Modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS

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1 RAPPORT DE PROJET DE FIN D ETUDES Filière Ingénieurs en Télécommunications Option Ingénierie des réseaux Modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS Elaboré par : Samiha KAMOUN Encadré par : M. Wadi BELLAAJ M. Sami TABBANE Année universitaire : 2004/2005

2 A mes chers parents, A mes frères et ma sœur, A Heythem, Fayçal, Imen, Nouha et Rym, A tous ceux qui j aime et m aiment, Je dédie ce modeste travail.

3 Remerciements J e tiens à exprimer mes vifs remerciements à la direction de l école supérieure des communications de Tunis pour l intérêt qu elle a porté à la formation de ses ingénieurs. J e remercie profondément M. Adel AKROUT, chef du département réseau d accès de TUNISIANA, qui m a accueilli au sein de son département pour la réalisation de ce travail. J e tiens à assurer ma profonde gratitude à mes encadreurs, M. Wadi BELLAAJ chef du service BSS de TUNISIANA et M. Sami TABANNE professeur à l école supérieure des communications de Tunis pour leurs soutiens aussi bien moraux que techniques, et pour tous leurs précieux conseils. A vec beaucoup d égard et de différence, je ne manquerai pas de remercier M. Nizar CHEMLI, M. Naoufel HAMDI, M. Kamel TRABELSI et M. Bessem BOUKHRIS qui n ont jamais manqué de m apporter de l aide. Samiha KAMOUN

4 Avant-propos Ce document s inscrit dans le cadre d un projet de fn d études. Il présente mon travail réalisé au sein du département «réseau d accès» de la direction technique de TUNISIANA. Cette société, fondé le 11 Mai 2002, est le deuxième opérateur de réseau GSM en Tunisie. Au sein de son département «réseau d accès» s effectue la planifcation et l optimisation du réseau radio. Dans ce contexte, s inutile mon projet «Modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS», qui consiste à concevoir et implémenter un modèle de dimensionnement qui permet d estimer le nombre des canaux PDCH et Gb. L objectif majeur de ce projet est d aboutir à des données de base permettant de défnir la procédure d implantation du GPRS.

5 Tables des matières Tables des matières Introduction générale...1 Chapitre 1 : Etat de l art Introduction L intégration du GPRS Les entités à ajouter Les mises à jour nécessaires Les différentes solutions de l architecture BSS L impact sur le réseau GSM Les indicateurs clés de performance du GPRS Vue générale Les indicateurs de trafc Les indicateurs de qualité de service Les indicateurs de disponibilité des ressources L évolution du GPRS : EDGE Architecture générale Comparaison EDGE/GPRS Des statistiques Le GPRS dans le monde L EDGE dans le monde Conclusion...15 Chapitre 2 : Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS Introduction Problématique Etude et analyse de l existant Le simulateur GPRSim ESG-NetCOP L approche du constructeur C i

6 Tables des matières L approche du constructeur C Récapitulation Conception du modèle de dimensionnement BSS pour le GPRS Premier modèle proposé Deuxième modèle proposé Le modèle adoptée Conclusion...33 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG Introduction Spécifcation des besoins Les besoins fonctionnels Les besoins non fonctionnels Conception Choix du système d information Conception de la base de données Réalisation Environnement de travail Choix de la technique Interfaces Homme machine Conclusion...48 Conclusion générale...50 Bibliographie...51 Annexe...52 ii

7 Listes des fgures Listes des figures Figure 1.1 L infrastructure GPRS...3 Figure 1.2 Classifcation des indicateurs GPRS...7 Figure 1.3 L architecture de l EDGE...11 Figure 1.4 Apport de la modulation de l EDGE...12 Figure 1.5 Types de codage du GPRS et de l EDGE...13 Figure 1.6 Contrats GPRS par fournisseur (Mars 2005)...14 Figure 1.7 L EDGE dans le monde...14 Figure 1.8 Contrats EDGE par fournisseur (Mars 2005)...14 Figure 2.1 Débit IP moyen offert à l utilisateur [3]...18 Figure 2.2 Graphe de dimensionnement des PDCH dédiés [3]...18 Figure 2.3 Le modèle de dimensionnement des PDCH dédiés (GPRSim)...19 Figure 2.4 Exemple d architecture GPRS visualisée par l ESG-NetCOP [7]...20 Figure 2.5 Procédure de dimensionnement des PDCH (constructeur C1)...21 Figure 2.6 Exemple d une fonction de distribution cumulative du débit global...22 Figure 2.7 Procédure de dimensionnement Gb (constructeur C1)...23 Figure 2.8 Procédure de recherche de l approche de dimensionnement...26 Figure 2.9 Premier modèle proposé...27 Figure 2.10 Procédure de calcul du débit global...33 Figure 3.1 Le modèle conceptuel de la base de données...43 Figure 3.2 Le modèle relationnel de la base de données...44 Figure 3.3 L écran d accueil du DBMG...45 Figure 3.4 L interface «BSS Dimensioning»...46 Figure 3.5 L option «BSS Topology» du menu «DBMG»...47 Figure 3.6 Exemple d une architecture d un MFS...47 Figure 3.7 L option «Find» du menu «DBMG»...47 Figure 3.8 Exemple d un résultat de recherche d un BSC...48 Figure 3.9 L interface d aide sur les KPI...48 iii

8 Listes des tableaux Listes des tableaux Tableau 1.1 Les caractéristiques du PCU par constructeur...5 Tableau 2.1 Approches et recommandations...24 Tableau 2.2 Paramètres de dimensionnement BSS du GPRS...25 Tableau 2.3 Les paramètres de dimensionnement de la première approche...26 Tableau 2.4 Exemple d un modèle de trafc GPRS...29 Tableau 2.5 Exemple de profls d abonnés...29 Tableau 2.6 Débit RLC par type de codage...29 Tableau 3.1 Type de codage approprié en fonction du C/I...37 Tableau 3.2 Débit RLC en fonction du type de codage...37 iv

9 Listes des abréviations Listes des abréviations A AGCH: Access Grant CHannel AUC: AUthentifcation Center B BCCH: Broadcast Control CHannel BLER: Block Error Rate BSC: Base Station Controler BSS: Base Station Sub-system BSSGP: BSS GPRS Protocol BTS: Base Transceiver Station C CCU: Channel Codec Unit CI: Cell Identifer CS: Coding Scheme D DBMG: Dimensioning BSS Model for GPRS Network E ECSD: Enhanced Circuit-Switched Data EDGE: Enhanced Data ratesfor the GSM Evolution EGPRS: Enhanced GPRS EIR: Equipment Identity Register F FR: Frame Relais G GGSN: Gateway GPRS Support Node GMM: GPRS Mobility Management v

10 Listes des abréviations GMSC: Gateway MSC GMSK: Gaussian Minimum Shift Keying GPRS: General Packet Radio Service GR: GPRS Register GSM: Global System for Mobile communication GSMS: GPRS Short Message service GTP: GPRS Tunnel Protocol H HLR: Home Location Register I IP: Internet Protocol L LLC: Logical Link Control M MAC: Medium Access Control MCS: Modulation Coding Scheme MFS: Multi-BSS Fast Packet Server MS: Mobile Station MSC: Mobile services Switching Center N NSS: Network Sub-System P PACCH: Packet Associated Control Channel PAGCH: Packet Access Grant Channel PBCCH: Packet Broadcast Control Channel PCH: Paging CHannel PCU: Packet Control Unit PCUSN: Packet Control Unit Support Node PDCH: Packet Data Channel PDN: Packet Data Network PDTCH: Packet Data Transfert Channel vi

11 Listes des abréviations PLMN: Public Land Mobile Network PNCH: Packet Notifcation Channel PPCH: Packet Paging Access Channel PRACH: Packet Random Access Channel PSTN: Public Switched Telephon Network PTCCH: Packet Timing Control Channel R RACH: Rand Access Channel RLC: Radio Link Control S SGSN: Serving GPRS Support Node SM: Session Management SNDCP: Sub network Dependent Convergence Protocol T TBF: Temporary Block Flow TCP: Transport Control protocol TDMA: Temporary Division Multiple Access U UDP: User datagram Protocol UMTS: Universal Mobile Telecommunications System V VLR: Visitor Location Register vii

12 Introduction générale Introduction générale Les systèmes radio mobiles sont actuellement en pleine expansion dans la plupart des pays du monde. En effet, les services offerts par ces systèmes sont innovants. Le GSM est le standard pour les communications numériques le plus répandu. Système de deuxième génération, il offre aux utilisateurs la téléphonie vocale, le fax et la transmission de données avec un débit maximal de 9,6kbits/s. Ce débit a été perçu comme une limitation importante qui empêche la croissance du réseau. Ainsi, la norme GSM est évoluée pour permettre la transmission des données avec des débits plus importants et l adoption de nouveaux services dont l accès à l Internet. Pour surmonter cette limitation, un nouveau service du GSM a été introduit à la fn des années 99. Il s agit du GPRS, qui présente un premier pas vers la troisième génération. Ce service permet l augmentation des débits de transmission en se basant sur un mode de transfert par paquets. Le GPRS est un service rajouté au réseau GSM existant. Son intégration nécessite la mise en place d une infrastructure IP basé sur la commutation de paquets. Ainsi, l intégration du GPRS nécessite l introduction d autres équipements, la confguration de ces équipements et le dimensionnement des interfaces qui les relient. Le but de ce projet est d estimer les besoins en ressources BSS pour l introduction du GPRS, de prévoir la topologie BSS et de déterminer les importants indicateurs clés de performance qui feront ensuite l objet d une analyse pour évaluer la performance du réseau GPRS. Pour satisfaire à ces besoins, nous allons développer un outil de dimensionnement des ressources du sous-système radio du réseau GPRS. Dans un premier volet, nous entamons la partie de l état de l art. Dans cette partie nous nous intéressons à l étude des principaux concepts pour l intégration du GPRS ainsi qu à l étude des principaux indicateurs de performance qui caractérisent un réseau GPRS. Dans un second volet, nous élaborons, en se basant sur des modèles de trafc appropriés, la procédure de base de dimensionnement des canaux PDCH et Gb. Cette procédure de base sera ensuite adoptée pour l implémentation de l outil. Finalement, nous entamons la spécifcation des besoins suivie par la description des différentes phases de la conception et la présentation de la réalisation de l outil. 1

13 Chapitre 1 : Etat de l art Chapitre 1 : Etat de l art 1.1. Introduction Le réseau GSM (Global System for Mobile communication) est conçu essentiellement pour la transmission de la voix. Il est fondé sur la commutation de circuits, et ne permet pas de dépasser un débit de 9.6 kbits/s en transmission de données. La commutation de circuit nécessite l établissement d une communication au sein de la cellule GSM, monopolisant ainsi un canal de communication qui ne peut pas être exploité par un autre utilisateur. Ce mode de transfert est optimal seulement lorsque il s agit d un transfert d un volume important d information. Mais dans le cas d un transfert sporadique, ce mode est peut effcace, car le temps d utilisation des ressources ne présente qu une partie du temps total de la connexion. En plus le débit, offert par le GSM, est insuffsant pour couvrir les nouveaux besoins de transferts de données et défnit un frein à la diffusion des contenus Multimédias. La technologie GPRS, greffée sur l infrastructure GSM, est une solution intermédiaire conçue pour l augmentation des débits de transmission des données et l optimisation de l utilisation des ressources. Dans ce chapitre, nous présentons les différentes actions nécessaires pour l intégration du GPRS. Puis nous étudions les indicateurs de performance qui caractérisent un réseau GPRS. Finalement, nous examinant la technologie EDGE, qui est une évolution du GPRS, et nous présentons quelques statistiques sur les deux technologies L intégration du GPRS Le GPRS est un service supplémentaire rajouté au réseau GSM existant, qui permet la transmission des données par paquet avec un débit élevé. Son intégration nécessite l ajout de certaines entités et des mises à jour au niveau des équipements du réseau GSM existant. D après une étude faite sur les solutions proposées par certains constructeurs, nous remarquons que plusieurs architectures sont envisageables pour la mise en place de l infrastructure GPRS. L opérateur doit, donc, adopter l architecture qui permet de minimiser les coûts de déploiement. En plus, il a besoin de prévoir l impact de l intégration du GPRS sur le réseau GSM existant. 2

14 Chapitre 1 : Etat de l art Les entités à ajouter Le GPRS est une technologie greffée sur l infrastructure GSM sans aucune licence. Elle utilise les mêmes fréquences GSM 900/1800/1900 Mhz, seule l architecture est sensiblement modifée. La fgure 1.1 présente l infrastructure GPRS. GMSC PSTN BTS BTS C C U C C U Trafc en mode circuit BSC PCU MSC Trafc en mode paquet SGSN GCSN H/VLR GR PDN Entités GPRS Entités GSM Figure 1.1 L infrastructure GPRS L implantation du GPRS nécessite l ajout : de deux routeurs IP : o SGSN : un routeur IP relié à un ou plusieurs BSS. Il gère les terminaux présents dans une zone bien déterminée. o Le GGSN : un routeur IP relié à un ou plusieurs réseaux de données. Il permet l interconnexion avec les réseaux externes et l acheminement des données venant de ces réseaux vers le SGSN du destinataire. d un PCU intégré au sous-système radio, qui gère les fonctions de contrôle de puissance, d adaptation du débit, de transmission et d acquittement Les mises à jour nécessaires Pour l intégration du GPRS et en plus des entités ajoutées, des mises à niveau sont nécessaires au niveau de : BTS : implantation d une fonction CCU qui permet d appliquer le type de codage décidé par le PCU, MSC/VLR : pour permettre à ce dernier de se connecter au SGSN, de supporter le transfert de SMS à travers le GPRS et de gérer la mobilité combinée (GSM et GPRS), HLR : pour lui permettre de se connecter au SGSN et de gérer la mobilité. 3

15 Chapitre 1 : Etat de l art Suite à ces mises à niveau, les équipements GSM peuvent supporter la norme GPRS tout en assurant les mêmes fonctionnalités GSM Les différentes solutions de l architecture BSS Pour le déploiement du GPRS, plusieurs architectures du BSS fgurent sur le marché. En effet, chaque constructeur opte pour une architecture spécifque pour implanter le PCU et le connecter au SGSN L implantation du PCU L intégration du GPRS dans le réseau GSM nécessite l implantation d un PCU dans le sous-système radio. Le PCU peut être, géographiquement, situé dans la BTS, le BSC ou le SGSN. Les solutions proposées par les constructeurs envisagent deux confgurations : le PCU intégré dans le BSC, le PCU externe au BSC. Le tableau 1.1 regroupe des solutions PCU proposées par certains constructeurs ainsi que la spécifcation caractérisant chaque solution. Constructeur Solution Description o Fournit les fonctionnalités du PCU et de l interface Gb, o Composé d au plus de 22 cartes GPU dont Alcatel [14] Nortel [10] Motorolla [13] MFS : PCU externe PCUSN : PCU externe PCU externe chacune peut manipuler un BSC, o La capacité d une carte GPU est de 240 PDCH, o Peut supporter des débits élevés (CS1 et CS2). o Fournit les fonctionnalités du PCU. o Deux confgurations sont possibles : PCUSN- 12 et PCUSN-24. Chaque confguration peut supporter 12 BSC. o Connecte un BSC à un SGSN o Basée sur un bus PCI extensible de 30 à 3240 time slot. o Peut supporter des débits élevés (CS1, CS2, CS3 et CS4) 4

16 Chapitre 1 : Etat de l art Siemens [9] PCU intégré au BSC o Une carte PCU est composée de deux cartes PPXU, o La capacité d une carte PPXU est de 256 PDCH La connexion Gb Tableau 1.1 Les caractéristiques du PCU par constructeur L interface Gb, dans un réseau GPRS, sert à connecter un ou plusieurs PCU à un SGSN. Cette connexion peut être : dédiée : Il s agit d implanter un nouveau lien reliant le PCU et le SGSN. Ce lien est réservé au transfert des paquets. L inconvénient de ce mode est le coût d implantation élevé surtout dans le cas où la distance séparant les deux entités est importante. mixte : Ce mode de connexion permet d exploiter au maximum les liens déjà existants du réseau GSM. En fait, i l s agit de réserver des time slots de l interface Ater reliant le PCU au transcodeur pour transférer les paquets. Puis, à partir du transcodeur, il y aura des liens Gb pour terminer le transfert des paquets au SGSN. L inconvénient de ce mode est l utilisation de certaines ressources réservées au réseau GSM ce qui diminue la capacité du réseau GSM et peut engendrer une augmentation du taux de congestion de la voix L impact sur le réseau GSM Avec l introduction du GPRS, un certain nombre de canaux radio sera nécessaire pour faire écouler le trafc supplémentaire. Donc, un réseau, supportant déjà le trafc GSM, doit être capable de supporter en plus le trafc GPRS. Ainsi, certaines extensions peuvent être nécessaires pour permettre l implantation du GPRS. Dans cette partie, nous traitons les extensions possibles au niveau du sous-système radio en étudiant l impact de l introduction du GPRS sur les TRX, les interfaces Abis et les BSC du réseau GSM existant L impact sur les TRX Chaque cellule du réseau GSM, déjà déployée, comporte un ensemble de TRXs permettant d écouler le trafc généré. Pour déployer le GPRS, l opérateur a besoin de savoir s il y a des canaux radio disponibles (non utilisés par le GSM) au niveau des TRX déjà 5

17 Chapitre 1 : Etat de l art installés. Si c est le cas, alors le déploiement du GPRS n a pas d impact sur le sous-système radio. Dans le cas contraire, il est nécessaire d introduire un nouveau TRX et l opérateur se trouve face aux problèmes de densifcation d un réseau L impact sur l interface Abis Dans le cas où l opérateur ajoute des TRX pour déployer le GPRS, il doit associer à chaque nouveau TRX un time slot Abis (2 liens de 64 kbits/s) s il se limite à l utilisation du CS-1 et CS-2 et deux time slots Abis dans le cas de l utilisation du CS-3 et CS L impact sur le BSC Le contrôleur de station de base peut supporté, dans le cas où le PCU est intégré dans le BSC, un nombre limité de PCU. En plus, le PCU peut manipuler un nombre limité de canaux PDCH. Ainsi, la somme des PDCH actifs dans les cellules connectées à un BSC peut dépasser la capacité totale de tous les PCU intégrés dans ce même BSC. Dans ce cas, il est nécessaire d ajouter un nouveau BSC. L opérateur a un intérêt de minimiser l impact du GPRS sur le réseau GSM, dans le but de minimiser les coûts de déploiement du GPRS, tout en garantissant la qualité de service acceptable Les indicateurs clés de performance du GPRS Après la phase de déploiement d un réseau cellulaire, l opérateur commence à analyser et améliorer la performance de son réseau pour garantir une qualité de service acceptable. Cette performance est évaluée à travers l analyse des compteurs et des indicateurs. Les compteurs sont récoltés à travers des processus de mesures réalisées sur des intervalles de temps et liées aux événements survenus sur un équipement du réseau. Les indicateurs sont obtenus par une combinaison de plusieurs compteurs [2]. Le trafc GPRS, de type paquets, ne peut pas être contrôler de la même méthode que le trafc GSM. Pour cette raison, on a besoin de défnir de nouveaux indicateurs de performance spécifques au réseau GPRS. Cette partie présente une vue générale sur les principaux indicateurs clés de performance du réseau d accès du GPRS ainsi que quelques exemples pour chaque catégorie et chaque domaine. 6

18 Chapitre 1 : Etat de l art Vue générale Les indicateurs GPRS peuvent être classés en trois principales catégories : Indicateurs de trafc : cette catégorie d indicateurs évalue la charge du trafc par interface (radio et Gb) et par canaux logiques (AGCH/PAGCH, PCH/PPCH, UL/DL, PDTCH, et UL/DL PACCH). Indicateurs de qualité de service : cette catégorie d indicateurs de performance évalue le taux de succès ou d échec par interface (radio, Atermux et Gb) et par procédure (établissement d un fux montant ou descendant, transfert des données sur le lien montant ou le lien descendant et allocation ou réallocation des ressources radio). Indicateurs de disponibilité des ressources : cette catégorie d indicateurs La fgure 1.2 détermine la disponibilité et l usage des ressources par un interface (Ater, Abis et Gb) et par PCU. performance du réseau d accès du GPRS. présente l hiérarchie de la classifcation des indicateurs clés de Les indicateurs de trafc Figure 1.2 Classifcation des indicateurs GPRS Ces indicateurs permettent d évaluer la charge du trafc écoulée sur les différentes entités et interfaces du réseau GPRS. Ils fournissent les indications suivantes: Le nombre de transactions des demandes, succès et échec pour l établissement d un fux montant ou d un fux descendant, 7

19 Chapitre 1 : Etat de l art La charge du trafc (données et signalisation) supportée par les canaux logiques pour optimiser le dimensionnement des canaux, La charge du trafc qui concerne la procédure d allocation des ressources, Le trafc supporté par l interface Gb. Ainsi, ces indicateurs de trafc peuvent caractériser les domaines du réseau d accès GPRS suivants : L établissement des fux de données, Le transfert des données, L allocation des ressources, L interface radio, L interface Gb. Dans ce qui suit, nous présentons les principaux indicateurs de trafc par domaine Les inducteurs de trafc : établissement des fux de données Ces indicateurs présentent des statistiques sur le trafc écoulé dû à l établissement des fux de données. Ces indicateurs traduisent: Le nombre des demandes d établissement d un fux de données avec ou sans un PDCH maître pour chaque état d un MS : état de veille ou état de transfert de paquets, Le nombre des établissements d un fux de données avec ou sans un PDCH maître pour chaque état d un MS : état de veille ou état de transfert de paquets, Le nombre des recherche de MS (paging) avec un canal GPRS-paquet par rapport au nombre des recherches de MS avec un canal GSM-circuit Les indicateurs de trafc : transfert des données Ce type d indicateurs détermine la charge du trafc écoulé pour le transfert des données. Ils fournissent à l utilisateur des statistiques sur : Le nombre moyen et maximal des TBF simultanés Le débit utile et moyen par PDCH, TBF et cellule, Le débit utile maximal. 8

20 Chapitre 1 : Etat de l art Les indicateurs de trafc : allocation des ressources Les indicateurs d allocation des ressources, dérivant de la catégorie indicateurs de trafc, présentent des informations sur l allocation des ressources pour écouler le trafc. On trouve parmi eux : Le nombre des canaux GSM-circuit et des PDCH maîtres utilisés pour la demande ou la confrmation de l allocation des ressources, Le nombre maximal, minimal et moyen des PDCH alloués dynamiquement Les indicateurs de trafc : interface radio Il s agit d un ensemble de statistiques sur les charges (données et signalisation) supportées par les canaux logiques du GPRS (PAGCH, PPCH, PRACH, PDTCH et PACCH) et les canaux GSM-circuit (AGCH, CCCH, PCH, et RACH) utilisés par le service GPRS Les indicateurs de trafc : interface Gb Pour ce type d indicateurs, qui évaluent la charge du trafc écoulé au niveau de l interface Gb, on trouve les statistiques suivantes : Le nombre des octets LLC descendants abandonnés à cause d une congestion, Le nombre des octets LLC descendants abandonnés à cause d une suspension, Le nombre des octets LLC descendants bien routés, Le nombre des octets LLC descendants non routés Les indicateurs de qualité de service Cette catégorie d indicateurs caractérise trois domaines du réseau d accès du GPRS. Ces domaines sont l établissement des fux de données, le transfert des données et l allocation des ressources Les indicateurs de QoS : établissement des fux de données Ces indicateurs de qualité de service fournissent des indications correspondant à des événements survenus lors de la phase de l établissement d un fux de données: Le taux de succès d établissement d un fux de données montant ou descendant, Le taux d échec d établissement d un fux de données montant ou descendant, Le taux de blocage à l établissement d un fux montant ou descendant, Le taux de coupure après l allocation d un fux montant ou descendant, 9

21 Chapitre 1 : Etat de l art L échec d établissement d un fux de données montant ou descendant à cause d une congestion au niveau radio, interface Gb ou PCU Les indicateurs de QoS : transfert des données Cet ensemble d indicateurs présente des indications correspondant à des événements qui ont des impacts sur la qualité de service qu obtiendra l utilisateur. Par exemple : La retransmission des blocs RLC, La perte des blocs RLC, La suspension d un fux de données, La suspension de la liaison radio, La suspension de la liaison Gb, L usage des types de codage Les indicateurs de QoS : allocation des ressources Pour le domaine d allocation des ressources, la qualité de service est évaluée par les indicateurs suivants : Taux de succès d allocation des PDCH, Echec d allocation des PDCH maîtres, Echec d allocation des PDCH esclaves, Taux de succès de réallocation des ressources pour l établissement des fux de données Les indicateurs de disponibilité des ressources Il s agit d une autre catégorie des indicateurs de performance du réseau GPRS qui informe l utilisateur sur la disponibilité des ressources Les indicateurs de disponibilité des ressources : interface Ater Ce type d indicateurs traduit la disponibilité des canaux Ater qui dépend essentiellement de la disponibilité des liens LAPD Les indicateurs de disponibilité des ressources : interface Gb La disponibilité des canaux Gb est déterminée par l analyse des indicateurs de performance suivants: la disponibilité des PVC, 10

22 Chapitre 1 : Etat de l art la disponibilité des BC, la disponibilité des BVC Les indicateurs de disponibilité des ressources : PCU La disponibilité des ressources au niveau du PCU est déterminée à travers les indicateurs qui déterminent les taux de congestion du PCU L évolution du GPRS : EDGE L EDGE est l évolution de la norme GSM et du système TDMA. Il peut être introduit avec le déploiement: d une infrastructure basée sur la commutation de paquets : EGPRS d une infrastructure basée sur la commutation de circuits : ECSD Dans cette partie, nous nous intéressons au réseau EDGE, nommé aussi EGPRS, basé sur la commutation de paquets. En fait, ce dernier est une évolution du GPRS qui a pour but de permettre des hauts débits sans avoir besoin à une licence 3G Architecture générale L EDGE est une extension du réseau GPRS. Seule le sensiblement modifé. La fgure 1.3 représente l architecture de l EDGE : sous-système radio est Figure 1.3 L architecture de l EDGE Le déploiement de l EDGE nécessite : la mise à niveau de la BSC et de la BTS, l ajout d un émetteur-récepteur au niveau de la BTS capable de supporter la modulation EDGE. 11

23 Chapitre 1 : Etat de l art Comparaison EDGE/GPRS L EDGE est une nouvelle technologie qui permet, en spécifant des nouvelles modulations, l augmentation des débits offerts. Dans ce qui suit, nous présentons les principales différences entre l EDGE et le GPRS Technique de modulation La modulation utilisée dans le GSM est la modulation GMSK, qui associe à chaque bit un état. Pour atteindre des hauts débits par time slot, l EDGE utilise la modulation 8PSK. Avec cette modulation, on a huit états (voir fgure 1.8), la vitesse de modulation est la même que pour la GMSK mais permet un débit instantané trois fois plus élevé, chaque état de modulation transmettant l'information relative à trois bits. L inconvénient de ce type de modulation, c est qu elle est plus sensible au bruit, vue q on a plus d états. Cette modulation permet donc d évoluer le GPRS vers l EDGE. Figure 1.4 Apport de la modulation de l EDGE Type de codage La capacité d un time slot, dans le cas du GPRS, ne dépasse pas 21,4 kbits/s avec CS- 4. Pour le cas de l EDGE, la capacité d un time slot peut atteindre 59,2 kbits/s. En effet l EDGE défnit 9 autres types de codage (MCS1 jusqu à MCS9) dont les quatre premiers types utilisent la modulation GMSK, les autres utilisent la modulation 8PSK. La fgure 1.5 représente les types de codage GPRS et EDGE en fonction du débit d un time slot. 12

24 Chapitre 1 : Etat de l art Figure 1.5 Types de codage du GPRS et de l EDGE Retransmission des paquets Dans le réseau GPRS, lors de la réception d une trame erronée, la retransmission de cette trame ce fait avec le type de codage d origine, avec lequel la trame est envoyée la première fois. Pour le cas de l EDGE, la retransmission se fait avec le type de codage adéquat. Ceci est à cause de la fonction de réassemblage des paquets introduite avec la technologie EDGE Des statistiques Nous présentons dans cette section quelques statistiques sur l état du GPRS et de l EDGE dans le monde Le GPRS dans le monde Le GPRS est une technologie datant de la fn des années Les années 1997 et 1999 présentent les deux importantes périodes du GPRS et marquent une avancée vers les premiers tests. Et c est qu à partir du juin 2000 que le GPRS est commercialisé pour la première fois au Royaume-Uni. Vers la fn de 2004, le service GPRS est commercialisé dans 72 pays par 172 opérateurs [12]. Plusieurs fournisseurs des réseaux mobiles ont proposés des solutions GPRS qui sont déjà adoptées par certains opérateurs. 13

25 Chapitre 1 : Etat de l art L EDGE dans le monde Figure 1.6 Contrats GPRS par fournisseur (Mars 2005) L EGRS est apparu après le GPRS à la fn de l année Vers la fn de 2004, il est commercialisé dans 30 pays par 40 opérateurs [12]. D après la fgure 1.7, on remarque que l EDGE est déployé surtout à l Amérique. Figure 1.7 L EDGE dans le monde Figure 1.8 Contrats EDGE par fournisseur (Mars 2005) 14

26 Chapitre 1 : Etat de l art 1.6. Conclusion Le service GPRS, rajouté au réseau GSM, permet la transmission des données par paquets avec des débits élevés. Pour le déployer, l opérateur a besoin d introduire des nouveaux équipements et d effectuer des mises à jour. Il doit, donc, estimer les équipements nécessaires, leurs confgurations et les liens qui les relient. Ces besoins découlent des ressources de transmission nécessaires pour faire écouler le trafc paquet. Dans ce projet, nous nous intéressons au sous-système radio (BSS) du GPRS. Ainsi, nous avons besoins d estimer les canaux PDCH et Gb nécessaires. Dans le chapitre suivant, nous élaborons un modèle de base pour le dimensionnement BSS du GPRS. Ce modèle va nous permettre d estimer le nombre des canaux PDCH et Gb nécessaires pour l introduction du GPRS et par suite les équipements nécessaires et la topologie du sous-système radio. 15

27 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS Chapitre 2 : Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS 2.1. Introduction Après l étude des principaux concepts d intégration du GPRS, nous allons établir, dans ce chapitre, le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS. Nous commençons par présenter la problématique relative au sujet traité. Puis, nous étudions des travaux déjà réalisés et qui traitent le même problème envisagé dans ce projet. A la fn, en se basant sur les avantages acquis par ces travaux, nous défnissons l approche de dimensionnement qui sera ensuite adoptée pour la spécifcation et la conception de l outil Problématique Un opérateur, qui décide introduire le GPRS au sein de l infrastructure existante de son réseau GSM, se trouve face à plusieurs choix et plusieurs prédictions à faire qui compliquent la tâche. En effet, pour implanter le GPRS, certains équipements seront ajoutés au réseau GSM. Donc l opérateur doit estimer les équipements nécessaires pour le déploiement du GPRS et leurs confgurations. Dans ce projet, nous nous intéressons essentiellement au sous-système radio du GPRS. Une autre tâche, diffcile à réaliser, concerne la prédiction du trafc qui écoulera sur le réseau GPRS. Ce réseau est conçu pour la transmission des données avec des débits élevés. Donc, un opérateur, souhaitant intégrer le GPRS, a besoin de prévoir les services qui seront adoptés par ces abonnés ainsi que les débits souhaités par ces derniers. Le cas de TUNISIANA est plus complexe, vu que le GPRS n est pas encore commercialisé en la Tunisie. Ce qui fait aucune référence n est disponible. Suite à une première étude, ce trafc de données semble être moins régulier au niveau de ses caractéristiques (taux d arrivés, débits...) que le trafc de parole. Ce qui fait, les formules d Erlang B, utilisés pour le dimensionnement du réseau GSM, ne s appliquent plus dans le cas d un réseau GPRS. Il s agit donc de déterminer les paramètres et les règles de dimensionnement à appliquer pour le dimensionnement BSS d un réseau GPRS. 16

28 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS Les résultats de dimensionnement obtenus seront des données de base pour estimer les équipements à introduire et leurs confgurations Etude et analyse de l existant Avant d entamer l élaboration du modèle, il est indispensable d étudier les solutions déjà adoptées sur le marché. Donc, il est nécessaire de voir les modèles de dimensionnement BSS disponibles, pour le cas d un réseau GPRS. Parmi, les modèles adoptés et les outils existants sur le marché, nous présentons quelques un en précisant leurs avantages et leurs inconvénients Le simulateur GPRSim Le GPRSim [1] est un outil de simulation GPRS développé à l université technologique de Aachen. Il représente une solution purement logicielle, qui peut servir au dimensionnement radio du réseau GPRS. Ce simulateur représente un réseau GSM/GPRS avec sa pile protocolaire, des liens de transmission, des canaux radio GPRS et un générateur de trafc. Pour un scénario de simulation choisi, l outil fournit des graphes de dimensionnement des PDCH Scénario de simulation Un scénario de simulation est un ensemble de paramètres qui déterminent les conditions de simulation désirées par l opérateur. Comme exemple de scénario : BLER = 13.5%, Type de codage = CS-2, Mode de transmission LLC = mode avec acquittement, Capacité de traitement: recevoir 4 slots et émettre 1 slot, Taille d une fenêtre LLC = 16 trames, Taille maximale d une fenêtre de congestion (niveau TCP) = 8 kilos octets Taille maximale d un segment = 536 octets, Période inactive entre deux sessions = 12 secondes, Trafc Internet : 70% et 30% www, Trafc WWW : nombre de pages par session suit une loi géométrique de moyenne 5, l intervalle de temps entre 2 pages suit une loi exponentielle négative de paramètre 12 et la taille d une page suit une loi log2-erlang-k de paramètres

29 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS Trafc la taille d un mail suit une loi log2-normal de paramètre Nombre maximal de PDCH alloués dynamiquement = Confgurations des PDCH dédiés En fxant le scénario de simulation désiré, le GPRSim fournit des graphes de dimensionnement des PDCH dédiés. Figure 2.1 Débit IP moyen offert à l utilisateur [3] Le graphe, de la fgure 2.1, présente le débit IP moyen offert à l utilisateur en fonction du trafc IP offert. Chaque courbe correspond à un nombre de canaux PDCH. Le graphe de dimensionnement des PDCH est déduit à partir de ce graphe en divisant le trafc IP offert par le nombre de PDCH approprié. Figure 2.2 Graphe de dimensionnement des PDCH dédiés [3] Pour déterminer le nombre des PDCH dédiés, il sufft d appliquer le modèle présenté dans la fgure

30 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS Volume à l heure chargée par cellule QoS (débit offert à l utilisateur) /3600 Graphe de dimensionnement Débit instantané / Capacité/PDCH Nombre de PDCH Figure 2.3 Le modèle de dimensionnement des PDCH dédiés (GPRSim) ESG-NetCOP ESG-NetCOP [2] est une solution logicielle pour la planifcation, la confguration et l optimisation des réseaux mobiles (GSM, GPRS et UMTS). Elle permet : la planifcation du réseau GSM (BSS et NSS), la planifcation BSS/GPRS, la planifcation NSS/UMTS-CS, la planifcation UMTS/PS, la planifcation de la signalisation. Planifcation BSS/GPRS L outil a besoin de récupérer des données représentant l état actuel du réseau: l emplacement géographiques des BTS et des BSC, les liens BTS-BSC et BSC-BTS, les confgurations des BTS, A l aide de ces données, l outil offre la possibilité d analyser les capacités du réseau d accès. Il permet : l estimation de la probabilité de blocage expérimentale à partir du nombre des TCH disponibles dans la cellule, la détection du surdimensionnement des TRX, la détermination de l étranglement du trafc, l identifcation de la capacité de réserve au niveau de l interface Abis et Ater, l estimation du trafc par BSC/MSC. 19

31 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS Pour l introduction du GPRS, l outil offre plusieurs méthodes pour la mise à niveau des BTS. Parmi ces méthodes: une mise à niveau basée sur l infrastructure existante, une mise à niveau basée sur l étranglement du trafc. IL permet aussi l allocation des PDCH et le dimensionnement de l interface Gb. En plus, cet outil, à l aide d un système d information géographique, permet la visualisation de l architecture du réseau GPRS (voir fgure 2.4). Cette fonction: permet la visualisation de la distribution géographique des équipements, permet la visualisation des liens entre les différents équipements GPRS, facilite la récupération des informations concernant l architecture, Figure 2.4 Exemple d architecture GPRS visualisée par l ESG-NetCOP [7] L approche du constructeur C1 Cette approche, adoptée par le constructeur C1, permet le dimensionnement du soussystème radio du GPRS. Elle présente les méthodes de dimensionnement des PDCH et de l interface Gb. Pour le dimensionnement de ces interfaces, ce constructeur a spécifé un modèle du trafc GPRS et des profls d abonnés. 20

32 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS Le modèle du trafc Le modèle du trafc, adopté par le constructeur C1, défnit pour chaque classe d abonnés: le taux de pénétration dans la population GSM, les services GPRS, le taux de pénétration d un service dans la population GPRS, le débit cible, le volume mensuel des données généré par un abonné pour chaque service Les profls des abonnés Le constructeur C1 spécife pour chaque classe d abonnés, un profl caractérisé par: le nombre de jours d activité d un abonné par mois, le taux de trafc écoulé par jour pendant les heures chargées, le nombre d heures chargées par jour Dimensionnement des PDCH Modèle du trafc Approche probabiliste Débit IP maximal / Capacité IP d un PDCH = Nombre de PDCH Figure 2.5 Procédure de dimensionnement des PDCH (constructeur C1) D après la fgure 2.5, deux paramètres à déterminer : la capacité IP d un PDCH et le débit IP maximal. La capacité IP d un PDCH : La capacité RLC/MAC moyenne d un PDCH dépend des types de codage utilisés. Elle est calculée comme suit : 21

33 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS 4 Pr obabilité de CSi Débit decsi 1 Capacité moyenne/ PDCH = 4 Certaines entêtes sont ajoutées à la trame RLC. Ce qui fait, la capacité IP d un PDCH est inférieure à sa capacité RLC/MAC. Le constructeur C1 a défni des facteurs F1 pour différentes tailles de paquet. F1 représente, pour une taille donnée, le rapport entre la capacité RLC/MAC d un PDCH et sla capacité IP. Capacité utile / PDCH = capacité moyenne / PDCH F1 Débit IP maximal Le débit IP maximal est calculé à l aide de la fonction de distribution cumulative du débit global instantané en supposant que le nombre d abonnés instantanément en service suit une loi binomiale. Ce débit dépend de la qualité de service désirée par l opérateur c'est-à-dire de la probabilité d offrir un débit instantané à l utilisateur est égal au débit cible. Figure 2.6 Exemple d une fonction de distribution cumulative du débit global Dimensionnement de l interface Gb D après la fgure 2.7, trois étapes sont à suivre pour le dimensionnement de l interface Gb: le calcul du débit IP maximal pour chaque BSC, la déduction du débit Gb maximal et fnalement la détermination du nombre de time slots Gb en divisant le débit Gb maximal par 64 kbits/s. 22

34 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS Modèle du trafc Débit IP maximal Approche probabiliste Les entêtes Gb Débit Gb maximal Nombre des canaux Gb 1Gb = 64 kbits/s Figure 2.7 Procédure de dimensionnement Gb (constructeur C1) Débit IP maximal par BSC Il est déterminé en suivant la même procédure décrite pour le calcul du débit IP maximal. Sauf que, ce dernier est calculé par cellule. Déduction du débit Gb maximal Le volume Gb est plus important que le volume au niveau IP à cause de l ajout des entêtes IP, SNDCP, LLC, BSSGP et NS et des informations de signalisation. Le constructeur C1 a défni des facteurs F2 pour différentes tailles de paquet, qui représente le rapport entre le débit Gb maximal et le débit IP maximal. Ainsi, Débit Gb max imal = Débit IP max imal F L approche du constructeur C2 Cette approche, adoptée par le constructeur C2, permet la modélisation du trafc GPRS. Elle défni un modèle de trafc et des profls d abonnés. Le modèle de trafc, adopté par le constructeur C2, a pour paramètres : les classes d abonnés, le taux de pénétration de chaque classe, le nombre de MMS envoyé par un abonné par mois, le volume des données généré par jour par abonné. En plus, le constructeur C2 a défni un profl d abonnés pour chaque service. Pour le service MMS, le profl indique le nombre des jours d activité d un abonné par mois et le 23

35 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS nombre des heures chargées par jour. Pour le service accès aux données, le profl indique le nombre des heures chargées par jour Récapitulation Chaque approche, présentée dans ce qui précède, est caractérisé par des avantages qui peuvent être exploités pour la spécifcation de notre approche de dimensionnement du soussystème radio du réseau GPRS. Le tableau 2.1 regroupe les principales recommandations à suivre pour la défnition de notre approche: Approche recommandations o L utilisation d un simulateur facilite la tâche de dimensionnement et permet le choix du résultat le plus performant, GPRSim o les conditions de l environnement radio sont prises en considération (surtout la dégradation de la capacité réelle d un PDCH), La visualisation de l architecture GPRS, offerte ESG-NetCOP par cet outil, est une option dans un outil de dimensionnement. o Le modèle du trafc GPRS et les profls d abonnés sont bien spécifés. Constructeur C1 o La procédure de calcul du débit utile offert par un PDCH est bien soignée. De même pour le calcul du débit réel au niveau de l interface G b, Le modèle défni est orienté surtout pour le Constructeur C2 dimensionnement du cœur du réseau. Tableau 2.1 Approches et recommandations A partir des approches présentées, on peut extraire aussi les principaux paramètres à défnir pour le dimensionnement du sous-système radio d un réseau GPRS. Le tableau 2.2 présente ces principaux paramètres. Catégories Paramètres BLER Environnement radio Mode de transmission LLC Type de codage 24

36 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS Classe d abonnés Modèle du trafc Profl d abonnés Règles de dimensionnement Taux de pénétration GPRS dans la population GSM Services offerts Taux de pénétration d un service dans la population GPRS Volume mensuel généré par un abonné Nombre de jours d activité d un abonné par mois Nombre d heures chargées par jour Taux du trafc écoulé par jour pendant les heures chargées Capacité utile d un PDCH Débit global Débit global au niveau Gb Probabilité de satisfaction des abonnés Taille moyenne d un paquet Tableau 2.2 Paramètres de dimensionnement BSS du GPRS 2.4. Conception du modèle de dimensionnement BSS pour le GPRS Dans cette section, il s agit de défnir, à partir des approches étudiées, une approche de base qui permet de déterminer les besoins en ressources PDCH et Gb pour le déploiement du réseau GPRS. Donc, il s agit de défnir les paramètres qui seront prises en considération pour le dimensionnement du sous-système radio du GPRS puis concevoir les règles d ingénierie à suivre et enfn simuler l approche et analyser les résultats. Chaque fois que les résultats obtenus sont insatisfaisants, l approche sera améliorée. La fgure 2.8 résume la procédure de recherche de l approche de dimensionnement. 25

37 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS Approche de dimensionnement Amélioration Simulation Résultats Analyse Oui Validation de l approche Figure 2.8 Procédure de recherche de l approche de dimensionnement Premier modèle proposé Une première approche simple est défnit pour le dimensionnement BSS pour le cas d un réseau GPRS. Certes les paramètres présents dans le tableau 2.2 permettent de défnir une approche judicieuse, mais la spécifcation de certains paramètres semble diffcile surtout qu aucune donnée concernant le trafc GPRS et son impact n est disponible Paramètres de dimensionnement Cette première approche se base sur les paramètres illustrés dans le tableau 2.3. Catégories Paramètres Environnements radio Type de codage CS-2 Taux de pénétration GPRS dans la population GSM Un seul service MMS Modèle du trafc Trafc généré par abonné à l heure chargée Charge unitaire d un MMS trafc global généré à l heure chargée au niveau de Règle de dimensionnement chaque cellule et de chaque BSC. Tableau 2.3 Les paramètres de dimensionnement de la première approche 26

38 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS Dans le but de déterminer le nombre de MMS reçus par un abonné GPRS, nous avons défni un facteur F, qui présente le pourcentage du nombre de MMS par abonné par rapport au nombre de SMS. Nombre de MMS par abonné = nombre de SMS par abonné F Ainsi le trafc généré par un abonné à l heure chargée est calculé comme suit : Trafc par abonné au BH = nombre de MMS par abonné taille moyenne d'un MMS Le trafc global généré à l heure chargée (BH) est calculé comme suit : Trafc global au BH = Nombre d' abonnés GSM taux de pénétration du GPRS trafc GSM par abonné Nombre de PDCH par cellule Pour déterminer le nombre des PDCH nécessaires, il sufft de calculer le débit global par cellule, comme le montre la fgure 2.9. Puis le diviser par la capacité d un seul PDCH. Trafc global généré au BH / 3600 Débit global / Capacité d un PDCH Nombre de PDCH Figure 2.9 Premier modèle proposé Nombre de TS Gb par BSC Pour déduire le nombre de time slots Gb nécessaires entre pour chaque BSC, il sufft de calculer le débit global au niveau de chaque BSC, comme pour le cas de dimensionnement des PDCH. Ensuite, ce débit global sera divisé par 64 kbits/s Simulation et observation Faute de données marketing, nous étions obligé de négliger certains paramètres de dimensionnement lors de la conception de cette première proposition. Ce qui a mené à des faux résultats. 27

39 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS En se référant, à l approche défnie par le constructeur C1, nous avons constaté l importance du paramètre «débit cible» pour le dimensionnement des ressources BSS du GPRS. En fait, le débit cible, que l opérateur désire offrir à l abonné, traduit le temps nécessaire pour servir l abonné. Ce temps varie d un service à un autre. En plus, la distribution du trafc dans le temps n est pas forcement uniforme. Donc, pour calculer le débit global, il faut prévoir la distribution réelle du trafc dans le temps. Dans le souci d aboutir à des résultats plus corrects, il vaudrait mieux prendre en considération la dégradation du débit théorique d un PDCH. En effet, la capacité utile offerte à l abonné est inférieure à la capacité théorique vu les retransmissions possibles, en cas de réception d une trame erronée, et les entêtes ajoutées à une trame au cours de la transmission. De même, il vaudrait mieux prendre en considération les débits réels supportés par l interface Gb. Puisque, au cours de la transmission des données du MS vers le SGSN, des entêtes et des information de signalisation seront ajoutées Deuxième modèle proposé Dans le but de concevoir l approche de dimensionnement BSS du GPRS, cette proposition vient améliorer la première proposition déjà présentée Modélisation du trafc GPRS En se référant à la solution proposée par le constructeur C1, on peut adopter un modèle dutrafc GPRS qui défnit deux types d abonnés ordinaire et affaire. En effet, les besoins d un abonné affaire sont différents de ceux d un abonné ordinaire. Pour cette raison, il est plus judicieux de défnir pour chaque type d abonnés : un profl qui représente le comportement de l abonné. Ce profl spécife le nombre de jours d activité par mois, le taux du trafc journalier écoulé pendant les heures chargées et le nombre des heures chargées par jour. un ou plusieurs services dont chacun est caractérisé par un taux de pénétration dans la population GSM, un débit cible, un usage mensuel par abonné et une charge unitaire. Ainsi, le modèle du trafc GPRS peut être représenté par le tableau 2.4 et le tableau

40 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS classe d'abonnés Affaire Services Taux de Usage Volume Débit cible pénétration abonné/mois unitaire Kbyte Service 1 10% 20kbits/s Service 2 10% 30 kbits/s Service 3 5% 25 kbits/s Ordinaire Service 1 2,5% 10 kbits/s Service 2 2,5% 15 kbits/s Service 4 5% 20kbits/s 6 20 Classe d'abonnés Tableau 2.4 Exemple d un modèle de trafc GPRS Nombre de jours actifs/mois Nombre de BH/jour Taux du trafc aux BH Affaire % Ordinaire % Tableau 2.5 Exemple de profls d abonnés Dimensionnement des canaux PDCH Le nombre de PDCH nécessaires est le rapport entre le débit global par cellule et la capacité utile d un PDCH. Il s agit, donc, de déterminer la capacité utile d un PDCH et le débit global. La capacité utile d un PDCH La capacité utile d un PDCH, qu obtiendra un abonné, doit être calculé au niveau de la couche application. Le tableau 2.6, représente les débits RLC d un PDCH pour chaque type de codage. Ces débits représentent le débit avec lequel la couche LLC peut communiquer avec la couche RLC/MAC. CS-1 CS-2 CS-3 CS-4 8 kbits/s 12 kbits/s 14.4 kbits/s 20 kbits/s Tableau 2.6 Débit RLC par type de codage Le débit RLC est un débit théorique, qui subit une dégradation due à la retransmission des trames erronées. Le taux d erreur sur les trames, représenté par le BLER, défnit le rapport du nombre de trames erronées sur le nombre des trames reçues. 29

41 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS Débit RLC réel = Débit RLC (1 BLER) Le débit RLC réel subit aussi une dégradation à cause des entêtes LLC, SNDCP et IP ajoutées à un bloc RLC et qui représentent une charge inutile pour l abonné. Ces entêtes ont une taille moyenne de 0,24 kbits [4]. Donc, le coeffcient de dégradation D est calculé comme suit : = taille moyenne du paquet D taille moyenne du paquet + 0,24 Ainsi, le débit utile au niveau application est égal : Débit utile = débit réel RLC D Le débit global Dans cette approche, est dans le but d améliorer l approche que nous avons défni, nous proposons de défnir la distribution du trafc total généré par tous les abonnés GPRS pour le calcul du débit global. Pour cela, on peut supposer que le nombre d abonnés simultanément en service suit une loi binomiale. En effet, trois états sont possibles pour un abonné GPRS : «READY», «STAND BY» et «IDLE» [1]. Ces états sont assimilables à deux états : en service ou hors service c'est-à-dire entrain d utiliser des ressources radio (READY) ou non (IDLE et Stand BY). Donc l événement à considérer est «abonné en service». Si ce n est pas le cas, alors il est hors service. La probabilité que l événement se réalise à un instant donné est calculée comme suit : Volume transmis par abonné à l'heure ch arg ée p = débit cible 3600 La probabilité d avoir k abonnés simultanément en service parmi N est donc : P N (k) k k N = k N p (1 P) C La probabilité d avoir au plus k abonnés simultanément en service parmi N est la fonction de répartition de la loi binomiale F(k). F (k) = P k (X k) = C i p (1 p i N i N i= N ) 0 Ainsi, on peut tracer la courbe de F(k) en faisant varier k de 0 à N où N est le nombre d abonnés dans la cellule. Puis, en fxant la valeur de F(k) désirée, on peut déterminer k qui 30

42 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS est le nombre maximal d abonnés simultanément en service. La valeur de F(k) choisie représente la probabilité de satisfaction des abonnés. Le débit global est donc le produit de k et le débit cible Dimensionnement des canaux Gb La règle de dimensionnement des canaux Gb peut être aussi amélioré en tenant compte de la différence entre le débit offert à l abonné et le débit au niveau de l interface Gb. Débit global La même procédure utilisée pour le calcul du débit global spécifque à chaque cellule sera utilisée, dans cette approche, pour le calcul du débit global spécifque à chaque BSC. Il sufft de déterminer le nombre N des abonnés connectées aux BTS contrôlés par le BSC en question et fxer la valeur de F(k) désirée. Débit global au niveau de l interface Gb Lors de la transmission des paquets, des informations seront ajoutées. Ces informations sont principalement : - les entêtes IP, SNDCP et LLC de taille 240 bits, - les informations de signalisation représentant 6% de la taille de l information à transmettre, - les entêtes BBSGP et NS de taille 320 bits. Ainsi, le débit global sera multiplié par un coeffcient A pour déterminer le débit global au niveau de l interface Gb. Les canaux Gb (Taille moyenne du paquet + 240) 1, A = Taille moyenne du paquet Le nombre de time slots Gb nécessaires pour supporter le trafc GPRS est donc : Débit global au niveau Gb Time slots Gb = Simulation et observation En simulant cette approche ainsi défnie, on obtient des nombres de time slots PDCH et Gb acceptables. Mais, dans le but d améliorer cette proposition, nous supposons que le nombre d abonnés simultanément en service suit une loi de poisson. En effet, lorsque N est grande (dépasse 50) et p très faible (tend vers 0), une variable aléatoire, qui suit une loi 31

43 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS binomiale de paramètres (N, p), converge en loi vers une variable de poisson de paramètre N*p [6] Le modèle adoptée Après l amélioration des deux modèles proposés précédemment, nous avons aboutit à adopter un modèle, qui satisfait aux besoins du service BSS, pour le dimensionnement BSS du réseau GPRS. Dans ce modèle, nous supposons que le nombre d abonnés simultanément en service suit une loi de poisson de paramètre (N*p). Il s agit donc de recalculer le débit global par cellule et le débit global spécifque à chaque BSC. Puis déduire le nombre des canaux PDCH et Gb nécessaires Amélioration de la deuxième proposition La loi de poisson La loi de poisson est une loi d une variable aléatoire entière positive qui satisfait à : P(X λ = k) = e λk k! Exploitation de la loi de poisson Dans le cas du GPRS, plusieurs services sont offerts dont chacun est caractérisé par temps de service. Temps Ch e unitaire de service = arg Débit cible Généralement, le service qui a un temps de service faible est plus exigeant en terme de ressources. De ce fait, nous proposons de se limiter à déterminer le nombre d abonnés simultanément en service correspondant au service qui a le plus court temps de service. En effet, si on détermine le nombre de tous les abonnés GPRS simultanément en service, on se trouve face à plusieurs débits cibles. Ainsi le calcul du débit global n est plus évident Présentation du modèle En améliorant à chaque fois le modèle de base que nous avons défni au début, nous avons pu défnir le modèle suivant basé sur: o le calcul du débit global par cellule e par BSC, o le calcul de la capacité utile d un PDCH, o le calcule du débit Gb global. Dans ce qui suit, nous présentons la procédure retenue pour le calcul de ces paramètres. 32

44 Chapitre 2: Le modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS Débit global par cellule (ou BSC) Données Marketing? = Nombre d abonnés * Nombre d usage/abonné * (Temps de service /3600) Loi de poisson de paramètre? Probabilité de satisfaction de l abonné Fonction de répartition de la loi de poisson Débit global 2.5. Conclusion Nombre de PDCH Figure 2.10 Procédure de calcul du débit global Débit global par cellule Nomnbre des canaux PDCH = D Nombre des canaux Gb Nombre des canaux Gb = Débit global par 64 BSC * A Dans ce chapitre, nous avons défnit le modèle de dimensionnement qui sera adopté pour l estimation du nombre des canaux PDCH et Gb nécessaires. Au cours de la conception de ce modèle, certains paramètres sont négligés. En fait, le trafc GPRS est irrégulier et la défnition des paramètres de dimensionnement est complexe. En plus, ce modèle est un modèle de base qui sera exploité pour le lancement du GPRS. Il présente le modèle à implémenter pour la réalisation de l outil DBMG. 33

45 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG Chapitre 3 : Implémentation du DBMG 3.1. Introduction Après l élaboration du modèle de dimensionnement BSS pour le réseau GPRS, nous passons à développer l outil DBMG «Dimensioning BSS Model for GPRS Network». En génie logiciel, on distingue trois premières importantes phases dans le cycle de vie d un logiciel : la phase d étude et de spécifcation, la phase de conception et la phase de réalisation. Dans la première phase d étude et spécifcation des besoins, on établit les services du système, les contraintes et les buts en consultant les utilisateurs du système. La seconde phase de conception consiste à représenter les fonctions du système de manière à ce qu elles soient facilement transformables en un ou plusieurs programmes exécutables. Finalement, la phase de réalisation. Au cours de cette étape, on implémente la conception de l application en un ensemble de programmes ou d unités de programmation. Dans ce chapitre, nous présentons ces trois phases pour la réalisation de notre application DBMG Spécifcation des besoins Avant la phase de la conception, nous spécifons les besoins fonctionnels que l outil DBMG doit assurer. Ces besoins seront donc indispensables pour garantir la performance de l outil. Nous spécifons aussi d autres besoins non fonctionnels, dont l intégration améliore le fonctionnement de l outil Les besoins fonctionnels Les six principales fonctions du DBMG sont : la saisie des données Marketing et techniques. la modélisation du réseau GSM/GPRS, le dimensionnement des canaux PDCH, le dimensionnement de l interface Gb, l aide sur quelques indicateurs clés de performance du GPRS, la visualisation de l architecture du sous-système radio du GPRS. 34

46 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG Saisie des données Marketing et techniques Pour réaliser les tâches spécifées, l outil DBMG doit récupérer les données Marketing et techniques. Saisie des données Marketing: L utilisateur de l outil DBMG a besoin d indiquer le modèle du trafc GPRS écoulé sur le réseau en question. Pour cette raison, l outil doit permettre à l utilisateur de : o ajouter, modifer ou supprimer une classe d abonnés, o ajouter, modifer ou supprimer un service GPRS appartenant à une classe d abonnés déjà défnie, o affcher le modèle du trafc GPRS défni. A chaque classe d abonnés doit correspondre : o un ou plusieurs services, o un taux de pénétration, o un nombre de jours d activité par mois d un abonné, o un taux du trafc journalier écoulé pendant les heures chargées, o un nombre d heures chargées par jour. A chaque service doit correspondre les paramètres suivants : o un taux de pénétration dans la population GSM, o un débit cible qui sera représenté par le débit que l opérateur désire offrir à l abonné, o un usage mensuel par abonné, o une charge unitaire transmise au cours d un usage. La suppression d une classe d abonnés doit engendrer la suppression de tous les services qui lui appartiennent. Saisie des données techniques: L outil doit récupérer des données caractérisant le réseau GSM existant et le trafc qui le génère. Il doit assurer: o l import des données caractérisant les cellules. o la saisie de la valeur moyenne du trafc GSM généré par un abonné ou choix de la valeur par défaut. L utilisateur doit avoir l opportunité d enregistrer ou modifer la valeur saisie. de 35

47 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG La modélisation du réseau GPRS Il s agit de déterminer certains paramètres représentant le réseau GPRS. Ces paramètres sont déduits des données Marketing et techniques. Détermination du nombre d abonnés GPRS à l heure chargée par service : L outil à réaliser doit calculer, pour chaque cellule, le nombre d abonnés à l heure chargée par service. Trafc GSM moyen taux de pénétration du service Nombre d'abonnés GPRS = Trafc GSM moyen / abonné Calcul du nombre d usage d un service par abonné : L outil doit calculer, le nombre moyen d usage d un service par abonné. Ce nombre peut être déduit à partir du volume mensuel, que génère l abonné, et son profl. Nombre d'usage / abonné Usage d' un abonné par mois = Taux du trafc aux BHs Nombre de jours actifs par mois * nombre de BH par jour Calcul du nombre d usage d un service dans chaque cellule: Le nombre d usage d un service doit être calculé pour chaque cellule. Ce nombre est le produit du nombre d abonnés de ce service dans la cellule et du nombre d usage de ce service. Calcul du temps de service : L outil doit déterminer le temps de service spécifque à chaque service. Ce temps est calculé à partir du débit cible et de la charge unitaire transmise lors de l usage du service en question. Temps Ch e unitaire du service de service = arg Débit cible Détermination du service dont le temps de service est le plus court (service_min) Dimensionnement des PDCH Le dimensionnement des PDCH revient à défnir le nombre de time slots PDCH nécessaires pour supporter le trafc GPRS écoulé. Pour le déduire, l outil doit permettre de: saisir la probabilité de satisfaction des abonnés ou défnir une valeur par défaut, saisir la taille moyenne d un paquet IP ou défnir une valeur par défaut. L outil doit effectuer plusieurs opérations de calcul et affcher les résultats obtenus. Détermination de la capacité réelle d un PDCH : Pour calculer la capacité utile d un PDCH, l outil doit être capable de: 36

48 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG o Importer les données caractérisant l environnement radio, o Déterminer le type de codage approprié à chaque cellule en fonction de la valeur du C/I en se référant au tableau 3.1. CS-1 CS-2 CS-3 CS-4 C/I < 6 db 6 db < C/I <10 db 10 db < C/I <19 db 19 db < C/I Tableau 3.1 Type de codage approprié en fonction du C/I o Saisir la taille moyenne d un paquet ou choisir la valeur par défaut. o Déterminer la capacité réelle d un PDCH de chaque cellule en fonction de la taille moyenne d un paquet et du type de codage utilisé par la cellule. Donc, en se référant au tableau 3.2, l outil doit déterminer le débit RLC d un PDCH et ensuite le débit utile. Type de codage CS-1 CS-2 CS-3 CS-4 Débit RLC 8 kbits/s 12 kbits/s 15 kbits/s 20 kbits/s Tableau 3.2 Débit RLC en fonction du type de codage / = *(1 Taille moyenne du paquet Débit réel PDCH Débit RLC BLER)* Taille moyenne du paquet + 0,24 Détermination du débit maximal par cellule : Un processus de calcul doit être implémenté pour que l outil pourra déterminer le débit maximal pour chaque cellule. Ce processus est présenté par les étapes suivantes : λ = N * o Détermination du paramètre de la loi de poisson λ tel que : nombre d' usage par mois(service _ min) * taux du trafc aux BHs * ch arg e unitaire(service _ min) Nombre de jours actifs par mois * nombre de BH par jour * Débit cible * 3600 o Traçage de la fonction cumulée F(k) du processus de poisson en faisant varier k de 0 jusqu au nombre total d utilisateurs présents dans la cellule à l heure chargée. F( k) = k e λ j= 0 j! j * λ o Détermination du nombre d utilisateurs simultanément en service. Il s agit de déterminer la valeur de k qui lui correspond une valeur de F(k) est égale à la probabilité de satisfaction. La valeur de k représente le nombre d utilisateurs simultanément en service. 37

49 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG Débit global = o Détermination du débit maximal par cellule Débit cible(service _ min) * nombre d' utilisateurs simul tan ément Calcul du nombre des PDCH : en service L outil doit calculer le nombre de PDCH nécessaires pour supporter le trafc GPRS écoulé sur chaque cellule. Ce nombre est déterminé en divisant le débit instantané par la capacité utile d un PDCH. Affchage des résultats : L outil DBMG doit offrir la possibilité d affcher les résultats de dimensionnement des PDCH. Il doit affcher le nombre de canaux PDCH obtenus pour chaque cellule Dimensionnement de l interface Gb Le dimensionnement des canaux Gb est une autre fonction primordiale, qui sera assurée par l outil. Cette fonction revient à déterminer le nombre de time slots Gb nécessaires. Pour cela, l outil doit importer certaines données nécessaires et faire certaines opérations de calculs. Saisie du nombre total des abonnés GSM Import des données caractérisant chaque zone Calcul du débit global maximal par zone : La même procédure de calcul sera utilisée pour la détermination du débit maximal spécifque à chaque zone. Seules les entrées changent. C'est-à-dire la probabilité de satisfaction des abonnés et les nombres totaux des utilisateurs simultanément en service qui ne caractérisent plus une cellule mais plutôt une zone. Calculer le débit Gb global pour chaque zone : L outil à réaliser doit calculer le débit Gb global pour chaque zone. Il doit calculer le coeffcient A. Puis le multiplier par le débit maximal au niveau de la zone en question. ( Taille moyenne du paquet + 0,24)*1,06 + 0,32 A = Taille moyenne du paquet Calculer le nombre des canaux Gb nécessaires pour chaque zone : L outil doit calculer le nombre de time slots Gb nécessaires pour supporter le trafc GPRS écoulé dans chaque zone. Ce nombre sera déduit du débit Gb au niveau de la zone en question. Si l utilisateur a besoin de déterminer le nombre des canaux Gb au niveau de chaque BSC, l utilisateur doit importer les données caractérisant chaque BSC. 38

50 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG Pour déduire le nombre de canaux Gb au niveau de chaque BSC, l implémentation de la procédure de calcul suivante est indispensable : Calcul de la contribution du trafc supporté par BSC dans le trafc écoulé dans la zone où le BSC est localisé. Calcul du nombre de time slots Gb au niveau de chaque BSC Visualisation de l architecture GPRS La visualisation de l architecture du sous-système radio du GPRS revient essentiellement à représenter : o l emplacement géographique des équipements BSS (SGSN, MFS, PCU, BSC et BTS) sur la carte géographique de la Tunisie, o les liens entre les équipements BSS du GPRS, o les informations qui caractérisent chaque équipement. Donc, l outil à réaliser doit saisir les données représentatives de l architecture du réseau, et visualiser l architecture GPRS selon les besoins de l utilisateur: o visualiser toute l architecture du sous-système radio du GPRS, o visualiser l architecture des équipements appartenant à un fournisseur précis, o visualiser un MFS et les BSC qui y sont connectés, o visualiser un équipement recherché (MFS, BSC ou BTS) et les détails qui le caractérisent. Saisie des données : L outil doit importer les données représentant l infrastructure du sous-système radio du GPRS. Il doit importer: o des données à propos du SGSN, o des données à propos des MFS, o des données à propos des BSC, o des données à propos des Cellules. Visualisation de l architecture : L outil doit offrir plusieurs choix à l utilisateur : o Présentation de l architecture complète : c'est-à-dire l emplacement des équipements (SGSN, MFS, BSC et BTS) ainsi que les liens entre les équipements, o Présentation de l architecture des équipements appartenant à un constructeur précis dont le nom sera choisi par l utilisateur à partir d une liste. Pour le cas 39

51 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG d Alcatel, le MFS et les BSC qui y sont connectés seront affchés ainsi que les liens existants. Pour le cas de Siemens les BSC seront affchés car les PCU sont intégrés dans les BSC. o Présentation d un MFS et les BSC qui y sont connectés ainsi que les liens existant, le nom du MFS doit être choisi à partir d une liste. Recherche d un équipement et visualisation : L utilisateur doit avoir la possibilité de chercher un équipement bien spécifque, en choisissant son nom d une liste, pour voir son emplacement géographique et consulter certaines informations qui le caractérisent. Il aura la possibilité de chercher un MFS, un BSC ou un BTS L aide sur quelques KPI du GPRS L utilisateur de l outil, à part les résultas de dimensionnement qu il aura, il a besoin d avoir une idée sur les importants KPI du GPRS. Donc, l utilisateur doit avoir la possibilité de choisir un indicateur clé de performance parmi une liste pour que l outil description, son domaine et les objets pour lesquels ces valeurs sont disponibles Les besoins non fonctionnels lui affche sa D autres fonctions peuvent être adoptées pour la réalisation de l outil, dont la présence améliore la performance de l outil. Parmi ces fonctions nous citons: L application des fonctions de statistiques sur les résultats de dimensionnement des canaux PDCH pour déterminer le nombre minimal, maximal des PDCH et le nombre des PDCH en cas de la congestion de la voix, L application des fonctions de statistiques sur les résultats de dimensionnement 3.3. Conception des Gb pour déterminer le nombre nécessaire de canaux dans les zones denses, les zones moins denses et les zones à faible densité. Après la spécifcation des besoins, nous entamons la phase conceptuelle. Nous commençons tout d'abord par la présentation des différentes approches. En suite nous passons à la conception détaillée qui vise à dégager le modèle conceptuel de données et le modèle relationnel Choix de l architecture La première étape d une conception est le choix de l architecture de l application. Une grande variété d architectures présente dans le monde de développement des systèmes 40

52 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG d information. Parmi eux, nous allons choisir le type d architecture satisfaisant les besoins spécifés dans la partie précédente Architectures centralisées Les architectures centralisées forment les premières variétés des architectures utilisées pour mettre en œuvre des systèmes d information. L avantage de cette architecture est la facilité d administration. Mais elle présente un inconvénient majeur qui est la centralisation des données, chaque utilisateur doit disposer de ses propres données Architectures client serveurs Ce type d architecture est constitué de deux parties : un client qui gère la présentation et la logique applicative, un serveur qui stocke les données et une partie de la logique applicative. L inconvénient de cette solution est le nombre limité des connexions simultanées. En effet, chaque session nécessite l établissement d une connexion indépendante Architecture multi tiers Pour ce type d architecture, il s agit de séparer les opérations de stockage des données, les traitements réalisés sur ces données et la présentation de ces données pour l utilisateur. L avantage de cette solution est la facilité de déploiement Architecture retenue D après la spécifcation des besoins déjà élaborée, les données nécessaires pour le fonctionnement de l application ne demande pas un grand espace de stockage. En plus le partage de données par plusieurs utilisateurs n est pas un besoin fonctionnel. De ce fait, l architecture de notre application peut se limiter à une architecture centralisée Choix du système d information Le système d information permet de défnir comment on devra représenter, par des données, les types d informations et les processus de traitements de ces informations qui sont pris en compte pour la réalisation de l application Système de fchiers Un système d information peut se présenter comme un ensemble de fchiers regroupant chacun un ensemble de données homogènes. Dans ce cas, plusieurs problèmes se 41

53 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG posent tels que la décentralisation des données, la redondance des données et l incohérence en cas d une mise à jour des données. La gestion des données stockées dans les fchiers se fait grâce à un système de gestion des fchiers (SGF) Bases de données Une base de données est un ensemble de données hétérogènes qui sont structurées et accessibles par n importe qui et à n importe quelle moment. En fait c est une collection de fchiers reliés par des pointeurs. Donc, avec ce type de système d information, la redondance n est plus envisageable. La gestion de la base de données se fait grâce à un système de gestion des bases de données (SGBD) Solution retenue Pour éviter la redondance des données et l incohérence, nous optant pour un système d information basé sur les bases de données. En fait ce type de système d information est plus compatible avec l application que nous visons réaliser Conception de la base de données La conception d une base de données consiste à défnir la structure sémantique des données sans souci d implantation en machine. Pour le faire, nous commençons par rechercher toutes les entités qui peuvent être manipulés lors du fonctionnement de l application, lister pour chacune les attributs qui lui sont nécessaires pour défnir le modèle conceptuel. Ensuite nous transformons le modèle conceptuel en modèle relationnel pour la suppression des données redondantes Modèle conceptuel de la base de données Les entités fgurant dans notre base de données sont : User_class : les attributs de cette entité sont les informations relatives aux différentes classes d abonnés, Profle : les attributs de cette entité sont les informations relatives aux profls caractérisant chaque type d abonnés, Service : les attributs de cette entité sont les informations relatives aux services offerts à chaque classe d abonnés, 42

54 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG SGSN : les attributs de cette entité sont les informations relatives aux SGSN, PCU : les attributs de cette entité sont les informations relatives aux PCU introduits dans l infrastructure GSM existante à savoir son nom, sa capacité, son constructeur, BSC : les attributs de cette entité sont les caractéristiques des BSC. Parmi ces caractéristiques, nous citons le nombre de cartes PCU intégrées pour l introduction du GPRS, Area : les attributs de cette entité sont les informations relatives aux différentes zones de la Tunisie, Cellule : les attributs de cette entité sont les informations relatives aux cellules y compris le trafc moyen à l heure chargée. Figure 3.1 Le modèle conceptuel de la base de données Modèle relationnel de la base de données Une fois que le modèle conceptuel de la base de données est établit, nous pouvons déduire le modèle relationnel de notre base. La fgure 3.2 présente la formalisation relationnelle relatif au modèle conceptuel déjà établi. 43

55 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG 3.4. Réalisation Figure 3.2 Le modèle relationnel de la base de données Après avoir achevé l'étape de la conception, nous entamons la partie réalisation qui a pour objectif d'exposer le travail fnal. Nous illustrons tout d'abord l'outil de réalisation de l'application. Puis, nous exposons les interfaces homme/machine permettant la manipulation de l'application Environnement de travail Confguration matérielle Pour la réalisation de cet outil, nous avons utilisé un micro-ordinateur doté d : un processeur Pentium IV 2.4 GHz. un disque Dur de 40Go. une mémoire de 512 Mo une carte Graphique GeforceIV de 128Mo de RAM Confguration logicielle Ce projet a été réalisé sous Windows XP Professionnel en utilisant les outils suivants : Microsoft Offce 2000, Microsoft Visual Basic 6.0, MapBasic 5.0, MapInfo Professional

56 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG Choix de la technique Choix du langage de programmation Pour le codage de l application nous avons choisi d utiliser les deux langages de programmation suivant : le Visual Basic pour le développement des interfaces homme machine, l implémentation du modèle de dimensionnement du sous-système radio du GPRS et de l option d aide sur les KPI du GPRS. Ce langage simple permet de développer facilement des applications fonctionnant sur Windows ce qui est le cas de notre application. le MapBasic pour l a programmation autour du MapInfo pour visualiser Choix du SGBD l architecture du sous-système radio du GPRS. En effet, le mapinfo est un outil de type SIG bureautique généraliste qui permet de créer, manipuler et traiter de l information géographique. Le système de gestion de bases de données choisi est l Access. En effet, notre base de données est simple qui ne demande pas une grande performance du SGBD. En plus, l Access est disponible vu que nous travaillons sous Windows XP Professionnel Interfaces Homme machine L écran d accueil de l outil DBMG met à la disposition de l utilisateur, comme le montre la fgure 3.3, trois choix : le dimensionnement du sous-système radio du GPRS en cliquant sur le bouton «BSS Dimensioning», la visualisation de l architecture du sous-système radio du GPRS en cliquant sur «GPRS Topology» et la consultation d un aide sur les KPI du GPRS en cliquant sur «GPRS KPI» Figure 3.3 L écran d accueil du DBMG 45

57 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG L action «BSS Dimensioning» L action «BSS Dimensioning» permet à l utilisateur de introduire le modèle du trafc de son réseau GPRS : ajouter, modifer ou supprimer une classe d abonnés et ajouter, modifer ou supprimer un service d une classe d abonnés déjà confgurée (voir fgure 3.4). lancer la procédure de dimensionnement des canaux PDCH ou des canaux Gb. En effet ces deux procédures sont indépendantes. Figure 3.4 L interface «BSS Dimensioning» Comme il est indiqué dans la spécifcation des besoins, pour le dimensionnement des canaux PDCH ou des canaux Gb, l utilisateur a besoin d importer certaines données. En cliquant, par exemple, sur la commande «Setting Data» du menu «Gb Dimensioning», l utilisateur a la possibilité d importer les données nécessaires pour le déroulement de la procédure du dimensionnement des canaux Gb. Il sufft qu il spécife le chemin du fchier Excel qui représente le trafc par zone et celui qui représente le trafc par BSC. Une autre commande «Dimension» du menu «Gb Dimensioning» permet de faire dérouler la procédure de dimensionnement. Pour l affchage des résultats, en choisissant l option «per area» de la commande «Affch results» du menu «Gb Dimensioning», l outil affche le nombre les canaux Gb correspondant à chaque zone. Sinon, il peut choisir l option «per BCS» L action «GPRS Topology» L action «GPRS Topology» permet d appeler l exécutable «DBMG.MBX» : la fenêtre du MapInfo s ouvre et un menu nommé «DBMG» fgure dans la barre des menus de 46

58 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG la fenêtre. Dans la barre des menus, fgurent trois commandes: la commande «File», la commande «BSS Topology» et la commande «Find». Dans la commande «BSS Topology» (voir fgure 3.5), l utilisateur peut choisir d affcher toute l architecture du sous-système radio du GPRS, d affcher l architecture des équipements appartenant au fournisseur qu il sélectionne ou d affcher l architecture d un MFS. Figure 3.5 L option «BSS Topology» du menu «DBMG» Si, par exemple, l utilisateur choisit de visualiser l architecture d un MFS alors il sélectionne son nom d une liste et il aura le MFS entouré des BSC qui lui sont connectés sur la carte géographique de la Tunisie. Figure 3.6 Exemple d une architecture d un MFS Dans la commande «Find», l utilisateur peut chercher un MFS, un BSC ou un BTS (voir fgure 3.7). Figure 3.7 L option «Find» du menu «DBMG» Si l utilisateur a besoin de chercher un BSC, il sélectionne son nom d une liste. Il aura l emplacement du BSC en question sur la carte géographique ainsi que quelques détails qui le concerne (voir fgure 31) 47

59 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG Figure 3.8 Exemple d un résultat de recherche d un BSC L action «GPRS KPI» L action «GPRS KPI» offre la possibilité d avoir de l aide sur quelques KPI du GPRS. L utilisateur, en choisissant le nom de l indicateur à consulter (voir fgure 3.9), il aura la description de ce KPI, son domaine et les objets pour lesquels il est disponibles Conclusion Figure 3.9 L interface d aide sur les KPI Dans ce chapitre nous avons présenté les principales étapes de l implémentation de l outil DBMG «Dimensioning BSS Model for GPRS Network». Nous avons commencé par spécifer les différents besoins fonctionnels et non fonctionnels que l outil doit assurer. Puis, nous avons élaboré la phase de la conception de la base de données. Finalement, nous avons entamé la phase de la réalisation de l outil. Durant cette dernière phase, nous avons conçue des interfaces simples qui facilitent la manipulation et l exploitation de cet outil par l utilisateur. 48

60 Chapitre 3 : Implémentation du DBMG Pour l amélioration de la performance de cet outil, d autres fonctions peuvent être introduites à savoir l extraction des valeurs réelles des KPI. En fait, ces valeurs seront fournit par le sous-système de maintenance après la mise en service du GPRS. 49

61 Conclusion générale Conclusion générale Le DBMG est un outil de dimensionnement du sous-système radio du GPRS. En exploitant les résultats qu il fournit, l opérateur peut décider les nouveaux équipements BSS à introduire pour l intégration du GPRS, les confgurations de ces équipements, leurs localisations géographiques. En plus, l utilisateur a la possibilité de s informer sur les importants KPI du réseau GPRS dont leur suivie et leur analyse, après la mise en service du réseau, permet l optimisation des résultats de dimensionnement. Pour la réalisation de ce projet, nous avons commencé par présenter les principales actions pour l intégration du réseau GPRS. Ensuite, nous avons entamé une étude sur les principaux KPI du GPRS. Cette étude théorique nous a permis d approfondir nos connaissances et aussi de mieux comprendre la problématique traitée par ce projet. Ensuite, nous avons entamé une étude de l existant pour l élaboration d un modèle de base pour le dimensionnement des canaux Gb et PDCH du réseau GPRS. Cette étude a traité certaines solutions de dimensionnement disponibles sur le marché. Suite à cette étude, nous avons spécifé les besoins en adoptant le modèle déjà défni. Après la spécifcation des besoins, nous avons entamés la phase de conception et puis la phase de réalisation. Ainsi, nous avons arrivés à la fn de ce projet. Les diffcultés de ce projet résident essentiellement dans la phase de la recherche du modèle de dimensionnement du sous-système radio du GPRS. Surtout que le GPRS n est pas encore commercialisé en Tunisie et aucune référence n est disponible. Le modèle de dimensionnement, ainsi défni, est un modèle de base que nous avons adopté pour la réalisation de cet outil. Ce modèle se base sur les paramètres de dimensionnent (marketing et techniques) disponibles. Mais, avec la mise en place du réseau GPRS, d autres paramètres seront disponibles et peuvent intervenir pour la défnition des règles de dimensionnement. Ainsi, le modèle peut être amélioré et répondre à d autres besoins comme l optimisation du réseau GPRS. 50

62 Bibliographie Bibliographie Livres et Articles [1] Sami Tabbane, Xavier Lagrange, Philipe Godlewski, «Réseaux GSM-DCS», Hermes, Paris, [2] Sami Tabbane, «Ingénierie des réseau cellulaires», Hermes, Paris, [3] Peter Stuckmann et Oliver Paul, «Dimensioning Rules for GSM/GPRS Networks», in Proceedings of the 10th Aachen Symposium on Signal Theory (ASST 2001), Aachen, September [4] Manuel confdentiel du constructeur C1. [5] Manuel confdentiel du constructeur C2. [6] G.Saporta, «Théories et méthodes de la statistique», Editions Technip, Paris, Sites Web [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] 51

63 Annexe Annexe A.1. Le réseau GSM Le GSM est un système cellulaire numérique de télécommunications mobiles. Il assure un service mobile de voix et de données compatibles avec les réseaux téléphoniques fxes. Il est caractérisé par un accès très spécifque par l intermédiaire d une liaison radio. A.1.1. L architecture du réseau GSM Un réseau GSM est constitué de trois sous-systèmes (fgure A.1) : le sous-système radio (BSS), le sous-système réseau (NSS) et le sous-système opérationnel (OSS). Pour permettre l interconnexion entre les différentes entités de ces sous-systèmes, des interfaces logiques sont défnies par les organismes internationaux. Figure A.1 L architecture du réseau GSM A Les sous-systèmes du GSM Chaque sous-système du réseau GSM regroupe un ensemble d équipement permettant des fonctions spécifques. Le sous- système radio : BSS Le sous-système radio regroupe plusieurs BSC et plusieurs BTS. Le BSC assure la gestion des ressources radio pour une ou plusieurs BTS. La BTS assure la gestion des stations mobiles d une ou plusieurs cellules et elle assure la transmission radio avec la station mobile. 52

64 Annexe Le sous- système réseau: NSS Le sous-système réseau du réseau GSM comprend des commutateurs et des bases de données qui contiennent les fonctions nécessaires à l établissement des appels et à la gestion de la mobilité. Ces entités sont: le MSC (Mobile Services Switching Center): il s agit d un commutateur qui assure la gestion de la mise en route et la gestion du codage de tous les appels directs et en provenance de différents types de réseaux. le HLR (Home Location register): il s agit d un enregistreur de localisation nominale qui stocke toutes les données relatives aux abonnés. le VLR : il s agit d un enregistreur de localisation des visiteurs qui mémorise de façon temporaire les données concernant tous les abonnés qui appartiennent à la surface géographique qu elle contrôle. le TC (Transcoder): c est un équipement, qui réalise la conversion «parole numérisé à 13 kbits/s» à «parole numérisé à 64 kbits/s» et une partie de l adaptation de débit pour les données utilisateurs. l EIR (Equipement Identity Register) : il s agit d une base de données qui vérife si le mobile a ou il n a pas le droit d accès au système. l AUR (Authentifcation Center): il s agit d un centre d authentifcation qui vérife si le service est demandé par un abonné autorisé et protége l abonné des violations indésirables du système. Le sous-système opérationnel : OSS On distingue deux centres d exploitation et de maintenance : l OMC-S : centre d exploitation et de maintenance du sous-système réseau. Il supervise, détecte et corrige les anomalies du NSS, l OMC-R : centre d exploitation et de maintenance du sous-système radio. Il exploite et maintient la partie radio du réseau GSM. A Les interfaces dans le réseau GSM Les différentes entités du réseau GSM assurent des fonctions complémentaires et chacun obéit à des normes spécifques. Les interfaces entres chaque deux équipements du réseau GSM sont les suivantes : l interface Um : appelé aussi air ou radio, entre la MS et le BTS, utilisée pour le transport du trafc et des données de signalisation. 53

65 Annexe l interface Abis : entre le BSC et la BTS, utilisée pour le transport du trafc et des données de signalisation. l interface A : entre le BSC et le MSC pour le transport du trafc et des données de signalisation. l interface C : soit entre le GMSC et le HLR pour interrogation du HLR pour un appel entrant, soit entre le SM-GMSC et le HLR pour interrogation du HLR pour un message court entrant. l interface D : entre le VLR et le HLR, permet la gestion des informations relatives aux abonnés et leurs localisations. l interface E : soit entre le MSC et le SM-GMSC pour le transport des messages soit entre deux MSC pour l exécution du Handover. l interface G : entre deux VLR, permet la gestion des informations relatives aux abonnés. L interface F : entre un MSC et l EIR, permet la vérifcation de l identité du terminal. l interface B : entre le MSC et le HLR l interface H : entre le HLR et l AUC, permet l échange des données d authentifcation A.1.2. Les canaux logiques du GSM On distingue deux grandes classes de canaux logiques du réseau GSM : les canaux dédiés et les canaux non dédiés. Un canal logique dédié fournit une ressource réservée à un mobile. Un canal logique non dédié est simplex et partagé par un ensemble de mobiles. Le tableau 3.4 représente les canaux logiques du GSM et leurs fonctions : Catégories Nom Fonctions Canaux de broadcast Canaux de contrôle commun Canaux dédiés de contrôle FCCH SCH BCCH PCH RACH AGCH CBCH SDCCH SACCH Calage sur les fréquences porteuses Synchronisation et identifcation Information système Appel du mobile Accès aléatoire du mobile Allocation des ressources Messages courts diffusés Signalisation Supervision de la liaison 54

66 Annexe FACCH Exécution du handover Canaux de trafc TCH Transfert de la voix Tableau A.1 Les canaux logiques du GSM A.2. Le GPRS A.2.1. Les avantages du GPRS La technologie GPRS apporte des améliorations comparativement à la norme GSM, elle permet des débits élevés, l optimisation de l utilisation des ressources en adoptant le mode de transfert par paquets et l introduction de nouvelles applications. A Les débits de transmission élevés Le GPRS peut utiliser plusieurs time slots (jusqu à 8) sur une seule trame TDMA contrairement au GSM, qui ne peut utiliser qu un seul time slot par trame TDMA. IL utilise ces time slots de façon dynamiques et peut donc offrir un débit beaucoup plus important que celui offert par le GSM. En plus, le GPRS défnit quatre schémas de codage: CS-1, CS-2, CS- 3 et CS-4, chacun d entre eux fournissant un niveau de correction d erreur différent et une bande passante effective sur le même canal radio. CS-1 CS-2 CS-3 CS-4 1 slot 9,05 kbits/s 13,4 kbits/s 15,6 kbits/s 21,4 kbits/s 8 slot 72, 4 kbits/s 107,2 kbits/s 124,8 kbits/s 171,2 kbits/s Tableau A.2 Les types de codage GPRS Le débit théorique peut atteindre donc 171,2 kbits/s. Mais le débit utile qu obtiendra l utilisateur est moins faible vu les erreurs de transmission et les encapsulations nécessaires. Il est de l ordre de 40 kbits/s. A L utilisation de la commutation de paquets Le GPRS est basé sur la commutation de paquet, c'est-à-dire qu il n y a pas de réservation d une voie de communication permanente entre les deux interlocuteurs. Les données à transférer sont découpées par paquet avant la transmission de la communication, puis regroupées intégralement à leur arrivée. Donc les ressources radio ne seront utilisées que lorsque des données transitent de et vers le terminal GPRS, libérant ainsi les ressources radio pour les autres utilisateurs. Ainsi, la disponibilité est plus importante. La facturation ne peut plus reposer au temps de communication mais au volume des données transférées. 55

67 Annexe A L introduction de nouvelles applications Les débits importants offerts par le GPRS, autorisent des nouvelles applications. En effet, cette technologie est une solution aux diffcultés rencontrées jusqu à présent avec le réseau GSM notamment sur : La vitesse de transmission des données, Les limitations de rédaction des SMS. Parmi ces applications, nous citons : la navigation sur Internet à partir d un portable ou d un PDA, l envoi et la réception de photos, l envoi et la réception de SMS classiques ou composés de textes plus longs que 160 caractères, l accès à un réseau Intranet, la télémétrie, A.2.2. Les interfaces dans le GPRS L ajout des entités GPRS à l infrastructure GSM existante entraîne la spécifcation des interfaces suivantes (voir Figure A.2): Gb : défnie entre le PCU et le SGSN, Gc : défnie entre le GGSN et le HLR pour interroger le HLR lors de l activation d un contexte PDP, Gd : défnie entre le SGSN et le SMS-GMSC et entre le SGSN et le SMS- IWMSC pour l échange de messages courts, Gf : défnie entre le SGSN et l EIR pour la vérifcation de l identité du terminal, Gi : défnie entre le GGSN et un PDN pour le transfert de données, Gn : défnie soit entre deux SGSN pour la gestion de l itinérance, soit entre le SGSN et le GGSN pour le transfert de données, Gp : défnie entre deux GSNs (SGSN ou GGSN) pour la liaison inter-opérateur, Gr : défnie entre le SGSN et le HLR pour la gestion de la localisation, Gs : défnie entre le SGSN et le MSC/VLR pour la gestion coordonnée de l itinérance entre GSM circuit et GPRS. 56

68 Annexe E SMS-GMSC SMS-IWMSC C MSC/VLR D HLR A Gs Gd Gr Gc Um BTS Abis BSC PCU Gb SGSN Gn GGSN Gi PDN Gn Gp Gf SGSN EIR GGSN Autre PLMN A.2.3. L architecture en couches Figure A.2 les interfaces du réseau GSM/GPRS Dans cette section, nous présentons la pile protocolaire entre le terminal mobile et le GGSN. En fait, un MS gère des piles protocolaires situées dans deux plans différents : Plan de signalisation Plan de transmission Le plan de signalisation sert à assurer la gestion de la mobilité quant au plan de transmission, il sert à transférer les données utilisateurs. Cependant, seuls les sommets de ces deux piles sont différents. Dans le plan de signalisation, on trouve au sommet de la pile la couche GMM surmontée des couches SM et GSMS. Dans le plan transmission, on trouve au sommet de la pile la couche SNDCP. Figure A.3 Pile protocolaire dans le plan de données 57