Gestion des instabilités de l'interface Iub: cas d'orange Sénégal

RESEAUX ET TELECOMMUNICATIONS

Multimédia

THÈME

L'UMTS

La gestion des instabilités de l'interface Iub.

Cas d'ORANGE SENEGAL

Sous la direction de

Présenté et soutenu par

Antoine GNANSOUNOU Enseignant - Formateur

Mamadou Lamine NDIAYE

Promotion 2010 - 2012

Décembre 2012

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Dédicaces

Mamadou Lamine NDIAYE

Dédicaces

Je dédie ce mémoire :

A ma chère mère et très grande amie qui a toujours été présente et qui s'est toujours battue pour ma réussite,

A ma grand- mère pour avoir toujours cru en moi,

A mon père pour tout son soutien,

A mes frères et soeurs qui m'ont soutenu et ont toujours été présents, A ma tante Fanta GASSAMA, pour tous ses conseils et prières,

A tous mes amis pour leur soutien permanent,

A tous les étudiants de ma promotion.

I

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Remerciements

Mamadou Lamine NDIAYE

Remerciements

J'adresse mes remerciements les plus chaleureux à :

Mes parents pour tous les sacrifices qu'ils ont eu à faire pour la réussite de mes études,

Le Tout Miséricordieux ALLAH qui m'a permis de vivre jusqu'à ce jour,

Mes très chers Parents, pour TOUT.

Le chef de département ERT Mr Moustapha NDAO, de m'avoir accepté et accueilli au

sein de son département,

Les chefs de service, Mr Pape Bakary DIEDHIOU, Mr Daouda NIAKH ainsi que

Mr FOFANA, pour m'avoir accueilli dans leurs services,

Mon directeur de mémoire Mr Antoine GNANSOUNOU pour m'avoir encadré et

éclairé dans ce travail,

Mon maître de stage Mr Abdou THIAM, pour son encadrement et sa disponibilité,

Toute l'équipe de la supervision radio, transmission, commutation et IP, pour leur

accueil, leur disponibilité ainsi que les éclaircissements apportées à ce travail,

Mr Mamadou DIOP, ingénieur support radio, pour sa disponibilité et ses

éclaircissements,

Mr BASSENE ainsi que toute l'équipe du pôle d'intervention pour m'avoir fait

découvrir le terrain,

Mr Alpha Mamadou BARRY, responsable du cycle Master de l'ESMT,

Tout le corps professoral et administratif de l'ESMT pour m'avoir formé et encadré

durant toutes ces années,

Aux amis et proches pour leur soutien permanent,

A tous les camarades de promotion,

A toute personne, qui de près ou de loin a contribué à l'élaboration de ce document.

II

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Avant-propos

Mamadou Lamine NDIAYE

Avant-propos

L'école Supérieure Multinationale des Télécommunications (ESMT) dispose, de par son histoire, d'un énorme capital d'expériences dans le domaine de la formation de techniciens et de cadres pour les pays de la sous-région ouest-africaine et bien au-delà. C'est le socle principal sur lequel se fonde sa notoriété, renforcée par la qualité de ses enseignements qui a fini de faire d'elle, une école de référence dans le domaine des Télécommunications/TIC et qui s'est vue attribuer le titre de 1^er centre d'excellence de l'IUT ainsi que le prix de la meilleure institution de formation en Télécommunications/TIC dans le cadre de l'UEMOA IT Awards 2012.

L'ESMT est un établissement âgé d'une trentaine d'années qui a pour mission d'assurer une formation de qualité dans les domaines des télécommunications, de l'informatique et de la téléinformatique à des techniciens et ingénieurs tant sur la partie théorique que pratique afin que ceux-ci puissent répondre aux exigences du marché de l'emploi.

Au terme de chaque cycle de formation un stage en entreprise est exigé à chaque étudiant afin de lui permettre de confronter les connaissances acquises aux réalités du monde professionnel. C'est dans cette optique que ce présent mémoire a été élaboré pour l'obtention du diplôme de Master professionnel en Réseaux et Télécommunications spécialité multimédia.

Ce travail est porté sur la troisième génération des réseaux cellulaires ainsi que la synchronisation de l'interface Iub. Le stage effectué à la SONATEL dans le département des réseaux et systèmes d'information (DRSI) a permis de bien mener ce travail de recherche.

III

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Table des matières

Mamadou Lamine NDIAYE

Table des matières

Dédicaces I

Remerciements II

Avant-propos III

Table des matières IV

Liste des figures VII

Résumé 1

Présentation de la SONATEL 2

I. Historique 2

II. Activités 2

III. Organigramme 3

IV. La Supervision Réseau Radio (SRR) 4

Approche Problématique 5

Introduction 6

Chapitre I : Généralités sur l'UMTS 7

I.1 - Présentation générale du réseau UMTS 8

I.1.1 - Hiérarchie des cellules UMTS 9

I.1.2 - Classes de service 9

I.1.3 - Technologies d'accès 10

I.2 - Architecture de L'UMTS 12

I.2.1 - Equipement usager (UE, User Equipment) 12

I.2.2 - Le réseau d'accès (UTRAN) 13

I.2.3 - Le coeur du réseau UMTS (Core Network) 16

I.3 - Les interfaces de l'UTRAN 18

I.3.1 - L'interface Cu 19

I.3.2 - L'interface Uu 19

IV

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Table des matières

Mamadou Lamine NDIAYE

I.3.2.A - Les couches de l'interface Uu 20

I.3.2.B - Les canaux de l'interface Uu 21

I.3.3 - L'interface Iu (Iub, Iur, IuPS et IuCS) 23

Chapitre II : Généralités sur l'interface Iub 26

II.1 - Généralités sur les protocoles de transport de l'UTRAN 27

II.1.1 - Généralités sur l'ATM 27

II.1.2 - Généralités sur l'Internet Protocol 30

II.2 - L'interface Iub 32

II.2.1 - La couche réseau de transport 34

II.2.1.A - Transport sur ATM 34

II.2.1.B - Transport sur IP 40

II.2.2 - La couche réseau radio 43

II.2.3 - Iub Hybride 44

Chapitre III : L'interface Iub dans l'UTRAN de la SONATEL 47

III.1 - Les équipements de l'UTRAN de la SONATEL 48

III.1.1 - Le Node B 48

III.1.2 - Le RNC 50

III.2 - L'interface Iub dans l'UTRAN de la SONATEL 51

III.2.1 - Architectures de l'interface Iub sous ATM 51

III.2.2 - Architecture de l'interface Iub sous IP 54

III.3 - La supervision de l'interface Iub 57

III.3.1 - Description du M2000 (Huaweï) 58

III.3.2 - Les alarmes du M2000 (Huaweï) 59

Chapitre IV : Instabilités de l'interface Iub et QoS dans l'UTRAN de la SONATEL 63

IV.1 - La synchronisation dans le réseau d'accès 3G de la SONATEL 64

IV.1.1 - Description 64

IV.1.2 - Les causes liées à la perte de synchronisation 65

IV.2 - Solutions à la perte de synchronisation du réseau 3G 66

V

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Table des matières

Mamadou Lamine NDIAYE

IV.2.1 - Section des paires de cuivre 66

IV.2.2 - Régénération du signal d'horloge 67

IV.3 - Perspectives d'avenir 70

IV.3.1 - Synchronous Ethernet (Sync-E) 70

IV.3.2 - Network Timing Reference 73

IV.3.3 - SDH NG (Next Generation) 73

Conclusion 77

Liste des acronymes i

Références Bibliographiques vii

ANNEXES ix

VI

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Liste des figures

Mamadou Lamine NDIAYE

Liste des figures

Figure 1: Organigramme simplifié de la SONATEL 4

Figure 2: Hiérarchie des cellules UMTS. 9

Figure 3: Technologies d'accès de l'UMTS. 11

Figure 4: Architecture globale de l'UMTS. 12

Figure 5: Architecture du réseau d'accès de l'UMTS. 13

Figure 6: Handover et macro-diversité dans l'UMTS 15

Figure 7: Architecture du coeur de réseau de l'UMTS. 18

Figure 8: Structure en couches de l'interface radio 19

Figure 9: Structure en couches des interfaces réseaux de l'UTRAN 24

Figure 10: Structure générale d'une cellule ATM. 28

Figure 11: Structure du modèle de référence d'ATM 30

Figure 12: Format de base d'une adresse IPv4 31

Figure 13: Principe du routage IP 32

Figure 14: Structure en couches de l'interface Iub suivant ATM et IP 33

Figure 15: Structure en couche de l'interface Iub basée sur ATM 34

Figure 16: Principe de segmentation en cellules ATM 36

Figure 17: Structure en couches du SAAL-UNI. 39

Figure 18: Structure en couches de l'interface Iub basée sur IP 40

Figure 19: Interfonctionnement ATM et IP avec Dual Stack 45

Figure 20: Interfonctionnement ATM et IP avec IWU 46

Figure 21: Les différentes cartes du BBU3900 49

Figure 22: Le DBS3900 de Huaweï. 49

Figure 23: Le BSC6810 de Huaweï 50

Figure 24: Les cartes du BSC6810 de Huaweï. 50

Figure 25: Interface Iub par raccordement direct 52

Figure 26: Interface Iub par prolongement SHDSL 53

Figure 27: Interface Iub par prolongement FH. 54

Figure 28: Interface Iub hybride par prolongement FH. 55

Figure 29: Interface Iub hybride par prolongement SHDSL. 56

Figure 30: Interface Iub basée sur IP 57

VII

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Liste des figures

Mamadou Lamine NDIAYE

Figure 31: Architecture du M2000 Huaweï 59

Figure 32: Filtre des natures d'alarmes sur M2000 pour les cellules 3G hors services. 60

Figure 33: Alarmes des cellules 3G hors services 61

Figure 34: Distribution de l'horloge dans l'UTRAN de la SONATEL. 65

Figure 35: Boucle locale du réseau d'accès. 66

Figure 36: Chaîne de référence du réseau de synchronisation SDH. 67

Figure 37: Distribution des signaux d'horloge dans un réseau SDH 69

Figure 38: Réseau de Synchronisation SDH et SyncE unifié 72

Figure 39: Distribution de l'horloge sur SHDSL avec NTR 73

Figure 40: Transport d'un flux de trafic Ethernet sur SDH NG. 75

Figure 41: Interfaces des cartes RINT ix

Figure 42: Visualisation des cartes d'un RNC sur M2000 Huaweï x

Figure 43: Visualisation des cartes d'un Node B sur M2000 Huaweï xi

VII

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Résumé

Mamadou Lamine NDIAYE

Résumé

Ce présent travail intitulé Gestion des instabilités de l'interface Iub, porte sur deux notions à savoir, l'interface Iub qui représente le maître mot de cette étude ainsi que la notion de réseau de synchronisation. Dans les réseaux cellulaires de troisième génération, l'interface Iub désigne une des interfaces du réseau d'accès UTRAN qui est en charge d'assurer la liaison entre le Node B et le RNC. Dans le même contexte, tous les éléments du réseau d'accès UTRAN doivent être synchronisés pour que l'acheminement des données puisse se faire de façon effective.

Dans cette étude l'accent est porté sur les instabilités liées à la synchronisation de l'interface Iub dans le cas du réseau d'accès 3G de la SONATEL. Ces inconstances liées à la synchronisation altèrent la qualité de service du réseau dans le sens où elles causent des gigues qui peuvent entrainer des pertes de données.

Ce travail a pour objectif premier de fournir des solutions pour pallier aux instabilités liées à la perte de synchronisation du réseau de la SONATEL. Cependant pour une meilleure perception une étude préalable sera faite sur les différentes interfaces Iub existantes dans l'UTRAN de la SONATEL ainsi que les causes liées à leur inconstance commune : La perte de synchronisation. Dans le même contexte, avec la convergence IP qui est d'actualité, il a été essentiel de se pencher sur les moyens mis en oeuvre pour assurer une bonne synchronisation sur un réseau purement basé sur la technologie Ethernet. Sachant que les réseaux IP sont asynchrones de nature et que le transport des signaux de synchronisation n'est pas adapté à ce type de réseau...

1

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Présentation de la SONATEL

Mamadou Lamine NDIAYE

Présentation de la SONATEL

I. Historique

Avec plus d'un quart de siècle dans l'exploitation des télécommunications, un potentiel humain spécialisé, un parc téléphonique réparti sur tout le territoire sénégalais, la SONATEL se positionne comme un pôle incontournable avec des offres de solutions globales de télécommunications dans les domaines du fixe, du mobile, de l'Internet, de la télévision et des données au service des particuliers et des entreprises.

Leader au Sénégal et présente au Mali depuis 2002, en Guinée Conakry et Guinée Bissau depuis 2007, la SONATEL est l'opérateur global et sous-régional de référence. Elle a su construire un réseau moderne, entièrement numérisé par des boucles de transmission ainsi que des liaisons internationales par câbles sous-marins à fibres optiques haut débit. La SONATEL dispose de l'une des bandes passantes Internet les plus importantes d'Afrique de l'ordre des 5.2 Gigabits/s.

Créée le 23 juillet 1985 par la loi 85-86 qui lui confère le monopole de l'exploitation des télécommunications sur l'ensemble du territoire national, la mission de services publics et une autonomie de gestion dans le cadre d'un contrat-plan qui le lie à l'Etat pour trois ans renouvelables. La SONATEL a du modifier ses statuts, dix ans après sa création, pour s'adapter aux nouveaux environnements des télécommunications et ouvrir son capital au public, et s'est créée un partenaire stratégique France -Télécom, choisi suite à un appel d'offre international. Cette évolution aboutit à l'émergence d'une nouvelle entité sous la forme juridique d'une Société Anonyme (S.A), au capital de cinquante milliards de francs CFA, jouissant du monopole pour l'exploitation sur la téléphonie fixe, de 1997 à 2004, et soumis à la concurrence réglementée dans le domaine de la téléphonie mobile et à une concurrence libre pour tous les services à valeur ajoutée. En 2006, avec le changement d'identité visuelle de la SONATEL, elle adoptera la marque commerciale ORANGE pour les activités du mobile, de l'Internet et de la télévision. Son siège actuel se site au 46 Boulevard de la République

II. Activités

Grâce à son réseau moderne, entièrement numérisé par des boucles de transmission et des liaisons internationales par câbles sous marins à fibres optiques haut débit, le groupe

2

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Présentation de la SONATEL

Mamadou Lamine NDIAYE

SONATEL demeure une entreprise structurante pour le développement de l'économie sénégalaise et participe de manière active à son développement. Au sein de l'Union Economique et Monétaire Ouest Africaine (UEMOA), le groupe a fait du Sénégal un hub de trafic sous-régional ainsi qu'un acteur majeur dans le développement des Télécommunications en Afrique.

Avec la création de ses 5 filiales, le groupe SONATEL développe des compétences aux services des particuliers, professionnels et entreprises. Il s'agit de :

- SONATEL mobile, le leader de la téléphonie mobile grâce à un maillage du territoire Sénégalais et son offre attrayant. En effet, elle couvre l'ensemble des capitales régionales et la quasi-totalité des capitales départementales, des sites touristiques et villages centres, soit une couverture de 85 % de la population sénégalaise.

- SONATEL Multimédia, leader sur le marché de l'Internet au Sénégal. Elle développe des services et des solutions de qualité répondant aux nécessités de communications du monde .actuel et intégrant le meilleur de la technologie. Le portail Sentoo est une vitrine du Sénégal pour les internautes du monde entier.

Orange Mali, Orange Conakry et Orange Bissau (opérateur au niveau du mali, de la Guinée Conakry et de la Guinée Bissau), fruit du partenariat avec France Telecom, qui au moment de la privatisation en 1997 avait pris l'engagement d'appuyer la SONATEL dans son déploiement en Afrique subsaharienne.

III. Organigramme

Le groupe SONATEL est composé d'une direction générale, d'une direction générale Adjointe, des directions de filiales (Orange Mali, Orange Bissau & Orange Guinée) ainsi que de plusieurs directions comprenant des départements, services et centres techniques. La direction des réseaux et systèmes d'information (DRSI) qui nous concerne, est composée en plusieurs directions parmi lesquelles la direction d'exploitation (DEX) qui est en charge d'assurer entre autres :

- L'exploitation et la supervision du réseau

- Garantir la qualité de service de bout en bout des réseaux d'accès

- Assurer la disponibilité et les performances des systèmes

- Piloter l'intégration opérationnelle d'exploitation et de supervision du réseau

3

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Présentation de la SONATEL

Mamadou Lamine NDIAYE

La direction DEX est aussi composée en départements et services dont le département ERT (Exploitation Réseaux et Transport) et le service SRR (Supervision Réseau Radio), représentant le lieu du stage. Pour une meilleure perception, la figure qui suit illustre l'organigramme simplifiée de la SONATEL.

Figure 1: Organigramme simplifié de la SONATEL

IV. La Supervision Réseau Radio (SRR)

La mission du SRR est portée essentiellement sur la supervision des équipements se trouvant au niveau du réseau d'accès 3G, notamment s'assurer du bon fonctionnement des Node B et des RNC. La supervision est aussi en charge du pilotage des agents du pôle d'intervention qui ont pour mission d'éliminer les disfonctionnements des équipements sur le site même en faisant recours aux interventions curatives.

Durant le stage effectué au SRR, pour une meilleure compréhension des équipements du réseau, il a été essentiel d'intégrer pendant quelques semaines l'équipe du pôle d'intervention pour voir concrètement comment se fait la collecte mobile au niveau du réseau d'accès 3G. Au vu de la nature de certaines instabilités du réseau durant cette période, la thématique de ce mémoire a ainsi été choisie.

4

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Approche problématique

Mamadou Lamine NDIAYE

Approche Problématique

L'UMTS, défini comme étant la norme de la troisième génération de réseau, est de nos jours largement déployée par les opérateurs de par le monde en vue de fournir de nouveaux types de services multimédia, tout en conservant les services de base tels que la voix.

La société Orange SONATEL, a déployé son réseau d'accès 3G dans le courant de l'année 2010. Ce qui fait qu'actuellement elle exploite pleinement ses infrastructures 3G pour fournir de nouveaux services multimédia aux clients.

Cependant son réseau d'accès UTRAN, précisément l'interface Iub qui est en charge d'assurer la liaison entre le Node B et le RNC, présente des instabilités liées aux pertes de synchronisation des équipements. Cela est quelque peu préjudiciable à la qualité de service du réseau dans le sens où ces pertes de synchronisation sont à l'origine des gigues qui peuvent entrainer à la longue des pertes de données. A cet effet, cette présente étude porte l'accent sur des alternatives qui veulent se révéler être de bon aloi pour une synchronisation stable de l'interface Iub.

Vu le tournant que prend l'évolution des technologies notamment avec la convergence « Tout-IP » qui est d'actualité, il est aussi essentiel de se pencher sur des alternatives possibles pour une synchronisation stable de l'interface Iub purement basée sur la technologie Ethernet. Ceci demeure être un dilemme pour les opérateurs du fait que les réseaux IP sont asynchrones de nature et que le transport des signaux de synchronisation n'est pas adapté à ce type de réseau. Pour bien aborder cette problématique ce présent mémoire sera axé sur les questions suivantes :

y' Comment expliquer les pertes de synchronisation de l'interface Iub ?

y' Quelles solutions apporter aux vicissitudes de la synchronisation de l'interface Iub pour la rendre meilleure?

y' Comment procéder à une migration souple vers une architecture « Tout-IP » de l'interface Iub ?

y' Comment assurer une synchronisation stable dans un environnement purement basé sur la technologie Ethernet ?

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Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Introduction

Mamadou Lamine NDIAYE

Introduction

Pendant les dernières décennies, l'industrie des radio-mobile a connu des développements considérables en termes de technologies notamment avec l'apparition des réseaux cellulaires de troisième génération UMTS (Universal Mobile Telecommuncation System) qui ont permis une évolution rapide de nouvelles techniques multimédias mobiles.

Il est désormais possible avec les réseaux UMTS, de par leurs débits élevés, de fournir de nouveaux services de communication allant de la téléphonie classique jusqu'aux services multimédias. Le transport de ces nouveaux services est assuré par plusieurs sous-réseaux de l'UMTS interposés et particulièrement le réseau d'accès UTRAN par le biais de ses interfaces comme l'interface Iub, qui représente le sujet même de ce mémoire. L'interface Iub est en charge du transport des services de façon transparente entre le RNC et le Node B, et à cet effet une synchronisation adéquate entre les équipements est requise pour une bonne qualité de service du réseau.

Cette présente étude est décomposée en quatre chapitres. Dans le premier chapitre de ce mémoire nous introduisons les réseaux UMTS en focalisant la présentation sur l'architecture générale ainsi que l'architecture des couches protocolaire des interfaces du réseau d'accès.

Le second chapitre portera sur l'interface Iub et l'accent sera surtout porté sur les différents protocoles intervenant au niveau de sa structure en couches protocolaire, et ce dépendamment des technologies utilisées pour assurer son transport. Il sera aussi étudié dans ce chapitre les techniques employées pour assurer la coexistence entre les différentes technologies de transport possible de l'interface Iub.

Dans le troisième chapitre, une étude sur l'interface Iub sera faite dans le cas de l'UTRAN de la SONATEL, notamment les différentes architectures de l'interface Iub existantes et la façon dont ces interfaces sont gérées pour assurer une bonne qualité de service du réseau. L'accent sera aussi porté sur les moyens mis en oeuvre par la SONATEL pour une migration souple de ces interfaces vers une architecture tout IP. Le quatrième chapitre focalise l'étude sur la synchronisation de l'interface Iub ainsi que les instabilités liées à celle-ci. L'accent sera non seulement porté sur les solutions viables pour remédier à ces inconstances mais aussi sur des perspectives d'avenir en vue d'assurer la synchronisation de l'interface Iub sur une infrastructure purement basée sur la technologie Ethernet.

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Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Chapitre I : Généralités sur l'UMTS

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Chapitre I - UMTS

Mamadou Lamine NDIAYE

L'UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) désigne une technologie retenue dans la famille dite IMT-2000 (International Mobile Telecommunications) comme norme pour les systèmes de télécommunications mobile dits de troisième génération, qui tend à succéder progressivement au système de deuxième génération déjà déployé : le GSM.

Dans ce chapitre nous présenterons dans un premier temps l'UMTS de façon générale. Nous ferons ensuite une étude détaillée de son architecture, notamment faire voir comment les différentes entités du réseau interagissent entre elles. Enfin, vu que le sujet principal de cette étude porte sur l'interface Iub sur la partie accès du réseau, nous nous pencherons sur la façon dont les interfaces ont été définies dans l'UMTS pour assurer le transport des informations entre les différentes entités du réseau d'accès.

I.1 - Présentation générale du réseau UMTS

Appelé communément « 3G », l'UMTS a été standardisé par le 3GPP (3rd Generation Partnership Project) au courant de l'an 2000. Il se définit comme étant l'évolution de la deuxième génération des réseaux mobiles, le GSM.

L'UMTS se charge non seulement d'offrir nativement toute la gamme de services du GSM, mais introduit aussi de nouveaux services multimédia qui permettent de faire aussi bien de la téléphonie mobile que du transport de données, et ce à des débits élevés. Le but est d'offrir un accès haut débit afin d'introduire le multimédia sur les terminaux. En effet, de nouveaux services multimédia ont été introduits tel un accroissement significatif des débits des réseaux de téléphonie mobile, offrant ainsi un accès plus rapide à Internet depuis les téléphones portables ; une nette amélioration de la qualité des communications en tendant vers une qualité d'audition proche de celle des téléphonies fixe ; entres autres.

L'objectif principal de l'UMTS est d'assurer la continuité avec les services actuels de téléphonie mobile tels que ceux fournis par le GSM et ses évolutions (HSCSD, GPRS et EDGE), mais aussi de supporter de nouveaux services de transmission de données en paquet, avec différentes qualité de service pour des systèmes mobiles d'accès à l'internet. Le support de nouveaux services multimédia tels la visiophonie, le transfert de fichiers, la navigation sur le Web et la voix assurément, sont tous assurés à hauts débits.

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Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Chapitre I - UMTS

Mamadou Lamine NDIAYE

I.1.1 - Hiérarchie des cellules UMTS

Tout comme le réseau GSM, l'UMTS est divisé en plusieurs cellules de tailles variables. Chacune d'entre elles est présente en fonction de la densité de population à servir et de la vitesse de mobilité. L'accès par satellite est une extension.

Figure 2: Hiérarchie des cellules UMTS.

· Pico-cellule : Elle est utilisée sur quelque dizaines de mètres et s'adapte aux environnements de haute densité de population, tels les bureaux (Indoor), supermarchés entre autres. La pico-cellule fournit des débits de l'ordre de 2 Mbits/sec lors d'un déplacement de 10 km/h (marche à pied, déplacement en intérieur, etc).

· Micro-cellule : Elle représente des cellules sur quelques centaines de mètres et quelques kilomètres pour couvrir des bâtiments, des quartiers entre autres. La micro-cellule fournit des débits de 384 kbit/sec lors d'un déplacement de 120 km/h (véhicule, transport en commun, etc).

· Macro-cellule et cellule satellite : Ce sont de grandes cellules dont le diamètre peut aller de quelques kilomètres à plusieurs dizaines de kilomètres pour couvrir des zones rurales. Elles sont aussi adaptées aux véhicules à grande vitesse pour un déplacement de l'ordre de 500 km/h avec un débit de 144 kbit/sec.

I.1.2 - Classes de service

Afin de couvrir l'ensemble des besoins présents et futurs des services envisagés pour I'UMTS, quatre classes ont été définies afin de regrouper les services en fonction de leur contraintes respectives telles que le délai de transfert de l'information ; la variation du délai de transfert des informations ; la tolérance aux erreurs de transmission.

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Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Chapitre I - UMTS

Mamadou Lamine NDIAYE

· La classe A : Elle est dite conversationnelle du fait qu'elle permet aux conversations vocales de disposer d'une bande passante contrôlée avec échange interactif en temps réel avec un minimum de délai entre les paquets.

· La classe B : Ou streaming, permet aux services de streaming de disposer d'une bande passante continue et contrôlée afin de pouvoir transférer la vidéo et l'audio dans les meilleures conditions.

· La classe C : Aussi appelée classe interactive, elle est destinée à des échanges entre l'équipement usager et le réseau comme la navigation Internet qui engendre une requête et une réponse par le serveur distant.

· La classe D : Dite aussi Background, fournit la plus faible priorité et permet des transferts de type traitements par lots qui ne demandent pas de temps réel et un minimum d'interactivité.

Les classes de services A et B sont destinées aux applications à temps réel, tandis que les classes de services C et D sont plutôt adaptées pour les applications de données sensibles aux erreurs de transmission.

I.1.3 - Technologies d'accès

Le CDMA (Code Division Multiple Access) est basé sur la répartition par codes. En effet, chaque utilisateur est différencié du reste des utilisateurs par un code ? qui lui a été alloué au début de sa communication et qui est orthogonal au reste des codes liés à d'autres utilisateurs. Ainsi pour les services à haut débit plusieurs codes sont nécessaires par utilisateur pour supporter un débit de 2 Mbits/sec.

L'UMTS est basés sur deux technologies d'accès différentes, incompatibles entre elles et qui sont toutes deux des évolutions du CDMA, à savoir le W-CDMA (Wide Band CDMA) et le TD-CDMA (Time Division CDMA). La bande de fréquences réservée à l'UMTS est divisée en plusieurs sous bandes selon le mode de fonctionnement :

· 1920 Mhz - 1980 Mhz pour la voie montante du FDD (W-CDMA)

· 2110 Mhz - 2170 Mhz pour la voie descendante du FDD (W-CDMA)

· 1900 Mhz - 1920 Mhz et 2010 Mhz -2025 Mhz pour le TDD (TD-CDMA)

En FDD (Frequency Division Duplex), les voies montantes et descendantes sont affectées à deux bandes de fréquences distinctes, espacées de 190 Mhz. Hors, qu'en TDD les voies montantes et descendantes sont multiplexées temporellement sur une même porteuse.

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Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Chapitre I - UMTS

Mamadou Lamine NDIAYE

Le W-CDMA utilise le mode de duplexage FDD du fait qu'il utilise deux bandes de fréquences, l'une pour le sens montant (Uplink) et l'autre pour le sens descendant (Downlink). Le TD-CDMA, quant à lui n'utilise qu'une seule fréquence porteuse divisée en intervalles de temps (Time slot) et utilisée pour les deux sens.

Cependant, pour chaque mode de fonctionnement, la bande de fréquence est divisée en canaux radio de 5 Mhz. Et dans cette bande de fréquence de 5 Mhz, le débit utile par canal est égal à 384 kbit/sec en W-CDMA et 144 kbit/sec en TD-CDMA. L'augmentation du débit s'obtient en allouant plusieurs canaux (un canal correspondant à un code).

W-CDMA est particulièrement adapté aux grandes cellules pour la voix et les services bas et moyens débits, tandis que le TD-CDMA est limité aux petites cellules du fait qu'il est adapté aux services en mode paquet, à haut débit et asymétrique. Ces deux modes doivent cohabiter dans un même terminal et un même réseau afin de couvrir l'ensemble des services prévus pour l'UMTS. L'ensemble de ces deux méthodes d'accès constituent l'UTRA (Universal Terrestrial Radio Access). Pour une meilleure perception, la figure suivante illustre les deux technologies d'accès de l'UMTS sur deux mobiles utilisant chacun des modes de duplexage différents.

Figure 3: Technologies d'accès de l'UMTS.

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I.2 - Architecture de L'UMTS

L'architecture de l'UMTS est constituée en trois grandes parties interagissant entre elles. Une partie d'accès radio UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) appelée communément le sous-système radio, une partie coeur de réseau CN (Core Network) et l'équipement usager UE (User Equipment). La figure qui suit illustre l'architecture globale du réseau UMTS.

Figure 4: Architecture globale de l'UMTS.

Des interfaces ont été définies au sein, et entre les différentes parties de l'UMTS, fournissant ainsi une normalisation et dans de nombreux cas, une compatibilité des équipements des différents fournisseurs.

I.2.1 - Equipement usager (UE, User Equipment)

L'utilisateur UMTS est équipé d'un UE (User Equipment) qui se compose d'un Mobile Equipment (ME) correspondant au combiné téléphonique (ou terminal mobile) et la carte USIM (UMTS Subscriber Identity Module). Le rôle de l'USIM est semblable à celui de la carte SIM en GSM. Elle enregistre les identités de l'abonné telles que l'IMSI, le P-TIMSI, le TIMSI, les données de souscription, la clé de sécurité (Ki), les algorithmes d'authentification et de chiffrement. L'UE peut se rattacher simultanément aux domaines circuit (MSC) et paquet (SGSN) et peut alors disposer simultanément d'un service GPRS et d'une communication téléphonique.

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I.2.2 - Le réseau d'accès (UTRAN)

Le réseau d'accès UTRAN est doté de plusieurs fonctionnalités. Sa fonction principale est de transférer les données générées par l'UE. Il supporte toutes les fonctionnalités radio et sert de passerelle entre l'UE et le coeur du réseau via les interfaces Uu, IuCS et IuPS (Figure 5). Il assure cependant d'autres fonctions, en assurant notamment la confidentialité et la protection des informations échangées par l'interface radio en utilisant des algorithmes de chiffrement et d'intégrité ; en allouant et en maintenant les ressources radio nécessaires à la communication ; en gérant la configuration de l'interface radio et la mobilité du mobile.

Le réseau d'accès UTRAN est composé de plusieurs éléments tels que des stations de base, appelées communément Node B et des contrôleurs radio RNC (Radio Network Controller). Différentes interfaces existes au sein de l'UTRAN pour assurer la communication entre les éléments et surtout pour assurer la mobilité de l'UE. La figure qui suit illustre l'architecture du réseau d'accès.

Figure 5: Architecture du réseau d'accès de l'UMTS.

I.2.2.a - Node B

Le Node B assure la couverture pour les terminaux UMTS. Sa principale fonction est d'assurer les fonctions de réception et de transmission radio pour une ou plusieurs cellules du réseau d'accès de l'UMTS avec un UE. Il existe trois types de Node B correspondant aux deux modes UTRA : Node B UTRA-FDD, Node B UTRA-TDD et Node B mode dual, ce dernier pouvant utiliser les deux modes simultanément.

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I.2.2.b - RNC

Le RNC gère les ressources radio de la zone dont il a le contrôle, c'est-à-dire les ressources de la zone de couverture de tous les Node B auxquels il est rattaché. Il route les communications entre le Node B et le coeur de réseau. Le RNC constitue le point d'accès pour l'ensemble des services vis-à-vis du réseau coeur.

Deux types de RNC ont été définis pour gérer la mobilité de l'UE quand il se déplace d'une cellule à une autre avec les mécanismes de handover et de macro-diversité:

· Serving RNC (SRNC) : Il gère les connexions radio avec le mobile et sert de point de rattachement au coeur de réseau via les interfaces IuPS et IuCS. Il exécute le handover.

· Drift RNC (DRNC) : Sur ordre du SRNC, il gère les ressources radio des Node B qui dépendent de lui. Il route ainsi les données de l'UE vers le Serving RNC dans le sens montant et vers les Node B dans le sens descendant.

I.2.2.c - Handover et Macro-diversité

Le RNC est en charge d'assurer la mobilité de l'UE avec le mécanisme du handover. Le handover est la capacité du réseau à maintenir les connexions lorsqu'un mobile change de cellule. La macro-diversité est la phase pendant laquelle le mobile maintient plusieurs liens radio avec des cellules différentes. Le CDMA utilise la macro-diversité pour obtenir un signal de meilleure qualité. Ainsi, un terminal mobile peut être connecté en même temps à deux ou plusieurs cellules radio pour choisir le signal de meilleure qualité, et quand il passe d'une cellule à une autre, il libère la connexion avec l'ancienne cellule sans interrompre la communication. Ce mécanisme de handover est appelé soft handover et il est différent du mécanisme de hard handover qui est utilisé dans les systèmes GSM.

Dans le cas du hard handover, un mobile peut être connecté à une seule cellule radio à un moment donné, et quand il passe d'une cellule à une autre, il coupe sa connexion avec l'ancienne cellule et établit une nouvelle connexion avec la nouvelle cellule. Cette brève coupure de communication peut être à l'origine de pertes des paquets dans le cas du transport des données.

Quand un mobile est en soft handover, il possède plusieurs connexions avec différentes cellules radio. Ainsi dans le sens montant, le terminal envoie les mêmes informations sur les différentes connexions. Inversement, dans le sens descendant, le flux entrant dans le RNC est

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divisé en plusieurs flux identiques qui sont envoyés sur les différentes connexions. Ce mécanisme est appelé la macro-diversité (macro-diversity). Si le mobile a des connexions avec des cellules appartenant à un même RNC, la macro-diversité est établie dans ce RNC. Cependant, dans le cas où le mobile est connecté à des cellules appartenant à deux RNC différents, un seul RNC (le Serving RNC) garde le point d'interconnexion avec le réseau coeur et l'autre RNC joue le rôle du Drift-RNC. Le RNC gère le handover et la macro-diversité à travers l'interface Iub lorsqu'il s'agit d'un déplacement entre cellules de différents Node B sous le contrôle du même RNC. Le handover et la macro-diversité peuvent aussi être effectués via l'interface Iur lorsque les deux cellules sont contrôlées par des RNC différents ou par l'interface Iu dans le cas où l'interface Iur serait absente.

Pour une meilleure perception, la figure qui suit illustre le principe de handover et de macro-diversité.

Figure 6: Handover et macro-diversité dans l'UMTS

A la figure 6, lorsque l'UE est dans une zone de couverture commune à deux Node B, les communications du mobile empruntent simultanément deux canaux différents pour atteindre les deux Node B (Soft handover). Pendant et après le soft handover, l'UE communique avec un Node B qui est sous le contrôle d'un autre RNC (Drift RNC). Le DRNC ne réalise aucun traitement sur les données utilisateur. Les données transmises à l'UE et émises par l'UE sont contrôlées par le SRNC et sont passées de manière transparente par le DRNC.

Lorsque l'UE s'éloigne du Node B contrôlé par le SRNC, il devient nécessaire que le RNC contrôlant ce Node B ne soit plus le SRNC. L'UTRAN peut prendre la décision de transférer le contrôle de la connexion à un autre RNC. Cette procédure s'appelle "SRNS Relocation".

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Il est à noter qu'aucune procédure de hard handover n'a été effectuée puisque l'interface Iur est présente entre les RNC.

Dans un tout autre registre, il est aussi possible que l'UE se déplace au sein de deux cellules contrôlées par le même Node B, dans ce cas on parle de Softer Handover.

I.2.3 - Le coeur du réseau UMTS (Core Network)

Les opérateurs de réseau qui disposent d'un réseau GSM/GPRS et ayant obtenu une licence UMTS ont deux approches possibles afin d'aborder le déploiement de leur réseau UMTS : une approche intégrée ou approche overlay (recouvrement).

Avec l'approche intégrée, leur réseau de base GSM/GPRS est actualisé et réutilisé avec les mêmes entités de commutation et de routage pour les deux interfaces radio GSM et UMTS. La nouvelle partie radio UTRAN est reliée par l'interface IuCs au MSC qui est actualisé avec une nouvelle interface ATM disposant ainsi de nouveaux protocoles de signalisation pour devenir un 3G MSC. L'UTRAN est aussi rattachée par l'interface IuPS au SGSN qui est aussi actualisé pour disposer de nouveaux services pour devenir un 3G SGSN. Cette approche permet la réutilisation des systèmes de gestion existants et des sites de commutation.

Avec l'approche recouvrement (overlay), l'opérateur utilise un autre réseau de base constitué de 3G MSC et 3G SGSN pour supporter l'UTRAN. Cette solution permet un développement parallèle du réseau UMTS sans impact sur le réseau GSM/GPRS courant.

Le coeur du réseau est en charge de fournir le support des services de télécommunications UMTS et gère les informations de localisation des utilisateurs mobiles ainsi qu'il contrôle les services et les caractéristiques du réseau. Il assure la connexion entre les différents réseaux d'accès radio d'une part et les autres réseaux externes d'autre part tels que RTCP et les réseaux Internet. Dans son rôle d'acheminement, le réseau coeur se compose de serveurs et de passerelles qui se divisent entre deux sous-systèmes principaux, à savoir le domaine CS et le domaine PS, qui permettent aux UE de pouvoir gérer simultanément une communication paquets et circuits. Cependant le coeur du réseau dispose aussi d'une partie qui englobe les éléments communs aux deux domaines CS et PS.

I.2.3.a - Le domaine CS

Le domaine CS (Circuit Switched) est principalement utilisé pour la téléphonie. Il se compose entre autres des éléments qui suivent :

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· Le MSC (Mobile-services Switching Center) aussi appelé 3G MSC est en charge d'établir la communication avec l'équipement usager. Il a pour rôle de commuter les données.

· Le GMSC (Gateway MSC) est une passerelle entre le réseau UMTS et le réseau téléphonique commuté PSTN (Public Switched Telephone Network). Si un équipement usager contacte un autre équipement depuis un réseau extérieur au réseau UMTS, la communication passe par le GMSC qui interroge le HLR pour récupérer les informations de l'usager. Ensuite, il route la communication vers le MSC dont dépend l'usager destinataire.

· Le VLR (Visitor Location Register) est une base de données, assez similaire à celle du HLR, attachée à un ou plusieurs MSC. Le VLR garde en mémoire l'identité temporaire de l'équipement usager dans le but d'empêcher l'interception de l'identité d'un usager. Le VLR est en charge d'enregistrer les usagers dans une zone géographique donnée appelée LA (Location Area).

I.2.3.b - Le domaine PS

Le domaine PS (Packet Switched) se charge de la commutation de paquet, et se compose de deux modules :

· Le SGSN (Serving GPRS Support Node) aussi appelé 3G SGSN du fait de l'intégration des nouveaux services, il en charge d'enregistrer les usagers dans une zone de routage RA (Routing Area).

· Le GGSN (Gateway GPRS Support Node) est une passerelle vers les réseaux à commutation de paquets extérieurs tels que l'Internet.

I.2.3.c - Les éléments communs

Ils représentent des entités qui sont non seulement utilisées par le domaine CS mais aussi par le domaine PS :

· Le HLR (Home Location Register) représente une base de données des informations de l'usager : l'identité de l'équipement usager, le numéro d'appel de l'usager, les informations relatives aux possibilités de l'abonnement souscrit par l'usager.

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· L'AuC (Authentication Center) est en charge de l'authentification de l'abonné, ainsi que du chiffrement de la communication. Si une de ces deux fonctions n'est pas respectée, la communication est rejetée. L'Auc se base sur le HLR afin de récupérer les informations relatives à l'usager et pour ainsi créer une clé d'identification.

· L'EIR (Equipment Identity Register) est en charge de la gestion des vols des équipements usagers. Il est en possession d'une liste des mobiles volés et identifiés par un numéro unique propre à chaque équipement usager, le numéro IMEI (International Mobile station Equipment Identity).

Pour une meilleure perception la figure 7 qui suit illustre l'architecture du coeur de réseau.

Figure 7: Architecture du coeur de réseau de l'UMTS.

I.3 - Les interfaces de l'UTRAN

Plusieurs interfaces ont été définies au niveau de l'UTRAN pour le transport des informations entre les différentes entités du réseau d'accès. Ces interfaces sont normalisées pour qu'il puisse avoir une interopérabilité entre les différents équipements des fournisseurs.

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I.3.1 - L'interface Cu

L'interface Cu correspond à l'interface électrique entre la carte USIM et l'équipement mobile. Les composantes électroniques utilisées au sein du mobile équipement peuvent être spécifiques au constructeur, cependant la façon dont la carte USIM interagit avec l'équipement mobile demeure la même partout et l'ensemble formé par la carte USIM et l'équipement mobile constitue l'équipement usager (UE, User Equipment).

I.3.2 - L'interface Uu

L'interface Uu représente l'interface radio qui relie l'UE au Node B via une liaison radio. Cette interface est ouverte, ce qui permet à de nombreux constructeurs de terminaux de proposer leurs produits sans nécessairement développer leurs propres Node B. L'interface radio est structurée en différentes couches qui sont indispensables à l'établissement, à la configuration et au relâchement des services support radio, tant en mode FDD qu'en mode TDD. L'architecture globale de l'interface radio est présentée dans la figure qui suit :

Figure 8: Structure en couches de l'interface radio

Dans les paragraphes qui vont suivre nous détaillerons les différentes couches de la structure protocolaire de l'interface Uu ainsi que les différents canaux utilisés.

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I.3.2.A - Les couches de l'interface Uu

Les différentes couches peuvent être assimilées aux 3 premières couches du modèle OSI, respectivement la couche physique, la couche liaison de données et la couche réseau.

I.3.2.A. a - Couche 1

La couche physique de l'interface radio réalise les fonctions de modulation, de codage canal, d'entrelacement et de contrôle de puissance.

I.3.2.A. b - Couche 2

La seconde couche est divisée en plusieurs sous-couches assurant chacune une fonction bien définie pour le transport des données de l'UE.

· La sous-couche MAC (Medium Access Control) qui est en charge du multiplexage des données sur les canaux de transport radio. En effet, il multiplexe différents flux de données issus d'un même utilisateur sur un canal de transport unique, et dans le cas de données issus d'utilisateurs différents, il se charge de les multiplexer sur un canal de transport commun.

· La sous-couche RLC (Radio Link Control) permet la fiabilité du transport des données jusqu'à destination.

· La sous-couche BMC (Broadcast/Multicast Control) est en charge d'assurer les fonctions de diffusion de messages sur l'interface radio, tels les SMS.

· La sous-couche PDCP (Packet Data Convergence Protocol) permet de compresser les données, comme les en-têtes BMC par exemple, via des algorithmes de compression. Cela permet d'exploiter plus efficacement les ressources radio. De plus, cette sous-couche PDCP a aussi pour rôle de rendre indépendant les protocoles radio du réseau d'accès UTRAN (sous-couches MAC et RLC) par rapport aux couches de transport réseau. Ce type d'architecture permettra l'évolution future des protocoles réseaux sans modifier les protocoles radio de l'UTRAN.

I.3.2.A. c - Couche 3

Cette couche appelée RRC (Radio Resource Control) dispose de fonctions de contrôle de l'ensemble des couches. Elle se charge de gérer la connexion de signalisation lors de

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l'établissement ou de la libération de la communication entre le réseau d'accès UTRAN et l'équipement usager.

I.3.2.B - Les canaux de l'interface Uu

Différents types de canaux ont été définis au niveau de l'interface Uu pour se charger du transport des informations de natures différentes sur la voie radio entre l'UE (User Equipment) et le Node B. Les canaux de l'interface Uu peuvent être classifiés en trois catégories de canaux à savoir, les canaux physiques, les canaux de transport et les canaux logiques.

I.3.2.B. a- Les canaux logiques

C'est via les canaux logiques que sont transportées les données de la couche MAC à destination du coeur de réseau, et inversement. Chaque canal logique se charge du transport d'informations de type particulier. Ils sont séparés en deux groupes, les canaux logiques de contrôle et les canaux logiques de trafic.

+ Les canaux logiques de contrôle

· Broadcast Control Channel (BCCH) : Il est utilisé dans le sens descendant pour la diffusion des informations du réseau au niveau de toutes les cellules.

· Paging Control Channel (PCCH) : Il est utilisé dans le sens descendant pour acheminer les informations liées au paging. Il est utilisé quand le réseau ne sait pas dans quelle cellule se situe l'UE.

· Common Control Channel (CCCH) : C'est un canal bidirectionnel pour le transport des informations de contrôle entre le réseau et UE.

· Dedicated Control Channel (DCCH) : Il achemine les informations de contrôle dédiées à un UE donné de façon bidirectionnelle. ce canal est utilisé durant l'établissement de connexion avec le RRC.

+ Les canaux logiques de trafic

· Dedicated Trafic Channel (DTCH) : C'est un canal bidirectionnel pour la transmission des données entre le réseau et un UE donné.

· Common Trafic Channel (CTCH) : Il est utilisé dans le sens descendant pour assurer la transmission des messages pour un groupe d'UE situés dans plusieurs cellules, et ce au niveau de plusieurs Node B différents.

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I.3.2.B. b - Les canaux de transport

Les données en provenance de la couche MAC sont mappées dans des canaux physiques via les canaux de transport. A chaque canal de transport est associé un format correspondant aux données à transporter. Les canaux de transport peuvent être classifiés en deux groupes, à savoir les canaux de transport dédiés et les canaux de transport communs.

+ Les canaux de transport communs

· Random Access Channel (RACH) : C'est un canal utilisé en sens ascendant pour transporter les demandes de services des UE.

· Common Packet Channel (CPCH) : Il est utilisé dans le sens ascendant et seulement en mode FDD, car la taille des paquets transportés est légèrement grande et il est important de les acheminer à un haut débit pour le transport.

· Forward Access Channel (FACH) : Ce canal est utilisé en sens descendant pour les données de petites tailles vers les UE.

· Downlink Shared Channel (DSCH) : C'est un canal utilisé uniquement sur la voie descendante. Il est partagé dynamiquement par différents utilisateurs et transporte des données de contrôle ou de trafic.

· Uplink Shared Channel (USCH) : Il est utilisé en sens ascendant par plusieurs UE pour le transport des données. Il est seulement en mode TDD

· Broadcast Channel (BCH : Il est utilisé dans le sens descendant pour la diffusion d'informations du réseau pour toutes les cellules.

· Paging Channel (PCH) : Ce canal est utilisé en sens descendant pour les informations relatives au paging sur toutes les cellules

+ Le canal de transport dédié

· Dedicated Channel (DCH) est le seul type de canal dédies. Ce type de canal existe dans les deux sens de la liaison et transporte des données.

I.3.2.B. c - Les canaux physiques

Les canaux physiques sont utilisés pour transporter de façon transparente les données mappées au niveau des canaux de transport en direction des UE. Ces canaux physiques

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peuvent être séparés en deux groupes, à savoir les canaux physiques dédiés et les canaux physiques communs.

+ Les canaux physiques dédiés

· DPDCH (Dedicated Physical Data Channel) : Il est utilisé dans le sens ascendant pour le transport des données d'un UE donné.

· DPCCH (Dedicated Physical Control Channel) : C'est un canal utilisé dans le sens ascendant pour les informations de contrôle.

· DPCH (Dedicated Physical Channel) : Ce canal est utilisé dans la voie descendante pour acheminer les informations provenant du réseau.

+ Les canaux physiques communs

· PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) : Il est utilisé dans la voie descendante pour le transport des trafics de données à haut débit vers un ou plusieurs équipements usagers situés dans une même cellule

· CPICH (Common Pilot Channel) : Ce canal il est utilisé en voie descendante utilisé par les UE pour estimer la qualité du réseau.

· SCH (Synchronization Channel) : Il permet aux UE de se synchroniser avec le réseau.

I.3.3 - L'interface Iu (Iub, Iur, IuPS et IuCS)

Les interfaces Iub, Iur, IuPS et IuCS se basent sur un seul et unique modèle générique de structure en couches. Ceci dans le but d'assurer d'une part l'indépendance des données transportées par rapport à la technologie utilisée pour le transport et d'autre part la séparation complète entre les plans usager et contrôle.

L'architecture protocolaire est divisée horizontalement en deux couches principales. La partie supérieure est appelée la couche réseau radio et la partie inférieure la couche réseau transport. La couche réseau radio constitue la source des données qui doivent être transférées à travers les interfaces, et ces données peuvent être de la signalisation ou du trafic. La couche réseau transport fournit quant à elle les mécanismes de transport nécessaires pour l'acheminement des données.

L'architecture protocolaire est également divisée verticalement en trois plans : le plan de contrôle (Control Plane) qui gère les informations de contrôle concernant les protocoles d'interface radio ; le plan utilisateur (User Plane) qui gère les données provenant de l'UE et

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Chapitre I - UMTS

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un plan de contrôle du réseau de transport (Transport Network User Plane). Le plan de contrôle contient les protocoles d'application qui sont spécifiques suivant les interfaces Tub, Tur et Tu (TuC S et TuPS). Le plan usager comprend les flux de données (Data Stream) et la porteuse de données (Data Bearer). Le plan de contrôle du réseau de transport (Transport Network Control Plane) comprend l'ALCAP (Access Link Control Application Protocol) qui est nécessaire pour établir, maintenir et libérer les connexions point à point sur les interfaces Tub, Tur et Tu. Pour une meilleure perception, le schéma qui suit illustre le modèle de la structure en couche des interfaces Tub, Tur et Tu de l'UTRAN.

Figure 9: Structure en couches des interfaces réseaux de l'UTRAN

Dans les paragraphes qui vont suivre nous verrons les différents protocoles intervenant au niveau du modèle générique de la structure en couche de l'ensemble des interfaces réseaux. Cependant vu que l'essence même de cette étude porte sur l'interface Tub de façon générale, de ce fait le protocole ALCAP ne sera pas traité dans ce chapitre car sa présence dans la structure en couches des interfaces Tu dépend fortement du protocole de transport utilisé dans la couche réseau transport, et cela sera traité de façon explicite dans le prochain chapitre.

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Mémoire de fin de cycle - Master 2 Chapitre I - UMTS

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I.3.3. a - Data Bearer

Les porteuses de données sont représentées par une ou plusieurs connexions utilisées pour transporter les données de l'utilisateur d'un noeud à un autre. Les données de l'utilisateur peuvent être à relayées de l'UE au coeur de réseau sous forme de voix, vidéo, datagrammes IP, entre autres. De la même manière, les données utilisateurs peuvent aussi être relayées du coeur de réseau vers l'UE.

I.3.3.b - Signaling Bearer

Ce sont des porteurs de signalisation qui peuvent prendre la forme d'une connexion ou de plusieurs connexions destinées à transporter les informations de signalisation entre les noeuds. Ils peuvent aussi bien être utilisés pour le transport des informations signalisation des UE mais aussi pour le transport des informations de signalisation propres aux noeuds.

I.3.3.c - Application Protocol

Les protocoles d'application transportent des services spécifiques tels la gestion des ressources ou la reconfiguration d'un noeud du réseau. Par exemple tous les services du RNC liés à l'opération et à la maintenance des Node B sont transportés par ces protocoles d'application.

I.3.3.d - Data Stream

Ils sont en charge d'offrir des services spécifiques au plan utilisateur en fonction des exigences QoS des applications telles le débit, le délai pour la voix, la vidéo et les datagrammes IP.

Nous avons fait voir dans ce chapitre le réseau UMTS de façon générale et la façon dont se présente son architecture globale. Dans le même contexte, nous nous sommes penchés sur les différentes interfaces reliant les différentes entités du réseau, plus précisément dans la partie accès de l'UMTS. Dans le prochain chapitre, nous ferons focus sur l'interface Iub en vue de voir sa structure protocolaire et surtout comment ses protocoles interagissent entre elles pour réussir à faire passer les flux d'information de façon transparente.

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Chapitre II : Généralités sur l'interface Iub

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Chapitre II - Généralités sur l'interface Iub

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L'interface Iub se définit comme étant la liaison entre le Node B et le RNC. Dans ce chapitre nous étudierons l'interface Iub dans son contexte générique, notamment l'étude détaillée de sa structure en couches. Nous ferons focus sur les différents protocoles qui interviennent et la façon dont ils interagissent entre eux pour assurer le transport sur l'interface Iub, et ce suivant les différentes options de transport choisies au niveau de l'UTRAN. Enfin nous nous pencherons sur la façon dont se fait la coexistence entre ces différents protocoles de transport de l'interface Iub pour une migration souple vers le « Tout-IP ».

II.1 - Généralités sur les protocoles de transport de l'UTRAN

ATM fut le protocole de transport utilisé sur l'interface Iub au niveau de l'UTRAN, mais depuis la Release 5 de l'UMTS, l'option IP a été introduite comme option de protocole de transport. Ainsi, au niveau du réseau d'accès 3G, il est possible d'avoir des Iub fonctionnant sous ATM, d'autres qui sont basés sur IP et certaines basées aussi bien sur ATM que sur IP. Cependant avant d'aller plus loin, il est essentiel de faire une brève description du fonctionnement de ces différents protocoles de transport.

II.1.1 - Généralités sur l'ATM

L'Asynchronous Transfer Mode communément appelé ATM est un mode de transfert, caractérisé par la transmission de données à commutation de cellules avec un mode de multiplexage par répartition dans le temps asynchrone. L'unité de transmission de données sur ATM est basée sur des cellules de taille fixe. ATM est un protocole dit « asynchrone » car les cellules ATM sont envoyées de manière asynchrone, en fonction des données à transmettre, mais sont insérées dans le flux de données synchrones d'un protocole de niveau inférieur pour leur transport.

Dans le réseau UMTS, ATM est utilisé dans la couche réseau de transport du réseau. Ce choix repose sur deux propriétés essentielles de l'ATM, notamment avec la possibilité de transmettre des trafics à débit variable aussi bien pour les services du domaine PS que pour les services du domaine CS. Ce qui est particulièrement utile pour l'UMTS étant donné la grande variété des services offerts. L'utilisation de cellules ATM permet aussi la possibilité de conserver la qualité de service requise pour les données transportées, et ce suivant chaque classe de service.

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Mémoire de fin de cycle - Master 2 Chapitre II - Généralités sur l'interface Iub

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II.1.1.a - La Commutation de cellules

Comme il a été évoqué précédemment, l'ATM utilise des cellules pour le transport des données sur le réseau du fait que les données sont segmentées en de petits paquets de taille fixe appelés cellules. Elles sont appelées ainsi en raison de leur structure très particulière, leur taille étant fixé à 53 octets quelle que soit la longueur de l'information à transmettre.

Le mode de transfert utilisé par ATM est orienté connexion, ce qui signifie qu'elle nécessite un établissement préalable de connexion virtuelle avant tout transfert de données. De ce fait, un circuit virtuel est établi soit par configuration des équipements, soit par signalisation, et l'ensemble des cellules seront commutées sur ce même circuit virtuel par commutation. Les chemins sont appelés « circuit virtuel » du fait que les cellules transitent via un VC (Virtual Channel) qui est lui-même contenu dans un VP (Virtual Path), sachant que durant la commutation, les cellules peuvent emprunter plusieurs VP et VC différents suivant les champs VPI (Vitual Path Identifier) /VCI (Virtual Channel Identifier) contenu dans les labels. En effet, contrairement aux paquets IP qui contiennent des champs « source » et « destination », ATM utilise les champs VPI et VCI contenus au sein des cellules pour identifier les connexions. Les labels permettant la commutation des cellules sont portés dans l'en-tête de chaque cellule. Ci-dessous décrit la structure générale d'une cellule ATM.

Figure 10: Structure générale d'une cellule ATM.

Les cellules ATM ont une taille de 53 octets. L'en-tête est sur 5 octets et la charge utile sur 48 octets. Cependant, le protocole ATM définit deux types de cellules respectivement adaptés sur une interface Utilisateur-Réseaux (UNI, User-Network Interface) et sur une interface entre noeuds du réseau (NNI, Network-Network Interface). Les champs VPI/VCI qui permettent d'identifier les connexions virtuelles lors de la commutation sont contenus au niveau des entêtes des cellules ATM.

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II.1.1.b - Le modèle de référence d'ATM

Le modèle de référence sur lequel se base ATM est composé de quatre couches :

· La couche physique : Elle correspond à la couche physique du modèle de référence d'OSI. Elle gère la transmission et la réception des bits composant les cellules ATM sur le support physique choisi.

· La couche ATM : Cette couche se charge d'acheminer les données tout en assurant le multiplexage et le démultiplexage des cellules via des circuits virtuels, l'ajout ou le retrait de l'en-tête des cellules et la translation des identifiants des circuits virtuels (VPI/VCI).

· La couche AAL (ATM Adaptation Layer) : Elle est chargée de segmenter et de réassembler les données provenant des applications suivant la qualité de service requise par les applications. Vu qu'ATM transporte différents types d'informations et que les contraintes varient en fonction de la nature de l'information elle-même (vidéo, image,...), diverses couches AAL ont été alors définies.

> AAL1 : Adapté aux applications vidéo à débit constant et le transport de la voix.

> AAL2 : Adapté aux applications vidéo et audio à débit variable.

> AAL3/4 : Adapté au transfert sécurisé de données.

> AAL5 : Adapté au transport de données.

· Les couches supérieures : Elles comprennent des couches de protocole facultatives qui servent à effectuer une encapsulation du service ATM en vue de son utilisation avec TCP/IP et d'autres protocoles.

Les couches du modèle de référence d'ATM sont regroupées sur trois plans :

· Le plan utilisateur : Il permet le transfert des informations dans le réseau, mais prend également en charge les erreurs de transfert et la surveillance du flux émis.

· Le plan de contrôle : ATM étant en mode connecté, ce plan permet l'établissement, la libération et la surveillance des connexions.

· Le plan de gestion : Ce plan assure des opérations de contrôle et de maintenance.

Dans le réseau UMTS, seules les couches adaptatives AAL2 et AAL5 sont utilisées dans les interfaces UTRAN pour assurer respectivement le transport de la voix et des paquets IP. Pour une meilleure perception, la figure 11 décrit la structure du modèle de référence d'ATM tel qu'il a été décrit précédemment.

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Figure 11: Structure du modèle de référence d'ATM

L'avantage d'ATM réside sur le fait qu'elle fournisse une qualité de service adaptée aux différents types de trafic, notamment la voix, la vidéo et les données. Le trafic temps réel tolère certaines pertes mais pas de retard comme la voix et la vidéo, tandis que le trafic sans contrainte de temps réel tel que les données, tolère une distorsion temporelle mais pas de perte.

II.1.2 - Généralités sur l'Internet Protocol

Internet Protocol communément appelé IP est un protocole de couche réseau qui contient des informations d'adressage et de contrôle permettant aux paquets d'être routés dans un réseau. Avec le protocole IP, toutes les données transportées sont segmentées en paquets de longueurs variables routés à travers le réseau. Les paquets IP, encore appelés « datagrammes », sont transmis en mode sans connexion de la source vers la destination, dans le cadre d'un service de type « best-effort ». Au niveau de l'UMTS, l'IP est utilisé au niveau de la couche réseau de transport de la structure protocolaire des interfaces Iub, IuCS, IuPS ainsi que l'interface Iur et il est basé sur la norme IEEE G.802.3 communément appelée Ethernet.

II.1.2.a - L'adressage IP

Comme pour tout protocole de couche réseau, le mécanisme d'adressage IP est valable pour tout le mécanisme de routage des datagrammes à travers le réseau. L'adresse IP est un numéro d'identification qui est attribué de façon permanente ou provisoire à chaque entité connecté au réseau et utilisant le protocole IP. Cependant il existe des adresses IP de version 4 (sur 32 bits,

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soit 4 octets) et de version 6 (sur 128 bits, soit 16 octets). La version 4 est actuellement la plus utilisée. Elle est généralement représentée en notation décimale avec quatre nombres compris entre 0 et 255, séparés par des points (par exemple : 172.16.254.1). Ainsi chaque adresse IP obéit à un format de base et est séparée par deux parties, à savoir un numéro de réseau appelé Net ID et un numéro du host appelé Host ID qui peuvent être tous deux codés sur 1, 2 ou 3

octets suivant la classe d'adresse IP. La figure ci adresse IP version 4.

- dessous illustre le format de base d'une

Figure 12: Format de base d'une adresse IPv4

La version 6 de l'adresse IP est exigée au niveau de l'UTRAN, la version 4 n'est utilisée que pour permettre une transition graduelle vers la version 6.

II.1.2.b - Le routage IP

Internet et les réseaux IP sont composés d'un ensemble de réseaux qui sont reliés par des entités particuliers que l'on appelle routeurs. Le protocole IP est capable de choisir un chemin suivant lequel les paquets de données seront relayés de proche en proche jusqu'au destinataire. Le routage IP se base donc sur l'adressage IP en vue de déterminer la destination auquel le datagramme IP doit aboutir. Du fait que chaque interface réseau d'une machine possède une adresse unique au sein du réseau. Pour transmettre le paquet jusqu'à bon port, le routage se base aussi sur l'en-tête du paquet IP qui comportent entre autres les adresses de l'émetteur et du destinataire, ce qui rend facile l'aiguillage du paquet IP jusqu'à destination. Cependant, pour chaque paquet reçu, le routeur consulte sa table de routage qui contient entre autres la liste des adresses de réseaux de destination, des passerelles (routeurs intermédiaires) permettant de les atteindre, des interfaces de sorties et des coûts associés.

Pour renseigner les tables de routage, nous avons le routage statique par lequel la table est configurée de façon manuelle au niveau de chaque routeur par l'administrateur lui-même. Contrairement au routage statique, nous avons aussi le routage dynamique qui tire son épingle du jeu en faisant appel aux protocoles de routage. Ils sont mis en oeuvre entre routeurs pour renseigner de manière dynamique les tables de routage. Il est clair que les protocoles de routage dynamiques sont bien plus performants, plus souples et plus efficaces, cependant ils consomment néanmoins des ressources au sein du routeur et devront donc être utilisés de

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manière adéquate. Pour une meilleure perception, la figure ci-dessous illustre le principe de routage d'un réseau IP.

.

Figure 13: Principe du routage IP

La figure 13 fait ressortir un exemple de routage dans lequel un réseau LAN est connecté au réseau Internet via des routeurs du backbone IP. L'aiguillage des données est facilitée par les adresses source et destination contenues au sein du paquet IP. Ainsi un paquet du réseau Internet à destination du PC 1 sera routé jusqu'à destination en passant par les routeurs concernés. De ce fait, après réception du paquet, chaque routeur consultera sa table de routage pour acheminer le paquet, et ce jusqu'au réseau de destination.

Le protocole IP, reconnu par sa simplicité et sa souplesse, est devenu très populaire et s'est surtout mis au devant de la scène notamment avec la convergence IP qui est de plus en plus d'actualité. Il est clair que le protocole IP deviendra à terme le protocole de transport de la plupart des réseaux de télécommunications.

II.2 - L'interface Iub

La liaison via laquelle le Node B communique avec le RNC qui le contrôle est désignée comme étant l'interface Iub. Contrairement à l'interface Abis du réseau GSM qui n'est pas normalisée, l'interface Iub elle est standardisée. Elle est aussi dite « ouverte » dans le sens où sa normalisation permet l'interconnexion de RNC et de Node B de constructeurs différents. L'interface Iub est non seulement utilisée pour supporter les services offerts aux abonnés UMTS mais fournit aussi le moyen de transport de données entre l'UE et le RNC via les ressources du Node B. Cependant il est tout aussi nécessaire de rappeler que les piles de protocoles utilisées au niveau de l'interface Iub se basent sur le modèle générique de la

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structure en couches défini pour les interfaces réseaux de l'UTRAN, traité précédemment dans le chapitre I (Figure 9). Comme il a été défini dans la norme 3GPP TS 25.401, le schéma qui suit illustre la pile protocolaire de l'interface Iub.

Figure 14: Structure en couches de l'interface Iub suivant ATM et IP

La figure 14 fait ressortir les différents protocoles intervenant pour chaque option de transport choisi entre ATM et IP. En effet il est possible d'avoir sur la couche réseau transport l'ATM pour assurer le transport sur l'interface Iub, mais aussi l'IP. Le 3GPP a choisi le protocole AAL2 dans sa Release 99 comme le protocole de transport sur l'interface Iub. Cependant, depuis la Release 5 du 3GPP, l'IP est introduit comme option du protocole de transport dans une optique de réaliser des réseaux « Tout-IP ».

Comme l'illustre la figure 14, la structure protocolaire de la couche réseau de transport (Transport Network Layer) varie en fonction de la technologie utilisée pour le transport. De ce fait, si ATM est utilisé pour le transport, cette partie de la pile protocolaire sera tout à fait différente si IP est utilisé à la place.

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II.2.1 - La couche réseau de transport

Comme l'illustre la figure 14, différents protocoles sont utilisés aussi bien pour la signalisation que pour le transport des données et ce, suivant l'option de transport choisie sur l'interface Iub. Dans la suite de cette étude nous ferons focus sur les protocoles intervenant au niveau de la couche réseau de transport, et ce suivant l'option de transport choisie.

II.2.1.A - Transport sur ATM

La structure de la couche réseau de transport basée sur ATM fait appel à certains types de protocoles particuliers qui assurent une tâche bien définie pour l'acheminement des données sur l'UTRAN. Dans les paragraphes qui vont suivre nous verrons ces différents protocoles intervenant sur la couche réseau transport. Pour une meilleure perception, la figure qui suit illustre la structure protocolaire de l'interface Iub basée sur ATM.

Figure 15: Structure en couche de l'interface Iub basée sur ATM

II.2.1.A. a- La couche Physique

Elle représente la couche la plus basse d'ATM. Elle est en fait séparée en deux sous couches. D'un côté nous avons la sous-couche TC (Transmission Convergence), qui permet d'adapter

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ATM sur le support de transport choisi. D'un autre côté, la sous-couche physique (coiffée par la sous-couche TC) qui représente le support même sur lequel ATM est adapté.

La technologie ATM peut être implémentée sur plusieurs types de supports physiques, qu'ils soient de type électrique ou optique, parmi lesquels le SDH (Synchronous Digital Hierarchy), SONET¹ ou E1 qui représente une liaison permettant le transfert de données à un débit de 2Mbits/s.

II.2.1.A .b - La couche ATM

Elle a pour rôle principal d'assurer l'acheminement des données, ce qui implique qu'elle se doit donc de s'occuper de la commutation et du multiplexage des cellules ATM en fonction des VPI/VCI correspondants. Elle se charge aussi du retrait ou de l'ajout d'en-tête sur les cellules ATM.

II.2.1.A .c - AAL2

Dans sa Release 99, le 3GPP a choisi l'AAL 2 (ATM Adaptation Layer - Type 2) comme protocole de transport sur les interfaces Iub et Iur de l'UTRAN. L'AAL2 a été normalisé par l'UIT (Union Internationale des Télécommunications) en 1997 dans une nouvelle version adaptée au transport des applications à bas débits.

En effet, comme il a été défini dans la spécification de l'IUT I.363.2, AAL2 fournit une transmission à bas débit (jusqu'à 64 kbit/sec) efficace pour des paquets courts de longueur variable, et ce pour des applications en temps réel. Au vu de ses caractéristiques, l'AAL2 est particulièrement adapté pour le transport de la voix et de la vidéo. Le principe d'AAL2 consiste à transporter des mini-paquets appelés paquets CPS qui sont équipés d'entêtes qui contiennent des Channel Identifier. Ceci est du au fait que les paquets CPS proviennent de sources différentes et sont destinés à être multiplexés dans une seule et même cellule ATM. Les CID sont ainsi utilisés pour identifier les différentes sources, il peut y en avoir jusqu'à 248 pour une seule connexion virtuelle. Cette technique diminue considérablement le temps de paquétisation, qui est essentiel pour les applications vidéo et audio.

AAL2 est la seule parmi toutes les autres couches adaptative d'ATM à disposer de son propre protocole de signalisation qui est en charge de l'établissement et de libération, de façon dynamique, les connexions AAL2.

1 SONET pour Synchronous Optical Network se base comme le SDH sur un réseau en fibre optique, à la différence que SONET est un standard américain tandis que SDH est européen.

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II.2.1.A. d - AAL5

La couche d'adaptation AAL5, également connue sous le nom de SEAL (Simple and Efficient Adaptation Layer) est de loin la plus utilisée des couches d'adaptation d'ATM. Elle coiffe la couche ATM et contrairement à l'AAL2, son utilisation est limitée pour les données d'application, qui n'ont pas d'exigences stricte sur le délai de transmission.

La couche d'adaptation AAL5 est particulièrement adaptée pour le transport des paquets IP ainsi que les messages de signalisation entre les noeuds. La couche AAL5 est aussi en charge d'assurer une fonction de fragmentation et de réassemblage, respectivement de paquets de données en cellules ATM et inversement. Comme il a été défini dans la spécification IUT I.363.5, la couche d'adaptation AAL5 englobe deux sous-couches qui forment sa partie commune: le SAR (Segmentation And Reassembly) et le CPCS (Common Part Convergence Sublayer) qui se chargeront de la fonction de segmentation et de réassemblage. La figure 16 illustre le principe de segmentation des PDU² en cellules ATM.

Figure 16: Principe de segmentation en cellules ATM

2 PDU : Protocol Data Unit représente une unité de données spécifique au protocole. Contrairement au SDU (Service Data Unit) qui représente une unité de données spécifique au service et dont l'intégrité est préservée d'une extrémité à l'autre.

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Comme l'illustre la figure 16, la couche supérieure (SSCOP) transporte de manière fiable jusqu'à la couche CPCS un SDU dont la longueur n'excède pas 65535 octets. Le CPCS après avoir récupéré le paquet de données, se charge alors d'ajouter des bits de contrôle et de correction d'erreur, ainsi que des bits de bourrage³ avant de remettre un PDU à la couche SAR (Segmentation and Reassembly). Ainsi la couche SAR à son tour récupère le PDU (Protocol Data Unit) du CPCS, puis se charge de le segmenter en blocs de 48 octets appelés SAR PDU. Ces SAR PDU seront par la suite délivrés à la couche ATM, là où l'en-tête ATM de 5 octets sera ajouté à chaque SAR PDU. C'est ainsi que se forment les cellules ATM sortant et l'opération inverse est effectuée pour les cellules ATM entrant.

II.2.1.A. e - SSCOP

Le SSCOP (Service Specific Connection Oriented Protocol) comme le stipule la spécification de l'IUT Q.2110, se charge de fournir un transfert assuré des messages de signalisation. ATM a plusieurs couches d'adaptation nommées AAL, parmi les plus importantes nous avons AAL5 et AAL2. Cependant, nous avons une autre couche qui s'occupe du transport des informations de signalisation, elle est appelée Signaling ATM Adaptation Layer (SAAL). La particularité qui le distingue du reste des couches adaptatives est du au fait qu'il fournisse une livraison fiable, ce qui n'est pas un des caractéristiques du AAL5. Vu qu'AAL5 ne dispose pas de cette particularité, il est donc essentiel de disposer d'une couche de service spécifique, englobée par le SAAL, et qui fournit une livraison garantie. A cet effet, SCCOP a été introduit juste au dessus de la couche AAL5, pour remplir cette fonction. SSCOP est utilisé pour le transfert des SDU à longueur variable, en fait il reçoit les informations à transmettre depuis la couche de la signalisation et forme ensuite les SSCOP SDU (Service Data Unit) et se charge de les retransmettre au CPCS.

Le SSCOP est utilisé pour fournir les mécanismes d'établissement, de libération et de resynchronisation des connexions pour des échanges fiables d'informations et de signalisations. De ce fait les SDU sont échangés de façon entre le CPCS et le SSCOP.

Il assure entre autres l'intégrité de la séquence en conservant l'ordre des SDU reçus, la correction des erreurs par une retransmission sélective des SDU manquants, le contrôle des flux par le receveur en choisissant le débit au niveau de l'émetteur.

³ Au niveau du CPCS, les bits de bourrage ou Padding servent à faciliter la segmentation au niveau du SAR. Le champ des données (payload) du PDU à une longueur variable entre 1 et 65535 octets, mais sa taille totale doit être toujours un multiple de 48 pour que la sous couche SAR puisse la segmenter en des blocs de 48 octets.

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II.2.1.A. f - SSCF-UNI

SSCF dont le sigle signifie Service Specific Coordination Function, n'est pas un protocole mais une fonction de coordination interne ou un « protocole léger » si on peut l'appeler ainsi. SSCF, comme il a été défini dans la spécification de l'IUT Q.2130, se charge de coordonner l'accès entre la couche SSCOP et les couches supérieures. Son rôle principal est d'adapter le service fourni par le SSCOP aux besoins de la couche de signalisation ALCAP, mais aussi pour le protocole d'application de la couche réseau radio (NBAP).

Cependant il est à noter qu'il existe deux types de SSCF : le SSCF-UNI utilisé sur l'interface Iub reliant la Node B et le RNC, et le SSCF-NNI utilisé sur les autres interfaces, tel qu'il a été défini sur la spécification de l'IUT Q.2140.

II.2.1.A. g - STC

Vu qu'AAL2 est utilisé au niveau de l'UTRAN, il est alors nécessaire qu'il y ait une signalisation qui doit se faire pour l'établissement, la maintenance et la rupture des connexions AAL2 (les connexions AAL2 sont établies au niveau des connexions virtuelles d'ATM existantes), et cela se fait grâce à l'utilisation de la signalisation AAL2. Hors, la signalisation AAL2 n'est qu'autre que le protocole ALCAP.

Sachant que le protocole ALCAP se situe au dessus du SSCF-UNI pour l'interface Iub, deux options se sont présentées pour le transport de la signalisation AAL2 : une option qui consiste à adapter les signalisations AAL2 pour chaque type de transport de signalisation possible, alors que l'autre option consiste à maintenir les signalisations AAL2 fixe, mais une fonction de convertisseur sera nécessaire pour adapter les signalisations d'AAL2 pour chaque type de transport de signalisation. C'est cette seconde option qui a conduit à la notion du STC qui remplit cette fonction de conversion.

L'IUT a spécifié des normes pour le STC (Signaling Transport Converter), et parmi ces normes nous trouvons le Q.2150.2 qui stipule que le STC réside au dessus de SSCF-UNI et sera utilisé pour l'interface Iub. Mis à part sa fonction de conversion, le STC se charge aussi de signaler aux entités de signalisation AAL2 les congestions existantes au niveau du réseau de transport sous-jacent, de leurs préciser aussi la longueur maximale des PDU qui peut être transmise sur le transport de signalisation utilisé, de leur faire savoir si le réseau de transport sous-jacent est disponible ou pas.

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II.2.1.A .h - ALCAP

ALCAP pour Acces Link Control Application Part est le nom générique du protocole de signalisation d'AAL2 qui fournit les moyens d'établir, de maintenir et de libérer les connexions AAL2 au niveau de l'UTRAN.

Comme il a été défini dans la spécification de l'IUT Q.2630.2, ALCAP réside au dessus du STC (Q.2150.2) et se charge principalement de l'établissement dynamique des supports de données pour le plan usager. En effet, lorsqu'un message de signalisation est initié par le protocole d'application NBAP, ALCAP déclenche ainsi les signalisations nécessaires pour l'établissement des connexions AAL2 pour transporter les données des protocoles de niveau supérieur du plan usager. Cependant il arrive que le protocole ALCAP ne soit pas utilisé dans le cas où l'établissement des connexions AAL2 a déjà été fait manuellement par configuration.

II.2.1.A .i - SAAL-UNI

Le SSCF, le SSCOP et l'AAL5 (I.363.5) à eux trois forment non seulement la couche de transport de la signalisation pour ALCAP, mais aussi pour le protocole d'application de la couche de réseau radio, et l'ensemble de cette pile de protocoles est communément appelé le SAAL-UNI pour l'interface Iub. Pour une meilleure perception la figure qui suit illustre la structure en couches du SAAL-UNI.

Figure 17: Structure en couches du SAAL-UNI.

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Le Signaling ATM Adaptation Layer est fonctionnellement divisé en deux parties, une couche de convergence (CS) et une couche de segmentation et de réassemblage (SAR). Cependant la couche de convergence est composée de la sous-couche de convergence de partie commune (CPCS) et de la sous-couche de convergence de service spécifique (SSCS) qui est elle-même formée du SSCOP et du SSCF-UNI. Tandis que le SAR et le CPCS forment tous deux la partie commune (CP) d'AAL5 comme il a été défini dans la spécification de l'IUT I.363.5. Le schéma suivant illustre la structure en couches du SAAL-UNI.

II.2.1.B - Transport sur IP

Comme il a été évoqué précédemment, la structure de la couche réseau transport varie globalement si IP est choisi comme option de transport à la place d'ATM. Dans les paragraphes qui vont suivre nous verrons les différents protocoles intervenant sur la couche réseau transport suivant IP. Pour une meilleure perception, la figure qui suit illustre l'interface Iub basée sur IP.

Figure 18: Structure en couches de l'interface Iub basée sur IP

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Le Transport Network Control Plane qui fait intervenir le protocole ALCAP n'est pas requis dans la structure protocolaire de l'interface Iub basée sur IP, dans la mesure où les deux noeuds utilisent tous deux l'IP pour le transport des données.

II.2.1.B .a - La couche Physique

Elle représente la couche la plus basse de la structure protocolaire de la couche réseau transport. La couche physique est en charge d'assurer l'émission et de la réception d'un bit ou de train de bits. Elle se charge aussi de faire une conversion entre bits et signaux qui peuvent être électrique ou optique en fonction du support choisi. Au niveau du réseau d'accès de l'UMTS, les supports physiques utilisés pour le transport des paquets IP sont basés sur la norme IEEE 802.3.

Cette norme largement utilisée au niveau des réseaux basés IP est aussi connue sous le nom d'Ethernet.

II.2.1.B .b - L2

Au niveau de la couche L2, appelée communément la couche liaison de données. Les protocoles utilisés pour transmettre les paquets IP sont, en général, laissés non spécifiés pour ne pas limiter l'utilisation des autres protocoles à ce niveau et ainsi laisser à l'opérateur une large panoplie de choix afin d'assurer sa qualité de service. Cependant, 3GPP recommande que les entités utilisant l'option IP pour le transport doivent au moins supporter des caractéristiques spécifiques à la couche liaison de données, notamment : IPHC⁴ qui se charge de compresser les en-têtes UDP/IP en vue de réduire la longueur des paquets ; le protocole PPP-mux qui a pour rôle de multiplexer les paquets sur une seule et même trame PPP-mux ; ML/MC-PPP dont la fonction principale est la séparation des trames en définissant des classes de services. Durant les travaux du RAN⁵, il a été prouvé que l'approche du protocole PPP-mux fournit de bonnes performances.

Cependant, vu que les protocoles de la couche liaison de données ne sont pas standardisés, il revient donc à l'opérateur de choisir les protocoles L2 utilisés dans son réseau de transport IP pour trouver au mieux un bon compromis sur ses investissements et sa qualité de service fournie.

⁴ IPHC: Internet Protocol Header Compressor - Rapport technique du 3GPP, TR 25.933 version 5.4.0 Release 5.

⁵ RAN3: Diminutif du TSG RAN WG3 pour Technical Specification Group Radio Access Network Work Group 3. Ils sont responsable des spécifications des interfaces Iub, Iur et Iu.

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II.2.1.B .c - IP

Le protocole IP communément appelé Internet Protocol représente le protocole sur lequel est basé le transport dans la partie accès du réseau UMTS. Comme il a été vu précédemment, il existe deux versions du protocole IP, et dans la Release 5 du 3GPP, il est stipulé que tous les Node B de l'UTRAN doivent supporter la version 6 du protocole IP du fait que la version 4 n'est qu'une alternative pour coexister avec la version 6.

II.2.1.B .d - UDP

L'utilisation d'UDP laisse entendre que le protocole IP est utilisé au-dessous comme pour le protocole TCP dans les réseaux IP. UDP (User Datagram Protocol) est un protocole non orienté connexion utilisé pour les applications à temps réel. Dans les spécifications du 3GPP, l'utilisation de la pile UDP/IP au niveau 3 de l'architecture OSI est obligatoire dans tous les Node B de l'UTRAN. UDP offre le même service best effort comme le fait l'IP. Avec UDP il n'y a pas d'établissement de liaison pour l'envoi et la réception des données, raison pour laquelle elle est dite protocole non orienté connexion. UDP est utilisé à la place de TCP du fait qu'il offre une transmission beaucoup plus rapide que TCP qui nécessite des établissements de connexions préalables avant l'envoi ou la réception des paquets, et cela ne répond pas aux exigences des applications concernant le délai de transmission. Puisque les établissements de connexion ne sont pas effectués, le temps de transmission demeure ainsi plus court. Le seul désavantage avec UDP c'est que les paquets arrivant à destination ne sont pas garantis.

II.2.1.B .e - SCTP

SCTP pour Stream Control Transmission Protocol est un protocole qui a été développé par l'IETF⁶ dans le but d'assurer le transport de signalisation dans un réseau IP. Au niveau de l'interface Iub, SCTP est utilisé pour le transport de la signalisation entre le protocole d'application NBAP de la couche réseau radio et le reste des protocoles de la couche réseau de transport. SCTP est un protocole de transport fiable orienté connexion et implémente la congestion et le contrôle de flux, la détection de la corruption de données, la perte ou la duplication des données et prend en charge un mécanisme de retransmission sélective.

6 IETF: Internet Engineering Task Force est un comité de réflexion concernant les normes à utiliser pour les technologies et protocoles.

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II.2.2 - La couche réseau radio

Pour assurer l'interdépendance, la couche réseau radio est séparée de la couche réseau transport. De ce fait les protocoles intervenant sur la couche réseau radio demeurent les mêmes, et ce quelque soit l'option choisie pour le protocole de transport au niveau de la couche réseau de transport. La couche réseau radio de l'interface Iub fait ressortir deux protocoles, à savoir le protocole d'application (NBAP) et le Frame Protocol.

II.2.2.a - NBAP

Le protocole NBAP ou Node B Application Part représente ici le protocole d'application qui peut être vu comme le protocole de signalisation de la couche réseau radio. La principale fonction du protocole NBAP, comme il a été spécifié dans le 3GPP TS 25.433, c'est de fournir aux RNC les moyens de contrôler et de manager les ressources de la Node B. Si l'interface Iub est basée sous ATM, les messages NBAP sont transportés par le SAAL-UNI, sinon ils sont transmis par le SCTP si l'interface Iub est basée sur IP. Le protocole NBAP définit des procédures de signalisation qui sont essentiellement divisées en deux parties : les procédures communes et les procédures dédiées.

Les procédures communes de NBAP ne sont pas spécifiques aux UE, elles sont plutôt orientées pour la gestion de l'ensemble des fonctionnalités des Node B. Notamment, les configurations des cellules, les configurations des ressources communes des Node B entre autres. Cependant, bien que cela soit spécifique à un UE donné, la mise en place d'un Radio Access Bearer qui sert de transport entre l'UE et le réseau, est traitée dans le cadre des procédures communes.

Dans un tout autre registre nous distinguons aussi les procédures dédiées de NBAP, qui prennent en compte les procédures spécifiques aux UE (mis à part l'établissement du Radio Access Bearer). Ces procédures dédiées se chargent de l'établissement, de la libération et de la reconfiguration des liaisons radio pour un UE donné. Elles incluent aussi l'initialisation et la déclaration des mesures spécifiques des liaisons radio.

II.2.2.b - Frame Protocol

Le Frame Protocol se trouve au niveau du plan usager de la couche réseau radio, il est aussi appelé « Data Stream ». Il est non seulement responsable de la transmission des données utilisateurs sur la liaison radio mais aussi du transfert des informations de contrôle tel le contrôle de puissance par exemple. C'est la raison pour laquelle il définit la structure des

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trames appropriée pour chaque type de donnée. Ainsi les blocs de transport⁷ reçus par le Node B dans le sens montant via l'interface Uu sont ensuite relayés de façon transparente sur l'interface Iub en utilisant les structures de trames définies par le Frame Protocol. De la même manière, pour le sens descendant, les blocs de transport reçus par le Node B sont ensuite transmis via l'interface Uu à l'UE.

Le Frame Protocol est spécifié dans le 3GPP TS 25.427 pour les canaux de transport dédiés et dans le 3GPP TS 25.435 pour les canaux de transport communs, du fait qu'il soit divisé en deux parties distinctes, à savoir : le FP-CCH et le FP-DCH.

Le FP-CCH (Frame Protocols for Common Transport Channels) se charge d'assurer le transfert des blocs de transport pour les canaux de transport communs. Tandis que le FP-DCH (Frame Protocol for Dedicated Transport Channels) fournit le transfert des blocs de transport pour les canaux de transport dédiés.

Cependant, il est aussi à noter que les deux parties du Frame Protocol se chargent d'effectuer des mécanismes pour la synchronisation des canaux de transport aussi bien sur l'interface Iub que sur l'interface Iur. En fait, les canaux de transport sur l'interface Iub qui mènent du Drift RNC au Node B doivent avoir les mêmes paramètres de configuration que les canaux de transport sur l'interface Iur qui mène du Serving RNC au Drift RNC.

II.2.3 - Iub Hybride

Depuis la release 5 de 3GPP, le protocole IP a été introduit comme option de transport de ce fait, l'ATM qui était auparavant en charge d'assurer le transport sur l'interface Iub se trouve à présent n'être qu'une alternative et ne demeure plus être la seule option de transport sur la couche réseau de transport de l'interface Iub. De ce fait, comme nous l'avons étudié précédemment, il est possible d'avoir des interfaces Iub basées sur ATM et d'autres basées sur IP. Cependant il est aussi possible d'avoir des Iub basées non seulement sur ATM mais aussi sur IP : C'est le cas des Iub hybrides. Il est alors essentiel pour l'opérateur de mettre en place des solutions d'interfonctionnement pour assurer l'interopérabilité entre les interfaces ATM et IP lors de sa migration vers une architecture « Tout-IP » qui se fera assurément de façon graduelle. Cependant l'interopérabilité entre un noeud UTRAN disposant que d'interfaces basées sur IP et un noeud UTRAN basé sur ATM, doit être effectuée au sein de la couche réseau de transport dans le but de maintenir l'indépendance de la couche réseau radio. Ceci implique qu'aucun mécanisme d'interfonctionnement n'est requis dans la couche réseau

⁷ Un bloc de transport appartient à un canal de transport, cependant plusieurs blocs de transport peuvent être envoyés simultanément pour former un bloc de transport fixé.

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Chapitre II - Généralités sur l'interface Iub

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radio, quand bien même différentes technologies sont utilisées pour le transport dans la couche réseau de transport. Ainsi pour assurer l'interconnexion entre les noeuds supportant seulement l'option IP et ceux qui sont uniquement basés sur ATM, deux solutions ont été spécifiées dans la Release 5 du 3GPP : le Dual Stack, et le TNL IWU (Transport Network Layer Interworking Unit).

II.2.3.a - Dual Stack

Le Dual Stack est particulièrement adapté à l'interface Iub hybride. Dans cette option Dual Stack, qui se traduit en français par « Double Pile », un RNC de la Release 5 doit fournir deux piles de transport, à telle enseigne que les Node B basés sur ATM et ceux basés sur IP puissent être en mesure de s'interfacer avec un RNC basé IP. Le schéma qui suit illustre le principe du l'option Dual Stack.

Figure 19: Interfonctionnement ATM et IP avec Dual Stack

L'interfonctionnement se fait uniquement au niveau de la couche réseau transport, la couche réseau radio demeure la même quelque soit l'option choisie pour la couche réseau transport. Pour assurer l'interfonctionnement, généralement, un noeud IP communiquant avec un noeud purement basé ATM, nécessite la pile protocolaire complète d'ATM de la couche réseau transport. Sur l'interface Iub, la solution Dual Stack est suffisante pour répondre aux exigences d'interconnexion.

II.2.3.b - TNL IWU

Cette option est surtout implémentée dans les interfaces Iur pour une connexion entre un RNC basé IP voulant communiquer avec un RNC basé sur ATM. Un TNL IWU peut aussi bien être externalisé et placé quelque part entre les noeuds connectés ou peut être intégré dans un noeud IP donné pour assurer l'interfonctionnement ATM et IP. Il se charge principalement de

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Chapitre II - Généralités sur l'interface Iub

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fournir une translation entre les formats ATM et IP en intervenant uniquement au niveau de la couche réseau transport

Figure 20: Interfonctionnement ATM et IP avec IWU

La figure 20 illustre un TNL IWU externalisé fournissant une interface ATM d'un côté et une interface IP de l'autre. Cependant, il est essentiel pour le TNL IWU qu'il soit externalisé ou intégré dans un noeud IP, de disposer d'un plan du transport (Transport Network Control Plane) qui fait intervenir le protocole ALCAP utilisé pour l'établissement dynamique des connexions AAL2 entre le TNL IWU et le noeud basé sur ATM.

Dans ce chapitre nous avons étudié l'architecture de l'interface Iub et comment sa structure en couches se définit suivant les différentes technologies de transport choisies au niveau de l'UTRAN, notamment ATM et IP. Vu qu'actuellement nous assistons à une ère où la convergence « Tout-IP » est d'actualité, nous avons aussi fait voir un type d'interface Iub bien particulier, dit hybride dont le transport au niveau de l'UTRAN est aussi bien basé sur ATM que sur IP, et cela moyennant des techniques d'interfonctionnement entre les différents options de transport. Dans le chapitre suivant, nous verrons comment la SONATEL a déployé ses interfaces Iub dans son réseau d'accès.

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Chapitre III : L'interface Iub dans l'UTRAN de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Chapitre III

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Dans le réseau d'accès 3G de la SONATEL, l'interface Iub existe sous différentes architectures suivant la technologie choisie comme option de transport. Cela dépend aussi de la position géographique du Node B à raccorder au RNC et des différentes entités qui se trouvent entre eux. Pour tirer profit de façon optimale des ressources disponibles dans le réseau, la SONATEL se base sur les technologies existantes afin de définir comment relier au mieux le Node B au RNC. Dans la suite de cette étude nous verrons dans un premier temps les équipements spécifiques au Node B et au RNC, avant de voir les différentes architectures existantes de l'Iub, dépendamment de la technologie choisie pour assurer le transport. Nous verrons par la suite comment la SONATEL a établi ses liens Iub dans son réseau d'accès 3G, et enfin comment ses interfaces Iub sont gérées en vue d'en appréhender les instabilités rencontrées.

III.1 - Les équipements de l'UTRAN de la SONATEL

Après l'appel d'offre effectué par la SONATEL auprès des fournisseurs pour le déploiement du réseau 3G, l'équipementier Huaweï a su tirer son épingle du jeu. C'est ainsi que les principaux équipements de l'interface Iub tels que le Node B et le RNC ont été déployés par Huaweï.

III.1.1 - Le Node B

Le Node B de Huaweï aussi appelé DBS3900 est composé du BBU et du RRU qui sont respectivement des équipements Indoor et Outdoor.

Actuellement le BBU3900 et le RRU3804 sont les séries utilisées au niveau du réseau. Le BBU est l'équipement intelligent du Node B qui se charge de fournir des transmissions en bande de base et contient les interfaces de communication avec le RNC. Le RRU quant à lui, représente le module RF qui joue le rôle d'interface entre le système antennaire et le BBU, du fait qu'il reçoit les signaux en bande de base de la BBU3900 et les convertit en signaux RF pour le système antennaire.

Le BBU3900 est caractérisé par sa capacité à fournir des interfaces pour différents types de transport en E1/T1, en FE (port optique et électrique). Il supporte les transmissions en ATM, IP ou hybride et fournit aussi une source d'horloge interne en absence d'horloge externe pour la synchronisation.

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Chapitre III

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III.1.1.a - Les cartes du BBU3900

Le BBU3900 comprend plusieurs cartes qui ont chacune une fonction particulière :

· UBFA : Cette carte se charge de contrôler la ventilation du BBU3900.

· WBBP : Elle est la carte mère du BBU3900, elle traite les signaux en bande de base.

· UTRP : Il s'agit d'une carte d'extension de transmission de la BBU3900.

· WMPT : C'est la carte principale de contrôle et de transmission qui traite les signaux et manage les ressources pour les autres cartes. Elle contient les ports pour chaque type de transport.

· UPEU : Elle est essentielle, elle représente la carte d'alimentation du BBU3900.

La figure qui suit illustre les différentes cartes contenues au sein du BBU3900.

Figure 21: Les différentes cartes du BBU3900

Il peut y avoir jusqu'à trois RRU pour chaque BBU, et chaque RRU est relié au BBU par fibre optique. Au niveau de la SONATEL les DBS3900 disposent de six cellules, dont trois pour les données et trois autres pour la voix et les données. La figure qui suit illustre les composantes de la DBS3900 utilisées au sein de l'UTRAN.

Figure 22: Le DBS3900 de Huaweï.

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L'interface Iub dans l'UTRAN de la SONATEL

III.1.2 - Le RNC

Le RNC de Huaweï, aussi appelé BSC6810, a la possibilité de gérer 200 Node B et 600 cellules en configuration minimale avec un seul châssis, tandis qu'en configuration maximale avec deux châssis, 1700 Node B et 5100 cellules peuvent être gérés. C'est par le RNC que la supervision se fait au niveau du centre d'opération et de maintenance. Il est constitué d'un châssis double face contenant quatre compartiments comme l'illustre la figure qui suit.

Figure 23: Le BSC6810 de Huaweï

III.1.2.a - Les cartes du RNC BSC6810

Le RNC comprend plusieurs cartes pour chaque face du châssis. La figure suivante illustre la disposition des cartes au niveau du châssis.

Figure 24: Les cartes du BSC6810 de Huaweï.

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La figure 24 illustre les différentes cartes contenues au sein du RNC de Huaweï, notamment le BSC6810. Nous trouvons entre autres :

· SPUa : Elles sont en charge du traitement de toute la signalisation.

· DPUb : Les cartes DPUb s'occupent de tous les trafics voix et données. elles se chargent aussi du multiplexage et du démultiplexage des trafics entre les Node B et le coeur de réseau.

· GCUa et GCGa : Elles s'occupent des signaux de synchronisation. Elles sont en charge de la récupération des signaux d'horloge reçus depuis l'horloge de référence externe.

· SCUa : Elle se charge de la commutation interne du RNC ainsi que de la distribution des signaux d'horloge.

· OMUa : C'est via les cartes OMU que les opérations de maintenances et de supervision sont réalisées au niveau de l'OMC-R, elle contient tous les fichiers système.

· RINT représente les cartes de transport spécifiques qui permettent au RNC de s'interfacer avec les différents éléments du réseau. (Voir Annexe 1).

Pour assurer une bonne qualité de service, les cartes fonctionnent en redondance Active/Standby. De ce fait, si une carte active présente des disfonctionnements, la carte standby prend aussitôt le relais garantissant ainsi une continuité transparente des services fournis par le RNC.

III.2 - L'interface Iub dans l'UTRAN de la SONATEL

Comme il a été souligné dans le chapitre précédent, deux options de transport sont possibles pour assurer le transport au niveau de l'UTRAN. Dans le réseau de la SONATEL plusieurs configurations Iub ont été retenues, dont certaines sont basées exclusivement sur ATM tandis que d'autres sont hybrides et utilisent aussi bien l'ATM que l'IP pour assurer le transport.

III.2.1 - Architectures de l'interface Iub sous ATM

L'idée générale c'est de relier le Node B au RNC, et pour y parvenir beaucoup d'entités interviennent pour assurer la liaison. Dans le cas où le RNC n'est pas très éloigné du Node B, un raccordement direct peut être mis en oeuvre. Cependant, il arrive que le Node B soit éloigné, ainsi la solution serait d'utiliser le réseau de transmission SDH, et ensuite d'utiliser

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des prolongements⁸ pour relier le Node B au RNC. Différentes architectures sont possibles pour les interfaces Iub fonctionnant sur ATM, et cela dépend de la distance du site dans lequel se situe le Node B.

III.2.1.a - Raccordement direct

Dans le cas d'un raccordement direct, le Node B se trouve sur le même site que le RNC. Ainsi, il sera desservi par des E1 ou MIC qui sont basés sur la norme G.703 de l'UIT. La figure ci-dessous illustre un lien Iub par raccordement direct.

Figure 25: Interface Iub par raccordement direct

Quand bien même le Node B se trouve sur le même site que le RNC ils ne trouvent pas sur un même périmètre bien défini, de ce fait la liaison se fait via le réseau de transmission SDH qui fournit des accès pour chaque équipement du central afin de relayer les données de façon transparente. La jonction entre l'équipement et l'accès du réseau SDH est réalisée par des jarretières.

III.2.1.b - Prolongement par SHDSL

Dans la plupart du temps, le Node B se situe sur un site quelque peu éloigné du site dans lequel se trouve le RNC, généralement appelé un central. Vu que la SONATEL dispose déjà d'un réseau de transmission SDH, ainsi le premier reflexe serait de raccorder le Node B au réseau de transmission SDH via le NE le plus proche qui se chargera ensuite d'assurer la transmission jusqu'au RNC déjà raccordé au réseau de transmission à son niveau. Le NE de transmission est un ADM (Add Drop Multiplexer) tel l'ADR-2500 de l'équipementier SAGEM.

L'ADM est un multiplexeur SDH du fait qu'il peut multiplexer N signaux SDH pour former une trame STM-4 ou STM-16 suivant le constructeur de l'équipement.

8 Les prolongements servent de relais entre le réseau de transmission SDH et le Node B. Il existe différents types de prolongements suivant la distance du Node B à raccorder.

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Cependant, si l'ADM se trouve à moins de 4,5 km du Node B à raccorder, le recours à du SHDSL serait nécessaire pour atteindre le Node B et permettrait ainsi de faire la synchronisation sur une ou deux paires téléphoniques existantes.

Le SDHSL ou G.SHDSL est une des techniques de la famille DSL qui correspond à la norme internationale de l'UIT G.991.2. Il offre des débits symétriques en Upstream et Downstram qui peuvent atteindre 2,3Mbit/s sur une simple paire de fils cuivre. Ainsi des débits plus élevés peuvent être obtenus en utilisant deux à quatre paires de cuivre.

Dans cette architecture des modems SHDSL sont utilisés au niveau des Node B pour adapter les E1 sur les liaisons SHDSL, et à l'autre bout des liaisons SHDSL, un MSAN (Multiservice Access Node) de type Megaplex-4100 de l'équipementier RAD est utilisé pour la collecte de l'ensemble des liaisons SHDSL venant des Node B de sites différents. Ce même MSAN sera ensuite raccordé au réseau SDH via un ADM qui assurera la transmission jusqu'au RNC. Le Megaplex-4100 communément appelé MP-4100 et le modem SHDSL de la Node B peuvent être vus respectivement comme un « modem maître » et un « modem esclave » de la liaison SHDSL. La figure ci-après illustre une interface Iub avec une liaison SHDSL.

Figure 26: Interface Iub par prolongement SHDSL III.2.1.c - Prolongement par F.H

Il arrive que le site où se situe le Node B soit très éloigné de l'ADM et se trouve dans des zones difficiles d'accès, à telle enseigne qu'il soit hors de portée de la liaison SHDSL. De ce fait, pour atteindre le Node B il va falloir faire recours à l'utilisation des FH, communément appelés faisceaux hertziens, qui permettent d'avoir des portées beaucoup plus élevées.

Un faisceau hertzien est une liaison composée de deux antennes émettrices-réceptrices pointées exactement l'une vers l'autre, utilisant comme support les ondes radioélectriques avec des fréquences porteuses pouvant atteindre 40 GHz. Pour des raisons de distance et de visibilité, le trajet hertzien entre l'émetteur et le récepteur est souvent découpé en plusieurs tronçons, appelés bonds, reliés par des stations relais. Notamment, en voulant changer la direction d'un FH, un couple d'antennes peut être utilisé de telle sorte que l'une reçoit via une direction, et l'autre se charge de réémettre sur une autre direction donnée. Pour chaque liaison

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hertzienne il est essentiel de définir deux fréquences correspondant aux deux sens de transmission.

Les FH peuvent fournir des débits allant de 2 à 155 Mbits/s et une portée pouvant atteindre 70 km, et ce selon le plan de fréquence attribué.

Pour les interfaces Iub exclusivement basées ATM, les FH dit classiques sont utilisés pour assurer la liaison entre le Node B et le réseau de transmission sur lequel le RNC est raccordé. La figure qui suit illustre une liaison réalisée avec un faisceau hertzien.

Figure 27: Interface Iub par prolongement FH.

III.2.2 - Architecture de l'interface Iub sous IP

La SONATEL a débuté le déploiement de ses Node B dans le courant de l'année 2010, ce qui implique qu'actuellement ils sont en cours de migration vers le « Tout-IP ». Assurément, cette migration se fait graduellement avec l'utilisation du réseau ATM d'un côté, le réseau IP de l'autre et entre les deux réseaux des équipements hybrides sont utilisés. Par analogie à l'interface Iub, l'interconnexion est réalisée en faisant recours à des équipements fournissant des interfaces ATM et Ethernet avec l'option Dual Stack qui a été étudiée dans le chapitre précédent (Figure 19). On peut distinguer plusieurs architectures Iub faisant intervenir l'option Dual Stack au sein du réseau.

III.2.2.a - Dual Stack sur FH

La SONATEL dispose d'un nouveau type de FH, dit FH hybride qui se charge d'assurer la fonction de Dual Stack. Le FH hybride est de type 9500 MPR (Microwave Packet Radio), dernier né de la gamme d'Alcatel-Lucent, il représente une nouvelle génération de FH nativement IP/Ethernet. Le FH hybride fournit des interfaces E1, Ethernet et STM permettant

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ainsi de s'interfacer d'une part avec le réseau IP/MPLS et d'autre part avec le réseau SDH. Il fournit ainsi un moyen de faire une migration souple vers une infrastructure tout IP.

Le 9500 MPR supporte non seulement le trafic ATM existant, mais il se charge aussi de transformer l'ensemble des trafics reçus en paquets IP avant de procéder à l'émission via l'antenne FH.

Le 9500 MPR est composé du MSS (Microwave Service Switch) qui représente la partie Indoor, tandis que l'ensemble formé du MPT (Microwave Packet Transport) et de l'antenne FH représente la partie Outdoor. A l'émission au niveau de l'équipement Indoor, notamment le Microwave Service Switch, le trafic ATM reçu est encapsulé sur des paquets IP par l'émulation PSEW3⁹ et à la réception, l'opération inverse est effectuée pour la reconstruction du trafic ATM d'origine. Ainsi les différents types de trafic des Node B seront acheminés au RNC, du fait que le trafic ATM sera relayé vers le réseau SDH tandis que les paquets IP natifs pourront transiter vers le réseau IP/MPLS. La figure qui suit illustre l'architecture Iub basée sur le FH hybride.

Figure 28: Interface Iub hybride par prolongement FH.

III.2.2.b -Dual Stack sur MP-4100

Le Megaplex-4100, communément appelé MP-4100 est un équipement de la firme RAD. Il représente ici l'équipement intelligent qui se charge non seulement de fournir des interfaces standard d'ATM basées sur la spécification de l'IUT I.432.3, mais aussi des interfaces Ethernet et STM-1. Ce qui lui permet de s'interfacer avec le réseau IP/MPLS et le réseau de transmission SDH en fournissant ainsi aux opérateurs de faire une migration souple vers le « Tout-IP ». Dans cette architecture les Node B disposent de modems SHDSL pour

⁹ La technique d'émulation PSWE3 est utilisée pour adapter les trafics ATM en paquet IP, tel qu'il a été défini dans la fiche technique du 9500 MPR d'Alcatel-Lucent.

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multiplexer la voix et les données sur la liaison SHDSL, ainsi à la terminaison de la liaison SHDSL, le MP-4100 se chargera de récupérer les différents types de trafics et de les acheminer vers le réseau de transmission approprié, à destination du RNC.

Le MP-4100 a aussi la capacité d'émuler les trafics des technologies traditionnelles, tel l'ATM sur un réseau IP en utilisant l'émulation PSWE3. Cependant, dans cette architecture cette émulation n'a pas lieu d'être utilisée, du fait que le MP-4100 est déjà raccordé sur le réseau SDH. La figure qui suit illustre l'architecture d'une interface Iub basée sur le MP4100.

Figure 29: Interface Iub hybride par prolongement SHDSL.

III.2.2.c -Dual Stack sur Cell Site Gateway

Dans cette architecture le Dual Stack est effectué par deux entités du réseau, à savoir le Cell Site Gateway (CSG) et le RNC Site Gateway (RSG) ou MASG (Mobile Aggregation Site Gateway). A eux deux ils fournissent des interfaces ATM et Ethernet pour le transport respectif de la voix et des données.

Le CSG et le MASG sont respectivement connectés au Node B et au RNC et servent à coupler les deux technologies de transport via un réseau IP en utilisant l'émulation PSWE3¹⁰. Ainsi les trafics temps réel d'ATM (la voix) seront adaptés par le CSG en vue d'être transportés sur le réseau IP/MPLS à destination du MASG qui se chargera d'effectuer l'opération inverse. Le CSG et le MASG peuvent être considérés respectivement comme un « modem esclave » et « modem maître ».

Sur l'interface Iub, en aval du CSG des liaisons SHDSL sont établies. Le CSG se charge alors de séparer les flux en définissant ainsi un VLAN approprié pour chaque type de trafic. De ce fait, chaque paire SHDSL contient un type de trafic donné, entre autres les données utilisateur (HSDPA et HSUPA) ainsi que la voix et les données essentielles pour la supervision.

¹⁰ PSWE3 : Pseudo Wire Emulation Edge-to-Edge est une technique d'émulation d'une connexion point à point sur un réseau à commutation de paquet, tel qu'il a été défini par l'IETF.

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Le DSLAM se chargera ensuite de faire la collecte de l'ensemble des liaisons SHDSL. Il se charge de regrouper le trafic des différentes lignes SHDSL et de le rediriger vers un commutateur, qui à son tour, s'occupera de faire l'aiguillage vers le routeur de périphérie du réseau IP/MPLS, communément appelé le PE routeur (Provider Edge Router).

Au coeur du réseau IP/MPLS, les flux de même type sont traités de la même manière en suivant un même chemin préétabli par le routeur de périphérie. A cet effet, le PE routeur se base sur les VLAN et définit ainsi des tables de routage virtuelles dites VRF (Virtual Routing and Forwarding) pour chaque VLAN correspondant.

A la sortie du réseau IP/MPLS, le MASG se chargera de faire la collecte du trafic puis procède à une séparation des flux avant de le remettre au RNC. Cette séparation de flux est rendue possible par les VRF contenues au sein du MASG qui permettent de mapper un VLAN à chaque de type de flux donné, et ce pour tout le trafic venant de l'ensemble des Node B contrôlé par le même RNC. La figure suivante illustre l'architecture de l'interface Iub basée sur IP.

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Figure 30: Interface Iub basée sur IP

Cette architecture est la plus utilisée dans le réseau d'accès 3G de la SONATEL. Elle offre des débits conséquents en HSDPA, notamment avec la technique de raccordement double entre le CSG et le DSLAM qui consiste à utiliser le port ADSL2+ du CSG pour raccorder une paire SHDSL. Cependant, cette technique de raccordement double est liée à une contrainte de distance, car le CSG doit se situer à moins de 2 Km du DSLAM pour bénéficier de débits optimaux.

III.3 - La supervision de l'interface Iub

Pour garantir une bonne efficacité du réseau, les équipements doivent fonctionner pleinement et en permanence. A tous les niveaux, chaque équipement constitue un maillon sensible dont

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la disponibilité et la qualité de service conditionnent le bon fonctionnement du réseau. Les problèmes liés aux équipements doivent donc être réduits au minimum, car un temps soit peu d'indisponibilité pourrait avoir des impacts très préjudiciables sur la qualité de service du réseau. Il est donc essentiel de garantir une remontée d'information rapide en cas de problème en vue de faire une intervention dans les plus brefs délais. Tel est le rôle de la supervision.

Au niveau du réseau de la SONATEL, la supervision se fait à plusieurs niveau du réseau dans le sous système d'exploitation et de maintenance (OSS). Dans le cas de la supervision des éléments de l'UTRAN, la supervision est faite au niveau du centre d'exploitation et de maintenance radio, communément appelé OMC-R (Operation and Maintenance Center-Radio) pour faire court. Le centre d'exploitation et de maintenance assure la gestion technique qui consiste à garantir la disponibilité et la bonne configuration des équipements du réseau. Ses axes de travail sont la supervision des équipements, la suppression des dysfonctionnements, la gestion des versions logicielles, la gestion des performances et gestion de la sécurité. Dans la suite de cette étude, nous ferons focus sur la supervision des équipements de l'interface Iub, à savoir le Node B et le RNC.

III.3.1 - Description du M2000 (Huaweï)

Le iManager M2000 Mobile Element System de Huaweï, pour faire court est communément appelé M2000 Huaweï, est le système de management du réseau utilisé par la SONATEL pour assurer la supervision de son réseau d'accès 3G. Le M2000 est composé d'un serveur, de clients et d'une boite d'alarme, le tout formant ainsi un environnement Client/Serveur. Il est aussi possible d'avoir une architecture dans laquelle plusieurs serveurs interviennent, dans ce cas les serveurs fonctionneront en mode Master/Slave. Le M2000 serveur est connecté RNC, disposant ainsi d'une vue globale de l'ensemble des Node B et RNC du réseau. Cette interconnexion entre le M2000 serveur et le RNC est faite via les cartes OMU du RNC par Ethernet. Les M2000 clients, aussi appelés LMT (Local Maintenance Terminal) sont raccordés au serveur par le biais d'un réseau LAN Ethernet. La boite d'alarme (ou Alarm box) est connectée au LMT et quand une alarme est signalée, le LMT se charge de transférer les alarmes à la boite d'alarme qui s'assure de générer des alarmes audio-visuelles, en d'autres termes elle émet des indications audibles et visibles. Le M2000 offre au superviseur une interface graphique conviviale sur le LMT et lui offre la possibilité de manager et de gérer les équipements et ressources du réseau à l'aide de commandes spécifiques (MML Command). Pour une meilleure perception la figure 31 illustre l'architecture du M2000 de Huaweï.

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L'interface Iub dans l'UTRAN de la SONATEL

Figure 31: Architecture du M2000 Huaweï

III.3.2 - Les alarmes du M2000 (Huaweï)

Différentes sortes d'alarmes sont signalées par le M2000, et elles dépendent surtout de la nature même des défaillances des équipements, ainsi que de leurs gravités.

III.3.2.a - Nature des alarmes

Les alarmes peuvent être de natures différentes suivant la cause de la défaillance. Ces alarmes peuvent être causées par une défaillance au niveau même de l'équipement, telle une carte détériorée, ou alors des défaillances liées à l'infrastructure des sites et leurs accessoires. Dans le M2000 Huaweï nous trouvons entre autres les alarmes qui suivent :

· Alarme d'alimentation

· Alarme d'environnent

· Alarme de signalisation

· Alarme de transmission

· Alarme Hardware

· Alarme Software

· Alarme de fonctionnement du système

· Alarme de communication système

· Alarme QoS

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Le superviseur a la possibilité de créer un filtre pour afficher des alarmes spécifiques à leurs natures et à leurs degrés de gravité pour que les défaillances de niveau critique par exemple puissent être restaurées dans les plus brefs délais. La figure qui suit illustre un filtre pour le choix des natures d'alarme voulant être listées.

Figure 32: Filtre des natures d'alarmes sur M2000 pour les cellules 3G hors services.

III.3.2.b - Niveau de gravité des alarmes

Suivant la sévérité des alarmes, nous avons entre autres :

· Alarme critique : Telle une panne d'énergie sur site qui affecte l'ensemble de l'opération du système. Elle nécessite une restauration immédiate.

· Alarme majeure : Elle indique quand un câble présente des défauts par exemple, et si ces défaillances ne sont pas pris en charge elles peuvent affecter la qualité de service.

· Alarme mineure : Telle des bits d'erreurs dans certains liens physique, elle indique que la qualité de service est légèrement affectée.

· Alarme d'avertissement : Elle est purement indicative, elle informe sur le statut de l'équipement durant l'exécution d'une tâche.

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La figure qui suit illustre les alarmes remontées par M2000 de l'ensemble des cellules hors services du réseau 3G de la SONATEL.

Figure 33: Alarmes des cellules 3G hors services

Tel nous pouvons le voir sur la figure 33, toutes les six cellules du Node B se trouvant sur le site Cap Manuel sont hors services, en général cela est causé par un problème lié à l'énergie du site ou par des coupures de liaisons entre le Node B et le RNC.

Le M2000 de Huaweï offre une large panoplie pour la gestion et le management des équipements et ressources de l'UTRAN. Ainsi tous les Node B et RNC du réseau d'accès 3G de la SONATEL sont supervisés pour assurer leurs bons fonctionnement et palier aux défaillances en cas de panne. De plus, après chaque défaillance une intervention dite curative est faite sur le site dans un délai de 30 min après la signalisation de l'alarme par le superviseur. Dans le même contexte, la SONATEL se charge aussi de faire des interventions préventives qui sont faites régulièrement pour s'assurer du bon état de fonctionnement des

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Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Chapitre III

Mamadou Lamine NDIAYE L'interface Iub dans l'UTRAN de la SONATEL

équipements et de leur environnement. Cela permet d'éviter d'éventuelles défaillances techniques qui nécessiteront des interventions curatives à l'avenir.

Nous avons fait voir dans ce chapitre les différentes architectures de l'interface Iub existantes au niveau du réseau de la SONATEL. Nous avons aussi étudié comment la SONATEL a déployé ses interfaces Iub hybrides en vue de faire coexister les technologies ATM et IP pour effectuer une migration graduelle vers une architecture « Tout-IP ». Dans ce chapitre nous avons aussi fait voir la façon dont les interfaces Iub sont supervisées dans le centre d'opération et de maintenance radio (OMC-R) de la SONATEL. Dans le prochain chapitre, nous étudierons les instabilités liées à ces interfaces en vue d'en améliorer la qualité de service du réseau 3G.

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Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Chapitre IV : Instabilités de l'interface Iub et QoS dans l'UTRAN de la SONATEL

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Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Chapitre IV

Mamadou Lamine NDIAYE Instabilités de l'interface Iub et QoS dans l'UTRAN de la SONATEL

Tel nous l'avons vu dans le chapitre III, l'interface Iub peut être, de temps à autre, sujette à des défaillances de natures et de gravités différentes. Cependant, une inconstance de nature spécifique, telle la perte de synchronisation, vient assez régulièrement au niveau de l'interface Iub, et cela est quelque peu préjudiciable à la qualité de service du réseau. Dans ce chapitre nous allons étudier, dans un premier temps, le réseau de synchronisation de la SONATEL. Nous verrons par la suite les causes liées aux pertes de synchronisation en vue de voir les différentes solutions possibles pour éviter, ou au pire, réduire au mieux la perte de synchronisation du réseau. Enfin, nous finirons par voir des perspectives d'avenir afin d'améliorer la qualité de service et ainsi faciliter la synchronisation du réseau.

IV.1 - La synchronisation dans le réseau d'accès 3G de la SONATEL

IV.1.1 - Description

La synchronisation est essentielle pour le bon fonctionnement du réseau. Il s'agit d'un concept générique dont une source d'horloge se charge d'attribuer à tous les éléments du réseau le même signal d'horloge en vue d'éviter une fluctuation de fréquence ou de gigue qui peuvent être à l'origine de pertes de données.

Cependant, les pertes de données causées par les problèmes de synchronisation peuvent être réduites par l'utilisation d'horloges synchronisées avec une horloge de référence de type atomique, et ce dans tous les noeuds de l'UTRAN.

Pour rappel, l'horloge atomique est une horloge de très haute précision basée sur l'atome Césium. En effet, l'atome Césium est utilisé comme référence de la durée d'une seconde¹¹, du fait que la seconde représente la durée de 9 192 631 770 périodes de la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome Césium 133 : d'où le nom d'horloge atomique. Les horloges atomiques avec leur stabilité et leur précision avoisinant la picosecondes font qu'elles constituent aujourd'hui les étalons du temps (ou de fréquence).

La distribution d'horloge de référence peut être faite à plusieurs niveaux du réseau.

Dans le cas du réseau de la SONATEL, la synchronisation est faite au niveau du réseau SDH par deux horloges atomiques de l'équipementier Oscilloquartz fonctionnant en mode Master/Slave. De ce fait, si l'une tombe en panne, l'autre se charge de prendre le relais pour assurer la distribution fiable de synchronisation.

¹¹ L'unité de la seconde a été définie lors de la 13^ème Conférence générale des poids et mesures (CGPM) en 1967.

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Mémoire de fin de cycle - Master 2

Chapitre IV

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Mamadou Lamine NDIAYE

Instabilités de l'interface Iub et QoS dans l'UTRAN de la SONATEL

Tel qu'il a été défini dans la spécification de l'IUT G.811, les horloges atomiques sont utilisées au sein des réseaux SDH comme horloge de référence primaire (Primary Reference Clock) pour assurer une bonne distribution d'horloge sur tous les noeuds du réseau.

La figure qui suit illustre la distribution d'horloge dans le réseau d'accès 3G de la SONATEL.

Figure 34: Distribution de l'horloge dans l'UTRAN de la SONATEL.

Comme l'illustre la figure, la distribution de l'horloge du PRC est assurée au niveau du réseau SDH pour assurer la synchronisation de tous les noeuds de l'UTRAN. Ainsi d'une part le MASG récupère l'horloge de référence pour l'acheminer au RNC, et d'autre part le DSLAM se charge de fournir une synchronisation des Node B après avoir récupéré le signal d'horloge. Et dans le cas où l'horloge atomique « Master » présente des défaillances, l'horloge de référence « Slave » se charge de prendre le relais.

IV.1.2 - Les causes liées à la perte de synchronisation

Dans le réseau de la SONATEL, on constate qu'il se passe parfois des phénomènes de glissements d'horloge, ou gigue, qui peuvent entrainer à la longue des pertes de données car les équipements perdent leur référence d'horloge de synchronisation. Au niveau de la supervision par exemple, les alarmes liées au problème de synchronisation viennent assez souvent, du fait que les Node B perdent leur référence d'horloge et cela est lié à plusieurs facteurs tels des cartes détériorées contenues au sein des équipements, des connecteurs défaillants entre autres. Mais parmi les causes les plus fréquentes, nous avons des détériorations sur les paires torsadées au niveau de la boucle locale ainsi qu'un souci de

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Mamadou Lamine NDIAYE Instabilités de l'interface Iub et QoS dans l'UTRAN de la SONATEL

régénération du signal d'horloge dans le réseau de synchronisation. Nous tenterons de voir les solutions viables aux pertes de synchronisation du réseau 3G de la SONATEL.

IV.2 - Solutions à la perte de synchronisation du réseau 3G IV.2.1 - Section des paires de cuivre

Mis à part les défaillances techniques évoquées précédemment, la plupart du temps, les pertes de synchronisation ne sont qu'une conséquence des défaillances physiques au niveau des paires torsadées sur la partie SHDSL. En effet, le SHDSL utilise la boucle locale comme support physique, dans laquelle la paire torsadée est utilisée du répartiteur au Node B en passant par les sous-répartiteurs et les points de concentration. La figure qui suit illustre la boucle locale dans laquelle la paire torsadée est utilisée jusqu'aux Node B.

Figure 35: Boucle locale du réseau d'accès.

La paire torsadée de la boucle locale est composée d'une paire de cuivre de diamètre de 0.4 mm, 0.6 mm et 0.8 mm, et sont communément exprimées en dixième de millimètres. La paire de cuivre 4/10^ème est couramment utilisée sur les tronçons de la boucle locale de la SONATEL. Parmi les différentes paires de cuivre de la boucle locale, celles en 4/10^ème sont beaucoup plus sujettes aux défaillances physiques, du fait qu'elles sont beaucoup plus

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Mémoire de fin de cycle - Master 2

Chapitre IV

Mamadou Lamine NDIAYE Instabilités de l'interface Iub et QoS dans l'UTRAN de la SONATEL

exposées aux détériorations et aux coupures dans le long terme que les autres paires de cuivre de diamètres supérieures. En effet plus le câble est gros, plus il est cher mais meilleure est sa qualité. De plus, la formule physique sur la résistivité¹² du fil montre que, plus le diamètre du fil de cuivre est grand, et plus sa capacité à s'opposer à la circulation du signal électrique diminue. En d'autres termes, à longueur égale, l'affaiblissement est moindre dans un câble de grosse section. De ce fait, quand bien même elles sont plus coûteuses, l'utilisation des paires de cuivre 8/10^ème

prime sur celles de diamètres inférieures pour une meilleure qualité de service sur le long terme.

IV.2.2 - Régénération du signal d'horloge

Il faudrait aussi se pencher sur le réseau de synchronisation, car même si toutes les liaisons de la boucle locale sont faites avec des paires de cuivre de type 8/10^ème, les pertes de synchronisation persisteront toujours. Le réseau de synchronisation est essentiel pour éviter les pertes de synchronisation au niveau des Node B, et ces pertes de synchronisation peuvent aussi être causées par le manque d'équipements régénérateurs d'horloge de synchronisation. En effet, lorsque le nombre d'équipements traversés est important, une dégradation du signal d'horloge peut avoir lieu et les équipements ne seront ainsi plus synchronisés. Pour pallier à cette dégradation, l'horloge doit être régulièrement régénérée à partir d'une source plus précise appelée SSU (Synchronisation Supply Unit). Dans le cas du réseau de la SONATEL, où la synchronisation est faire sur le réseau SDH, il faudrait s'assurer que les informations de synchronisation du PRC soient acheminées avec précision à tous les noeuds du réseau via une chaîne de référence définie dans la spécification de l'IUT G.803, illustrée sur la figure 36.

Figure 36: Chaîne de référence du réseau de synchronisation SDH.

Comme l'illustre la figure 36, le nombre maximum de noeuds traversés avant de régénérer l'horloge à l'aide d'un SSU ne doit pas excéder 20 ; le nombre de SSU maximum derrière un

12 Loi d'Ohm sur la résistance

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Mamadou Lamine NDIAYE Instabilités de l'interface Iub et QoS dans l'UTRAN de la SONATEL

PRC doit être égal à 10 et en tout état de cause aucun noeud ne doit être séparé de plus de 60 équipements du PRC. Les éléments de la chaîne de référence sont entre autres :

· PRC : Le Primary Reference Clock représente l'horloge maîtresse du réseau. Elle peut être une horloge atomique ou un dispositif extrayant la synchronisation d'un signal GPS depuis des satellites, du fait que les satellites disposent d'horloges atomique embarquées. Sa précision est de 10^-11 suivant la spécification de l'IUT G.811.

· SSU : Le Synchronization Supply Unit se charge d'assurer la régénération de l'horloge en éliminant la gigue accumulée et le dérapage de l'horloge conformément aux valeurs limites¹³, en vue de fournir ainsi une distribution fiable de synchronisation aux noeuds du réseau. Le SSU a été défini dans la spécification de l'IUT G.812 et dispose d'une précision de l'ordre de la nanoseconde.

· SEC : Le SDH Equipment Clock se charge de récupérer l'horloge incidente sur un des ses accès et le propage aux noeuds suivants à partir de son horloge locale. Sa précision ne doit être inférieure à 10-⁷ telle qu'elle a été définie dans la spécification de l'IUT G.813.

Pour une bonne synchronisation du réseau SDH et éviter au mieux les pertes de synchronisation, l'horloge PRC de plus fort niveau doit être doublée par une horloge secondaire SRC (Secondary Reference Clock).

Cependant, l'architecture du réseau SDH de la SONATEL est telle que chaque noeud du réseau reçoit au moins deux circuits d'horloge, du fait que le réseau SDH est de type bidirectionnel en anneau. Ainsi la référence primaire sera injectée sur la 1^ère fibre tandis que la référence secondaire se chargera de diffuser sur la 2^ème fibre, la fibre de secours. L'horloge secondaire sera utilisée en cas de rupture du circuit normal ou en cas d'annonce du noeud N1 d'une perte du rythme de référence, ainsi l'horloge du SRC sera considérée comme nouvelle source de référence pour la synchronisation. Il est cependant essentiel de souligner que sur chaque fibre (normal comme secours) il faudrait qu'il y ait des SSU communs aux deux fibres qui se chargeront de régénérer l'horloge qui subira une dégradation après avoir traversé un certain nombre de noeuds. La figure ci-dessous illustre la distribution de l'horloge sur un réseau SDH en anneau bidirectionnel.

¹³ Les limites de la tolérance de la gigue du réseau de synchronisation SDH sont spécifiées dans le G.823 IUT.

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Instabilités de l'interface Iub et QoS dans l'UTRAN de la SONATEL

Figure 37: Distribution des signaux d'horloge dans un réseau SDH.

Il aussi important de souligner qu'entre les noeuds du réseau des messages d'état de synchronisation SSM (Synchronous Status Messaging) sont échangés pour identifier le niveau de la qualité d'horloge transportée et pour spécifier aux noeuds un critère de sélection de leurs sources de synchronisation listées ci-dessous par ordre de priorité :

· Source d'horloge provenant d'un PRC

· Interface STM-N Est (provenant de l'ADM voisin, qui est synchronisé par la référence secondaire SRC de secours en cas de panne de la référence primaire)

· Interface STM-N Ouest (Provenant de la SRC de secours, par l'autre côté de l'anneau)

· Horloge interne

Ainsi, un message G.811 est inclus dans l'octet S1 de la trame STM (MSOH) pour spécifier que l'horloge est de « très bonne qualité » de type PRC ; G.812 pour une horloge de « bonne qualité » de type SSU ; G.813 pour une horloge interne d'équipement. Et surtout un message spécial a été crée : Do Not Use (DNU). En effet, lorsqu'une horloge est récupérée sur l'entrée d'un port, le message DNU accompagne l'horloge dans le sens sortie de ce même port pour éviter ainsi l'apparition d'une boucle de synchronisation.

Le message DNU est aussi utilisé pour spécifier au noeud récepteur qu'il n'y a plus de source de synchronisation extérieure, dans ce cas le noeud utilise sont horloge interne et entre ainsi en

mode Free Running.

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IV.3 - Perspectives d'avenir

Quand bien même les solutions évoquées précédemment représentent de bonnes alternatives pour pallier à la perte de synchronisation du réseau, il serait aussi essentiel de se pencher sur d'autres alternatives qui permettront au mieux d'éviter les pertes de synchronisation dans l'avenir.

IV.3.1 - Synchronous Ethernet (Sync-E)

La migration vers le « Tout-IP » est d'actualité et les opérateurs tendent à déployer de plus en plus des réseaux de transport basés sur IP. Cependant, les réseaux à commutation de paquets, tel le réseau IP est asynchrone de nature et ne sont pas appropriés au transport d'horloge de synchronisation du fait qu'il pourrait y avoir des inexactitudes du signal d'horloge produites par perte des paquets ainsi que la variation du délai des paquets (PVD) qui peuvent avoir un impact préjudiciable sur la performance de la synchronisation délivrée. Ainsi la synchronisation devient un grand défi pour les opérateurs voulant migrer vers un réseau de transport basé uniquement sur Ethernet et IP/MPLS.

Le défi de la synchronisation via le réseau IP affecte surtout les services mobiles, car sans solutions viables de transfert d'horloge, les opérateurs désirant mettre en place une infrastructure tout IP surtout au niveau RAN (Radio Access Network), vont courir le risque d'avoir des interruptions de service liées au manque de synchronisation des Node B. Ainsi les réseaux à commutation de paquets, nécessitent donc une distribution d'horloge robuste pour tous les éléments du réseau tels les Node B, afin d'assurer une relève précise en temps réel des services voix et vidéo, ainsi que pour les applications de données.

Pour faire face au caractère asynchrone du réseau à commutation de paquets et éviter ainsi les PVD, l'Ethernet Synchrone ou Synchronous Ethernet en anglais, communément appelé SyncE pour faire court, est une solution viable pour pallier à ces limitations et assurer la synchronisation. SyncE est une solution idéale pour le transport de fréquence sur un réseau basé Ethernet, du fait qu'il supporte une fonction de transport de synchronisation similaire au réseau SDH. SyncE a été standardisé par IUT en coopération avec IEEE, et l'IUT a publié trois recommandations portant sur SyncE, à savoir le G.8261, G.8262 et le G.8264.

IV.3.1.a - Description

Synchronous (SyncE) est une évolution de l'Ethernet conventionnel dans le sens où il supporte une fonction du transport de synchronisation avec une haute précision. En effet, tous les éléments du SyncE sont synchronisés sur une source d'horloge de référence tandis qu'en

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Mamadou Lamine NDIAYE Instabilités de l'interface Iub et QoS dans l'UTRAN de la SONATEL

Ethernet conventionnel les équipements fonctionnent juste en mode Free Running du fait qu'ils ne disposent pas de référence d'horloge. C'est cela qui cause surtout les PVD des paquets du fait qu'il a une différence notoire de la précision de synchronisation : 100 ppm¹⁴ en Ethernet conventionnel pour 4.6 ppm en SyncE. Cependant, tous les éléments SyncE doivent fonctionner avec des interfaces Ethernet fonctionnant en transmission continue¹⁵ car SyncE se base sur la couche physique pour le transfert de l'horloge en se basant sur le bit-time qui désigne le temps mis pour transmettre un bit.

Le mécanisme de fonctionnement du SyncE est le même que pour le réseau de synchronisation SDH. Il utilise les mêmes spécifications d'horloge, du fait que la même chaîne de référence du réseau de synchronisation SDH (Figure 36) a été aussi définie pour le SyncE dans la recommandation de l'IUT G.803 à la seule différence que les éléments SEC du SDH seront remplacés par les EEC (Ethernet Element Clock). Cependant les mêmes PRC et SSU sont utilisés au niveau de chaque type de réseau de synchronisation.

Les EEC du SyncE ainsi que les SEC du SDH répondent tous deux aux exigences de limitations de gigues sur les interfaces de sortie comme elles ont été définies dans la recommandation de l'IUT G.823.

IV.3.1.b - Réseau de synchronisation unifié

Le point important à soulever sur l'utilisation du réseau de synchronisation SyncE sur un réseau basé Ethernet, c'est qu'il se marie bien avec le réseau de synchronisation SDH du fait que les mêmes messages de statut de synchronisation (SSM) sont utilisés. Pour rappel, le SSM contient le niveau de qualité d'horloge pour chaque équipement de la chaîne de distribution avec l'utilisation d'un message spécial, dit DNU utilisé en cas de rupture de liens ou de source d'horloge perdue.

Au niveau du SyncE, les messages de statut de synchronisation fonctionnent de la même manière que ceux du réseau SDH. La seule différence réside sur la forme des paquets. Au niveau SDH les SSM sont contenus dans la trame SDH (MSOH), tandis que SyncE utilise l'ESMC (Ethernet Synchronization Messaging Channel) qui consiste en des trames Ethernet spéciales telles qu'elles ont été définies sur la spécification de l'IUT G.8264/Y.1364.

Au vu des nombreuses similarités entre SyncE et le réseau de synchronisation SDH, et surtout que les architectures soient les mêmes partout, il est alors possible que le réseau de

14 PPM : Partie par million, une unité souvent utilisée lorsque le pourcentage est inférieur à 0,01%. ( http://fr.wikipedia.org/wiki/Partie_par_million)

¹⁵ Full Duplex Ethernet avec 100Base-TX, 1000BaseT, 2Base-TL, 100Pass-TS

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synchronisation SDH soit combiné avec le réseau de synchronisation SyncE pour former ainsi un réseau de synchronisation unifié. La figure qui suit illustre l'architecture d'un réseau de synchronisation SyncE combiné au SDH.

Figure 38: Réseau de Synchronisation SDH et SyncE unifié

Comme nous pouvons le voir sur la figure 38, le réseau de synchronisation SDH peut être uni au réseau de synchronisation SyncE moyennant des équipements hybrides disposant aussi bien d'interfaces ATM que d'interfaces Ethernet. Le réseau de synchronisation unifié est possible, car les spécifications sur les SEC sont les mêmes que sur les EEC du SyncE et les EMSC du SyncE acheminent les mêmes informations que le SSM du SDH.

Le SyncE est une solution idéale pour une bonne synchronisation, car elle combine le rapport coût-efficacité d'Ethernet et la capacité de distribution de synchronisation du réseau SDH. L'avantage qu'a le SyncE sur le standard Ethernet c'est que les Node B seront synchronisés sans variation de délai des paquets (PVD) au sein du réseau IP ce qui résout ainsi le problème de distribution de synchronisation dans le contexte d'un réseau à commutation de paquets fonctionnant en mode asynchrone.

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Mémoire de fin de cycle - Master 2

Chapitre IV

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Instabilités de l'interface Iub et QoS dans l'UTRAN de la SONATEL

IV.3.2 - Network Timing Reference

Le NTR est une méthode très précise normalisée pour la distribution de fréquence sur le dernier kilomètre basé sur la technologie DSL, telle le SHDSL. Ainsi, au lieu de se baser sur une référence d'horloge externe comme le PRC, cette approche consiste à utiliser le Network Timing Reference au niveau des DSLAM supportant cette fonctionnalité. Ainsi l'horloge de référence sera envoyée par le DSLAM qui se chargera de mapper l'information d'horloge de référence sur le SHDSL pour les modems SHDSL distants au niveau des Node B. Cela fournit une bonne synchronisation des Node B.

Quand bien même l'utilisation du NTR n'est pas exigée dans la recommandation de l'IUT G.991.2, la plupart des nouveaux DSLAM supporte cette fonctionnalité. Cela représente une solution viable pour une meilleure synchronisation au niveau DSL. Cependant, dans le cas ou les DSLAM ne supportent pas la fonctionnalité NTR, il va falloir utiliser une référence d'horloge externe. Il est important de souligner que l'utilisation du NTR n'exclu pas l'utilisation d'autres moyens de distribution de l'horloge au sein du réseau, car le NTR est surtout destiné pour assurer une source de référence d'horloge précise en vue d'assurer la synchronisation au niveau SHDSL. NTR fournit une haute précision d'horloge avec une précision de 32 ppm. Pour une meilleure perception, la figure 39 illustre le principe du Network Timing Reference.

Figure 39: Distribution de l'horloge sur SHDSL avec NTR

IV.3.3 - SDH NG (Next Generation)

Dans un tout autre registre, il est connu que le SDH est réputé pour le transport de la voix mais n'est pas adapté au transport des données. De ce fait, les opérateurs disposent d'une part un réseau SDH pour le transport de la voix et de l'autre côté un réseau à commutation de paquets pour le transport des données. Quand bien même la migration vers une infrastructure « Tout-IP » est d'actualité, elle se fera de façon graduelle jusqu'à maturité à long terme.

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Cependant, dans le même contexte une alternative se présente comme étant une évolution dans le court terme pour permettre aux opérateurs qui ont bâti leur fortune sur le SDH d'évoluer vers l'Ethernet. En effet, les réseaux SDH sont largement déployés de par le monde et la plupart des opérateurs se sont abondement équipés en SDH qui se marie mal avec l'Ethernet, et ils ne sont pas prêts d'abandonner cette technologie. Cela constitue d'une certaine manière une « résistance » vers une architecture tout IP car cette technologie n'est pas prête de disparaître. Ainsi le Synchronous Digital Hierarchy Next Generation est un moyen de permettre aux réseaux SDH traditionnels de s'adapter à l'environnement nouveau basé sur Ethernet.

Le Synchronous Digital Hierarchy Next Generation, ou SDH NG pour faire court, est une évolution du SDH traditionnel grâce à laquelle il est possible d'encapsuler Ethernet dans SDH. Il se charge de pallier à l'inefficacité et aux lacunes qu'a le SDH traditionnel pour le transport de données en paquet. Le SDH NG s'appuie sur trois mécanismes : l'encapsulation, la concaténation virtuelle et la gestion dynamique de la bande passante.

IV.3.3.a - Encapsulation

L'encapsulation représente la première étape pour le transport des trafics Ethernet sur SDH. Elle est effectuée par le protocole GFP (General Framing Protocol) qui a été défini dans la spécification de l'IUT G.7041/Y.1303.

Le GFP est une procédure d'encapsulation robuste pour le transport de données en paquets sur un réseau SDH. GFP offre deux modes d'encapsulation à savoir le GFP-Transparent et le GFP-Framed, qui sont tous deux utilisés en fonction du type de trafic reçu. Le GFP-Transparent est utilisé dans l'optique d'encapsuler en paquets de tailles constantes contrairement au GFP-Framed qui se charge d'encapsuler en paquets de tailles variables. Le GFP-Framed est surtout adapté au transport des trafics Ethernet.

IV.3.3.b - Concaténation virtuelle

Au niveau de la concaténation virtuelle, ou VCAT pour faire court, les flux de trafics sont séparés en VC (Virtual containers) qui seront routés indépendamment en suivant plusieurs voies VC au coeur du réseau SDH. Une fois arrivés à destination, les VC seront rassemblés pour reconstituer les flux de trafics de départ. L'ensemble des VC routés sont aussi appelés VCG (Virtual Containers Group). La concaténation virtuelle est seulement utilisée au niveau des noeuds SDH NG émetteurs/récepteurs.

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Mémoire de fin de cycle - Master 2 Chapitre IV

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IV.3.3.c - Gestion dynamique de la bande passante

La gestion dynamique de la bande passante est assurée par le protocole LCAS (Link Capacity Asdjustment Scheme). Tel qu'il a été défini dans la spécification de l'IUT G.7041/Y.1305, LCAS se charge de modifier dynamiquement la bande passante en fonction du nombre de VC alloués pour chaque flux de trafic. De ce fait, pour un client disposant d'une bande passante plus élevée, des VC supplémentaires seront ajoutées et le protocole LCAS se chargera d'ajuster dynamiquement le débit des VC alloués aux flux de trafic du client. Le schéma qui suit illustre un exemple de transport d'un flux de trafic Ethernet suivant les mécanismes du SDH NG évoqués précédemment.

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Figure 40: Transport d'un flux de trafic Ethernet sur SDH NG.

SDH NG fournit un bon rapport efficacité-coûts du fait qu'il y ait une amélioration significative sur la façon dont la bande passante est gérée, et cela est bénéfique pour l'opérateur qui dispose ainsi d'un moyen de transporter aussi bien la voix que les données sur une même infrastructure. Concernant la distribution d'horloge, le SDH NG peut non seulement supporter SyncE mais aussi la distribution de la synchronisation basée sur le SDH traditionnel, du fait que les noeuds SDH NG peuvent aussi bien transporter les trafics Ethernet que les trafics ATM. En combinant GFP, VCAT et LCAS, les opérateurs ont ainsi un moyen plus efficace d'optimiser leurs réseaux SDH en remplaçant uniquement les noeuds du réseau SDH existants par des noeuds SDH NG et d'évoluer ainsi vers un environnement Ethernet.

Ces technologies permettent un acheminement sans heurts et extrêmement précis du trafic 3G sur le transport de paquets, garantissant des priorités QoS pour le trafic d'horloge et répondant aux exigences strictes du transport mobile, y compris une haute précision des fréquences.

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Mémoire de fin de cycle - Master 2 Chapitre IV

Mamadou Lamine NDIAYE Instabilités de l'interface Iub et QoS dans l'UTRAN de la SONATEL

Nous avons d'avoir fait voir dans ce chapitre la façon dont la synchronisation est effectuée au niveau de l'interface Iub de la SONATEL avant de voir les instabilités liées à cette dernière, notamment la perte de synchronisation. Nous avons étudié par la suite les causes liées à cette perte de synchronisation et les solutions viables qui permettront de pallier à cette inconstance pour l'amélioration de la qualité de service du réseau. Par la suite, nous nous sommes penchés sur des perspectives d'avenir pour prévenir au mieux la perte de synchronisation. Dans le même contexte, avec la migration vers l'architecture « Tout-IP » qui est d'actualité, nous avons fait focus sur une plausible évolution du réseau SDH qui ne fera que faciliter dans l'avenir l'implémentation d'un réseau de synchronisation unique basé sur un environnement Ethernet.

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Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Conclusion

Mamadou Lamine NDIAYE

Conclusion

L'objectif de cette étude, a été d'apporter des éléments de réponses sur la gestion des instabilités de l'interface Iub, et ceci dans le but d'améliorer la qualité de service du réseau.

Il parait évident que l'accent a été porté sur la notion même de l'interface Iub en la considérant comme le maître mot de cette étude, dans le sens où ses vicissitudes évoquées au niveau de la problématique sont liées à la perte de synchronisation. Telle qu'elle a été soulevée dans cette étude, une bonne synchronisation entre les éléments de l'interface Iub demeure essentielle pour l'acheminement des données jusqu'aux clients, et ce de façon effective. Du fait que les inconstances liées à la synchronisation sont, quelque peu, préjudiciables à la qualité de service, et pour y remédier, une étude des solutions viables pour une synchronisation stable a été faite à cet effet.

Ce mémoire, bien que mené à son terme, est loin d'avoir été sans difficultés, notamment concernant les recherches effectuées en vue d'appréhender la façon dont la synchronisation serait adapté sur un réseau basé IP qui s'avère être inadapté pour le transport des signaux de synchronisation. En effet, de nos jours, force est de constater que la technologie Ethernet se met au devant de la scène avec la convergence IP. Ainsi il a aussi été vu dans cette étude des perspectives d'avenir qui permettront de mettre en place un réseau de synchronisation stable dans un environnement purement basé sur la technologie Ethernet, tel le réseau mobile de quatrième génération LTE (Long Terme Evolution).

Il est évident que les solutions soulevées dans ce mémoire ne sont pas définitives, du fait qu'avec l'avancée exponentielle des technologies d'autres alternatives, certainement meilleures, feront leur apparition. Ce travail, comme toute oeuvre humaine, présente indéniablement des imperfections, cependant il m'a permis d'approfondir non seulement mes connaissances sur la collecte mobile, mais m'a aussi permis de cerner la notion de réseau de synchronisation. Durant le stage, j'ai eu la chance de mettre en pratique mes connaissances théoriques acquises durant ma formation et de me familiariser ainsi avec les outils du réseau. Dans le même contexte, en passant de la supervision radio aux interventions sur le terrain, notamment avec la maintenance curative et préventive, j'ai pu voir, concrètement, comment les éléments du réseau d'accès interagissent entre eux ainsi que les difficultés liées au milieu professionnel. Ce stage fut une expérience professionnelle enrichissante qui m'a permis de développer un esprit d'analyse et de travail en équipe qui sont des qualités essentielles pour une future carrière professionnelle.

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Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Liste des acronymes

Mamadou Lamine NDIAYE

Liste des acronymes

A

AAL : ATM Adaptation Layer

AAL2 : ATM Adaptation Layer - type 2 AAL5 : ATM Adaptation Layer - type 5 ADM: Add/Drop Multiplexer

ALCAP: Access Link Control Application Part

ATM: Asynchronous Transfer Mode AuC: Authentication Center

B

BBU: Base Band Unit

BCCH: Broadcast Control Channel BCH: Broadcast Channel

BMC: Broadcast Multicast Control

C

CCCH: Common Control Channel

CDMA: Code Division Multiple Access

CID: Channel ID

CN: Core Network

CP: Common Part

CS: Circuit Switched

CS: Convergence Sublayer

CPCS: Common Part Convergence Sublayer

i

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Liste des acronymes

Mamadou Lamine NDIAYE

CTCH: Common Traffic Channel D

DCCH: Dedicated Control Channel DCH: Dedicated Channel

DSCH: Dedicated Shared Channel DTCH: Dedicated Traffic Channel

F

FACH: Forward Access Channel

FDD: Frequency Division Duplex

FP: Frame Protocol

FP-CCH: Frame Protocol for Common Channel

FP-DCH: Frame Protocol for Dedicated Channel

FH: Faisceau Hertzien

G

GGSN: Gateway GPRS Support Node GPRS: General Packet Radio Service GPS: Global Positioning System GSM: Global System for Mobile GOUa: Gigabit Optical Unit version A

H

HLR: Home Location Register

HSDPA: High Speed Downlink Packet Access HSUPA: High Speed Uplink Packet Access

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Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Liste des acronymes

Mamadou Lamine NDIAYE

I

IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers IETF: Internet Engineering Task Force

IP: Internet Protocol

L

LTE: Long Term Evolution

M

MAC: Medium Access Control M2000: Manager 2000

ME: Mobile Equipment

MPLS: Multi-Protocol Label Switching

MPR: Microwave Packet Radio

MPT: Microwave Packet Transport MSS: Microwave Service Switch

N

NBAP: Node B Application Part NNI: Network-Network Interface

O

OMU: Operation and Maintenance Unit Version a OSI: Open Systems Interconnection

P

PCH: Paging Channel

PDCP: Packet Data Convergence Protocol

iii

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Liste des acronymes

Mamadou Lamine NDIAYE

PDH: Plesiochronous Data Hierarchy

PSTN: Public Switched Telephone Network PSWE3: Pseudo Wire Emulation Edge to Edge

Q

QoS: Quality of Service

S

SPUa: Signaling Processing Unit Version A

SCUa: Switching and Control Unit Version A

R

RACH: Random Access Channel RLC: Radio Resource Control

RNC: Radio Network Controller RNL: Radio Network Layer RNS: Radio Network Subsystem RRC: Radio Resource Control RRU:Radio Remote Unit

S

SAR: Segmentation and Reassembly

SCTP: Stream Control Transmission Protocol

SDH: Synchronous Data Hierarchy

SGSN: Serving GPRS Support Node

SMS: Short Message Service

SONET: Synchronous Optical Network

iv

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Liste des acronymes

Mamadou Lamine NDIAYE

SSCOP: Service Specific Connexion Oriented Protocol SSCF: Service Specific Coordination Fonction SSCS: Service Specific Convergence Sublayer STM: Synchronous Transport Module

T

TDD: Time Division Duplex TNL: Transport Network Layer TRCH: Traffic Channel

U

UDP: User Datagram Protocol

UE: User Equipment

UBFA: Universal BBU FAN Unit type A

UELP: Universal E1T1 Lighting Protection

UNI: User-Network Interface

UTRP: Universal Transmission Processing Unit

UPEU: Universal Power and Environnement Interface Unit

USIM: UMTS Subscriber Identity Module

UMTS: Universal Mobile Telecommunication System

UTRAN: Universal Terrestrial Radio Access Network

V

VC: Virtual Channel

VCI: Virtual Channel Identifier VPI: Virtual Path Identifier

v

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Liste des acronymes

Mamadou Lamine NDIAYE

VLAN: Virtual Local Area Network

W

W-CDMA: Wide band CDMA

WBBP: WCDMA Base Band Processing Unit

WMPT: WCDMA Main Processing and Transmission Unit

vi

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Référence bibliographiques

Mamadou Lamine NDIAYE

Références Bibliographiques

BIBLIOGRAPHIE:

[B1]: Yile Guo, Zoe Antoniou, and Sudhir Dixit (2002), IP Transport in 3G Radio Access Networks: an MPLS-based Approach, 7p.

[B2]: Andreas Alpert (2008), Jitter and Wander Measurements in Synchronous Ethernet Networks, 17p.

[B3]: Maamoun Seido -System Architect (2008), Synchronization over Packet Networks, 48p.

[B4]: Teemu Laine (2010), New synchronization metrics for packet networks, 100p.

[B5]: Rani Makke (2003), qualité de service et performances des protocoles de transport dans l'UTRAN, 247p.

[B6]: Hartmut Brandt, Christian Hapke (2001), SAAL: Signaling ATM Adaptation Layer, 41p.

[B7]: 3GPP TR 25.933 version 5.3.0 Release 5, Universal Mobile Telecommunications System (UMTS): IP transport in UTRAN, 136p.

WEBOGRAPHIE:

[W1]: ATM Adaptation Layer 2 (AAL2) for Decrypted UTRAN Architecture and Protocols, 609p.

http://fr.scribd.com/doc/88627295/217/ATM-Adaptation-Layer-2-AAL2

[W2]: Use of ATM in the UTRAN network transport layer for UMTS, 436p.

vii

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 Références Bibliographiques

Mamadou Lamine NDIAYE

http://fr.scribd.com/doc/47660198/83/Use-of-ATM-in-the-UTRAN-network-transport-layer

[W3]: Sumit Kasera, Nishit Narang, (2008), 3G Networks: Architecture, Protocols and Procedures, 560p.

http://books.google.sn/books?id=b5d0 au-z9MC&pg=PA141&lpg=PA141&dq=sscf-uni&source=bl&ots=nUZgoZeyjP&sig=j3 - Jo0p9oD4XkzFPPAXD4BpWxI&hl=fr&sa=X&ei=LVJ5UOP-NZKYhQehs4HACA&ved=0CCwQ6AEwAQ#v=onepage&q=sscf-uni&f=false

[W4]: R. Kreher, T. Rüderbusch, UMTS Signaling: UMTS interfaces, Protocols, Message Flows, 169p.

http://fr.scribd.com/doc/59266218/95/Node-B-Application-Part-NBAP

[W5]: Thushara Weerawardane, Optimization and Performance Analysis of High Speed Mobile Access Networks, 233p

http://books.google.sn/books?id=kFcBG-

foX UC&pg=PA77&lpg=PA77&dq=node+b+Modem+CSG&source=bl&ots=8YEa 8Agba &sig=6b-XfTuenNA6eEGev7-lM4a0z3E&hl=fr&sa=X&ei=4_asULXUKsWd0QXnnIGoCQ&ved=0CCgQ6AEwAQ#v=on epage&q=node%20b%20Modem%20CSG&f=false

[W6]: Alcatel-Lucent, Alcatel-Lucent 9500 Microwave Packet Radio

http://www.alcatel-

lucent.com/wps/portal/!ut/p/kcxml/04_Sj9SPykssy0xPLMnMz0vM0Y_QjzKLd4w3MfQFSY GYRq6m-pEoYgbxjgiRIH1vfV-

P NxU QD9gtzQiHJHR0UAAD zXg!!/delta/base64xml/L0lJayEvUUd3QndJQSEvNElVRk NBISEvNl9BXzdNVC9mcl93dw!!?LMSG CABINET=Docs and Resource Ctr&LMSG C ONTENT FILE=News Features/News Feature Detail 000222.xml

[W7]: Huaweï Technologies, Hybrid IP Transport on the Iub Interface for 42927694 RNC Product Descriptions, 65p. http://fr.scribd.com/doc/54927762/16/Hybrid-IP-Transport-on-the-Iub-Interface

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Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 ANNEXES

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ANNEXES

ANNEXE 1 :

Les cartes RINT (RNC Interface du RNC) désignent les cartes utilisées par le RNC BSC6810 de Huaweï pour s'interfacer avec le reste des équipements de l'UTRAN. Pour une meilleure perception la figure ci-dessous illustre les interfaces fournies par les cartes RINT.

Figure 41: Interfaces des cartes RINT

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Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 ANNEXES

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ANNEXE 2 :

Figure 42: Visualisation des cartes d'un RNC sur M2000 Huaweï

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Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Mémoire de fin de cycle - Master 2 ANNEXES

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ANNEXE 3 :

Figure 43: Visualisation des cartes d'un Node B sur M2000 Huaweï

xi

Gestion des instabilités Iub et qualité de service sur l'accès 3G de la SONATEL

Résumé

Au niveau des réseaux cellulaires de troisième génération (UMTS), l'interface Iub

ns m gnra d é cuires de l nm MT, in I
désigne une des interfaces du réseau d'accès UTRAN qui est en charge d'assurer la sgne une ds interfaes du réseau d'ccès UTRAN qui est en charge dassurer la liaiso liaison entre le Node B et le RNC. Dans le même contexte, tous les éléments du réseau tre le Node B e le RNC Dans le même cntexte tous les éléments du réseau d'accè d'accès UTRAN doivent être synchronisés pour que l'acheminement des données puisse se faire de façon effective.

RAN di ê h

çon effective

Dans cette étude, intitulée Gestion des instabilités de l'interface Iub, l'accent est porté sur les instabilités liées à la synchronisation de l'interface Iub dans le cas du réseau ans ette étu intitulée Gestion des instabilités de linterface Iub l'accent est porté sur l d'accès 3G de la SONATEL. Ces inconstances liées à la synchronisation altèrent quelque

stbilités lié à l yhiti d l'itf Ib d l d éeau d'cès 3G d
peu la qualité de service du réseau dans le sens où elles causent des gigues qui peuvent entrainer des pertes de données.

Ce mémoire a pour objectif premier de fournir des solutions pour pallier aux instabilités

l ù lle et ds i t ti ds te d dé

liées à la perte de synchronisation du réseau de la SONATEL. Ainsi pour une meilleure percepton une étude préalable sera faite sur les différentes interfaces Iub existantes dans mémoire a pour objectif premer de fournir des solutions pour pallie au instabilités ^liél'UTRAN de la SONATEL ainsi que les causes liées à leur inconstance commune : La perte de synchronisation. Cependant, avec la convergence vers le « Tout-IP » qui est

pe ycnat du a d O p u meeure pepo
e étude pralabe sera faie sur es différntes interfaces Iub exstantes dans lUTRAN de d'actualité, il a été essentiel de se pencher sur les moyens mis en oeuvre pour assurer une ONATEL ainsi que es causes liées à leur incontance commune : La perte d bonne synchronisation sur un réseau purement basé sur la technologie Ethernet sachant que les réseaux IP sont asynchrones de nature rendant ainsi le transport des signaux de

hoiatin epnd, a l oeg l i dtli il
synchronisation inadéquat à ce type de réseau...

nt basé Abstract sur la

_y

In the third generation of cellular networks (UMTS), the Iub interface designates one of

nchronisation nadéquat à ce type de réseau...

the interfaces of the UTRAN access network which ensure liaison between the Node B

and the RNC. In the same context, all elements of the UTRAN access network must be synchronized for an effective data delivery.

Abs

In this study entitled Management of the Iub interface instabilities, the emphasis is

placed on th instabilities related to the synchroization of the Iub interface in the case of the third generation of UMTS standard cellular network the Iub interface designates one o e interfaces of the UTRAN accss network which ensure liaison between the Node B an SONATEL 3G access network. These inconstancies related to the synchronization impact on network QoS in the sense that they cause jitter which can lead data losses.

th t

nchronized for an effective data delivery

This thesis aims to provide solutions in order to overcome the instabilities related to the

loss of SONATEL network synchronization. Thereby, for a clearer view a prior study on

te different Iub interfaces existing in the SONATEL access network will be made, well thi study entitled Management of the Iub interface instabilities the emphasis is place as the causes related to their common inconstancy: The loss of synchronization.

th isabiliis rld yhniai of the Ib itrf i he a f SONATE
Nonetheless, with convergence towards the «All-IP» which is current, it was essential to G access network. These inconstancies related to the synchronization impact on networ focus on the means implemented to ensure proper synchronization of a network purely oS in the sens that they cause jitter whic can ead data losses

based on Ethernet technology knowing that IP networks are natively asynchronous which

makes transportation timing signals unsuitable for this type of network...

Mamadou Lamine NDIAYE | Master 2 Télécommunications et Réseaux - ESMT (2010-2012)