SIMULATION DE L’INTEROPERABILITE DES NOUVELLES ARCHITECTURES D’EMETTEURS EN SYSTEME RADIO MOBILE

SIMULATION DE LINTEROPERABILITE DES NOUVELLES ARCHITECTURES DEMETTEURS EN SYSTEME RADIO MOBILE

Ralis par LOGA LISSOUCK Bonasse Renaud & BOUNOUNGOU DU BOA Hugues

i

DEDICACE

NOUS ddions ce travail Dieu tout puissant,



ii

REMERCIEMENTS

Derrire chaque russite se cache les mains d'Hommes Ainsi nos sincres remerciements vont

toutes les personnes ayant contribu la ralisation de ce travail. Nous pensons :

Le Chef de dpartement du Gnie lectrique ; Dr ESSIBEN DIKOUNDOU Jean-Franois

pour son suivi permanent

Messieurs les membres du jury ; qui ont accept siger pour ce travail.

Notre encadreur Acadmique ; M. ZANGA MVODO Martin Paulin pour ses conseils et

sa disponibilit

Tout le personnel administratif de L'ENSET ; pour les nombreuses dispositions prises

afin de nous assurer une formation de qualit.

Nous remercions particulirement, Mme MEDOU BADANG Elisabeth, Directrice

Gnrale dOrange Cameroun SA. pour nous avoir accord ce stage au sein de sa

socit.

Nous remercions M. AYISSI Ren, Chef de Service Intervention Rseau, notre

encadreur professionnel.

Nous remercions M. NDONGO ANDELA ALAIN CLAUDE, Technicien Exploitation et

support IT charg du WIMAX.

Nous adressons nos remerciements M. MBARGA Charles Max, pour nous avoir

encadrs tout au long de ce stage au service Multimdia et Help Desk.

Nous sommes reconnaissant lendroit de tout le personnel du service Multimdia et

help Desk pour leur disponibilit, leurs conseils et leurs enseignements.

Tous les autres enseignants dudit dpartement ; pour la formation reue autant

thorique que pratique.

A tous ceux-l que nous navons pu citer nommment ; veuillez retrouver ici toute

notre reconnaissance profonde. Nous restons jamais trs reconnaissants, pour les

sacrifices que vous avez consentis notre gard. Recevez ici lexpression de notre

profonde satisfaction



iii

AVANT-PROPOS

Lcole Normale Suprieur dEnseignement Technique de Douala en abrg ENSET est

cr par le dcret prsidentiel n93/033, avec pour mission fondamentale de former les

professeurs des lyces et collges denseignement technique; formation couronne par les

diplmes de professeurs denseignement technique de grade I et II. LENSET a aussi des filires

en formation professionnelles qui forment des techniciens sur un cursus de deux, de trois et

de cinq ans dans des cycles BTS, LICENCE et MASTER dans les options varies et diverses.

En cycle BTS, les tudiants ont les choix parmi les filires suivantes :

lectrotechnique (ET)

Fabrication mcanique (FM)

Industrie Textile et dHabillement (ITH)

Gnie Civil (GCI) et autres.

En cycle LICENCE PROFESSIONNELLE, nous avons les filires suivantes:

Gnie Rseaux & Tlcommunications (GRT)

Gestion des Projets Informatiques (GPI)

Gnie Civil (GCI)

Gestion des Ressources Humaines (GRH)

Banque, Micro Finance (BMF)

Gestion Technico-commerciale (GTC)

Comptabilit, Finance et Audit (CFA).

En cycle MASTER PROFESSIONNEL, nous avons les filires suivantes :

Gnie Rseaux & Tlcommunications (GRT)

Gestion des Projets Informatiques (GPI)

Gnie Civil (GCI)



iv

Gestion des Ressources Humaines (GRH)

Banque, Micro Finance (BMF)

Gestion Technico-Commerciale (GTC).

A la fin de leur anne de Master I Professionnel, les tudiants effectuent un stage en

entreprise pour leur permettre de mettre en pratique les connaissances reues tout au long

de lanne. Au terme de ce stage, les tudiants doivent rdiger un rapport de stage.



v

RESUME

Ce travail porte sur la simulation de linteroprabilit des nouvelles architectures

dmetteurs radio mobiles pour des terminaux mobiles fonctionnant dans la bande de

frquences 200 KHz - 6 GHz. Avec lvolution constante des systmes de communication, les

terminaux doivent fonctionner dans plusieurs bandes de frquences, modes et technologies,

correspondant une grande diversit de normes. Le concept dune architecture des

metteurs radio-mobiles est une volution de celui des metteurs-rcepteurs multistandards,

caractriss par une mise en parallle des circuits pour chaque standard. Il permet alors

doptimiser cot et consommation. Cest dans ce contexte que les chercheurs sont

actuellement en train de prparer larrive dune nouvelle gnration darchitectures

dmetteurs pour des rseaux baptises 4G. Le rseau de 4me gnration qui est encore

lobjet de travaux de recherche vise amliorer lefficacit spectrale et augmenter la

capacit de gestion du nombre des mobiles dans une mme cellule. Il tend offrir des dbits

levs en situation de mobilit grande ou faible vitesse. Il vise aussi permettre et faciliter

linterconnexion et linteroprabilit entre diffrentes technologies existantes en rendant

transparent lutilisateur le passage entre les rseaux (la mobilit). Enfin, il vise viter

linterruption des services durant le transfert intercellulaire, et basculer lutilisation vers le

tout IP. Lobjet de ltude est de modliser et simuler ces architectures dmetteurs flexibles,

la fois en norme et technologie utilises, quen format de modulation, capables dassurer un

bon rendement pour des applications futures.



vi

ABSTRACT

This work deals with the simulation of the interoperability of new architectures

mobile radio transmitters for mobile terminals operating in the frequency range 200 kHz - 6

GHz. With the constant evolution of communication systems, terminals must operate in

several frequency bands, modes and technologies, corresponding to a variety of standards.

The concept of an architecture of mobile radio transmitters is an evolution of the multi-

standard transceivers, characterized by a parallel circuit for each standard. It allows then to

optimize cost and consumption. It is in this context that researchers are currently preparing

for the arrival of a new generation of architectures for networks of transmitters dubbed 4G.

The 4th generation network which is still under research aims to improve the spectral

efficiency and increase the management capacity of the number of mobiles in the same cell.

It tends to offer high data rates on the move at high or low speeds. It also aims to enable and

facilitate the interconnection and interoperability between different existing technologies by

making transparent to the user switching between networks ( mobility) . Finally, it seeks to

avoid the interruption of services during the handover, and switch to use any IP. The purpose

of the study is to model and simulate these architectures flexible issuers, both in standard and

technology used that modulation format, capable of providing a good return for future

applications.



vii

SOMMAIRE

Ddicace I

Remerciements Ii

Avant-Propos iii

Rsume V

Abstract Vi

Sommaire Vii

Liste des figures Viii

liste des tableaux Ix

Liste des Abrviations X

Introduction Gnrale 1

Premire Partie: L'entreprise 3

Chapitre I: Prsentation de l'Entreprise 4

I- la naissance d'Orange 4

II- Activits 4

III- Organigramme 6

IV- Prsentation de l'OCM 7

Deuxime Partie: Etude du Projet 8

Chapitre 1: Evolution des Architectures Radio Mobiles 9

I- Evolution des Besoins Utilisateurs 9

II- Evolutions des Technologies Radio Mobiles 10

Chapitre 2 : Nouvelles Architectures d'metteurs Radio Mobiles 15

I- Pourquoi faire voluer les architectures Radios Mobiles? 15

II- Introduction aux nouvelles technologies d'architectures Radio Mobiles 19

III- Architectures et Mobilits des metteurs radios dans les rseaux WLAN 22

IV- Architectures et Mobilits des metteurs radios dans les rseaux 3G 24

V- Architectures et Mobilits des metteurs radios dans les rseaux 4G 30

Troisime Partie : Implmentation du Projet 43

Chapitre 1 : Protocoles de Mobilit et Interconnexion du WiMax avec les Rseaux 44

I- Protocole de mobilit 44

II- Interconnexion du WiMax avec les rseaux 55

Chapitre 2: Simulation d'interoprabilit des architectures radio mobiles 65

I- Prsentation de la plateforme de simulation 65

II- Prsentation de la simulation 66

Conclusion Gnrale 73

Rfrences Bibliographiques 74

Annexes 78



viii

LISTE DES FIGURES

Figure 1: Organisation de l'OCM (Orange Cameroun Multimdia)____________________________ 6

Figure 2:volution des standards 3GPP _______________________________________________ 11

Figure 3:Evolution des rseaux sans fils _______________________________________________ 11

Figure 4:Les diffrentes gnrations de tlphonie mobile ________________________________ 12

Figure 5:Dbit pic thorique (Mbit/s) des diffrentes technologies radio-mobiles ______________ 14

Figure 6:Exemple de besoins en qualit de service pour la 3G ______________________________ 18

Figure 7: Mode Infrastructure du WIFI ________________________________________________ 22

Figure 8:Architecture du rseau daccs _______________________________________________ 26

Figure 9:Architecture de lUMTS _____________________________________________________ 28

Figure 10:Architecture systme avec le HSDPA. _________________________________________ 29

Figure 11:Architecture du WiMax mobile ______________________________________________ 34

Figure 12:Intra-ASN Handover ______________________________________________________ 35

Figure 13:Inter-ASN Handover ______________________________________________________ 36

Figure 14:Architecture de lEPS ______________________________________________________ 39

Figure 15:Architecture de lUMTS ____________________________________________________ 41

Figure 16:Fonctionnement de MIPv4 _________________________________________________ 48

Figure 17:Fonctionnement de PMIPv4 ________________________________________________ 50

Figure 18: HIP dans le modle OSI ___________________________________________________ 51

Figure 19:Architecture de MIH ______________________________________________________ 54

Figure 20:Modle dinterconnexion fond sur MSCTP ____________________________________ 57

Figure 21:Echange des messages durant le Handover avec MSCTP __________________________ 57

Figure 22:Modle dinterconnexion et 2me scnario ____________________________________ 59

Figure 23:Modle dinterconnexion et 2me scnario de mobilit __________________________ 62

Figure 24:Page daccueil de NS2 _____________________________________________________ 66

Figure 25:Simulation dinterconnexion du WiMax mobile avec le WLAN (802.11e) _____________ 67

Figure 26:Dlai de bout en bout _____________________________________________________ 68

Figure 27:Les taux des paquets perdus ________________________________________________ 70

Figure 28:Les dbits_______________________________________________________________ 71



ix

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Paramtres des Simulations sous NS2 ............................................................................. 67



x

LISTE DES ABREVIATIONS

2G (2me gnration): technologies de communication radio mobile de 2me

gnration.

3G (3me gnration): technologies de communication radio mobile de 3me

gnration.

3G+: technologies de communication radio mobile aprs la 3me gnration.

3GPP (3rd Generation Partnership Project): coopration entre organisations

de standardisation rgionaux en tlcoms visant la spcification technique de

la 3G.

3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2): coopration entre

organisations de standardisation rgionaux en tlcoms visant la spcification

technique de la 3G.

4G (4me gnration): prochaine gnration prvue pour les technologies de

la communication radio mobile.

AAA (Authentication Authorization Accounting): protocole dauthentification,

dautorisation et de traabilit.

ACK (Acknowledge): acquittement.

AGW (Access Gateway): entit physique du rseau UMB.

AP (Access Point): borne mettrice du rseau WIFI.

ASN (Access Service Network): partie de laccs radio du rseau WiMax.

ASN-GW (Access Service Network Gateway): passerelle responsable du lien

entre la partie radio et le rseau cur WiMax.

ASP (Access Service Provider): fournisseur de service dapplication.

AT (Access Terminal): terminal daccs dans le rseau UMB.

ATM (Asynchronous Transfer Mode): protocole rseau de niveau 2

commutation de cellules.

AuC (Authentification Center): entit physique de lUMTS.

BS (Base Station) : borne mettrice du rseau WiMax.

BSS (Basic Service Set): type darchitecture du WIFI.



xi

CDMA 2000 (Code Division Multiple Access 2000): technologie de

communication radio mobile de troisime gnration.

CFP (Contention Free Period): priode dfinie dans lIEEE 802.11e.

CMIP (Client Mobile IP): nomm aussi MIP est un protocole de Handover en

macro mobilit.

CN (Core Network): cur du rseau UMTS.

CN (Correspondant Node): nud qui communique avec une station.

CP (Contention Period): priode dfinie dans lIEEE 802.11e.

CS (Circuit Switching Network): rseau bas sur la commutation de circuits.

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance): mthode

daccs au media.

CSN (Connectivity Service Network): rseau cur du WiMax.

Cygwin: utilitaire permettant dutiliser les commandes du systme Unix sous le

Windows.

DAR (Dynamic Address Reconfiguration): protocole de configuration

automatique des adresses utilis lors de lintervention de MSCTP.

DCF (Distributed Coordination Function): fonction de coordination distribue

dans le WIFI.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): assure la configuration

automatique des paramtres IP dune station.

Diversity Set : liste de stations de base candidates dans le cas dun Handover.

DNS (Domain Name System): systme de correspondance entre une adresse

IP et un nom de domaine.

EBS (Evolved Base Station): borne mettrice du rseau UMB.

EDCF (Enhanced DCF): mcanisme dfini dans lIEEE 802.11e.

EDGE (Enhanced Data For GSM Evolution)

EIR (Equipment Identity Register): entit physique du rseau UMTS.

eNodeB (Evolved NodeB): borne mettrice dans le rseau LTE.

EPC (Evolved Packet Core): nom du rseau Cur de lEPS.

EPDG (Evolved Packet Data Gateway): entit physique du rseau LTE.

EPS (Evolved Packet System): rseau LTE + rseau SAE.



xii

ESS (Extended Service Set): type darchitecture WIFI.

E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network): partie radio du

LTE.

EV-DO (Evolution-Data optimized): technologie de communication radio

mobile de 3me gnration.

FA (Foreign Agent): routeur localis dans un rseau visit.

FBSS (Fast Base Station Switching): mcanisme de Soft Handover.

FDD (Frequency Division Duplex): technique de multiplexage.

Forwarding: expdition des paquets.

Gateway: passerelle.

GGSN (Gateway GPRS Support Node): entit physique dans lUMTS.

GMSC (Gateway MSC): entit physique du rseau UMTS.

GPC (Grant per Connection): classe des stations abonnes dans le WiMax

GPRS (General Packet Radio Service) : norme de tlphonie mobile drive du

GSM et qualifie de 2.5G.

GSM (Global System for Mobile Communications) : norme de tlphonie

mobile de 2me gnration.

HA (Home Agent): routeur localis dans le rseau dattachement dune station.

HCF (Hybrid CF): mcanisme dfinit dans lIEEE 802.11e.

HI (Host Identifier): identifiant dune machine.

HIP (Host Identity Protocol): protocole Handover en macro mobilit.

HIT (Host Identity Tag): rsultat aprs le cryptage du HI.

HLR (Home Location Register): entit physique dans lUMTS.

HO (Handover): transfert intercellulaire

HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): technologie de tlphonie radio

mobile qualifie de 3.5G.

HSS (Home Subscriber Server): entit physique du rseau LTE.

IASA (Inter-Access System Anchor): entit du rseau LTE.

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): organisation

internationale qui tablit des normes.

IEEE 802.11e: version du WIFI ddie la QoS.



xiii

IEEE 802.16m: version amliore du WiMax assurant la rtrocompatibilit

entre la version fixe et mobile.

IEEE 802.21: architecture conue pour le Handover entre les rseaux.

IETF (Internet Engineering Task Force): groupe international qui participe

llaboration des standards pour le rseau Internet.

IMAT (Inverse Multiplexing ATM) :

IMS (IP Multimedia Subsystem): architecture standardise pour les oprateurs

de la tlphonie permettant de fournir des services multimdia.

IMT (International Mobile Telecommunications) : organisation internationale

dans les tlcommunications mobiles

IP (Internet Protocol): protocole de communication de rseau informatique.

IPv4 (IP version 4): paquet IP cod sur 4 octets.

IPv6 (IP version 6): paquet IP cod sur 6 octets.

ISO (International Organization for Standardization): organisation

internationale de normalisation.

ISP (Internet Service Provider): fournisseur du service Internet.

ITU (International Telecommunication Union): organisation internationale

charge de la rglementation des tlcommunications dans le monde.

LTE (Long Term Evolution): technologie de communication radio mobile de

longue porte.

M_SAP (Management SAP): SAP qui spcifie linterface entre le MIHF et le plan

de gestion du WiMax.

MAC (Media Access Control): sous couche infrieur de niveau liaison selon

lIEEE 802.x par rapport au modle OSI, et elle est responsable du contrle

daccs au support physique.

MBMS-SFN (Multicast Broadcast Mobile Services Single Frequency

Network):

MDHO (Macro Diversity Handover): mcanisme de Soft Handover.

ME (Mobile Equipment): quipement mobile.

MF-TDMA (Multiple Frequency Time Division Multiple Access): mode de

multiplexage.



xiv

MIH (Media Independent Handover/IEEE 802.21): architecture conue pour le

Handover entre les rseaux.

MIH_LINK_SAP: SAP qui permet de relier le MIHF et les couches infrieures.

MIH_NMS_SAP (Network Management SAP): SAP qui ralise les fonctions de

la gestion.

MIH_SAP: SAP qui permet le lien entre les couches suprieures et les couches

infrieures.

MIHF (MIH Function): fonction principale de MIH.

MIMO (Multiple Input Multiple Output): technologie dantennes avance.

MIP (Mobile IP): protocole de Handover en Macro mobilit.

MIPv6 (Mobile IP version 6): protocole de Handover en macro mobilit.

MME (Mobility Management Entity): entit physique du rseau LTE.

MN (Mobile Node): nud mobile.

MS (Mobile Station): station mobile

MSC (Mobile service Switching Center): entit physique dans lUMTS.

MSCTP (Mobile Stream Control Transmission Protocol): protocole de

Handover en macro mobilit.

NAM (Network Animator): animateur des rseaux appartenant NS2.

NAP (Network Access Provider): fournisseur de laccs radio WiMax.

NAT (Network Address Translator): routeur qui fait la traduction de ladresse

rseau.

NGN (Next Generation Network) : dsigne le plus souvent le rseau d'une

compagnie de tlcommunications dont l'architecture repose sur un plan de

transfert en mode paquet, capable de se substituer au rseau tlphonique

commut et aux autres rseaux traditionnels.

NIST (National Institute of Standards and Technology): agence de

technologies.

NodeB: borne mettrice dans le rseau UMTS.

NS2 (Network Simulator 2): simulateur des rseaux.

NSP (Network Service Provider): fournisseur daccs IP au WiMax.



xv

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): procd de codage des

signaux numriques.

OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access): mthode daccs

la couche physique.

OSI (Open System Interconnexion): modle de communication entre

ordinateurs propos par lISO.

Paging: radiomessagerie.

PCF (Point Coordination Function): fonction dans le WIFI permettant laccs au

mdium sans fil.

PCRF (Policy & Charging Rules Function): entit physique du rseau LTE.

PDG (Packet Data Gateway): passerelle entre le WiMax et lUMTS.

PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) :

PDN (Packet Data Network): rseaux bass sur la commutation de paquets.

PDN-GW (Packet Data Network Gateway): entit physique du rseau LTE.

PDP (Packet Data Protocol): protocole permettant lobtention dadresse pour

une station dans les rseaux GPRS, UMTS...

PDSN (Packet Data Serving Node): entit physique du rseau EV-DO.

PMIP (Proxy Mobile IP): protocole de Handover en macro mobilit.

Polling: interrogation des stations par la station de gestion.

PS (Packet Switching Network): rseau bas sur la commutation de paquets.

PSTN (Public Switched Telephone Network): rseau tlphonique commut.

QAM (Quadrature Amplitude Modulation): mthode de modulation.

QoS (Quality of Service): qualit de service.

QPSK (Quadrature phase-shift Keying): mthode de modulation.

Qualcomm: entreprise amricaine de tlcommunications.

RNC (Radio Network Controller): entit physique du rseau UMTS.

Roaming: changement doprateur par une station mobile en gardant sa mme

identit.

RRC (Radio Ressource Control): couche infrieure dUMTS ou LTE responsable

de la signalisation entre lUE et lUTRAN ou lEUTRAN.

SAE (System Architecture Evolution): rseau cur de lEPS et LTE.



xvi

SAP (Service Access Point): points daccs de service.

SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access): mthode

daccs la couche physique.

SCTP (Stream Control Transmission Protocol): protocole de transport.

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) : ensemble de protocoles pour la

transmission de donnes numriques haut dbit.

SDMA (Space Division Multiple Access): technologie dantennes avance.

SGSN (Serving GPRS Support Node): entit physique du rseau UMTS.

S-GW (Serving Gateway): entit physique du rseau LTE.

SLA (Service Level Agreement): document qui dfinit la QoS requise entre un

prestataire et un client.

SMS (Short Message Service): service de messagerie.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): protocole de transmission des e-mails.

Soft Handover: technique de Handover en micro mobilit.

SRNC (Session Reference Network Controller): entit physique du rseau UMB.

SS7 (Signalisation System 7): ensemble de protocoles de signalisation.

TCP (Transmission Control Protocol): protocole de transport.

TDD (Time Division Duplex) : technique de multiplexage.

TDM/TDMA (Time Division Multiplexing/Time Division Multiple Access):

mthode daccs au support physique.

TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) : utilise

le mode de duplexage par rpartition dans le temps (TDD) qui transmet les

trafics montant et descendant dans la mme trame dans diffrents intervalles

de temps

Tunneling: encapsulation des donnes dun protocole rseau dans un autre.

UDP (User Datagram Protocol): protocole de transport.

UE (User Equipment): quipement utilisateur.

UMB (Ultra Mobile Broadband): technologie avance de communication radio

mobile de longue porte.

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): technologie de

communication radio mobile de 3me gnration de longue porte.



xvii

UPE (User Plane Entity): entit physique du rseau LTE.

UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network): partie radio du rseau

UMTS.

UWB (Ultra Wide Band, IEEE 802.15.3): technologie de communication radio

de courte porte.

VLR (Visited Location Register): entit physique dans lUMTS.

VoIP (Voice over IP): tlphonie sur le protocole IP.

VPN (Virtual Private Network): rseau virtuel priv.

WAG (WiMax Access Gateway): passerelle entre le WiMax et lUMTS.

WCDMA (Wideband CDMA): volution de la technologie CDMA.

WIFI (IEEE 802.11): technologie de communication radio de porte moyenne.

WiMax (IEEE 802.16): technologie de communication radio de 3me

gnration de longue porte.

WiMax mobile (IEEE 802.16e): version du WiMax ddie la mobilit des

terminaux.

WLAN (Wireless Local Area Network): rseau local sans fil.

WMAN (Wireless Wide Area Network): rseau tendu sans fil.

X2: interface entre deux eNodeB du rseau LTE.

X25: protocole de communication en mode paquets.



1

INTRODUCTION GENERALE

Les usages des communications et surtout des communications mobiles connaissent

aujourd'hui une profonde mutation sous l'impulsion du dploiement de nouveaux standards

de technologies radio haut-dbit et la disponibilit croissante de cls USB 3G ou de

terminaux comme les smartphones, permettant d'accder facilement, rapidement,

massivement du contenu multimdia riche (par exemple, vido, Internet, email, messagerie

instantane, fils RSS, musique, TV mobile, rseaux sociaux ou ralit augmente) en plus des

services classiques de tlphonie et de messagerie de type SMS ou MMS.

Ces nouveaux usages et leurs intensits entranent une augmentation significative,

presque exponentielle des volumes de trafics vhiculs par les metteurs-rcepteurs des

rseaux radio-mobiles. Ils constituent ainsi un dfi majeur pour les oprateurs mobiles qui

doivent faire voluer leur rseau pour absorber ces trafics et continuer offrir des services de

qualit leurs abonns. En effet, cette augmentation de trafic ne se traduit pas par une

augmentation de revenus proportionnelle.

Pour rpondre ce dfi, de nouvelles technologies permettant de rduire le cot de l'octet

transport sur l'interface radio sont en cours de dploiement, comme le HSPA+ (High Speed

Packet Access) par exemple, ou le seront bientt comme la LTE (Long Term Evolution).

L'mergence de ces nouvelles technologies et le maintien des revenus par abonn engendrent

par consquent une pression supplmentaire sur le rseau de transport qui achemine les

trafics mobiles entre les diffrents nuds d'un rseau radio-mobile vers les rseaux externes

(type Internet, Intranet, rseau de voix...). Il devient ainsi ncessaire de changer la

mthodologie de conception des architectures et quipements rseaux de transport pour

accrotre leur capacit tout en matrisant les cots. Les architectures de transport de type

circuit et ATM (Asynchronous Transfer Mode) sont en effet peu conomiques lors du passage



2

l'chelle. Les technologies de type paquet (IP/MPLS, Carrier Ethernet, MPLS-TP)

commencent tre dployes pour traiter cette problmatique. Ces technologies sont plus

avantageuses conomiquement, plus volutives, plus adaptes vhiculer et optimiser des

flux de trafic massivement constitus de services de donnes (avec des caractristiques de

variation de dbit trs forte en cours de session).

Ce travail dvoile les dfis techniques qui doivent tre adresss lors de la migration

d'une architecture de rseau de transport mobile conventionnel vers des architectures

rseaux de transport tout paquet. Ces dfis sont divers. Ils recouvrent les besoins inhrents

aux dploiements de nouveaux standards metteur-rcepteur radio (dbits trs levs,

nouvelles interfaces des nuds mobiles, nouveaux protocoles, nouvelles topologies), la

ncessit de supporter sur une mme architecture rseau de transport des technologies

mobiles de diffrentes gnrations (compatibilit avec la base installe), la ncessit de grer

la qualit de service de bout en bout pour chaque service de faon diffrencie, la ncessit

de disposer de techniques permettant l'auto-rtablissement des rseaux de transport avec

des performances au moins aussi bonnes que celles des rseaux conventionnels, le besoin de

disposer d'outils simples et efficaces permettant de grer et superviser un rseau de plus en

plus complexe (en termes de services et de volumes de trafic changs) et enfin de s'assurer

que le nouveau rseau de transport dploy peut passer l'chelle.



3

Premire Partie : LENTREPRISE



4

CHAPITRE I :

PRESENTATION DE LENTREPRISE

I- La Naissance dORANGE

Tout commence au dbut des annes 1990, CELLNET et VODAFONE dominaient le march

britannique et avaient plus ou moins tabli un confortable duopole. Au cours des dix annes

prcdentes ces oprateurs avaient dvelopp une activit importante et comptaient

lpoque environ 1 million de client chacun.

En juillet 1993, la socit HUTCHISON MICROTEL qui semployait depuis deux annes crer

un rseau numrique la pointe du progrs, a opt sinstaller en Grande Bretagne et a men

une rflexion sur la manire dattirer des clients et de faire face la concurrence sur le march

britannique. En avril 1994, il changea de nom et devint ORANGE.

En mai 2000, elle est rachete par France Telecom. Ce dernier dcide de regrouper ses

activits de tlphonie mobile sous lappellation dORANGE SA. A partir de cet instant, un

processus de rebranding est lanc travers le monde, pour permettre toutes les filiales

de tlphonie mobile de France Telecom de devenir ORANGE. Par la loi N 98/014 du 14 juillet

1998 rgissant les tlcommunications au Cameroun, le secteur des tlcommunications est

restructur et est ouvert aux oprateurs privs ; la SCM, Socit Camerounaise de Mobile est

ne et connue encore sous le nom de Mobilis, filiale de France Telecom 100%, deviendra

ORANGE CAMEROUN le 04 juin 2002.

II- ACTIVITES

Orange se classe au 2e rang sur le march mobile au Cameroun avec 43% de parts de

march derrire MTN (source : estimation Orange).

Le parc mobile dOrange en fin 2012 slevait 5,8 millions de clients actifs (+23% par rapport

2011) dont 98% en mode prpay.



5

Spcialise dans la tlphonie mobile : vente de tlphones mobiles et accessoires,

abonnements pour accs au rseau, la socit Orange Cameroun SA. dveloppe et

commercialise trois grandes familles de services :

- les Services de Communication Rsidentiels (SCR), cest--dire la tlphonie fixe, la

tlphonie sans fil, les contenus multimdias (MMS) ;

- les Services de Communication Personnels (SCP), cest--dire mobiles et accessoires ;

- les Services de Communication dEntreprises (SCE) sous la marque Equant puis Orange

Business Services.

Orange Cameroun SA (OCM) est une entreprise spcialise dans la tlphonie mobile. Son

activit principale est la vente des trafics de communication rpartie sur les systmes de

transmissions suivant :

Le WIFI

Le WIMAX

Le GSM

LEDGE

Elle offre une multitude de services :

Vente de tlphones mobiles et accessoires.

Abonnements pour accs au rseau.

Messagerie vocale.

Les SMS

Prsentation du numro.

Le Roaming ou itinrance.

Laccs internet.

Sur le plan organisationnel, OCM comporte au minimum dix directions telles que :

1. La Direction gnrale

2. la Direction des moyens gnraux

3. la Direction technique et informatique

4. La Direction marketing et communication

5. La Direction de communication

6. La Direction des ressources humaines



6

7. la Direction des systmes dinformation

8. La Direction des ventes

9. La Direction service clients

10. La Direction rgionale du centre

11. La Direction de contrle et de gestion

12. La Direction juridique

III- ORGANIGRAMME

Figure 1: Organisation de l'OCM (Orange Cameroun Multimdia)



7

IV- PRESENTATION DE LOCM

Orange Cameroun Multimdia Services est une socit responsabilit limit (SARL)

unipersonnelle qui a vu le jour le 11 avril 2006. Elle a pour actionnaire majoritaire Orange

Cameroun SA. et est dirige par Mme Elisabeth MEDOU, Directrice Gnrale actuelle dOrange

Cameroun SA. LOCM assurant laspect GSM de la firme Orange Cameroun SA., lOCMS pour

sa part assure laspect Internet : elle a pour principal objectif la gestion de la transformation

de donnes, de la voix, et de limage par tous les moyens de communication, ainsi que la

fourniture daccs un rseau de donnes.



8

Deuxime Partie : ETUDE DU PROJET



9

CHAPITRE 1 :

EVOLUTION DES ARCHITECTURES RADIO

MOBILES

INTRODUCTION

Aujourd'hui, il est difficile d'imaginer notre vie sans applications et services mobiles.

travers le monde, ce type de services joue un rle de plus en plus prpondrant dans la vie

quotidienne, plus d'un titre. Il y a encore juste dix ans, les services mobiles se limitaient

principalement la simple communication vocale. De nos jours, nous dpendons des

services mobiles non seulement pour communiquer mais aussi pour l'ducation, les

divertissements, les services de sant, le commerce en ligne, le paiement etc

I- EVOLUTION DES BESOINS UTILISATEURS

Les services mobiles modifient la faon dont nous communiquons tous les jours :

Pourquoi, quand, quelle frquence communiquons-nous ? Aujourd'hui la

communication mobile est omniprsente (partout et tout instant), personnalise (par

exemple, avec la messagerie instantane ou les rseaux sociaux) ou interactive (par exemple,

avec la vido-tlphonie ou la ralit augmente). Utiliser des services de communication

mobile n'a jamais t aussi simple et ludique.

Les services mobiles ont volu d'une offre de communication basique fonde sur la

voix et les SMS (Short Message Service), une offre de tlchargement download/upload qui

s'est amliore anne aprs anne avec l'mergence de nouvelles technologies dmetteurs

radios. Grce ces avances technologiques successives, les oprateurs mobiles ont eu

l'opportunit d'introduire de nouveaux services centrs sur le tlchargement de contenus

multimdia comme la musique la demande, la vido la demande et la navigation Internet,



10

voire des services upload tels que le partage de contenus crs par l'utilisateur comme par

exemple les rseaux sociaux ou le partage de photos.

Cette exprience du tlchargement de contenus des dbits de plus en plus levs

poussa alors les utilisateurs demander de plus en plus aux oprateurs de

tlcommunications qui leurs fournissent typiquement trois types de services savoir :

en mobilit : un service est mobile ds lors qu'il permet l'utilisateur de

communiquer et d'avoir accs aux contenus sans rupture de service, et

indpendamment de sa position gographique, de son dplacement. Le degr de

mobilit et de continuit de service peut nanmoins varier d'un service l'autre ;

en nomadisme : un service nomade a toutes les caractristiques d'un service

mobile hormis le fait qu'il n'assure pas la continuit de service lors d'un dplacement

de l'utilisateur. Ce dernier peut donc utiliser un service diffrents points d'accs au

service mais le service n'est jamais maintenu lors de son dplacement d'une zone

gographique une autre ;

fixe : l'utilisateur ne peut profiter d'un service fixe que lorsqu'il est prsent dans

une zone gographique restreinte : son domicile ou sur son lieu de travail.

La technologie mobile a volu et va constamment s'amliorer pour que la

communication, l'accs l'information et aux contenus multimdia soient de plus en plus

flexibles, et surtout adapts au style de vie de chaque individu.

II- EVOLUTION DES TECHNOLOGIES RADIO-MOBILES

Afin d'accompagner les besoins utilisateurs en termes de nouveaux services mais aussi

pour absorber des trafics de plus en plus importants (induits par les nouvelles habitudes

d'usage) avec des cots de dploiement moindres, les technologies radio-mobiles ne cessent

d'voluer. De nouvelles normes dfinissant des nouvelles gnrations de systmes et des

volutions d'une gnration de systme sont dfinies rgulirement ( un rythme annuel) par

les acteurs du monde des radio-tlcommunications (oprateurs, fournisseurs

d'infrastructures, fournisseurs de terminaux, fournisseurs de puces...) au sein d'organismes de



11

normalisation tels que le 3GPP (3rd Generation Partnership Project), le 3GPP2 (3rd Generation

Partnership Project2) ou l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

La figure 2 montre l'volution des normes 3GPP ainsi que les chemins de migration

possibles entre les diffrentes gnrations de systmes radio-mobiles.

Figure 2:volution des standards 3GPP

Entre les diffrentes gnrations, des changements majeurs seront apports. Ils

consistent en gnral en de nouvelles frquences de transmission, une nouvelle interface

radio (mthodes d'accs multiple, modulations, codages et largeur du canal de transmission)

plus efficace que les gnrations prcdentes et une nouvelle architecture rseau adapte

aux nouveaux services et aux performances de cette nouvelle gnration

Figure 3:Evolution des rseaux sans fils



12

Figure 4:Les diffrentes gnrations de tlphonie mobile

Au cours de lvolution des architectures radio-mobile, nous pouvons citer :

Dans le cas du 3GPP, le systme GSM (Global System for Mobile Communications) dit

de 2me gnration(ou 2G) qui utilise une transmission sur une porteuse de 200 kHz et

a t le premier systme radio-mobile de transmission numrique conu

originellement pour fournir des services de tlphonie. Le GSM utilise un schma

d'accs multiple dans le temps (TDMA, Time Division Multiple Access) et une

modulation mono-porteuse de type GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) qui

permet de transmettre 1 bit par symbole. Elle a par la suite volu en passant par le

GPRS (General Packet Radio Service) bas sur lchange de donnes sauf voix ensuite

EDGE (Enhanced Data For GSM Evolution) qui nest quune version du GSM permettant

une transmission allant jusqu 384Kbps et bas sur les rseaux GPRS existant. Ce

systme est aujourd'hui dploy dans la plupart des pays et il comptait en fin 2009

plus de 3,6 milliards d'abonns, soit plus de 80 % du total des abonns mobiles

travers le monde.

Le systme UMTS (Universal Mobile Tlcommunication System) dit de 3me gnration

(ou 3G) a t conu pour permettre la transmission efficace de services multimdia

(voix, vido, donnes) sur un canal de transmission de 5 MHz. La version originale de

l'UMTS utilise un schma d'accs multiple par rpartition de codes (CDMA, Code



13

Division Multiple Access) et utilise une modulation de type QPSK (Quadrature Phase

Shift Keying) qui permet de transmettre 2 bits par symbole. Les rseaux mobiles 3G

actuels s'appuient sur le standard UMTS, dont les performances ont volus depuis

2002 pour atteindre dans un premier temps des dbits moyens de l'ordre de 250

kbit/s. Avec la technologie HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), volution de

l'UMTS, le dbit crte thorique atteint 14 Mbit/s.

Pour faire face l'afflux des services de donnes sans fil, chacun de ces systmes a

connu des volutions et amliorations permettant d'augmenter le dbit utilisateur et

les capacits offertes par chaque cellule pour des transmissions de donnes en mode

paquet . Ces volutions sont aujourd'hui en cours de dploiement et sont souvent

connues commercialement sous le nom de 3G+ ou Turbo 3G .

Dbut 2009, une volution du systme 3G, la LTE (Long Term Evolution) a t dfinie

par le 3GPP. Ce nouveau systme bande large est un systme tout IP optimis pour

fournir des services multimdia sans-fil trs haut-dbit et est l'volution choisie par

les oprateurs cellulaires ayant dploy des technologies de versions prcdentes

3GPP et 3GPP2. On peut donc considrer la LTE comme un standard unifi prfigurant

la 4G. Ainsi, parmi les normes de 4ime gnration, nous avons la LTE Advanced qui

prendra cependant plusieurs annes pour tre mise en place car la LTE est aussi en

cours de dploiement ; le WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

qui dsigne un mode de transmission et d'accs Internet en haut dbit portant sur

une zone gographique tendue ; lUMB (Ultra Mobil Broadband) dont la dernire

rvision C propose aussi un environnement rseau qui se repose sur le principe de

tout-IP et dispose de passerelles permettant linterconnexion avec les rseaux de la

famille 3GPP.

Chaque gnration repose sur des largeurs de canal de transmission diffrentes et sur

des techniques de transmission de signal diffrentes. Il en rsulte donc que les dbits couls

par les sites relais des diffrentes technologies sont significativement diffrents. titre

d'exemple, la figure 5 montre l'volution des dbits pics qui peuvent tre obtenus



14

Figure 5:Dbit pic thorique (Mbit/s) des diffrentes technologies radio-mobiles



15

CHAPITRE 2 :

NOUVELLES ARCHITECTURES DEMETTEURS

RADIO-MOBILES

INTRODUCTION

L'histoire des rseaux radio mobiles s'est btie sur diffrentes gnrations de systmes

radio. Lessor formidable des rseaux radio mobiles au cours des dix dernires annes est d

en grande partie aux possibilits de communication offertes par ces systmes en situation de

mobilit et d'itinrance. Afin damliorer cette mobilit, il a fallu se concentrer larchitecture

des diffrentes technologies au cours du temps.

I- POURQUOI FAIRE EVOLUER LES

ARCHITECTURES RADIO-MOBILES ?

1. Contraintes techniques

Lorsqu'un oprateur mobile construit son rseau de transport, plusieurs paramtres

doivent tre pris en compte afin d'assurer efficacement son dploiement, son maintien en

service et son volution. Cet exercice difficile consiste trouver le meilleur compromis entre

le cot initial de dploiement du rseau conu pour rpondre aux besoins actuels de services

et de capacit, et sa capacit voluer de faon souple et peu coteuse avec l'arrive de

nouveaux services rclamant de plus en plus de bande passante et des contraintes de qualit

de services strictes.



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2. Support des technologies dj existantes

Les rseaux de transport mobile ont t conus historiquement avec des solutions

PDH/SDH (Plesiochronous Digital Hierarchy/Synchronous Digital Hierarchy) pour transporter

les flux GSM qui taient alors majoritairement des communications vocales. Lorsque la

technologie UMTS a t introduite avec pour objectif de fournir des premiers services de

donnes en complment du service de communication vocale, la technologie ATM a t

considre comme la plus mme de transporter efficacement ces deux types de flux.

Cette approche graduelle est l'origine de la superposition actuelle de plusieurs

rseaux de transport en parallle comme par exemple PDH/SDH, ATM et IP (Internet Protocol).

Par consquent, l'enjeu li l'volution des rseaux de transport mobile ne se limite pas se

demander comment transporter les services de donnes qui sont en trs forte augmentation

mais aussi comprendre de quelle manire ce transfert de capacit de donnes importante

va tre ralis de faon conomique tout en transportant les technologies plus anciennes sans

impacter le ressenti client.

3. Bandes passantes par site radio

Avant tout investissement et dcision quant l'volution de son rseau de transport, chaque

oprateur mobile doit dimensionner la capacit de transport ncessaire pour chacun de ses

sites radio. C'est la phase pralable toute prise de dcision.

Lorsque le trafic est encore majoritairement compos de communications vocales, des

modles de trafic de type Poissonniens et les lois classiques d'Erlang peuvent tre utiliss ;

l'exercice consiste garantir l'coulement du trafic tout en assurant un certain nombre de KPI

(Key Performance Indicators) comme par exemple le taux de russite d'appel... Chaque

oprateur cherche donc trouver l'optimum entre l'exprience utilisateur et l'investissement

ncessaire pour fournir la capacit de transport pour chaque site radio. L'augmentation

exponentielle du trafic de donnes et l'augmentation du dbit pic que peut atteindre un

utilisateur viennent remettre en cause ces concepts prouvs.



17

En effet, le fait que les services de donnes deviennent majoritaires, met en dfaut les

modles classiques. Il est donc ncessaire de trouver une modlisation prenant en compte ces

potentiels changes de trafic en rafale. Un second effet li la monte en dbit vient aussi

perturber les mthodologies classiques de dimensionnement des rseaux de transport des

flux mobiles : l'augmentation des dbits pics par utilisateur lors des diffrents paliers

d'volution des technologies radio. Cette amlioration rapide du dbit pic thorique

atteignable dans des conditions idales augmente le rapport entre dbit pic possible et

capacit relle moyenne de trafic transporter. Par exemple, le dilemme est de dcider s'il

est ncessaire pour un oprateur de dimensionner son rseau par rapport au dbit pic

atteignable, qui est de 14,4 Mbit/s en HSDPA Release 5 par exemple, alors qu'un

dimensionnement capacitaire assurant une bonne exprience utilisateur ne rclamerait

que 7 Mbit/s.

Par consquent, plusieurs approches sont possibles :

dimensionnement capacitaire qui prend en compte les estimations de trafic et essaie

d'couler ces services, tout en assurant un certain nombre de KPI ;

dimensionnement au pic utilisateur par NodeB qui permet d'assurer qu'un utilisateur

par site radio puisse atteindre le dbit pic correspondant la technologie radio

dploye ;

dimensionnement au pic utilisateur par NodeB qui essaie d'assurer qu'un utilisateur

par cellule (un site radio est en gnral constitu de trois cellules) puisse atteindre le

dbit pic correspondant la technologie radio dploye et donc potentiellement

plusieurs pics simultans par site radio en fonction du nombre de cellules.

4. Qualit de service

De faon assurer une exprience optimale leurs clients, les oprateurs mobiles

doivent s'assurer que leur rseau garantisse la qualit ncessaire chaque service en termes

de dlai de transit, de gigue, de taux de perte de paquets, de disponibilit ou de temps de

protection maximal. Par exemple, une augmentation du dlai de transfert entre la station de

base et le contrleur impacterait la fois la voix (la qualit de la voix diminue lorsque les dlais



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de transmission augmentent), en dgradant l'interactivit entre les utilisateurs et mme les

performances du dbit HSDPA pour un service de donnes (en effet, le dbit des couches

suprieures de ce type de trafic est inversement proportionnel au temps d'aller-retour du

rseau).

La figure 6 fournit un exemple de performances demandes pour le trafic temps rel

et non temps rel dans le cas de la technologie 3G. Ces valeurs sont dpendantes de

l'implmentation et peuvent bien sr tre affines par type de service.

Figure 6:Exemple de besoins en qualit de service pour la 3G

5. Synchronisation

Quatre fonctions de synchronisation sont ncessaires dans les rseaux mobiles :

synchronisation du rseau ;

synchronisation de chaque nud ;

synchronisation des trames changes entre les nuds ;

synchronisation de l'interface radio.

Au mieux, une mauvaise synchronisation va crer des problmes comme un blocage

de certains appels, une interfrence entre cellules voisines ou une dgradation de la qualit

vocale. Dans le pire cas, une mauvaise synchronisation peut tre l'origine de la coupure

totale du rseau et donc de l'ensemble des services transports.

Dans les rseaux GSM et UMTS, seule une synchronisation en frquence est

ncessaire. Par contre, tous les systmes de type TDD (Time Division Duplex) comme le TD-

SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access), le WiMax ou le LTE-TDD



19

ncessitent aussi une synchronisation en phase/temps. La technologie MBMS-SFN (Multicast

Broadcast Mobile Services Single Frequency Network) qui est l'une des faons de grer les

flux multicast/diffusion sur un rseau mobile rclame aussi une synchronisation en

phase/temps. Dans le cas de la synchronisation en frquence, plusieurs performances doivent

tre garanties.

6. Scurit

Au moins trois points importants doivent tre vrifis pour assurer la scurit d'un rseau :

garantir l'intgrit des flux ;

garantir la confidentialit des flux ;

garantir la disponibilit des flux.

La migration des rseaux de transport vers les technologies de type paquet provoque

de nombreux dbats quant aux nouvelles failles de scurit et leur robustesse face la

cybercriminalit.

En fonction de la technologie paquet qui est utilise et de la configuration, il devient

dornavant trs important de mettre en place des fonctions de contrle de trafic pour

s'assurer qu'un utilisateur malveillant ne pourra pas inonder le rseau de trafic malveillant, le

rendant ainsi indisponible, ou d'avoir accs certains quipements de l'oprateur.

II- INTRODUCTION AUX NOUVELLES

TECHNOLOGIES DARCHITECTURE RADIO-

MOBILE

Au-del de l'volution des caractristiques de l'interface radio, l'architecture des

systmes radio-mobiles connat aussi des transformations fondamentales. En effet, afin

d'accompagner l'volution des services et des dbits transporter, celles-ci ont volu d'une

architecture hirarchique trs stricte avec des connexions de type circuit entre les diffrents



20

nuds du rseau radio-mobile et un double rseau cur (un pour les services circuits, un

autre pour les services paquets) une architecture plus ouverte, fonde sur la technologie IP,

avec moins de niveaux hirarchiques et un rseau cur unifi.

1. Les nouvelles architectures radio-mobiles

Aprs les GSM, l'arrive de l'UMTS cr pour supporter efficacement les services

multimdia, avec une nouvelle technologie de transport entre les nuds du rseau est

retenue (cest la naissance de la 3eGnration) : il s'agit de la technologie ATM. L'ATM est une

technologie de transport de paquets de taille fixe (appels cellules ATM ) sur un rseau de

type TDM. L'ATM permet de grer des flux avec diffrents niveaux de qualit de service, de

transmettre des dbits suprieurs aux dbits d'une ligne 2 Mbit/s (en utilisant des

techniques de type IMA (Inverse Multiplexing ATM), pour transmettre un flux sur plusieurs

lignes en parallle) et ventuellement, d'agrger et de profiter du multiplexage statique pour

optimiser les bandes passantes dans le rseau de transport, en particulier pour les services de

donnes. L'architecture reste toutefois classique et suit la mme hirarchie que celle d'un

rseau GSM, avec une diffrence qui consiste en l'interconnexion des contrleurs de station

de base (RNC, Radio Network Controller) par une interface normalise.

Les Release 4 et 5 de la norme 3GPP introduisent des volutions significatives dans

l'architecture des rseaux mobiles. Tout d'abord, la Release 4 de la norme introduit une

nouvelle architecture pour le cur de rseau circuit dite NGN (Next Generation Network).

Cette architecture optimise le transport des flux dans le rseau cur. Elle permet de distribuer

beaucoup plus les commutateurs de circuits (et ainsi d'optimiser les communications qui

restent locales), de sparer les plans de signalisation et de trafic et de les traiter dans des

serveurs spcialiss, d'utiliser des technologies de transport alternatives (ATM ou IP) pour

interconnecter les commutateurs de voix de nouvelles gnrations (MGW, Media Gateway )

et enfin de se passer de transcodage de type loi A ou loi de la parole et de conserver les

codecs mobiles de bout en bout (gain en bande passante et en qualit). Cela a entran des

transformations significatives d'un nombre important de rseaux mobiles et l'adoption de

solutions de transport IP dans le rseau cur circuit. La Release 5 de la norme UMTS introduit

quant elle une option pour amliorer le support des transferts de donnes haut-dbits, le



21

HSPA, un meilleur cot. C'est ainsi que l'IP est aussi introduit comme option pour connecter

les stations de base 3G (les Node B) au RNC. La technologie IP est maintenant de plus en plus

utilise dans le rseau d'accs radio 3G pour permettre une introduction efficace des services

HSPA.

Avec la 4G, l'architecture des rseaux mobiles change radicalement. La topologie du

LTE prfigure aussi l'architecture des systmes 4G en cours de dfinition l'IMT (International

Mobile Telecommunications) : une topologie plate et distribue fonde sur IP tant pour les

services de bout en bout que pour le transport. Avec lvolution des architectures et des

technologies, la mthodologie sur les mthodes daccs que ces dernires gnrations de

tlphonie mobile simposent alors.

2. Techniques daccs

Les mthodes daccs les plus utilises dans les nouvelles architectures Radio-mobiles

depuis la 3G sont :

W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access), dploye en 3G par exemple en

Europe, et qui utilise une transmission duplex de type FDD (Frequency Division Duplex).

TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Access) qui utilise une transmission

duplex de type TDD (Time Division Duplex) et qui n'a t que trs peu dploy.

TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access), une version bas

dbit dploye essentiellement en Chine et utilisant des porteuses de 1,25 MHz.

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) est un procd de codage de

signaux numriques par rpartition en frquences orthogonales sous forme de

multiples sous-porteuses.

OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) technique d'accs multiple

base sur l'OFDM, permet d'obtenir des dbits levs en tirant avantage de la diversit

multi-utilisateur.



22

III- ARCHITECTURES ET MOBILITES DES

EMETTEURS RADIOS DANS LES RESEAUX

WLAN

1. IEEE 802.11

IEEE 802.11, ou WIFI (Wireless Fidelity) est un standard international dcrivant les

caractristiques du rseau LAN sans fil (WLAN). Il connecte des ordinateurs portables, des

quipements de bureau, des quipements personnels (PDA) en crant un rseau sans fil

couvrant un rayon de dizaines de mtres et tolrant une mobilit trs petite vitesse. IEEE

802.11 dfinit deux technologies : le mode infrastructure divis en deux architectures

Larchitecture BSS (Basic Service Set) : compose dune seule cellule couverte par

un seul point daccs (AP) qui est lintermdiaire permettant lchange

dinformations entre plusieurs stations.

Larchitecture ESS (Extended Service Set) : compose de plusieurs points daccs

connects par un systme de distribution, et formant un large rseau compos de

plusieurs cellules. Le deuxime mode dfini par le WIFI est le mode Ad-Hoc qui

permet lchange direct des informations entre les stations sans obligation de

passage par le point daccs.

Figure 7: Mode Infrastructure du WIFI



23

2. IEEE 802.11e

IEEE 802.11e est une version amliore de lIEEE 802.11 introduisant la QoS au niveau

au de la couche MAC pour le transport des trafics de type voix, audio et vido travers le

rseau WLAN. Avec lIEEE 802.11, la fonction de coordination distribue (DCF Distributed

Coordination Function) qui est une variante amliore de la mthode daccs CSMA/CA et qui

permet dviter les collisions durant la transmission par le ralentissement alatoire aprs

chaque trame (backoff), prsente quelques problmes : elle ne prend en charge que le service

Best-Effort, elle ne garantit pas le dlai et la gigue, elle dgrade le dbit quand la charge est

grande. Avec lIEEE 802.11, la fonction PCF (Point Coordination Function) permettant laccs

au medium sans fil sans contrainte, prsente galement quelques problmes: le schma de

Polling central est inefficace, un dlai imprvisible du Beacon Frame due la coopration

incompatible entre les modes CP (Contention Period) et CFP (Contention Free Period), et enfin

un temps de transmission des stations scrutes (Polled Stations) inconnue. LIEEE 802.11e

dfinit plusieurs classes de service, et dfinit deux nouveaux mcanismes :

EDCF (Enhanced DCF) qui dfinit diffrents paramtres pour diffrentes catgories de

trafic et remplace DIFS (DCF Inter Frame Space) par AIFS (Arbitration IFS) (AIFS>DIFS),

sachant que AIFS est plus court pour les trafics audio et vido.

Le deuxime mcanisme est le HCF (Hybrid CF) qui fournit le Policing, dtermine laccs

au canal en contrlant le canal travers le HC (Hybrid Coordinator) et fonctionne avec

les modes CFP et CP.

Le WIFI est un standard trs la mode actuellement, sa version 802.11e vient ajouter

une certaine QoS pour les utilisateurs. Les inconvnients majeurs de cette technologie sont la

courte porte, et la non prise en charge des utilisateurs mobiles. Une version plus volue du

WIFI (IEEE 802.11s) est propose rcemment pour rsoudre ces problmes en proposant le

mode MESH (Ad-Hoc), o les stations mobiles peuvent jouer eux-mmes le rle dun point

daccs pour permettre plus de couverture aux utilisateurs. Elle prend en charge aussi une

certaine mobilit des utilisateurs (faible ou moyenne vitesse).



24

IV- ARCHITECTURES ET MOBILITES DES

EMETTEURS RADIOS DANS LES RESEAUX 3G

1. LUMTS

LUMTS (Universal Mobile Telecommunication System) est un systme de

communication sans fil mobile exploitant une large bande passante, et utilisant un protocole

de transfert de donnes en mode paquet, ce qui lui permet de prendre en charge beaucoup

de services multimdias. UMTS est une amlioration des standards GSM et GPRS.

Le rseau UMTS est compos de deux domaines : un rseau daccs radio UTRAN

(UMTS Terrestrial Radio Access Network) et un rseau cur encore appel CN (Core Network).

a) Le rseau daccs UTRAN

Le rseau daccs UTRAN est dot de plusieurs fonctionnalits. Sa fonction principale

est de transfrer les donnes gnres par lusager. Il est une passerelle entre lquipement

usager et le rseau cur via les interfaces Uu et lu. Cependant, il est charg dautres fonctions

Scurit : Il permet la confidentialit et la protection des informations changes par

linterface radio en utilisant des algorithmes de chiffrement et dintgrit.

Mobilit : Une estimation de la position gographique est possible laide du rseau

daccs UTRAN.

Gestion des ressources radio : Le rseau daccs est charg dallouer et de maintenir

des ressources radio ncessaires la communication.

Synchronisation : Il est aussi en charge du maintien de la base temps de rfrence des

mobiles pour transmettre et recevoir des informations.

Le rseau daccs UTRAN est compos de plusieurs lments :

Une ou plusieurs stations de base appels Nud B ou en anglais NodeB

Des contrleurs radio RNC (Radio Network Controller)

Des interfaces de communication entre les diffrents lments du rseau UMTS



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i. NodeB

Son rle principal est dassurer les fonctions de rception et de transmission radio pour

une ou plusieurs cellules du rseau daccs de lUMTS avec un quipement usager. Le NodeB

travaille au niveau de la couche physique du modle OSI (codage et dcodage).

ii. RNC

Son rle principal est de router les communications entre le NodeB et le rseau cur

de lUMTS. Il travaille au niveau des couches 2 et 3 du modle OSI (le contrle de puissance en

boucle externe, le contrle du handover, le contrle de ladmission des mobiles au rseau et la

gestion de la charge, lallocation de codes CDMA, le squencement de la transmission de

donnes en mode paquet, la combinaison/distribution des signaux provenant ou allant vers

diffrents Nuds B dans une situation de macro diversit.).

iii. Les interfaces de communication

Plusieurs types dinterfaces de communication coexistent au sein du rseau UMTS:

lu : Interface entre le rseau daccs UTRAN et le rseau cur de lUMTS. Elle

permet au contrleur radio RNC de communiquer avec le SGSN ;

Uu : Interface entre un quipement usager et le rseau daccs UTRAN. Elle permet

la communication avec lUTRAN via la technologie CDM ;

lur : Interface qui permet deux contrleurs radio RNC de communiquer.

lub : Interface qui permet la communication entre un NodeB et un contrleur radio

RNC.



26

Figure 8:Architecture du rseau daccs

b) le rseau cur

Le rseau cur de lUMTS est compos de trois parties dont deux domaines :

Le domaine CS (Circuit Switched) utilis pour la tlphonie

Le domaine PS (Packet Switched) qui permet la commutation de paquets

Les lments communs aux domaines CS et PS :

Ces deux domaines permettent aux quipements usagers de pouvoir grer

simultanment une communication paquets et circuits. Ces domaines peuvent tre

considrs comme des domaines de service. Ce type darchitecture permet de pouvoir

crer ultrieurement dautres domaines de service.

i. Les lments communs

Le groupe des lments communs est compos de plusieurs modules :

Le HLR (Home Location Register) reprsente une base de donnes des informations

de lusager : lidentit de lquipement usager, le numro dappel de lusager, les

informations relatives aux possibilits de labonnement souscrit par lusager.

LAuC (Authentication Center) est en charge de lauthentification de labonn, ainsi

que du chiffrement de la communication. Si une de ces deux fonctions nest pas



27

respecte, la communication est rejete. LAuc se base sur le HLR afin de rcuprer

les informations relatives lusager et pour ainsi crer une cl didentification.

LEIR (Equipment Identity Register) est en charge de la gestion des vols des

quipements usagers. Il est en possession dune liste des mobiles blacklists par un

numro unique propre chaque quipement usager, le numro IMEI (International

Mobile station Equipment Identity).

ii. Le domaine CS

Il est compos de plusieurs modules :

Le MSC (Mobile-services Switching Center) est en charge dtablir la

communication avec lquipement usager. Il a pour rle de commuter les donnes.

Le GMSC (Gateway MSC) est une passerelle entre le rseau UMTS et le rseau

tlphonique commut PSTN (Public Switched Telephone Network). Si un

quipement usager contacte un autre quipement depuis un rseau extrieur au

rseau UMTS, la communication passe par le GMSC qui interroge le HLR pour

rcuprer les informations de lusager. Ensuite, il route la communication vers le

MSC dont dpend lusager destinataire.

Le VLR (Visitor Location Register) est une base de donnes, assez similaire celle

du HLR, attache un ou plusieurs MSC. Le VLR garde en mmoire lidentit

temporaire de lquipement usager dans le but dempcher linterception de

lidentit dun usager. Le VLR est en charge denregistrer les usagers dans une zone

gographique LA (Location Area).

iii. Le domaine PS

Il est compos de plusieurs modules :

Le SGSN (Serving GPRS Support Node) est en charge denregistrer les usagers

dans une zone gographique dans une zone de routage RA (Routing Area)



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Le GGSN (Gateway GPRS Support Node) est une passerelle vers les rseaux

commutation de paquets extrieurs tels que lInternet.

Figure 9:Architecture de lUMTS

LUMTS est une technologie qualifie de 3G et propose par le 3GPP. Elle offre un

certain niveau de QoS acceptable un nombre limit dutilisateurs. Cette technologie na pas

connu le vrai succs que GSM ou encore GPRS ont connu, mais elle a t quand mme

dploye dans plusieurs zones.

2. Le HSDPA

Pour offrir des services (de type interactive, streaming et background) haut dbit

suprieurs 2 Mbits/s par lUMTS, le 3GPP a dfini HSDPA (High Speed Downlink Packet

Access) dans la Release 5. Il sagit dune technologie daccs radio qui permet datteindre des

hauts dbits dans le lien descendant suprieurs 10 Mbits/s. La technique HSDPA nest que

lvolution logicielle de la technologie WCDMA (Wideband CDMA) de la Release 99. Elle est

dote dun ensemble de proprits dont la combinaison permet damliorer la capacit du

rseau ainsi que le dbit de donnes jusqu plus de 10 Mbits/s. Parmi ces proprits, nous

retrouvons des techniques connues et utilises dans des standards dvolution tel que le

GSM/EDGE et que lon rsume dans la Figure 10 et lon dfinit par les points suivants :



29

Figure 10:Architecture systme avec le HSDPA.

la technique de modulation et de codage adaptatif AMC permet la variation du dbit

de transmission de manire adaptative pour pallier les dgradations du signal dues aux

conditions de propagation. Cependant, les performances de cette technique sont assez

sensibles des erreurs dans lestimation des conditions du canal et aux retards

implicites de sa transmission vers le Nud-B;

une mthode de retransmission hybride rapide appele H-ARQ (Hybrid Automatic

Repeat reQuest) : la mthode H-ARQ est vue comme un complment la prcdente

AMC en apportant la possibilit dajuster le dbit de transmission de manire plus fine.

Le Node-B transmet un paquet de donnes au mobile. Si au bout dun certain temps

ce dernier nenvoie pas un acquittement positif (ACK, Acknowledgement) ou si

lacquittement est ngatif (NACK, Negative-Acknowledgement) alors, le Nud-B

considre que le paquet na pas t reu convenablement et il renvoie nouveau le

mme paquet. Le mobile le garde et le combine avec les paquets retransmis par la

suite. Ce type de retransmission est appele soft combining et il existe un autre type

qui sappelle Incremental Redundancy. Ce qui augmente la probabilit de dcoder

correctement linformation ;



30

des algorithmes dordonnancement rapide de paquets (Fast Packet Scheduling) : les

deux techniques prcdentes permettent damliorer les performances de la liaison

radio en faisant changer le dbit de transmission en fonction des caractristiques

instantanes du canal. Les algorithmes dordonnancement permettent de slectionner

les utilisateurs de cellule auxquels il faut allouer le canal de transmission de donnes

HS-DSCH (High Speed-Downlink Shared Channel) pendant un interval de temps de

transmission ITT (Interval Time Transmission).

V- ARCHITECTURES ET MOBILITES DES

EMETTEURS RADIOS DANS LES RESEAUX 4G

Toujours en cours de recherches et de standardisation, le rseau 4G (4 gnration) est

propos comme future gnration des rseaux mobiles aprs la 3G. Ce rseau a galement

pour objectif dabolir les frontires de la mobilit. Par dfinition, la 4G assure la convergence

de la 3G avec les rseaux de communication radio fonds sur le protocole IP. La connexion

devra tre possible quel que soit le mode de couverture. L'institution internationale de

standardisation ITU (International Telecommunications Union ou en franais Union

Internationale des Tlcoms) n'a toujours pas donn de dfinition la 4G. Les trois

technologies supposes comme candidates potentielles pour une validation 4G sont:

LTE pousse par les Europens, avec Ericsson en tte suivi de

Nokia et Siemens.

WiMax version 802.16m soutenu par Intel sachant que le WIMAX a t ajout la

liste des standards 3G par lITU le 19/10/2007.

UMB soutenu par le fondeur amricain Qualcomm (fabriquant des puces).

La 4e gnration vise amliorer lefficacit spectrale et augmenter la capacit de

gestion du nombre de mobiles dans une mme cellule. Elle tente aussi doffrir des dbits

levs en situation de mobilit et offrir une mobilit totale lutilisateur en tablissant

linteroprabilit entre diffrentes technologies existantes. Elle vise rendre le passage entre



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les rseaux transparent pour lutilisateur, viter linterruption des services durant le

transfert intercellulaire, et basculer lutilisation vers le tout-IP.

1. Rseau WiMAX

a) Prsentation

WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) est une solution pour des

rseaux MAN (Metropolitan Area Network) sans fil. En utilisant un accs WiMax, on peut

atteindre thoriquement un dbit jusqu 70 Mb/s avec une distance de 50 km. WiMax se sert

de la technologie micro-onde avec plusieurs bandes de frquences. Par rapport au modle

OSI, IEEE 802.16 se focalise comme tous les standards IEEE sur les couches 1 et 2. Il possde

une version mobile appele WiMax mobile appartenant au standard IEEE 802.16e; cest la

version qui apporte la mobilit au WiMax fixe tout en restant interoprable avec celui-ci. A

partir d'une station de base (BS) vers des clients mobiles (MS) se dplaant moins de 120

km/h en passant dune antenne lautre, lIEEE 802.16e prvoit la transmission de donnes

des dbits allant jusqu' 30 Mb/s sur une zone de couverture d'un rayon infrieur 3,5 km.

Pour bnficier des services de cette technologie, les quipements mobiles devront intgrer

un composant ddi. Au niveau de l'interface physique, IEEE 802.16e utilise la mthode

daccs OFDMA qui permet d'adapter les canaux de manire dynamique.

b) Larchitecture du WiMax mobile

Larchitecture du WiMax mobile est compose de terminaux mobiles MS (Mobile

Station) qui communiquent via un lien radio avec une station de base BS (Base Station) qui

joue le rle dun relais avec une infrastructure terrestre fonde sur le protocole IP. Les BS sont

connectes un lment du rseau appel ASN-GW (Access Serving Network-GateWay) utilis

comme passerelle pour grer le raccordement des BS avec le rseau IP.

LIEEE 802.16e est compos aussi du NAP (Network Access Provider) qui est lentit

responsable de fournir linfrastructure ncessaire pour laccs radio un ou plusieurs

fournisseurs de services. Elle contrle un ou plusieurs ASN (Access Service Network) qui est

forme dune ou plusieurs BS, et dun ou plusieurs ASN-GW. La dernire composante de lIEEE

802.16e est le NSP (Network Service Provider). Cette entit fournit laccs au rseau IP et offre



32

aux abonns laccs aux services rseau. Le NSP contrle un ou plusieurs CSN (Connectivity

Service Network) qui est le cur du rseau WiMax. Les fonctions des diffrents lments

formant larchitecture du rseau WiMax mobile sont dcrites ici :

NAP (Network Access Provider) : Une entreprise qui fournit l'infrastructure d'accs

radio un ou plusieurs fournisseurs de services de rseau.

NSP (Network Service Provider) : Une entit qui fournit la connectivit IP et les services

rseau aux abonns compatibles avec le niveau de service tabli. Pour fournir ces

services, un NSP tablit des ententes contractuelles avec un ou plusieurs programmes

daction nationaux. Un NSP peut galement tablir des accords de Roaming avec

d'autres fournisseurs de services rseau et des ententes contractuelles avec des tiers

fournisseurs de l'application (par exemple ASP) pour fournir des services IP aux

abonns.

CSN (Connectivity Service Network) : Reprsentation logique des fonctions du NSP, par

exemple :

Raccordement Internet.

Authentification, autorisation et gestion.

Gestion de ladresse IP.

Mobilit et Roaming entre ASNs.

Gestion de la politique et de la QoS fonde sur le SLA (Service Level

Agreement). Elle contient des lments de gestion comme le DHCP, lAAA, le

HA, etc.

ASN (Access Serving Network) : Reprsentation logique des fonctions du NAP, exemple

:

Interface dentre au rseau 802.16.

Gestion des ressources radio et contrle dadmission. - Gestion de la mobilit.

QoS et politique de renforcement.



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Acheminement pour la slection de CSN. Elle contient une ou plusieurs stations

de bases responsables de la communication avec les abonns, et un ou

plusieurs ASN-GW qui constituent une passerelle qui assure la connexion des

BSs avec le CSN.

ASN-GW (ASN Gateway) : Elment du rseau WIMAX qui agit comme une entit

logique dans le systme WIMAX. Il sert reprsenter une agrgation du plan de

contrle des entits fonctionnelles avec la fonction correspondante dans lASN ou la

fonction rsidente dans le CSN, ou une autre fonction dans lASN.

Fonctionnalits de lASN GW : Gre la mobilit, le Handover (transfert intercellulaire) et le

forwarding. Il agit comme une passerelle. Il contrle les ressources radio. Il renforce la QoS et

la classification des fonctions et se charge de la gestion et de la scurit.

Fonctions de lASN-GW :

Gestion de localisation et du Paging.

Serveur pour la session rseau et le contrle de la mobilit.

Contrle dadmission et mise en cache des profils d'abonns, et des cls de

chiffrement.

AAA (Authentication Authorization Accounting) client/proxy.

Fournit les fonctionnalits de lagent tranger.

Routage IPv4 et IPv6 pour slectionner le CSN.

La station de base : Situe dans lASN et responsable de la communication sans fil avec

les abonns.

Les terminaux dabonns : Ce sont des quipements spciaux quips dune carte

WiMax qui permet la communication avec ce rseau. Ils sont situs dans la zone de

couverture dune BS pour pouvoir communiquer avec cette dernire.



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Larchitecture de lIEEE 802.16e est illustre ci-dessous :

Figure 11:Architecture du WiMax mobile

c) IEEE 802.16m

LIEEE 802.16m est une amlioration du WiMax (802.16-2004) et du WiMax mobile

(802.16e) assurant la compatibilit avec les deux systmes. Les dbits thoriques proposs

par cette version atteignent 100 Mb/s en situation de mobilit, et 1 Gb/s quand la station

abonne est fixe. Le systme 802.16m peut oprer dans des frquences radio infrieures 6

GHz. IEEE 802.16m utilisera la technologie MIMO (Multiple Input / Multiple Output) comme le

Mobile WiMax en proposant damliorer la technologie d'antenne pour obtenir une bande

passante plus grande. On peut voir le 802.16m comme une technologie qui profite des

avantages de la 3G et du 802.16 pour offrir un ensemble de services trs haut dbit

(Streaming vido, IPTV, VoIP). LIEEE 802.16m gardera la mme architecture et la mme pile

protocolaire que le 802.16e.

d) Mobilit WIMAX

Mobilit dans lIEEE 802.16e

Fonctions relatives au dplacement du MS Il y a trois fonctions principales de gestion

du dplacement de la station mobile :



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Data Path : prend en charge la configuration du chemin et la transmission des

donnes.

MS Context : soccupe de lchange des informations relatives au MS dans le

rseau cur.

Handover : cest la fonction la plus intressante, elle s'occupe de la signalisation

et prend les dcisions relatives au passage entre les cellules.

Handover de niveau 2 (ASN Anchored Mobility Management) qui correspond la

couche liaison du modle OSI. Cest encore la mobilit Intra ASN (entre BSs de mme

ASN / Handover de couche 2 du modle OSI) :

Micro mobilit :

Pas de mise jour de ladresse IP.

Deux types de Handover :

Hard Handover : Dbut du nouveau service avec la nouvelle BS aprs la

dconnexion avec lancienne BS (dlai darrt). La station communique avec

une seule BS.

Soft Handover : Dbut du nouveau service avec la nouvelle BS avant la

dconnexion avec lancienne BS (pas de dlai darrt). La MS communique avec

plusieurs BSs en mme temps, et maintient une liste de BSs active set.

Figure 12:Intra-ASN Handover

Handover de niveau 3 (CSN Anchored Mobility Management) qui correspond au

handover de couche 3 du modle OSI. Cest encore la mobilit Inter-ASN (entre BSs

de diffrentes ASN)

Macro mobilit



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Mise jour de ladresse IP.

Fonde sur MIP : Proxy MIP (PMIP) ou Client MIP (CMIP)

Figure 13:Inter-ASN Handover

2. Le rseau LTE

a) Prsentation

LTE (Long Term Evolution of 3G) est la norme de communication mobile la plus rcente

qui est propose par lorganisme 3GPP dans le contexte de la 4G. Comme lIEEE 802.16m, elle

propose des dbits levs pour le trafic te

Documents

SIMULATION DE L’INTEROPERABILITE DES NOUVELLES ARCHITECTURES D’EMETTEURS EN SYSTEME RADIO MOBILE