Introduction
La Troisième génération des
systèmes cellulaires tels qu' UMTS et son perfectionnement comme HSDPA
sont conçus pour offrir aux utilisateurs, en plus de la parole, des
nouveaux services multimédia et d`accès aux réseaux
informatiques privés et publics tels que l'Internet. Une telles
techniques sans fil avancées se basent souvent sur l'utilisation de la
modulation et le codage adaptatif, la technique de retransmission des blocs
incorrects, et les algorithmes d'ordonnancement La source principale de
perte de paquet dans les systèmes sans fil est les erreurs de
transmission radio génères par les phénomènes de
propagation. Les techniques de protection du lien sans fils telles que le
codage du canal et l'entrelacement ne sont assez pas efficaces pour corriger
toutes les erreurs éprouvées au-dessus du lien radio.
L'utilisation d'ARQ pour retransmettre les paquets incorrects est obligatoire
pour réaliser une transmission par radio sans erreur. Cependant,
l'utilisation d'ARQ introduit un retard additionnel dans la livraison due
aux retransmissions. Or le protocole TCP interprète ce retard de
livraison comme congestion dans les réseaux fixes et d'Internet.
Puisque la majorité des services Internet est base sur le protocole
TCP, on s'attend à ce qu'il manipule une grande partie de trafic de
donne (dite non real time trafic data ) transporte par le réseau sans
fil . La présence du TCP dans les extrémités de la
connexion est un fait qui doit être pris en considération lors
de l'introduction des techniques avancées . La possibilité de
changement du TCP est a évité puisque ça
été déjà largement déployé. TCP
Reno est la version la plus mise en application et intensivement employé
par les applications et services Internet..
Dans la version 99 UMTS, ARQ sélectif est
implémente au niveau du RNC. Il est utilise par RLC en mode AM dite
« Acknowledgment Mode » . Dans le système de
HSDPA, présenté dans les versions 5 et 6 des 3 GPP ,
l'hybride-ARQ est développé et introduit dans l'entité
MAC-hs du node B . L'interaction entre RLC , MAC-hs et le protocole TCP
doit être analysé pour évaluer effet du TCP sur les
performances du système HSDPA
Les paramètres affectant la performance TCP sont
d'abord définies, par suite un modèle analytique
d'évaluation de cette performance est dérivé. Pour
extraire et présentes les performances TCP dans les versions R 99 et
HSDPA -UMTS
4.1 Performance TCP
La performance du TCP peut être mesurée ou
évalué de différente manière selon le contexte ,
le système utilisé, et l'application transporte . Dans cette
section, la performance TCP est évaluée en utilisant les
paramètres principaux suivants [1]:
v Sortie effective : La sortie effective , appelée
également largeur de bande effective , est le taux de transmission de
données de l'application en bits/s.
v Variation de sortie : Pour certains applications et
services, il est important de connaître la sortie instantanée.
la variation de sortie selon une echelle donne , selon l'application, elle
est très important pour évaluer la performance bout à
bout.
v Temps de transfert de fichier : Le temps nécessaire
pour transférer le dossier entier. Ce paramètre est directement
lié à la sortie effective.
v RTT ( round trip time ) : Le temps entre la transmission
d'un segment et la réception de son acquittement . Cette fois inclut le
retard introduit par les noeuds intermédiaires du réseau , qui
dépend de la distance et de la charge de trafic dans le réseau.
Ce paramètre peut limiter la sortie efficace.
v Variation du retard : représente la variation du
temps de réception des paquets , en d'autre terme la variation du RTT ,
cette variation peut avoir un impact dans l'apparition des
événements du triple duplicate ou time out qui ont
résulte une limitation de sortie et gaspillage de ressources
v Equité
v Ressources :
4.2 Architecture de la
connexion TCP au dessus UMTS-HSDPA
Les connexions typiques TCP entre
l'équipement utilisateur et le serveur par l'intermédiaire 'UMTS
release 99 et les réseaux d'accès de HSDPA sont décris
sur les Figures 4.1 et 4.2. [2,3]. Les data grammes IP sont achemines par
l'Internet au GGSN, qui relie le réseau coeur UMTS à l'Internet.
Le flux des données est expédié du GGSN à
l'équipement utilisateur en utilisant le protocole de données de
paquet (PDP). Une fois que le contexte de PDP est établi, le GGSN
transmet les données au SGSN, qui se base sur les supports de
l`interface Iu pour expédier les données au RNC. La
transmission de données entre le GGSN et le RNC (UTRAN) est assure par
le protocole GPRS (GTP-U GPRS Tunneling Protocol ) [ 3 ]. Dans l'UTRAN , les
données sont transmises à l'équipement d'utilisateur en
utilisant les protocoles d'accès RLC et entités MAC . Par
exemple, le protocole PDCP (Packet Data Convergence Protocol ) est
responsable de la compression de l'information et contrôle redondance
du TCP/IP . Les fonctionnalités de RLC et MAC de l'UMTS release 99 et
HSDPA sont décrits en détail en chapitres 3 et 4. Notez que le
transfert de TCP sur l'interface radio peut être fourni par un ou par
deux entités RLC différente en mode dite AM
« Acknowledged Mode » , appelées radio bearers.
Dans le cas d'un seule radio bearers., l'entité AM RLC
contrôle les segments de données de TCP et leurs acquittements .
Cependant, dans le cas de deux radio bearers., une entité de AM RLC
manipule les segments de données de TCP, et l'autre gère les
acquittements 4 ].
La différence significative entre le transfert
de donnes au dessus de l' UMTS version 99 et le système de HSDPA
résulte dans l'UTRAN. Dans la version 99 d'UMTS, un canal dédie
est établi entre l'équipement utilisateur et le node B pour
assurer le transfert de données sur l'interface air. Le node B et
l'interface Iub réalisent un transfert simple des données au RNC,
qui contrôle la connexion d'équipement d'utilisateur et
l'algorithme ordonnancement entre différentes connexions. Dans HSDPA,
les algorithme d'ordonnancements sont situes dans le node B, et un canal
partagé est responsable de gérer les différents
connexions au -dessus de l'interface d'air. Par conséquent, les
principaux tampons de données sont situé dans le node B au
lieu du RNC, qui ont un effet significatif sur le transport de données
et la connexion TCP. Les pertes des segments dans le réseau sans
fil sont produites selon le niveau du taux d'erreur et les procédures
de handover . Comme indiqué en chapitres 3 et 4, le protocole d'ARQ est
employé pour récupérer ces pertes, mais ceci augmente le
retard de réception des paquets à la couche TCP. Dans la
version 99 d'UMTS, le protocole d'ARQ est mis en application dans le RNC,
tandis que dans HSDPA il est manipulé par l'entité MAC-hs dans
le node B. En outre, l'utilisation des algorithmes de soft combining avec ARQ
dans le node B réduit le retard produit par le protocole d'ARQ. Ceci a
impact direct sur la performance de la connexion et l'efficacité de
système. Notez que dans les deux cas, release 99 et HSDPA, les
données sont livré à la couche de TCP dans l'ordre. Ceci
implique que le retard introduit par ARQ peut seulement produire un time out
de la connexion TCP. Le phénomène triple duplicate se produit
seulement en raison de la congestion d'Internet.
L1
WCDMA
MAC
RLC
PDCP
IP
TCP
L1
WCDMA
L1
L1
L1
MAC
ATM
RLC
UDP/IP
PDCP
GTP-U
L1
L1
ATM
L2BIS
UDP/IP
UDP/IP
GTP-U
GTP-U
L1
L1
L2BIS
L2
UDP/IP
GTP-U
IP
IP
L1
L2
IP
TCP
IP
NETWORK
UE Node B
RNC 3 G SGSN 3G GGS R,host
Figure 4 1 Structure
protocolaire de la connexion TCP au dessus du système UMTS
 UE Node B RNC
3 G SGSN 3G GGS
R,host
Figure
4 2 Structure protocolaire de la connexion TCP au dessus du système
UMTS
Lors de l'étude de la performance de TCP dans des
systèmes d'UMTS release 99 ou HSDPA, plusieurs paramètres ou
variables peut agir l'une sur l'autre et affectent l'efficacité de TCP.
Ces paramètres sont
v La version de TCP telle que Reno ou le SACK
v Le seuil du l'algorithme de demarage (Slow-start threshold,
ssthresh )
v La fenêtre de congestion initiale cwnd (1, 2 MSS ou
plus),
v La taille de MTU
v La capacité du tampon du récepteur TCP qui
limite la fenêtre annonce awnd
v RTT dans l'internet , qui a un impact direct sur le flux de
sortie TCP
v Taux de congestion et pertes de segment l'internet
v Taux d'erreur t au-dessus de l'interface d'air et protocole
ARQ utilse (c.-à-d., SR ARQ dans version 99 d'UMTS et HARQ dans
HSDPA)
v RLC MaxDAT, qui indique que le nombre maximal de
retransmissions d'une PDU RLC donnée a Allocation du canal de DCH (par
exemple, spreading facteur , débit binaire) dans la version 99 d'UMTS,
qui a un impact direct sur de valeur globale de RTT
v L'algorithme d'ordonnancement employé dans HSDPA, qui
détermine le taux de transmission au-dessus de l'interface d'air et
variation du retard due à la durée variable de stockage des
données dans les tampons du node B
v Taille de la fenêtre de transmission RLC qui indique le
de nombre maximum de RLC-PDU qui peut être transmis avant de recevoir
acquittement
v Nombre de canaux de HARQ dans HSDPA, qui indique le nombre de
processus parallèles de HARQ qui peuvent être supportes par
l'entité MAc-hs. N'importe quelle augmentation de ce nombre
réduit de manière significative le retard HARQ (comme
expliqué en chapitre 4).
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