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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS Introduction 3 Chapitre I......................................................4 Architecture et services de UMTS................................4 1.1. Introduction............................................. 4 1.2. Les objectifs............................................ 4 1.3. La couverture de l’UMTS..................................5 1.4. Les fréquences........................................... 7 1.4.1 L’organisation fréquentielle :........................8 1.4.2 L’organisation temporelle :...........................8 1.5. Architecture du réseau UMTS..............................9 1.5.1 Architecture en point de vue physique.................9 1.5.2 Architecture en point de vue fonctionnel.............10 Chapitre 2.....................................................12 Le réseau cœur UMTS............................................12 2.1. Architecture du réseau cœur.............................12 2.1.1 Domaine à commutation de circuits....................13 2.1.2 Domaine à commutation de paquet :....................13 2.1.3 Les éléments communs.................................13 2.2.1 Le protocoles utilisées par le domaine CS :..........14 2.2.2 Le protocoles utilisées par le domaine PS :..........15 2.3 Evolution du réseau cœur UMTS release 99 vers le tout IP. 16 Chapitre 3.....................................................17 Le réseau d’accès UTRAN.......................................17 3.1 Architecture de l’UTRAN.................................17 3.1.1 Node B :............................................. 18 3.1.2 Le RNC (Radio Network Controller)..........................18 3.2 Macrodiversité en CDMA :.................................19 3.4 Interface radio de l’UTRAN...............................20 3.4.1 Les canaux...........................................21 3.4.2 Les interfaces logiques dans l’UTRAN.................25 CHAPITRE 4.....................................................28 Architecture et mécanisme de QoS de bout en bout dans le réseau UMTS...........................................................28 4.1 QoS dans les réseaux UMTS...............................29 4.1.1 Architecture de la QoS dans les réseaux UMTS.........29 4.1.2 Le service support UMTS..............................30 4.1.3 Les fonctions de gestion de QoS dans un réseau UMTS. .32 4.1.4 Les classes de QoS de l’UMTS.........................34 4.1.5 Les attributs de QoS du service support UMTS.........37 1

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Introduction 3Chapitre I..........................................................................................................................................4Architecture et services de UMTS...................................................................................................4

1.1. Introduction...........................................................................................................................41.2. Les objectifs...........................................................................................................................41.3. La couverture de l’UMTS.....................................................................................................51.4. Les fréquences.......................................................................................................................7

1.4.1 L’organisation fréquentielle :..........................................................................................81.4.2 L’organisation temporelle :.............................................................................................8

1.5. Architecture du réseau UMTS...............................................................................................91.5.1 Architecture en point de vue physique............................................................................91.5.2 Architecture en point de vue fonctionnel......................................................................10

Chapitre 2.......................................................................................................................................12Le réseau cœur UMTS....................................................................................................................12

2.1. Architecture du réseau cœur................................................................................................122.1.1 Domaine à commutation de circuits..............................................................................132.1.2 Domaine à commutation de paquet :.............................................................................132.1.3 Les éléments communs..................................................................................................132.2.1 Le protocoles utilisées par le domaine CS :..................................................................142.2.2 Le protocoles utilisées par le domaine PS :...................................................................15

2.3 Evolution du réseau cœur UMTS release 99 vers le tout IP.................................................16Chapitre 3.......................................................................................................................................17Le réseau d’accès UTRAN............................................................................................................17

3.1 Architecture de l’UTRAN...................................................................................................173.1.1 Node B :.........................................................................................................................183.1.2 Le RNC (Radio Network Controller)............................................................................18

3.2 Macrodiversité en CDMA :..................................................................................................193.4 Interface radio de l’UTRAN.................................................................................................20

3.4.1 Les canaux.....................................................................................................................213.4.2 Les interfaces logiques dans l’UTRAN.........................................................................25

CHAPITRE 4..................................................................................................................................28Architecture et mécanisme de QoS de bout en bout dans le réseau UMTS...................................28

4.1 QoS dans les réseaux UMTS...............................................................................................294.1.1 Architecture de la QoS dans les réseaux UMTS...........................................................294.1.2 Le service support UMTS.............................................................................................304.1.3 Les fonctions de gestion de QoS dans un réseau UMTS...............................................324.1.4 Les classes de QoS de l’UMTS.....................................................................................344.1.5 Les attributs de QoS du service support UMTS............................................................37

4.2 La QoS dans le réseau IP......................................................................................................384.2.1 Le modèle d’intégration des services IntServ...............................................................394.2.2 Le modèle de différenciation des services DiffServ.....................................................40

Chapitre 5.......................................................................................................................................41Intégration des réseaux UMTS /WLAN.......................................................................................41

5.1 Introduction..........................................................................................................................415.2 WLAN 802.11......................................................................................................................415.3 IP dans les réseaux 802.11 WLAN.......................................................................................425.4 Architecture d’intégration :..................................................................................................42

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

5.5 Modèle de Terminal :...........................................................................................................445.6 Réservation de ressource :....................................................................................................455.7 La mobilité et le handover....................................................................................................465.8 Conclusion :..........................................................................................................................47

Conclusion générale :.....................................................................................................................49RÉFÉRENCES...............................................................................................................................50

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Introduction

Le système de téléphonie cellulaire connaît un succès considérable, avec un nombre

d'abonnés sans cesse croissant, le premier système sans fil a été inventé par Bell System, aux

états unis, en 1940. Le 1er réseau cellulaire de type analogique, ayant pour nom AMPS

(Advanced mobile phone system) a été mis en place à Chicago dès 1978 suivis par le système

NMT (Nordic Mobile Telephone) en Europe en 1981, ces réseaux dit de première génération sont

caractérisé par une modulation analogique et une méthode accès FDMA (Frequency Division

Multiple Access).

Les réseaux de deuxième génération ont fait ses débuts dans les années 1990 tel que le

système GSM (Global System for Mobile) en Europe, le system PDC au Japon et le système IS-

95 au USA, ces systèmes sont caractérisés par des modulations numériques. Après les instances

de normalisation se sont ensuite tournées vers un système unique du troisième génération de la

téléphonie mobile, On peut définir la troisième génération comme un ensemble de technologies

développées dans le but de faire évoluer les systèmes cellulaires de deuxième génération au

niveau de la capacité et de la couverture ainsi que la qualité de service (QoS).

Dans le premier chapitre on définit l’architecture générale des réseaux UMTS ainsi que

ces objectifs. Tandis que dans le deuxième chapitre on décrit les différents éléments du réseau

cœur ainsi que leurs fonctionnalités. Après on dans le troisième chapitre aborde le réseau d’accès

UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network) qui représente la principale nouveauté par

apport aux réseaux de deuxième génération. Dans le chapitre quatre on introduit le support de

la qualité de service (QoS) dans les réseaux UMTS. Par la suite dans le chapitre cinq on aborde

une intégration des réseaux UMTS et WLAN (Wirless Local Area Network) et on fini par une

conclusion générale.

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Chapitre I

Architecture et services de UMTS

1.1. Introduction UMTS a été conçu comme le successeur de GSM et annonce le mouvement vers les

réseaux de télécommunication de 3ème génération (3G). UMTS (Universal Mobile

Télécommunications System) est une norme pour les télécommunications du « nouveau millénaire

» définie par la WARC (World Administrative Radio Conférence) de l’ITU (International

Télécommunications Institue). La technologie UMTS (dite technologie de 3e génération (3G))

représente l’évolution de la 2e génération vers la 3e génération, permettant de fournir aux

utilisateurs une meilleures qualité de service quant aux télécommunications, notamment en ce qui

concerne les services offerts et les vitesses de transfert. La WARC a, en fait, défini et normalisé

le standard IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000) dont fait partie la

technologie UMTS. Cette technologie est au point de convergence d’Internet, de la téléphonie

mobile et de la télévision.

1.2. Les objectifs Le plupart des systèmes de deuxième génération sont incompatibles entres eux au niveau

radio, par exemple entre le GSM et le PDC (Personal Digital Cellular) et le PHS (Personal

Handyphone System) utilisés principalement au Japon. En raison de ces incompatibilités, les

voyageurs tributaires de la norme de leur opérateur seront privés de leurs mobiles dans ces pays

là.

L'ITU a défini le concept d'IMT-2000, visant à rassembler les propositions des différents

organismes de normalisation et de parvenir ainsi à définir une norme internationale. Plusieurs

interfaces ont été envisagées, fondées sur la technologie CDMA (Code Division Multiple Access)

et TDMA (Time Division Multiple Access). Déployer une technologie coûte cher pour un

opérateur, et c’est dans cette optique que la définition de la 3G est placée sous la responsabilité

de l’ITU.

L’ITU a défini les vitesses de transmission suivantes pour l’UMTS

- 144 kbits/s en environnement extérieur,

- 384 kbits/s en environnement urbain extérieur,

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

- 2 Mbits/s proche de l'antenne d'émission de la cellule et en mobilité réduite.

Le déploiement demandera d’importants investissements, comme l’ont été ceux pour le réseau

2G. D’autre part, une compatibilité sera normalement assurée entre le GSM et l’UMTS.

1.3. La couverture de l’UMTSL’UMTS utilise des fréquences plus élevées que les mobiles de 2G : les cellules des

réseaux UMTS seront donc d'une taille proportionnellement plus petite. Dans un premier temps,

la couverture se fera, normalement, par zones non contiguës ; seules les villes et les centres

d’affaires seront équipés avec cette technologie, ceci en raison des contraintes liées à la taille des

cellules. L’UMTS se développera sous la forme d’îlots et se déploiera progressivement avec

l'installation de macro-cellules et des cellules rurales. Ainsi, si l’abonné sort de cet îlot, le réseau

conventionnel GSM prendra le relais.

L’ORNI (L’Ordonnance sur la protection contre le rayonnement non ionisant) a défini un

seuil limite pour la puissance d’émission de chaque antenne, de plus, les émetteurs devront être

capable de moduler leur puissance en fonction de la proximité du récepteur. Il faudra respecter

les valeurs fournies par cette ordonnance pour installer des antennes supplémentaires sur les

emplacements GSM :

Rayon des cellules (env.) Hauteur d'antenne (env.)

Pico-cellules 100 m A l'intérieur des immeubles

Micro-cellules 500 m 5 m au -dessus du sol

Macro-cellules 2 Km 3 m au-dessus des toits

Cellules rurales 8 Km 30 m au-dessus du sol

Pico-cellules

Environ 80 % des antennes seront des pico-cellules et des micro-cellules : le rayon de

service est de quelques dizaines de mètres. L’utilisateur pour bénéficier d’un taux de transfert de

2 Mbits/s ne pourra pas se déplacer à plus de 10 km/h. Ces pico-cellules constitueront les plus

grand nombre des cellules UMTS, et seront à la base du réseau (déployées surtout à l'intérieur

d'une même entreprise)

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Micro-cellules

A peines visibles, la puissance de ces antennes sera plus élevée, cependant une bonne

couverture ne pourra être assurée qu’avec le déploiement de macro-cellules. L’utilisateur pourra

encore bénéficier d’un taux de transfert de 2 Mbits/s en mobilité réduite et de 384 Kbits/ en

mobilité moyenne et une couverture de 500 m est simulée. Un peu plus puissantes que les

précédentes, ces cellules permettront de faire le lien entre les pico-cellules (pour passer d'un pâté

de maison à un autre)

Macro-cellules

Le rayon des cellules est augmenté mais le taux de transfert est aussi diminué en

conséquence. Le débit varie de 144 Kbits à 384 Kbits en fonction de la mobilité moyenne ou

élevée (vitesse maximale du client : 120Km/h, les macro-cellules seront utilisées au sein d'une

même localités reliant les micro-cellules).

Cellules rurales

Une antenne peut couvrir un rayon de 8 Km mais le débit s’en retrouvé réduit à 144 Kbits,

ces cellules serviront à relier les macro-cellules entre les localités.

Figure 1.1 Les environnements définis dans les réseaux UMTS

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

1.4. Les fréquencesLe WARC (World Administrative Radio Conférence) de l’ITU a défini les fréquences

autours de 2 GHz pour les communications terrestres et satellites WCDMA. Un système à

l’échelle mondiale nécessite des bandes de fréquences communes à tous les pays : cet objectif est

partiellement atteint. C’est le cas en Europe et au Japon, par contre aux USA et au Canada le

spectre est déjà utilisé pour les systèmes de 2 G. La figure (1.2) montre bien ce qu’il en est :

Chaque pays gère l’exploitation du spectre électromagnétique à l’aide d’une licence ; un certain

nombre de licences sont attribuées par pays, les opérateur intéressés par une certaine gamme de

fréquence doivent acheter à l’état un droit d’exploitation pour pouvoir utiliser ces fréquences.

Comme on l’a vu il n’y a pas si longtemps.

Figure 1.2 Spectre IMT 2000

Chaque pays gère l’exploitation du spectre électromagnétique à l’aide d’une licence, un

certain nombre de licences sont attribuées par pays, les opérateur intéressés par une certaine

gamme de fréquence doivent acheter à l’état un droit d’exploitation pour pouvoir utiliser ces

fréquences.

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

1.4.1 L’organisation fréquentielle :Les bandes de fréquences allouées pour l’IMT 2000 sont 1885-2025 MHz et 2110-2200

MHz.

L’UMTS propose la répartition suivante :

Figure 1. 3 : Utilisation de la Bande de Fréquences pour l’UMTS

La division duplex dans les bandes dites “appairées”, c’est à dire 2×60 MHz, est

fréquentielle. L’écart duplex vaut 190 MHz. On utilise dans ces bandes un accès WCDMA.

La division duplex dans les bandes dites “non appairées ”, c’est à dire 35 MHz et 15 MHz, est

temporelle. On utilise dans ces bandes un accès TD-CDMA. Les deux modes d’accès doivent être

harmonisés pour favoriser la réalisation de terminaux bi-modes TDD / FDD à bas coûts.

D’une manière générale, le mode FDD est bien adapté à tous les types de cellules, y compris aux

grandes cellules, mais n’est pas très souple pour gérer des trafics asymétriques. Quant au mode

TDD, il permet d’adapter le rapport de transmission montante/descendante en fonction de

l’asymétrie du trafic, mais exige une synchronisation des stations de base et n’est pas bien adapté

aux grandes cellules à cause des temps de garde trop importants.

Les deux bandes restantes sont réservées à la composante satellitaire de l’UMTS,

1.4.2 L’organisation temporelle : L’organisation temporelle de l’UMTS est basée sur une supertrame de 720 ms, comportant

elle-même 72 trames de 10 ms. Chaque trame de 10 ms est divisée en 15 slots de 667 µs.

Figure 1.4 : Structure de trame de l’UMTS

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

1.5. Architecture du réseau UMTS L’architecture générale d’un réseau UMTS est modélisée de deux point de vue : l’un

physique et l’autre fonctionnel.

Du point de vue physique, on utilise le concept de domaine pour parler des équipements qui

composent le réseau et la façons dont ils sont délimités, du point de vue fonctionnel on parle de

strate afin d’identifier les protocoles mis en œuvre dans ces domaines pour qu’ils puissent

communiquer entre eux.

1.5.1 Architecture en point de vue physique Le réseau UMTS est composé de trois domaines :

L’équipement usager (UE : User Equipment) c’est l’élément qui permet a l’abonné d’accéder au

réseau, en utilisant le canal de propagation radio comme interface.

L’équipement usager est composé de deux parties :

La première partie est l’équipement mobile (ME Mobile Equipment), qui prend en charge la

transmission radio de l’information et les procédures associées.

La deuxième partie est le module d’identité universel de l’abonner (USIM pour Universal

Subscriber Identity Module) qui contient toutes les données relatives.

Le réseau d’accès radio universel : Son rôle set la gestion de ressources radio, établissement, la

maintenance et la libération des canaux radio entre le terminal et le réseau cœur CN, il existe

deux types d’accès radio, le réseau terrestre d’accès radio UTRAN (Universal Terrestrial Radio

Access Network) et le réseau satellite d’accès radio SRAN (Satellite Radio Access Network)

Le réseau cœur (CN Core Network) : il prend en charge la connexion entre les différents réseaux

d’accès radio d’une part et le réseau UMTS et les autres réseaux externes d’autre part.

La figure 1.5 montre une architecture générale du réseau UMTS en utilisant le réseau d’accès

UTRAN

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Figure 1.5 : Architecture générale du réseau UMTS

1.5.2 Architecture en point de vue fonctionnel Du point de vue fonctionnel la norme UMTS a défini un découpage en strates, lesquelles

définissent la façon dont les trois domaines communiquent entre eux (figure 1.6)

Figure 1.6 : Le découpage en strates

1.5.2.1 Strate d’accès (AS Access Stratum) : regroupe toutes les fonction UMTS liées au réseau

d’accès tel que les fonctions de gestion des ressources radio et de handover.

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

La strate d’accès comprend les protocoles qui gèrent les services support qui convoient

l’information provenant de la strate non liée au réseau d’accès (NAS Non Access Stratum).

1.5.2.2 Strate de non accès (NAS Non Access Stratum) : regroupe l’ensemble de fonctions qui

permet l’échange d’information entre le mobile et le réseau cœur, indépendamment du réseau

d’accès radio, tel que les fonctions d’établissement d’appel qui correspond aux couches de

protocole CC (call control) pour appels circuits et SM (Session Management) pour appels paquets

et les fonctions de gestion de mobilité qui correspond aux protocole MM (Mobility Management)

pour appels circuits et GMM (GPRS Mobility Management) pour appels paquet.

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Chapitre 2

Le réseau cœur UMTSLe réseau cœur (CN Core Network) est la partie du système UMTS chargée de la gestion

des services souscrits par l’abonné. Il permet a celui-ci de communiquer a l’intérieur d’un même

réseau de téléphonie mobile et assure l’interconnections de ce dernier avec des réseaux externes,

fixes ou mobiles, numérique ou analogique. Il fournit enfin des logiciels qui permettent de

maintenir la communication tout en garantissant la sécurité des échanges.

2.1. Architecture du réseau cœur Les éléments du réseau cœur sont répartis en trois groupes, le premier groupe est celui des

éléments du domaine de commutation de circuit ; le deuxième est celui des élément du domaine

de commutation du paquet et le troisième celui des élément commun entre le domaine de

commutation de circuit et du commutation de paquet, (La figure 2.1).

Figure 2.1 : Architecture du réseau cœur

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

2.1.1 Domaine à commutation de circuits 

Ce domaine assure la connexion à un réseau RNIS (réseau numérique a intégration de

service) et le réseau RTC (réseau téléphonique commuté), il es composé des élément suivant :

Le MSC : (Mobile Switching Center) est un commutateur qui assure l’interface avec le

réseau cœur pour un mobile accédant aux services a commutation de circuit. Le MSC gère dans

un domaine de commutation de circuit, la procédure d’attachement des abonnées, leur

authentification, et la mise a jour de leur position dans le réseau et la sécurisation de l’accès au

système.

Le VLR (Visitor Location Register) constitue une base de données dans la quelle sont

enregistrées des informations sur la position de l’abonné et son déplacement dans la zone de

localisation reliée à un ou plusieurs MSC.

GMSC (Gateway MSC) est l’un des MSC du réseau qui assure l’interface avec les réseaux

externes à commutation de circuits RTC ou RNIS.

2.1.2 Domaine à commutation de paquet :Ce domaine assure le transfert des paquets vers le réseau IP, il est composé des éléments

suivants :

SGSN (Serving GPRS Support Node) : il joue le rôle d’un MSC/VLR pour le domaine de

commutation de paquet, il assure principalement les procédures de routage et de transfert des

données, les procédures d’attachement, de détachement, de localisation et les procédures

d’authentification.

GGSN (Gateway GPRS Support Node) : c’est une passerelle vers les réseaux externes tel que

Internet.

2.1.3 Les éléments communs Ce sont des éléments partagés par le domaine de commutation de paquet et le domaine de

commutation de circuit, ces éléments sont :

HLR (Home Location Register): est une base de données qui contient toutes les informations

relatives aux abonnées. Pour chaque abonné le HLR mémorise ces informations de souscription,

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

son identité IMSI (International Mobile Station Identity) et son numéro d’appel MSISDN

(Mobile Station International ISDN Number)

EIR (Equipment Identity Register): est une base de données contenant la liste des mobiles

interdits.

AuC (Authentication center): il contient des paramètres utilisés pour la gestion de la sécurité de

l’accès au system, il contient pour chaque abonné une clef d’identification pour lui permettre

D’assurer les fonctions d’authentification et de chiffrement.

2.2 Les protocoles utilisées par le réseau cœur

Dans l’architecture du domaine CS et du domaine PS de l’UMTS, on fait la distinction

entre le « plan de contrôle » et le « plan usager ». Le premier est aussi appelé plan de commande

ou de signalisation. Par le plan usager transitent les données générées de l’application telles que

la parole, la vidéo, les messages courts.

Les échanges des informations entre les éléments du réseau cœur et entre ce dernier et les réseaux

externes respectent une série des règles appelées protocoles qui permettent de mettre en place un

nombre de procédures pour permettre d’établissement et le maintien d’une communication.

2.2.1 Le protocoles utilisées par le domaine CS : La figure (2.2) présente la structure en couches du réseau UMTS pour les appels circuit.

La partie commutation de circuit CS du réseau cœur utilise le protocole de signalisation MAP

(Mobile Application Part) qui est basée sur des couches de transport héritées des réseaux de

téléphonie fixe SS7 ( Signalling System n 7) : MTP, SCCP et TCAP

MTP (Message Transfert Part) est une couche de protocole assurant le transfert fiable des

informations des messages de signalisation des couches supérieures.

SCCP (Signalling Connection Control Part) permet, par l’utilisation d’un system d’adressage

global, l’échange de la signalisation au niveau international, par exemple entre deux réseaux

différents.

TCAP (Transaction Capability Application Part) est un protocole qui permet de gérer les

transactions entre deux nœuds du réseau, indépendamment de la couche supérieure (MAP).

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Figure 2.2  Les protocoles utilisés par le domaine CS 

2.2.2 Les protocoles utilisées par le domaine PS :Le protocole GTP (GPRS Tunnel Protocol) fait partie à la fois de la pile protocolaire du

plan usager et du plan de contrôle. Dans le plan usager UMTS, il est désigné par « GTP-U ».

pour le transport des paquets, GTP s’appuie sur les protocoles TCP( Transport Control Protocol)

pour un transport fiable ou UDP ( User Datagram Protocol) pour un transport non fiable, et sur

le protocole IP pour le routage des paquets (IPv4 ou IPv6).

Le GTP joue un rôle semblable à celui de MAP dans le domaine CS.

Figure 2.3  Les protocoles utilisés par le domaine CS 

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

2.3 Evolution du réseau cœur UMTS release 99 vers le tout IPLa solution envisagée pour les phases futures de l’UMTS consiste à faire évoluer son

architecture pour développer, un réseau s’appuyant entièrement sur le protocole IP. Dans cette

architecture, plus besoin de réaliser la distinction des domaines de commutation de circuit et de

commutation de paquet par ce que les services temps réel et non temps réel seront traités

simultanément en tant que services multimédias IP. La principale innovation de la release 5 et 6

apportée à l’architecture du réseau cœur UMTS de la release 99 est l’introduction d’un nouveau

sous-système permettant de connecter le domaine PS à des réseaux IP proposant des services

multimédias. Ce sous-système est appelé sous-système multimédia IP (IMS pour IP multimedia

sub-system) [1]. L’IMS représente un pas décisif vers un réseau cœur tout IP car même le service

de téléphonie desservi par le domaine de commutation de circuit CS peut être servi par ce sous-

système suivant l’approche VoIP (voix sur IP). Dans l’IMS l’appelant signale à son

correspondant sont souhait d’établir un appel multimédia, avec ou sans contraintes temps réel , à

l’aide de SIP  ( Session Initiation Protocol ) qui est un protocole de signalisation proposé par

l’IETF(Internet Engineering Task Force ) [10].

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Chapitre 3

Le réseau d’accès UTRAN

Lorsqu’on compare un réseau GSM avec un réseau UMTS, le réseau d’accès radio

universel désigné par le sigle UTRAN représente la principale innovation. L’ UTRAN est en

charge du contrôle et de la gestion des ressources radio et permet l’échange d’informations

(données et signalisation) entre le terminal mobile et le réseau cœur.

3.1 Architecture de l’UTRAN L’architecture globale de l’UTRAN est présentée dans la figure 3.1

Figure 3.1 Architecture global de l’UTRANLe réseau UTRAN est composé d’un ensemble de RNS (Radio Network Subsystem) reliés au

réseau cœur à travers l’interface Iu. Chaque RNS est constitué d’un contrôleur du réseau radio

(RNC pour Radio Network Controller) et d’un ou plusieurs Node B (station de base) qu’il

contrôle via l’interface « Iub ».

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

3.1.1 Node B : Le Node B de l’UTRAN est équivalent à la BTS des réseaux GSM, son rôle principal est

d’assurer les fonctions de réception et de transmission radio pour une ou plusieurs cellules de

l’UTRAN

La norme UTRAN a spécifié un model logique du Node B (Figure 3.2)

Figure 3.2 Modèle logique du Node BCe modèle logique est composé des éléments suivants

Les contextes de communication qui représentent les ressources dédiées aux usagers du réseau

supportés par le Node B, le contexte de communication comprend un ou plusieurs canaux de

transport dédiés (DCH) ou commun(DSCH)

Chaque Node B doit supporter un certain nombre des canaux de transport communs (RACH,

FACH, PCH)

Le Node B Control Port est utilisé par le CRNC pour effectuer la configuration et l’initialisation

des ressources supportées par Node B

3.1.2 Le RNC (Radio Network Controller) Le RNC de l’UTRAN est équivalent à un BSC (base station controller) des réseaux GSM.

Il assure principalement le routage des communications entre les Nodes B et le réseau cœur d’une

part et le contrôle et la supervision du Node B d’autre part.

Dans le cas ou une connexion entre un mobile et l’UTRAN utilise les ressources de plusieurs

RNS, les RNC impliqués dans cette connexion auront les rôles logiques suivants :

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

SRNC (Serving RNC) : représente pour un mobile le RNC qui gère a la fois l’interface Iu avec le

réseau cœur et la signalisation RANAP (RAN Application part).

D-RNC (Drift RNC) : il achemine les flux des données et des signalisations du S-RNC vers le

Node B et vice versa

3.2 Macrodiversité en CDMA :Dans un réseau UMTS, la couverture est assurée par des Nodes B différents.

Lorsque le mobile est en communication avec un Node B, qu'il se déplace et qu'un autre Node B

prend le relais, on dit qu'une procédure de handover a lieu.

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 de base

différente. C'est le cas dans la plupart des systèmes basés 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. L'état où un mobile est en liaison avec deux stations de base ou plus est appelé

macrodiversite.

Figure 3.3 macrodiversité et soft handover

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

3.4 Interface radio de l’UTRANLa figure (3.4) présente l’architecture en couches de l’interface radio de l’UTRAN. Cette

interface s’applique au trois premières couches du modèle OSI.

Figure 3.4 structure en couche de l’interface radio de l’UTRAN

La première couche (couche physique) elle réalise les fonctions de codage de canal,

entrelacement et la modulation.

La couche 2 contient les protocoles qui assurent le transport fiable des données comme les

protocoles PDCP, RLC, MAC et BMC

La couche RLC (Radio Link Control) réalise les fonctions de segmentation des paquets en des

unités de tailles prédéterminées par la couche RRC

La couche RRC (Radio Resource Control) gère la signalisation de connexion radio entre le

mobile et l’UTRAN, établissement, libération et reconfiguration.

La couche MAC (Medium Access Control) réalise les fonctions de multiplexage des données sur

les canaux de transport.

La couche PDCP (Paquet Data Convergence Protocol) à deux fonctions principales, la première

est d’assuré l’indépendance des protocoles radio de l’UTRAN(en particulier les couches RLC et

20

Page 21: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

MAC), et la deuxième est la compression de l’entête du paquet de donnée pour permettre un

usage plus efficace de ressource radio

3.4.1 Les canaux La norme UMTS a spécifié une grande variété des canaux de communication [4] répartis

en trois grandes classes : les canaux logiques, les canaux de transport et les canaux physiques, ces

différent canaux ont été crées pour garantir l’indépendance entre les différents niveaux

fonctionnels.

3.4.1.1 Les canaux logiques :

Correspondent aux différents types d’informations véhiculés par les protocoles radio de

l’UTRAN. Les canaux radio sont répartis en deux groupes les canaux logiques de contrôle

utilisés pour véhiculer les informations du plan de contrôle et les canaux logiques de trafic, qui

véhiculent les informations du plan usager.

Les canaux logiques de contrôle  

BCCH (Broadcast Control Channel) utilisé pour diffusion d’informations de contrôle tel que les

informations qui permettent à un mobile en veille d’accéder au réseau.

CCCH (Common Control Channel) utilisé au tout début de l’établissement de la communication

pour l’échange des premiers messages de signalisation entre le mobile et le réseau.

DCCH (Dedicated Control Channel) utilisé pour envoyer ou recevoir des informations de

contrôle d’un mobile connecté au réseau, tel que la signalisation de la couche RRC de l’UTRAN

et les couches MM,CC GMM et SM du réseau cœur.

Les canaux logiques de trafic

DTCH (Dedicated Traffic Channel) utilisé pour échanger des données usager avec un mobile

connecté au réseau.

CTCH (Common Traffic Channel) est un canal unidirectionnel utilisé par le réseau pour envoyer

des données usager à un groupe de mobiles.

3.4.1.2 Les canaux de transport :

Canal de transport dédié : Il existe un seul canal de transport dédié. Il est noté

DCH (Dedicated channel) dans les spécifications de la série 25 de I’UTRA. Ce

canal de transport dédié véhicule toutes les informations provenant des

couches situées au-dessus de la couche physique et destinées à un

21

Page 22: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

utilisateur donné. Cela inclut aussi bien les données correspondant au service

utilisé que des informations de contrôle issues des couches hautes. La nature

des informations transmises n’est pas visible au niveau de la couche

physique. Les données utilisateur et les données de contrôle ont ainsi traité

exactement de la même manière. Naturellement, les paramètres de la

couche physique établis par I’UTRAN peuvent varier pour les données

utilisateur ou pour les informations de contrôle.

Le canal de trafic TRCH (Traffic Channel) et le canal associé de contrôle ACCH

(Associated

Control Channel), utilisés en GSM, n’existent pas dans la couche physique de

I’UTRA. Le canal de transport dédié véhicule depuis le terminal à la fois les

données de service, comme les trames de voix, et les informations de

contrôle, comme les commandes de handovers et les remontées de mesures.

En WCDMA, un canal séparé de transport n’est pas nécessaire du fait de la

capacité du système à supporter des débits variables et un multiplexage des

services.

Canaux de transport communs : Six types des canaux de transport communs ont

été définis pour 1’UTRA. Ils présentent peu de différences par rapport à ceux

définis pour les systèmes de deuxième génération. Notons que les canaux

communs ne supportent pas le soft handover et que certains d’entre eux

peuvent supporter le contrôle de puissance

Broadcast Channel : Le canal BCH (Broadcast Channe/) ou canal de diffusion est

un canal de transport utilisé pour transmettre des informations spécifiques

au réseau d’accès ou à une cellule donnée. Les données les plus

fréquemment nécessaires dans tout type de réseau mobile sont les codes

d’accès aléatoires disponibles ou les slots d’accès disponibles au niveau de la

cellule, ou encore, les méthodes de diversité en transmission utilisées avec

d’autres canaux pour une cellule donnée. Le terminal ne peut pas s’inscrire

dans une cellule s’il n’a pas la possibilité de décoder ce canal broadcast.

C’est pour cela que la puissance de ce canal est généralement élevée afin

qu’il puisse être capté par l’ensemble des utilisateurs de la cellule.

22

Page 23: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Forward Access Channel : Le canal FACH (Forward Access Channel) est un canal

de transport du sens descendant qui véhicule des informations de contrôle

aux terminaux localisés dans une cellule donnée. C’est par exemple le cas

après qu’un message de demande d’accès aléatoire (Random Access) a été

reçu, de la part d’un terminal, par la station de base. Il est également

possible de transmettre des données par paquet sur le canal FACH. Il peut y

avoir plus d’un canal FACH par cellule. Un des canaux FACH doit cependant

avoir un débit relativement faible afin qu’il puisse être reçu par l’ensemble

des utilisateurs de la cellule. Lorsqu’il y a plus d’un canal FACH par cellule,

les canaux FACH supplémentaires peuvent avoir un débit plus élevé. Le canal

FACH n’utilise pas le contrôle de puissance et les messages transmis doivent

comprendre des informations d’identification afin d’assurer leur correcte

réception.

Paging Channel : Le canal PCH (Paging Channel) est également un canal de

transport du sens descendant assurant le transport des informations

nécessaires à la procédure de paging lorsque le réseau souhaite initier une

communication avec un terminal. Le plus simple exemple est le cas d’un

appel voix vers un terminal le réseau transmet alors un message de paging

grâce au canal PCH sur toutes les cellules de la zone de localisation où est

sensé se trouver le terminal que le réseau d’accès souhaite joindre. Ce

message de paging est alors transmis sur une ou plusieurs cellules, selon la

configuration du système et celle des zones de localisation. Les terminaux

doivent bien évidemment pouvoir recevoir l’information de paging dans toute

la cellule. Notons que la configuration du canal de paging affecte directement

la consommation d’énergie des terminaux en mode veille. Moins le récepteur

du terminal a à écouter le canal PCH pour savoir si un message de paging lui

est destiné, plus la batterie du terminal aura une durée de vie importante en

mode veille.

Random Access Channel : Le canal RACH (Random Access Channel) est un canal

de transport du sens montant qui est utilisé pour transporter des

informations de contrôle provenant du terminal, telles que les demandes

23

Page 24: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

d’établissement de connexion. Il peut être utilisé également pour transmettre

une faible quantité de données par paquet du terminal vers le réseau. Pour

un fonctionnement correct, le canal RACH doit bien évidemment être reçu

par la station de base quelle que soit la localisation du terminal dans la

cellule, cela implique que le débit utilisé sur ce canal doit être suffisamment

faible, du moins pour les premières procédures d’accès et de contrôle.

Common Packet Channel : Le canal CPCH (Common Packet Channel) est une

extension du canal RACH qui permet de transmettre des données utilisateur

par paquet dans le sens montant. Le canal correspondant sur le sens

descendant est le canal FACH. Au niveau de la couche physique, la principale

différence qui réside entre les canaux CPCH et RACH est que le premier

utilise le contrôle de puissance, un mécanisme de détection de collision ainsi

qu’une procédure de gestion d’état CPCH. La transmission sur le canal CPCH

peut être maintenue sur un grand nombre de trames alors que celle

s’appuyant sur le canal RACH ne peut excéder une ou deux trames.

Downlink Shared Channel : Le canal DSCH (Downlink Shared Channel) est un

canal de transport du sens descendant permettant de transporter des

informations utilisateur ou des informations de contrôle dédiées. Il peut

cependant être partagé par plusieurs utilisateurs. A certains égards, ce canal

est similaire au canal FACH, mais le canal DSCH utilise le contrôle de

puissance aussi bien qu’un débit qui peut varier d’une trame à l’autre. Le

canal DSCH peut ne pas être reçu dans toute la cellule et peut utiliser les

différentes méthodes de diversité de transmission utilisées par le canal

associé DCH. Le canal DSCH est toujours associé à un canal DCH du sens

descendant.

Canaux de transports nécessaires : Les canaux RACH, FACH et PCH sont les trois

canaux communs de transport nécessaires au bon fonctionnement du

système. L’utilisation des canaux DSCH et CPCH reste, quant à elle,

optionnelle.

24

Page 25: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

3.4.1.3Correspondance des canaux de transport et des canaux physiques

Les différents canaux de transport que nous venons d’aborder

s’appuient sur différents canaux physiques. La correspondance entre ces

canaux de transport et canaux physiques est donnée dans la Figure 3.5.

Figure 3.5 : Correspondance des canaux de transport et des canaux physiquesEn plus des canaux de transport introduits plus haut, il existe des canaux physiques qui ne

véhiculent que des informations propres aux procédures de la couche physique. Il s’agit des

canaux SCH (Synchronisation Channel), CPICH (Common Pitot Channel) et AICH

(Acquisition Indication Channel) qui ne sont pas visibles du point de vue des couches hautes mais

qui sont cependant nécessaires au système et doivent être transmis par chaque station de base.

Les autres canaux, CSICH (CPCH Status Indication Channel) et CD/CA-ICH (Collision

Detection/Channel Assignement Indication Channel) ne sont nécessaires que si le canal

CPCH est utilisé.

Notons que le canal de transport DCH s’appuie sur deux canaux physiques.

Le canal physique

DPDCH (Dedicated Physical Data Channel) transporte les informations des

couches hautes ainsi que les données utilisateur alors que le canal physique

DPCCH (Dedicated Physical

25

Page 26: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Control Channel) véhicule les informations de contrôle nécessaire à la couche

physique. Ces deux canaux dédiés sont essentiels au support de débits

variables au niveau de la couche physique. Le débit du canal DPCCH est par

contre constant alors que celui du canal DPDCH peut varier d’une trame à

l’autre.

3.4.2 Les interfaces logiques dans l’UTRAN

La norme UTRAN défini quatre interfaces «Uu», « Iub » « Iur » et « Iu ».

Les structures des protocoles de ces interfaces ont été définies selon un unique modèle (Figure

3.6) cette structure repose sur le fait que les couches et les plans sont logiquement indépendants

les un des autres et qu’une partie de cette structure pourrait être modifiée sans modifiées les autre

parties.

La structure des protocoles est constituée de deux couches principales : une couche radio (Radio

Network Layer) et une couche de transport (Transport Network Layer)[3]

Figure 3.6 : Modèle de protocole des interfaces UTRAN

L’interface Uu relie le terminal mobile au Node B par intermédiaire

d’une liaison radio. La couche physique de l’interfaces Uu est basée sur la

technique CDMA accès multiple a répartition en codes.

26

Page 27: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

L’interface Iub permet de connecter le Node B au RNC et l’interface Iur est

situe entre 2 RNC, et qui n’existait pas dans le GSM, elle est introduite pour

permettre l’établissement de deux ou plusieurs chemins entre le réseau et un

mobile via deux stations de base potentiellement différentes.

L’interface Iu permet de connecter l’UTRAN au réseau coeur. C’est une

double interface : une interface vers le domaine de commutation circuit du

réseau coeur Iu-Cs et une vers le domaine de commutation paquet Iu-PS.

La figure (3.7) montre la structure protocolaires des interfaces Iu, Iur et Iub

d’après la premier release de 3 GPP qui a choisi AAl2/ATM comme protocole

de transport du plan usager des interfaces Iu-CS, Iur et Iub et AAl5/ATM pour

l’interfaces Iu-PS

La release 5 de 3GPP a choisi le protocole IP comme protocole de transport pour ces interfaces

(a) Iu-CS (b) Iu-PS

27

Page 28: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

(C) Iub (d) Iur

Figure 3.7 Structure des protocoles des interfaces Iu, Iub et Iur

28

Page 29: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

CHAPITRE 4

Architecture et mécanisme de QoS de bout en bout dans le réseau UMTS

Durant ces dernières décennies, on assistait à une croissance très importante de deux

secteurs technologiques : l’Internet et les communications mobiles sans fil. Selon l’Union

Internationale des Télécommunications (ITU), il y a approximativement 600 millions

d’utilisateurs d’Internet à la fin de l’année 2002. Une croissance de même ampleur a touché les

réseaux cellulaires mobiles. Bien qu’ils aient tous les deux un succès remarquable auprès des

usagers, ces deux technologies ont été souvent vues séparément l’une de l’autre. Ceci est dû

principalement à leur nature différente : l’Internet a été conçu pour transporter du trafic de

données alors que les réseaux cellulaires sans fil ont été initialement conçus pour transporter la

voix. Ces dernières années, la frontière entre ces deux technologies commence à s’estomper,

surtout avec l’introduction de plusieurs propositions pour les télécommunications mobiles

internationales IMT-2000 dans l’ITU. Cela a conduit à l’apparition des systèmes réseautiques

mobiles des prochaines générations qui sont supposés être des plates-formes multiservices

supportant voix, vidéo et services de données à des hauts débits. L’évolution des réseaux mobiles

dans le sens d’offrir cette multitude de services hybrides aux usagers mobiles n’a pas pu réussir

sans l’introduction du support de la qualité de service (QoS). Dans ce chapitre, nous allons

donner un aperçu sur les spécifications de l’architecture de la QoS dans les réseaux troisième

génération UMTS, ainsi que les modèles de gestion de la QoS dans les réseaux IP.

29

Page 30: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

4.1 QoS dans les réseaux UMTS L’introduction d’un nouveau réseau de coeur à commutation de paquets dans le système

cellulaire assure, en plus de l’utilisation optimale des ressources, le transport des nouveaux

services multimédia à faible coût. Mais, pour assurer le bon fonctionnement de ces services

émergents, il est indispensable de fournir une plate-forme de support de QoS dont l’architecture

sera détaillée dans ce qui suit.

4.1.1 Architecture de la QoS dans les réseaux UMTS

La QoS n’est rien d’autre qu’un ensemble de besoins de service qui doivent être satisfaits

par le réseau tout au long du transport des flux de trafic de la source à la destination.

Généralement, les attributs de QoS sont définis en termes de débit binaire garanti, taux d’erreur

binaire, délai et gigue. Souvent, la QoS s’effectue par allocation de ressources, ce qui va

introduire la notion de gestion de ressources en utilisant des services support, des protocoles de

réservation ainsi que des mécanismes de différenciation [6].

Contrairement aux services de liaison de données qui sont généralement considérés point à point

ou point à multipoint, les services réseau sont établis de bout en bout, c'est-à-dire, d’un

équipement terminal (TE) à un autre. Le flot de communication de bout en bout de ces services

réseaux traverse différents types de réseaux offrant différents QoS à l’usager.

Pour assurer un certain niveau de QoS, des Bearer Service (BS) ou services support avec des

paramètres et des fonctionnalités bien définis, doivent être établis entre la source et la destination

d’un service réseau donné. Un service support doit avoir la capacité de fournir la QoS contractée

entre un usager et un réseau ou entre un domaine réseau et un autre domaine réseau adjacent.

Ceci est essentiellement réalisé par des mécanismes tels que le contrôle de signalisation, le

transport sur le plan usager, et les différentes fonctionnalités de gestion de QoS. Une architecture

en couches des services support est illustrée à la Figure 4.1, chaque service support d’une couche

spécifique offre ces services particuliers en utilisant les services fournis par les couches

inférieures.

30

Page 31: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Figure 4.1 Architecture fonctionnelle de la QoS UMTS

4.1.2 Le service support UMTSLe trafic d’un équipement terminal TE à un autre TE doit passer par différents supports de

service du réseau. Le service de bout en bout de la couche application utilise une combinaison

d’un ensemble de trois services support des couches inférieures : un service support local qui

réside dans le TE/MT et qui définit ses capacités locales de QoS, un service support UMTS et un

service support externe. Dans cette section, nous nous intéressons au service support UMTS vu

que c’est la composante qui fournit la QoS UMTS. Le service support UMTS est constitué de

deux sous-composantes : le service support d’accès radio ou Radio Access Bearer (RAB) et le

service support du réseau de coeur ou Core Network Bearer (CNB). Les deux services utilisent

des méthodes optimisées pour fournir le service support UMTS au dessus des topologies

31

Page 32: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

cellulaires respectives, en prenant en considération des aspects tel que la mobilité et le profil des

usagers mobiles.

La QoS côté radio assurée par le service support d’accès radio (RAB)

Le RAB assure le transport confidentiel de la signalisation et des données usager entre le

terminal mobile MT et le noeud périphérique du CN (interface Iu ou point d’interconnexion entre

RNC et CN) avec une QoS conforme au service support UMTS négocié. Pour cela, il utilise des

techniques spécifiques comme le contrôle de puissance ou le contrôle d’admission radio qui

tiennent compte des différents profils de QoS (ensemble des attributs du service support UMTS).

En plus, le service RAB est basé sur les caractéristiques spécifiques de l’interface radio et doit

être maintenu tout au long du mouvement d’un terminal mobile. Pour supporter différents

niveaux de protection contre les erreurs, le réseau d’accès terrestre UTRAN et le terminal mobile

MT ont la capacité de segmenter et de réassembler des flots d’usagers en différents sous-flots à la

demande du service support radio. Ce service support radio traite différemment les sous-flots

d’un même flot usager, de manière à assurer les exigences en fiabilité spécifiques à chaque sous-

flot. Ces exigences en fiabilité, tel que le format exact d’une unité de données de service (SDU),

sont sujettes à une signalisation préalable avec l’UTRAN à la phase d’établissement du RAB en

utilisant des attributs standardisés. Le service support Iu, en utilisant le service support physique,

offre un transport entre UTRAN et CN avec différents autres services assurant une variété de

niveaux de QoS.

La QoS côté réseau assurée par le service support du réseau de coeur (CNB)

Le service support du réseau de coeur connecte le noeud périphérique du CN avec la

passerelle du CN jusqu’au réseau externe. Le rôle de ce service est de contrôler et d’utiliser

efficacement le réseau de coeur UMTS afin d’offrir le service support UMTS. De plus, une

intégration suffisamment efficace est effectuée au niveau de toutes les couches existantes en

chaque point de multiplexage traversé, c'est-à-dire dans chaque noeud UMTS du réseau de coeur.

Le transfert asynchrone propre aux réseaux en mode paquet actuels perd la structure temporelle

du flux et introduit un délai et une gigue aléatoires. Pour éviter les engorgements, problème

important dans les réseaux à commutation de paquets, on augmente souvent la capacité des

mémoires tampon au niveau des files des routeurs. Cette technique, utilisée dans les noeuds

UMTS, peut toutefois introduire des retards inacceptables pour les applications en temps réel tel

32

Page 33: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

que la téléphonie sur IP. Cela nous conduit à la définition d’un système de gestion de la QoS

spécifique à un réseau UMTS et dont les différentes fonctions sont détaillées dans ce qui suit.

4.1.3 Les fonctions de gestion de QoS dans un réseau UMTSPour assurer la prestation du service négocié au service support UMTS avec une QoS bien

spécifique entre les points d’accès, le réseau UMTS offre différentes fonctionnalités de gestion

classifiées en deux plans : le plan contrôle et le plan usager.

Les fonctions de gestion de QoS dans le plan de contrôle

Ces fonctions assurent l’établissement et la modification d’un service support UMTS en utilisant

la signalisation et la négociation avec les services UMTS externes ainsi que l’établissement et la

modification de tous les services internes avec les caractéristiques requises. Les fonctions de

gestion de QoS du plan de contrôle englobent:

• Le gestionnaire de service qui coordonne les fonctions du plan de contrôle (établissement,

modification et maintenance du service). Il fournit toutes les fonctions de gestion de QoS du plan

usager avec les attributs demandés. De plus, il peut interroger d’autres fonctions de contrôle pour

recevoir la permission de fournir le service.

• La fonction de translation qui effectue la conversion entre les attributs de QoS du service

support UMTS et ceux des protocoles de contrôle des services du réseau externe (exemple : entre

les attributs de service UMTS et les TSPEC de l’IETF). Elle peut aussi se charger de la

conversion entre ses propres attributs de service et les attributs d’un service de couche inférieure

qu’elle utilise (exemple : entre les attributs des services UMTS et attributs des classes ATM).

• Le contrôle d’admission et de capacité qui maintient les informations concernant toutes les

ressources disponibles d’une entité réseau ainsi que toutes les ressources allouées au service

support UMTS. Il détermine pour chaque requête ou modification d’un service support UMTS si

les ressources demandées peuvent être fournies par l’entité. Si c’est le cas, il les alloue au service

support UMTS et assure leur maintien. De plus, cette fonction vérifie la capacité de l’entité

réseau à fournir le service demandé. Le contrôle des ressources effectué par le contrôle

d’admission supporte également la rétention de service.

• Le contrôle de souscription qui vérifie les droits administratifs de l’usager d’un service support

UMTS pour l’utilisation du service demandé avec les attributs de QoS spécifiées.

Les gestionnaires du service support UMTS dans le terminal mobile MT, dans le noeud

périphérique du CN ainsi que dans la passerelle du CN s’échangent des données de signalisation

33

Page 34: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

à travers la fonction de translation et avec les instances du réseau externe afin d’établir ou de

modifier un support de service UMTS. Par conséquent, la QoS contractée peut être fournie au

service de bout en bout dans le réseau UMTS.

Les fonctions de gestion de QoS dans le plan usager

Ces fonctions assurent la prestation de la QoS négociée pour un service support UMTS en

maintenant le trafic des données usager dans les limites définies par des attributs de QoS

signalées à l’avance. Les fonctions de gestion de QoS du plan usager englobent.

• La fonction d’association qui fournit à chaque unité de données un marquage spécifique au

moment de son transfert par le service de support et lui permettant de recevoir la QoS contractée

• La fonction de classification qui attribue les unités de données aux différents services établies

pour un terminal mobile MT selon leurs attributs de QoS relatifs. Le service support UMTS

approprié est dérivé à partir de l’entête de l’unité de données ou à partir des caractéristiques du

trafic des données.

• Le gestionnaire de ressources qui partage et distribue les ressources disponibles aux différents

services suivant leurs besoins en QoS. L’ordonnancement, la gestion de bande passante et le

contrôle de puissance pour le support radio sont des exemples de gestion de ressources.

• Le conditionneur de trafic qui assure la conformité entre la QoS négociée pour un service et le

trafic des unités de données correspondant. Le conditionnement du trafic est réalisé par des

mécanismes de réglementation et/ou de mise en forme du trafic (policing et/ou shaping). La

réglementation du trafic se fait en marquant les unités de données qui ne correspondent pas avec

les attributs de QoS appropriés, et en les rejetant dans le cas de congestion. La mise en forme du

trafic se fait en accord avec les attributs de la QoS contractée.

4.1.4 Les classes de QoS de l’UMTS

34

Page 35: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Le projet de partenariat de troisième génération (3GPP) définit quatre classes de QoS [1]

[6] pour l’UMTS : la classe conversationnelle, la classe d’écoulement ou à flux continu, la classe

interactive et la classe d’arrière-plan. Le facteur distinctif principal de ces classes est la sensibilité

du trafic aux délais. Les caractéristiques de ces classes sont définies au Tableau 4.1. La classe

conversationnelle est conçue pour les trafics les plus sensibles aux délais, alors que la classe

d’arrière-plan est la classe de trafic la moins sensible aux délais. La classe conversationnelle et la

classe à flux continu sont généralement prévues pour acheminer un flux temps réel (dit non

élastique) et le niveau de sensibilité au délai distingue entre les deux. En effet, les services

conversationnels tel que la voix et la vidéo téléphonie sont les applications les plus sensibles aux

délais et doivent être acheminés dans la classe conversationnelle. La classe interactive et la classe

d’arrière-plan sont généralement utilisées pour les applications traditionnelles, dites élastiques,

comme le WWW, le courrier électronique, Telnet et FTP. En raison des contraintes de délais

moins strictes comparées aux classes conversationnelles et à flux continu, ces deux classes

offrent un meilleur taux d’erreur en utilisant des mécanismes avancés de retransmissions et de

codage de canal.

La distinction entre classe interactive et classe d’arrière-plan assure un temps de réponse plus

court pour les applications interactives tel que la navigation web. De plus, le trafic interactif a une

plus haute priorité que celle du trafic d’arrière-plan au niveau des mécanismes

d’ordonnancement, et les applications générant un trafic d’arrière-plan utilisent les ressources de

transmission seulement si les applications interactives n’en ont pas besoin. Ceci est très important

dans un environnement sans fil où la bande passante est très limitée.

35

Page 36: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Type de trafic Délai de

transmission

Variation

du délai

Faible taux

d’erreurs sur les

bits

Débit

binaire

garanti

Exemple

Conversationnel

À flux continu

Interactif

D’arrière-plan

Stricte

Limité

Limité

Non

Stricte

Limité

Non

Non

Non

Non

Oui

Oui

Oui

Oui

Non

Non

VoIP, visioconférence, audioconférence

Services de diffusion (audio, vidéo), actualités, sports

Navigation sur le web, jeux, commerce mobile

courrier électronique,SMS, téléchargements de BDs, transfert de mesures

Tableau 4.1 : Classes de trafic UMTS

La classe conversationnelle

La voix téléphonique comme celle du GSM est le service d’utilisation le plus connu pour

cette classe. Toutefois, avec l’émergence des services multimédia sur Internet, beaucoup d’autres

nouvelles applications peuvent profiter de cette classe, comme la voix sur IP et la

visioconférence. La conversation temps réel est souvent effectuée entre des paires de terminaux

humains. C’est le seul schéma pour lequel les caractéristiques requises sont données

exclusivement par la perception humaine. En effet, le délai maximal de transfert est sujet à la

perception humaine de la conversation vidéo et audio. Par conséquent, la limite du délai de

transfert pour cette classe est non seulement significativement basse mais aussi plus stricte que le

délai d’aller-retour du trafic de la classe interactive.

La classe à flux continu ou à écoulement

Cette classe est prévue pour les flux temps réel audio ou vidéo. Généralement, un flux

temps réel est transféré à l’intention d’une destination ayant une présence humaine et,

contrairement à la classe conversationnelle dont le flux de données est bidirectionnel, le flux de

36

Page 37: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

données de la classe d’écoulement est unidirectionnel. Ce schéma de trafic est l’un des nouveaux

venus dans les réseaux de communications soulevant un certain nombre de nouvelles exigences

non seulement dans les réseaux de communication mais aussi dans les systèmes de

télécommunications. La variation de délai d’un flux de bout en bout doit être limitée, afin de

préserver la relation temporelle (variation) entre les entités de données du flux, malgré qu’il n’y

ait aucune exigence sur le niveau exact du délai de transfert. Toutefois, comme le flux est

temporellement aligné au bout récepteur (par des techniques de mise en mémoire tampon dans

l’équipement usager), la plus haute variation de délai acceptable à travers le médium de

transmission est donnée par la capacité de la fonction d’alignement temporel au niveau de

l’application. Ainsi, la variation de délai acceptable est beaucoup plus importante que celle

exigée par les limites de la perception humaine.

La classe interactive

Le schéma de cette classe s’applique lorsqu’une machine ou un usager humain lance une

requête de données vers un équipement tel qu’un serveur web. Le trafic interactif est un autre

schéma classique des communications de données caractérisé essentiellement par le délai d’aller-

retour d’une requête réponse. Une autre caractéristique de ce genre de trafic est la transparence

dans le transfert du contenu des paquets de données en assurant un taux d’erreur binaire (BER)

très faible.

La classe d’arrière-plan (background)

Ce schéma s’applique quand l’usager ou encore une machine envoie et reçoit des fichiers

de données en arrière-plan. Courriels, SMS, téléchargement de base de données et réception

d’enregistrements de mesures sont quelques-uns des différents services qui peuvent être délivrés

par la classe d’arrière-plan. Ce genre de trafic est caractérisé essentiellement par le fait que la

destination n’est pas en attente d’une réponse jusqu’à un certain temps. Ce qui fait que le trafic de

cette classe est le moins sensible aux délais. Toutefois, la transparence dans le transfert du

contenu des paquets doit être assurée par des mécanismes de contrôle d’erreurs.

4.1.5 Les attributs de QoS du service support UMTS

Ces attributs décrivent le service fourni par le réseau UMTS à l’usager d’un service

support UMTS. Un ensemble d’attributs de QoS ou encore un profil de QoS définit ce service. En

37

Page 38: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

effet, à l’établissement ou à la modification d’un service support, on doit tenir compte de la

disponibilité de plusieurs profils de QoS:

- La classe de trafic (conversationnelle, à écoulement, interactive ou d’arrière plan) : le type

d’application pour lequel le service support UMTS est optimisé.

- Le débit binaire maximal (en Kbps) : le nombre maximal de bits fournis par le réseau UMTS en

un point du réseau tout au long d’une période de temps donnée, divisé par la durée de cette

période.

- Le débit binaire garanti (en Kbps) : le nombre garanti de bits fournis par le réseau UMTS en un

point du réseau tout au long d’une période de temps donnée, divisé par la durée de cette période.

Les attributs de délai et de fiabilité discutés ne sont garantis que si le trafic n’excède pas le débit

binaire garanti.

- L’ordre de livraison (oui/non) : indique si le support UMTS doit livrer les SDU dans le bon

ordre de séquence ou non.

- La taille maximale du SDU (octets) : la taille maximale permise d’une unité de données de

service.

- Le taux d’erreur des SDU: indique la fraction de SDUs perdues ou erronées. Cet attribut n’est

défini que pour le trafic conforme.

- Le taux d’erreur binaire résiduel: indique le taux d’erreur binaire indétectable dans les SDUs

livrées.

- Livraison des SDUs erronées (oui/non/-) : indique si les SDUs erronées sont livrées ou rejetées.

- Le délai de transfert (msec) : indique le délai maximal du 95ème% de la distribution du délai

pour toutes les SDUs livrées durant la durée de vie du support de service (5% des SDUs livrées

pendant cette durée peuvent ne pas satisfaire cette contrainte de délai maximal). Le délai d’une

SDU est défini comme le temps écoulé entre la requête de transfert du SDU en un bout du réseau

et sa livraison à l’autre bout du réseau.

- La priorité de traitement du trafic: spécifie l’importance relative du traitement de toutes les

SDUs appartenant à un support UMTS par rapport à ceux appartenant à d’autres supports.

- La priorité d’allocation et de rétention: spécifie l’importance relative de l’allocation et de la

rétention d’un support UMTS par rapport aux autres.

38

Page 39: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

-Le descripteur de statistiques sur la source (voix/inconnu) : spécifie les caractéristiques de la

source des SDUs.

Les attributs du support UMTS définis précédemment ainsi que leur pertinence pour chaque

classe de trafic sont résumés au Tableau 4.2. Pour la classe conversationnelle et la classe à flux

continu, malgré que le débit binaire de la source puisse varier, le trafic est supposé être

relativement dépourvu de rafales excessives. De ce fait, il est significatif de garantir un délai de

transfert pour chaque SDU. De plus, pour ces deux classes, l’information de format de SDU est

utilisée dans le cas où le mode RLC (Radio Link Control) transparent est activé, ce qui permet de

réduire les PDUs de leur entête. Pour la classe interactive, la priorité de traitement du trafic

permet de différencier entre plusieurs qualités de service pour les services support de cette classe.

Classe de trafic Trafic

conversationnel

Trafic

à flux continu

Trafic

interactif

Trafic

D’arrière plan

Débit maximal X X X X

Livraison dans le bon ordre X X X X

Taille maximale d’une SDU X X X X

Information de format de SDU X X

Taux résiduel d’erreur sur les bits X X X X

Remise des SDUs erronées X X X X

Délai de transfert X X

Délai binaire garanti X X

Priorité de traitement du trafic X

Priorité d’allocation/rétention X X X X

Tableau 4.2 : Attributs de QoS du service support UMTS

4.2 La QoS dans le réseau IP

À sa naissance, le protocole IP a été conçu pour n’offrir aucune garantie de QoS, du fait

qu’on attendait seulement qu’il donne un service best effort. Quand un lien est congestionné dans

un réseau IP, les paquets qui font déborder les files des routeurs sont souvent rejetés. Comme le

réseau traite les paquets de la même façon, n’importe quel flux peut être affecté par une

congestion. Le service best effort avec sa simplicité et sa gratuité a facilité la croissance

39

Page 40: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

exponentielle de l’Internet vers un système global planétaire en popularisant des applications tel

que le courrier électronique, la navigation Web et le transfert de fichiers. Toutefois,

contrairement aux applications qui tolèrent une grande variation de délais ou des pertes de

paquets, les nouvelles applications multimédia en récente émergence ont des besoins beaucoup

plus stricts qui ne peuvent pas être satisfaits par ce service basé sur le concept «même service

pour tous». De ce fait, une solution communément utilisée consiste à étendre les potentialités

d’Internet avec des mécanismes de différenciation de services, dans le but d’offrir un niveau de

service plus élevé aux applications qui en ont besoin en acceptant différents accords avec

l’opérateur du réseau à des coûts plus ou moins élevés. Ces considérations ont conduit au

développement rapide par l’IETF de deux standards pour assurer la QoS: le premier étant le

modèle de services intégrés associé au protocole de réservation de ressources (IntServ/RSVP) et

le deuxième le modèle des services différenciés (DiffServ).

4.2.1 Le modèle d’intégration des services IntServ

Le modèle IntServ [8] définit des mécanismes qui contrôlent le niveau de QoS fourni par

le réseau à des applications nécessitant une garantie de service beaucoup plus stricte que celle

fournie par le service best effort. L’architecture IntServ suppose que des mécanismes

d'établissement de services sont utilisés explicitement pour transmettre les informations de QoS

aux routeurs impliqués dans un chemin origine/destination. Ces mécanismes permettent à chaque

flux de demander un niveau de QoS particulier, le protocole de réservation de ressources RSVP

[9] étant le plus utilisé de ces mécanismes. Le RSVP établit et maintient un état logiciel entre les

nœuds constituants le chemin emprunté par les paquets. Cet état logiciel est caractérisé par des

messages périodiques de rafraîchissement envoyés le long du chemin pour maintenir l'état de

réservation. Au niveau technique, la réservation de ressources par flux présente des difficultés

d’implémentation et des limitations de déploiement. Le déploiement à grande échelle de RSVP se

heurte à la difficulté de gérer un grand nombre d’utilisateurs (scalability). Plus il y a d’utilisateurs

de IntServ/RSVP, plus il y a d’états à créer et maintenir pour des destinations différentes à

chaque fois. Le coût introduit par la gestion des états et l’ordonnancement par flux peut entraîner

une réduction considérable de leur performance.

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Page 41: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

4.2.2 Le modèle de différenciation des services DiffServ

L'IETF a crée en 1997 le groupe DiffServ (Differentiated Services) qui bénéficie des

travaux de IntServ et tente de dépasser les difficultés rencontrées dans le modèle intserv. Le

modèle DiffServ [7] introduit la notion de l’agrégation des flux en quelques classes offrant des

services spécifiques par agrégat (per Aggregate), il n'offre aucune garantie sur les flux

individuels. Dans ce modèle il n’y a pas de réservation de ressources à travers les noeuds, tel que

IntServ, mais un traitement différencié, appelé PHB (Per Hop Behavior) qui est basé sur la

priorité par classe pour répondre à la QoS demandée. Autre que le best effort, deux services sont

définis: Expédié (Expedited Forwarding) et assuré (Assured Forwarding). L'architecture

générique pour un domaine DiffServ fait la distinction entre le système qui constitue le coeur du

réseau (core) ou routeurs internes du domaine, et les systèmes réalisant l'accès aux réseaux

terminaux (edge) ou routeurs de frontière du domaine. La fonction principale des routeurs

constituant le cœur consistent à acheminer les paquets aussi vite que possible selon la priorité de

la classe du paquet, cette priorité est traduite par l'étiquette du champ DS (DiffServ) de l'en-tête

IP. Les routeurs d'accès se chargent des fonctions de conditionnement, de contrôle d'intégrité et

d'admission des paquets dans le réseau.

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Chapitre 5

Intégration des réseaux UMTS /WLAN

5.1 Introduction Le réseau UMTS offre au utilisateurs des services de transmission de la voix et les

données mais avec un débit limité a 2 Mbps, la bande passante offerte aux utilisateurs est

asymétrique selon qu’il y a un «upload » ou un « download », généralement un « download »

est 2 à 3 fois plus rapide qu’un « upload ». Les opérateurs veulent combler ces inconvénients

(notamment la faible limitation de débit) en maximisant les performances tout en réduisant les

coûts.

Le WLAN est un réseau offrant un débit pouvant atteindre 54 Mbps.

La question naturelle qui se pose est : « peut-on intégrer les 2 réseaux WLAN et UMTS de

sorte à exploiter les meilleurs services (les points forts) de chaque réseau.

Plusieurs solutions sont possibles pour intégrer ces deux réseaux [10] [11].

5.2 WLAN 802.11 Le standard IEEE 802.11 fonctionne en mode ad-hoc et en mode infrastructure. Dans

le mode infrastructure, un point d’accès (AP) coordonne les transmissions entre les nœuds

qu’ils lui sont attachés. Un point d’accès génère de façons périodique un « beacon » décrivant

l’identifiant du réseau « ESSID » et l’identifiant de la cellule (adresse MAC du point d’accès)

et d’autre informations.

Dès qu’un EU « Equipment User » est allumé, il envoi une requête d’association au AP dont

il est associé. Lorsque le EU passe à une nouvelle cellule dans le même réseau, en recevant un

« beacon » qui contient l’identifiant de la nouvelle cellule, il envoi une requête de

réassociation au nouveau AP qui contient l’adresse Mac de l’ancien AP, le nouveau AP utilise

cette dernière pour récupérer le contexte d’information de l’ancien AP.

La norme 802.11 défini deux fonctions MAC.

Le PCF (Point Coordination Function) ou le point d’accès gère l’accès au réseau et Le DCF

(Distributed Coordination Function) ou l’accès au réseau est distribué, la technique utilise

dans le DCF est le CSMA/CA

Ce protocole permet au nœud de retransmettre les données.

42

Page 43: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

5.3 IP dans les réseaux 802.11 WLANPlusieurs points d’accès (AP) peuvent être connectés via un réseau de routage IP pour

construire un réseau IP WLAN comme il est montré sur la figure (5.1).

Le point d’accès (AP) joue le rôle d’interface radio entre un ou plusieurs utilisateurs et le

réseau WLAN, un utilisateur est connecté à un seul routeur d’accès (AR). Lorsqu’un

utilisateur passe d’une cellule à une autre sans changer le (AR), un handover intra-AR est

exécuté, dans ce cas le AR coordonne et contrôle les échanges les deux points d’accès. Un

handover inter-AR est exécuté lorsque la station change le routeur d’accès (RA). Dans ce cas

le nouveau AR agit avec la station pour exécuter un handover IP.

Figure 5.1 : réseau IP WLAN

5.4 Architecture d’intégration : Pour définir l’architecture d’intégration des deux réseaux UMTS et WLAN les points

suivants doivent être abordé :

1. le modèle de qualité de service QoS pour chacun des deux réseaux.

2. comment assuré le routage des données entre les deux réseaux lorsque la gestion de

mobilité est employée dans chaque type de réseau ?

Dans le GPRS les données sont routées via un tunnel établit entre le GGSN et le SGSN

et un autre tunnel entre le SGSN et le RNC, alors que dans le WLAN le protocole IP

Mobile est employé pour la gestion de mobilité.

3. comment choisir le meilleur point d’intégration lorsque plusieurs choix sont

possibles ?

Le WLAN peut être connecté au RNC, SGSN ou GGSN. Chacune de ces trois connexions

a des avantages et des inconvénients.

L’intégration des deux réseaux doit garantir les éléments suivants :

43

Page 44: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Un utilisateur du réseau WLAN peut utiliser le domaine PS du réseau UMTS pour la

transmission des données sans passer par l’UTRAN et utilisé le domaine CS pour la

transmission de la voix. Il peut établir et maintien les deux connexion simultanément.

Un utilisateur du WLAN peut augmenter les services des données le temps qu’il est

connecté au WLAN et bénéficié de certaines applications qui demande un grand débit

et que l’UMTS ne peut pas les assuré.

L’utilisateur dans le réseau UMTS utilise le sous système du réseau radio RNS UMTS

pour le domaine de commutation de paquet (PS) et le domaine de commutation de

circuit (CS).

L’idée fondamental pour cet architecture est que lorsque l’utilisateur arrive a un

secteur (cellule) ou le WLAN est assuré, la connexion PS (Paquet Switch) via UMTS RNS est

démantelée et rétablie par le réseau WLAN, par contre la connexion au niveau de domaine de

commutation de circuit reste toujours à travers le réseau UMTS. Pour réaliser cette

architecture, il faut avoir un EU (Equipement Usager) qui fonctionne avec les deux réseaux c-

à-d un EU qui à deux interface, un pour l’UMTS et l’autre pour le WLAN et qu’ils peuvent

être activées au même temps.

Figure 5.2 : Architecture d’intégration

Le RNC accomplit des taches spécifiques à la partie radio telle que la conversion des

paquets à des trames et vice versa, contrôle des ressources radio et le contrôle du handover.

WLAN IP Network

AR

AR

BR

BR

SRNS

SGSN

Packet Data Signallling

Packet Data Bearer

Voice (CS)

GGSN

Internet CS

RTC

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Page 45: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Relier le WLAN à RNC exige la révision principale du protocole radio très complexe

implémenté au niveau du RNC par ce que l’interface radio des deux réseaux est totalement

différent.

Le WLAN peut être relié au GGSN qui semble simplifie le passage de l’UMTS vers

WLAN par ce que le GGSN maintien seulement des contextes de session pour les connexions

PS. Mais dans ce cas durant le handover vers UMTS, le SGSN doit recréer l’état de mobilité

et rétablit des contexte PDP avec le GGSN et des contexte RAB (Radio Access Bearer) avec

le RNC, ce sont les des informations que le GGSN n’a pas, par conséquent l’exécution du

handover sera lente.

L’architecture d’intégration présentée sur la figure (5.2) montre un réseau WLAN

connecté à un SGSN via le BR (Broder Routers). Une connexion via le réseau UMTS exige

un échange de signalisation entre EU et le réseau pour établir et contrôlé la liaison. Le EU qui

se trouve dans une cellule WLAN peut être connecté au deux réseau WLAN et UMTS

simultanément à travers les différentes interfaces. La connexion UMTS est utilisée pour le

service de voix. Cette connexion peut être utilisé aussi pour acheminer du trafic de

signalisation du domaine PS.

5.5 Modèle de Terminal :La figure (5.3) montre l’architecture de la pile protocolaire d’un terminal Mobile

équipé de deux interfaces, un pour UMTS et l’autre pour le WLAN pour permettre d’établir

les deux connexions via les deux réseaux simultanément.

Cette architecture suit la conception des modèles des couches internet. Le 802.11 WLAN

contient la couche IEEE 802.2 LLC et 802.11 MAC et l’UMTS implémente les fonctions de

plan de contrôle et le plan usager. Les fonctions implémentées au dessus de IP en UMTS sont

des protocoles d’encapsulation et de transfert du plan usager et des protocoles tel que

GMM/GM pour la gestion de mobilité et SM pour gestion de session et la couche RRC pour

le contrôle des ressources radio.

Le protocole RSVP est un protocole de signalisation de QoS et de réservation de

ressource, et le protocole LMM (Local Mobility Managment) pour la gestion de mobilité.

45

Page 46: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

figure 5.3 Modèle du terminal

5.6 Réservation de ressource :Le GPRS est un réseau orienté connexion ou la session PS est établit avant la

communication être le mobile et les nœuds de l’Internet, des connexions SGSN-EU et GGSN-

SGSN sont établit pour chaque session PS.

Le contexte PDP est utilisé pour établir la connexion et réserver les ressources dans le

domaine PS.

Le RAB (Radio Access Bearer) est utilisé pour établir le canal radio et réserver les

ressources radio entre le mobile et le RNC. La figure (5.4) montre l’activation du contexte

PDP.

Le mobile communique avec le SGSN pour initialise l’activation du contexte PDP, le

SGSN active le contexte PDP avec le GGSN et le RAB avec SRNC, il envoi la requête

« create PDP contexte » (CPC) au GGSN , il active RAB et après il envoi une réponse final

au mobile.

Le chemin de communication d’un utilisateur du réseau WLAN reparti en deux, la

première et le réseau GPRS et l’autre est le réseau WLAN . La partie qui se trouve entre le

SGSN et le BR est considérée comme une partie du réseau UMTS-GPRS. Le chemin GPRS

exige un contexte PDP pour toutes les sessions de données établies avec le réseau WLAN.

Deux modes de QoS peuvent être utilisé au niveau des réseaux WLAN, IntServ ou DiffServ.

Comme le contexte PDP, l’IntServ exige qu’une connexion soit établie entre le EU et le BR

(Broder Router) pour garantir la QoS dans le réseau WLAN. Dans la cas ou le réseau WLAN

est basé sur le modèle DiffServ l’établissement d’une connexion ne sera plus exigée.

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Page 47: rapport final3 (1).doc

Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Dans le réseau WLAN le protocole « RSVP » peut être utilisé pour la réservation des

ressources, l’EU envois le message RSVP Path au SGSN pour établir une nouvelle session qui

initialise le contexte PDP qui lui correspond (RSVP).

L’EU maintien l’adresse de SGSN dans le contexte de mobilité. Les paramètres de

sessions dans le message RSVP Path contiennent les paramètres qui définissent les services

UMTS.

Comme il est montré dans la figure (5.4) le SGSN négocie l’établissement d’une session avec

le GGSN en utilisant le contexte PDP la réponse est dans le message RSVP Resv pour l’EU.

Les messages RSVP peuvent être interprété et traité par le réseau WLAN pour la gestion de

QoS par le déploiement des routeurs RSVP-aware dans le réseau.

Pour la gestion de QoS en utilisant DiffServ, seulement les routeurs bords (edge

Routers) ont besoin d’être un RSVP-aware.

Si le réseau WLAN utilise le modèle de QoS IntServ, plusieurs routeurs deviennent des

RSVP-aware utilisant RSVP pour réserver les ressources tout au long du chemin entre l’EU et

le BR.

Figure 5.4 : la procédure de réservation des ressources

5.7 La mobilité et le handover Le contexte de mobilité dans GPRS relie aux mouvements des EUs dans le réseau

UMTS est stocké dans le SGSN et dans l’EU lui-même. L’EU et quelques nœuds (routeurs

d’accès AR) dans les réseaux WLAN maintient le contexte de mobilité relie aux mouvements

des EUs dans le WLAN. Pour la gestion de mobilité et de handover, l’EU doit maintenir les

deux contextes « contexte de mobilité GPRS » et « contexte de mobilité WLAN ».

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Dans la figure (5.5), le contexte GPRS MM contient 3 états nommés par les étiquettes

PMM et l’état WMM-connected. Le contexte est maintenu dans l’EU et le SGSN. Lorsque un

EU est attaché au réseau GPRS on dit qu’il est dans l’état PMM-connected. Quand il passe à

l’état de veille il transite vers l’état PMM-idle et il libère les ressources radio.

Lorsque le mobile exécute un handover vers le WLAN on dit qu’il est dans l’état

WMM-connected qui reflet la situation où le mobile est connecté au WLAN.

Le contexte WLAN LMM montré dans la figure (5.5) contient les détails des états

reliés à la mobilité des EUs dans le WLAN. Il contient aussi deux états GPRS-attached et

WLAN-attached. La transition du l’état GPRS-attached à l’état WLAN-attached est le résultat

d’un handover inter-system de l’UMTS vers le WLAN.

Figure 5.5 : l’état de mobilité maintenu par le SGSN et l’EU

5.8 Conclusion :Dans ce chapitre on a présenté une architecture d’intégration des deux réseaux UMTS

et WLAN qui permet de garder une bonne QoS, cette architecture permet au EU de maintenir

une connexion PS pour les données a travers le WLAN et une connexion CS pour la

téléphonie a travers l’UMTS. On a présenté aussi un modèle de terminal avec double

interface, WLAN et UMTS pour permettre d’avoir les deux connexions simultanément ainsi

qu’un modèle intserv pour gérer la qualité de service.

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

Conclusion générale :

On a abordé dans ce travail le sujet de la qualité de service dans le réseau UMTS toute

en passant par la présentation des différents éléments composants un tel réseau ainsi que les

protocoles utilisés dans ce type de réseau.

Ces réseaux UMTS ont été abordés dans plusieurs études ces dernières années,

notamment la qualité de services (QoS). Cependant sa tendance vers un réseau « tout IP » fait

de lui un axe de recherche ouvert à plusieurs études, soit au niveau de la QoS ou au niveau de

la gestion de la mobilité ; l’optimisation des ressources Radio ou même leur intégration avec

d’autres réseaux hétérogènes.

Cette étude nous a permet d’étudier une intégration des deux réseaux UMTS et

WLAN. Une architecture qui permet d’avoir deux connexions via les deux réseaux

simultanément. Une connexion pour la transmission de la voix en temps réel via UMTS et

l’autre pour la transmission des données via le WLAN.

Le réseau WLAN est à la base utilisé pour des services de données best-effort, les

recherches avenir seront orientées vers l’intégration et l’amélioration de la gestion de la

qualité de service dans ces réseaux. Ainsi que l’étude de la gestion de ressources radio.

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Etude de la Qualité de Service dans les réseaux UMTS

RÉFÉRENCES

[1] documentations de 3GPP http://www.3gpp.org/

[2]

Javier Sanchez, Mamadou Thioune “ UMTS”, 2004

[3] Pierre Lescuyer “UMTS les origines l’architecture, la norme” , juin 2002

[4] Harri Holma & Antti Tosala “ les réseaux mobiles de troisième génération”, 2001

[5] Rani Makké “Qualité de service et Performances des protocoles de transport dans

l'UTRAN“ Thèse ENST Paris, 2003

[6] “The specification TS 23.107 v.3.0.0 released by 3GPP specifies the UMTS QoS concept

and architecture” 2002

[7] S. Black, RFC 2475,"An Architecture for Differentiated Service", 1998.

[8] R. Braden, D. Clark, S. Shenker, ″RFC1633: Integrated Services in the Internet

Architecture: an Overview″, June 1994.

[9] J. Wroclawski, ″The Use of RSVP with IETF Integrated Services″, 1997

[10] M. Jaseemuddin, “An Architecture for Integrating UMTS and WLAN Networks”, proceeding in the 8th IEEE ISSC, 2003.

[11] Shiao-Li Tsao and Chia-Ching Lin “Design and evaluation of UMTS-WLAN interworking

strategies” IEEE, 2002

[12] Vijay K. Varma, Sudha Ramesh, K. Daniel Wong, Jeffrey A. Friedhoffer “Mobility

Management in Integrated UMTS/WLAN Networks”

[13] Site Web de l’IETF : http://www.ietf.org

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