CHOUCHENE_Sebti
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Cycle de formation des ingénieurs en Télécommunications Option :
Réseaux et Services Mobiles RAPPORT DE PROJET DE FIN D’ETUDES Thème :
Conception et Réalisation d’un Outil d’Evaluation de Performances du Réseau UMTS Réalisé par
Sebti CHOUCHENE Encadrant (s) :
M. Taieb MASMOUDI (TUNISIE TELECOM) M. Mohamed Taher MISSAOUI (SUP’COM) Travail proposé et réalisé en collaboration avec
Année universitaire : 2005/2006
Projet de Fin d’Etude
A mes très chers parents A ma soeur et mon frère A toute ma famille A mes amis A tous ceux que j'aime Et à tous ceux qui m'aiment
Je dédie ce travail…
Sebti CHOUCHEN CHOUCHENE E
Sebti Chouchene
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Projet de Fin d’Etude
A mes très chers parents A ma soeur et mon frère A toute ma famille A mes amis A tous ceux que j'aime Et à tous ceux qui m'aiment
Je dédie ce travail…
Sebti CHOUCHEN CHOUCHENE E
Sebti Chouchene
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Projet de Fin d’Etude
Le présent travail a été élaboré dans le cadre de notre projet de fin d'études d'Ingénieur en Télécommunications option Réseaux et Services Mobiles (RSM) à l'Ecole Supérieure des Communications de Tunis (SUP'COM). Ce projet a été effectué en collaboration avec la Direction Centrale des Réseaux Mobiles et Communications Spatiales de Tunisie Télécom.
Au terme de ce projet, nous tenons à remercier en particulier :
•
Monsieur Mohamed Taher MISSAOUI, Maître Assistant à l'Ecole Supérieure des Communications de Tunis, pour sa disponibilité, ses conseils judicieux et pour la patience dont il a fait preuve à notre égard.
•
Monsieur Taieb MASMOUDI, Chef Service Optimisation du Département QoS de Tunisie Télécom, pour les efforts qu’il a fourni pour nous aider le long de ce projet et le temps précieux qu'il n'a pas hésité à nous consacrer.
Nous tenons à exprimer notre profonde gratitude à Mohamed Sadok MILED, Ingénieur à Tunisie Télécom pour pour ces conseils et ces informations utiles.
Nous tenons à remercier également tout le personnel de la Direction des Réseaux Mobiles de Tunisie Télécom pour son chaleureux accueil.
Tous nos remerciements et notre grande reconnaissance à tous les professeurs de SUP'COM pour la formation qu'ils nous ont donné.
Enfin, nous voudrions rendre hommage à toutes les personnes qui n'ont pas hésité à nous aider d’une manière ou d’une autre à la réalisation de ce projet.
Sebti Chouchene
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Projet de Fin d’Etude
Notre projet de fin d'étude consiste à la conception et la réalisation d’un outil d’évaluation de performances du réseau UMTS. Après une description du réseau d’accès en UMTS en termes d’architecture et de fonctionnalités, une présentation des principaux indicateurs de qualité de service UMTS ainsi que les différents paramètres qui permettent la gestion de cette QoS a été effectuée. L'originalité de ce travail vient de l'élaboration d'une méthodologie d'évaluation de performances et d'optimisation du réseau UMTS. Cette méthodologie, permettant également de localiser les anomalies dans le réseau, est basée sur une analyse croisée des mesures drive test de l'interface radio UMTS et des compteurs OMC-R. Les différentes méthodes d’évaluation de performances et l'application de cette méthodologie ont été l'objet de la dernière partie de ce rapport. Cette méthodologie a été validée par une étude de cas réel.
Mots clés UMTS, WCDMA, QoS, évaluation de performances, Mesures Drive Test, Compteurs OMC-R, KPI.
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Projet de Fin d’Etude
Our project of end studies consists in the conception and the realization of a tool for UMTS network performances evaluation. After a description of the UMTS network in terms of architecture and functionalities, a presentation of the principals indicatory of UMTS quality of service as well as the different parameters that permit the management of this QoS has been done. The originality of this work comes from the development of a methodology for evaluation the performances and optimization of the UMTS network. This methodology, also permitting to localize anomalies in the network, is based on a crossing analysis of drive test measures of the UMTS radio interfacing and the OMC-R meters. The different methods of performance evaluation and the application of this methodology were the object of the last part of this report. This methodology was validated by a reel case study.
Key words UMTS, WCDMA, QoS, Performance evaluation, Drive Test measures, OMC-R counters, KPI.
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Projet de Fin d’Etude
Liste des figures ...........................................................................................................................viii Liste des tables ............................................................................................................................... ix Acronymes ...................................................................................................................................... x Introduction générale .................................................................................................................... 1 Chapitre I : Le réseau d’accès radio en UMTS .......................................................................... 3
Introduction..................................................................................................................................... 3 1- Le réseau d’accès UTRAN ......................................................................................................... 3 1.1- Description........................................................................................................................... 3 1.2- Les interfaces logiques dans l'UTRAN................................................................................ 5 1.2.1- Interface Uu .................................................................................................................. 6 1.2.2- Interface Iub .................................................................................................................. 6 1.2.3- Interface Iur................................................................................................................... 6 1.2.4- Interface Iu .................................................................................................................... 6 2- L'architecture en couche de l’interface radio............................................................................. 7 2.1- Couche 1 .............................................................................................................................. 7 2.2- Couche 2 .............................................................................................................................. 7 2.3- Couche 3 .............................................................................................................................. 8 3- Duplexage en UMTS .................................................................................................................. 9 4- WCDMA................................................................................................................................... 10 4.1- Les codes............................................................................................................................ 12 4.1.1- Les codes de canalisation............................................................................................ 12 4.1.2- Les codes d’embrouillage ........................................................................................... 13 4.2- Les principaux mécanismes de WCDMA.......................................................................... 13 4.2.1- Le contrôle de puissance............................................................................................. 13 4.2.1.1- Contrôle de puissance open-Loop (Slow)............................................................ 14 4.2.1.2- Contrôle de puissance inner-Loop (Fast)............................................................. 14 4.2.1.3- Contrôle de puissance outer-Loop ....................................................................... 14 4.2.2- Le handover ................................................................................................................ 14 5- Les canaux ................................................................................................................................ 16 5.1- Canaux logiques................................................................................................................. 16 5.2- Canaux de transport ........................................................................................................... 16 5.3- Canaux physiques .............................................................................................................. 17 Conclusion..................................................................................................................................... 17 .............................................. 18 Introduction................................................................................................................................... 18 1- Définition de la qualité de service ............................................................................................ 18 2- Concept et architecture de la QoS............................................................................................. 18 2.1- Architecture........................................................................................................................ 18 2.2- Les Services Bearer............................................................................................................ 20 2.2.1- Le service End-to-End et le service UMTS Bearer .................................................... 20 2.2.2- Le Service Radio Access Bearer et le Service Bearer Core Network......................... 20 Chapitre II : La qualité de service et mesures radio en UMTS
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Projet de Fin d’Etude 2.2.3- Le Service Radio Bearer et le Service Iu Bearer ........................................................ 20 2.2.4- Le service Bearer Backbone ....................................................................................... 21 3- Les fonctions de gestion de la QoS ........................................................................................... 21 3.1- Les fonctions de QoS pour le service bearer UMTS dans le plan de contrôle .................. 21 3.2- Les fonctions de QoS pour le service bearer UMTS dans le plan usager.......................... 22 4- Paramètres de la QoS ................................................................................................................ 23 5- Les paramètres Radio mesurables............................................................................................. 26 5.1- Les mesures effectués par UE ............................................................................................ 26 5.2- Général............................................................................................................................... 26 5.3- Les mesures de la couche physique ................................................................................... 27 5.3.1- CPICH RSCP .............................................................................................................. 27 5.3.2- UTRAN Carrier RSSI................................................................................................. 27 5.3.3- GSM Carrier RSSI ...................................................................................................... 28 5.3.4- CPICH_Ec/Io .............................................................................................................. 28 5.3.5- BLER du canal de transport........................................................................................ 28 5.3.6- UE transmitted power ................................................................................................. 28 5.3.7- Cell synchronisation information................................................................................ 28 5.3.8- Observed Time Difference to GSM Cell .................................................................... 29 5.3.9- Pathloss ....................................................................................................................... 29 5.4- Les paramètres significatifs ............................................................................................... 29 Conclusion..................................................................................................................................... 31 Chapitre III : Evaluation de performances du réseau UMTS ................................................ 32
Introduction................................................................................................................................... 32 1- Méthodologie de suivi de la QoS durant le cycle de vie d’un réseau....................................... 32 2- Les techniques d’évaluation de la QoS..................................................................................... 33 2.1- Drive test............................................................................................................................ 33 2.1.1- Chaîne de mesure........................................................................................................ 33 2.1.2- Paramètres Drive Test................................................................................................. 34 2.2- Compteurs OMC-R ............................................................................................................ 36 3- KPI (Key Performance Indicators) ........................................................................................... 37 3.1- Volume de trafic ................................................................................................................ 37 3.2- Accessibilité au réseau ....................................................................................................... 37 3.3- Maintien de l'appel............................................................................................................. 38 3.4- Qualité de service de l’utilisateur final .............................................................................. 38 3.5- Gestion des ressources....................................................................................................... 38 3.6- Comportement du Soft Handover ...................................................................................... 39 3.7- Comportement du Handover.............................................................................................. 39 4- Processus d’analyse et d'optimisation....................................................................................... 40 5- Analyses des paramètres Radio pour le réseau UMTS............................................................. 42 5.1- Étapes de détection de problèmes...................................................................................... 43 5.1.1- Détections des problèmes sur le lien descendant........................................................ 43 5.1.2- Détections des problèmes sur le lien montant............................................................. 44 5.2- Solutions ............................................................................................................................ 46 Conclusion..................................................................................................................................... 46 Chapitre IV : Conception et présentation de l’outil ................................................................. 48
Introduction................................................................................................................................... 48 1- Méthodologie de l’outil............................................................................................................. 48 2- Choix de l'environnement de développement........................................................................... 49 Sebti Chouchene
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Projet de Fin d’Etude 2.1- Présentation de langage de programmation Visual Basic.................................................. 50 2.2- Base de données Microsoft Access.................................................................................... 50 3- Conception................................................................................................................................ 51 4- Fonctionnement de l’outil......................................................................................................... 52 4.1- La boîte d'authentification de l'utilisateur.......................................................................... 52 4.2- Session principale .............................................................................................................. 53 4.3- Menu « File » ..................................................................................................................... 54 5- Etude de cas : résultats et interprétations.................................................................................. 55 5.1- Zones d’évaluation de performances ................................................................................. 55 5.2- Processus d’analyse et d’optimisation ............................................................................... 55 5.2.1- Analyse et optimisation de la couverture.................................................................... 55 5.2.2- Analyse et optimisation de l’interférence ................................................................... 57 5.2.3- Analyse de l’accès et de la congestion........................................................................ 58 5.2.4- Analyse du maintien du service .................................................................................. 60 5.3- Processus de détection des plus mauvaises cellules .......................................................... 61 6- Les apports de l'application....................................................................................................... 63 7- Les limitations........................................................................................................................... 64 Conclusion..................................................................................................................................... 64 Conclusion et perspectives .......................................................................................................... 65
Annexe 1 : Réseau cœur UMTS (Release 99)............................................................................... 66 Annexe 2 : Paramètres Drive Test................................................................................................. 69 Bibliographie................................................................................................................................. 71
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Projet de Fin d’Etude
Figure I.1 - L’UTRAN dans l’UMTS ............................................................................................. 4 Figure I.2 - Architecture générique des interfaces de l'UTRAN..................................................... 6 Figure I.3 - Architecture en couche de l'interface radio de l'UTRAN ............................................ 7 Figure I.4 - Fréquences utilisées en UMTS................................................................................... 10 Figure I.5 - Exemple d’étalement de signal en DS-CDMA .......................................................... 11 Figure I.6 - Désétalement en DS-CDMA...................................................................................... 11 Figure I.7 - Arbre des codes OVSF type Walsh-Hadamard.......................................................... 12 Figure I.8 - Soft Handover en UMTS ........................................................................................... 15 Figure II.1 - Architecture de la QoS en UMTS............................................................................. 19 Figure III.1 - Equipement d’une chaîne de mesure....................................................................... 34 Figure III.2 - Organigramme du processus d’analyse et d’optimisation....................................... 41 Figure III.3 - Organigramme de détection de problèmes sur le lien descendant .......................... 44 Figure III.4 - Organigramme de détections des problèmes sur le lien montant............................ 45 Figure IV.1 - Schéma synoptique de l’application........................................................................ 49 Figure IV.2 - Modèle conceptuel de la base de données............................................................... 51 Figure IV.3 - Diagramme uses case de l’application .................................................................... 52 Figure IV.4 - Interface d'authentification de l'utilisateur .............................................................. 53 Figure IV.5 - Session principale de l’application.......................................................................... 53 Figure IV.6 - Consultation des fichiers de mesure DT ................................................................. 54 Figure IV.7 - Analyse et optimisation des problèmes................................................................... 56 Figure IV.8 - Analyse de la couverture (zone1)............................................................................ 56 Figure IV.9 - Analyse de la couverture (zone2)............................................................................ 57 Figure IV.10 - Analyse de l’interférence (zone1) ......................................................................... 57 Figure IV.11 - Analyse de l’interférence (zone2) ......................................................................... 58 Figure IV.12 - Analyse des KPI d’une cellule .............................................................................. 59 Figure IV.13 - Analyse de l’accès au service circuit de la zone1 ................................................. 59 Figure IV.14 - Coupure des appels selon le service pour la zone1............................................... 60 Figure IV.15 - Coupure des appels selon le service pour la zone2............................................... 60 Figure IV.16 - Evolution de taux de coupure du service paquet au niveau du RNC .................... 61 Figure IV.17 - La détection des mauvaises cellules selon un critère ............................................ 62 Figure IV.18 - La détection des mauvaises cellules selon l’indicateur......................................... 62 Figure IV.19 - Les seuils des indicateurs ...................................................................................... 63
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Projet de Fin d’Etude
Table I.1 - Relation entre l'étalement et le scrambling.................................................................. 13 Table I.2 - Les canaux logiques en UMTS.................................................................................... 16 Table I.3 - Les canaux de transport en UMTS .............................................................................. 16 Table I.4 - Les canaux de physiques en UMTS ............................................................................ 17 Table II.1 - Relations entre les classes de service et les attributs.................................................. 25 Table III.1 - Indicateurs d'accès au réseau UMTS ........................................................................ 35 Table III.2 - Indicateurs du service WEB ..................................................................................... 35 Table III.3 - Indicateurs du service FTP ....................................................................................... 36 Table III.4 - Indicateurs du service WAP ..................................................................................... 36 Table III.5 - Indicateurs du volume de trafic ................................................................................ 37 Table III.6 - Indicateurs de l’accès au réseau................................................................................ 38 Table III.7 - Indicateurs du maintien de l’appel............................................................................ 38 Table III.8 - Indicateurs de la QoS de l’utilisateur final ............................................................... 38 Table III.9 - Indicateurs de la gestion des ressources ................................................................... 38 Table III.10 - Indicateurs Soft Handover ...................................................................................... 39 Table III.11 - Indicateurs Handover.............................................................................................. 39 Table III.12 - Seuils KPI ............................................................................................................... 40
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Projet de Fin d’Etude
2G 3G 3GPP
Deuxième Génération Troisième Génération Third Generation Partnership Project
ALCAP
Access Link Control Application Part
BER BLER BMC BRAN
Bits Error Rate Blocks Error Rate Broadcast/Multicast Control Broadband Radio Access Network
CS
Circuit Switched domain
DRNC DT
Drift RNC Drive Test
EIRP
Effective Isotropic Radiated Power
FDD FER
Frequency Division Duplex Frame Error Rate
GPS GSM
Global Positioning System Global System for Mobile communications
KPI
Key Performance Indicators
MAC
Medium Access Control
NBAP
Node B Application Part
OMC-R OSI OVSF
Operation and Maintenance Center – Radio Open Systems Interconnections Orthogonal Variable Spreading Factor Code
PDCP PDU PS
Packet Data Convergence Protocol Packet Data Unit Packet Switched domain
QoS QPSK
Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying
RAB RANAP
Radio Access Bearer Radio Access Network Application Protocol
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Projet de Fin d’Etude RLC RNC RNL RNO RNS RNSAP RRC RSCP RSSI
Radio Link Control Radio Network Controller Radio Network Layer Radio Network Optimiser Radio Network Sub-system Radio Network Subsystem Application Part Radio Resource Control Received Signal Code Power Received Signal Strength Indicator
SAP SDU SIB SRAN SRNC
Service Access Point Service Data Unit System Information Block Satellite Radio Access Network Serving RNC
TDD TNL
Time Division Duplex Transport Network Layer
UMTS URA UTRAN
Universal Mobile Telecommunication System UTRAN Registration Area UMTS Terrestrial Radio Access Network
WCDMA WLAN
Wideband Code Division Multiple Access Wireless Local Area Network
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Projet de Fin d’Etude
Introduction
UMTS (Universal Mobile Telecommunication System ) le réseau cellulaire de troisième génération a été conçu afin d’offrir de nouvelles applications multimédia tel que la visiophonie, internet, la vidéo sur demande et le commerce mobile. Ces applications présentent de nouveaux défis pour les opérateurs du fait qu’ils sont soumis à des fortes contraintes de qualité de service. En effet, l’intégration de ces applications nécessite la définition d’une nouvelle architecture de la QoS différente de celle définie pour les réseaux 2G et l’apparition de nouveaux paramètres caractérisant cette QoS. En outre, pour assurer la QoS désirée, UMTS nécessite une nouvelle infrastructure et essentiellement la définition d’un nouveau réseau d’accès radio différent de celui du GSM ( Global System for Mobile communications ). Par ailleurs, le déploiement de ce réseau dans le monde nécessite la mise en œuvre de nouveaux mécanismes pour l’évaluation de performances de ce réseau afin d’assurer une bonne qualité de service à l’abonné. C’est dans ce cadre que notre projet s’inscrit. Nous nous intéresserons particulièrement à la conception et la réalisation d’un outil d’évaluation de performances du réseau UMTS. Dans un premier chapitre, nous allons décrire le réseau d’accès en UMTS ainsi que l’architecture en couche de l’interface radio. Nous étudierons, également, la technique d’accès WCDMA et les principaux mécanismes qui la caractérisent. Le deuxième volet de ce travail portera sur la qualité de service en UMTS et l’analyse des indicateurs de qualité radio. Nous allons ainsi, présenter le concept de la QoS comme il a été décrit par le 3GPP en indiquant ces paramètres. Nous analyserons aussi les indicateurs de qualité radio. Dans le troisième chapitre de ce projet nous détaillerons les méthodes d’évaluation de performances en expliquant la méthode de Drive Test et ces paramètres et la méthode d’évaluation de performances à partir des compteurs OMC-R en précisant le rôle des indicateurs dans la détection des anomalies. La dernière partie de ce travail portera sur la réalisation de l’outil informatique capable d’évaluer les performances du réseau UMTS. Nous donnerons la conception de l’application,
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Projet de Fin d’Etude
Introduction
ensuite nous expliquerons son fonctionnement. Nous terminerons ce chapitre par une étude de cas évaluant les statistiques fournies par l’outil.
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 1 : Le réseau d’accès radio en UMTS
Chapitre I : Le réseau d’accès radio en UMTS
Introduction Le système 3G de communications mobiles UMTS est capable d'être le support, en particulier, de services multimédias novateurs, et de combiner l'utilisation d'éléments terrestres et satellitaires. Il sera possible d'avoir des accès plus rapides aux services paquet, avec une amélioration de la qualité des communications tendant à celle de la téléphonie fixe. D’où la nécessité de définir un nouveau réseau d’accès différent de celui du GSM adapté aux nouvelles applications. Dans ce premier chapitre nous traiterons les caractéristiques de ce nouveau réseau d’accès. 1- Le réseau d’accès UTRAN 1.1- Description Le réseau UMTS est composé d'un réseau coeur et d'un réseau d'accès appelé UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network ). L'interface entre ces deux réseaux est appelée "Iu". Cette interface a été définie d'une manière aussi générique que possible afin d'être capable de connecter, en plus de l'UTRAN, des réseaux d'accès de technologies différentes au réseau coeur de l'UMTS. Ainsi pourront se connecter par exemple le SRAN ( Satellite Radio Access Network ) ou le BRAN ( Broadband Radio Access Network ), qui est un réseau d'accès large bande utilisant une technologie d'accès de type WLAN ( Wireless Local Area Network ).
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 1 : Le réseau d’accès radio en UMTS
Uu
Iu
UTRAN SRNS
Réseau coeur
Iu-CS
Domaine à commutation de circuits (CS)
SRNC
Iub UE
DRNS
Iur
Iub Domaine à commutation de paquets (PS)
DRNC
Iu-PS Iub
Signalisation Signalisation et données Figure I.1 - L’UTRAN dans l’UMTS [2] Le réseau d'accès UMTS assure d'une manière générale plusieurs fonctions comme le contrôle d’accès, la gestion de mobilité, le Handover et la réallocation des SRNC, la gestion et le contrôle des ressources radio, le chiffrement et le déchiffrement du canal radio et d'autre fonctions concernant les services de diffusion et d’envoie multiple. L’élément principal d’un UTRAN est le RNS ( Radio Network Sub-system) : Soussystème du réseau de radio qui comprend un RNC et un ou plusieurs Node B. Le Node B est le nom donné dans les spécifications techniques à une station de base. Il effectue les procédures de la couche physique : -
Modulation radio fréquence,
-
Etalement de spectre,
-
Contrôle de puissance en boucle interne,
-
Adaptation de débit,
-
Combining (suivant le principe du RAKE),
-
Supporte les modes UTRA/FDD et/ou UTRA/TDD.
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 1 : Le réseau d’accès radio en UMTS
Le RNC ( Radio Network Controller ) est le contrôleur des stations de base. Il contrôle l’utilisation et l’intégrité des ressources radio : c’est le « cerveau » dans le RNS : -
Gère les ressources radio : admission, charge, congestion, séquencement dans la transmission des paquets,
-
Gestion de la mobilité (handover),
-
Point d’accès pour le mobile vers le réseau cœur à travers l’interface Iu,
-
Allocation des codes d’étalement,
-
Contrôle de puissance « hors boucle ».
Le mécanisme de réallocation du SRNC ( SRNC relocation) consiste en fait que le UE lors d’un handover, change d’un Node B à un autre rattaché à un nouveau RNC ( Drift RNC ) tout en gardant le même lien initial avec le réseau cœur à partir de l’ancien RNC ( Serving RNC ). D’où l’importance de l’interface Iur.
1.2- Les interfaces logiques dans l'UTRAN L'architecture générique des interfaces logiques de l'UTRAN est représentée dans la figure I.2. La structure de la pile protocolaire se divise en deux couches: la couche du réseau radio RNL ( Radio Network Layer ) et la couche du réseau de transport TNL ( Transport Network Layer ). Ces deux couches sont séparées dans le but de pouvoir modifier la couche de transport sans besoin de reconfigurer la couche radio. La couche réseau de transport est destinée à transporter les données de la couche radio au sein de l'UTRAN. La couche réseau radio assure la gestion des ressources de l'interface radio et les fonctions d'établissement et de libération des connexions entre le terminal mobile et le réseau UTRAN. Le plan de contrôle de la couche réseau radio gère les canaux de signalisation nécessaires pour transmettre les données des protocoles comme RANAP ( Radio Access Network Application Protocol), RNSAP ( Radio Network Subsystem Application Part ) ou NBAP ( Node B ). Les protocoles du plan de contrôle de la couche réseau radio sont Application Part indépendants de la technologie employée dans le réseau de transport. Les protocoles ALCAP ( Access Link Control Application Part ) du plan de contrôle de la couche réseau de transport assurent les services de signalisation nécessaires pour l'établissement des connexions du plan utilisateur pour transporter les données de la couche réseau radio. Le plan utilisateur de la couche réseau radio contient les protocoles nécessaires pour transporter les flux de données de l'interface radio ainsi que les informations nécessaires aux mécanismes de synchronisation des trames et de macrodiversité. Sebti Chouchene
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Projet de Fin d’Etude Radio Network Layer
Transport Network Layer
Chapitre 1 : Le réseau d’accès radio en UMTS
Control Plane
User plane
Application Protocol
Data Stream(s)
Transport Network User Plane
Transport Network Control Plane
Transport Network User Plane
ALCAP(s) Signalling Bearer(s)
Signalling Bearer(s)
Data Bearer(s)
Physical Layer
Figure I.2 - Architecture générique des interfaces de l'UTRAN
1.2.1- Interface Uu L'interface logique Uu sert à connecter le terminal mobile au Node B par l'intermédiaire d'une liaison radio. 1.2.2- Interface Iub C’est par cette interface que communiquent le Noeud B et le RNC. 1.2.3- Interface Iur Cette interface permet à deux RNC de communiquer, elle est nécessaire en CDMA pour effectuer, entre autres, la procédure de macrodiversité 1.2.4- Interface Iu C'est l'interface logique d'interconnexion entre le réseau d'accès radio et le réseau cœur. Pour que le plan utilisateur de l'interface Iu soit indépendant du domaine du réseau cœur (commutation de circuits ou commutation de paquets), deux types d'interfaces Iu ont été définis : - Interface Iu-CS qui connecte le domaine à commutation de circuits (CS : Circuit Switched domain ) du réseau cœur. - Interface Iu-PS qui connecte le domaine à commutation de paquets (PS : Packet Switched domain ) du réseau cœur. Le 3GPP a choisi dans sa Release 99 le protocole AAL2/ATM comme protocole de transport sur l'interface Iub, Iur et Iu-CS et le protocole AAL5/ATM sur l'interface Iu-PS. Sebti Chouchene
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 1 : Le réseau d’accès radio en UMTS
2- L'architecture en couche de l’interface radio Les protocoles de l'interface radio s'appliquent aux trois premières couches du modèle OSI (Open Systems Interconnections ), qui sont la couche physique, la couche liaison de données, et la couche réseau (routage).
Figure I.3 - Architecture en couche de l'interface radio de l'UTRAN
2.1- Couche 1 Le niveau 1 ( PHY ) représente la couche physique de l'interface radio. Elle réalise entre autres les fonctions de détection et correction d’erreurs dans les canaux de transport, multiplexage des canaux de transport sur des canaux physiques, étalement et désétalement de spectre des canaux physiques, prélèvement des mesures radio (envoyées aux couches supérieures), contrôle de puissance en boucle fermée, d'entrelacement et de modulation. 2.2- Couche 2 Le niveau 2 comprend les couches PDCP, RLC, MAC et BMC. Le transport fiable des données entre deux équipements est assuré par la couche RLC ( Radio Link Control). Elle se charge des fonctions de segmentation, assemblage, concaténation et/ou rembourrage des PDU des couches supérieures, chiffrement, contrôle/correction d’erreurs…
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 1 : Le réseau d’accès radio en UMTS
Cette sous couche va offrir trois modes d’opération : - Transparent (TM) pour lequel RLC ne fait aucune contribution aux flots qui lui arrivent (pas d’en-têtes) donc la communication sera rapide mais peu fiable. - Sans acquittement (UM) qui effectue la détection d’erreurs donc pas de retransmission. Exemple : service temps réel en mode paquet. - Avec acquittement (AM) qui effectue la détection et le contrôle d’erreurs suivant la technique (ARQ). Exemple : service non temps réel en mode paquet La couche MAC ( Medium Access Control) remplit la fonction de multiplexage de plusieurs canaux logiques (couches supérieures) dans des canaux de transport (couche physique), et vice versa. La couche PDCP ( Packet Data Convergence Protocol ) a deux fonctions principales. Tout d'abord elle permet d'assurer l'indépendance des protocoles radio de l'UTRAN (couches MAC et RLC) par rapport aux couches de transport réseau. Cette indépendance permettra de faire évoluer les protocoles réseau (par exemple de passer de l'IPv4 à l'IPv6) sans modification des protocoles radio de l'UTRAN. D'autre part, la couche PDCP offre les algorithmes de compression de données ou d'entête de paquets de données, permettant un usage plus efficace des ressources radio. En effet plusieurs études sur les caractéristiques du trafic sur les réseaux Internet public ont montré que 40 % des paquets IP étaient des paquets de tailles très réduites (40 octets). Ces paquets sont composés de 20 octets d'entête IP suivis de 20 octets d'en-tête TCP [1]. Ce sont des paquets de contrôle ne contenant aucune donnée utilisateur. La couche BMC ( Broadcast/Multicast Control) assure les fonctions de diffusion de messages sur l'interface radio.
2.3- Couche 3 Le niveau 3 de l'interface radio contient la couche RRC ( Radio Resource Control). La fonction principale de cette couche est la gestion de la connexion de signalisation établie entre l'UTRAN et le mobile. Cette connexion est utilisée lors des échanges de signalisation entre le mobile et l'UTRAN, par exemple, à l'établissement et à la libération de la communication. En plus elle assure d'autre fonction comme la sélection initiale et resélection de cellule dans l’UE, la gestion de la mobilité dans l’UTRAN (handover), le contrôle des mesures, la configuration du chiffrement et de l’intégrité, la gestion de la QoS demandée et le contrôle de puissance en boucle externe.
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 1 : Le réseau d’accès radio en UMTS
Les deux modes opérationnels de base d’un UE sont le mode inactif ( idle) et le mode connecté. Le mode connecté peut être divisé en états de service RRC qui définissent quel type de canal physique est utilisé par UE. Dans l’état Cell_DCH, un canal physique dédie (DCH et éventuellement DSCH) est alloué à l’UE et l’UE est connu par son SRNC. Dans l’état Cell_FACH, les canaux communs RACH et FACH sont utilisés pour transmettre des messages de signalisation et des données utilisateur. L’UE est également capable d’écouter le canal de diffusion BCH pour obtenir des informations systèmes et le canal CPCH quand l’UTRAN demande une resélection de cellule. Dans l’état Cell_PCH, l’UE est toujours connu par son SRNC mais n’est joignable que via le canal d’appel (PCH). Si l’UE effectue une resélection de cellule, l’état de l’UE passe à Cell_FACH pour exécuter la procédure de Cell Update après quoi, l’UE repasse en état Cell_PCH si aucune activité n’est survenue durant la procédure. L’état URA_PCH est similaire à l’état Cell_PCH excepté que l’UE n’exécute pas la procédure Cell Update après chaque resélection de cellule mais lit son identité URA ( UTRAN Registration Area).
L’UE quitte le mode connecté et retourne en mode inactif lorsque la connexion RRC est libérée ou lors d’un problème de connexion RRC .
3- Duplexage en UMTS La norme UMTS a défini deux modes d’exploitation: - le mode TDD (Time Division Duplex ): le transfert de données depuis l’appareil mobile vers la
station de base ( Uplink ) s’effectue à la même fréquence qu’en sens inverse ( Downlink ) avec une largeur de canal de 5 MHz et par la suite les séquences Uplink et Downlink sont séparées dans le temps. Ce mode est conseillé dans les pico cellules [3]. La modulation utilisée dans ce cas est QPSK (Quadrature Phase Shift Keying ) à 3.84 Mcps ou 8PSK ( Eight level Phase Shift Keying) à 1.28 Mcps et le facteur d’étalement varie de 1 à 16. Le mode TDD utilise le mode d’accès TDMA+WCDMA [3]. Le concept TDMA+WCDMA utilise une technique d’accès multiple mixte, comprenant une composante accès multiple à répartition dans le temps (TDMA) fondée sur la trame GSM et une composante d’étalement de spectre à l’intérieur du time slot avec séparation par code (CDMA), Ainsi une fréquence de trafic est définie par une fréquence (porteuse), un intervalle de temps et un code. Ce concept offre une large gamme de débits de service en allouant plusieurs Sebti Chouchene
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codes ou plusieurs intervalles de temps à un même utilisateur. Le débit de 2 Mbit/s peut également être obtenu mais des raisons hautement techniques et complexes semblent limiter le bon fonctionnement de ce système aux bâtiments et aux petites cellules urbaines. - le mode FDD
(Frequency Division Duplex ) : les liaisons uplink et downlink s’effectuent en
même temps mais sur des fréquences différentes. Il est utilisé dans les micro et les macro cellules [3]. La séparation entre porteuses est également de 5 MHz et on utilise la modulation QPSK à 3.84 Mcps avec un facteur d’étalement qui varie de 4 à 256 en UL et de 4 à 512 en DL. Le mode FDD se base sur mode d’accès WCDMA ( Wideband CDMA). La figure I.4 illustre les bandes de fréquence utilisées en UMTS. TDD
FDD-UL
MSS-UL
1900 1920 1980 Avec TDD: Time Division Duplex FDD: Fime Division Duplex UL: UpLink DL: DownLink MSS: Mobile Satellite Service
2010
TDD
FDD-DL
2025 2110
MSS-DL 2170
2200
Figure I.4 - Fréquences utilisées en UMTS L’inconvénient de FDD est la sous utilisation de spectre dû à l’écart duplex nécessaire afin de séparer les liens montant et descendant. En outre on alloue la même quantité de spectre aux liens ce qui n’est pas adapté aux applications présentant des débits asymétriques. Donc TDD est mieux adapté pour de telles applications car permet une allocation asymétrique de ressources aux deux liens.
4- WCDMA WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access ) est une technique d’accès dérivée de CDMA en utilisant l'étalement de spectre par séquence directe. Tous les utilisateurs émettent sur un même canal radioélectrique à large bande, mais ils sont distingués par une séquence d'étalement pseudo-aléatoire, appelée code et connue par le récepteur. Le débit maximal supporté par un seul code est de 384 kbit/sec. Pour les services à plus haut débit, plusieurs codes sont alloués à un même utilisateur et transmis simultanément sur le même canal radio (par exemple, cinq codes sont nécessaires pour supporter un débit de 2 Mbit/sec). Sebti Chouchene
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La modulation par séquence directe permet d'avoir une densité spectrale du signal transmis faible car le signal est large bande (ce qui permet la discrétion). Aussi, la discrétion est obtenue en gardant le code d'étalement secret. En plus assurer la tolérance vis à vis des multitrajets en choisissant des codes présentant des autocorrélations étroites. Les trajets de délais supérieurs à un chip sont facilement éliminés. Les Figures I.5 et I.6 décrivent le fonctionnement de base de l’étalement et du désétalement d’un système DS-CDMA. On a pris pour exemple, un signal initial BPSK ( Binary Phase Shift Keying) de
fréquence D. Ce signal est donc composé d’une séquence de bits pouvant
prendre les deux valeurs suivantes «+1» et «-1». La méthode d’étalement consiste, dans cet exemple, à multiplier chaque bit du signal initial par une séquence de huit bits, chacun de ces huit bits étant appelés chips, le résultat de ce produit est un nouveau signal de fréquence 8xD. Dans ce cas on a utilisé un facteur d’étalement de 8. On remarque que le signal final a l’apparence d’un signal aléatoire tout comme le code d’étalement utilisé.
Figure I.5 - Exemple d’étalement de signal en DS-CDMA
Figure I.6 - Désétalement en DS-CDMA En ce qui concerne la procédure inverse, le désétalement, on multiplie, bit par bit, le signal étalé par la même séquence de codes qu’on ait utilisé précédemment pour l’étalement. Comme le montre la figure I.6, on a retrouvé exactement le signal initial et cette opération n’introduit aucun déphasage entre le signal initial et le signal final.
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4.1- Les codes Deux types de codes sont utilisés les codes de canalisation ( channelisation ) et les codes d’embrouillage (scrambling ). 4.1.1- Les codes de canalisation Pour éviter toute interférence avec les codes des différents utilisateurs et différencier des canaux distincts, on se sert de codes orthogonaux appelés OVSF ( Orthogonal Variable Spreading Factor Code ). L'utilisation de ces codes permet de modifier le facteur d'étalement et de maintenir l'orthogonalité des différents codes d'étalement même si ces derniers sont de longueurs différentes. Ils viennent d'une famille de codes orthogonaux au sens de la corrélation. Ils peuvent être définis par un arbre générateur tel qu'une racine engendre deux branches. Les codes portés par ces deux branches sont issus du code de la racine. En effet, le code d'une branche est composé par le code de la racine et de son complémentaire. Ce principe permet ainsi de générer l'arbre des codes OVSF utilisés pour l'UTRAN. SF = 1
SF = 2
SF = 4 C4, 1 = (1, 1, 1, 1)
C2, 1= (1, 1) C4, 2 = (1, 1, -1, -1) C1, 1= (1) C4, 3 = (1, -1, 1, -1) C2, 2= (1, -1) C4, 4= (1, -1, -1, 1) Figure I.7 - Arbre des codes OVSF type Walsh-Hadamard Le SF est de la forme 2 k et varie d’une façon générale de 4 à 256 pour les canaux montants et de 4 à 512 pour les canaux descendants. Les codes OVSF présentent certaines limites, au sein d’une même cellule ces codes ne peuvent pas être tous utilisés simultanément car ils ne sont pas tous orthogonaux entre eux. Le code d'une branche est fortement lié à celui de sa racine et de ses fils, ce qui empêche de les Sebti Chouchene
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utiliser simultanément. Donc lorsqu'un code est alloué, tous les codes issus de ces branches ne peuvent pas être utilisés [1].
4.1.2- Les codes d’embrouillage Le scrambling qui est une opération effectuée par l'émetteur permet de séparer les différents signaux d'un même terminal ou d'un même Node B. Réalisée juste après l'étalement, elle ne modifie pas la bande passante ni le débit, elle se limite à séparer les différents signaux les uns des autres. Ainsi, l'étalement peut être effectué par plusieurs émetteurs avec le même code de canalisation sans compromette la détection des signaux par le récepteur. Le scrambling fait appel aux codes de Gold qui sont une combinaison linéaire de plusieurs m-séquences. Le tableau I.1 illustre l’utilité de ces deux codes pour chaque sens d’une communication . Fonctionnalités
Code channelisation
Code scrambling
Utilisation
Uplink : Séparation des canaux donnés
Uplink
d'un même terminal.
terminaux.
Downlink: Séparation des connexions
Downlink : Séparation des
des différents utilisateurs d'une même
cellules.
:
Séparation
des
cellule. Famille de codes
OVSF
Gold code
Table I.1 - Relation entre l'étalement et le scrambling [1]
4.2- Les principaux mécanismes de WCDMA 4.2.1- Le contrôle de puissance Le contrôle de puissance est la technique la plus importante en WCDMA surtout sur le lien montant car plusieurs utilisateurs utilisent la même fréquence en même temps. Il y a une grande possibilité d’interférence entre les utilisateurs. Dans le cas où nous n’avons pas de contrôle de puissance, un utilisateur qui se trouve au bord de la cellule peut être perturbé par l’affaiblissement de parcours plus qu’un autre utilisateur qui se trouve près du Node B. L’utilisateur qui se trouve prés du Node B peut bloquer une grande partie du signal émis par le Node B c’est ce qu’on appelle « near-far problem ». Dans le but d’avoir un bon niveau de capacité dans le réseau, les signaux reçus par les UE, qu’ils soient près ou loin du Node B, doivent être à puissance égale. Nous avons besoin du contrôle de puissance pour minimiser le niveau d’interférence et fournir à l’utilisateur la qualité de service demandée.
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Il existe trois types de contrôle de puissance :
4.2.1.1- Contrôle de puissance open-Loop (Slow) Défini seulement pour le lien montant, le contrôle de puissance Open-Loop est utilisé pour initialiser le niveau de puissance au début de la communication. Le UE estime la puissance minimale nécessaire pour la transmission en calculant l’affaiblissement de parcours en se référant à la puissance du signal reçu et l’utilise pour envoyer une demande d’accès au Node B. S’il ne reçoit pas de réponse de la part du Node B il fait une autre demande d’accès en utilisant une puissance un peu plus élevée. 4.2.1.2- Contrôle de puissance inner-Loop (Fast) Il est applicable seulement sur les connexions des canaux dédiés. Le Node B mesure le Eb/No reçu sur le lien montant et le compare part rapport au Eb/No cible qui dépend de la nature de la communication en cours. S’il est supérieur à ce dernier il demande au UE de baisser sa puissance d’émission et vice versa. Ce principe est aussi utilisé dans le sens descendant, bien que, dans ce cas, la raison en soit différente. Dans ce sens, les signaux proviennent du Node B. Il est souhaitable, afin de minimiser les interférences intercellulaires, que la puissance destinée aux terminaux mobiles qui se trouvent en bordure de cellule soit la plus faible possible tout en garantissant une bonne qualité de réception. 4.2.1.3- Contrôle de puissance outer-Loop Il est utilisé pour ajuster le Eb/No seuil suite au changement du BLER (Block Error Rate) après codage. Si le BLER augmente, alors nous augmentons le Eb/No seuil pour pouvoir le diminuer. Il est appliqué seulement sur les canaux dédiés pour le lien montant seulement. 4.2.2- Le handover Le handover est par définition le transfert automatique intercellulaire. Il permet d’éviter les coupures de communication en bordure de cellule et réduit significativement l’interférence crée dans le réseau. •
Le softer handover Le softer handover se produit quand les Node B sont sectorisés. Ainsi, quand le terminal
mobile se trouve dans une zone de couverture commune à deux secteurs adjacents d'un même Node B, les communications avec le Node B empruntent simultanément deux canaux radio, un Sebti Chouchene
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pour chaque secteur. Deux codes d'étalement doivent alors être utilisés dans le sens DL afin que le terminal mobile puisse distinguer les deux signaux issus des deux secteurs et on a donc deux connexions simultanées pour cet usager. Dans le sens UL, les signaux provenant du terminal sont reçus par les deux secteurs du Node B et routés vers le même récepteur de Rake. Les signaux sont ainsi combinés au niveau du Node B. On compte généralement 5 à 10 % des terminaux mobiles d'une cellule qui sont en situation de softer handover. Secteur1 UE RNC Secteur2
Le même signal est envoyé par 2 Node B au mobile Figure I.8 - Soft Handover en UMTS •
Le soft handover Durant un soft handover, le terminal mobile se trouve dans la zone de couverture
commune à deux Node B. Les communications entre le terminal mobile et les Node B utilisent simultanément deux canaux radio, un pour chaque Node B. Du point de vue du terminal mobile, il existe très peu de différences entre le softer et le soft handover. En revanche, dans le sens UL ces deux handovers différent car, dans le cas du soft handover, les signaux reçus par les Node B sont routés et combinés au niveau du RNC. Cela permet au RNC de sélectionner la meilleure trame reçue. Un usager mobile peut être en situation de soft handover avec deux, trois ou quatre Node B. Si l'usager quitte la zone de couverture commune pour se rapprocher d'un Node B, alors ce dernier le prend en charge. Ainsi, le soft handover permet de limiter la perte de connexion quand un usager se déplace vers une autre cellule. On considère que 20 à 40 % des usagers sont en situation de soft handover. Il existe deux autres types de handover : le hard handover inter-fréquences qui permet à un terminal mobile de passer d'un spectre de fréquence à un autre et le hard handover inter-systèmes qui permet au terminal mobile de passer d'un système à un autre comme d'un mode FDD à un mode TDD ou pour passer à un système 2G comme le GSM (pendant la période de coexistence des deux systèmes). Sebti Chouchene
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5- Les canaux La structure de trame WCDMA consiste en des supertames de 72 trames. La durée de chaque trame est 10 ms. Chaque trame contient à son tour 15 Time slots qui correspondent à une période de contrôle de puissance. La découpe en trame ne correspond pas à une répartition des ressources entre utilisateurs ( à une structuration des données émises par un même usager ce qui permet notamment l’ajout de bits de contrôle [4]. L’interface radio de l’UMTS a des canaux logiques qui font référence aux canaux de transport qui eux même associés aux canaux physiques. La conversion des canaux logiques aux canaux de transport est fait au niveau de la sous-couche MAC. 5.1- Canaux logiques Canal Broadcast Control Channel (BCCH) Paging Control Channel (PCCH) Dedicated Control Channel (DCCH) Common Control Channel (CCCH) Dedicated Traffic Channel (DTCH) Common Traffic Channel (CTCH)
Lien DL DL UL/DL UL/DL UL/DL Unidirectionnel
Fonction diffuse l’information relevante de la cellule ou des cellules voisines au UE associé avec le PICH et utilisé pour pager les messages et les informations de notification utilisé pour transporter les informations de contrôle dédiées dans les deux directions canal bidirectionnel utilisé pour le transfert des informations de contrôle bidirectionnel aussi utilisé pour transporter les données utilisateur ou le trafic utilisé pour transférer les informations dédiées de l’utilisateur à un groupe de UEs
Table I.2 - Les canaux logiques en UMTS
5.2- Canaux de transport Ils définissent la façon dont les données sont transportées : Canal Dedicated Transport Channel (DCH) Broadcast Channel (BCH) Forward Access Channel (FACH)
Lien UL/DL
Paging Channel (PCH)
DL
Random Access Channel (RACH) Uplink Common Packet Channel (CPCH) Downlink Shared Channel (DSCH)
UL
DL DL
UL DL
Fonction utilisé pour le transfert des données à un UE particulier et chaque UE a son propre DCH dans chaque direction diffuse l’information aux UEs dans la cellule pour qu’ils puissent identifier le réseau et la cellule transporte les données ou les informations aux UEs qui sont registrés dans le système. Il est possible d’avoir plus qu’un FACH par cellule transporte les messages qui alertent le UE des appels entants, SMS, messages et les sessions de données transporte les demandes de services des UEs voulant accéder au système fournit une capacité additionnel au-delà de celle de RACH et utilisé aussi pour le contrôle de puissance rapide partagé par les utilisateurs
Table I.3 - Les canaux de transport en UMTS
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5.3- Canaux physiques Ils sont définit sur les deux liens : Canal Primary Common Control Physical Channel (PCCPCH) Secondary Common Control Physical Channel (SCCPCH) Physical Random Access Channel (PRACH) Dedicated Physical Data Channel (DPDCH) Dedicated Physical Control Channel (DPCCH) Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) Physical Common Packet Channel (PCPCH) Synchronisation Channel (SCH) Common Pilot Channel (CPICH)
Lien DL DL UL UL/DL UL/DL DL
Acquisition Indicator Channel (AICH) Paging Indication Channel (PICH) CPCH Status Indication Channel (CSICH) Collision Detection/Channel Assignment Indication Channel (CD/CA-ICH)
DL DL
Fonction diffuse d’une façon continue les identifications du système et les informations de contrôle d’accès transporte le FACH et PACH permet au UE de transmettre les bursts d’accès aléatoire pour l ‘accès au réseau utilisé pour le transfert des données utilisateur transporte les informations de contrôle vers et de l’UE partage le contrôle d’information pour les UEs canal spécifique pour le transport des paquets de données utilisé pour permettre la synchronisation des UEs avec le réseau transmet par chaque Node B et par la suite le UE pourra estimer le temps de la démodulation du signal utilisé pour informer le UE sur le (DCH) et peut être utiliser pour communiquer avec le Node B fournit les informations pour le UE pour opérer son mode sleep afin de conserver la batterie pendant l’écoute du canal PCH transporte l’état du CPCH et fonctionne dans un mode similaire du canal PICH indique si le canal d’assignation est actif ou non pour le UE
Table I.4 - Les canaux de physiques en UMTS
Conclusion Dans ce chapitre nous avons étudié l’interface radio UMTS en mettant l’accent sur la technique d’accès. Deux mécanismes important en UMTS qui sont le contrôle de puissance et les handover ont été également analysés. Donc nous conclurons que l’interface radio UMTS est totalement différente de celle en GSM, ceci affirme que le concept de la qualité de service est aussi différent entre ces réseaux. Par ailleurs, dans le chapitre suivant nous allons traiter le concept de la QoS ainsi que l’analyse des indicateurs de qualité radio comme ils ont été définis par les spécifications 3GPP.
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Chapitre 2 : La qualité de service et mesures radio UMTS
Chapitre II : La qualité de service et mesures radio en UMTS Introduction UMTS a été conçu pour supporter une grande gamme d'applications avec différentes exigences de la qualité de service. L'approche modulaire adopté par 3GPP fournit la flexibilité nécessaire pour les opérateurs d'offrir de nouveaux services à leurs clients potentiels et existants. Dans 3GPP, la qualité de Service ( Quality of Service : QoS ) fait référence à la qualité d'un service perçue par l'utilisateur. Afin d’assurer cette qualité de service, le UE et le réseau UTRAN effectuent des mesures concernant des paramètres bien déterminés permettant ainsi de garantir le bon fonctionnement du réseau UMTS. 1- Définition de la qualité de service L’ITU–T définit la QoS comme l’effet global produit par la qualité de fonctionnement d’un service qui détermine le degré de satisfaction de l’usager du service [5]. La qualité de service doit considérer deux aspects importants qui sont la capacité d'un réseau à fournir le service avec un niveau bien déterminé, et comment satisfaire l’utilisateur final avec ce service, en terme d'usage, accessibilité, continuité et de son intégrité. La QoS est en rapport avec la capacité du réseau de se conformer avec les spécifications du niveau de service ( SLS) résultant d'une négociation entre un client et un fournisseur de service dans un accord de niveau de service avec ( SLA). En général, un SLA est une forme d'un contrat négocié entre deux parties qui établissent des niveaux de performance des services du réseau et sa réponse. Les deux parties peuvent être un consommateur et un opérateur, ou deux opérateurs où l'un d'eux prend le rôle du client qui achète des services d'un autre fournisseur [6]. 2- Concept et architecture de la QoS 2.1- Architecture Le standard 3GPP propose une architecture en couche pour assurer une QoS de bout en bout pour les deux domaines. En UMTS, cette QoS est fournie par un service bearer ( Bearer Service ) qui s'est installé depuis la source à la destination permettant ainsi de définir clairement
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Chapitre 2 : La qualité de service et mesures radio UMTS
les caractéristiques et les fonctionnalités de la QoS. Il inclut tous les aspects permettant la provision de la QoS contractée. L'architecture en couches du service bearer de l'UMTS est montrée dans la figure II.1. Chaque service bearer au niveau d’une couche spécifique offre son propre service aux couches supérieures et utilise les services fournis par les couches inférieures.
TE
CN lu EDGE NODE End-to-End Ssevice
MT
CN Gateway
UTRAN
TE/MT Local Bearer Service
External Bearer Service
UMTS Bearer Service
Radio Access Bearer Service
Radio Bearer Service
Iu Bearer Service
UTRA FDD/TDD Service
Physical Bearer Service
Terminal mobile UMTS
TE
CN Bearer Service Backbone Bearer Service
Infrastructure of UMTS network
Externe terminal
Figure II.1 - Architecture de la QoS en UMTS [6] Le bearer UMTS est composé de deux parties : le service bearer d'accès radio ( Radio Access Bearer : RAB)
et le service bearer du réseau coeur ( Core Network Bearer Service: CN ).
Le Service RAB fournit le transport confidentiel de signalisation et de données utilisateur entre le MT et CN (SGSN par exemple) avec la QoS négociée quand le bearer UMTS est installé ou avec la QoS par défaut pour la signalisation. Le service bearer du réseau coeur connecte le SGSN avec le GGSN au réseau de données paquet (Packet Data PD) externe. Le rôle de ce service est le contrôle efficace et l'utilisation du réseau backbone pour fournir la qualité du service bearer UMTS contractée [6].
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Chapitre 2 : La qualité de service et mesures radio UMTS
2.2- Les Services Bearer 2.2.1- Le service End-to-End et le service UMTS Bearer En partant d’un TE vers un autre, le trafic doit parcourir les différents services bearer du réseau. Un TE est connecté au réseau UMTS via un MT. Au niveau application, le service de bout en bout utilise les services bearer du réseau correspondant. Le service de bout en bout utilisé par le TE est réalisé par l’utilisation d’un Service Bearer Local TE/MT, un Service Bearer UMTS et un Service Bearer Externe. Une variété de services offerts par l’opérateur UMTS est délivrée par le Service Bearer UMTS. C’est ce service bearer qui offre la QoS de l’UMTS [6]. 2.2.2- Le Service Radio Access Bearer et le Service Bearer Core Network Le Service Bearer UMTS est scindé en deux parties, le Service Radio Access Bearer et le Service Bearer Core Network. Ces deux services reflètent le moyen optimisé pour réaliser le service bearer à travers la topologie du réseau considéré en considérant la mobilité et le profil des abonnés [6]. Le service radio access bearer assure un transport fiable de la signalisation et des données utilisateur entre le MT et le CN Iu Edge Node en offrant la qualité de service adéquate pour le service bearer UMTS négocié ou par une QoS par défaut pour la signalisation. Ce service est basé sur les caractéristiques de l’interface radio et maintenu pour un MT en déplacement. Les services radio bearer permettent d’avoir une protection d’erreur différente pour chaque PDU (Packet Data Unit ) en cas de besoin. Dans ce cas, l’information utile du SDU des données utilisateur, transportée par le service radio access bearer, doit correspondre avec le format de SDU défini. Pendant l’établissement d’un service radio access bearer, le format exacte du champ d’information du SDU ainsi que la consistance par sous flot est signalée à UTRAN par l’intermédiaire d’attributs ou de paramètres standardisés (qu’on va étudier). Le Service Bearer Core Network du réseau cœur de l’UMTS, connecte l’UMTS CN Iu Edge Node avec la passerelle CN ( CN Gateway) vers le réseau extérieur. Le rôle de ce service est de contrôler efficacement le backbone pour assurer le service bearer UMTS consenti. Le domaine paquet du cœur de réseau doit supporter des services bearer backbone différents pour une variété de QoS [6]. 2.2.3- Le Service Radio Bearer et le Service Iu Bearer Le Service Radio Access Bearer est réalisé par le Service Radio Bearer et le Service Iu Bearer. Le rôle du service radio bearer est de couvrir tous les aspects de transport sur l’interface Sebti Chouchene
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Chapitre 2 : La qualité de service et mesures radio UMTS
radio. Ce service bearer utilise le service UTRA FDD/TDD. Pour supporter différents types de protection d’erreur, UTRAN et le TM doivent avoir la capacité de segmenter/ré-assembler les flux de données en des sous-flux exigés par le service radio access bearer. La segmentation/ré-assemblage est donnée par le format du champ d’information signalé au moment de l’établissement du radio access bearer. Le service radio bearer transporte la partie du flux de l’utilisateur faisant partie d’un sous-flux, selon la QoS exigée par ce sous-flux. Le service Iu bearer et le service bearer physique assurent le transport entre le UTRAN et le CN. Pour le trafic paquet Iu bearer doit fournir différents services bearer pour une variété de QoS [6].
2.2.4- Le service Bearer Backbone Le Service Bearer CN utilise un service bearer backbone générique. Le Service Bearer Backbone couvre les fonctionnalités des deux premières couches et il est sélectionné suivant le choix de l’opérateur afin de réaliser les exigences de QoS du service bearer CN. Le service bearer backbone n’est pas spécifique à UMTS mais il peut réutiliser un standard existant [6]. 3- Les fonctions de gestion de la QoS Cette section donne une vue sur les fonctionnalités nécessaires pour établir, modifier et maintenir le service bearer UMTS avec la QoS demandée. L’allocation de ces fonctions aux entités de l’UMTS doit indiquer les exigences d’une entité spécifique pour renforcer les engagements négociés de la QoS du service bearer UMTS. Les fonctions de la gestion de la QoS de toutes les entités de l'UMTS combinées doivent assurer la provision du service négocié entre les points d'accès du service bearer UMTS [6]. 3.1- Les fonctions de QoS pour le service bearer UMTS dans le plan de contrôle On distingue quatre fonctions de gestion pour le contrôle de la QoS pendant l’établissement d’appel ou de la session [6]: - Le gestionnaire de service bearer ( Bearer Service Manager ) : les différents gestionnaires du Service Bearer gèrent les fonctions d’établissement, de modification et de maintenance du service duquel ils sont responsables. En particulier, le gestionnaire UMTS BS ( UMTS BS Manager ), est responsable de tout échange de signalisation générée par les autres fonctions comme les requêtes de conversion, le contrôle d’aces, etc. Le gestionnaire de service peut demander des services aux couches de service inférieures.
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- La conversion ( Translation Function ) : Cette fonction est située à l’extrémité du réseau UMTS, elle convertie les primitives de service bearer UMTS en primitives externes correspondantes dans la direction d’un réseau extérieur et/ou de l’équipement terminal (TE). La conversion concerne les attributs de service bearer UMTS et ceux de la QoS des réseaux externes. Le gestionnaire de service peut inclure une translation pour convertir les attributs de son service et ceux des couches basses utilisant ce service. - Contrôle d’admission ou de capacité ( Admission/Capability control) : contient les informations sur toutes les ressources disponibles des entités du réseau et de toutes les ressources allouées au service bearer UMTS. Elle détermine aussi pour chaque service bearer les demandes ou les modifications si les ressources demandées peuvent être allouées par cette entité et peut les réserver pour une éventuelle allocation du service bearer UMTS. La fonction vérifie également la capacité de l’entité du réseau à fournir le service demandé. - Contrôle d’inscription ( Subscription control function ) : vérifie les droits administratifs de l’utilisateur du service bearer UMTS pour manipuler le service demandé avec les attributs spécifiés de la QoS.
3.2- Les fonctions de QoS pour le service bearer UMTS dans le plan usager Les fonctions de gestion de la QoS dans le plan usager maintiennent la signalisation et le trafic d’un utilisateur basé sur les attributs de la QoS négociée pour le service bearer UMTS [6]. - Fonction de mapping ( Mapping Function) : elle fournit chaque unité de données avec les marques spécifiques demandées pour recevoir la QoS promise pour chaque noeud. - Fonction de classification ( Classification Function ) : elle décide sur le choix d’un service particulier, parmi les service bearer UMTS établis pour un terminal mobile. Cette fonction assure l’adaptation du flux de trafic, elle se base sur les informations contenues dans l’entête du paquet ou sur d’autres caractéristiques du trafic. - Gestionnaire de ressource ( Trafic Manager ) : il distribue les ressources nécessaires entre tous les différents services partageant les mêmes ressources selon leur besoin en QoS. Exemples de moyens de gestion des ressources sont l’ordonnancement, la gestion de la bande passante et le contrôle de puissance pour le bearer radio. - Le conditionneur de trafic ( Traffic Conditioner ) : il applique des règles pour vérifier la conformité du trafic véhiculé avec le profil de la QoS négociée. Les fonctions de contrôle comparent le trafic des unités de données avec les paramètres de la QoS leurs étant liés. Les unités de données n’obéissant pas au profil de la QoS peuvent être rejetées ou marquées pour être rejetées en cas de congestion. Sebti Chouchene
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4- Paramètres de la QoS Les attributs du service brarer UMTS décrivent le service offert par le réseau à son utilisateur. Lors de l’établissement ou la modification du service bearer UMTS, on doit prendre en compte plusieurs aspects de la QoS [6]: - les capacités du UE : forme un aspect de QoS pouvant limiter le service bearer UMTS fourni. - le UE ou le TE dans le réseau de terminaison peut demander un aspect de QoS lors de l’établissement ou la modification du bearer UMTS. - un profil de QoS dans l’abonnement UMTS décrit les limites supérieures du service fourni si un utilisateur demande une valeur spécifique. - un profil spécifique de la QoS dans le réseau caractérisant par exemple la disponibilité de la ressource ou les capacités d’un autre réseau pouvant limiter le service bearer UMTS fourni ou initier une modification d’un autre déjà établi. •
Les Classes de service Lors de la définition des classes de la QoS, faisant référence aussi aux classes de trafic,
les restrictions et les limites de l’interface radio doivent être pris en compte d’ou ce n’est pas raisonnable de définir un mécanisme complexe comme le réseau fixe à cause des caractéristiques d’erreur de cette interface. Donc le mécanisme de la QoS dans le réseau cellulaire doit être robuste et capable de fournir une résolution raisonnable de QoS. Les classes de la QoS sont : - Conversationnel : regroupe tous les services bidirectionnels impliquant deux interlocuteurs ou plus comme la phonie, la visiophonie avec un débit de 32 kbps à 384 kbps et les jeux interactifs avec un débit de 1 kbps. Le délai de transfert des données est de 100 à 200 ms. - Streaming : le transfert de données doit être développé comme un flux continu. Cette classe regroupe les services impliquant un utilisateur et une base de données (vidéo à la demande, diffusion radiophonique, transfert d’images). Ces applications sont typiquement asymétriques. Les délais de transfert de données sont inférieurs à 10 s. - Interactive : regroupe les services dans lesquels un usager entretient un dialogue interactif avec un serveur (Internet, transfert de fichiers par ftp, messageries électronique, l’accès à des bases de données) donc pas de contrainte temps réel avec des délai d’environ 1 s. - Background : proche des services de la classe interactive sauf que les informations transmises sont de priorités inférieures comme le transfert de fax, messages SMS et la notifications de messages électroniques avec des délais supérieur à 10 s. Il est à noter que les services des deux premières classes sont des services à temps réel qui est une caractéristique fondamentale de la QoS, tandis que pour les deux autres classes offrent des Sebti Chouchene
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Chapitre 2 : La qualité de service et mesures radio UMTS
services avec Best Effort. •
Débit binaire maximum (kbps) C’est la limite supérieure que l’utilisateur ou l’application peut accepter ou fournir. Tous
les attributs du service bearer UMTS peuvent être accomplis avec un trafic de débit maximum suivant les capacités du réseau. Le débit maximum peut être utilisé pour réserver les codes en DL sur l’interface radio pour les applications capables d’opérer avec des débits différents. •
Débit garantit (kbps) C’est le nombre de bits garantis délivrés par UMTS dans un SAP ( Service Access Point )
divisé par la durée. Il décrit le débit que doit garantir le service bearer UMTS pour un utilisateur ou une application. Ce paramètre permet aussi de faciliter le contrôle d’admission et l’allocation de ressources en UMTS basé sur leurs disponibilités. •
L’ordre de livraison des séquences SDU ( Service Data Unit ) (y/n) Ce paramètre spécifie si les SDU hors séquence sont acceptés ou non, perdus ou
réordonnés suivant les précisions spécifiées. •
Taille maximale d’un SDU (octets) C’est la taille pour laquelle le réseau satisfait la QoS négociée. Ce paramètre est utilisé
pour le contrôle d’admission et la surveillance. •
Information sur le format SDU (bits) Il liste exactement les tailles possibles des SDU. Le RAN a besoin de ces informations
pour pouvoir opérer en mode transparent du protocole RLC qui est avantageux pour l’efficacité spectrale et les délais lorsque la retransmission au niveau du RLC n’est pas utilisée. •
Taux d’erreur de SDU Il indique le fraction des SDU perdus ou détectés erronés. Il est utilisé pour configurer les
protocoles, les algorithmes et les schémas de détections d’erreur, initialement avec RAN. •
Taux d’erreur binaire résiduel Cet attribut indique le taux de bits erronés non détectés dans le SDU délivré. S’il n’y a
pas de demande de détection d’erreurs, cet attribut indiquera le taux d’erreur binaire dans le SDU délivré. Il est aussi utile pour configurer les algorithmes et les protocoles de l’interface radio et la détection des erreurs de codage. •
La livraison des SDU erronés (y/n/-)
Il indique si le SDU détecté erroné doit être délivré ou abandonné. •
Le délai de transfert (ms)
Sebti Chouchene
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 2 : La qualité de service et mesures radio UMTS
Ce paramètre indique le délai maximal pour acheminer 95% des délais de livraison de toutes les SDU délivrés durant toute la durée de vie d’un service bearer, où le délai d’un SDU est définit du moment de la demande de transfert du SDU à un SAP jusqu’à son livraison à un autre SAP. Ce paramètre permet au RAN de définir les formats de transport et les paramètres ARQ. Le délai de transfert d’un SDU arbitraire n’est pas aussi significatif car un SDU peut avoir un temps d’attente important dans la queue, c’est pourquoi le délai significatif pour l’utilisateur est celui du premier SDU du burst. •
La priorité de traitement du trafic Il spécifie l’importance relative de manier tous les SDU d’un bearer UMTS par rapport à
des SDU d’un autre. Avec la classe interactive, on besoin de différencier entre les qualités du bearer ce qui permet à l’UMTS d’organiser en séquence le trafic. •
Priorité d’allocation/maintien Il spécifie l’importance de l’allocation/maintien d’un bearer UMTS par rapport aux
autres. Dans la situation où les ressources sont rares, les éléments du réseau approprié peuvent utiliser ARP pour favoriser un bearer avec une haute priorité d’allocation/maintien. •
Indication de signalisation (yes/no) C’est un attribut additionnel de la QoS qui est définit seulement pour les services
interactives. Il indique la nature de la signalisation. S’il est yes alors la priorité de manipulation du trafic est ‘ 1 ’. Le tableau suivant illustre les différentes classes de QoS et les attributs leurs étant définis : Classe de trafic
conversationnel
streaming
interactive
background
Débit maximum
X
X
X
X
Ordre de livraison
X
X
X
X
Taille maximale du SDU
X
X
X
X
Information sur format du SDU
X
X
Taux d’erreur de SDU
X
X
X
X
Taux d’erreur binaire résiduel
X
X
X
X
Livraison des SDU erronés
X
X
X
X
Délai de transfert
X
X
Débit garantit
X
X
Priorité de traitement du trafic Priorité d’allocation/maintien
X X
X
X
X
Table II.1 - Relations entre les classes de service et les attributs [6]
Sebti Chouchene
25
Projet de Fin d’Etude
Chapitre 2 : La qualité de service et mesures radio UMTS
5- Les paramètres Radio mesurables 5.1- Les mesures effectués par UE Les composants de mesures fournissent un support pour les mesures intérieures spécifiques du UE L3 RRC ainsi que le reportage des mesures pour UTRAN. Le composant RRC utilise Cell RSCP et les mesures de E C /N0 pour les procédures de sélection et resélection des cellules et aussi pour le contrôle de puissance à boucle ouverte. Il a besoin aussi de mesures du BER pour le contrôle de puissance à boucle extérieur. Le UTRAN requis les mesures périodiquement ou bien pour un événement de la gestion de handover, contrôle de « radio bearer » ou bien UE positionnement. Ces mesures suivent les mesures de timing des cellules et mettent à jour les relatives timing de la cellule utilisée par RRC au même temps que les mesures changent. Le composant de mesure maintien les informations sur les cellules qui doivent être mesurées, partage les mesures avec le composant de sélection / resélection de cellule et les informations sont fournis à UE dans SIB11 (System Information Block), SIB12 et les messages de contrôles sont utilisés pour spécifier les mesures qui doivent être effectuées [7]. 5.2- Général Les rapports et les mesures de contrôle sont utilisés par UTRAN pour contrôler les mesures que doit effectuer l’UE. Le processus est très versatile et permet à plusieurs mesures avec différents caractéristiques d’être reportées, modifiées et réalisées au même temps dans les états de RRC, les mesures sont contrôler par SIB11, SIB12 et les messages de contrôle de mesures reçus par RRC. Dans le mode idle, les informations de contrôle de mesures sont lues à partir SIB11 dans FACH alors que SIB12 est utilisé dans les modes paging. Les messages de contrôle de mesures sont utilisés dans tous les modes connectés. Chaque mesure a un unique identité, type, objet, quantité de mesure, quantité reportés, validité, mode et des identités additionnelles. Les types de mesures suivants sont supportés [7] : •
Les mesures intra-fréquences : mesures sur les canaux physiques en DL effectuées sur la même fréquence de Active Set.
•
Les mesures inter-fréquences : mesures sur les canaux physiques en DL effectuées sur des fréquences différentes de celle de Active Set.
•
Les mesures interRAT : mesures sur les canaux physiques en DL appartenant à un autre réseau d’accès radio GSM par exemple.
•
Les mesures de volume de trafic : sont effectuées sur le trafic en UL.
•
Les mesures de qualité : mesures des paramètres de qualités en DL.
Sebti Chouchene
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 2 : La qualité de service et mesures radio UMTS
•
Les mesures intérieures du UE
•
Les mesures de positionnement de UE
•
Les rapports de mesures RACH L’objet de mesures peut être l’objet pour lequel les mesures sont prises. Ça peut être une
liste des cellules ou bien canaux de transport pour lesquelles on a pris les mesures. Les cellules pour lesquelles les mesures sont prises, sont mémorisées localement dans RRC par la variable CELL_INFO_LIST par collection du contenu des IEs ‘... cell info list’ reçus par tous les SIB11, SIB12 et les messages des mesures de contrôle. Les cellules sont groupées suivant trois exclusifs sets : •
Active set défini comme le set des cellules utilisées pour la connexion courante, ces cellules sont impliquées dans le mécanisme de soft handover.
•
Neighbour set ( Monitored set ) est défini comme le set des cellules pour lesquelles l’UTRAN doit effectuer les mesures pour une situation particulière (comme handover) et que leur valeur Ec/Io n’est pas suffisamment importante pour être incluses dans la liste Active set.
•
Le set détecté est défini par les cellules détectées par UE qui ne sont ni dans le set active ni dans le set moniteur.
5.3- Les mesures de la couche physique Ces mesures sont effectuées dans la couche physique puis reportées vers la couche RRC de UE ou bien UTRAN [6]. 5.3.1- CPICH RSCP Cette mesure est utilisée pour l’évaluation du handover, contrôle de puissance à boucle extérieure, contrôle de puissance à boucle ouverte en UL et pour le calcul du pathloss. Il est défini comme le puissance du code de signal reçu RSCP ( Received Signal Code Power ). La puissance reçue pour un code est mesurée sur le canal CPICH primaire de la cellule. La valeur de la puissance est entre -115 dBm et -40 dBm. 5.3.2- UTRAN Carrier RSSI Cette mesure est pour l’évaluation du handover inter fréquence. Il est défini comme la puissance de la largeur de bande incluant le bruit thermique et le bruit généré par le récepteur. Le rang pour UTRAN Carrier RSSI est entre -101 dBm et -25 dBm.
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 2 : La qualité de service et mesures radio UMTS
5.3.3- GSM Carrier RSSI Cette mesure est pour le handover entre UTRAN et le GSM. Il est défini comme RSSI ( Received Signal Strength Indicator ). C’est la puissance reçue de la bande étroite sans celui de la largeur de bande du canal. Il est fourni par la porteuse BCCH du GSM. 5.3.4- CPICH_Ec/Io Cette mesure est pour la procédure de sélection/resélection de cellule ou bien pour l’évaluation du handover. L’énergie reçue par chip est divisée par la densité de puissance de la bande. CPICH_Ec/Io = CPICH_RSCP/UTRA carrier RSSI (Équation II.1) Cette mesure est fournie par le canal CPICH primaire. Le rang du CPICH_Ec/Io est entre -24 dBm et -0 dBm.
5.3.5- BLER du canal de transport Cette mesure est pour l’évaluation du BLER du canal de transport. L’estimation du BLER est basée sur l’évaluation du CRC pour chaque bock de transport associé après RL combinaison. Le BLER est préféré d’être combiné, après la période de mesure, comme le rapport entre le nombre des blocs de transport reçus erronés et le nombre total des blocks. 5.3.6- UE transmitted power Cette mesure est la puissance totale transmise par UE dans une porteuse. Le point de référence pour la puissance transmise de UE est le connecteur de l’antenne. Cette mesure varie au tour de 21 dBm. 5.3.7- Cell synchronisation information Cette mesure est utilisée pour avoir l'intention sur les instants de handover pour identifier la différence de temps entre la cellule active et les cellules voisines. Il est classé suivant plusieurs unités de chips à trame. Le RRC rapporte Tm, OFF et COUNT-C-SFN de la trame au réseau. - Tm est défini comme la différence entre DL DPCH dans la cellule serveuse et le début du SFN (System Frame Number ) des PCCPCHs des cellules voisines. Il est donné par unité de chip entre 0 et 38 399 chips. - OFF est défini comme SFN dans la cellule voisine moins le CFN ( Connection Frame Number ) lu à partir de DL DPCH dans la cellule serveuse. Il donne la différence en nombre de trames. Il
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 2 : La qualité de service et mesures radio UMTS
est entre 0 et 255 trames. - COUNT-C-SFN est défini comme les 4 bits les plus significatives de la différence entre les 12 bits de faible signification de RLC et celle du SFN de la cellule mesuré.
5.3.8- Observed Time Difference to GSM Cell Cette mesure est utilisée pour déterminer la différence de temps entre GSM et UTRAN. Il est défini comme la différence de temps entre le début de la trame P-CCPCH avec SFN=0 pour la cellule i et le temps de début de la multitrame BCCH du GSM pour la fréquence j. 5.3.9- Pathloss Cette mesure est utilisée pour fournir le RSCP en respectant la puissance du PCPICH Tx. Il est calculé comme suite : Pathloss= la puissance du PCPICH Tx – CPICH_RSCP (Équation II.2) Il est entre 46 dB et 158 dB. 5.4- Les paramètres significatifs Dans le réseau UMTS, trois éléments liés aux particularités de la WCDMA peuvent avoir un impact sur la qualité de service. Il s’agit des problèmes de brouillage du canal pilote ( pilot channel pollution ), de la mauvaise configuration de la fenêtre de recherche ( search window configuration ) ou de la couverture fluctuante en fonction de la charge des cellules [8]. Pour les paramètres Radio, d’après nos études, essentiellement, les paramètres qui donnent une indication sur le niveau de la qualité radio dans la cellule de service. Ces paramètres sont : le rapport signal à bruit (Ec/Io)
•
(Équation II.3)
Avec :
Le EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) du Node B serveur dans la
0 par rapport au mobile concerné.
: Déviation de la EIRP overhead alloué par la puissance du canal pilote.
0
au mobile concerné.
: Le gain de l'antenne de récepteur du mobile.
:
La puissance reçue par le mobile à partir de la puissance émise par le Node B
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Projet de Fin d’Etude :
Chapitre 2 : La qualité de service et mesures radio UMTS
La puissance reçue par le mobile par d'autre sources d'interférences d'origines non
CDMA. :
C'est la somme des puissances reçues par les autres Node B.
: La puissance totale du canal de trafic reçue par :
le mobile.
C'est la puissance totale des autres Node B.
:
•
Puissance de bruit thermique. le rapport (Eb/No) qui représente la qualité du lien radio
! ! ! ! !
(Équation II.4)
Avec ! : Le
EIRP du canal de trafic. La transmission est omnidirectionnelle.
! 0
au mobile concerné loin d'une
distance d0. :
Le gain de l'antenne du Node B reçu par le mobile dans la direction 0.
!
: C'est la somme de l'interférence provoqué par les autres mobiles servis par le Node
! :
C'est la somme de l'interférence provoqué par les autres mobiles servis par les autres
B. Node B. ! :
C'est la somme d'interférence reçue par le mobile par d'autres sources d'origine non
CDMA. :
Le bruit thermique.
•
FER (Frame Error Rate).
•
PN (Pseudo Noise).
Mais les valeurs seuils des paramètres Eb/No et FER varient selon le type de service et le nombre d’utilisateurs servis dans la cellule courante. En effet, le mobile doit atteindre un valeur cible de Eb/No pour qu’il puisse pouvoir accéder au réseau. Pour atteindre cette valeur cible, le mobile doit émettre avec une certaine valeur de puissance spécifiée par le processus de contrôle de puissance.
Sebti Chouchene
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 2 : La qualité de service et mesures radio UMTS
Pour chaque service, le réseau spécifie une valeur cible de Eb/No pour avoir une bonne qualité de service. •
Pour le service voix (12,2 kbit/s) : Eb/No cible = 5 dB, FER = 3 %
•
Pour le service de classes interactives (64 kbit/s) : Eb/No cible = 3 dB, FER=1%
•
Pour le service de classe conversationnel (144 kbit/s) : Eb/No cible= 1,5 dB, FER=2%
Pour la mesure des séquences PN, des scanneurs PN permettent de mesurer toutes les séquences PN en mesurant les signaux souhaités et les brouilleurs même s’ils sont cocanal. Ces mesures permettent d’identifier les problèmes d’interférence et de couverture [8]. Au cours de la réalisation des mesures, la présence de plus de trois signaux de canaux pilotes de puissance importante permet de mettre en évidence le problème de pollution de pilote. En effet le récepteur en râteau du mobile ne peut démoduler que trois composantes multitrajets du même pilote en maintenant un appel dans des conditions de faible niveau de signal. Donc la présence d’un quatrième pilote provoque un important taux de rejet de Node B de l’ensemble Active Set et des niveaux de Eb/No très mauvais. La conséquence est un taux d’erreurs trame élevé ainsi qu’un taux de coupure d’appels important [8].
Conclusion Dans ce chapitre, nous avons analysé la notion de qualité de service et les caractéristiques de ce concept. Nous avons également analysé les attributs de la QoS. Dans la dernière partie nous avons identifié les paramètres radio mesurables du réseau UMTS comme ils ont été normalisés par le 3GPP qui vont par la suite servir pour l’évaluation de performances de ce réseau. Dans le troisième chapitre nous allons expliquer les deux méthodes d’évaluation de performances et mettre l’accent sur le rôle des KPI dans les différentes fonctionnalités du réseau.
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
Chapitre III : Evaluation de performances du réseau UMTS
Introduction Les réseaux 3G doivent être capable de fonctionner avec une grande variété d’application. Les applications conversationnelles doivent supporter les sujets de voix et la vidéo conférence. Les applications streaming vont demander des exigences audio et vidéo. Pour les jeux et le commerce électronique, les applications interactives doivent être déployés. En plus les applications background sont appelées à supporter le e-mail et le FTP. Toutes ces applications appartenant à des classes de qualité différentes, demandent des priorités différentes et des niveaux de qualité que doit manipuler l’opérateur. Afin d’évaluer la qualité de ces nouveaux services, les opérateurs peuvent employer différents types de métriques d’évaluation de la qualité. Dans ce chapitre nous allons voir les différentes d’évaluation et de supervision des performances du réseau UMTS. 1- Méthodologie de suivi de la QoS durant le cycle de vie d’un réseau Les critères d'évaluation de la QoS offerte par le réseau UMTS évoluent avec la construction du réseau et l'augmentation de trafic [10]. - Phase 1 : Trafic faible, principalement de Drive Tests et peu de clients (rapporter à l'attention des clients). - Phase 2 : Trafic en croissance après lancement commercial. - Phase 3 : Trafic important (assez important pour avoir des statistiques pertinentes). Dans la phase 1, l'intérêt est la disponibilité de la couverture radio le long de Drive Test, aussi bien que la disponibilité et la continuité du service dans les régions couvertes. Dans la phase 2, la QoS est encore évalué avec Drive Tests et le test End-user sur le réseau qui a la même configuration que les utilisateurs commerciaux. En plus, les statistiques de QoS de RNO ( Radio Network Optimiser ) sont introduites dans un tableau global puis analysées pour comprendre les problèmes de QoS. Le moment critique pour introduire des statistiques RNO dépend du montant d'événements par cellule pour l'analyse cellulaire et par RNC pour Sebti Chouchene
32
Projet de Fin d’Etude
Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
l'analyse RNC. Comme une règle de pouce, les statistiques deviennent pertinentes quand il y a au moins 20 événements. Dans la phase 3, le QoS est principalement évalué à travers les statistiques du RNO. Drive Tests et le test End-user sont effectuées seulement dans les régions visées, selon l'analyse du RNO ou sur plaintes de clients.
2- Les techniques d’évaluation de la QoS Pour la mise à jour de l’état de fonctionnement du réseau, plusieurs outils d’analyses de la QoS, sont mis en place. La comparaison des indicateurs obtenus par ces techniques et les paramètres de seuil, permet l’identification des origines des problèmes. Ces techniques se basent sur des analyses de l’interface radio ( Drive Test ) et sur des analyses systèmes (compteurs OMCR). 2.1- Drive test Plusieurs logiciels permettent d’évaluer les performances et d’offrir une interface d’analyse de données touchant le réseau UMTS, nous avons eu l’occasion de manipuler le TEMS Investigation WCDMA d’Ericsson qui fonctionne en deux modes soit en utilisant une chaîne de mesure Drive Test soit en analysant les performances à partir d’un fichier .log déjà existant. La méthode de mesure du drive test consiste à la caractérisation précise des canaux radio. Cette technique d’analyse permet la récupération d’une trace des mesures faites par le mobile à différents instants. 2.1.1- Chaîne de mesure La méthode du drive test consiste à embarquer sur une voiture les équipements suivants : - Un UE : un mobile de test avec double capacité GSM/UMTS équipé d’un logiciel spécial. Il est appelé généralement mobile à trace. - Un système de localisation GPS ( Global Positionner System ) : utilisé pour la localisation exacte de la position où on désire faire l’étude de l’environnement radio. - Un PC portable : permet d’automatiser l’acquisition et le stockage des données. Le PC doit être équipé d’une carte interface RS 232 pour assurer le lien entre la sortie série du UE et le port série du PC. - Un onduleur d’alimentation permettant d’alimenter les différents appareils de mesure.
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
Figure III.1 - Equipement d’une chaîne de mesure Tout le long du trajet, la MS effectue des mesures instantanées. Les données sont présentées en temps réel et seront stockées dans des fichiers.
2.1.2- Paramètres Drive Test Le drive test nous offre une série de mesures en mode circuit ou paquet, dont les principales sont : •
Longitude, latitude (X, Y) : le système de localisation GPS nous donne les coordonnés de chaque point de mesure.
•
UARFCN : UMTS Radio Absolute Frequency Channel Number .
•
SC : Scrambling code number .
•
LAC : Location Area Code .
•
CI : Identité de la cellule.
•
RA : Routing Area Code.
•
URA : UTRAN Registration Area.
•
Time Offset : le time offset du signal P-SCH en symboles.
•
CPICH_power : la puissance en dBm sur le canal de contrôle P-CPICH.
•
MAX_TX_power : la puissance maximale transmise pour la cellule.
•
CPICH_RSCP.
•
Ec/Io.
•
SIR : Rapport signal sur interférence.
•
BLER % : Taux d’erreur des blocs.
•
UTRA carrier RSSI.
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
•
SHO State.
•
SHO Event Success Rate.
Le drive test nous permet aussi de faire la mesure de certains indicateurs spécifiques au mode paquet et dont les principaux sont récapitulés dans les tableaux tableaux III.1, III.2, III .2, III.3 et III.4 I II.4 : •
Indicateurs d'accès au réseau UMTS
Description Taux d'indisponibilité de la couverture UMTS Taux d'échec d’établissement d’établisseme nt de la connexion UMTS Durée moyenne de l’établissement l’établisseme nt de la connexion UMTS
Calcul Nombre de points de mesures où le service est indisponible / nombre de points de mesures Nombre d’échec de tentatives d’activation de PDP Context / Nombre de tentatives d’activation du PDP Context
Durée moyenne de déconnexion
La durée de déconnexion UMTS est la mesure de l’intervalle de temps entre le clic sur le bouton déconnecter et la disparition de la boîte de dialogue de la connexion du modem UMTS.
La durée de l’établissement de la connexion UMTS est la mesure de l’intervalle de temps entre le clic de composer après le lancement de la connexion modem et l’affichage de connexion établie
Table III.1 - Indicateurs d'accès au réseau UMTS •
Indicateurs du service WEB
Description Taux d'échec du service Web Durée moyenne de chargement d’une page
Taux de coupure de la connexion durant le service Web Débit apparent du service Web
Calcul Nombre de séries où une page au moins n’a pas été chargée correctement / Nombre de séries effectuées avec Connexion Modem UMTS réalisée (coupures exclues) La durée de chargement d’une page est la mesure de l’intervalle de temps entre la validation de l’URL dans l’explorateu l’explorateurr internet et de l’affichage du message « terminé » en bas à gauche, la page étant correctement et intégralem intégralement ent chargée. Nombre de coupures de la connexion modem UMTS / Nombre de connexions modem UMTS réalisées Somme des tailles des pages chargées / Somme des durées de chargement.
Table III.2 - Indicateurs du service WEB •
Indicateurs du service FTP
Description Taux d'échec à la connexion au service FTP Taux d'échec du service FTP
Sebti Chouchene
Calcul Nombre d’échec d’accès à la commande permettant de déclencher le transfert FTP du fichier / Nombre de tentatives Nombre d’échec de transfert FTP du fichier / Nombre de tentatives
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
Durée moyenne de transfert de fichier Taux de coupure de la connexion UMTS durant le service FTP Débit apparent sens montant du service FTP Débit apparent sens descendant du service FTP
Temps de transfert du fichier FTP téléchargé (indiqué par l’utilitaire FTP) Nombre de déconnexion du modem UMTS / Nombre de connexions réussies du modem UMTS Valeur du taux de transfert Uplink fourni par l’utilitaire FTP, sinon Taille du fichier transféré / Temps de transfert Valeur du taux de transfert fourni Downlink par l’utilitaire FTP, sinon Taille du fichier transféré /Temps de transfert.
Table III.3 - Indicateurs du service FTP •
Indicateurs du service WAP
Description Taux d'échec à la connexion au portail Wap Durée moyenne de la connexion au portail Wap Taux d'échec de chargement de pages Wap Durée moyenne de chargement de pages Wap Taux de coupure du service Wap
Calcul Nombre d’échec de chargement de la 1 ère page du Portail Wap / Nombre de tentatives de chargement Temps entre la demande de chargement de la 1 ère page du Portail à partir du mobile et l’affichage complet de cette page Nombre de séries où une page au moins n’a pas été chargée correctement / Nombre de séries effectuées avec la 1ère page du Portail Wap chargée Moyenne des chargements de pages Wap Nombre de désactivation du PDP Context / Nombre de chargements de la page d’accueil du Portail Wap réalisés.
Table III.4 - Indicateurs du service WAP
2.2- Compteurs OMC-R L’une des principales fonctions de l’OMC-R est la gestion de performance. Les mesures de performance sont basées sur la collection des compteurs calculés par les entités du réseau à travers l’interface ltf-R reliant l’OMC-R et le RNC et l’interface ltf-B entre OMC-R et Node B. Ces mesures sont fondamentalement utilisées pour quatre types de besoin : •
l’optimisation et la planification efficace du réseau
•
les statistiques
•
l’investigation détailler d’un problème passé
•
l’analyse temps réel Les mesures des compteurs au niveau de l’OMC (remontés par les Nodes B à l’OMC-R)
sont faites sur un intervalle de temps précis et sont liées à un évènement survenu dans le réseau. Elles servent aux calculs des indicateurs clés de performance KPI ( Key Performance Indicators )
Sebti Chouchene
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
du réseau par combinaison de ces compteurs selon des formules bien déterminées. L’analyse de ces indicateurs est très essentielle pour la supervision de la qualité de service. RNO ( Radio Network Optimiser ) est la partie de l’OMC-R permettant à l’opérateur de surveiller la QoS et détecter les problèmes du réseau. r éseau. Il fournit un rapport de QoS pour permettre son analyse, permet aussi de visualiser le réseau pour analyser la configuration radio du réseau, enfin il offre des tuning sessions pour manipuler les paramètres radio. A partir des compteurs OMC-R, RNO permet de visualiser les KPI du réseau [11].
3- KPI (Key Performance Indicators) À toute phase du cycle de vie du réseau, l'analyse QoS suie un processus de drill-down. Au sommet, il y a un nombre réduit de critères de QoS qui résument l'accomplissement de la QoS à l’utilisateur final. Ce sont ces critères qui sont appelés Key Performance Indicators (KPI) [10]. Les KPI évaluent fondamentalement la performance d’un service suivant : le volume du trafic dans le réseau, l'accessibilité au réseau, le maintien de l'appel, la qualité du service Enduser, le trafic réseau, le comportement du Soft et Hard Handover. Dans RNO ces KPI sont compilés soit par RNC ou par zone cellulaire. Au moyen de Drive Tests, ces indicateurs sont compilés sur campagnes d'appels répétitifs, sur la région de service. 3.1- Volume de trafic Indicateurs RRC
connection
Description
Source
Volume de demandes de connexion RRC, y compris tous
RNO, DT
request
les accès au réseau (RAB, SMS, NAS, etc.)
Call setup request for
Volume de demandes d'établissement RAB (pour chaque
voice, visio and PS
RAB CS et PS et pour chaque débit de données UL et
RNO, DT
DL), ça reflète le trafic utilisateur sur l'air et sur UTRAN.
Table III.5 - Indicateurs du volume de trafic
3.2- Accessibilité au réseau Indicateurs
Description
Source
PRACH success rate
Le taux de succès succès de réception des blocks blocks PRACH PRACH au RNO, DT niveau du Node B.
PRACH received
Le nombre total de blocks PRACH reçus au niveau du
RNO, DT
Node B.
Sebti Chouchene
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
RRC connection
Le taux de succès d’établisse d’établissement ment de connexions RRC.
RNO, DT
success rate Call
setup
success
Le taux de succès d’établissement de RAB (pour chaque
rate for voice, visio
RAB CS et PS et pour chaque débit de données UL et RNO, DT
and PS services
DL).
Table III.6 - Indicateurs I ndicateurs de l’accès au réseau
3.3- Maintien de l'appel Indicateurs
Description
Source
Radio Call Drop Rate for
Le taux de coupure d’appels sur l’interface radio.
RNO, DT
System Call Drop Rate
Le taux total de coupure d’appels détectées par
RNO, DT
for CS and PS services
UTRAN (incluant radio call drop).
voice, visio and PS services
Table III.7 - Indicateurs du maintien de l’appel
3.4- Qualité de service de l’utilisateur final Indicateurs FTP
throughput
Description for
Source
PS Le throughput de l’utilisateur final sur les applications
services
FTP mesurées lors du test des appels.
Call congestion rate for
Procédures
voice, visio and PS services
échouées à cause de la congestion.
PS RAB Set-up with lower
Procédures d’établissement de RAB service paquet
data rate
où un faible débit binaire a été assigné à cause de la
d’établissement
d’appels,
qui
sont
DT
RNO
RNO, DT
congestion.
Table III.8 - Indicateurs de la QoS de l’utilisateur final
3.5- Gestion des ressources Indicateurs
Description
PS RAB submitted to
L’état de la transition Cell-DCH à Cell-FACH et vice versa
Traffic managemen managementt
pour PS RAB. Reflète l’optimisation de l’utilisation des
Source
RNO
ressources radio en fonctions du débit. Downlink ATM traffic
Le trafic ATM sur Iub en DL en in kbps. Trafic mesuré en
on Iub interface
heure de pointe et comparé avec la capacité de Iub.
RNO
Paging traffic on Iub
Le nombre total de messages de paging envoyés sur Iub.
RNO
interface
Table III.9 - Indicateurs I ndicateurs de la gestion des ressources
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
3.6- Comportement du Soft Handover Indicateurs
Description
Source
Users with 1, 2, 3 or 4 radio
La distribution de Active Set dans le réseau.
RNO
links Soft and Softer HO rates
Le
rapport
d’utilisateurs
en
Soft
et
Softer RNO
Handover. Branch addition success rate
Taux du succès d'addition des branches SHO.
RNO
Table III.10 - Indicateurs Soft Handover
3.7- Comportement du Handover Indicateurs
Description
Source
Compressed Mode
Le nombre d’activation et de désactivation de CM.
RNO
Inter-RAT HO success
Taux de succès de HO 3G à 2G pour le service de RNO
Rate
la voix.
Emergency HO success rate
Taux de succès de HO d’urgence 3G à 2G pour le RNO service de la voix.
Table III.11 - Indicateurs Handover Les KPI sont extraits pour le réseau entier comme un tableau en premier lieu. Puis, le Processus de Drill-Down consiste à mieux détailler KPI, détecter la mauvaise cellule, heure de pointe et correspondant les problèmes de QoS avec la situation du réseau [11]. Ce processus consiste donc à détecter un comportement erratique au niveau du réseau en premier lieu, puis s'approfondir dans une analyse plus détaillée par •
déterminer les cellules avec le comportement le plus mauvais
•
traquer l'évolution de toutes les heures des cellules les plus mauvaises
Donc il peut être trouvé, si le mauvais comportement du réseau résulte de quelques mauvaises cellules ou s'il s'est étendu plus uniformément sur les cellules du réseau. De la même façon nous pouvons donc déterminer l'heure la plus mauvaise, c’est à dire l'heure où la cellule se comporte plus mauvais. Une autre découverte peut être réaliser si le comportement observé se produit périodiquement ou à un l'événement singulier.
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Projet de Fin d’Etude
Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
Si un des KPI dépassent les seuils fixés par l’opérateur, le superviseur du réseau remarque qu’un problème est parvenu au niveau de la fonctionnalité qu’assure cet indicateur. Généralement, la cause de ce problème peut être un problème de couverture, interférence, insuffisance de capacité, mauvais paramétrage du réseau… Par exemple si le taux de coupure de l’appel est supérieur à 2% alors on a un problème de maintien d’appel qui peut être causé par la mauvaise couverture, l’interférence, problème lors du handover (dans ce cas on consultera les taux de succès de handover) ou un mauvais paramétrage du réseau. Aussi si le taux de succès de l’établissement d’un service est inférieur à 95%, dans ce cas on a un problème d’accès au réseau causé par la capacité, l’interférence ou un problème de paramétrage du réseau. Le tableau suivant illustre les seuils de quelques KPI : Indicateurs
Seuils
Taux de perte des sessions
< 5%
Taux de retransmission des sessions
< 5%
Taux d’établissement des sessions
> 95%
Taux de coupures sessions RNC
2%
Taux des sessions réussis
> 95%
Taux de coupures sessions radio
2%
Taux de coupures d’appels (call drop)
2%
Taux d’établissement d’appels (call setup)
>95%
Taux d’appels réussis (call success)
>95%
Taux d’échec de handover
2%
Table III.12 - Seuils KPI
4- Processus d’analyse et d'optimisation Après l’obtention des différents indicateurs, la phase d’analyse combinée de ceux-ci commence et le processus de détection des anomalies se déclenche. Cette étape consiste à faire une synthèse des différentes sources d’informations et transmettre cette synthèse au bon intervenant pour d'éventuelles actions : maintenance, ingénierie et optimisation. Dans la figure III.2, nous représentons les différentes étapes de ce processus.
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Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
Récupération des compteurs OMC Traitement
Indicateurs Analyse
Plaintes des abonnés
Mesure Drive test
Détection des anomalies
Analyse des indicateurs
Caractérisation et localisation du problème Savoir faire
Actions : maintenance, densification, ajustement des paramètres…
Figure III.2 - Organigramme du processus d’analyse et d’optimisation Dans la phase d’analyse de la performance du réseau et de la détection des anomalies, il y a une comparaison entre les indicateurs obtenus et les paramètres seuils (fixés par l’opérateur) qui présentent les seuils d’une qualité de service acceptable. Il est à noter que la mesure des KPI à des intervalles réguliers, est une méthode d’assurer que la fonction d’optimisation progresse et que la maintenance n’affecte pas négativement la performance perçue par l’utilisateur. Le Drive Test autorise aussi l'opérateur de mesurer la performance sur les réseaux compétiteurs qui lui permet d'être prioritaire en dirigeant ces efforts d'optimisation.
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Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
5- Analyses des paramètres Radio pour le réseau UMTS Inversement au réseau GSM, du fait du phénomène de respiration de cellules [8], les mesures dans le réseau UMTS doivent être effectuées à l’heure de pointe, quand le réseau est chargé en trafic. Quand les mesures sont effectuées en période de très faible trafic, les résultats sont différents de ceux obtenus avec des mesures réalisées pendant les périodes chargés [8]. Les données à mesurer dans un réseau UMTS pour l ‘analyse de QoS proviennent de deux sources : les commutateurs mesurées par secteur et les données radio mesurées sur l’interface radio. Le problème dans l’UMTS est dans la procédure d’explication des problèmes aperçus dans les commutateurs en analysant celles des cellules. Dans le réseau UMTS, le lien montant et le lien descendant utilisent des types de codage et de modulation différents. La conséquence est que les performances des deux liens sont souvent décorellés. De plus, des facteurs tels que la puissance du Node B, le nombre d’usagers actifs dans le système ont un grand effet sur un lien particulier qui peut être soit le lien montant soit le lien descendant. D‘autre part, il faut noter que les facteurs comme la puissance d’émission du Node B et le nombre d’usagers actifs influencent sur le lien à un moment donné [8]. Donc pour pouvoir bien analyser la qualité dans le réseau UMTS, on doit réaliser des mesures sur les deux liens. Au niveau du lien montant, ceci nécessite le recours à des équipements de mesures spécifiques qui sont directement connectés à l’infrastructure du réseau et qui permettent de récolter des données concernant un appel particulier : Eb/No, gain du canal de trafic descendant, messages…Ces données ne sont pas accessibles à partir d’une chaîne de mesures [8]. On peut segmenter les problèmes de performance d’un réseau CDMA en quatre causes : mauvaise couverture en lien montant, mauvaise couverture en lien descendant, un taux d’interférence élève en lien montent et un taux d’interférence élève en lien descendant. Mais c’est important de réorganiser ça dans le pratique. En effet, les problèmes observés en pratique sont dus généralement à une combinaison de ces causes. Par exemple, une combinaison de mauvaise couverture et une interférence élèvée dans le lien montant est un problème typique qui s’appelle « no dominant server ». Ce problème est caractérisé par la présence de plusieurs canaux de pilotes dans la surface effectuée par le problème. Alors aucun de ces pilotes a une valeur de Ec/Io adéquat pour être le serveur dominant. Puisque plusieurs pilotes sont présentés le résultat est un niveau d’interférence élevé. La solution pour ce problème est •
soit augmenter le EIRP pour un Node B pour être dominant,
•
ou bien d’ajouter un autre Node B,
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Projet de Fin d’Etude •
Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
Ou bien ajuster la taille de fenêtre de recherche. En effet, ces pilotes qui ne sont pas capturés dans la fenêtre de recherche de mobile, ne peuvent pas être déversés et devient interférence pour le mobile.
5.1- Étapes de détection de problèmes 5.1.1- Détections des problèmes sur le lien descendant La détection des problèmes sur le lien descendant se fait généralement en analysant le taux de coupure d’appels « dropped calls », FER et la puissance reçue par le mobile. On va analyser les causes des problèmes de couverture et d’interférence sur le lien descendant. En effet, une zone sans couverture se manifeste généralement par un taux élève de « dropped calls » et une valeur élevé de FER. Une mauvaise couverture provoque une valeur faible de Eb/No reçu sur le lien descendant. Par définition, une mauvaise couverture sur le lien descendant est due soit au « path loss » exagéré soit au valeur faible de l’EIRP du canal trafic. En résume, les symptômes d’une mauvaise couverture sur le lien descendant sont une valeur de FER élève et une faible puissance reçue par le mobile. D’autre part, une valeur élevée du FER peut être due à un niveau d’interférence élevé. En effet un niveau élevé d’interférence provoque une valeur faible de Eb/No reçue sur le lien descendant. Donc, un niveau d’interférence élevé peut être traduire par une valeur élevée du FER et une puissance élevée reçue par le mobile [9].
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Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
Début
FER élevé ? Oui Oui
Puissance reçue faible ? Non Ajuster les paramètres radio Ec/Io faible ?
Problème de couverture Oui
Non
Non
Eb/No faible ? Oui Problème d’interférence
Fin Figure III.3 - Organigramme de détection de problèmes sur le lien descendant
5.1.2- Détections des problèmes sur le lien montant Comme sur le lien descendant, la détection des problèmes se fait de la même manière. C’est à dire par le taux élevé de coupure d’appels ou bien une valeur élevée de FER. De plus, une mauvaise couverture sur le lien montant provoque une valeur de Eb/No reçue faible sur le lien montant. Donc une mauvaise couverture est caractérisée par une valeur élevée de FER Sebti Chouchene
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Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
et une puissance élevée transmise par le mobile. En effet, à cause du control de puissance sur le lien montant, le mobile essaye de refermer le lien montant. Pour cela il augmente sa puissance de transmission. D’autre part un taux d’interférence élevé se caractérise par une valeur de FER élevé ou/et une puissance élevé reçue à partir du Node B parce que la puissance reçue à partir du Node B est une mesure de toute les puissances reçues dans la bande [9].
Début
FER élevé ?
Oui
Non
Puissance transmise du mobile élevée ?
Non Problème de couverture
Ajuster les paramètres radio Puissance reçue par la station élevée ?
Non
Oui Problème d’interférence
Fin Figure III.4 - Organigramme de détections des problèmes sur le lien montant
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Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
5.2- Solutions La résolution de ces problèmes reste spécifique au site concerné. Plusieurs solutions sont envisageables : - Problèmes de couverture •
Augmenter le EIRP ce qui signifie que le Node B transmet avec une puissance élevé dans les canaux de trafic. Mais cette solution porte avec elle, typiquement, des implications de la capacité. En effet, La conséquence de cette solution est l’augmentation de l’interférence dans la cellule serveuse et les cellules voisines.
•
Ajouter un autre Node B.
- Problèmes d’interférences : il y a quatre sources d’interférences et pour chaque source nous allons donné une solution. •
Première source est la puissance de transmission du Node B. Pour diminuer ce terme, on peut limiter le nombre des canaux de trafic dans cette cellule.
•
La seconde source est la puissance de transmission des autres stations de bases. Cette interférence est équivalente au terme Io dans l’équation de la formule du CPICH_Ec/Io. ce type d’interférence est connu sous le nom de « pilot pollution ». pour diminuer cette interférence, on peut diminuer la puissance d’émission des autres stations.
•
La troisième source est équivalente à It. C’est la somme des puissances transmises par les autres stations pour des autres mobiles. Une solution pour cette interférence est d’examiner l’orientation des antennes des cellules voisines. Par réorientation des antennes des cellules voisines, on peut diminuer l’interférence dans la cellule serveuse.
•
La quatrième source d’interférence est les interférences d’autres origines (c’est à dire non CDMA). Cette interférence est équivalente au terme In. Une source de cette interférence par exemple est jammers .
Conclusion Dans ce chapitre, nous avons expliqué les méthodes d’évaluation de performances et les principaux indicateurs de qualité de service que permet d’assurer chaque méthode. Ensuite, nous avons énuméré les divers KPI qui peuvent être affectés à un tel réseau. La dernière partie, a été réservée à la détection des problèmes de couverture et d’interférence sur les deux liens et les solutions d’optimisation.
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Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS
L'implémentation informatique de ces algorithmes ainsi que les différentes étapes de conception de notre outil d'analyse et d'optimisation seront présentées dans le chapitre suivant.
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
Chapitre IV : Conception et présentation de l’outil
Introduction Dans ce chapitre, nous allons présenter notre outil d’évaluation de performance du réseau UMTS. Dans une première partie, nous allons commencer par la description de sa méthodologie et les raisons de choix d’environnement de programmation. Dans une seconde partie, nous présenterons le fonctionnement de notre outil avec une description de ces différentes procédures. Enfin nous allons de valider les résultats fournis par notre application avec une étude de cas. 1- Méthodologie de l’outil Le logiciel que nous allons concevoir sera l'outil qu'utilisera l'ingénieur pour analyser les données recueillies dans le réseau UMTS. Ces données sont généralement stockées dans des bases de données et des fichiers textes. Ainsi le logiciel qu'on se proposera de concevoir devra exécuter les étapes suivantes : •
l'utilisateur présente ses paramètres d'accès pour s'authentifier.
•
le logiciel récupère les données de l'utilisateur et consulte la base de données des utilisateurs pour vérifier s'il y figure. -
s'il y figure, et selon le profil qui le décrit dans la base de données des utilisateurs, une interface spéciale lui apparaîtra.
•
s'il n'y figure pas, un message d'erreur devra apparaître.
l'utilisateur indique le service et les paramètres à traiter et déclenche une procédure de saisie des données.
•
une fois la saisie des données terminée, la procédure d’évaluation de performances devra prendre place en se basant sur les compteurs OMC-R et les fichiers fournis par la procédure de Drive Test, en parallèle de laquelle se fera la détection des divers problèmes et la génération des statistiques.
À la fin, l'utilisateur sera capable par les statistiques fournies par l’application d’évaluer la QoS garantie par le réseau et détecter les éventuelles anomalies. Afin de comprendre le processus d’exécution de notre application, nous avons essayé de représenter le schéma synoptique suivant : Sebti Chouchene
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
Mesures Drive Test
Indicateurs KPI
Compteurs OMC-R Calcul
Bases de données Traitements
Evaluation des performances Déduction
Détection des anomalies Algorithme d’optimisation
Optimisation et proposition des solutions Figure IV.1 - Schéma synoptique de l’application
2- Choix de l'environnement de développement Le choix des bons outils de travail est une tâche critique sur laquelle repose le bon déroulement de l'étape de conception. Pour la réalisation de ce projet plusieurs alternatives se sont proposées. Pour ce qui est de la plate forme de programmation nous avons eu le choix entre JAVA et Visual Basic. Cette sélection est justifiée par le fait que ces deux langages : •
Utilisent le concept orienté objet et s'apprêtent parfaitement à notre cas.
•
Permettent la création d'interfaces graphiques sophistiqués (menus déroulants, boutons, cases à cocher,...) essentiels pour la conception de l'interface graphique de notre application.
•
Incluent le concept du modèle évènementiel. En effet ils sont capables de réagir à des évènements et permettent de faire de la programmation évènementielle.
Outre sa robustesse et sa performance, JAVA présente le grand avantage d'être portable sur plusieurs plate-formes (Windows, Linux,...). Son grand inconvénient reste sa lenteur durant la compilation. De plus nous avons pu remarquer qu'il prend beaucoup de temps lors de la lecture des fichiers.
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
Visual Basic est nettement moins difficile, et permet une plus rapide et plus facile définition des classes de travail. Du point de vue temps, les délais d'exécution qu'il offre sont acceptables. Reste l'inconvénient qu'il n'est pas portable et doit être utilisé sur une plate-forme Windows. Après cette étude comparative nous avons opté pour Visual Basic 6 comme plate-forme de programmation.
2.1- Présentation de langage de programmation Visual Basic Visual Basic est un outil développé par Microsoft dans le but de développer facilement des applications fonctionnant sous Microsoft Windows. Il permet de créer à l'aide de la souris des éléments graphiques (boutons, images, champs de texte, menus déroulants...) sans avoir à programmer l'interface graphique. L'intérêt de ce langage est de pouvoir associer aux éléments de l'interface graphique des portions de code associés à des événements (clic de souris, appui sur une touche,...). Pour cela, Visual Basic utilise un langage de programmation dérivé du BASIC (Beginners All-Purpose Symbolic Instruction Code). Le point fort de Visual Basic est la possibilité d'utiliser des composantes (objets) déjà construites par d'autres programmeurs. Le programmeur devient un assembleur de modules fonctionnels et débogués, le laissant libre de se concentrer rapidement sur le résultat plutôt que sur les moyens pour y arriver. D’autre part, Visual Basic rendre la programmation plus simple et plus amusante en utilisant ces contrôles. Les contrôles sont des objets réutilisables comprenant des éléments visuels et du code. Dans Visual Basic, il est permis de créer rapidement des feuilles et des boites de dialogue. Aussi, Visual Basic comprend des contrôles intégrés qu'il affiche dans la boite à outils de contrôles au démarrage et qui offrent des grandes possibilités en terme d'interface graphique, ainsi que des contrôles ActiveX qu'on peut ajouter à la boite des outils qui permettent d'avoir accès à des fonctions avancées : •
Accès à des bases de données.
•
Accès à des fonctionnalités réseaux.
•
Accès à des fonctions d'entrée-sortie,...
2.2- Base de données Microsoft Access Une base de données est un ensemble structuré de données enregistrées sur des supports accessibles par l’ordinateur, représentant des informations du monde réel et pouvant être interrogées et mises à jour simultanément et de façon sélective.
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
Microsoft Access est un système de gestion de base de données. A l’aide de ce logiciel on peut gérer nos informations. Dans le cadre de notre projet, nous avons choisi Microsoft Access pour stocker et gérer des données contenues dans des fichiers indicateurs et paramètres provenant de la base de données OMC-R (fichiers de type Excel) ou du drive test. Dans cette base on distingue toutes les tables et les requêtes nécessaires pour l’exécution de l’application.
3- Conception La conception représente une phase sensible et primordiale dans le cycle de développement d'une application. Dans le cas des modèles objets, la conception joue un rôle plus important dans la mesure où elle vise à réutiliser des composants générés. Dans notre application la conception est assurer par le model conceptuel : Entité Application qui est simple à comprendre et interpréter, comme l’indique la figure IV.2. Ce model conceptuel a été effectue à l’aide du logiciel de conception WinDev.
Figure IV.2 - Modèle conceptuel de la base de données Avec le modèle conceptuel, nous avons défini le diagramme de cas utilisation comme le montre la figure IV.3. Ce diagramme présente les fonctionnalités des futurs systèmes selon un formalisme sur la notion d’acteur, la notion de cas utilisation et la notion des relations.
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
Identification
Vérifier l’utilisateur et son mot de passe
Afficher message : utilisateur non inscrit
Personnel Evaluer la performance
Ouvrir un fichier Drive Test
Consulter les KPI
Consulter l’évolution de la QoS du RNC
Extraire les cellules les plus mauvaises
Trouver une solution
Evaluer un service Choisir la cellule consultée
Choisir un fichier déterminé
Choisir le critère
Choisir la cellule concernée
Afficher les KPI de la cellule
Afficher la courbe d’évolution
Afficher la liste des cellules les plus mauvaises
Trouver les problèmes et les solutions
Figure IV.3 - Diagramme uses case de l’application
4- Fonctionnement de l’outil Cette application a été développée à l’aide de l’outil de programmation Microsoft visual Basic avec l’utilisation du Microsoft Access. Dans ce qui suit, nous allons présenter les différents menus de cette application. 4.1- La boîte d'authentification de l'utilisateur Cette interface se charge avant le démarrage de l'interface principale. Elle sert à contrôler les accès et authentifier les utilisateurs exploitants. En effet chaque agent a son compte d'accès pour pouvoir bénéficier de ces droits d'exploitation. En cas de succès de l'authentification la fenêtre principale de la plateforme apparaît, et l'utilisateur peut exploiter cet outil. Si l'authentification échoue, une boite de message d'erreur s'affiche.
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
Il reste à signaler que la session principale contient un menu permettant d’ajouter un nouvel utilisateur ou de changer les mots de passe donc c’est l’exploitant de l’application qui contrôlera l’accès à son outil en permettant son utilisation par les agents désignés.
Figure IV.4 - Interface d'authentification de l'utilisateur
4.2- Session principale Suite à l'authentification de l'utilisateur, l'interface principale de l'application se charge. La barre de menus de celle-ci est composée des options suivantes : " File "," QoS parameters ", " RNC QoS evolution ", " Top worst ", " Optimisation ", " Password ", " About ".
Figure IV.5 - Session principale de l’application Sebti Chouchene
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
4.3- Menu « File » Ce menu contient quatre sous menus : - Open : permet d’ouvrir par une boîte de dialogue les rapports de mesure Drive Test déjà fournis par Tems ou Agilent en tant que fichier texte, ces rapports regroupent tout les paramètres utilisés pour l’évaluation de la QoS. - Load : il s'agit en fait du choix de la base de données contenant les KPI que l’application va utiliser et ce choix se fait toujours à l’aide d’une boîte de dialogue. - Print : offre l’option d’imprimer les rapports de mesure. - Exit : Ce menu sert à quitter l’application, mais avant de quitter, l’application videra la mémoire utilisée par tous les fichiers manipulés par l’utilisateur (fichier Drive test, KPI) les outputs (analyse de la qualité, détection des problèmes...).
Figure IV.6 - Consultation des fichiers de mesure DT
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
5- Etude de cas : résultats et interprétations 5.1- Zones d’évaluation de performances Les parcours d’évaluation de performances sont choisis en fonction des données obtenues. Nous avons pu avoir les informations nécessaires et complètes fournies par le drive test et les indicateurs KPI que pour 37 sites, c’est pourquoi nous avons regroupé ces sites suivant deux zones (zone1 et zone2) selon l’emplacement géographiques. Ces deux zones contiennent donc respectivement 23 et 14 sites qui sont toutes reliées à un même RNC. 5.2- Processus d’analyse et d’optimisation Le processus d'analyse comporte : - Un ensemble d’actions systématiques qui visent à avoir une vision de la qualité du réseau, à localiser et détecter les dysfonctionnements. - Une analyse dite de 2ème niveau permettant de déterminer la cause exacte du problème puis de proposer des solutions ou des actions pour résoudre les anomalies rencontrées au niveau du site. En fonction du résultat de l’analyse, une proposition d’actions sur le réseau doit être fait par l’entité concernée. Cette action peut être physique (ajout d’un autre Node B,...) ou logicielle (paramétrage), cet analyse se base généralement sur les algorithmes de détections des problèmes déjà traités dans le chapitre 3. 5.2.1- Analyse et optimisation de la couverture En analysant les paramètres vus dans le chapitre 3, l’application développée permet de nous informer sur les sites qui ont un problème de couverture. Le menu « Optimisation » permet de détecter la présence d’un tel problème pour un site choisi en DL ou UL et d’essayer de proposer une solution pour résoudre l’anomalie.
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
Figure IV.7 - Analyse et optimisation des problèmes Les résultats de cette analyse montre que quatre sites parmi l’ensemble des sites étudiés présente un problème de couverture. Une analyse globale de la couverture de la première zone montre que 87% des points présentent une bonne couverture, alors que 13% seulement ont des trous de couverture.
Figure IV.8 - Analyse de la couverture (zone1)
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
La deuxième zone présente une couverture UMTS très bonne (pour ne pas dire idéale). En effet, les points de mesure où il y a des trous de couverture ne dépassent pas les 7%.
Figure IV.9 - Analyse de la couverture (zone2) Avec ses résultats, on peut conclure que la couverture UMTS de la zone2 est bonne, mais on peut améliorer la couverture dans la première zone en ajoutant un autre Node B ou en augmentant son EIRP ce qui signifie que le Node B transmet avec une puissance élevée dans les canaux de trafic mais cette solution peut apporter des inconvénients puisque elle aura pour conséquence l’augmentation de l’interférence dans la cellule serveuse et les cellules voisines.
5.2.2- Analyse et optimisation de l’interférence Le menu « Optimisation » permet aussi de détecter les sites interférés. Une analyse globale de l'interférence dans la première zone à montrer que 9% des points de parcours sont trop interférés, ce taux est élevé pour le cas de l’ UMTS.
Figure IV.10 - Analyse de l’interférence (zone1)
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
La deuxième zone, comme le montre la figure IV.11 présente aussi un taux élevé de points interférés.
Figure IV.11 - Analyse de l’interférence (zone2) Ce problème d’interférence peut être du à la puissance de transmission du Node B, la puissance de transmission des autres Nodes B ou causé par la somme des puissances transmises par les autres stations pour des autres mobiles.
5.2.3- Analyse de l’accès et de la congestion Les mesures UMTS réalisées à titre expérimental montrent un bon taux accès au réseau surtout lorsqu’on se rapproche de la cellule. Le taux de connexions réussies au réseau UMTS est supérieur 95% dans la majorité des cas avec un délai moyen de connexion acceptable marquant ainsi une très bonne disponibilité du service UMTS. En plus, nous avons remarqué que le problème de congestion ne se pose pas pour ce moment. Ces valeurs sont expliquées par le faible nombre d’utilisateurs UMTS qui reste au porté des professionnels ou à titre expérimental. Notre application permet d’analyser l’accès en exploitant le menu « QoS parameters » qui nous donne les valeurs du taux de succès d’établissement RAB pour la voix et du taux de succès de l’établissement du service du service circuit à 64 Kbits. Ce menu a pour objectif de consulter les paramètres de la QoS d’une cellule choisie selon les KPI (menu « Cell KPI ») ou suivant les indicateurs fournis par Drive Test (menu « Radio indicators »), en plus d’exploiter les paramètres de la QoS au niveau du RNC en choisissant la heure désignée (menu « RNC hourly quality »). Par exemple le menu « Cell KPI » permet d’offrir à l’utilisateur la possibilité de consulter un ensemble d’indicateurs spécifiques à une cellule qu’il choisit comme le montre la figure IV.12 pour le site cellule technopole 2 appartenant à la zone 1.
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
Figure IV.12 - Analyse des KPI d’une cellule La zone1 a 87% de sa surface caractérisée par un taux de réussite d’établissement d’appels pour le service circuit élevé, 9% un taux moyen et 4% un taux mauvais, alors que l’accès à la zone2 est totalement garanti avec un excellent taux d’établissement d’appels réussis (=100%) pour chaque site de cette zone. !"" !"" "
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Figure IV.13 - Analyse de l’accès au service circuit de la zone1
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5.2.4- Analyse du maintien du service L’analyse des KPI portant sur les coupures par notre outil montre que les sites étudiés ont un problème au niveau du maintien de l’appel pour le service de la voix et le service paquet. Pour la zone1 les statistiques montrent que 30% de cette zone présente un taux de coupure de la voix élevé et 42% un taux de coupure du service paquet élevé ce qui traduit que le maintien du service n’est pas garanti dans cette zone.
#
" ! "%!
$
Figure IV.14 - Coupure des appels selon le service pour la zone1 Ces valeurs sont moins élevées pour la zone2, ils sont de 21% pour la voix et 36% pour le service paquet. Ces statistiques ne sont pas acceptables en terme de garantie de la qualité de service.
$
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"%!
Figure IV.15 - Coupure des appels selon le service pour la zone2 L’analyse croisée permet de conclure qu’il y a plusieurs causes de ces valeurs élevées comme la couverture, l’interférence et les paramètres de l’antenne surtout que les taux de coupure des différents services au niveau du RNC sont acceptables puisque l’application nous
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
donne des indications sur la qualité au niveau du RNC en exploitant le menu « RNC QoS evolution ». Ce menu permet de contrôler la QoS au niveau du RNC, en offrant sous forme de courbe l’évolution des indicateurs : taux de coupure de la voix et le taux de coupure du service paquet pendant 12 heurs de la journée .
Figure IV.16 - Evolution de taux de coupure du service paquet au niveau du RNC
5.3- Processus de détection des plus mauvaises cellules Le menu « Top worst » permet d’indiquer à l’utilisateur de l’application les sites dont les indicateurs de qualité de service ne sont pas entre les bornes acceptables. Ces sites sont listés par nom et par valeur de l’indicateur en mentionnant en haut le site dont la situation est la plus critique. Le sous menu « Service » donne le choix à l’utilisateur de retrouver selon le critère choisi les sites les plus mauvais en terme de maintien de l’appel, l’accessibilité au service circuit et le maintien du service paquet. Ce choix se fait en analysant respectivement dropped calls de la voix, setup success du service circuit et dropped calls du service paquet.
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
Figure IV.17 - La détection des mauvaises cellules selon un critère Dans le sous menu « Indicator », le choix se fait selon un indicateur bien définit. Ces indicateurs
sont
CPICH_Ec/No,
CPICH_RSCP,
Trsp_Ch_BLER_DL_(%),
UTRA_Carrier_RSSI, SHO_Event_Success_Rate.
Figure IV.18 - La détection des mauvaises cellules selon l’indicateur
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Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
L’application offre aussi la possibilité de consulter et de changer les deux bornes inférieur et supérieur des indicateurs de qualité en exploitant le sous menu « Thresholds ». Il important de signaler que le changement des seuils d’un indicateur déterminé affectera automatiquement la sélection des sites dans les deux menus « Service » et « Indicator».
Figure IV.19 - Les seuils des indicateurs
6- Les apports de l'application Evaluer notre application revient à voir à quel degré elle est parvenue à répondre aux fins initiales du projet. Ainsi, comme nous le savons déjà, le but de notre travail était de concevoir une solution la plus complète possible sous forme d'un logiciel permettant une évaluation de la qualité de service qu'offre un réseau UMTS et une présentation des solutions éventuelles aux divers problèmes que nous pouvons rencontrer. Ceci nécessitait une bonne maîtrise des enjeux de la QoS en UMTS. Par la suite l'un des plus importants apports de notre application était de : •
Offrir la possibilité d'effectuer la procédure de post-traitement d'une façon automatique. La procédure actuelle se base sur une analyse quasi manuelle (principalement, analyse visuelle de la variation des indicateurs de qualité) ce qui s'avère très coûteux en temps.
•
Eviter un traitement d'informations brutes ce qui réduit la pertinence de l’analyse des critères de qualité de service pour l'étendre à la détermination des statistiques plus élaborées.
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Projet de Fin d’Etude •
Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil
Automatiser la procédure d’analyse des indicateurs. Ce qui aide l’ingénieur a gagné le temps dans son travail.
7- Les limitations Parler des limitations de notre application à ce stade présente une phase peu critique. En effet, à ce niveau de test nous ne pouvons pas voir tous les cas limites de l'application. Parmi les manques de cette application et qu’elle ne manipule seulement que quelques KPI (à peu près de neuf), ceci est dû au fait que nous n’avons pas pu obtenir des valeurs de tous les compteurs OMC-R malgré les efforts fournis. En plus, cet outil n’est pas très fiable en terme d’analyse à cause de la faible charge du réseau UMTS en Tunisie limité à des professionnels, c’est pour ceci que les valeurs fournies restent préliminaires.
Conclusion Dans ce chapitre nous avons présenté notre outil d’une façon très détaillé. L’utilisateur peut se baser sur ce chapitre pour comprendre comment manipuler l’outil. Nous avons expliqué notre choix pour le langage de programmation ainsi les différentes étapes de la programmation surtout la conception et la réalisation. Cet outil permet d’analyser la performance du réseau UMTS. Nous devons mentionner aussi que l’analyse drive test donne une idée sur l’état du réseau mais il ne donne pas une explication complète et précise puisque il faut se baser aussi sur les compteurs, c’est pourquoi nous avons essayé par cette application d’exploiter ces deux méthodes pour l ’évaluation de performances.
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Projet de Fin d’Etude
Conclusion
L’objectif principal de ce projet de fin d’études était de concevoir et de réaliser un outil d’évaluation de performances du réseau UMTS. Dans ce but, nous avons commencé tout d’abord par une étude du réseau d’accès de l’UMTS en introduisant ces éléments et ces interfaces et en définissant également l’architecture en couches de l’interface radio. Ensuite, nous avons expliqué la technique d’accès WCDMA, ainsi que les principaux mécanismes qui la caractérisent. Dans le deuxième chapitre, nous nous sommes intéressés au concept de la qualité de service et les paramètres qui lui sont associés. Nous avons également étudié les paramètres radio mesurables en UMTS qui ont servi par la suite dans l’évaluation de performances. Dans le troisième chapitre, nous avons décrit les méthodes d’évaluation de performances du réseau UMTS en mettant l’accent sur les techniques Drive Test et les compteurs OMC-R, ainsi que les caractéristiques de chaque méthode. Puis, nous avons expliqué le rôle de l’analyse croisée basée sur ces deux méthodes dans la détection des problèmes dans le réseau. Enfin, nous avons entamé le dernier chapitre par la phase de conception de l’application. Ensuite, nous nous sommes intéressés à une étude de cas portant sur deux zones différentes avec une interprétation des résultats fournis par l’application pour chaque zone. Ces résultats basés sur l’analyse croisée montrent qu’il y a des cellules qui nécessitent une intervention pour résoudre des anomalies détectées. Mais, ces résultats ne sont pas très significatifs à cause de la faible charge du réseau UMTS qui est limité à des utilisations professionnelles ou expérimentales. Donc, l’outil est extensible et pourra être enrichi lors de la commercialisation du réseau UMTS.
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Projet de Fin d’Etude
Architecture générale du réseau UMTS/GSM [2]
Le réseau coeur de l'UMTS est proche de la technologie GPRS, il est scindé en 2 domaines de service : le Circuit Switched (CS) domain et le Packet Switched (PS) domain. Le domaine CS est utilisé pour la téléphonie tandis que le domaine PS permet la commutation de paquets (utilisé pour les données, Internet...). Ainsi l es téléphones de 3° génération peuvent gérer simultanément une communication paquet et circuit. Cette notion de domaine permet de modéliser la notion de service dans le réseau coeur et donne la possibilité de créer ultérieurement d'autres domaines de service. Les éléments du réseau coeur sont répartis en trois groupes, comme l'illustre la figure ci-dessous. Le domaine CS comprend le MSC, le GMSC et le VLR. Le domaine PS comprend le SGSN et le GGSN. Le dernier groupe comprend les éléments communs aux domaines PS et CS, le HLR, l'EIR, et l'AuC.
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Projet de Fin d’Etude
Le réseau coeur de l'UMTS Le groupe des éléments communs : Le Home Location Register (HLR) est la base de données contenant les informations relatives à l'abonné gérées par l'opérateur. Pour chaque abonné, le HLR mémorise les informations suivantes : -
les informations de souscription (abonnement, souscription à tel service, débit maximal autorisé, etc...)
-
l'identité du mobile, ou International Mobile Station Identity (IMSI)
-
le numéro d'appel de l'abonné.
Le Authentication Center (AuC) est un élément permettant au réseau d'assurer certaines fonctions de sécurité, telles que l'authentification de l'abonné, le chiffrement de la communication. Ces deux fonctions de sécurité sont activées au début de l'établissement de l'appel avec l'abonné. En cas d'échec d'une d'entre elles, l'appel est rejeté. L'AuC est couplé au HLR et contient pour chaque abonné une clé d'identification lui permettant d'assurer les fonctions d'authentification et de chiffrement. L'Equipment Identity Register (EIR) est un équipement optionnel destiné à lutter contre le vol des terminaux mobiles. L'EIR est en fait une base de données contenant la liste des mobiles interdits (black list). L'identification du mobile se fait grâce à son International Mobile Station Equipement Identity (IMSEI). Le domaine CS comprend : -
Le Mobile-services Switching Center (MSC) est un commutateur de données et de signalisation. Il est chargé de gérer l'établissement de la communication avec le mobile.
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Projet de Fin d’Etude -
Le Gateway MSC (GMSC) est un MSC un peu particulier servant de passerelle entre le réseau UMTS et le Réseau Téléphonique Commuté Public (RTCP). Lorsque on cherche à joindre un mobile depuis un réseau extérieur à l'UMTS, l'appel passe par le GMSC, qui effectue une interrogation du HLR avant de router l'appel vers le MSC dont dépend l'abonné.
-
Le Visitor Location Register (VLR) est une base de données attachée à un ou plusieurs MSC. Le VLR est utilisé pour enregistrer les abonnés dans une zone géographique appelée Location Area (LA). Le VLR contient des données assez similaires à celles du HLR. Le VLR mémorise pour chaque abonné plusieurs informations telles que l'identité temporaire du mobile (pour limiter la fraude liée à l'interception et à l'utilisation frauduleuse de l'IMSI) ou la zone de localisation (LA) courante de l'abonné.
Le domaine PS comprend : -
Le Serving GPRS Support Node (SGSN) qui joue le même rôle que le VLR, c'est à dire la localisation de l'abonné mais cette fois sur une Routing Area (RA) donc il offre une fonction de routage en plus il offre d’autre fonctions la sécurité, la gestion de mobilité, l’authentification, la gestion des sessions, la facturation.
-
Le Gateway GPRS Support Node (GGSN) a une fonction identique au GMSC pour la partie paquet du réseau, en jouant le rôle de passerelle vers les réseaux à commutation de paquets extérieurs (Internet public, un intranet privé, etc...).
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Projet de Fin d’Etude
!" Lors du Drive Test, l’outil informatique (TEMS Investigation WCDMA dans notre cas) permet d’exploiter ces mesures en les affichant par des catégories se basant principalement sur les canaux UMTS. - Mesures CPICH Data : Ils sont décrit par le tableau suivant : Mesure
Description
UARFCN
UMTS Radio Absolute Frequency Channel Number
SC
Scrambling code number
Peak Ec/Io
Le top du rapport Ec/Io
Peak Ec
Le pic de Ec
Ag Ec/Io
La somme des Ec/Io
Ag Ec
La somme des Ec
Aggr–Peak Ec
La difference in dB entre aggregate code power (Ag Ec) et peak code power (Peak Ec)
Delay Spread
durée en symboles du premier au dernier pic Ec/Io au dessus du seuil du PN
RFC
Rake finger count : nombre de pics Ec/Io au dessus du seuil du PN
Time Offset
Celui de la trame radio
SIR
Rapport signal sur interférence
- Mesures SCH : Les mesures SCH consiste à détecter le SC (Scrambling code number), Ec, Ec/Io des canaux de synchronisation primaire et secondaire. - Mesures des canaux de transport Mesure
Description
TdCH ID
Identité du canal de transport
Dir
Uplink ou Downlink
Type
type du canal de transport : DCH, RACH, ou FACH
BLER %
Taux d’erreur des blocs
Error blocks
Nombre total des blocs erroné
- Paramètres radio Mesure
Description
Tx power
Puissance transmise
UTRA carrier RSSI
Energie totale mesurée par UE dans la bande de fréquence de 5 MHz
Target SIR
SIR cible
SIR
Mesuré sur DPCCH
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Projet de Fin d’Etude RRC state
Etat du protocol RRC 0: No service 1: Idle mode 2: Connected_Cell_FACH 3: Connected_Cell_DCH 4: Connected_Cell_PCH 5: Connected_URA_PCH
RAT state
- Mesures Active set : La technique de Drive Test permet aussi d’évaluer les performances des cellules se trouvant dans le Active set en mesurant quelques paramètres concernant ces cellules comme CPICH Ec/Io, CPICH RSCP… - Mesures des cellules GSM voisines : Ceci se fait en affichant pour ces cellules quelques paramètres comme BSIC, RxLev… - Mesures RACH Mesure
Description
RACH Initial TX
Puissance transmise du premier préambule RACH en dBm
RACH Max Preambles
Nombre maximum de préambule varie de 0 à 64
RACH Message TX
Puissance transmise du dernier préambule RACH
RACH Transmitted Preambles
Nombre de préambules utilisés de 0 à 64
- Mesures HO Mesure
Description
HO Event Type
Type du dernier handover. 0: Unknown 1: Soft 2: Softer 3: Hard 4: Handover to UTRAN 5: Handover from UTRAN 6: GSM
SHO State
Etat Soft handover 0: Unknown 1: Soft handover 2: Softer handover
SHO Event Rate
Nombre d’événement de lien radio de 0 à 50
SHO Event Success Rate
Taux de succès de SHO
SHO Type Rate
Mesure le montant du SHO
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Projet de Fin d’Etude
#$%&
[1] Benoît Ligault et Jérome Da Costa : UMTS, Télé-Informatique 2001 [2] Javier Sanchez : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004 [3] Ericsson « WCDMA RAN Operation » [4] 3GPP TS 25.211 Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels. [5] ITU-T www.itu.int – site officiel de l’Union Internationale des Télécommunications [6] ETSI 3GPP TS 23.107 «Quality of Service concept and architecture» [7] Rudolf Tanner, Jason Woodard « WCDMA: Requirement and Practical Design» Edition Wiley [8] Sami Tabbane, ” Ingénierie des réseaux cellulaires ”, éditions HERMES, Paris, 2002 [9] Tarek THABET «Identification et Analyse des Indicateurs de Qualité Radio dans les réseaux mobiles GSM/GPRS et UMTS », PFE, SupCom 2004/2005 [10] Alcatel University « KPI description » [11] Alcatel University « OMC-R architecture and features » [12] Ericsson « Tems WCDMA » [13] www.umtsworld.org [14] www.developpez.com
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