!!!! Merci Qos Drive Test

Cycle de formation des ingénieurs en Télécommunications Option :

Réseaux et Services Mobiles

Rapport de Projet de fin d’études Thème :

Conception et développement d’un outil d’aide à l’analyse des indicateurs qualité d’un réseau GPRS Réalisé par :

M’BARKI Rachid Encadrants :

M. Mohamed Ayadi (SUP’COM) M. Mohamed Cheikh (GET Wireless)

Travail proposé et réalisé en collaboration avec

Année universitaire : 2006/2007

Dédicaces « Louange à Allah qui nous a guidés à ceci. Nous n'aurions pas été guidés, si Allah ne nous avait pas guidés ». A mon cher Père Ramadhan A ma chère Mère Naoua A mes chers frères Ammar, Med Hedi, Med Habib et Khaled A mes chères sœurs Kalthoum, Salwa, Nour El Houda, Najoua et Soumaya A mes chers amis Makram, oncle Mohsen, Lazhar, Mohsen, Oussama, Nizar, Sassi, Hamza, Said, Sofien, Jamel… A tous ceux que j’aime et qui m’aiment, Je dédie ce travail.

" Rachid  

Remerciement

Je tiens tout d’abord à remercier Mr. Hatem Boulabiar, président directeur général de GET Wireless pour son chaleureux accueil au sein de sa société, pour ses qualités humaines et ses conseils.

J’adresse également mes sincères remerciements à Mr. Mohamed Cheikh, ingénieur radio à GET Wireless, qui n’a épargné aucun effort pour le bon déroulement de ce travail, avec ses remarques et ses consignes qui m’ont été d’un grand apport.

J’insiste pour exprimer toute ma reconnaissance à Mr. Mohamed Ayadi, docteur en radio mobile à SUPCOM, pour son suivi, sa disponibilité et ses précieux conseils qu’il m’a prodigués le long de ce projet.

Je tiens également à exprimer ma profonde gratitude à Mr. Oussama Alibi, directeur technique à GET Wireless pour son incontestable contribution à l’accomplissement de ce projet.

Je ne manque pas de remercier, avec beaucoup d’égard et de différence, tout l’équipe de GET Wireless : Elyes, Anis, Aymen, Walid, Sami…, qui m’ont toujours aidé et m’ont offert une agréable ambiance de travail.

Je

m’acquitte, enfin, volontiers d’un devoir de gratitude et de remerciements à tous mes

enseignants pour la qualité de l’enseignement qu’ils ont bien voulu me prodiguer durant mes études afin de me fournir une formation efficiente. Et

nous espérons que nôtres conduite et notre

apprentissage ont laissé une bonne impression de Sup’com et affirme son image de marque.

Avant Propos

Dans le cadre de ma formation d’ingénieur au sein de l’Ecole Supérieure des Communications de Tunis (SUPCOM), option « Réseaux et services mobiles », je suis mené à effectuer ce projet de fin d’études qui représente l’accomplissement de mon second cycle d’études supérieures dans le cadre de la préparation de diplôme d’Ingénieur en télécommunications. Ce projet a été effectué en collaboration entre GET Wireless et l’école supérieure des communications de Tunis. GET Wireless est une société à responsabilité limitée (S.A.R.L.) crée en 2001 spécialisée dans l’ingénierie des télécommunications et elle a comme mission : # Déploiement des réseaux cellulaires, # Mesure radio, # Optimisation des réseaux cellulaires, # Service à valeur ajouté (VAS).

Le projet que nous avons mené a pour but de concevoir et de développer un outil informatique qui permet d’automatiser la procédure d’analyse des indicateurs qualité de l’interface radio du réseau GSM/GPRS.

Cahier de Charge du Projet

1. Cadre du projet Lors d’une mesure drive test, l’ingénieur radio est appelé à récupérer les mesures effectuées sur l’interface radio, les interpréter et les analyser. Ceci permet à l’ingénieur de constater l’état de la qualité du réseau GPRS et lui offre la possibilité de faire une étape d’analyse et d’optimisation de ce réseau. L’objet de ce projet de fin d’études est de concevoir et développer un outil d’aide à l’analyse des indicateurs qualité d’un réseau GPRS.

2. Travail demandé Il s’agit de concevoir et de développer un outil qui consiste à automatiser la procédure d’analyse des indicateurs QoS d’un réseau GPRS. Le travail demandé est de lire, traiter, étudier statistiquement et analyser les données récupérer à partir d’un fichier de mesure de format standard obtenu suite à une mesure drive test du réseau GPRS.

3. Plan de travail 1. Etude bibliographique sur l’interface radio, l’architecture et les fonctionnalités du réseau GSM/GPRS. 2. Etude sur la qualité de service dans le réseau GSM/GPRS en spécifiant : # Les techniques de Drive test et les critères d'évaluation de la qualité de service, # Les techniques de supervision de la QoS, # Les indicateurs de clés de performances (KPI) d’un réseau GSM/GPRS. 3. Spécification des besoins fonctionnels de l’outil

4. Conception de l’outil avec UML (outil de conception Rational Rose). 5. Développement de l’outil en C++ (Outil de programmation Visual .net). 6. Test et validation de l’outil.   Mots clés : GSM, GPRS, QoS, drive test, indicateurs, développement C++.

 

Tables Des Matières   

Liste Des Figures ____________________________________________________________ ix Liste Des Tableaux ___________________________________________________________ xii

Introduction générale _________________________________________________________ 1

Chapitre I : Introduction au réseau GPRS ________________________________________ 3

Introduction __________________________________________________________________ 3 I.1. Rappels sur le réseau GSM (Global System for Mobile communications) _______________ 3 I.2. Le réseau GPRS (General Packet Radio Service) _________________________________ 5 I.2.1. Concepts de base du GPRS (General Packet Radio Service) ______________________ 5 I.2.2. Fonctionnalités et services du réseau GPRS ___________________________________ 6 I.2.3. Architecture de réseau GPRS ______________________________________________ 7 I.2.3.1. Le terminal mobile ___________________________________________________ 8 I.2.3.2. Le sous système radio BSS_____________________________________________ 9 I.2.3.3. Le sous système réseau NSS __________________________________________ 10 I.2.3.4. Les interfaces du réseau GSM/GPRS ____________________________________ 11 I.2.3.5. Architecture en couche de réseau GPRS _________________________________ 12 I.2.4. L’interface radio de réseau GPRS __________________________________________ 16 I.2.4.1. Les canaux dans le réseau GPRS _______________________________________ 16 I.2.4.2. Schémas de codage canal _____________________________________________ 18 I.2.4.3. La gestion de l’itinérance _____________________________________________ 19 Conclusion __________________________________________________________________ 23

Chapitre II : Qualité de Service dans le réseau GSM/GPRS _________________________ 24

Introduction _________________________________________________________________ 24 vi 

 

II.1. Gestion de la qualité de service dans les réseaux cellulaires ________________________ 24 II.1.1. Définition et intérêt de la qualité de service _________________________________ 24 II.1.2. Critères d’évaluation de la qualité de service ________________________________ 25 II.2. Qualité de service dans le réseau GSM ________________________________________ 26 II.2.1. Mesures de la QoS dans le réseau GSM ____________________________________ 26 II.2.2. Indicateurs qualité du réseau GSM ________________________________________ 28 II.3. Qualité de service dans le réseau GPRS ________________________________________ 32 II.3.1. Classe de qualité de service QoS __________________________________________ 32 II.3.1.1. Précédence _______________________________________________________ 33 II.3.1.2. Classe de fiabilité __________________________________________________ 33 II.3.1.3. Classe de délai ou de retard ___________________________________________ 34 II.3.1.4. Classe de débit ____________________________________________________ 35 II.3.2. Supervision de la qualité de service ________________________________________ 36 II.3.2.1. Mesures Drive test GPRS ____________________________________________ 37 II.3.2.2. KPI GPRS ________________________________________________________ 40 II.3.3. Paramètres radio ______________________________________________________ 41 Conclusion __________________________________________________________________ 43

Chapitre III : Spécification des besoins et Conception de l’outil ______________________ 44

Introduction _________________________________________________________________ 44 III.1. Spécification des besoins __________________________________________________ 44 III.1.1. Statistiques de couverture _______________________________________________ 45 III.1.2. Statistiques de qualité __________________________________________________ 45 III.1.3. Statistiques du rapport C/I ______________________________________________ 46 III.1.4. Statistiques d’interférence ______________________________________________ 46 III.1.5. Statistiques des schémas de codage CS ____________________________________ 47 III.1.6. Statistiques des débits de transmission des données ___________________________ 47 III.1.7. Statistiques sur les erreurs de transmission _________________________________ 49 III.1.8. Statistiques des canaux PDCHs __________________________________________ 49 III.1.9. Statistiques liées aux états de session ______________________________________ 49

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III.1.10. Statistiques liées aux services GPRS _____________________________________ 50 III.2. Conception de l’outil______________________________________________________ 52 III.2.1. Diagramme de cas d’utilisation __________________________________________ 53 III.2.2. Diagramme de classes _________________________________________________ 54 III.2.3. Diagramme de séquence et de collaboration ________________________________ 57 Conclusion __________________________________________________________________ 59

Chapitre IV : Développement et test de l’outil ____________________________________ 60

Introduction _________________________________________________________________ 60 IV.1. L’environnement informatique de développement _______________________________ 60 IV.2. Développement de l’outil __________________________________________________ 61 IV.2.1. Interface d'accueil ____________________________________________________ 62 IV.2.2. Etude de cas réels _____________________________________________________ 63 IV.2.2.1. Analyse de couverture ______________________________________________ 63 IV.2.2.2. Analyse de qualité de signal _________________________________________ 64 IV.2.2.3. Analyse d’interférence______________________________________________ 65 IV.2.2.4. Analyse de schéma de codage ________________________________________ 67 IV.2.2.5. Analyse de débit __________________________________________________ 69 IV.2.2.6. Analyse des erreurs de transmission ___________________________________ 72 IV.2.2.7. Analyse des canaux PDCH __________________________________________ 75 IV.2.2.8. Autre Analyses ___________________________________________________ 79 Conclusion __________________________________________________________________ 82

Conclusion générale & perspective______________________________________________ 83

Annexe ____________________________________________________________________ 85 Bibliographie _______________________________________________________________ 89

viii 

 

Liste Des Figures

Figure I.1 : Architecture type d’un transfert de données en GSM ________________________ 3 Figure I.2 : Caractéristique d’une session Web _______________________________________ 5 Figure I.3 : Architecture d’un réseau GPRS _________________________________________ 8 Figure I.4 : Plan d’échange de données entre le réseau fédérateur GPRS et la MS __________ 12 Figure I.5 : Plan d’échange de signalisation entre le réseau fédérateur GPRS et la MS _______ 15 Figure I.6 : Structure de la multitrame GPRS _______________________________________ 16 Figure I.7 : GPRS Attach _______________________________________________________ 20 Figure I.8 : Les états de mobilité en GPRS _________________________________________ 21 Figure I.9 : Activation d’un contexte PDP à l’initiative du mobile _______________________ 23 Figure II.1 : Chaine de mesure Drive Test __________________________________________ 28 Figure II.2 : Processus d’analyse _________________________________________________ 43 Figure III.1 : Diagramme de cas d’utilisation de l’outil ________________________________ 53 Figure III.2 : Diagramme de classe de l’outil________________________________________ 55 Figure III.3 : Diagramme de séquence de l’outil : Analyse des mesures ___________________ 57 Figure III.4 : Diagramme de séquence de l’outil : Analyse de l’interférence _______________ 58 Figure III.5 : Diagramme de séquence de l’outil : Estimation des débits et BLER GPRS______ 58 Figure III.6 : Diagramme de séquence de l’outil : Analyse des connexions GPRS___________59 Figure IV.1 : Interface principale de Visual .net _____________________________________ 60 Figure IV.2 : Schéma synoptique de l’outil _________________________________________ 61 Figure IV.3 : Fichier de mesure __________________________________________________ 61

ix 

 

Figure IV.4 : Interface d'accueil de l’outil _________________________________________ 62 Figure IV.5 : Etude de la couverture ______________________________________________ 63 Figure IV.6 : Histogramme de couverture __________________________________________ 64 Figure IV.7 : Etude de la couverture ______________________________________________ 64 Figure IV.8 : Histogramme de qualité de signal _____________________________________ 65 Figure IV.9 : Etude de l’interférence ______________________________________________ 66 Figure IV.10 : Histogramme d’interférence _________________________________________ 66 Figure IV.11 : Etude du rapport C/I _______________________________________________ 67 Figure IV.12 : Histogramme du rapport C/I_________________________________________ 67 Figure IV.13 : Etude des schémas de codage ________________________________________ 68 Figure IV.14 : Histogramme des schémas de codage en UL et DL _______________________ 68 Figure IV.15 : Etude de débit LLC en UL et DL _____________________________________ 69 Figure IV.16 : Histogramme de débit LLC en UL et DL _______________________________ 70 Figure IV.17 : Etude de débit RLC/MAC en UL et DL ________________________________ 71 Figure IV.18 : Histogramme de débit RLC/MAC en UL et DL _________________________ 71 Figure IV.19 : Débit GPRS moyen en UL et DL _____________________________________ 72 Figure IV.20 : Etude de BLER LLC en UL et DL ____________________________________ 73 Figure IV.21 : Histogramme de BLER LLC en UL et DL______________________________ 73 Figure IV.22 : Etude de BLER RLC/MAC en UL et DL_______________________________ 74 Figure IV.23 : Histogramme de BLER RLC/MAC en UL et DL ________________________ 75 Figure IV.24 : Statistique de BLER moyen en UL et DL ______________________________ 75 Figure IV.25 : Taux d’utilisation des canaux PDCH en UL et DL _______________________ 76 Figure IV.26 : Etude des autres statistiques _________________________________________ 76 Figure IV.27 : Pourcentage d’utilisation des TS en UL et DL ___________________________ 77 Figure IV.28 : Type des blocs RLC/MAC pour 1 et 2 TS alloués en DL __________________ 77 x 

 

Figure IV.29 : Type des blocs RLC/MAC pour 3 et 4 TS alloués en DL __________________ 78 Figure IV.30 : Type des blocs RLC/MAC pour 1 seul TS alloué en UL ___________________ 78 Figure IV.31 : Histogramme de Taux d’attachement au réseau GPRS ____________________ 79 Figure IV.32 : Histogramme de taux d’activation de contexte PDP ______________________ 79 Figure IV.33 : Histogramme de taux de mise à jour de localisation ______________________ 80 Figure IV.34 : Histogramme du GRR state _________________________________________ 80 Figure IV.35 : Histogramme des états de session ____________________________________ 81 Figure IV.36 : Histogramme d’activité TBF en UL et DL ______________________________ 81

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Liste Des Tableaux

Tableau I.1 : Débit par TS par CS _________________________________________________ 19  Tableau II.1 : Principaux indicateurs de qualité de service ______________________________ 25  Tableau II.2 : Exemple de convention de niveau de champ _____________________________ 28  Tableau II.3 : Correspondance entre RxQual et BER __________________________________ 29  Tableau II.4 : Exemple de convention de Rxqual _____________________________________ 29  Tableau II.5 : Correspondance entre FER et RXQUAL ________________________________ 30  Tableau II.6 : Hypothèses de QoS pour GSM (valeurs typiques) _________________________ 32  Tableau II.7 : Classes de priorités _________________________________________________ 33  Tableau II.8 : Classes de fiabilité  _________________________________________________ 34  Tableau II.9 : Classes de délai ____________________________________________________ 34  Tableau II.10 : Classes de débit pic. _______________________________________________ 35  Tableau II.11 : Classes de débit moyen. ____________________________________________ 36  Tableau III.1 : Seuils de couverture  _______________________________________________ 45  Tableau III.2 : Seuils de qualité radio ______________________________________________ 46  Tableau III.3 : Seuils C/I ________________________________________________________ 46  Tableau III.4 : Seuils de débit de transfert  __________________________________________ 48  Tableau III.5 : Seuils BLER  _____________________________________________________ 49 

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Introduction générale

Introduction générale Les évolutions technologiques dans le monde ne cessent de s’accentuer à haute cadence, notamment pour les systèmes de télécommunications mobiles. Durant ces dernières années, les réseaux radio mobiles ont eu une expansion sans précédent en termes de capacité et en nombre d’abonnés. La norme GSM, Global System for Mobile communication, représente de nos jours le système de télécommunications mobile le plus étendu et le plus répandu à travers le monde. Initialement, le système GSM a été conçu pour offrir principalement un service de téléphonie orienté circuit et permet aussi le transfert des données à un débit limité de 9,6 kbit/s. Puisque les nouvelles tendances sont axées sur les nouveaux services, nous citons la transmission de données et les réseaux à haut débit, lesquels ont nécessité l’évolution de ce système pour qu’il supporte le HSCSD, High Speed Circuit Switched Data, fondé sur la commutation de circuit puis le GPRS, General Packet Radio Service, fondé sur la commutation de paquets. L’expérience a montré l’échec du mécanisme HSCSD pour sa consommation énorme de ressources, et a retenu le mécanisme GPRS vu ses performances notables. Selon cette stratégie les opérateurs ont adopté en perspective proche de la norme GPRS. Le réseau GPRS vient donc se greffer sur le réseau GSM avec lequel il partage les ressources. Il fournit des services orientés paquets pour transmettre des données sur l'interface radio avec un débit utilisateur nettement supérieur à celui offert par le réseau GSM. Ce type de réseau supporte plusieurs trafics non homogènes et satisfait plusieurs contraintes de qualité de service. Cette dernière représentait le souci de tout opérateur. C'est dans ce contexte que porte notre projet intitulé "Conception et développement d’un outil d’aide à l’analyse des indicateurs qualité d’un réseau GPRS" dans lequel nous tenons à étudier les performances du réseau GPRS. Cela a nécessité des fichiers recueillis sur l'interface radio, qui constitue l'élément fondamental pour laquelle la qualité de service sera évaluée, à l'aide de mesures drive-test et des indicateurs de performances (KPI) qui seront calculés à partir des indicateurs GPRS. L’analyse des fichiers de mesure permet d’apporter d’énormes informations quant au fonctionnement du réseau et de ses performances. Aussi, les KPI présentent une gamme d’indicateurs qui couvrent différents aspects de performances du réseau en matière de trafic, de M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Introduction générale

coupure, d’interférence. Toutefois, les indicateurs KPI et les mesures terrains sont complémentaires pour évaluer la qualité de service du réseau permettant entre autres une analyse détaillée, variée et causale des principaux phénomènes et problèmes rencontrés dans le réseau GPRS. Dans le présent document, nous nous sommes particulièrement intéressés à donner dans un premier chapitre un aperçu sur la norme GSM/GPRS. En fait, nous avons présenté l’architecture du réseau GSM/GPRS en termes de sous systèmes radio et réseau. De plus, nous avons exposé certains principes de base et fonctionnalités de ce réseau. Dans le deuxième chapitre, nous tenons à étudier la qualité de service, en particulier, dans la norme GPRS. Cette notion a été illustrée par l’exposition des indicateurs de qualité de service (drive test), des paramètres GPRS et des seuils de qualité de service GPRS. Dans le troisième chapitre, nous décrivons les spécifications des besoins fonctionnels de l’outil ainsi que sa conception détaillée. Et finalement, nous passons au développement de l'application et ceci en introduisant en première partie l'environnement de développement, qui sera au biais de l’environnement Visual .net, et en deuxième partie nous donnons quelques résultats des statistiques effectués sur des mesures.

M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

Chapitre I : Introduction au réseau GPRS Introduction Ce chapitre met l’accent sur le fonctionnement du réseau GPRS en insistant sur les techniques employées sur la voie radio. Nous présenterons tout d'abord quelques concepts utiles d'un réseau GSM classique pour introduire par la suite celle d'un réseau GPRS.

I.1. Rappels sur le réseau GSM (Global System for Mobile communications) Le réseau GSM est le premier réseau de radiotéléphonie cellulaire numérique défini par la norme européenne ETSI. Il est conçu essentiellement pour la transmission vocale, en mode circuit, que se soit entre les abonnés mobiles ou entre les abonnés mobiles et les abonnés du réseau téléphonique commuté publique (RTCP ou PSTN). À l’instar des codecs qui transforment le signal de parole en un train de bits, le GSM a normalisé dès ses premières phases de développement des interfaces pour les données.

Figure I.1 : Architecture type d’un transfert de données en GSM [6]

Pour fiabiliser la connexion de données, un protocole de reprise sur erreur, RLP (Radio Link Protocol) est mis en œuvre entre le TAF et l’IWF (Voir figure I.1) et est fondé sur le principe du selective repeat ARQ (Automatic Repeat reQuest) qui ne retransmet que les paquets erronés qui sont vérifiés par le CRC (Cyclic Redundancy Check). Il existe toutefois un mode M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

transparent, qui n’utilise pas ce protocole et dans ce cas, il revient aux couches supérieures de fiabiliser le lien, si nécessaire, au moyen de TCP, par exemple. En mode transparent, le bloc élémentaire d’information contient 192 bits/20 ms, soit 9.6 Kbit/s. En mode non transparent, c’est-à-dire lorsque le protocole RLP est utilisé, le bloc élémentaire d’information contient 200 bits et s’il n’y avait aucune retransmission, le débit vu par l’utilisateur serait de 200 bits/20 ms, soit 10 Kbit/s mais en réalité, les retransmissions font baisser ce débit à 9.6 Kbits/s. Lorsque le canal de propagation est favorable, bon rapport signal sur bruit et mobilité restreinte par exemple, le GSM peut offrir un débit supérieur qui est égal à 14.4 Kbits/s par TS. En générale, le réseau GSM est capable de véhiculer des données avec un débit de 9,6 kbps, ce débit est suffisant que pour les petits échanges de données (SMS) mais cela va se révéler vraiment lent pour les applications à venir (internet, vidéo...). Ceci essentiellement à cause des défauts principaux suivants : ƒ

L’usage des ressources radio n’est pas optimal : Un circuit est réservé dans chaque sens alors qu’en général, un seul sens est utilisé à un moment donné ainsi que les ressources réservées en générale ne sont pas utilisées pleinement tout au long de la connexion,

ƒ

Interconnexion complexe avec les réseaux paquets (Internet),

ƒ

Facturation selon le temps de connexion et non pas en fonction du volume de données transférées.

Quelques améliorations ont été faites à la norme GSM pour augmenter ce débit, ce qui entraîne l’évolution du GSM vers le HSCSD (High Speed Circuit Switched Data). Le HSCSD assure une transmission multi slot en mode circuit qui consiste à allouer au mobile plusieurs slot sur la même TDMA avec une mise à jour de MSC (fonction de réassemblage…) ce qui permet d'atteindre un débit plus élevé que le réseau GSM. En revanche, le réseau HSCSD assure une allocation symétrique des ressources radio pour un trafic non symétrique (ex. trafic www, email, FTP…), il entraîne en plus, une congestion rapide de réseau avec une augmentation

de la probabilité de blocage et une inefficacité

d’utilisation des ressources radio. Pour cette raison, le réseau HSCSD a été abandonné par les opérateurs. En résumé, il est difficile d'avoir une connexion rapide et fiable sur le réseau GSM traditionnel mode circuit. C'est tout l'intérêt de l'apparition de la technique GPRS que nous étudierons en détails dans la suite de ce chapitre. M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

Idéalement, GPRS se positionne comme un système et un standard de transition entre le GSM et l’UMTS, dans sa faculté à permettre des communications en mode paquet avec les communications circuit du GSM.

I.2. Le réseau GPRS (General Packet Radio Service) I.2.1. Concepts de base du GPRS (General Packet Radio Service) Le GPRS est l’initiative européenne au sein de l’ETSI (Europeen Telecommunication Standard Institue) qui met en charge l’introduction des services multimédias dans le domaine des mobiles. L’objectif est d’assurer une transmission de données en mode paquets sur le réseau GSM afin d’atteindre dans un premier temps des débits maximal théorique respectables de l’ordre de 172 kbps pour atteindre à long terme des débits de 384 kbps avec le EGPRS (Enhanced GPRS). Par conséquent, la répartition des données est effectuée à travers des adresses dans les entêtes de chaque paquet (adresse destination et adresse origine). En plus, le GPRS offre deux modes de communication, un mode transparent qui permet au réseau GPRS d’intégrer un fournisseur d'accès Internet ISP interne (Internet Service Provider) et à l’utilisateur d’accéder aux services internent sans préciser d’adresses ISP et un mode non transparent qui offre à l’utilisateur plusieurs choix ISP pour accéder à Internet. Il s’inspire des usages devenus courants d’Internet : lors de la consultation de pages Web, une session peut durer plusieurs dizaines de minutes alors que les données ne sont réellement transmises que pendant quelques secondes, lors du téléchargement des pages. Le trafic de données GPRS engendré est donc très sporadique ou irrégulier (Voir figure I.2), contrairement à celui de la voix.

Figure I.2 : Caractéristique d’une session Web [6]  

M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

Pour l'usager, il a l'illusion d'une connexion permanente avec le serveur. Du point de vue de l'opérateur, pendant que l'utilisateur lit la page rapatriée, la tranche de temps libérée est utilisable par un autre terminal. Par conséquent, il faut définir les règles de partage des ressources entre les mobiles. Pour la voie montante la norme propose deux mécanismes de partage l’un dynamique et l’autre statique, par contre pour la voie descendante, les blocs de données sont transmis par le réseau et il n’y a aucun risque de collision grâce aux adressages. En plus, le réseau GPRS associe à chaque salve de données un TBF (Temporary Block Flow), qui représente un flux de données unidirectionnel entre la station mobile et le réseau concerné. Une transmission de données se fait donc en trois temps, établissement d’un TBF, transfert de données et fermeture du TBF. Pour identifier les TBF, le réseau leur associe des TFI (Temporary Flow Identity), chacun peut être considéré comme un identifiant temporaire d’un mobile, même s’il est possible d’avoir plusieurs TFI par mobile puisque ce dernier peut avoir plusieurs TBF ouverts simultanément. En GPRS, la clé de l’allocation dynamique des ressources réside dans les USF (Uplink Status Flag), qui permettent de partager un même canal physique PDCH en lien montant entre plusieurs utilisateurs (au maximum 7), puisque l’USF est codée sur 3 bits, une valeur étant réservée au canal PRACH.

I.2.2. Fonctionnalités et services du réseau GPRS Le GPRS assure six types de fonctions [9] : 9 Le contrôle d’accès au réseau GPRS : enregistrement de l’utilisateur (HLR), authentification et autorisation d’accès (MS, SGSN et HLR), contrôle d’admission (MS, BSS et SGSN), filtrage de message (GGSN), adaptation de terminal paquet (MS), récupération des données de taxation (SGSN et GGSN), 9 Le routage et le transfert des paquets de données : encapsulation (MS, SGSN et GGSN), tunneling (SGSN et GGSN), compression (MS et SGSN), chiffrement (MS, SGSN et HLR), mise en correspondance et traduction d’adresse ((MS, SGSN et GGSN), 9 La gestion de la mobilité : même que dans le GSM (paging, LU,…), 9 La gestion du lien logique entre le terminal mobile et le réseau : établissement de lien logique interne (MS et SGSN), maintenance de lien logique interne (MS et SGSN), libération de lien logique (MS et SGSN),…

M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

9 La gestion des ressources radio : gestion de l’interface Um (MS et BSS), sélection de cellules (MS et BSS), gestion de chemin (BSS et SGSN),….. 9 La gestion du réseau : fonction d’opération et de maintenance liées au GPRS. En terme de service, le GPRS offre la possibilité de faire du point à point (PTP, Point-ToPoint) en mode avec connexion (X25) comme en mode sans connexion (Internet) et du point à multipoint (PTM). Ce dernier peut être de type broadcast c'est-à-dire le service est distribué aux utilisateurs d’une même zone de couverture, ou multicast qui est semblable au multicast des réseaux IP, pour lequel le service est distribué aux utilisateurs d’un groupe, quelle que soit leur position géographique. Le réseau GPRS n'apporte pas à vrai dire de nouveaux services à l'utilisateur, puisque le transfert de données est déjà disponible au moyen d'un terminal à la norme GSM. Ce que GPRS apporte, c'est une augmentation des débits et une plus grande souplesse d'utilisation afin d’envisager des applications telles que la consultation du Web, le transfert de fichier par FTP (File Transfert Protocol), la transmission de vidéo compressée, etc. En fait, le GPRS hérite des avantages de la commutation des paquets qui est particulièrement adaptée aux applications générant un trafic sporadique et permet : ƒ

Une exploitation optimale des ressources grâce à une allocation asymétrique de canal,

ƒ

Un accès simplifié aux réseaux paquet (IP),

ƒ

Un temps d’accès réduits de l’ordre d’une seconde pour commencer un transfert de données,

ƒ

Une facturation en fonction du volume des données,

ƒ

Un classement de la qualité de service selon les profils utilisateurs.

I.2.3. Architecture de réseau GPRS Le GPRS ne constitue pas à lui tout seul un réseau mobile à part entière, mais une couche supplémentaire rajoutée à un réseau GSM existant. Il peut donc être installé sans aucune licence supplémentaire. Ceci signifie que tous les opérateurs qui disposent d'une licence GSM peuvent faire évoluer leur réseau vers le GPRS. La mise en place du service GPRS sur le réseau GSM actuel nécessite le rajout à l'architecture envisagée des nouvelles entités dédiées à l'acheminement des paquets. Les entités propres au réseau GPRS vont du terminal mobile compatible GPRS puis

M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

la fonction CCU et PCU au niveau du BSS jusqu’aux éléments du réseau cœur le SGSN et le GGSN (Voir figure I.3).

Figure I.3 : Architecture d’un réseau GPRS [6]

I.2.3.1. Le terminal mobile Un mobile GPRS peut être identifié par trois critères qui sont la classe et le type du mobile ainsi que la classe multi slot des terminaux GPRS [1]. ™ Classe de mobiles : Trois types de station mobiles sont définis : ƒ

Classe A : Le mobile est attaché au GSM (IMSI attach) et au GPRS (GPRS attach) en même temps il est connecté sur ces deux réseaux simultanément.

M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

ƒ

Classe B : Le mobile est attaché au GSM et au GPRS en même temps mais il est connecté sur ces deux réseaux de façon exclusive (en veille, le mobile fonctionne en bimode). Lors d’un appel téléphonique, la connexion GPRS passe à l’état «Busy or Held ».

ƒ

Classe C : Le mobile est attaché au réseau GSM ou au réseau GPRS mais pas les deux à la fois c’est-à-dire que le MS est activé sur le GSM ou sur le GPRS.

™ Type de mobile GPRS : On trouve deux types de terminaux simplex et duplex : un premier type simplex ne peut pas émettre et recevoir au même temps et un deuxième type duplex capable d’émettre et recevoir au même temps grâce à l’usage d’un duplexeur. ™ Classes Multi slot des terminaux GPRS : L'usage attendu du réseau GPRS est la possibilité de consulter de manière interactive des serveurs. Cela nécessite un débit plus important sur la voie descendante que sur la voie montante. On parle alors de mobile multi slot. Le GPRS définit 29 classes multi slot qui assure un débit supérieur au débit maximal accessible par un seul time slot (21,4 kbps). Notons que la classe 10 avec 4TS Rx (Nombre maximal de PDCH allouables dans le sens descendant) et 2TS Tx (Nombre de PDCH allouables dans le sens montant) est la plus utilisée sur le marché actuellement. Par conséquent, la norme spécifie donc sur la voie descendante des contraintes égales ou plus importantes que sur la voie montante. On rencontre donc plus couramment des classes de type : «2+1», «3+1»ou «4+1». Pour un tel mobile 3+1 on dispose de 3 TS en Downlink et 1 TS en Uplink. I.2.3.2. Le sous système radio BSS Dans cette section, nous allons essayer de détailler les diverses composantes qui relèvent de la partie radio [8]. a) Le module CCU (Channel Control Unit) : Le CCU ou l’unité de contrôle canal est implanté dans la BTS par l'adjonction d'un logiciel spécifique, qui peut être installé par téléchargement. Cette unité est responsable essentiellement de contrôle des paquets, codage canal (appliquer 4 types de codage canal), mesure radio (qualité, puissance, timing advance), l’inclusion du FEC (Forward Error Correction) et entrelacement. b) Le module PCU (Packet Controller Unit) : Le PCU ou l’unité de contrôle de paquet physiquement peut être intégré au BSC, installé à coté BSC ou bien a coté du TRC. La norme M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

prévoit la possibilité d’installer le PCU même au niveau des BTS. C’est le cœur de la transmission paquet dans le BSS. Elle assure la gestion des ressources radio affectées aux services GPRS (allocation de canal de données en UL et DL,

PC, broadcast, gestion de

congestion), le choix du type de codage selon la qualité du canal (adaptation de lien radio), la segmentation des PDU en blocs RLC dans le sens descendant, le réassemblage des PDU à partir des blocs RLC dans le sens montant et l’ordonnancement des transferts de données UL et DL. I.2.3.3. Le sous système réseau NSS Ce sous système correspond à l’ensemble des équipements qui sont impliqués dans la gestion des ressources réseau. On note une mutation dans certains équipements et l’apparition d’autres [12]. D’une part, on note des éventuelles mises à jour au niveau des bases de données communes au GSM/GPRS (VLR, HLR) et d’autre part, le GPRS met en ouvre de nouvelles entités de type routeur intégrés au sous-système GSS (GPRS Sub-System) qui sont le SGSN et le GGSN.

a) Le nœud de service SGSN (Serving GPRS Support Node) : Le SGSN est un routeur de type IP dont les principales fonctions sont les suivantes : 9 Routage : c’est un routeur IP qui supporte le routage dynamique ou statique, 9 Sécurité et authentification : il chiffre les communications et les authentifié lors d’attachement au réseau et des mises à jour de zones de routage inter-SGSN. 9 Gestion de mobilité : à travers l’utilisation des zones de routage (Routing Area), le SGSN gère le handover entre les BSCs et les autres SGSNs. 9 Gestion des sessions : à chaque session, le SGSN active un contexte PDP…

b) Le noeud passerelle GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Le GGSN doit avoir en mémoire pour chaque abonné le SGSN de rattachement. Il assure les fonctions suivantes : o Routage : il s’agit d’un routeur IP qui supporte le routage dynamique ou statique, o Sécurité : il inclut des firewalls pour le filtrage des paquets provenant des réseaux PDP. o Passerelle : il permet la connexion à d’autres réseaux PDP externe ou GPRS. o Gestion de mobilité : il assure le routage des paquets vers les SGSNs des utilisateurs, en fonction de leur mobilité. o Gestion des sessions : à chaque session, le GGSN alloue une adresse IP au mobile… M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

I.2.3.4. Les interfaces du réseau GSM/GPRS L’intégration des nœuds GGSN et SGSN dans un réseau GSM met en oeuvre de nouvelles interfaces à travers lesquelles la communication entre ces composants et ceux du GSM peut s’établir [9]. Interface Um ou air: c’est l’interface radio entre le terminal et le sous-système radio. Interface Abis : Entre BTS et BSC. Interface A : Entre le TC et le MSC. Interface Ater : Entre BSC et TC. Interface Gb : Interface définie entre un BSS/PCU et un SGSN, elle semble à l’interface A mais en réalité elle ne l’est pas tout à fait. Elle partage le même lien de transmission entre plusieurs utilisateurs. Les ressources ne sont allouées à un utilisateur que si celui-ci émet ou reçoit des données. S’il est inactif, les ressources sont réattribuées à d’autres utilisateurs, contrairement à l’interface A qui alloue continuellement les ressources. En plus, cette interface assure un contrôle de flux UL au niveau de chaque cellule. Interface Gc : Interface de signalisation pure entre GGSN et HLR qui sert au GGSN à demander au HLR des informations de localisation concernant un terminal mobile afin d’établir une session GPRS à la demande du réseau (Network-Request PDP Context Activation Procedure). Interface Gd : Interface avec le SMS-GMSC/IWMSC, pour la signalisation et le transport des SMS sur des canaux radio GPRS (PDTCH). Le SMS via GPRS en priorité lorsque MS présent sur GPRS et sur GSM Interface Gf : Cette interface relie un SGSN et un équipement de type EIR pour les échanges liés à l’identification du terminal. Interface Gi : Interface entre GGSN et le réseau de données externe PDN, elle permet les échanges entre le réseau GPRS et le monde extérieur. Interface Gn : Cette interface est définie entre deux nœuds GPRS (SGSN ou GGSN) appartenant au même réseau PLMN GPRS. Les messages IP, X25, ou MAP transportés entre les nœuds GPRS par un tunneling grâce au protocole GTP servent à créer, mettre à jour et supprimer les tunnels de transport des flux de données des utilisateurs ainsi qu’il permet de transporter ces données dans le réseau fixe vers ou depuis les points d’accès aux réseaux de données paquets. Interface Gp : Cette interface définie entre deux PLMN différents est équivalente à l’interface Gn avec, en plus des fonctions de sécurisation entre les deux PLMN (inter-opérateur). M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

Interface Gr : Interface de signalisation pure entre SGSN et HLR pour les échanges de données liés aux profils des abonnées et à la gestion de la mobilité (LU, activation de contexte, authentification). Interface Gs : C’est une interface de signalisation pure définie entre le SGSN et le MSC/VLR pour interfonctionnement commun GPRS/GSM (Attach/Detach et mise à jour localisation, paging, gestion du TMSI et P-TMSI…) et est permet d’économiser des ressources radio. Elle permet au SGSN d’envoyer par exemple des informations de localisation au MSC/VLR et d’éviter des échanges redondants de signalisation liés à la gestion de la mobilité entre le terminal mobile et le SGSN, puis entre le terminal mobile et le MSC. Le SGSN peut aussi recevoir des requêtes de paging émises par le MSC/VLR pour le service GSM. Cependant, seules les interfaces Gb, Gn et Gr sont obligatoires. Les autres interfaces sont optionnelles, et leur mise en œuvre dépend des choix des fonctions d’inter fonctionnement entre le GSM existant et le GPRS. I.2.3.5. Architecture en couche de réseau GPRS L'architecture des piles logicielles dans chacun des éléments d'un réseau GPRS entre le terminal mobile et le GGSN est détaillée dans les figure I.4 et I.5. En fait, dans GPRS, le terminal mobile gère des piles de protocoles situés dans deux plans qui sont différents que dans les sommets. a) Plan usager Afin de comprendre comment les paquets de données applicatifs sont transmis au long du système, il convient d’étudier rapidement les fonctions de chacune des couches de communications [12].

Figure I.4 : Plan d’échange de données entre le réseau fédérateur GPRS et la MS [8]

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

La couche IP/X25 : Le protocole IP est utilisé deux fois dans le modèle : d’une part, c’est le protocole de transport applicatif et d’autre part, c’est le protocole de transport entre GGSN et SGSN. Les GTP PDU sont encapsulés dans des datagrammes IP qui contiennent les adresses des SGSN et GGSN concernés. Ce niveau réseau s’occupe seulement de l’acheminement au sein du réseau fixe GPRS. La couche GTP (GPRS Tunneling Protocol) : Pour permettre de disposer d’une voie de communication entre la station mobile et le GGSN, on établit une liaison de données entre la station mobile et son SGSN et on utilise le principe du passage en tunnel entre le SGSN et le GGSN. Le GTP est un protocole dit « tunnel » qui utilise soit TCP, soit UDP pour encapsuler les paquets de données PDU (Protocol Data Unit) transmis par la MS dans des paquets d'un autre protocole spécifique au réseau de donnée externe sans chercher à les interpréter. En plus, Il existe un tunnel par application pour un utilisateur donné et chaque tunnel repéré par un identifiant de tunnel Tid (Tunnel identifier) qui intègre l’identité du destinataire mobile (IMSI) et également un identificateur d’application (NSAPI) qui identifie le tunnel pour l’application en question. Le NSAPI est attribué lors de l’établissement d’appel dans une procédure nommée, activation de contexte PDP. La couche SNDCP (Sub Network Dependant Convergence Protocol) : La couche SNDCP utilise l’identifiant NSAPI (Network Service Access Point Identifier), qui est inclus dans son entête afin de reconnaître le contexte d’un PDP. Il permet d’adapter les protocoles des couches supérieures aux protocoles spécifiques du GPRS. Il assure le multiplexage de plusieurs Packet Data Protocole (PDP) dans une connexion SNDCP (trame LLC) entre le SGSN et le mobile, la compression/décompression des données afin de minimiser la taille des données à rayonner sur la voie radio et la segmentation/réassemblage d’un N-PDU en 1 ou plusieurs LLC-PDU. La couche LLC (Logical Link Control) : La couche LLC (Logical Link Control) offre une liaison fiable et cryptée entre le mobile et le SGSN. Deux modes d’opération existent : un mode acquitté et un mode non acquitté. Dans le premier cas, un CRC permet de détecter les erreurs de transmission, et des retransmissions peuvent être demandées selon une stratégie de retransmission sélective. Dans le mode non acquitté, le CRC peut permettre d’éliminer les trames erronées (mode protégé), mais ce n’est pas obligatoire. Cette couche assure les fonctions suivantes : Garantie d’une ou plusieurs connexions logiques entre le SGSN et le mobile, séquencement des

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

trames LLC, détection des erreurs, correction des erreurs, déclaration des erreurs non corrigées, contrôle de flux et chiffrement. La couche BSSGP (Base Station System GPRS Protocol) : Cette couche transporte les informations relatives à la voie radio, la qualité de service et le routage des paquets entre les couches RLC/MAC du PCU et le SGSN. Le BSSGP relaie des données utilisateur et des messages liés à la gestion de la mobilité GPRS comme le paging et les indications sur l’état de l’interface Um. Il ne fournit pas de contrôle ni de détection d’erreur. La couche NS (Network Service) : L’interface Gb est basée au niveau physique sur la technique Frame Relay (relais de trames). La couche NS est basée sur une connexion FR entre le BSS et le SGSN. La couche RLC (Radio Link Control) : Cette couche assure les fonctions suivantes : o

Permet la transmission des LLC PDU entre les couches LLC et MAC.

o

Réalise la segmentation et le réassemblage des paquets LLC PDU en blocs RLC/MAC.

o

Fonctionne en mode acquitté et non acquitté selon la qualité de services demandée.

o

Détecte les paquets RLC erronés et les retransmis, si le mode acquitté est requis, selon une technique de retransmission sélective, dite SR-ARQ (Selective Repeat-Automatic Repeat reQuest).

o

Contrôle la liaison radio et fournit un lien fiable dépendant de la technologie radio utilisée.

o

Utilisation d’une identité temporaire TLLI (Temporary Link Layer Identity), équivalent du TMSI et d’un mécanisme de SR (Selective Repeat) pour les blocs à retransmettre avec une numérotation BSN (Block Sequence Number).

La couche MAC (Medium Acces Control) : La couche MAC assure : o

Le partage dynamique des canaux physiques entre les utilisateurs en fonction de leur trafic qui peut être sporadique (irrégulier),

o

Le contrôle d’accès aux canaux radio (messages de signalisation de type demande et d’allocation de canal),

o

Le mapping c'est-à-dire la mise en correspondance des trames LLC sur les canaux physiques.

Les messages de contrôle des couches MAC et RLC sont ainsi confondus et non dissociables d’où l’appellation de la couche RLC/MAC. En particulier, tous les messages relatifs à M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

l’établissement d’un TBF et à sa fermeture sont des messages RLC-MAC. Chaque bloc RLCMAC descendant contient un USF désignant l’utilisateur autorisé à transmettre dans le prochain bloc radio associé montant ainsi que le TFI du destinataire. La couche physique : La couche physique est subdivisée en deux sous-couches : o

RFL (Physical Radio Frequency Layer) : responsable de la modulation/démodulation, gestion de la couche physique et l’émission et la réception des blocs sur l’interface radio.

o

PLL (Physical Link Layer) : réalise le codage canal, contrôle de puissance et détection de la congestion sur le canal, l’entrelacement, les mesures, la synchronisation…

b) Plan de contrôle Une différence importante avec le GSM réside dans la définition de nouveaux états de connexions, dont la gestion est confiée à la couche GMM/SM (GPRS Mobility Management /Session Management) et GSMS (GPRS SMS).

Figure I.5 : Plan d’échange de signalisation entre le réseau fédérateur GPRS et la MS [8]

La couche SM : La couche SM permet de gérer les contextes PDP. Les procédures liées à cette couche sont l’activation, la désactivation et la modification de contexte. La couche GMM (GPRS Mobility Management) : La couche GMM gère l’itinérance du terminal GPRS. Pour transmettre des paquets sur le canal radio, le terminal fonctionnant en mode GPRS doit les transformer en bursts, qui seront alors multiplexés sur des canaux physiques PDCH. La couche GSMS (GPRS SMS) : Elle désigne toutes les fonctions liées aux messages courts.

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

I.2.4. L’interface radio de réseau GPRS L’interface radio représente le maillon critique de la chaîne de transmission qui permet de relier un utilisateur mobile au réseau via un médium aérien. Dans la suite, nous allons avancer les spécifications rattachées à cette interface. I.2.4.1. Les canaux dans le réseau GPRS Le trafic GPRS utilise les mêmes ressources radio que le trafic de commutation de circuit. Les canaux GPRS sont de deux types physique et logique et sont spécifiques au réseau GPRS [8]. a) Canaux physiques Par convention, un canal physique alloué au service GSM (canal BCCH, SDCCH ou bien TCH) est appelé CS TS (Circuit Switched TS). Et un canal physique réservé au service GPRS est appelé PS TS (Paquet Switched TS) appelé encore PDCH (Packet Data Channel). La multitrame de base du GPRS est définie par l’occurrence d’un même canal physique dans 52 trames successives, et non 26 ou 51 comme dans le GSM. La multitrame est composé par 12 × 4 TS radio càd 48 TS pour le transport des données et de signalisation, 2 TS de contrôle de l’avance en temps PTCCH et 2 TS idle (Voir Figure I.6). Les 48 TS radio sont divisés en 12 blocs radio (ou PSDU, Physical SDU). Chaque bloc contient 4 timeslots, qui sont pris dans 4 trames successives. Contrairement au GSM, l’unité élémentaire allouée en GPRS est un bloc, soit 4 slots GSM. Cette unité correspond à la taille des blocs RLCMAC.

Figure I.6 : Structure de la multitrame GPRS [6]

Notez que si les TRX sont saturés, les slots utilisés pour le mode GPRS peuvent être préemptés pour établir un circuit. M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

b) Canaux logiques Du fait que le GSM et le GPRS se partagent la même interface physique, les canaux logiques du GSM, permettant les synchronisations fréquentielle et temporelle, ne sont pas dupliqués en GPRS. De même, pour économiser des ressources, une cellule offrant à la fois des services GSM et GPRS peut mutualiser ses canaux de broadcaste (BCCH-PBCCH). Le PBCCH regroupe dans ce cas à la fois les informations concernant le GSM et celles dédiées au GPRS. Il en va de même pour les canaux de contrôle commun (PRACH-RACH, PAGCH-AGCH, PPCH-PCH). Ces canaux logiques peuvent supporter des canaux dédiés et des canaux non dédiés [12] [8]. ƒ

Canaux non dédiés ou canaux commun CCH (Commun Channel)

Un canal logique non dédié est un canal simplex point à multipoint qui est commun à plusieurs mobiles en état de veille ainsi que les données diffusées concernent des mobiles qui ne disposent pas encore de canaux dédiés. Les canaux non dédiés sont composés par des canaux de diffusion et des canaux de contrôle. Les canaux de diffusion PBCH (Packet Broadcast Channel) : Ce sont des canaux de contrôles de diffusion paquet PBCCH (Packet Broadcast Control CHannel) qui représente les mêmes canaux de diffusion utilisées dans le réseau GSM (FCCH, SCCH et BCCH) sauf que l’ajout des informations qui concerne le réseau GPRS au niveau BCCH pour accéder au réseau de transmission de données. Le canal PBCCH permet d’assurer la diffusion des informations système spécifiques au GPRS, dont les paramètres de “cell reselection” (liste des cellules voisines, BSIC,...). Les Canaux de Control Commun PCCCH (Packet Common Control Channel) : Le canal PCCCH n’est pas alloué en permanence dans une cellule, en plus l’existence du PCCCH et PBCCH est indiquée au niveau du BCCH. Si le PCCCH n’est pas alloué, le CCCH va être utilisé pour l’initialisation d’un transfert de paquet et lorsqu’il est alloué il supporte les canaux suivants : 9 PRACH-UL (Packet Random Access Channel) : utilise pour l’accès des mobiles au réseau, il est équivalent au RACH de GSM, 9 PPCH-DL (Packet Paging Channel) : utilisé pour la notification des appels entrants, il est équivalent au PCH de GSM, 9 PAGCH-DL (Packet Access Grant Channel) : utilisé pour l’allocation d’une ressource à un mobile, il est équivalent à l’AGCH de GSM. M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

ƒ

Canaux dédiés DCH (Dedicated Channel)

Un canal logique dédié est un canal duplex point à point qui permet de fournir une ressource réservée à un seul mobile. Et dans la même cellule, aucun autre mobile ne peut transmettre ni recevoir dans le même slot à la même fréquence. Les canaux dédiés comprennent des canaux de trafic PTCH et des canaux de contrôle dédié DCCH composé par PACCH et PTCCH. ¾ PDTCH (UL or DL) (Packet Data Traffic Channel) : Ils sont unidirectionnels et sont dédiés au transfert de données et alloué temporairement à un MS ou un groupe de MS (PTM-M). Dans le cas d’un MS utilisant plusieurs slots, plusieurs PDTCH sont gérés simultanément, ¾ PACCH (DL or UL) (Pachet Associated Control Channel) : Il est utilisé pour la signalisation associée à un PDTCH (Ack, PC, allocation de ressources, paging pour appel circuit,...), ¾ PTCCH (UL and DL) (Packet Timing Advance Control Channel): En UL, c’est pour la Transmission d’un random access burst pour évaluer T.A. et en DL pour la transmission d’informations sur le T.A. pour plusieurs MS. Notons qu’un PTCCH en DL est lié à plusieurs PTCCH en UL.

Notez que le service de communication point à multipoint, permettant de joindre un groupe d’utilisateurs, a nécessité l’apparition d’un canal logique spécifique du GPRS, le PNCH (Packet Notification Channel). En GSM Phase 1, uniquement les canaux PTCH sont utilisés mais les canaux CCCH et BCH du GSM seront utilisés par le service GPRS au lieu du PCCCH et PBCCH. En plus, par rapport au réseau GSM, il existe dans le réseau GPRS deux concepts de canaux PDCH, canal maître et canal esclave. [1] I.2.4.2. Schémas de codage canal Au niveau de la couche physique, le réseau GPRS utilise un codage canal basé sur le codage convolutionnel et vari en fonction de qualité de signal selon C/I au niveau radio et BER ou FER au niveau système. Ce codage assure la protection des blocs RLC/MAC contre les erreurs de transmission. Il existe pour cela quatre schémas de codage CS (Coding Scheme) sur la voie radio appelés CS1, CS2, CS3 et CS4. Ces schémas offrent des protections plus ou moins M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

efficaces par rapport à d’une diminution du débit utilisateur plus ou moins importante. L’adaptation du schéma de codage peut être effectuée dynamiquement suivant des mesures envoyées en DL et UL. Si la qualité se dégrade CS1 sera utilisé. Si elle s’améliore c’est CS2 qui va être employé. Dans la première phase de GPRS seule CS1 et CS2 sont utilisés. Le choix du schéma de codage est fait par le PCU suivant les mesures du niveau de champ et de qualité faites par le BTS.

En plus, la norme GPRS est basée sur la même technique de

modulation que dans le GSM, appelée GMSK (Gaussian Minimum Shift-Keying). Le tableau I.1 récapitule les débits fournis par la norme GPRS basée sur la modulation GMSK [12] [8].

Codage Modulation Débit (Kbit/s) par TS CS-1

GMSK

9.05

CS-2

GMSK

13.4

CS-3

GMSK

15.6

CS-4

GMSK

21.4

Tableau I.1 : Débit par TS par CS

I.2.4.3. La gestion de l’itinérance La couche de gestion de la mobilité, MM (Mobility Management) en GSM et GMM (GPRS Mobility Management) en GPRS, maintient dans le mobile et dans le SGSN l’état de mobilité en cours. Alors que le GSM définit des zones de localisation et le GPRS utilise la notion de zone de routage, un ensemble de cellules dépendant du même SGSN, qui est toujours incluse dans une zone de localisation. Notez que le GPRS et le GSM gèrent séparément la mobilité d’un même utilisateur [6]. a) Procédure d’attachement et détachement au réseau GPRS Pour se faire connaître du SGSN et donc avant toute transmission de données, un mobile doit s’attacher au réseau. Cette procédure (Voir figure I.7) consiste à établir un lien logique entre le mobile et le SGSN.

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

Figure I.7 : GPRS Attach

1. Le mobile ouvre un canal dédié par l'utilisation du canal d'accès aléatoire PRACH. Il transmet son identité (IMSI ou TLLI) et sa précédente zone de routage. 2. Si le mobile a changé de zone de routage, le SGSN ne reconnaît pas son TLLI. Il envoie à l'ancien SGSN une demande d'identification. Si l'identification échoue à nouveau, SGSN et mobile entament une procédure d'identification classique par l'utilisation de l'IMSI. 3. Échange de messages pour authentifier l'utilisateur (peut-il accéder aux services GPRS ?). Cette procédure peut impliquer le HLR dans lequel sont stockés les renseignements relatifs à l'utilisateur. 4. Le SGSN contrôle l’identité de mobile avec EIR, 5. Le SGSN met à jour la localisation du mobile avec le HLR. 6. Le HLR envoi au SGSN des informations pour la création d’un contexte MM, 7. Le SGSN accepte finalement la demande d'attachement et le canal dédié peut alors être fermé. La procédure d’attachement (voir figure I.7) est fortement liée à la gestion de la mobilité. Un mobile attaché est connu du réseau et peut donc être joignable. Pour le réseau GPRS, un mobile détaché est comme un mobile éteint. b) Etat de mobilité dans le réseau GPRS Le mobile peut être dans l’un des quatre états suivants : • Éteint : Il n’est pas connu du réseau. Cet état n’apparaît pas dans le standard. • Idle (état de repos) : Le mobile est allumé mais détaché du réseau GPRS c’est-à-dire il n’existe pas dans le SGSN. En pratique, cela correspond à un mobile éteint (le mobile est hors tension

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

pour le GSM). Le mobile effectue uniquement les mesures permettant la sélection/resélection de cellule ou de réseau PLMN. • Standby (état de surveillance ou d’attente) : Le mobile est en attente pour ouvrir des sessions, il est attaché au réseau GPRS et peut recevoir des appels entrants par paging. Il est localisé, à la zone de routage près, par le réseau GPRS. Le mobile effectue, en plus de sélection/resélection de cellule, des mises à jour de localisation lorsqu’il change de zone de routage. Il peut activer des contextes PDP. • Ready (état près ou de transfert) : Le mobile est en cours de communication et a au moins un TBF ouvert (contexte PDP ouvert), dans cette état le paging n’est pas possible mais le paging d’autres services peut être réalisé à travers le GPRS. Le réseau le localise à la cellule près avec une identité de cellule (RAC + LAC). En plus, le mobile peut désactiver des contextes PDP et il doit effectuer une procédure cell update à chaque changement de cellule. La figure I.8 illustre les états de mobilité du GPRS ainsi que les transitions associées.

Figure I.8 : Les états de mobilité en GPRS [6]

Par comparaison avec le GSM, le GPRS introduit un état supplémentaire, Standby, lorsque le mobile est connu du réseau. En GSM, un mobile connu est forcément en transmission. En GPRS, un mobile connu peut ne pas transmettre. Ce nouvel état s’explique par le caractère souvent sporadique du trafic de données pour lequel le GPRS est construit. Entre deux salves, le mobile reste identifié par le réseau, ce qui permet d’établir plus rapidement un nouveau TBF, en évitant, par exemple, une nouvelle procédure d’authentification, au sein de la même session.

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b) Les contextes Dans le cadre de la gestion de mobilité du GPRS, on définit la notion de contexte. ƒ

Contexte MM : Le contexte MM contient tous les paramètres liés à la gestion de mobilité (comme des informations de localisation) et à la sécurité (notamment l’authentification). Comme exemples d’éléments constituant le contexte MM, on peut citer : ¾ l'IMSI et le P-TMSI pour l’identification d’abonné, ¾ l’état de mobilité de l’abonné (Idle, Standby ou Ready), ¾ l’identifiant du SGSN.

ƒ

Contexte PDP : Le réseau GPRS définit la notion de « contexte PDP » où est enregistré l'ensemble des données relatives à une session stockée dans le mobile, le SGSN et le GGSN permettant l’échange de données avec un réseau PDP (réseau de données). Un contexte PDP contient ainsi : ¾ Le type de réseau PDP utilisé (X.25, IP) et l'adresse PDP du terminal, ¾ L'adresse IP du SGSN courant où se trouve l'abonné, ¾ Le nom de point d’accès APN (Access Point Name) qui permet de dé sélectionner un GGSN afin d’accéder au réseau extérieur et pour indiquer un service fournit par un réseau extérieur. ¾ La qualité de service négociée….

Une session est établie après attachement au réseau par l’activation d’un contexte PDP (Packet Data Protocol). Ce contexte permet de rendre le mobile visible à l’extérieur du réseau de l’opérateur mobile, en lui associant, par exemple, une adresse reconnue du réseau extérieur (adresse IP, X25). Par ailleurs, un utilisateur peut avoir plusieurs contextes PDP en parallèle, s’il veut ouvrir plusieurs sessions avec des réseaux différents ou avec des QoS différentes. L’activation du contexte PDP peut se faire soit à l’initiative du mobile (voir figure I.9), soit à celle du réseau [6].

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Chapitre I, Introduction au réseau GPRS

Figure I.9 : Activation d’un contexte PDP à l’initiative du mobile [6]

1. Le mobile informe le SGSN de sa demande d'activation de contexte PDP. 2. Les procédures de sécurité (authentification de l'utilisateur) peuvent être effectuées. 3. Le SGSN transmet une demande de création de contexte PDP au GGSN en relayant les paramètres de QoS demandés par l'utilisateur. Après une phase de négociation (le GGSN peut ne pas accepter la QoS requise), le GGSN crée un nouveau contexte PDP, qui permet de router les paquets du mobile entre le SGSN et le réseau extérieur. Le GGSN confirme au SGSN l'activation du contexte PDP. 4. Le SGSN met à jour sa propre table de contexte PDP (avec les paramètres fournis par le GGSN) et en informe le mobile.

Conclusion Dans ce chapitre, nous avons présenté les concepts de base, les fonctionnalités et l'architecture du réseau GPRS. Notre attention s’est portée tout particulièrement sur l’interface radio, en donnant les différents canaux logiques et leurs rôles dans la gestion du lien entre le mobile et la BTS. Enfin, nous avons illustré les différentes fonctions mis en œuvre pour la gestion physique du lien radio. Cependant, ces fonctions ne sont pas suffisantes pour garantir une bonne qualité de service, les opérateurs souciant de leurs pouvoirs concurrentiels doivent mettre un mécanisme leurs permettant de vérifier les paramètres et les indicateurs de qualité de service en vue de faciliter le travail d’optimisation du réseau GPRS, c’est ce que nous allons illustrer dans le chapitre suivant.

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Chapitre II, Qualité de Service dans le réseau GSM/GPRS

Chapitre II : Qualité de Service dans le réseau GSM/GPRS Introduction L’entrée en exploitation d’un réseau cellulaire intervient après la phase de déploiement et l’ouverture commerciale. L’opérateur commence alors un nouveau cycle qui consiste à observer la qualité de service et à optimiser le réseau pour améliorer d’une part, la qualité de service dans les zones où cela est nécessaire et d’autre part, pour augmenter l’efficacité du réseau de point de vue trafic. Nous introduisons dans ce chapitre deux grandes parties : une première partie portant sur les indicateurs et les paramètres de qualité de service du réseau GSM puis ceux du réseau GPRS.

II.1. Gestion de la qualité de service dans les réseaux cellulaires II.1.1. Définition et intérêt de la qualité de service La recommandation E-800 de l’UIT (Union Internationale des Télécommunications) définit la qualité de service QoS (Quality of Service) par « l’Effet global produit par la qualité de fonctionnement d’un service qui détermine le degré de satisfaction de l’usager d’un service». [17] De point de vue performance de réseaux, l’UIT définit la qualité de service comme «l’Aptitude d'un réseau ou d'un élément de réseau à assurer les fonctions liées à des communications entre usagers». La QoS est la capacité à adapter un service aux besoins d'une application. Elle est évaluée, d’une part, du point de vue du consommateur qui permet de déterminer la réussite ou l’échec du service et d’autre part, du point de vue opérateur d’une façon objective à travers l’analyse des indicateurs qualité de service suivant certains critères. Les classes d’indicateurs comportent l’accès au réseau, l’accès au service, l’intégrité du service et le maintien du service. Ces classes d’indicateurs de qualité de service sont évaluées par les indicateurs clés de performances KPI (Key Performance Indicator).

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Chapitre II, Qualité de Service dans le réseau GSM/GPRS

II.1.2. Critères d’évaluation de la qualité de service Les critères qui rentrent dans l'estimation de la qualité d'un réseau peuvent globalement être classés en deux grandes catégories selon le point de vue adopté : opérateur ou utilisateur. Ces critères sont directement à mettre en rapport avec les attentes des abonnés et affectent profondément leur degré de satisfaction des services [8]. Dans le réseau GSM, ces attentes sont principalement liées à : ƒ

Disponibilité du réseau (probabilité d'obtention d'un nouvel appel),

ƒ

Maintien des communications (la probabilité de coupure d'une communication),

ƒ

Qualité auditive de la communication (puissance du signal, brouillage…).

Du coté utilisateur, les critères les plus courants pour lesquels un abonné GSM peut juger la qualité de service sont : 9 Couverture du réseau (puissance du signal reçu en tout point de la couverture), 9 Etablissement d’appel (taux de congestion du réseau ou taux de blocage), 9 Qualité des communications ou qualité vocale (taux d’erreurs binaires, microcoupures et interférence), 9 Interruption de communications ou coupure d’appel (perte totale de communication en cours, taux de coupure). Du point de vue opérateur, il cherche à minimiser ses coûts tout en garantissant une bonne qualité de services QoS qui est évaluée par les moyens déclarés dans le tableau II.1.

Indicateurs de qualité de service

Mode d’évaluation

Couverture

Mesures radio et plaintes des abonnés

Taux d’appels réussis

Mesures système

Qualité de la communication pendant l’appel

Mesures radio, mesure système et analyseurs de qualité vocale

Taux de coupure d’appels

Mesures système

Tableau II.1 : Principaux indicateurs de qualité de service [12]

M. Rachid, Rapport de Projet de Fin d’Etudes, Juin 2007

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Chapitre II, Qualité de Service dans le réseau GSM/GPRS

En outre, avec un réseau focalisé sur les services voix comme le GSM, il existe essentiellement une classe de service mais avec le GPRS, il existe une multitude de classes de services potentielles sur la base des attributs comme la priorité, le retard, la fiabilité et le débit. Pour le réseau GSM, ces informations sont facilement accessibles et les critères sont simples à deviner, la plupart de ces critères sont liés à la qualité de la voix et aux taux d’appel non aboutis. Avec le GPRS, la détermination des informations qui doivent être mesurées est difficile. Au cours d’une conférence sur le sujet, six paramètres potentiels ont été déterminés [9] : • Accessibilité aux services, • Temps d’établissement, • Débit des données utilisateurs, • Retard de la transmission, • Vitesse de navigation internet, •

Taux de coupure de service.

Un des plus importants facteurs dans la détermination de la capacité liée à la qualité de service réside dans la longueur du retard dans le réseau, le temps nécessaire pour qu’un seul paquet de données soit envoyé et reçue dans le réseau GPRS.

II.2. Qualité de service dans le réseau GSM La qualité de service dans le réseau GSM s’intéresse à deux aspects principaux séparés [8] : •

Disponibilité des ressources en termes de taux de congestion qui se traduit par un taux de blocage.

•

Qualité du signal radio selon la qualité de couverture (possibilité d’établissement du lien radio) et selon la qualité du signal radio (BER, FER) qui se traduisent par une probabilité de coupure.

II.2.1. Mesures de la QoS dans le réseau GSM Les mesures des performances actuelles du réseau combinent trois approches : ¾ Indicateurs clés de performances KPI (Key Performance Identification) via l’OMC-R, ¾ Mesures Drive test, ¾ Trace de signalisation sur les interfaces A/Abis.

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Chapitre II, Qualité de Service dans le réseau GSM/GPRS

Dans ce projet on va intéresser à l’interface radio et aux chaines de mesures Drive test (voir figure II.1). Grâce à des sorties terrains et des simulations en différents scénarii possibles dans lesquels on teste l’établissement de l’appel (absence d’échec), le maintien de la communication pendant un certain temps seuil (absence de coupure) et la qualité de la communication, etc…, tout en tenant compte de la mobilité de l’usager. Le rapport de mesure ainsi obtenu reflète de façon objective la qualité de service des prestations des opérateurs. Elles constituent pour cela le meilleur moyen de vérifier les performances du réseau et de les ajuster aux attentes des abonnés, car elles décrivent l’état de la qualité des ressources radio du réseau telle qu’elle est perçue par les abonnés. Pour réaliser ces mesures, un comité se déplace, dans une voiture, muni d’une chaîne de mesure numérique de type drive test qui comporte essentiellement : ƒ

Un mobile (s) à trace

Un mobile à trace dit aussi mobile de test est équipé d’un logiciel spécial et est utilisé pour les mesures radio (mesures numériques). A l'aide de l'Hyper Terminal et d'un câble série, il est possible de taper des commandes qui permettent d'éteindre le mobile ou encore d'appeler quelqu'un, mais sa véritable utilité réside dans le fait qu’il peut calculer tous les paramètres radios (niveau du signal, la qualité du signal…etc.) et les communiquer au PC suites à la réception de commandes (commandes AT) sur son modem. En général, un mobile à trace permet de faire tous les scénarii possibles pour chaque canton mesuré.

ƒ

Un équipement GPS (Geographic Positioning System)

Pour la localisation exacte de la position géographique de chaque point de mesure. Il est indispensable pour repérer les point de l’environnement ou il y’a des problèmes radios.

ƒ

Un ordinateur portable doté d’un outil (software) spécial

Permettant l’acquisition, le traitement et l’enregistrement des mesures récupérées du mobile à trace (paramètres radios) et du récepteur GPS (coordonnées géographiques) dans des fichiers spéciaux. En visualisant sur l’écran de l’ordinateur les différentes mesures réalisées, il permet à l’ingénieur de constater l’état du réseau sur place.

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Chapitre II, Qualité de Service dans le réseau GSM/GPRS

Figure II.10 : Chaine de mesure Drive Test

II.2.2. Indicateurs qualité du réseau GSM Les mesures drive test peuvent être regroupées en deux blocs : Des mesures à l’état de veille du mobile et/ou des mesures à l’état dédié. Les principaux paramètres mesurés sont : Longitude, latitude : Le système de localisation GPS nous donne les coordonnés de chaque point de mesure. Niveau de champ (RxLevel) : Elles consistent à mesurer sur la voie balise BCCH, le niveau de champ RxLev reçu par le mobile.

Une mesure de niveau de champ est en effet faite

immédiatement après chaque tentative d’accès au réseau. La correspondance entre Rxlev et l’appréciation de la couverture dépend des choix de l’opérateur comme le montre le tableau II.2. Niveau de couverture

RxLev (dBm)

Pas de couverture

-110

Mauvaise couverture

-95

-85

Assez bonne couverture

-85

-75

Bonne couverture

-75

-65

Très bonne couverture

-65

-46

-95

Tableau II.2 : Exemple de convention de niveau de champ

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Chapitre II, Qualité de Service dans le réseau GSM/GPRS

Qualité radio (RxQual) Ces mesures consistent à évaluer la valeur RxQual enregistrée par le mobile. Elle est obtenue en quantifiant le taux d'erreurs binaires BER (Bit Error Rate) sur 8 niveaux (3bits) suivant la correspondance précisée dans le tableau II.3. RxQual est mesurée uniquement à l’état dédié et sur la cellule serveuse et est codé sur trois bits et prend des valeurs entre 0 et 7. RxQual

BER (%) De

à

0

< 0.2

0.2

1

0.2

0.4

2

0.4

0.8

3

0.8

1.6

4

1.6

3.2

5

3.2

6.4

6

6.4

12.8

7

12.8

> 12.8

Tableau II.3 : Correspondance entre RxQual et BER

La correspondance entre RxQual et l’appréciation de la qualité dépend des choix de l’opérateur, le tableau II.4 donne un exemple de convention de qualité de service. Qualité correspondante

RxQual

Très bonne Bonne Assez bonne Mauvaise Tableau II.4 : Exemple de convention de Rxqual

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Chapitre II, Qualité de Service dans le réseau GSM/GPRS

Rapport C/I Le rapport signal sur interférence est le rapport de l'intensité du signal de la cellule de service courante par celle des composants du signal non désiré (interférent). La fonction de mesure du C/I permet l'identification des fréquences qui sont particulièrement exposées à des hauts niveaux d'interférence, ce qui devient utile dans la vérification et l'optimisation des plans de fréquence. Pour obtenir une estimation correcte du C/I, on doit prendre en considération le possible usage du contrôle de puissance et/ou de la transmission discontinue (DTX). FER (Frame Erasure Rate) Alors le FER est un indicateur de niveau de qualité spécifique au taux de rejet de trame. Dans le tableau II.5 nous présentons la correspondance entre le FER et le RXQUAL. RxQual

FER (%) De

à

0

< 4.5

4.5

1

4.5

8.5

2

8.5

12.5

3

12.5

16.5

4

16.5

20.5

5

20.5

24.5

6,7

24.5

> 24.5

Tableau II.5 : Correspondance entre FER et RXQUAL

Autres paramètres mesurés D’autres paramètres peuvent contribuer à l’évaluation de la qualité de service dans le réseau GSM [2] : •

Time, Speed : le temps des mesures et la vitesse de la voiture.

•

Mode : Mode en veille ou mode dédié (Idle ou Ready).

•

ARFCN : C’est le numéro de fréquence alloué à un mobile,

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Chapitre II, Qualité de Service dans le réseau GSM/GPRS

•

BCCH ARFCN : ARFCN de la fréquence BCCH de la cellule,

•

TCH ARFCN : ARFCN de la fréquence TCH alloué à un mobile,

•

BSIC, Base Station Identification Code : identificateur de la cellule. En effet, le couple (fréquence, BSIC) permet sur une zone donnée de déterminer parfaitement une cellule.

•

RXFREQ : ARFCN de la fréquence de réception,

•

RXFREQ, RXLEVFULL et BSIC de six cellules voisines au maximum.

•

MSPWR : Le niveau de puissance d’émission du mobile (MS Power) : paramètre de contrôle de puissance du MS, (Pe = 43 – 2*MSPwr),

•

TIMESLOT : Le numéro de Time Slot (TS) : sur lequel les mesures sont effectuées,

•

Cell_Id, Cell_name : Numéro d’identification et nom de la cellule.

•

Ciphering Algorithm : Algorithme de chiffrement,

•

Hopping frequencies : Les fréquences qui utilise le saut de fréquence,

•

LAC (Location Area Code) : Code de la zone de localisation GSM.

•

SQI : Mesure de la qualité parole qui est basée sur les distributions des BER et FER avec prise en compte des évènements du handover et de l'utilisation de la transmission discontinue (DTX), et qui sert à prédire d'une façon instantanée la qualité de la parole durant un appel téléphonique.

•

T_ADV (Timing Advance) : Il traduit le temps d’avance nécessaire pour la compensation du temps aller-retour du signal càd le temps de propagation entre le MS et sa BTS.

•

RLT (Radio Link Timeout) : C’est le temps d’expiration ou de coupure du lien radio.

Dans le tableau II.6, nous avons produit les valeurs typiques de probabilité de blocage dans chaque interface du réseau GSM. Des valeurs supérieures à ces seuils pourront se traduire par une mauvaise qualité de service perçue par les usagers. Pour l’interface Abis, il n’existe pas un problème de disponibilité de ressources puisqu’on a pour chaque canal une voix sur un TS. Pour l’interface Um, on peut avoir une probabilité de blocage de signalisation SDCCH avec les SMS et une probabilité de blocage de trafic TCH. Pour l’interface A et l’interface MSC-MSC, la probabilité de blocage est du à la concentration de trafic au niveau de BSC et de MSC.

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Chapitre II, Qualité de Service dans le réseau GSM/GPRS

Interfaces

Taux de blocage (%)

Seuil de taux de blocage (%)

De

à

Um /TCH

1

5

2

Um / SDCCH

0.1

1

0.1

GSM / RTC

0.1

1

0.5

A

0

1

0.1

Abis

-

-

-

Ater

0

1

0.1

Tableau II.6 : Hypothèses de QoS pour GSM (valeurs typiques)

II.3. Qualité de service dans le réseau GPRS La notion d’appel utilisée utilisé dans le réseau GSM est remplacée par la notion de contexte PDP dans le réseau GPRS. Une qualité de service est définie par un ensemble de paramètres regroupés dans un profil de QoS qui est associé à chaque contexte PDP et est négocié à l’ouverture de session. La transmission des données à travers le réseau GPRS peut être réalisée suivant différents profils de qualité de services. Ce réseau permet de réserver des ressources avant toute transmission de paquets. Par conséquent, le GPRS supporte différents niveaux de qualité de service (QoS) ce qui permet aux opérateurs de facturer les services GPRS selon le profil de QoS souscrit par l’abonné.

II.3.1. Classe de qualité de service QoS Dans la norme GPRS, un profil de qualité de service est définie par l’ensemble des attributs ou classes suivants [6] : ƒ

La priorité ou la précédence des services (precedence class),

ƒ

La fiabilité des services (reliability class),

ƒ

Le délai ou le retard toléré (delay class),

ƒ

Le débit des informations transmises (throughput class).

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Chapitre II, Qualité de Service dans le réseau GSM/GPRS

Tous ces paramètres sont négociés entre le GGSN et le mobile lors de l’activation du contexte PDP. De nombreuses combinaisons de classes sont possibles, ce qui permet de définir plusieurs profils QoS. Lorsqu’un abonné veut établir une session, le réseau lui attribue une qualité de service négociée sur la base de : Profil QoS demandé par l’utilisateur pour cette session et profil QoS disponible en fonction des ressources libres actuelles du réseau GPRS.

II.3.1.1. Précédence C’est la priorité à maintenir un service dans des conditions difficiles (voir tableau II.7). Il y a trois niveaux de précédence : haute, normale et basse pour différencier les services en cours et pour permettre au réseau d’identifier les données à supprimer.

Classe Priorité

Description

1

Haute

Les services de cette classe seront maintenus en cas de congestion.

2

Normale

Le maintien des paquets de cette classe se fera après les paquets de priorité haute.

3

Basse

Les services de cette classe seront les premiers supprimés en cas de problème. Tableau II.7 : Classes de priorités [6]

II.3.1.2. Classe de fiabilité La fiabilité est définie comme étant la probabilité d’avoir des paquets de données perdus, dupliqués, reçus avec des erreurs résiduelle de la transmission ou bien reçus en dehors de sa séquence. Le tableau II.8 illustre trois classes de fiabilité définis par l’ETSI. La probabilité de perte fait allusion au temps maximal de séjour du paquet dans le réseau GPRS, temps au-delà duquel le paquet est supprimé. Par exemple, si les ressources ne sont pas disponibles le paquet stocké dans les mémoires peut être jeté par un nœud GPRS et il sera perdu. Les applications de classe 1 ne doivent généralement avoir aucune contrainte de temps réel, car elles n’acceptent pour ainsi dire aucune erreur. En revanche, les applications tolérant des erreurs peuvent être de classe 3 et avoir des contraintes temps réel.

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Chapitre II, Qualité de Service dans le réseau GSM/GPRS

Classe de

GTP mode

fiabilité

LLC trame mode

RLC blocs mode

LLC data

Probabilité

Probabilité

Probabilité

Probabilité

de de duplication déséquencement

de perte

d’erreur résiduelle

1

Acquitté Acquitté Protégé Acquitté

10-9

10-9

10-9

10-9

2

Non acquitté

Acquitté Protégé Acquitté

10-4

10-5

10-5

10-6

3

Non acquitté

Nom acquitté

10-2

10-5

10-5

10-2

Protégé Acquitté

Tableau II.8 : Classes de fiabilité [6]

II.3.1.3. Classe de délai ou de retard Le délai représente les délais de transfert de point à point encouru par la transmission des paquets à travers le réseau GPRS. Et les taux élevés du délai peuvent se produire pendant des problèmes momentanés, tels qu’un moment du trafic maximal. Il comprend le temps d’accès au canal, le temps de transmission sur l’interface air, le temps de transit dans le réseau GPRS, mais ne comprend pas les délais dus aux autres réseaux. Paquet de 128 octets

Paquet de 1024 octets

Classe de Délai moyen

Délai moyen

délai de transfert

Délai à 95 %

1

< 0.5 s

< 1.5 s