RRôôllee ddeess ssoonnddeess ddaannss lleess rréésseeaauuxx ddee

ttéélléépphhoonniiee mmoobbiillee

Rapport de projet bibliographique réalisé par

Tall Régis DZOUNDOU

Master 2 Télécommunication

Promotion 2009 - 2010

2

SOMMAIRE

REMERCIEMENTS .............................................................................................................................................................................3

INTRODUCTION..................................................................................................................................................................................4

GLOSSAIRE ............................................................................................................................................................................................5

TABLE DES FIGURES ........................................................................................................................................................................6

1. ARCHITECTURE DES RESEAUX DE TELEPHONIE MOBILE ................................................................................7

1.1. ARCHITECTURE DU RESEAU 2G ...........................................................................................................................7

1.1.1. ARCHITECTURE DU RESEAU GSM ............................................................................................................7

1.1.2. ARCHITECTURE DU RESEAU GPRS ..........................................................................................................8

1.2. ARCHITECTURE DU RESEAU 3G ...........................................................................................................................9

1.2.1. HIER R3 AVEC LE PS ET CS… ........................................................................................................................9

1.2.2. AUJOURD’HUI R4 AVEC LE CORE IP… .....................................................................................................9

1.2.3. DEMAIN R3 AVEC LE « «FULL IP » !....................................................................................................... 10

2. MONITORING ET OPTIMISATION DES RESEAUX DES OPERATEURS ........................................................ 11

2.1. ENJEUX DU COTE DES OPERATEURS .............................................................................................................. 11

2.2. LES PRINCIPAUX ACTEURS DU SECTEURS ................................................................................................... 12

3. CAS PARTICULIER : LES SONDES ASTELLIA ........................................................................................................... 12

3.1. LE ROLE DES SONDES ............................................................................................................................................. 13

3.2. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT.................................................................................................................... 13

3.3. LEUR EMPLACEMENT SUR LE RESEAU.......................................................................................................... 14

3.4. LES OUTILS ASSOCIES ............................................................................................................................................ 16

CONCLUSION..................................................................................................................................................................................... 17

BIBLIOGRAPHIE .............................................................................................................................................................................. 18

ANNEXES............................................................................................................................................................................................. 19

3

REMERCIEMENTS

Je tiens particulièrement à remercier Mademoiselle Ingrid AZZIBROUCK ancienne élève de la formation

pour l’aide qu’elle a su m’apporter, ses conseils avisés, surtout qu’elle est tenue par d’autres engagements.

4

INTRODUCTION

Le réseau de téléphonie mobile permet d’utiliser un téléphone sans fil en mouvement, c’est pour la

raison que les sondes sont utilisées pour gérer la qualité des flux dans le réseau afin de mieux

le maîtriser et d’en évaluer la qualité.

Avec le développement des réseaux de téléphonie mobile, les opérateurs proposent d’avantages

de services à leurs usagers, d’où la nécessité d’améliorer le service rendu au niveau des réseaux

mobiles.

Pendant la gestion d’un réseau de téléphonie mobile, les opérateurs utiles différents techniques pour la supervision de la qualité de service. Ils utilisent généralement des indicateurs RNO (Radio Network Optimizer), NPO (Network Performance Optimizer), et les fichiers de trace capturés au niveau d’interface radio.

Mais, s’il y a un problème majeur, les opérateurs ont recours à l’analyse des mesures capturées au niveau de l’interface parce que ces mesures sont exhaustives, et favorisent une finesse de l'analyse radio. Cela permet de faire une analyse des événements et des causes.

C’est dans ce cadre que s’articule ce projet. Ce projet intitulé “Rôle des sondes dans les réseaux de téléphonie mobile“ me permettra de voir les solutions que peuvent apporter les sondes en terme de mesure de performance et de la qualité de service dans réseaux de téléphonie mobile.

Il sera essentiellement présenté en 3 parties, je vais commencer par faire un rappel sur les réseaux de téléphonie mobile, ensuite je présenterais l’importance de l’optimisation et du monitoring des réseaux des opérateurs, et je finirais par présenter les sondes de la société Astellia.

5

GLOSSAIRE

A AuC: Authentification Centre

B BTS: Base Transceiver Station

BSC: Base Station Controller

BSS: Base Station Sub-system

C

CN :Core Network

CS: Circuit Switched

E EiR: Equipment Identity Register

G GMSC: Gateway MSC

GGSN: Gateway GPRS Support Node

GSM: Global System for Mobile communications

GPRS: General Packet Radio Service

H HLR: Home Location Register

HO: Hand Over

I

IP: Internet Protocole

M MSC: Mobile service Switching Centre

N NGN: Next Generation Network

NMC: Network Management Centre

NAS: Network Attach Storage

O

OMC: Operations and Maintenance Centre

OSS: Operation Sub-system

P

PS: Packet Switched

PU : Processing Unit

Q

QOS: Quality Of Service

R

RNC: Radio Network Controller

S

SGSN: Serving GPRS Support Node

SU: Server Unit

T

U

UTRAN: Universal Terrestrial Radio Acces Network

UMTS: Universal Mobile Telecommunications System

V

VLR: Visitor Location Register

6

TABLE DES FIGURES

Figure 1 : Architecture du réseau GSM …………………………………………………………………………………………….7

Figure 2 : Architecture du réseau GPRS…………………………………………………………………………………………….8

Figure 3 : Architecture du réseau UMTS(R99)……………………………………………………………………………………9

Figure 4 : Architecture du réseau UMTS(R4)……………………………………………………………………………………10

Figure 5 : Sonde Ocean d’Astellia………………………………………………………………………………………………………12

Figure 6 : Exemple d’emplacement d’une sonde dans un réseau 3G :…………………………………………………..14

Figure 7 : Mode de capture des traces et logiciels d’exploitations………………………………………………………..15

7

1. ARCHITECTURE DES RESEAUX DE TELEPHONIE MOBILE

1.1. ARCHITECTURE DU RESEAU 2G

1.1.1. ARCHITECTURE DU RESEAU GSM

Le réseau GSM est dit de « seconde génération » (2G), contrairement à la première génération de

téléphones portables, pour laquelle les communications fonctionnent selon un mode entièrement

analogique, utilise les bandes de fréquences 900 MHz et 1800 MHz, et son architecture est

constitué de trois sous-systèmes comme le montre la figure ci-dessous :

Figure 1: Architecture du réseau GSM

Le sous-système Radio (BSS : Base Station Sub-system) qui assure les transmissions et gère la ressource radio. Il comprend essentiellement les stations de base (BTS : Base Transceiver Station), et leurs contrôleurs (BSC : Base Station Controller).

Le sous-système Réseau (NSS : Network Switching Sub-system) qui comprend l'ensemble des fonctions nécessaires à l'établissement des appels et à la mobilité. Il est essentiellement constitué des centres de commutation mobiles (MSC : Mobile service Switching Centre), des bases de donnée de localisation et de caractérisation, dont on distingue : les registres de localisation nominale (HLR : Home Location Register), et le registre de localisation des visiteurs (VLR : Visitor Location Register).

Le sous-système d’exploitation (OSS : Operation Sub-system), qui permet à l'opérateur d’administrer le réseau. Il comprend des équipements comme : des bases de données dont le registre d’identités des équipements (EIR : Equipement Identity Register) et le centre d’authentification (AuC : Authentification Centre) ; le centre d’administration de réseau (NMC : Network Management Centre) ; et le centre d’opération et de maintenance (OMC : Operations and Maintenance Centre).

8

1.1.2. ARCHITECTURE DU RESEAU GPRS

Le standard GPRS (General Packet Radio Service) est une évolution de la norme GSM, il permet de

faire la transition vers la troisième génération (3G). C’est ainsi qu’on parle généralement de 2.5G

pour classifier le standard GPRS.

Le GPRS permet d'étendre l'architecture du standard GSM, afin d'autoriser le transfert de données

par paquets, avec des débits théoriques maximums de l'ordre de 171,2 kbit/s (en pratique jusqu'à

114 kbit/s).

Le GPRS utilise l'architecture du réseau GSM pour le transport de la voix, et permet d'accéder à des

réseaux de données (notamment internet) en utilisant le protocole IP ou le protocole X.25.C’est ce

qui sera illustré dans la figure ci-dessous :

Figure 2: Architecture du réseau GPRS

En intégrant le GPRS dans une architecture GSM, il faut donc ajouter de nouveaux nœuds réseau appelés GSN (GPRS support node) situés sur un réseau fédérateur (backbone) :

Le SGSN (Serving GPRS Support Node, soit en français Nœud de support GPRS de service), routeur permettant de gérer les coordonnées des terminaux de la zone et de réaliser l'interface de transit des paquets avec la passerelle GGSN.

Le GGSN (Gateway GPRS Support Node, soit en français Nœud de support GPRS passerelle), passerelle s'interfaçant avec les autres réseaux de données (internet). Le GGSN est notamment chargé de fournir une adresse IP aux terminaux mobiles pendant toute la durée de la connexion

9

1.2. ARCHITECTURE DU RESEAU 3G

1.2.1. HIER R3 AVEC LE PS ET CS…

La Release 3 (aussi appelée Release 99) des spécifications de l’UMTS élaborée dans le cadre du 3GPP (Projet de partenariat de 3ème génération) a défini pour la partie CN les deux domaines évoqués précédemment (PS et CS). L’architecture UMTS est constituée d’une partie réseau d’accès -UTRAN- et d’une partie réseau cœur -CN-.

Figure 3: Architecture du réseau UMTS (R99)

L’UTRAN (Universal ou UMTS Terrestrial Radio Access Network), comprend les Nodes B et

RNC (Radio Network Controller).

Le CN (Core Network), correspond à un groupement fonctionnel de deux domaines : un

domaine circuit CS (Circuit Switched) pour la transmission de la parole, et un domaine

paquet PS (Packet Switched) pour la transmission de données.

1.2.2. AUJOURD’HUI R4 AVEC LE CORE IP…

Voyant venir l’augmentation des usages internet et par soucis d’économie, les opérateurs français

ont commencé à migré la plus part de leur équipements R99 en R4 dès 2008. Pratiquement tout les

MSC ont été changé par des MSS et des MGW).

10

R4 impacte le cœur de commutation du réseau mobile (NSS)

et est transparent pour l’accès (BSS / UTRAN)

Les fonctions des MSC sont séparées sur 2 équipements MSS (signalisation) et MGW (voix).

Le cœur de réseau côté data (SGSN/GGSN) et le BSS/UTRAN sont inchangés.

Figure 4: Architecture du réseau UMTS (R4)1

Comme on l’a vu plus haut, le réseau de base UMTS R3 s'appuie sur celui du GSM/GPRS. L'UMTS R4 concerne l'évolution du domaine CS sur la base du NGN (Next Generation Network). Cette release 4 présente des avantages pour le réseau de base en termes de flexibilité et d'évolution. En effet, la R4 peut réutiliser le backbone IP du domaine PS pour le transport de la voix et permet l'évolution vers un réseau tout IP où la voix est directement « paquétisée » sur la station mobile de l'usager et transportée de bout en bout sur IP.

Avec la R4, la voix est transportée sur

IP dans le réseau de base

uniquement, le tout IP étant l'objectif

des releases R5 et R6.

1.2.3. DEMAIN R5-R6 AVEC LE « «FULL IP » !

Cette release apporte une architecture tout IP en prévoyant une nouvelle architecture du réseau

d’accès radio qui sera basé sur IP. Elle introduit également des services multimédia IP dans le

réseau cœur, avec intégration des services de données et de téléphonie. Avec cette release, les

services téléphoniques en mode circuit disparaissent.

1 Pour éviter de charger le schéma, le HLR, EiR, AuC et VLR n’ont pas été représentés, mais il existe toujours dans cette release.

11

2. MONITORING ET OPTIMISATION DES RESEAUX DES OPERATEURS

2.1. ENJEUX DU COTE DES OPERATEURS

Les résultats en monitoring et en optimisation des réseaux font parti des facteurs clés pour évaluer la qualité d’un réseau.

Pour les opérateurs ses besoins vont continuer à croitre de manière significative sous l’effet des différents facteurs :

la migration des réseaux vers les nouvelles technologies

les besoins dans les zones émergentes : l’Afrique, l’Amérique Latine, certains pays d’Asie

connaissent des taux de croissance exceptionnels.

la complexité des réseaux s’accroît considérablement et rend le monitoring encore plus

nécessaire sous l’effet de l’accroissement du trafic, de l’évolution technologique et du

développement de nouveaux services

Par ailleurs, cette complexité grandissante va nécessairement rendre plus difficile la compatibilité entre

équipements issus de fabricants différents malgré la normalisation : les opérateurs se retrouveront donc

en situation de devoir détecter et comprendre les conséquences de ces éventuelles incompatibilités.

La recherche de la qualité offerte aux abonnés s’accroît, chez la plupart des opérateurs, avec l’arrivée à

maturité des réseaux.

Ainsi, obtenir le plus grand nombre d’abonnés possible est donc un gain de part de marché face à la

concurrence. Les opérateurs se retrouvent en situation de devoir investir pour conserver ces abonnés et,

en priorité, les meilleurs d’entre eux c'est-à-dire ceux qui génèrent les plus hauts revenus.

Ceci est essentiellement possible par deux moyens : proposer des nouveaux services avec un maximum

de valeur ajoutée et assurer la meilleure qualité possible pour éviter la perte d’abonnés.

Les utilisateurs sont de plus en plus exigeants selon le niveau du service utilisé. Ainsi, par exemple, un

abonné courant est prêt à une qualité temporaire moyenne de sa ligne téléphonique en échange de

l’avantage de la mobilité alors qu’à l’inverse, un usager professionnel acceptera difficilement une

coupure de communication en cours de transmission d’un fichier.

Les opérateurs se trouve nt donc en situation de se doter des outils lui permettant de surveiller sa qualité

et de détecter au plus tôt les défaillances sur son réseau. Ceci doit être fait en maîtrisant au mieux les

investissements et les dépenses de fonctionnement, ce que les systèmes de monitoring contribuent à faire

lorsqu’ils donnent la vision du trafic et de l’utilisation des infrastructures.

12

2.2. LES PRINCIPAUX ACTEURS DU SECTEURS

Dans le domaine du monitoring et de l’optimisation, 5 principaux acteurs se partagent la majeure partie du marché, dont on peut citer :

Tektronix2

Agilent Technologies

Anritsu

Tekelec

Astellia.

Ce sont de très grands groupes impliqués dans les secteurs de l’électronique et des télécommunications

au-delà du seul marché du monitoring.

3. CAS PARTICULIER : LES SONDES ASTELLIA

Dans cette partie, les sondes qui seront présentées sont les sondes de la société Astellia, qui est une

société qui fournit des solutions d’analyse de performance et de qualité de service aux opérateurs

de réseaux de télécommunications mobiles. Ces produits développés par la Société couvrent les

trois générations de technologie des réseaux : GSM, GPRS et UMTS.

Leur technologie repose sur un ensemble de sondes et de logiciels associés. Baptisé Ocean, ces

équipements se présentent sous forme de PC industriel, ils intègrent Cigale, qui est une famille de

logiciel conçu pour l’optimisation du réseau, la mesure de la qualité du réseau, la surveillance en

temps réel, et l’implémentation des services à valeur ajoutée.

La figure ci-dessous représente la sonde Ocean

Figure 5: Sonde ocean d’Astellia

2 Ces outils d’optimisations ont été détaillés en annexe, notamment le K15 et le K18

13

Ocean est un outil de capture d’informations connecté au réseau. Il est équipé de cartes

électroniques dédiées, conçues par la Société Astellia. Ces cartes électroniques réalisent les

fonctions de connexions physiques adaptées au type de réseau ainsi que des fonctions de

prétraitement et de filtrage de l’information par les logiciels embarqués.

Une plate forme Ocean peut accueillir plusieurs cartes pour capturer les données relatives à une

zone géographique du réseau, et ces données sont stockées ou transmises à des applications

externes. Il convient de noter que, dans certains cas, les applications externes peuvent ne pas être

des applications Astellia.

La plateforme peut être complétée par le concentrateur Manta, également développé par Astellia,

qui est un équipement pouvant être placé en amont d’Ocean (ou de tout autre produit du même

type) pour concentrer les liens avec le réseau. En effet, dans la mesure où sur un lien donné, seule

une partie de l’information est utile, il est possible grâce à Manta de ne garder que cette partie et

ainsi d’optimiser le nombre de sondes.

3.1. LE ROLE DES SONDES

En télécommunication, la sonde peut être utilisée pour gérer la qualité des flux d’un réseau, en

apportant des solutions de mesure de la performance et de la qualité de service. Cela permettra

une analyse des dérives de fonctionnement d’un réseau afin d’améliorer sa qualité.

Cette notion de qualité est d’autant plus importante puisque pour les opérateurs la QOS se

rapporte à la rentabilité et à la fiabilité du réseau et de ses services.

3.2. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Dans les réseaux de téléphonie mobile, la sonde fonctionne sur les différentes interfaces du réseau.

Elle capture principalement les messages protocolaires pour les analyser, afin de fournir un

ensemble d’indicateur suivant :

L’efficacité des appels

Coupures d’appel avec causes déraillées

Hand overs :

Répartition des causes de hand overs, liste des c cellules avec des HO ping pong, etc.…

Efficacité des hand overs (% non réponse et % échecs)

Trafics :

congestion radio, rejet des HO pour cause de congestion Congestion ou coupure sur liens radio Trafic de la signalization

14

Afin de bien comprendre l’importance de ces données, on pourra les placer dans une base de

données et y accéder pour construire des graphes par rapport aux indicateurs mesurés et les

afficher suivant les différents investigations du réseau comme : l’étude de handovers,

l’établissement des appels, taux de coupure des appels, l’évaluation du trafic, l’efficacité d’envoi et

de réception des data, etc.…

3.3. LEUR EMPLACEMENT SUR LE RESEAU

Les sondes collectent les informations provenant des contrôleurs RNC dans le cadre d’un réseau

3G, et BSC dans le cadre des réseaux GSM et GPRS. Ainsi, toutes ses informations capturées

pourront être traitées grâce aux applications Cigale.

Cigale est un logiciel qui produit des informations de nature détaillée ou statistique relatives aux

déroulements des communications. Les indicateurs de performance (KPI) sont élaborés à partir de

ces informations, ils permettent par exemple, de détecter les anomalies avec un degré de finesse

pouvant aller jusqu’au niveau de la cellule d’un réseau ou des caractéristiques relatives à un

abonné particulier : coupures d’appels anormalement élevées, temps d’attente avant la connexion,

mauvaise qualité de la réception, etc.

Cigale se décline en plusieurs versions correspondant chacune aux différentes technologies

(GSM, GPRS, UMTS et interfaces de réseaux).

Sur la figure qui suit, je vais illustrer un exemple d’emplacement de la sonde dans un réseau 3G

Figure 6: exemple d'emplacement d'une sonde dans un réseau 3G

15

Pour cet exemple de réseau, la capture des données se fait suivant les différentes applications de

Cigale sur les interfaces. On trouve donc :

Cigale Iub qui est situé sur le RNC et propose une analyse combinée des couches radio et

services IP

Cigale Iu est placé entre le réseau d’accès et le cœur de réseau, il apporte des informations

statistiques en s’appuyant sur le traitement des procédures circuit (IuCS), et paquet (IuPS).

Afin de bien l’illustrer, toute la procédure traitement sera présentée sur la figure suivante :

Figure 7: Mode de capture des traces et de ses logiciels d'exploitation

Tout d’abord, la sonde qu’on appelle OCEAN10 capture les données brutes et les envoie vers un périphérique de stockage NAS (Network Attach Storage) qui permettra de garder un gros volume de données et d’y avoir accès facilement.

Ensuite ces données vont être envoyées dans un PU (Processeur Unit) qui lui est l’élément

qui permettra de post-traiter les données en :

décodant les données brutes en fonction des différentes couches protocolaires

envoyant les données décodés et les fichiers de statistiques vers le SU

Et enfin, la plate forme SU qui se présente sous la forme d’un PC industriel, elle peut accueillir différentes applications permettant notamment la mesure de la Qos, l’optimisation du réseau, la surveillance en temps réel.

16

3.4. LES OUTILS ASSOCIES

La sonde Astellia propose plusieurs applications parmi les quelles on peut citer :

Activity Analysis qui est un outil d’analyse de donnée, il permet également la

capture des différents messages échangés lors des appels des clients (cela permet

d’avoir des informations sur IMEI de l’utilisateur, le type de service demandé, etc.…)

Cigale View qui est un module d’analyse statistique et graphique qui tout comme

Activity Analysis exploite les données contenues dans les bases de données. Cigale

view permet aussi d’avoir une vue graphique en plus du tableau de données brutes. Il

permet aussi d’avoir une vue au RNC puis à la cellule.

Au-delà de l’usage des indicateurs à des fins statistiques ou d’investigation détaillée, les données collectées et traitées peuvent être utilisées pour d’autres types d’applications, par exemple :

Cigale Roaming : cette application permet de mieux comprendre l’activité et le comportement

des utilisateurs étrangers ("roamers") dans le réseau. En fonction de l’analyse de ces activités, il

est possible aux équipes de l’opérateur d’optimiser les paramètres des équipements du réseau afin

d’augmenter la probabilité de capturer et conserver ces clients.

SLM ("Service Level Management") : cette application permet à l’opérateur de produire, analyser

et éventuellement fournir à son propre client des données sur le niveau de service produit au

travers de certains indicateurs clés sur la valeur desquels s’est engagé l’opérateur (par exemple

"pas plus de x % de coupures d’appels").

Handset profiling : cette application permet l’analyse des performances relatives aux marques et

aux modèles de terminaux mobiles. Elle permet ainsi aux opérateurs de tester un nouveau

terminal mobile en conditions réelles d’utilisation pour décider de sa mise en service, par

exemple, dans le cadre de la vente d’un nouveau pack aux abonnés.

T&A ("Trending & Aggregation") : ce module générique aide les opérateurs de réseaux à

comprendre et à contrôler efficacement le comportement de leurs réseaux. Il permet l’agrégation

de données temporelles et géographiques afin d’analyser des tendances. Le T&A est proposé

sous plusieurs variantes disposant d'une série prédéfinie de tableaux de bord groupant les

graphes sur le même thème, comme call setup , paging ou mobility…

Ces applications complémentaires aux produits Cigale et Ocean représentent intérêt pour les opérateurs.

Elles permettent de gagner de nouveaux clients en suscitant leur intérêt par une application spécifique et

à forte valeur ajoutée (Roaming en particulier).

17

CONCLUSIONS

L’objectif principal de ce projet est de caractériser le rôle des sondes dans les réseaux de

téléphonie mobile, afin d’en mesurer la qualité.

Comme je l’es indiqué précédemment la sonde, est un élément qui permet d’analyser un réseau afin

d’améliorer sa qualité. Ce projet bibliographique m’a permis d’avoirs une petite vision sur la

manière dont on peut optimiser un réseau afin de garantir une qualité de service acceptable, car

dans la gestion des réseaux de téléphonie mobile, tous les opérateurs ont pour objectifs de réduire

le taux de coupure des appels, détecter les points de congestion, augmenter le trafic, éliminer les

handovers inutiles, etc.…

Tous ces objets font objet de l’outil qui a été présenté dans ce sujet, car la sonde nous permet

d’analyser les résultats de ces mesures capturées sur les différentes interfaces.

Ainsi, les résultats extraits des sondes peuvent être vu sous forme graphique ou sous forme de

tableau, ce qui permettra une visualisation et une compréhension immédiate du problème.

18

BIBLIOGRAPHIE

Christian Queffelec, “ Document de base Astellia“, Juillet 2007

Ingrid AZZIBROUCK, “Pilotage du réglage des sites 3G et optimisation de l’usage des sonde

Astellia“, rapport de fin d’étude à l’université des sciences et technologies de lille1, 2009

Saida HAMMAMI, “ Développement d’un outil de traitement et d’analyse des traces de l’interface A“, rapport de projet de fin d’étude à l’école supérieur des communications de Tunis, 2006

Cristelle GARNIER, “ cours sur les réseaux GSM, GPRS et UMTS“, Université des sciences et

technologies de lille1, 2009

www.astellia.com

www.tekronix.com

19

ANNEXES

FICHE TECHNIQUE TEKTRONIX

Network Diagnostics

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