Cours: Les Réseaux Cellulaires 2G-6G - PDF

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04/10/2024 Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax COURS : LES RÉSEAUX CELLULAIRES 2G-6G Plan du cours - INTRODUCTION - GSM - ARCHITECTURE - GESTION DE L’ITINÉRANCE - UMTS ( 3G) ET LTE (4G) -ARCHITECTURE - INTERFACE RADIO - 5ÈME GÉNÉRATION Inès Kammoun - MOTIVATION ET PROGRÈS INDUSTRIEL - NOUVELLE ARCHITECTURE -5G ET NOUVELLES TECHNOLOGIES ÉMERGENTES - CAS D’UTILISATION ET APPLICATIONS INDUSTRIELLES DE LA 5G 2024-2025 - 6ÈME GÉNÉRATION -VISION, EXIGENCES ET TECHNOLOGIES CLÉS 2 Introduction INTRODUCTION : EVOLUTION DES EXIGENCES ET DES TECHNOLOGIES Evolution of Mobile Communications 1980 1990 2000 2010 2020 1G 2G 3G 4G 5G  Analog communications  Digital communications  WCDMA\CDMA2000\TD-  LTE Advanced  5G  AMPS (Advanced Mobile SCDMA Phone Service)  GSM, CDMA  ~ 10 Gbps  1 ms  1 million devices/km2 SMS Image browsing HD video Massive Voice services applications 4  04/10/2024 INTRODUCTION : LES GÉNÉRATIONS DE NORMES INTRODUCTION : INTERVENANTS DANS CE SECTEUR DES RÉSEAUX CELLULAIRES Génération Acronyme Intitulé Cisco Radiocom 2000 Radiocom 2000 France Telecom NORTEL 1G NMT Nordic Mobile Telephone LUCENT France Telecom,, NOKIA 2G GSM Global System for Mobile Communications At&T, British ERICSSON Services Telecom, ….. Huwaei 2.5G GPRS General Packet Radio Service Equipements Usagers Tunisie Télécom, OMNIACOM 2.75G EDGE Enhanced Data Rate for GSM Evolution Ooredoo et services Equipementiers …… Résidentiel Fournisseurs CDMA 2000 1x EV Code division multiple access 2000 1X Evolution 3G Petite, UMTS, WCDMA Universal Mobile Telecommunications System moyenne Standards et grande 3.5G (appelé aussi HSDPA High Speed Downlink Packet Access HSUPA High Speed Uplink Packet Access entreprises 3G+) 3.75G HSPA+ Evolution du "High Speed Packet Access" Instituts de Stand. Régulateurs Licences LTE FCC Long Term Evolution 3.9G WIMAX (réseau ITU CRTC Worldwide Interoperability for Microwave Access informatique) ETSI spécifications.. 4G LTE Advanced Long Term Evolution évolué IETF … ANF 5 5G ANSI 6 INTRODUCTION : ACTEURS DU SECTEUR DES RÉSEAUX CELLULAIRES INTRODUCTION : ORGANISMES DE NORMALISATION Le secteur des réseaux cellulaires implique plusieurs intervenants:  ITU (International Telecommunication Union) : -Les opérateurs ou fournisseurs de services: assurer la mise en place des ……………………………………………………………………………………………………………… réseaux mobiles et leurs évolutions -Les sociétés de services en ingénierie télécom (et informatique) : mettre à ……………………………………………………………………………………………………………… la disposition des opérateurs des services de test et monitoring des applications, des services et des systèmes, optimisation et amélioration de ……………………………………………………………………………………………………………… la QoS, étude des exigences et lancement de nouveaux projets…  3GPP (3rd Generation Partnership Project) : -Les équipementiers réseaux: fournir des matériels et logiciels spécifiques partenariat qui rassemble plusieurs organismes de normalisation (ETSI aux opérateurs et les équipements de terminaux (Europe), ARIB/TTC (Japon), CCSA (Chine), ATIS (Amérique du nord), -Les organismes de normalisation TTA(Corée du Sud)) pour -Les agences de régulation (réglementation de l’utilisation du spectre de …………………………………………………………………………………………………… fréquences..) -Les entreprises d’installation ……………………………………………………………………………………………………………… -Les sociétés de recherche et négociation 7 8  04/10/2024 Introduction : Utilisation des Services selon la Fréquence Applications of Radio Communications Aviation and navigation Broadcasting station NFC Wireless television Walkie-talkie LF (3~300 kHz) MF (300 kHz ~3 MHz) HF (3~30 MHz) VHF (30~300 MHz) 5G terminals and modules 2G/3G/4G GPS 5G terminals and modules Next-generation Wi-Fi UHF (300 MHz~3 GHz) SHF (3~30 GHz) EHF (30~300 GHz) Note : Les Niveaux : Extremely / Super / Ultra / Very UHF(Ultra High Frequency): de 300 MHz à 3GHz = Radiofréquences. La plupart des technologies de 9 communication sans fil numériques sont fournies dans cette gamme de fréquences Introduction : Le concept de réseau cellulaire Introduction : Le concept de réseau cellulaire Réseau cellulaire auparavant et aujourd’hui  Problème de base = comment :  Desservir une région de taille importante (pays, continent),  Avec une largeur de bande limitée (pénurie des ressources radio)  Avec une densité d’usagers importante ou qui peut augmenter ? Concept cellulaire: Le territoire est découpé en des petites zones appelées cellules Chaque cellule est constituée d’une station de base qui joue le rôle d’un émetteur récepteur. Le concept de cellule est introduit comme une solution à la contrainte de la limitation de la ressource radio (spectres de fréquences). 11 12  04/10/2024 Introduction : Le concept de réseau cellulaire Introduction : Le concept de réseau cellulaire Le modèle hexagonal  Réseau cellulaire  Modèle régulier  L’hexagone est le motif géométrique le plus proche de la zone de couverture d’une cellule qui assure un maillage régulier de l’espace.  1BTS par cellule  Ce modèle peut être utile pour une première planification La taille de la cellule est adaptée à l’environnement : 1. Zone urbaine :densité des abonnés élevée cellules de petite taille 2. Zone rurale: densité d’habitants faiblecellules de grande taille 13 3. Zone sub-urbaine : densité d’habitants moyenne  cellule de taille moyenne 14 Introduction : Le concept de réseau cellulaire Introduction : Le concept de réseau cellulaire Principe d’un système cellulaire Motif de réutilisation (cas de la 2G) La superficie totale de la couverture est divisée – Chaque opérateur dispose: en clusters (motifs de réutilisation) d’une zone à couvrir Le nombre de cellules N dans chaque Cluster est Zone découpée en petits territoires appelés cellules appelé taille du cluster 1 cellule  plusieurs canaux fréquentiels de la bande Les cellules dans un Cluster utilisent tous les Une cellule est desservie par une station de base (BS ou Base Station) qui fait canaux fréquentiels. Si l’on dispose de n l’interface entre le réseau filaire et l’abonné mobile fréquences pour le réseau, on pourra employer n/N fréquences par cellule. d’une bande de fréquences Il n’y a pas d’interférence co-canal dans un même cluster. L’interférence co-canal provient Réutilisation de fréquences (sans créer d’interférences) dans des cellules suffisamment de deux cellules utilisant la même bande éloignées l’une de l’autre fréquentielle Le cluster est reproduit sur toute la zone de Mécanisme de réutilisation des fréquences : couverture.  Repose sur la propriété d’atténuation des signaux avec la distance ex: l’image montre 3 Clusters de taille N=7.  augmenter le nombre de communications simultanées dans le réseau 15 16  04/10/2024 Introduction : Le concept de réseau cellulaire Introduction : Le concept de réseau cellulaire Taille du cluster (cas de la 2G) Le spectre de fréquence est limité. A chaque station on associe un certain Il est montré que les motifs optimaux sont de taille N qui vérifie : nombre de fréquences. Les cellules adjacentes ne peuvent pas utiliser les mêmes fréquences afin d’éviter l’interférence. avec i et j entiers. Notion de motifs (clusters) : ensemble des cellules, dans lesquelles chaque fréquence est utilisée une seule fois. Réutilisation de fréquence: deux cellules de même numéro peuvent utiliser la même fréquence sans avoir d’interférences. o Soit D: Distance de réutilisation On a : D Avec R rayon de cellule 17  3N R 18 Introduction : Le concept de réseau cellulaire Introduction : Le concept de réseau cellulaire Exemple : i=1, j=1, N=3 cellules par cluster i=2, j=0, N=4 19 20  04/10/2024 Introduction : Le concept de réseau cellulaire Introduction : Limitation des ressources spectrales i=2, j=1, N=7 22 21 INTRODUCTION : LE PLMN (PUBLIC LAND MOBILE NETWORK) Un PLMN (en Français réseau mobile terrestre public), également appelé réseau public terrestre, est un réseau de télécommunications qui Exemple : Attribution des fréquences de la permet aux utilisateurs autorisés d'accéder à différents services (téléphonie, plage 900 MHz en France : messagerie, transmissions de données, diffusions de contenus audiovisuels…) en situation de mobilité à partir de terminaux portatifs. Selon le pays et l'opérateur, il peut reposer sur différentes architectures normalisées, comme GSM, UMTS, LTE... Dans la plupart des pays, il existe aujourd'hui plusieurs réseaux mobiles terrestres publics qui sont exploités par des opérateurs différents. Ils sont très souvent interconnectés entre eux, ce qui permet d'établir des communications entre terminaux enregistrés sur des réseaux mobiles différents. Ils sont également interconnectés avec le réseau téléphonique commuté (RTC ou « réseau fixe »), ce qui permet d'établir des communications entre terminaux mobiles et terminaux fixes. 23 24  04/10/2024 INTRODUCTION : ARCHITECTURE GÉNÉRIQUE D’UN RÉSEAU CELLULAIRE INTRODUCTION : IDENTIFICATION D’UN APPAREIL  Radio Access Network (RAN) La station mobile (MS) est composée de : – point d’accès au réseau  Téléphone mobile: identifié d’une manière unique par l’IMEI – Gestion de l’interface air (International Mobile Equipment Identity): *#06#  Core Network (CN)  Carte SIM (Subscriber Identity Module):une mini-base de données – réseau fixe assurant l’interconnexion avec les autres réseaux contenant  IMSI (International Mobile Subscriber Identity): numéro unique qui sert à Réseau téléphonique identifier l’abonné ( n’est connu qu’à l’intérieur du réseau GSM) commuté RTCP  TMSI (Temporal Mobile Subscriber ldentity): numéro attribué temporellement par le réseau à un abonné. Numéro qui assure la confidentialité. PLMN (Public RAN CN Land Mobile  MSISDN (Mobile Station International Subscriber Directory Number): numéro Network) d’appel d’un téléphone mobile ( identifiant de l’abonné mobile connu à l’extérieur du réseau GSM). Les abonnés sont identifiés par leur IMSI et non pas par leur Réseaux de MSISDN au sein du réseau. données 25 26 GSM : LE RÉSEAU (1/2) GSM = Global System for Mobile Communications  Norme adoptée en juin 1986  Mise en place dès le début des années 90  Débit max. de 9600 bits/s  Succès international : présence dans de nombreux pays....  Technique numérique  Capacité plus importante et meilleure qualité de service comparé à 1G 27 28  04/10/2024 GSM : ARCHITECTURE DU RÉSEAU GSM : ARCHITECTURE GÉNÉRALE DU RÉSEAU 29 30 GSM : Architecture du réseau GSM : ARCHITECTURE GÉNÉRALE DU RÉSEAU Un réseau GSM est constitué de : Le sous-système radio (BSS - Base Station Subsystem) qui assure les transmissions radioélectriques et gère la ressource radio. Il est constitué de : - un maillage de BTS ou stations de base (Base Transceiver Station) - les BSC ou stations de contrôle (Base Station Controller) NSS Le sous-système réseau (NSS - Network Switching Subsystem) qui gère l'acheminement des appels et la mobilité des abonnés. - plusieurs MSC ou centres de commutation des mobiles (Mobile service Switching Center) VLR - plusieurs VLR ou registres de location des visiteurs (Visitor Location Register) - un HLR ou registre de localisation nominale (Home Location Register). - un EIR ou registre d'identités des équipements (Equipment Identity Register) - un AuC ou centre d'authentification (Authentication Center) BSS Le sous-système d'exploitation et de maintenance (OSS - Operation Sub-System) qui permet à l'opérateur d'administrer et de contrôler son réseau. Il est constitué de : - un NMC ou centre d'administration du réseau (Network Management Center) - un OMC ou centre d'opération et de maintenance (Operation and Maintenance Center) 31 32  04/10/2024 GSM : ARCHITECTURE DU RÉSEAU GSM : Architecture du réseau Mobile Station  BSS: Base Station Sub-system: Sous système radio MS: Mobile station Le téléphone et la carte SIM (Subscriber Identity Module) suffisent à – BTS (Base Transceiver Station): Station de base réaliser l’ensemble des fonctionnalités nécessaires à la transmission et à assure la transmission radio entre mobiles et réseau la gestion des déplacements Assure la couverture radio d’une cellule Gestion des transmissions radio (modulation/démodulation, codage correcteur d’erreurs..) Les principales fonctionnalités de la carte SIM Gestion de la couche physique et liaison de données (multiplexage, Contenir et gérer une série d’informations (liées à la sécurité saut de fréquence….) personnelle de l’abonné) Mini-base de données – BSC (Base Station Controller) : Contrôleur de Station de base Organe intelligent du sous système radio (BSS) Supervise plusieurs BTS BSC + BTS associées = sous-système radio 34 33 GSM : Architecture du réseau GSM : LE SOUS SYSTÈME RÉSEAU NSS (NETWORK SUBSYSTEM)  NSS: Network Switching Sub-system: Sous système réseau Sous système radio Sous système réseau VLR: Visitor Location Register – MSC : Mobile Switching Center: Centre de Commutation Mobile MSC: Mobile Switching Center Effectue les tâches d’un commutateur de réseau fixe BSC Allocation des ressources radio HLR: Home Location Gestion des utilisateurs Register Authentification, association BSC Handover Paging AUC: Authentifica- Un opérateur possède multiples MSCs... tion Center ─ GMSC : Gateway MSC Réseau Passerelle qui effectue le routage des appels vers le RTCP ou d’autres téléphonique EIR: Equipment Id. réseaux mobiles (PLMNs) MSC distant VLR Commuté (RTC) Register 35 36  04/10/2024 GSM : Architecture du réseau GSM : ARCHITECTURE DU RÉSEAU  NSS: Network Switching Sub-system: Sous système réseau – HLR : Home Location Register: Base de données contrale - VLR (Visitor Location Register) : base de données locale Contient les informations concernant les conditions d’abonnement de l’utilisateur : - En général, un VLR par commutateur MSC - Données statiques: IMSI, no d’appel, type abonnement… - Contient les informations relatives aux abonnés présents dans la - Données dynamiques: localisation (numéro du VLR où il est attaché) , état du terminal… zone de commutation associée (Une zone de commutation est un Contient les caractéristiques des services souscrits ensemble de zones de localisation qui dépendent d’un même MSC): Contient des informations globales de localisation de l’abonné (Niveau VLR) Un HLR par PLMN. - IMSI (the subscriber's identity number). - Authentication data. - MSISDN (the subscriber's phone number). ─ VLR : Visitor Location Register: Base de - GSM services that the subscriber is allowed to access. données de Visiteurs. - Access point (GPRS) subscribed (le cas de 2.5 G) Base de données temporaire. - LAI (Location Area Identification) Contient des informations précises sur la localisation précise de l’abonné et son - Même info que dans HLR + identité temporaire (TMSI) + localisation déplacement dans une zone de localisation (Location area: LA) - VLR mis à jour à chaque changement de zone de localisation 37 38 GSM : Architecture du réseau GSM : Architecture du réseau  NSS: Network Switching Sub-system: Sous système réseau  AUC (suite) L’authentification des utilisateurs GSM au moyen d’une clé 𝐾𝑖 : – EIR : Equipement Identity Register: Registre d’Identité de l’Equipement 1. Le VLR gère un nombre aléatoire M et envoyé au mobile et au AUC Base de données qui contient une liste noire des équipements dont 2. un algorithme identique (algorithme A3 ) qui se trouve à la fois dans la carte SIM et l’accès au réseau doit être refusé (cas de vol, etc) dans l’AUC produit un résultat sur base de la clé Ki et du nombre M. 3. L’AUC envoie le résultat du calcul au HLR afin de le comparer à celui qui sera produit et envoyé par le mobile. ─ AUC : Authentication Center: Centre d’authentification 1. Si les résultats concordent, l'utilisateur est reconnu et accepté par le réseau. Base de données qui contient les paramètres de gestion de sécurité 2. Sinon, l’utilisateur est bloqué. d’accès au réseau Le AUC remplit la fonction de protection des communications en se basant sur deux mécanismes: 1. L’authentification des utilisateurs du réseau GSM. 2. Le chiffrement des transmissions radio. 39 40  04/10/2024 GSM : Architecture du réseau GSM: Déroulement d’un appel téléphonique  OSS (Operating and Support System) Entre Mobile A - Mobile B Permet à l’opérateur de contrôler son réseau Regroupe 3 activités principales de gestion :  La gestion administrative: s'intéresse aux performances, gestion des paramètres du réseau (abonnés, terminaux, statistique, etc.) 1 8  La gestion commerciale: facturation A B  La gestion technique (OMC): s'intéresse au fonctionnement 2 4 7 des éléments du réseau (les alarmes, les pannes et la 5 sécurité). 3 6 41 GSM: INTERFACE RADIO GSM : Interface radio  Un système radio mobile a besoin d’une partie du spectre radio pour  Partage en fréquence (FDMA: Frequency Division Multiple fonctionner: Access)  Bandes dédiées pour le système GSM 900 Chacune des bandes dédiées au système GSM est divisée en 124 canaux fréquentiels d’une largeur de 200 kHz. Les fréquences sont allouées aux différentes BTS et sont désignées par le terme porteuse Deux BTS voisines n’utilisent pas des porteuses identiques ou proches 43 44  04/10/2024 GSM : Interface radio GSM : Interface radio  Partage en temps (TDMA: Frequency Division Multiple Access) Chaque porteuse est divisée en intervalles de temps appelés slots.  Duplexage Un slot accueille un élément de signal radio électrique appelé burst Séparation des bandes Les slots sont regroupés par paquet de 8 (Trame) o Dans le système GSM, le duplexage se fait en fréquence Un canal physique : répétition périodique d’un slot dans une trame L’écart duplex vaut 45 Mhz TDMA sur une fréquence particulière. 45 46 GESTION DE L’ITINÉRANCE : NUMÉROTATION LIÉE À LA MOBILITÉ GESTION DE L’ITINÉRANCE : NUMÉROTATION LIÉE À LA MOBILITÉ Identification d’un abonné Mobile IMSI : International Mobile Subscriber Identity Le système GSM utilise ces types d’adressage : IMSI (Identité invariante de l’abonné) – connu uniquement à l’intérieur du réseau GSM, cette identité doit rester secrète autant que possible…. On a généralement recours au TMSI L’IMSI est émis uniquement – à la mise sous tension – en cas de perte du TMSI – lorsque le VLR ne reconnaît pas le TMSI MCC (Mobile Country Code) : indicatif du pays (ex.: Tunisie = 605, Maroc=604, France=208) TMSI (Identité temporaire) MNC (Mobile Network Code) : indicatif du PLMN – utilisée pour identifier le mobile lors des interactions station mobile «réseau» (ex.: TT= 02, ooredoo= 03) MSIN (Mobile Subscriber Identification Number) : numéro de l’abonné à l'intérieur du MSISDN (Numéro de l’abonné) réseau, attribué par l'opérateur. Les deux chiffres H1 H2 constituant l’entête du – seul identifiant de l’abonné mobile connu à l’extérieur du réseau GSM. MSIN sont utilisés pour trouver l'adresse du HLR dans les grands réseaux qui possèdent plusieurs HLR. + contrôle possible du numéro IMEI de l’équipement À partir de l’IMSI, les MSC/VLR sont capables d’adresser le HLR de 47 48 l’abonné correspondant  04/10/2024 GESTION DE L’ITINÉRANCE : NUMÉROTATION LIÉE À LA MOBILITÉ GESTION DE L’ITINÉRANCE : NUMÉROTATION LIÉE À LA MOBILITÉ TMSI : Temporary Mobile Subscriber Identity MSISDN : Mobile Subscriber ISDN Number Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network-Number Attribué au mobile de façon locale, par le VLR courant Connu uniquement sur la partie MS-MSC/VLR Le HLR n’en a jamais connaissance Utilisé pour identifier le mobile lors d’un établissement de communication Plusieurs mobiles dépendant de plusieurs VLR peuvent avoir le CC (Country Code) : code du pays même TMSI NDC (National Destination Code) : détermine le PLMN Un nouveau TMSI est alloué à chaque changement de VLR SN (Subscriber Number) : numéro de l’abonné Son utilisation est optionnelle : recours à l’IMSI possible Sa structure est libre, sur 4 octets 49 50 GESTION DE L’ITINÉRANCE GESTION DE L’ITINÉRANCE Les enjeux de la mobilité Gestion de l’itinérance Le système doit connaître à tout moment la localisation d’un Deux mécanismes de gestion de la localisation : abonné de façon plus ou moins précise : gestion de l’itinérance – La localisation consiste à savoir où se trouve un mobile à tout moment ou roaming – La recherche de l’abonné (paging) consiste à émettre des messages d’avis de recherche La gestion de l’itinérance implique Les premiers systèmes ne gèrent pas l’itinérance : – La nécessité pour le système de connaître en permanence la localisation de – La recherche s’effectue au moment de l’appel chaque mobile pour pouvoir le joindre – Adapté dans le cas où le taux d’appels entrants est faible – La nécessité pour le mobile de signaler en permanence sa position au – Inadapté aux systèmes bidirectionnels avec de nombreux usagers système, même en l’absence de communication établie Solution : utilisation de zones de localisation : – Le système connaît la zone de localisation de l’abonné, mais pas la cellule précise à l’intérieur de cette zone La gestion de l’itinérance engendre un trafic de signalisation important 51 52  04/10/2024 GESTION DE L’ITINÉRANCE: UTILISATION DES « ZONES DE LOCALISATION » GESTION DE L’ITINÉRANCE : UTILISATION DES « ZONES DE LOCALISATION » Zone de localisation Afin d’éviter que le système ne lance des avis de recherche sur toute la couverture radio du réseau lorsque l’abonné est appelé, des « zones de localisation » regroupant un certain nombre de cellules regroupées autour d’un BSC sont définies. Le système connaît ainsi la zone de localisation de l’abonné, c.à.d, la dernière zone dans laquelle le mobile s’est signalé, mais ignore la cellule précise où se trouve le mobile à l’intérieur de la zone de localisation ->De cette manière, lorsque l’usager reçoit l’appel, le système va le chercher dans la zone de localisation courante en émettant des messages de « paging » dans toutes les cellules de cette zone. En effet, tous les mobiles présents dans une cellule sont à l'écoute en état de veille sur une fréquence appelée « voie balise ». Cette écoute leur permet de s'informer d'éventuels appels qui leur seraient destinés. 53 54 Chaque BTS a sa propre voie balise. GESTION DE L’ITINÉRANCE : UTILISATION DES « ZONES DE LOCALISATION » GESTION DE L’ITINÉRANCE : UTILISATION DES « ZONES DE LOCALISATION » Mise à jour de la zone de localisation Mise à jour de la zone de localisation L’identité d’une zone de localisation (appelée LAI: Location Area Identification) comprend les éléments suivants : -MCC : ________Identifiant du pays _Champ présent dans l’IMSI___________ -MNC : ________Identifiant du PLMN___ Champ également présent dans l’IMSI ____________________________ -LAC : Location Area Code : code de la zone de localisation, librement affecté par l’opérateur Elle détermine de manière unique une zone de localisation au sein de l’ensemble des réseaux Mobiles GSM du monde. Elle permet donc au mobile La Procédure de mise à jour de localisation est TOUJOURS à l’initiative du de détecter les changements de zone de localisation, y compris ceux dus au Mobile : La BTS émet régulièrement (sur la voie balise) le numéro de zone de changement de réseau. localisation à laquelle elle appartient ; le mobile compare ce numéro avec La recherche du compromis entre le coût des mises à jour de localisation et le celui stocké en mémoire et s’il note une différence, il envoie un message de coût de recherche des abonnés passe par l’optimisation de la taille des zones signalisation de mise à jour de localisation « location Updating Request » de localisation (en nombre de cellule) en fonction de paramètres tels que le comprenant à la fois sa propre identité et celle de la nouvelle zone de taux d’appels entrants, la vitesse moyenne des mobiles, la taille des cellules, localisation. etc. 55 56  04/10/2024 GESTION DE L’ITINÉRANCE : UTILISATION DES « ZONES DE LOCALISATION » LA GESTION DU HANDOVER Recherche de l’Abonné Le Handover Lorsque le Mobile est sous tension sans être en communication, il scanne La structure cellulaire offre le principal avantage de pouvoir desservir des densités d’abonnés régulièrement « la voie balise » de la BTS courante dont il dépend afin de importantes mais doit en contrepartie assurer le transferts des communications entre détecter un appel entrant. cellules. Le mécanisme assurant cette fonction est appelé Transfert automatique intercellulaire, handoff ou handover (HO) et se produit uniquement en cours de communication. Le message de recherche d’un abonné, (appel paging ) est diffusé sur toutes les voies balises des BTS de la zone de localisation du mobile. Pour assurer une Le mécanisme de HO vise à maintenir une qualité de communication acceptable entre le meilleure sécurité, le message ne comprend généralement que l’identité mobile et le réseau tout en minimisant le niveau d’interférences global. temporaire TMSI de l’abonné appelé. Le mobile répond à la BTS dont il dépend Les Handovers sont d’autant plus nombreux que la capacité du réseau est importante : Plus et entame les procédures d’authentification dès qu’il obtient un canal dédié. les cellules sont petites, plus un mobile a des chances d’effectuer un HO Les messages de paging ne sont diffusés que pendant une durée précise de quelques millisecondes, au-delà, l’abonné est considéré comme injoignable. 57 58 LA GESTION DU HANDOVER LA GESTION DU HANDOVER Le Handover Le Handover (principe de base) Les performances de la procédure de HO jouent un rôle particulièrement important dans la - Pendant la communication d’un abonné, le lien radio est mesuré et évalué qualité de service (QoS) offerte à l’abonné. périodiquement. La détection d’une situation anormale déclenche une alarme au niveau du BSC. En effet, deux indicateurs importants de la QoS sont : - Le BSC sélectionne une nouvelle cellule (cellule cible) et remonte éventuellement -La Probabilité de rejet d’appel : Demande de connexion non satisfaite pour des raisons sa décision jusqu’au MSC si la cellule sélectionnée dépend d’un autre BSC. diverses ( panne d’éléments de réseau, congestion, trou de couverture, …) - Un nouveau canal de la cellule cible est alors réservé, le mobile est averti du changement de canal à effectuer et le transfert s’effectue dès que possible. Une -La probabilité d’interruption d’appel (call dropped): appel en cours interrompu fois le HO réussi, c’est-à-dire le mobile est relié au canal de la cellule cible, l’ancien canal est libéré. Cette dernière probabilité augmente en cas de non-réussite d’un handover et elle est nettement plus désagréable pour l’usager que le rejet d’appel. 59 60  04/10/2024 Dimensionnement des réseaux 2G (service voix) Dimensionnement des réseaux 2G (service voix) Notion de trafic et loi d’Erlang B On suppose l’existence d’un nombre de ressources n inférieur au Mesures de trafic Pouvoir d’achat Activités économiques nombre d’utilisateurs désirant accéder au réseau -> un nouvel utilisateur voulant accéder au réseau peut trouver Zones d’affaires toutes les lignes occupées -> congestion (blocage) Cartes géographiques Demande potentielle Problématique: Démographie Déterminer le nombre de ressources n à avoir pour que la probabilité de Mobilité de la congestion du réseau soit inférieure à une certaine probabilité. population Chercher un compromis entre le risque de blocage dû à une occupation de toutes les ressources et le coût qu’entraine un surdimensionnement du Modèle du réseau Dimensionnement d’un réseau trafic et de la (quantificatif en équipements (BTS, BSC, MSC..)) mobilité 61 61 I. Kammoun 62 62 I. Kammoun Dimensionnement des réseaux 2G (service voix) Dimensionnement des réseaux 2G (service voix) Notion de trafic et loi d’Erlang B Mesure du trafic : 1 Erlang représente la quantité de trafic Notion de trafic et loi d’Erlang B transportée par un canal qui est totalement occupé. Par exemple, un canal radio qui est occupé 30 minutes pendant une heure transporte 0.5 Erlang de trafic. La charge d’un système peut être supérieure à la capacité du système. Les demandes non satisfaites sont: Soit rejetées ->loi d’Erlang B L’intensité de trafic (ou la charge de trafic) : Soit mises en file d’attente -> loi d’Erlang C A= µ. H/T erlang Avec T: temps d’observation (égal en général à une heure -> T=3600 secondes). µ : nombre moyen de demandes d’appel par unité de temps La loi d’Erlang B est basée sur les hypothèses suivantes: H: durée moyenne d’un appel -Arrivée aléatoire des appels : processus de poisson -Durée des appels suivant une loi exponentielle Exemple: On suppose que chaque abonné génère deux appels par heure en moyenne et un appel dure 90 secondes. Quelle est l’intensité du -Nombre infini de sources de trafic et sources homogènes trafic? -Charge du système connue ……………………………………………………………………… 63 63 I. Kammoun 64 64 I. Kammoun  04/10/2024 Dimensionnement des réseaux 2G (service voix) Notion de trafic et loi d’Erlang B Notion de trafic et loi d’Erlang B Table d’Erlang B Niveau de service (taux de blocage admissible) Canal % La loi d’Erlang B donne la formule du taux de blocage B(n,A) n A n! B(n,A)= n Ai  i  0 i! avec n: nombre de ressources A: Charge du système en Erlang La formule d’Erlang B n’est pas immédiate à utiliser, on utilise la table d’Erlang (où certains calculs sont réalisés) 65 65 I. Kammoun 66 Notion de trafic et loi d’Erlang B Remarque :Pour un nombre de ressources donné, si on augmente le taux de blocage, on augmente le taux de trafic mais on réduit la qualité de service QoS(et vice versa). La loi d’Erlang a été utilisée en 2G en mode circuit Pour les générations d’après, des lois d’Erlang multi-dimension ont été utilisées pour estimer le trafic voix+data 67 67 I.Kammoun