487 95970

Sousse 22611118 3015201 1649563 27275882 1134678 792426

Monastir 10018773 1589700 288452 11896925 734421 333562

Mahdia 4428814 253691 62590 5745095 84333 265640

Kairouan 3995393 198443 57654 4251490 62115 154160

Kaserine 5783375 721665 242898 6747938 103229 146580

Sidi Bouzid 2398248 184412 70289 2652949 73440 173440

Sfax 25436874 3538359 2004168 30979401 1351320 951320

Gabes 2336376 282022 129706 2748104 124562 136500

Kbelli 2188896 153676 37753 2380325 88217 91960

Medenine 2259387 370834 80928 2711149 127711 102930

Tataouine 3744225 70991 85324 3900540 77435 462460

Toseur 2545321 123974 47753 2717048 54489 46280

Gfsa 2300872 114772 42754 2458398 81123 70540

4320397 3904318

Total 245715096 28171864 12511101 286398061

Charge finale du MGW : 286398061

CapacitéMGCF 1 : 6423350

CapacitéMGCF 2 : 6366105

CapacitéCSCF 1 : 6054029

CapacitéCSCF 2 : 5955253

Tableau 4.8 : Résultats du dimensionnement

Les capacités des MGWs à installer varient entre 60 Gigabits/s à Tunis et 5 Gigabits/s à

Sidi Bouzid. Afin de réduire l’encombrement du réseau (et probablement le coût de l’infrastructure),

on pourra envisager de regrouper, d’une façon optimale, plusieurs gouvernorats à faible

trafic sous un même MGW tout en tenant compte des coûts supplémentaires

d’interconnexion. On remarque que la distribution des charges des MGCFs et des CSCFs est équitable ce qui

confirme notre choix de début pour la division en domaines. Pour le premier domaine, on remarque, une concentration de trafic dans le gouvernorat de

Tunis (plus que 45% du trafic total). De plus cette zone renferme le plus grand nombre

d’abonnés (40% du nombre total d’abonnés). On peut donc envisager d’installer les

serveurs de la couche contrôle (MGCF et CSCF) dans cette zone. Pour le deuxième domaine, on remarque, une concentration de trafic dans le gouvernorat

de Sfax (plus que 30% du trafic total) et renferme le plus grand nombre d’abonnés (27%

du nombre total d’abonnés) de plus l’installation les serveurs de la couche contrôle dans

cette zone permettra de réduire le coût d’interconnexion entre les différents gouvernorats

de ce domaine. De même en ce qui concerne le réseau EV-DO, on pourra envisager d’installer un PDSN

dans la zone de Tunis et un autre à Sfax. Probablement l e besoin pour un troisième PDSN

à Sousse se fera rapidement sentir. En ce qui concerne les MGCFs et les CSCFs, ils

présentent respectivement une capacité de traitement de 6423350 BHCA et 6366105

BHCA pour les MGGFs et 6054029 BHCA et 5955253 BHCA pour le CSCFs. En cps (call

per second), ces capacités sont de l’ordre de 1784.26 cps et 1768.36 cps pour les MGCFs et

de 1681.67 cps et 1654.23 cps pour les CSCFs. L’importance des capacités de ces entités

permet une concentration de trafic de tout le réseau. En effet, ces composants seront en

commun entre les divers services offerts par l’opérateur dans chaque domaine, ce qui nous

permet de réduire le nombre d’équipements à déployer dans le réseau et oncd réduire le

coût de l’infrastructure à installer.

IV.4 Liste de recommandations Suivant les résultats obtenus lors de l’étape du dimensionnement, et en tenant compte des

hypothèses faites, notre opérateur historique pourra déployer le réseau EV-DO et migrer

vers le concept IMS en suivant plusieurs recommandations : Commencer par élaborer une étude économique détaillée pour comparer les différentes

solutions permettant d’offrir les services Internet haut débit. Etablir un ensemble de critères à vérifier pour identifier les sites cibles d’un déploiement

EV-DO en s’appuyant sur l’expérience des pays qui utilisent déjà ce réseau et ayant des

caractéristiques culturelles et économiques proches des nôtres (Egypte, Algérie, …). � Optimiser le déploiement du réseau en commençant par assurer la couverture des zones

urbaines et suburbaines à fort trafic des gouvernorats présentant des sites intéressants

pour l’installation du réseau. � Débuter avec le déploiement de la révision 0 de la norme EV-DO pour un nombre

limité de clients et renforcer la capacité du réseau au fur et à mesure que le nombre d’abonnés augmente.

� Envisager, en terme de ressources d’investissement, la migration du réseau vers la

révision A de la norme (et probablement vers la révision B plus tard). � Déployer un PDSN dans la zone Grand Tunis. Vu que cette configuration le permet,

on lui associe la charge de Bizerte, Nabeul et Béja. � Utiliser un PDSN en commun pour les autres gouvernorats. Selon l’évolution du

réseau et l’étude de rentabilité, l’opérateur ajoutera les PDSNs nécessaires. � Elaborer une stratégie de migration du réseau cœur la plus optimale possible en

choisissant avec précision l’emplacement des entités du réseau IMS. � Adopter une approche par zone qui facilitera la collecte et l’utilisation des donnés

statistiques nécessaires pour la planification radio et le dimensionnement du réseau cœur et va assurer plus de précision pour les résultats obtenus.

� Equiper le réseau EV-DO avec des PDSN intégrant la fonctionnalité de P-CSCF pour

réduire le trafic de signalisation et offrir plus de flexibilité de control et de gestion. � Equiper chaque zone par un MGW qui permet la convergence des réseaux fixe et

mobile niveau transport. Pour réduire les coûts de transmissions, placer les MGWs le plus près possible du

point de concentration des différents réseaux d’accès. � On peut mettre en commun certains MGWs entre deux ou trois zones pour des raisons

de sécurité en cas de la surcharge du réseau. � Installer les serveurs d’applications et le HSS de l’IMS dans la zone Grand Tunis. Vue

que cette zone est la plus dense en terme de population. De plus, elle est la plus active (environ 50% d’abonnés et 55 % du trafic).

Conclusion La planification d’un réseau d’accès EV-DO et le dimensionnement des réseaux IMS sont des

tâches délicates et complexes, surtout que ces technologies ne sont pas encore adoptées dans le

réseau Tunisien. 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. Il est aussi essentiel de développer une stratégie optimale de déploiement du réseau EV-DO et

une architecture adéquate pour l’introduction de l’IMS. En se basant sur des données statistiques de différentes natures (géographiques,

démographiques, économiques,…) nous avons étudié le cas de l’opérateur Tunisie Télécom à

travers une planification du réseau EV-DO avec ses deux révision 0 et A dans des sites précis

et nous avons dimensionné le réseau cœur IMS en partant d’un choix d’architecture pour

l’introduction de ce concept. A l’aide de notre out il, on a pu planifier un accès EV-DO de

Tunisie Télécom et de dimensionner le cœur de réseau de cet opérateur dans le cadre de sa

migration vers un concept tout IMS. L’analyse des résultats de dimensionnement obtenus nous

a permis de dégager une liste de recommandations à prendre en considération lors du

déploiement du réseau EV-DO et de l’implémentation de l’IMS. Ainsi, cette étude de cas simple et réelle nous a permis d’une part de valider notre outil de

dimensionnement, et d’autre part d’évaluer l’impact du déploiement du réseau EV-DO sur le

dimensionnement de l’IMS dans le réseau de Tunisie télécom. Certainement, Les résultats obtenus ne sont pas définitifs notamment on a négligé pas mal

d’aspects dans le processus du dimensionnement et dans le fonctionnement du réseau (La

mobilité des abonnés, la charge de signalisation, etc. . .).

Conclusion Générale Le besoin de plus en plus urgent de l’Internet mobile d’une part et des services multimédia

d’autre part, incite plusieurs opérateurs dans le monde à tester des solutions d’accès Internet

haut débit et à migrer leurs réseaux de transport vers des architectures évoluées. C’est dans ce

cadre que s’inscrit notre projet de fin d’études, dans lequel, nous avons proposé le réseau EV-

DO comme solution d’accès Internet mobile haut débit et on a adopté une architecture

d’introduction du concept IMS dans le réseau de télécommunication de Tunisie Télécom. EV-

DO est un réseau performant pour la transmission des donnés offrant des débits intéressants

allant jusqu’à 2.4567 Mbits/s pour la première version et ayant pour avantage majeur la

compatibilité entre les différentes révisions de la norme. En effet une simple mise à jour

logicielle et peut coûteuse permettra de migrer vers la révision A intégrant la QoS puis vers la

révision B permettant d’atteindre des débits de 27 Mbps et 46 Mbps sur la liaison montante et

descendante respectivement et sur une bande passante allant jusqu'à 20 MHz se composant de

15 porteuses de 1.25 MHz. Nous avons commencé par étudier la norme mobile EVDO,- ses principes de base, son

architecture, et son évolution. Nous avons aussi étudié le concept IMS, en présentant son

architecture et ses entités fonctionnelles. Ensuite, nous avons proposé un scénario de

déploiement et de la norme EV-DO dans le réseau de Tunisie Télécom en se basant sur des

données géographiques, démographiques, et économiques. Ce scénario consiste à déployer,

comme première étape, la révision 0 de la norme dans la bande de fréquence de 450 Mhz, dans

des sites particuliers du pays et migrer ensuite vers la révision A pour offrir des services à

valeur ajoutée en effectuant les extensions nécessaires du réseau pour supporter les nouveaux

abonnés potentiels. Tout d’abord, nous avons élaboré une étude économique afin de comparer la solution EV-DO et

la solution ADSL offrant de services haut débit, Nous avons déduit que EV-DO est plus

économique que l’ADSL pour les zones suburbaines à fort trafic et que ces deux solutions sont

comparables dans le cas d’une zone urbaine. Nous avons proposé alors de déployer le réseau

EV-DO dans les zones urbaines des gouvernorats que nous avons choisis pour notre étude de cas

ainsi que dans les zones suburbaines dépourvues de l’ADSL. Ensuite nous avons dimensionné ces zones en déterminant le nombre de stations de base

nécessaires pour le déploiement du réseau EV-DO, les paramètres utilisés pour notre étude

correspondent aux équipements de Huawei. Pour la migration vers la révision A, nous avons

calculé le nombre de porteuses à ajouter pour satisfaire les nouveaux abonnés. Dans une deuxième étape de notre étude, nous avons proposé une architecture d’introduction du

concept IMS dans le réseau transport de Tunisie Télécom. Nous avons adopté une solution

basée sur 24 MGWs assurant la convergence des réseaux fixe et mobile et sur 2 MGCFs et 2

CSCFs pour assurer le control des MGWs. Et pour évaluer notre solution, nous avons passé au

dimensionnement du futur réseau EV-DO dans le cadre d’une migration vers une architecture

IMS de cet opérateur historique. En effet, nous avons commencé par la modélisation ud réseau d’accès en mode paquet, qui

représente une étape indispensable pour le dimensionnement. Puis nous avons réalisé un outil

de dimensionnement et nous l’avons appliqué au cas de Tunisie Télécom en se basant sur la

connaissance et l’estimation de la répartition spatiale du trafic fixe et mobile et la répartition

géographique des abonnés. A travers les résultats obtenus, nous avons dégagé les capacités des différentes entités du réseau

IMS intervenant dans l’acheminement du trafic généré par les réseaux d’accès à savoir les

MGWs, les MGCFs et les CSCFs. Ces résultats nous on aussi servi pour déterminer

l’emplacement optimal des entités du niveau contrôle. A l’issu de cette étude nous avons proposé une liste de recommandations à suivre par Tunisie

Télécom lors du déploiement de l’EV-DO et de l’introduction du concept IMS. Elles consistent

essentiellement à commencer par le déploiement de la révision 0 de la norme EV-DO et de

migrer aux autres révisions à chaque fois que le réseau devient incapable de satisfaire les

demandes de plus en plus denses des services haut débit et à valeur ajoutée. Pour l’introduction

du concept IMS, nous avons proposé d’installer un MGW dans chaque gouvernorat et mettre

en commun certains MGWs pour des raisons de sécurité en cas de la surcharge du réseau. En

ce qui concerne l’emplacement des équipements centraux des architectures des réseaux EV-DO

et IMS, nous avons recommandé la zone du Grand Tunis étant donné qu’elle est la zone la plus

dense en terme de population et la plus active en terme de demande de services.

Bibliographie [1] InfoDev and Alcatel Joint Study: “Promoting Private Sector Investment and Innovation”. [2] Scott Baxter, ”Technical introduction to CDMA”, 2005. [3] Project, I. W., The book of visions 2000 - visions of the wireless world – an invitation to participate in the making of the future of wireless communications. [4] Vieri Vanghi, Aleksander Damnjanovic, B. V., The cdma2000 system for mobile communications, Prentice Hall Communications Engeneering and Emerging Technologies Series, 2004. [5] QUALCOMM, Inc: “1xEV: 1x Evolution IS-856 TIA/E IA Standard AirLink Overview”, November 7, 2001. [6] Samuel C.Yang,”3G CDMA2000 Wireless System Engineering”, Artech House 2004. [7]Qiang Wu, Eduardo Esteves, ”The CDMA2000 High Rat e Packet Data System”, Qualcomm 26 March 2002. [8] Eduardo Esteves, Mehmet I.Gurelli and Mingxi Fan, “Performance of Fixed wireless Access with CDMA2000 1xEV-DO”, 2001. [9] 3

rd Generation partnership Project 2 (3GPP2), “CDMA200 0 High rate Packet Data Air

Interface Specification”, Technical Report C.S20024 v2.0 October 2000. [10] Tomas Schwengher, Patrick Perini,”Wireless & Cellular Communications”, Spring 2006. [11] Richard Parry, “CDMA2000 1xEV-DO: A 3G Wireless Internet Access System”, IEEE Potentials, July 2002. [12] Simon ZNATY, Jean-Louis DAUPHIN, ‘‘IP Multimed ia Subsystem : Principes et Architecture’’, EFORT, 2005. http://www.efort.com [13] Sami Tabbane, “ Ingénierie des réseaux cellulaires”, Hermes Science Publication ,2002. [14] Huawei Technologies, “The Operator CDMA2000 1x EV-DO Wireless Broadband Network Planning Proposal”. [15] Toni Jawenski, « Traffic Analysis and design of wireless IP networks », Artech, 2003. [16] Institut National de la Statistiques, « Estimation 2006 » [17] Aglient Technologies, « Understanding DSLAM and BRAS Access Devices », June 2006. [18] Afef Alimi, “Les applications des réseaux d’accès large bande radio mobiles et fixes dans la région Arabe”, Juin 2006. [19] Airvana, “ Hight Speed Wireless Data : Bulding the Business Case”, November 2006.

Annexe : Tableaux

Surface Abonnés

Zone

Surface exploitée Urbaine Suburbaine Rurale Urbains Suburbains Ruraux

Tunis 320 68% 27% 5% 67% 25% 8%

Zaghouane 1268 8% 37% 55% 64% 29% 7%

BenArous 692 21% 55% 24% 67% 30% 3%

Ariana 461 22% 56% 22% 68% 27% 5%

Manouba 866 18% 33% 49% 66% 29% 5%

Bizerte 1185 9% 36% 55% 65% 15% 20%

Nabeul 1288 8% 39% 53% 62% 20% 18%

Beja 1858 19% 31% 50% 41% 21% 35%

Jendouba 1202 15% 26% 59% 42% 32% 46%

Kef 1965 13% 28% 59% 43% 33% 24%

Siliana 2169 12% 33% 55% 47% 34% 19%

Sousse 1631 20% 20% 28% 57% 25% 18%

Monastir 819 14% 41% 45% 42% 36% 22%

Mahdia 1966 19% 36% 45% 37% 39% 24%

Kairouan 3712 18% 32% 50% 32% 38% 30%

Kasserine 3545 5% 18% 54% 41% 34% 25%

SidiBouzid 2994 17% 31% 48% 36% 33% 31%

Sfax 3066 21% 33% 46% 37% 31% 32%

Gabès 4175 27% 22% 51% 39% 38% 23%

Kbelli 3084 18% 27% 55% 38% 39% 23%

Medenine 4588 13% 22% 65% 29% 35% 46%

Tataouine 3889 14% 21% 65% 34% 31% 35%

Tozeur 2719 11% 25% 64% 35% 32% 33%%

Gafsa 3990 9% 23% 68% 39% 39% 22%

Tableau A.1 : Données géographiques et démographiques

Tableau A.2 : Répartition des abonnés par gouvernorat

Tableau A.3 : Modèle de trafic des réseaux en mode circuit

Tableau A.4 : Taux d’activité des services par zone

A AAA: Authentification, Authorization, Accounting ADSL: Asymetric Digital Subscriber Line AS: Application Server

B BER: Bit Error Rate BPSK: Binary Phase Shift Keying BSC: Base Station Controller BTS: Base Transceiver Station

C CDMA: Code Division Multiple Access CDR: Call Detailed Record CSCF: Call Session Control Function

D DSC: Data Source Control DRC: Data Rate Control DSLAM: DSL Access Multiplexer

E EV-DO: Evolution Data Only

F FDD: Frequency Division Duplex FDMA: Frequency Division Multiple Access

H H-ARQ: Hybrid Automatic Repeat reQuest HLR: Home Location Registry HSS: Home Subscriber Server HA: Home Agent

I IMT: International Mobile Telecommunication IMS: IP Multimedia Subsystem ISUP: ISDN User Part ITU: Internation Telecommunication Union

M MAC: Medium Access Control MEGACO: MEdia GAteway COntrol MGW: Media Gateway MGC: Media Gateway Controller MGCF: Media Gateway Control Function MPLS: Multi Protocol Label Switching MRF: Multimedia resource function MRFC: Multimedia Resource Function Controller MSC: Mobile Switching Center

N NGN: Next Generation Protocol

P PCS: Personal Communication System

PCF: Packet Control Fonction PDSN: Packet Data Switching Node

Q QPSK: Quadrature Phase Shift Keeing

R RA: Reverse Activity RAB: Reverse Activity Bit RADIUS Remote Access Dial In User: Service RNC: Radio Network Controller RTC: Réseau Téléphonique Public RLP: Radio Link Protocol RRC: Reverse Rate Control RRI: Reverse Rate Indicator RPC: Reverse Power Control

S SIP: Session Initiation Protocol SNR: Signal to Noise Ratio SS7: Signalling System N°7

T TDM: Tim e Division Multiplexing TIA: Telecommunication Industry Association

U UE: User Equipment UIT: Union International des Télécommunications UMB: Ultra Mobile Broadband

V VLR: Visitor Location Register VoIP: Voice over IP

Documents

Etude et déploiement d’un réseau EV-DO dans un concept IMSgtel.pbworks.com/f/Chapitre+22_CDMA_et_Trafic_Reseau_Tunis_Telec… · du déploiement du réseau EV-DO et la migration