Umts Wimax
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RAPPORT DE PROJET DE FIN DETUDESFilire
Ingnieurs en TlcommunicationsOption
Rseaux et Services Mobiles
Etude des mcanismes de Handover inter-systme UMTS WiMAXElabor par :
Zied FETOUIEncadr par :
M. Sami TABBANE M. Houcine BELLILTravail propos et ralis en collaboration avec
INSTANCE NATIONALE DES TELECOMMUNICATIONSAnne universitaire : 2006/2007
DdicacesA la mmoire de mon cher pre & ma chre mre pour leurs patiences et leurs sacrifices A mon cher frre & sa femme en leurs souhaitant la russite dans leurs travails et dans leur vie A mon cher petit frre en lui souhaitant la russite dans ses tudes et dans sa vie A toute ma famille proche soit-elle ou lointaine A tous mes amis en leurs souhaitant le succs dans leur vie aussi bien professionnelle que familiale. A tous ceux qui mont aid afin de raliser ce travail A tous ceux que jaime et qui maiment
Jexprime mes sentiments les plus profonds et leur ddie ce modeste travail.
Zied FETOUI
RemerciementJe tiens tout dabord remercier M. Sami TABBANE, professeur SupCom, qui na cess de me guider et de me faire bnficier de son grand savoir. Jadresse galement mes vifs remerciements M. Houcine BELLIL, Responsable dEtudes lINT (Instance Nationale des Tlcommunications) pour sa disponibilit, ses encouragements et les prcieux conseils quil ma prodigus. Je tiens naturellement remercier le cadre enseignant et le corps administratif de Sup'Com pour m'avoir donner l'accs une formation qui m'a permis de m'amliorer scientifiquement et humainement. Il mest aussi agrable dexprimer mes vifs et sincres remerciements M. Nabil TABBENE pour ses qualits humaines, et pour les encouragements et lintrt quil ma apport, je le remercie du fond du cur. Mes vifs remerciement sadressent galement tous mes amis et ceux qui mont encourag et aid de prs ou de loin durant la priode du projet de fin dtudes, en particuliers ; Mohamed Ali, Abdallah, Khaled, Karim Finalement, je remercie les membres de jury qui me feront lhonneur dvaluer la contribution de ce travail.
Avant propos__________________________________________________________________________
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e prsent travail a t labor dans le cadre de la prparation du diplme dIngnieur
en Tlcommunications option Rseaux et Services Mobiles lEcole Suprieure des
Communications de Tunis (SUPCOM). Le projet que nous avons men consiste tudier les mcanismes de Handover inter-systme entre les rseaux UMTS et WiAMX par limplmentation des algorithmes relatifs ces mcanismes et en dfinissant une architecture de dveloppement permettant de mettre en uvre ce principe suivi de lanalyse de performance de handover vertical UMTS WiMAX modlis par le simulateur NS-2.
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Table des matires__________________________________________________________________________
INTRODUCTION GENERALE.......................................................................................................... 1 CHAPITRE 1 : CONCEPTS GENERAUX SUR LES RESEAUX UMTS & WIMAX.................. 3 INTRODUCTION ...................................................................................................................................... 3 1.1 INTRODUCTION AUX RESEAUX UMTS ............................................................................................ 3 1.1.1 OBJECTIFS DE LUMTS............................................................................................................... 3 1.1.2 ARCHITECTURE DU RESEAU UMTS .......................................................................................... 3 1.1.2.1 Lquipement utilisateur (UE)............................................................................................. 4 1.1.2.2 Le rseau daccs ................................................................................................................... 4 1.1.2.3 Le rseau Coeur (CN) ........................................................................................................... 5 1.1.2.4 Rseaux externes ................................................................................................................... 6 1.1.2.5 Les interfaces.......................................................................................................................... 6 1.1.3 LES CLASSES DE SERVICES .......................................................................................................... 6 1.1.4 INTERFACE RADIO DE LUMTS ................................................................................................. 7 1.1.5 LES MODES D'ACCES .................................................................................................................. 8 1.1.6 LE CONTROLE DE PUISSANCE .................................................................................................... 9 1.2 INTRODUCTION AUX RESEAUX WIMAX ................................................................................... 11 1.2.1 LES SPECIFICATIONS 802.16..................................................................................................... 12 1.2.1.1 802.16a................................................................................................................................... 13 1.2.1.2 802.16b .................................................................................................................................. 13 1.2.1.3 802.16c/d .............................................................................................................................. 13 1.2.1.4 802.16e................................................................................................................................... 14 1.2.2 LES CELLULES ET LES CLASSES DE SERVICES DANS WIMAX IEEE 802.16 E ....................... 14 1.2.3 ELEMENTS DU RESEAU WIMAX IEEE 802.16 E ................................................................... 15 1.2.4 CARACTERISTIQUES TECHNIQUES ........................................................................................... 18 1.2.4.1 Couche physique................................................................................................................. 18 1.2.4.2 Techniques d'accs .............................................................................................................. 18 1.2.4.3 Couche MAC ....................................................................................................................... 18 1.2.5 CONTROLE DU LIEN RADIO ..................................................................................................... 19 1.3 COMPARAISON ENTRE UMTS ET WIMAX............................................................................... 20 1.3.1 COMPARAISON DES DEUX TECHNOLOGIES ............................................................................. 20 CONCLUSION ........................................................................................................................................ 21 CHAPITRE 2 : MECANISMES DE HANDOVER ENTRE UMTS & WIMAX......................... 22 INTRODUCTION .................................................................................................................................... 22 2.1 HANDOVER EN GENERALE ......................................................................................................... 22 2.1.1 QUALITE DE SIGNAL................................................................................................................. 22 2.1.2 LE TRAFIC ................................................................................................................................. 22 2.2 HANDOVER DANS LE RESEAU UMTS......................................................................................... 23 2.2.1 LE SOFT/SOFTER HANDOVER.................................................................................................. 23 2.2.2 LE HARD HANDOVER .............................................................................................................. 24 2.2.2.1 La prparation ..................................................................................................................... 25
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2.2.2.2 L'excution ........................................................................................................................... 25 2.2.2.3 La libration des anciennes ressources inutilises.......................................................... 25 2.2.3 HANDOVER INTER-SYSTEME.................................................................................................... 26 2.3 HANDOVER DANS LE RESEAU WIMAX ..................................................................................... 27 2.3.1 LA PROCEDURE DE HO DANS 802.16E .................................................................................... 27 2.3.1.1 Niveau De Signal................................................................................................................. 27 2.3.1.2 Charge De trafic................................................................................................................... 27 2.3.2 ACQUISITION DE LA TOPOLOGIE DU RESEAU ......................................................................... 28 2.3.2.1 Annoncement de la topologie du rseau ......................................................................... 28 2.3.2.2 Scanning ............................................................................................................................... 28 2.3.2.3 La procdure dassociation ................................................................................................ 28 2.3.3 LE PROCESSUS DE HANDOVER ................................................................................................ 29 2.3.3.1 Slection des cellules........................................................................................................... 29 2.3.3.2 Initiation et dcision du handover.................................................................................... 29 2.3.3.3 Scanning ............................................................................................................................... 29 2.3.3.4 Re-entrer au Rseau ............................................................................................................ 30 2.3.3.5 Arrt de Service ................................................................................................................... 30 2.3.3.6 Annulation du handover ................................................................................................... 30 2.4 HANDOVER INTER-SYSTEME UMTS WIMAX ....................................................................... 30 2.4.1 EXIGENCES DU HANDOVER ..................................................................................................... 30 2.4.1.1 Exigences du mobile ........................................................................................................... 30 2.4.1.2 Exigences du rseau............................................................................................................ 30 2.4.2 PROCEDURE DU HANDOVER INTER-SYSTEME ......................................................................... 31 2.4.2.1 Mesures................................................................................................................................. 31 2.4.2.2 Dcision du handover ........................................................................................................ 32 2.4.2.3 Excution du handover ...................................................................................................... 33 2.4.3 GESTION DE LA MOBILITE ........................................................................................................ 33 2.4.3.1 Mobile Ipv6 .......................................................................................................................... 34 2.5 COMPARAISON DU HO ENTRE UMTS ET WIMAX .................................................................. 38 CONCLUSION ........................................................................................................................................ 40 CHAPITRE 3: PRESENTATION DU SIMULATEUR & MODELISATION DU SYSTEME A SIMULER ............................................................................................................................................ 41 INTRODUCTION .................................................................................................................................... 41 3.1 MODELISATION RESEAU ............................................................................................................. 41 3.1.1 NS-2.......................................................................................................................................... 42 3.1.1.1 Introduction ......................................................................................................................... 42 3.1.1.2 Utilisation du simulateur ................................................................................................... 42 3.1.1.3 Dveloppement de nouveaux composants ..................................................................... 43 3.1.2 IMPLEMENTATION DU MEDIA INDEPENDENT HANDOVER (MIH)....................................... 43 3.1.2.1 Architectures et fonctionnements ..................................................................................... 44 3.1.2.2 MAC layer support for MIH.............................................................................................. 46 3.1.2.3 Les extensions de mobilit pour NS-2.............................................................................. 46 3.1.2.4 Support des interfaces multiples....................................................................................... 46 3.1.2.5 Mobilit de la couche2........................................................................................................ 48 3.1.2.6 Mobilit de la couche 3....................................................................................................... 48 3.2 DESCRIPTION DU TRAVAIL ......................................................................................................... 50 3.2.1 TOPOLOGIE ET SCENARIO DU SYSTEME A SIMULER ................................................................ 50 3.2.2 PARAMETRAGE ET CONFIGURATION DU RESEAU ................................................................... 50 3.2.2.1 Paramtres de simulation .................................................................................................. 51
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3.2.2.2 Paramtres du rseau WiMAX.......................................................................................... 51 3.2.2.3 Paramtres du rseau UMTS ............................................................................................. 52 3.3 CADRES DES SIMULATIONS ........................................................................................................ 52 3.3.1 PARTIE CUR DU RESEAU........................................................................................................ 53 3.3.2 LA PROGRAMMATION TCL ..................................................................................................... 53 3.3.2.1 Pr simulation...................................................................................................................... 53 3.3.2.2 Simulation ............................................................................................................................ 53 3.3.2.3 Post simulation .................................................................................................................... 54 CONCLUSION ........................................................................................................................................ 55 CHAPITRE 4: SIMULATION & EVALUATION DES PERFORMANCES DU HANDOVER WIMAX UMTS ................................................................................................................................ 58 INTRODUCTION .................................................................................................................................... 58 4.1 PERFORMANCE DU HANDOFF ..................................................................................................... 58 4.1.1 LATENCE DU HANDOFF ........................................................................................................... 58 4.1.2 PERTE DE PAQUET .................................................................................................................... 58 4.2 ANALYSE DES PERFORMANCES DU WUHO............................................................................... 59 4.2.1 TRAFIC UDP............................................................................................................................. 60 4.2.1.1 Taux des paquets perdus ................................................................................................... 60 4.2.1.2 Dlai de transmission des paquets ................................................................................... 61 4.2.2 TRAFIC VOIX ............................................................................................................................. 62 4.2.2.1 Taux des paquets perdus ................................................................................................... 62 4.2.2.2 Dlai de transmission des paquets ................................................................................... 63 4.2.3 TRAFIC VIDEO ........................................................................................................................... 64 4.2.3.1 Taux des paquets perdus ................................................................................................... 64 4.2.3.2 Dlai de transmission des paquets ................................................................................... 65 4.3 ANALYSE DES PERFORMANCES DU UWHO............................................................................... 66 4.3.1 TRAFIC UDP............................................................................................................................. 66 4.3.1.1 Taux des paquets perdus ................................................................................................... 67 4.3.1.2 Dlai de transmission des paquets ................................................................................... 67 4.3.2 TRAFIC VOIX ............................................................................................................................. 68 4.3.2.1 Taux des paquets perdus ................................................................................................... 68 4.3.2.2 Dlai de transmission des paquets ................................................................................... 69 4.3.3 TRAFIC VIDEO ........................................................................................................................... 70 4.3.3.1 Taux des paquets perdus ................................................................................................... 70 4.3.3.2 Dlai de transmission des paquets ................................................................................... 71 CONCLUSION ........................................................................................................................................ 72 CONCLUSION GENERALE ............................................................................................................ 73 BIBLIOGRAPHIE .............................................................................................................................. 75 ANNEXES............................................................................................................................................ 78
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Liste des figures__________________________________________________________________________ Figure 1.1 : Architecture du rseau UMTS ........................................................................... 4 Figure 1.2 : Couverture de lUMTS ....................................................................................... 8 Figure 1.3 : Procdure de contrle de puissance ................................................................. 10 Figure 1.4 : Interconnexion entre WiMAX et diffrents types de rseaux [5] ................. 12 Figure 1.5: Le standard IEEE 802.16 [5] ............................................................................. 13 Figure 1.6 : Modle du rseau IEEE 802.16 e [6] ................................................................ 17 Figure 1.7 : Modle logique de rfrence IEEE 802.16 e [6] .............................................. 17 Figure 1.8 : Structure de la couche MAC [5]....................................................................... 19 Figure 2.1 : Le Mcanisme de soft Handover dans lUMTS .............................................. 24 Figure 2.2 : HO inter-frquence............................................................................................ 25 Figure 2.4 : Handover entre UMTS et WiMAX [11] .......................................................... 26 Figure 2.5 : Processus de Handover ..................................................................................... 31 Figure 2.6 : Gestion de mobilit Mobile IPv6 [20] .............................................................. 34 Figure 2.7 : Scnario Mobile IPv6 entre les rseaux UMTS et WiMAX [11] ................... 37 Figure 3.1 : Visualisation Nam de lexemple.tcl [24] .......................................................... 43 Figure 3.3 : Classe hirarchique de MIH User [27] ............................................................ 45 Figure 3.4 : Architecture dun nud Multi-interface [27] ................................................. 47 Figure 3.6 : Topologie du scnario (1100m x 1100m) ......................................................... 50 Figure 3.7 : Diagramme de fonctionnement TCL ............................................................... 55 Figure 4.1 : Modle de simulation (WUHO)........................................................................ 59 Figure 4.2 : Evolution du Taux des paquets perdus (trafic UDP) ..................................... 60 Figure 4.3 : Evolution du dlai de transmission des paquets (trafic UDP) ....................... 61 Figure 4.4 : Evolution du Taux des paquets perdus (trafic voix) ...................................... 62 Figure 4.5 : Evolution du dlai de transmission des paquets (trafic voix) ........................ 63 Figure 4.6 : Evolution du Taux des paquets perdus (trafic vido) .................................... 64 Figure 4.7 : Evolution du dlai de transmission des paquets (trafic vido) ...................... 65 Figure 4.8 : Modle de simulation (UWHO)........................................................................ 66 Figure 4.9 : Evolution du Taux des paquets perdus (trafic UDP) ..................................... 67 Figure 4.10 : Evolution du dlai de transmission des paquets (trafic UDP) ..................... 68 Figure 4.11 : Evolution du Taux des paquets perdus (trafic voix) .................................... 69 Figure 4.12 : Evolution du dlai de transmission des paquets (trafic voix) ...................... 69 Figure 4.13 : Evolution du Taux des paquets perdus (trafic vido) .................................. 70 Figure 4.14 : Evolution du dlai de transmission des paquets (trafic vido) .................... 71
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Liste des tableaux__________________________________________________________________________ Tableau 1.1 : Classes de trafic UMTS .................................................................................... 7 Tableau 1.2 : Caractristiques des services offert ................................................................. 8 Tableau 1.3 : Caractristiques des modes daccs [4]........................................................... 9 Tableau 1.4 : Spcificits techniques des diffrentes normes de IEEE 802.16x [5].......... 14 Tableau 1.5 : Proprits des cellules dfinis dans IEEE 802.16 e [6] ............................... 15 Tableau 1.6 : Classes de QoS du rseau WiMAX [6].......................................................... 15 Tableau 1.7 : Entits relatives de mobilit dans IEEE 802.16 e [6] ................................... 16 Tableau 1.8 : Les points de rfrence du modle IEEE 802.16 e [6] ................................. 18 Tableau 1.9 : Comparaison des systmes UMTS et WiMAX [7,8] .................................... 20 Tableau 2.1 : Types de HO dfinit dans IEEE 802.16e....................................................... 27 Tableau 2.2 : Explication des (MAC Management Messages) [12] ................................... 29 Tableau 2.3: Comparaison du handover entre UMTS et WiMAX.................................... 39 Tableau 3.1: les principaux composants de NS-2 ................................................................ 42 Tableau 3.2 : Les paramtres initiaux de la simulation...................................................... 51 Tableau 3.3 : Les paramtres du rseau WiMAX............................................................... 51 Tableau 3.4 : Les paramtres de la station de base (WiMAX) .......................................... 51 Tableau 3.5 : Les paramtres du rseau UMTS.................................................................. 52 Tableau 3.6 : Les paramtres du Node B ............................................................................. 52 Tableau 4.1 : Trafic UDP pour le nud mobile .................................................................. 60 Tableau 4.2 : Trafic voix pour le nud mobile.................................................................... 62 Tableau 4.3 : Trafic vido pour le nud mobile.................................................................. 64 Tableau 4.4 : Trafic UDP....................................................................................................... 66 Tableau 4.5 : Trafic voix pour le nud mobile.................................................................... 68 Tableau 4.6 : Trafic vido pour le nud mobile.................................................................. 70
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Liste des abrviations__________________________________________________________________________ AAA AP ASA ATM BE BS BSC CBQ CBR CDMA CN CN CRNC CSMA/CA CSMA/CD DHCP DL DRNC DRR DSDV DSL ETSI EURANE FDD FTP GGSN GMSC GPRS GSM GW HLR HO HSDPA IEEE IP IPSec LOS MAC MAN ME MEHO MIH MIHF MIH_SAP MIPV6 MN Authorization, Authentication and Accounting Access Point Authentication and Service Authorization Asynchronous Transfer Mode Best Effort Base Station Base Station Controller Class-Based Queuing Constant Bit Rate Code Division Multiple Access Core Network Correspondent Node Controlling RNC Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect Dynamic Host Configuration Protocol Downlink Drift RNC Deficit Round Robin Destination-Sequenced Distance-Vector Digital Subscriber Line European Telecommunications Standards Institute Enhanced UMTS Radio Access Network Extensions Frequency Division Duplex File Transfer Protocol Gateway GPRS Support Node Gateway MSC General Packet Radio Service Global System for Mobile Communications Gateway Home Location Register Handover High Speed Downlink Packet Access Institute of Electrical & Electronic Engineers Internet Protocol IP Security Line of Site Medium Access Control Metropolitan Area Networks Mobile Equipment Mobile Evaluated HO Media Independent Handover Media Independent Handover Functions Media Independent Handover Service Access Point Mobile Internet Protocol Version 6 Mobile Node vii
MPEG MSC MSS NAM NOAH NBAP ND NEHO NIST NLOS NRT-VR OFDM OFDMA OLPC OSI PDA PHY PLMN PS QAM QoS QPSK RA RLC RNC RNSN RRC RRM RS RTP RT-VR DCD UCD UDP UL SAP SFQ SGSN SIP SIR SMTP SOFDMA SRM SRNC TCL TDD TEB TPC UE UGS
Moving Picture Experts Group Mobile Services Switching Centre Mobile Subscriber Station Network Animator NO Ad-Hoc Routing Agent NodeB Application Part Neighbour Discovery Network Evaluated HO National Institute of Standards and Technology No line of Site Non-Real Time Variable Rate Orthogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiple Access Open Loop Power Control Open Systems Interconnection Personal Digital Assistant Physical Layer Public Land Mobile Network Packet Switched Quadrature Amplitude Modulation Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying Router Advertisement Radio Link Control Radio Network Controller Radio Networking Serving Node Radio Resource Control Radio Resource Management Router Solicitation Real-time Transport Protocol Real Time Variable Rate Downlink Channel Descriptor Uplink Channel Descriptor User Datagram Protocol Uplink Service Access Point Stochastic Fair Queuing Serving GPRS Support Node Session Initiation Protocol Signal-to-Interference Simple Mail Transfer Protocol Scalable Orthogonal Frequency Division Multiple Access Scalable Reliable Multicast Serving RNC Tool Control Language Time Division Duplex Taux dErreur Binaire Transmit Power Control User Equipment Unsolicited Grant Service
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UMTS USIM UTRAN UWHO VLR VoIP WCDMA Wi-Fi WiMAX WLAN WMAN WUHO 2G 3G 3GPP
Universal Mobile Telecommunications System UMTS Subscriber Identity Module UMTS Terrestrial Radio Access Network Handover UMTS to WiMAX Visitor Location Register Voice over IP Wideband CDMA Wireless Fidelity Worldwide interoperability for Microwave Access Wireless Local Area Network Wireless Metropolitan Networks Handover WiMAX to UMTS 2nd Generations (Mobile System) 3rd Generation (Mobile System) 3rd Generation Partnership Project
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Introduction gnrale
Introduction gnrale__________________________________________________________________________
Telecommunication System), IEEE 802.11, Hiperlan, WLAN (Wireless Local Area Network) et WiMAX (Worldwide interopability for Microwave Access) tentent remplacer ou complter la technologie radio existante du GSM (Global System for Mobile communications). Ainsi, avec cette diversit des rseaux daccs, les rseaux mobiles de prochaine gnration devront, tre capables doffrir, aux utilisateurs mobiles, des services haut dbit permettant de transmettre voix, images et vido ainsi que des connexions Internet quelque soit le lieu et nimporte quel moment. La solution idale est de pouvoir profiter du roaming ou de la convergence intgre entre ces technologies. On pourra lavenir disposer dun terminal mobile agissant la fois comme un terminal WiMAX lorsquon se trouve proximit dun point daccs et transfrant automatiquement la communication sur son tlphone UMTS. La convergence bi-mode permet galement de transmettre des donnes ou de la voix par le rseau le moins coteux, plus avantageux que lautre et, bien entendu disponible un certain moment. De tels appareils ont pass le stade de dveloppement pour tre approuvs. Dans ce mme lan de convergence, les oprateurs de tlcommunication bnficient de la capacit de fournir les mmes services ; voix, donnes, SMS, tlchargement, etc. via un autre type de rseau, WiMAX, en parallle aux rseaux cellulaires traditionnels. Les tlchargements sur Internet de tout type de documents multimdias ; vido, musiques, films, tant devenus courant, la convergence UMTS/WiMAX permettre de passer dun rseau lautre sans devoir fermer sa connexion. Le but de ce projet de fin dtude est de modliser une architecture de dveloppement permettant de mettre en uvre ce principe et danalyser les performances du handover inter-systme entre les rseaux UMTS et WiMAX (802.16 e). Ainsi, nous commencerons en premier chapitre par prsenter des concepts gnraux sur les rseaux UMTS et WiMAX, nous dtaillerons et comparons les architectures et les principes de fonctionnement des deux systmes.
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e nos jours, on assiste un dveloppement rapide des systmes de communication mobile. Une nouvelle gamme daccs radio tels que lUMTS (Universal Mobile
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Introduction gnrale
Dans le deuxime chapitre, nous dtaillerons les mcanismes de handover pour chaque systme, ainsi que la gestion de la mobilit des deux rseaux, nous traiterons aussi les besoins et les exigences ncessaires du mobile et du rseau pour le support du handover entre UMTS et WiMAX. Dans le troisime chapitre, nous envisagerons la modlisation rseau du handover inter-systme entre UMTS et WiMAX, ainsi, nous prsenterons loutil de simulation et les implmentations ncessaires pour le support des mcanismes du handover vertical, nous finirons par dcrire les diffrentes phases du travail de simulation. Finalement, nous valuerons les performances du handover vertical WUHO (handover WiMAX vers UMTS) et UWHO (handover WiMAX vers UMTS) en simulant diffrents types dapplication. Suite ces rsultats, nous soulignerons les amliorations et les limites du modle, ainsi que des propositions voquer dans le travail futur.
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Concepts gnraux sur les rseaux UMTS & WiMAX
Chapitre 1 : Concepts gnraux sur les rseaux UMTS & WiMAX__________________________________________________________________________
Introduction
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ans cette premire partie, nous allons prsenter en bref les concepts gnraux des deux technologies UMTS et WiMAX, ainsi nous dtaillerons les architectures, les
aspects techniques et les principes de fonctionnement des deux systmes, enfin, nous envisagerons une tude comparative entre les deux technologies afin de pouvoir dgager les diffrences entre eux.
1.1 Introduction aux rseaux UMTSLUMTS (Universal Mobile Telecommunication System) ou rseau mobile de troisime gnration est un systme de communications mobiles sans fil capable d'tre le support, en particulier, de services multimdias novateurs, et de combiner l'utilisation d'lments terrestres et satellitaires [1]. Il sera possible d'avoir des accs plus rapides lInternet, avec une amlioration de la qualit des communications tendant celle de la tlphonie fixe.
1.1.1 Objectifs de lUMTSPour rpondre aux besoins des utilisateurs, les objectifs suivants ont t fixs pour lUMTS lors des travaux dtude et de normalisation en Europe et sur le plan mondial [1]. Tout dabord, lUMTS doit supporter des services multimdias large bande qui peuvent atteindre un dbit de 2 Mbit/s. LUMTS doit en plus assurer la convergence entre les rseaux fixes et mobiles. Un autre objectif pour lUMTS est doffrir un service de mobilit universelle, dpassant les limitations dues la multiplicit des systmes et des rseaux. Par consquence, la couverture de lUMTS sera mondiale. Enfin, les rseaux UMTS doivent garantir une qualit de service quivalente celle des rseaux filaires.
1.1.2 Architecture du rseau UMTSLe rseau UMTS se divise en deux domaines : le domaine quipement utilisateur UE (User Equipment) et le domaine infrastructure [1]. Le domaine infrastructure se partage en 3
Concepts gnraux sur les rseaux UMTS & WiMAX
deux parties : le rseau daccs (Access Network) et le rseau cur CN (Core Network). La figure suivante prsente larchitecture dun rseau UMTS [2].
Figure 1.1 : Architecture du rseau UMTS
Les lments illustrs au niveau de cette figure seront dtaills dans ce qui suit. 1.1.2.1 Lquipement utilisateur (UE) LUE contient deux parties [2] : Lquipement Mobile ME (Mobile Equipment) : Cest le terminal radio utilis pour les communications travers linterface Uu. LUSIM (UMTS Subscriber Identity Module) : Il fournit lidentit de labonn, tablie les algorithmes dauthentification, enregistre les clefs dauthentification et de cryptage, 1.1.2.2 Le rseau daccs Le rseau daccs terrestre de lUMTS sappelle UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). Un UTRAN est constitu dun ou plusieurs RNS (Radio Network Subsystems). Le RNS a pour rle de grer lallocation et la libration des ressources radio pour autoriser la connexion entre lUE et lUTRAN. Chaque RNS est form dun RNC (Radio Network Controller) et dun ou plusieurs Node B [2].
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Concepts gnraux sur les rseaux UMTS & WiMAX
a) Le RNC
Il contrle les ressources radio de lUTRAN, gre le protocole RRC (Radio Ressource Control) dfinissant les procdures et les messages entre le mobile et lUTRAN. Il est en liaison avec le rseau coeur pour les transmissions en mode paquet travers linterface Iu-PS et en mode circuit travers linterface Iu-CS. Le RNC directement reli un Node B par linterface Iub est un CRNC (Controlling RNC), il gre : Le contrle de la charge des diffrents Node B. Le contrle dadmission et dallocation des codes pour les nouveaux liens radio qui stablissent dans les cellules gres. Lorsquun mobile est li des Node B contrls par diffrents RNC, deux types de RNC se distinguent : le SRNC (Serving RNC) et le DRNC (Drift RNC). Le SRNC est le RNC qui fournit la connexion Iu pour le mobile vers le rseau coeur. Lorsque le mobile est dans une situation de Soft Handover, plus quune liaison Iub et une liaison Iur sont tablies. Seul le SRNC fournit linterface Iu vers le rseau coeur. Les autres ont pour fonction principale de router les donnes de faon transparente. Ces RNC sont appels alors DRNC [2].b) Le Node B
Ses fonctionnalits principales sont : grer la couche physique de linterface radio, administrer le codage canal, lentrelacement, ladaptation du dbit, ltalement et le dstalement. Il est aussi responsable du contrle de puissance en boucle ferme. Linterface mobile/Node B est une interface Uu [1]. 1.1.2.3 Le rseau Coeur (CN) Le rseau coeur est responsable de la commutation et du routage des communications (voix et donnes) vers les rseaux externes. Il se dcompose en deux domaines : le domaine paquet et le domaine circuit.a) Le domaine circuit
Le domaine circuit permet de grer les services temps rels correspondant aux conversations tlphoniques, la vido-tlphonie et aux applications multimdia. Ces applications ncessitent un temps de transfert rduit. Le dbit support par ce mode sera de 384 kbit/s. Linfrastructure sappuie sur un MSC/VLR (Mobile Switching Centre/Visitor Location Register) correspondant au commutateur (MSC) et la base de donnes visiteur (VLR), et sur un GMSC (Gateway MSC), commutateur connect directement au rseau externe [2].
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Concepts gnraux sur les rseaux UMTS & WiMAX
b) Le domaine paquet
Le domaine paquet permet de grer les services non temps rel correspondant la navigation sur Internet, aux jeux en rseau et aux E-mail. Ces applications sont moins sensibles au temps de transfert et ces donnes pourront transiter en mode paquet. Le dbit support pourra atteindre 2 Mbit/s. Le rseau sappuie sur un SGSN (Serving GPRS Support Node) correspondant au MSC/VLR en mode paquet et sur un GGSN (Gateway GPRS Support Node) correspondant au GMSC en mode paquet. Il commute les donnes vers le rseau Internet et autres rseaux publics ou privs de transmissions de donnes [2].c) Elments en commun
Il sagit du HLR (Home Location Register). Cest une base de donnes qui enregistre le profil de lutilisateur [2]. 1.1.2.4 Rseaux externes Le rseau UMTS est reli deux types de rseaux externes [1]: Le rseau paquet : dont le meilleur exemple est le rseau Internet. Le rseau circuit : par exemple le rseau tlphonique existant. 1.1.2.5 Les interfaces La chose la plus importante signaler est que les interfaces UMTS sont des interfaces ouvertes c'est--dire que les quipements de diffrents fournisseurs peuvent tre interconnects sils suivent la norme. Ces interfaces sont [2]: Interface Uu : cest linterface radio de lUMTS. A travers cette interface, lUE peut accder au rseau. Interface Iub : elle relie le Node B LRNC. Interface Iu : elle connecte lUTRAN au rseau coeur. Elle se divise en deux parties lIu-CS entre le RNC et le domaine circuit du CN et lIu-PS entre le RNC et le domaine paquet du CN. Interface Iur : cest linterface RNC/RNC. Sa mission principale est de grer linterRNC Soft Handover.
1.1.3 Les classes de servicesLUMTS permet aux abonns daccder une grande varit de services et dapplications. Ces services sont drives du GPRS (General Packet Radio Service) avec le mode circuit pour la voix et les donnes temps rel, et le mode paquet pour les donnes non
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Concepts gnraux sur les rseaux UMTS & WiMAX
temps rel. Mais les dbits tant plus importants (384 kbit/s en UMTS contre 170 kbit/s en GPRS). Chaque service demande un dbit minimal pour assurer la qualit de service attendue par lusager. On distingue les types de services suivants (tableau 1.1) [1]:Type de trafic Trafic conversation nel Trafic flux continu Trafic interactif Trafic de background Dlai de transmission Strict (service temps rel) Temps rel Variation du dlai de transmission Stricte Dbit binaire garanti Oui Exemple dapplications Voix
Limite
Oui
Flux multimdia (MPEG) Le Web Tlchargement dE-mail
Limit Non (pas de contrainte de temps)
Non Non
Non Non
Tableau 1.1 : Classes de trafic UMTS
Le mlange de ces services multiples a une grande influence sur la performance du systme en terme de capacit et de couverture des sites radio. De ce fait, lanalyse de ce mlange multiservice constitue une tape primordiale pour garantir la russite du dimensionnement du rseau daccs UMTS.
1.1.4
Interface radio de lUMTSLinterface radio de lUMTS doit tre conue pour supporter une large gamme de
services diffrents. Les systmes mobiles de 3me gnration devront offrir des services accs circuit ou paquet, avec un dbit maximal dpendant de lenvironnement et de la vitesse du mobile. Des services dbit variable et asymtrique (entre liaison montante et descendante) devront tre supports de faon efficace (tableau 1.2) [2]. Les systmes mobiles de 3me gnration pourront tre dploys dans un rseau cellulaire multi couches avec des macro cellules (0,5 10 Km de rayon) pour la couverture globale, des microcellules (50 500 m) pour les fortes densits de trafic en ville, et des pico cellules (5 50 m) pour la couverture lintrieur des btiments [2]. Le passage dune cellule lautre (transfert intercellulaire ou handover) devra se faire de faon transparente pour lutilisateur, cest--dire sans coupure perceptible ni perte de donnes.
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Concepts gnraux sur les rseaux UMTS & WiMAX
La figure ci-dessous illustre la couverture de lUMTS :
Figure 1.2 : Couverture de lUMTSServices temps rel Environnement Dbit max Rural (V
