Etude et Dimensionnement d un Réseau de Nouvelle Génération (NGN) Cas d étude : Tunisie Télécom

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1 RAPPORT DE PROJET DE FIN D ETUDES Filière Ingénieurs en Télécommunications Option Réseaux et Services Mobiles Etude et Dimensionnement d un Réseau de Nouvelle Génération (NGN) Cas d étude : Tunisie Télécom Elaboré par : Abdessalem MRIBAH Encadré par : M. Rached HAMZA M. Anouar ALEYA Projet réalisé en collaboration entre Année universitaire : 2005/2006

2 Dédicaces Ames chers parents pour leur soutien moral et financier durant mes études, àmes deux soeurs Nadia et Khadija et à mon frère Mohamed Ali en leur souhaitant la réussite dans leurs études et dans leur àtous mes amis de Sup Com pour les moments agréables que nous avons passés ensem en leur souhaitant le succès dans leur vie aussi bien professionnelle que familiale, àtous ceux qui m ont aidé afin de réaliser ce travail, et à tous ceux que j aime et qui m aiment. Atous, je dédie ce travail Abdessalem i

3 Remerciements Le travail présenté dans ce rapport a été effectué au sein de la société Tunisie Télécom dans le cadre de mon projet de fin d études pour l obtention du diplôme d ingénieur en Télécommunications option Réseaux et Services Mobiles à l Ecole Supérieure Des Communications De Tunis (Sup Com). Ason terme, je tiens à exprimer ma profonde gratitude à mon encadreur M. Anouar ALEYA, ingénieur principal à Tunisie Télécom, qui n a épargné aucun effort pour le bon déroulement de ce travail. Ses remarques et ses consignes ont été pour moi d un grand apport. Je pense aussi à mon encadreur à Sup Com M. Rached HAMZA qui m a aussi tant encouragé et donné de très bons conseils tout au long de ce travail. Je tiens à le remercier tout particulièrement. Mes sincères remerciements iront aussi à tous nos enseignants à Sup Com pour la qualité de l enseignement qu ils nous ont prodigués durant nos trois années d études afin de nous donner une formation efficace, à tout le personnel de l administration de Sup Com pour nous assurer les meilleures conditions de travail. ii

4 Table des Matières Introduction générale...1 Chapitre I : Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia...3 I.1 Introduction...3 I.2 Définition...3 I.3 Pourquoi Le NGN?...4 I.4 Types de NGN...5 I.5 Avantages du NGN...5 I.6 Architecture NGN...6 I.6.1 Les entités fonctionnelles du coeur de réseau NGN...7 I La Media Gateway (MG)...7 I La Signalling Gateway (SG)...7 I Le serveur d appel ou Media Gateway Controller (MGC) ou Softswitch...7 I.6.2 Les familles de protocoles d un réseau NGN...8 I Les protocoles de contrôle d appel...8 I Le protocole historique : H I Le protocole alternatif : SIP...8 I Les protocoles de commande de Media Gateway...9 I Le protocole historique : MGCP...9 I Le protocole alternatif : MEGACO/H I Les protocoles de signalisation entre les serveurs de contrôle...9 I.7 NGN Téléphonie...10 I.7.1 Architecture NGN Téléphonie...10 I.7.2 Services dans le RTC versus Services dans le NGN Téléphonie...11 I.8 NGN Multimédia ou IMS (IPMultimedia Subsystem)...12 I.8.1 Architecture IMS...12 I.8.2 Structuration en couche de l architecture IMS...13 I.8.3 Entités de Réseau IMS...14 I Terminal IMS...14 I Home Subscriber Server (HSS)...14 I Call State Control Function (CSCF)...14 I MGCF, IMS-MGW et T-SGW : Interfonctionnement avec le RTC...16 I L'IMS-MGW...16 I Le MGCF...17 I Le T-SGW...17 I.9 Les services offerts par les NGN...18 I.9.1 La voix sur IP...18 I.9.2 La diffusion de contenus multimédia...19 I.9.3 La messagerie unifiée...19 I.9.4 Le stockage de données...19 I.9.5 La messagerie instantanée...19 I.9.6 Les services associés à la géolocalisation...20 I.10 Conclusion...20 Chapitre II : Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN...21 II.1 Introduction...21 iii

5 II.2 Migration des réseaux fixes vers NGN...21 II.2.1 Scénario 1 : Mise en place de solutions NGN au niveau de transit...22 II Définition...22 II Impacts sur l architecture du réseau...23 II Exemple 1 : Migration du trafic téléphonique international sur IP...23 II Exemple 2 : Migration du trafic de transit au niveau national...24 II.2.2 Scénario 2 : Mise en place de solutions NGN jusqu au commutateur de classe II Définition...24 II Impacts sur l architecture du réseau...24 II.2.3 Scénario 3 : Mise en place de solutions NGN jusqu au classe II Définition...25 II Impacts sur l architecture du réseau...26 II Raccordement de l abonné...27 II.2.4 Scénario 4 : Mise en place de solutions tout IP en overlay...27 II Impacts sur l architecture du réseau...28 II Les différentes phases de la stratégie de migration overlay...28 II.3 Migration des réseaux mobiles vers l IMS...29 II.3.1 UMTS release 99 : l héritage du GSM/GPRS...30 II.3.2 UMTS releases R4/R5 : l évolution vers le tout IP multimédia...31 II UMTS Release R4 : séparation des couches transport et contrôle...31 II UMTS Release R5 : ajout du domaine IP multimédia...31 II.3.3 Influence de l UMTS sur la stabilisation du concept NGN...34 II.4 Conclusion...34 Chapitre III : Processus de dimensionnement d un réseau NGN...35 III.1 Introduction...35 III.2 Dimensionnement dans le NGN Téléphonie...35 III.2.1 Architecture cible du NGN Téléphonie...35 III.2.2 Scénario de migration retenu...36 III.2.3 Modèle de trafic du réseau d accès...36 III.2.4 Méthodologie de dimensionnement...37 III Organigrammes de dimensionnement du réseau NGN Téléphonie...37 III Calcul du trafic généré par les réseaux d accès...38 III Calcul du nombre de liens CT-MG et MSC-MG...40 III Dimensionnement des Media Gateways...40 III Dimensionnement des softswitchs...40 III Optimisation du réseau de transport...41 III.3 Dimensionnement dans le NGN Multimédia...43 III.3.1 Architecture cible du réseau UMTS...43 III.3.2 Scénario de migration retenu...43 III.3.3 Modèle de trafic du réseau d accès...43 III Les différentes classes de qualité de service...44 III Classe des services conversationnels...44 III Classe des services à flux continu ou Streaming...44 III Classe des services interactifs...44 III Classe des services en mode téléchargement ou background...45 III Modèles de trafic...45 III Modèle de trafic pour le service conversationnel...45 III Modèle de trafic pour le service à flux continu...45 III Modèle de trafic pour le service interactif...45 III Modèle de trafic de la classe Background...46 III.3.4 Méthodologie du dimensionnement...46 iv

6 III Les hypothèses du dimensionnement...46 III Organigramme de dimensionnement du réseau NGN Multimédia...47 III Calcul du trafic généré par le réseau d accès...47 III Dimensionnement des entités du réseau...49 III Dimensionnement des M_MGWs...49 III Dimensionnement des IMS_MGWs...49 III Dimensionnement de MGCF...49 III Dimensionnement de MSC Server...50 III Dimensionnement des SGSNs...50 III Dimensionnement des GGSNs...50 III Optimisation du réseau de transport...51 III.4 Conclusion...51 Chapitre IV : Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios...52 IV.1 Introduction...52 IV.2 Cahier de charges de l outil...52 IV.2.1 Objectif de l'outil de dimensionnement...52 IV.2.2 Paramètres d'entrée...52 IV NGN Téléphonie...52 IV IMS...53 IV.2.3 Paramètres de sortie...53 IV NGN Téléphonie...53 IV IMS...54 IV.2.4 Interface Utilisateur...54 IV.3 Environnement de développement...54 IV.4 Fonctionnalités de l outil...55 IV.4.1 Organigramme fonctionnel de l outil...55 IV.4.2 Modules développés...55 IV Module d estimation de la charge de trafic pour le NGN Téléphonie...55 IV Module d estimation de la charge de trafic pour le NGN Multimédia...56 IV Module d optimisation du réseau de transport...56 IV Module de prévision de trafic...57 IV.5 Interface utilisateur développée...57 V.5.1 Fenêtre principale de l outil...57 V.5.2 Menu NGN Téléphonie...59 V.5.3 Menu NGN Multimédia...59 V.5.4 Menu Prévision...59 V.5.5 Menu Aide...60 IV.6 Validation sur scénarios...60 IV.6.1 Cas du réseau NGN Téléphonie...60 IV Acquisition des paramètres et données d entrée...60 IV Résultats obtenus...63 IV.6.2 Cas du réseau NGN Multimédia...68 IV Acquisition des paramètres et données d entrée...68 IV Résultats obtenus...71 IV.7 Conclusion...78 Conclusion générale...79 Bibliographie...80 v

7 Liste des figures Figure I.1 : Principe général d architecture d un réseau NGN...4 Figure I.2 : Architecture simplifiée des NGN...7 Figure I.3 : Les familles de protocoles d un réseau NGN...10 Figure I.4 : Exemple d architecture NGN Téléphonie...11 Figure I.5 : Services dans le RTC...11 Figure I.6 : Services dans le NGN Téléphonie...12 Figure I.7 : Exemple d architecture NGN Multimédia...14 Figure I.8 : Entités de Réseau IMS...16 Figure I.9 : Interfonctionnement entre RTC et IMS...18 Figure II.1 : Hiérarchie des commutateurs du réseau RTC...22 Figure II.2 : Architecture d une solution NGN pour le trafic de transit international...23 Figure II.3 : Architecture d une solution NGN pour le trafic de transit national...24 Figure II.4 : Architecture d une solution NGN de classe Figure II.5 : Architecture d un réseau NGN de classe Figure II.6 : Architecture overlay VoIP...28 Figure II.7 : Les différentes phases de la stratégie de migration overlay...29 Figure II.8 : Architecture domaine circuit UMTS release R Figure II.9 : Architecture de référence Release Figure III.1 : Mise en place de scénario de migration retenu...36 Figure III.2 : Exemple d une liaison A-C du réseau cœur...42 Figure III.3 : Calcul de la capacité totale à fournir sur la liaison A-C...42 Figure III.4 : Architecture fonctionnelle du réseau cœur UMTS...43 Figure IV.1 : Fenêtre principale de l outil...58 Figure IV.2 : Fenêtre de création d un nouveau projet...58 Figure IV.3 : Fenêtre A propos...60 Figure IV.4 : Authentification de l utilisateur...60 Figure IV.5 : Ajout des données de l opérateur...61 Figure IV.6 : Saisie des données d entrée de la zone3-ct Figure IV.7 : Saisie des données d entrée de la zone3-ct Figure IV.8 : Calcul du trafic total généré par les réseaux d accès...63 Figure IV.9 : Répartition du trafic RTC/RNIS entre les deux CT de la zone Figure IV.10 : Répartition du trafic GSM/GPRS entre les trois MSC de la zone Figure IV.11 : détermination des charges des MGs et des softswitchs...64 Figure IV.12 : Calcul du nombre des MGs et des softswitchs...65 Figure IV.13 : Optimisation du réseau de transport de la zone Figure IV.14 : Prévision du trafic RTC/RNIS de la zone Figure IV.15 : Prévision du trafic GSM/GPRS de la zone Figure IV.16 : Prévision des charges des MGs et des softswitchs de la zone Figure IV.17 : Extrait du rapport récapitulatif de dimensionnement de la zone Figure IV.18 : Modèle de trafic du réseau d accès...68 Figure IV.19 : Fixation des paramètres généraux...69 Figure IV.20 : Répartition des paramètres d entrée par zone...70 Figure IV.21 : trafic conversationnel en mode circuit issu des réseaux RTC et GSM...71 Figure IV.22 : Calcul du trafic total généré par les abonnés EDGE et UMTS...71 Figure IV.23 : Répartition du trafic EDGE entre les cinq zones...72 Figure IV.24 : Répartition du trafic UMTS entre les cinq zones...72 vi

8 Figure IV.25 : Détermination des charges des entités fonctionnelles...72 Figure IV.26 : Détermination du nombre des entités fonctionnelles...73 Figure IV.27 : Optimisation du réseau de transport pour les cinq zones...74 Figure IV.28 : Prévision du trafic EDGE des cinq zones...74 Figure IV.29 : Prévision du trafic UMTS des cinq zones...75 Figure IV.30 : Prévision des charges des entités fonctionnelles...75 Figure IV.31 : Courbe de prévision des charges des M-MGW et IMS-MGW...75 Figure IV.32 : Courbe de prévision des charges des MSC Server et MGCF...76 Figure IV.33 : Courbe de prévision des charges des SGSNs et GGSNs...76 Figure IV.34 : Rapport Technique de dimensionnement des cinq zones...77 vii

9 Liste des tableaux Tableau II.1 : Architecture de réseau UMTS R Tableau IV.1 : Paramètres d entrée de la zone Tableau IV.2 : Répartition des abonnés EDGE et UMTS...69 Tableau IV.3 : Pourcentages d attachement des abonnés EDGE et UMTS...70 Tableau IV.4 : Taux d activité des services...70 viii

10 Liste des organigrammes Organigramme III.1 : Organigramme de calcul du trafic RTC/RNIS...37 Organigramme III.2 : Organigramme de calcul du trafic GSM/GPRS...37 Organigramme III.3 : Organigramme de dimensionnement des entités...38 Organigramme III.4 : Organigramme d optimisation du réseau de transport...38 Organigramme III.5 : Organigramme récapitulatif du dimensionnement...47 Organigramme III.6 : Répartition de trafic de la classe conversationnelle...48 Organigramme IV.1 : Principe de fonctionnement de l outil...55 Organigramme IV.2 : Estimation de la charge de trafic cas NGN Téléphonie...56 Organigramme IV.3 : Estimation de la charge de trafic cas NGN Multimédia...56 ix

11 Liste des abréviations AAL2 ATM Adaptation Layer2 ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line AS Application Server ATM Asynchronous Transfert Mode BER Bit Error Rate BLR Boucle Locale Radio CSCF Call State Control Function CT Commutateur de Transit DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DNS Domain Name System DSLAM DSL Access Multiplexer EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution FTTH Fiber To The Home GGSN Gateway GPRS Support Node 3GPP 3rd Generation Partnership Project GPRS General Packet Radio Services GSM Global System for Mobile Communications GTP GPRS Tunnel Protocol HFC Hybrid Fiber Coax IETF Internet Engineering Task Force IN Intelligent Network IP Internet Protocol ISUP ISDN User Part MAP Mobile Application Part MG Media gateway MMS Multimedia Messaging Service MPLS Multi-Protocol Label Switching MSC Mobile Switching Center PABX Private Automatic Branch Exchange PDP Packet Data Protocol PoS Packets over SDH PSTN Public Switched Telephon Network x

12 RADIUS Remote Access Dial In User Service RNC Radio Network Controller RNIS Réseau Numérique à Intégration de Services RTC Réseau Téléphonique Commuté RTP Real Time Protocol SDH Synchronous Digital Hierarchy SDP Session Description Protocol SGSN Serving GPRS Support Node SIGTRAN SIGnalling TRANsport SMS Short Messaging Service TDM Time Division Multiplexing UIT Union Internationale des Télécommunications UMTS Universal Mobile Telecommunication System UTRAN UMTS Terrestrail Radio Access Network WDM Wavelength Division Multiplexing WiFi Wireless Fidelity xi

13 Introduction générale Introduction générale Un réseau peut être vu comme un ensemble de ressources mises en place pour offrir un ensemble de services. C est l évolution des services et des trafics qui en découlent qui a piloté, dans les dernières années, l évolution technologique permettant d augmenter la capacité et les fonctionnalités des ressources des réseaux. Ainsi, par exemple, le succès des services de l Internet a engendré une explosion de trafic ; ce qui a mené les opérateurs à utiliser de nouvelles technologies dans le coeur des réseaux telles que l IP sur ATM, le PoS, l IP sur WDM et le MPLS. Les évolutions récentes ont également été fortement influencées par la dérégulation. La concurrence a amené une baisse des prix de la plupart des services classiques, ce qui a réduit les revenus des opérateurs. Dès lors que la différenciation par les prix devient difficile, celleci ne peut se faire que par les services et leur qualité. L offre de services innovants et l amélioration de la qualité des services existants, tels que la navigation du Web, requièrent souvent une évolution de la bande passante à l accès. Ainsi, des technologies comme le xdsl, la BLR et les réseaux HFC, se sont développées. Un point essentiel dans l évolution de l offre de services concerne la capacité à regrouper l ensemble des services dont le client a besoin et de les lui offrir, si possible de manière convergente, à travers une interface unique. Cela pousse dans la direction de bâtir des réseaux multiservices avec convergence entre services. Dans cette situation, le terme "convergence" (des techniques et des services) est largement utilisé pour désigner la fusion des services et des techniques. La convergence s'observe ainsi entre la télévision et les télécommunications, les réseaux fixes et les réseaux mobiles, les télécommunications et l'information, les ordinateurs et l'électronique grand public. De la convergence découle la nécessité de disposer d'architectures, de réseaux, d'équipements et d'outils de gestion permettant de répondre aux besoins des consommateurs, en ce qui concerne les services proposés, et aux besoins techniques observés au niveau des réseaux pour ce qui est des interfaces entre les équipements, les réseaux et les services. La nouvelle génération d architectures de réseaux : NGN (Next Generation Networks) semblent bien adaptées pour la mise en place de la convergence voix/données. Dans ce contexte l objectif de notre projet de fin d études est de faire une étude détaillée des caractéristiques de l architecture des réseaux NGN et de la migration vers ces nouveaux types 1

14 Introduction générale de réseaux ainsi que le dimensionnement des entités fonctionnelles de cette architecture en prenant pour notre cas d étude le réseau de Tunisie Télécom. Ce processus de dimensionnement débouchera sur le développement d un outil universel de dimensionnement d un réseau NGN. Le présent rapport est organisé en quatre chapitres : Le premier chapitre trace les principales caractéristiques des réseaux NGN en s'appuyant sur un découpage synthétique de la notion même de réseau nouvelle génération ; nous nous sommes efforcés de décrire les principales couches, les entités fonctionnelles, les protocoles mis en jeu, les différents types de réseaux NGN pour enfin citer les services offerts par les NGN. Le deuxième chapitre est scindé en deux parties ; dans la première partie, nous avons essayé de proposer un ensemble de solutions de migration des réseaux fixes vers l'architecture nouvelle génération tandis que la deuxième partie donne une solution de migration des réseaux mobiles en s'appuyant sur l'architecture des réseaux de troisième génération. Dans l'optique d'une stratégie de migration des réseaux mobiles, nous n'avons pas manqué de décortiquer les spécifications de la 3GPP. Le troisième chapitre est consacré essentiellement pour détailler le processus du dimensionnement du réseau NGN. En effet, nous avons décrit les différentes étapes à suivre pour atteindre notre objectif. Le dernier chapitre décrit l outil universel de dimensionnement développé dont le fonctionnement est basé sur la méthodologie présentée dans le chapitre 3. Une étape de validation de cet outil sera faite par des scénarios de dimensionnement. Enfin, nous avons retenu dans une conclusion générale les grandes lignes de ce qui, à notre sens, mérite une attention toute particulière de la part des lecteurs. 2

15 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia Chapitre I Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia I.1 Introduction Depuis de nombreuses années, l industrie des télécommunications cherche à orienter sa technologie de manière à aider les opérateurs à demeurer compétitifs dans un environnement caractérisé par la concurrence et la déréglementation accrues. Les réseaux de la prochaine génération (NGN ou Next Generation Networks en anglais), avec leur architecture répartie, exploitent pleinement des technologies de pointe pour offrir de nouveaux services sophistiqués et augmenter les recettes des opérateurs tout en réduisant leurs dépenses d investissement et leurs coûts d exploitation. Ce premier chapitre est consacré à la présentation des réseaux de nouvelle génération. Dans une première section nous nous sommes intéressés à l architecture des réseaux NGN, aux différents éléments qui le composent ainsi qu aux différents protocoles en concurrence. La deuxième section met l accent sur les deux types des réseaux NGN : NGN Téléphonie et NGN Multimédia (IMS). Enfin, une troisième section qui sera dédiée aux services offerts par les NGN. I.2 Définition Les NGN sont définis comme un réseau de transport en mode paquet permettant la convergence des réseaux Voix/données et Fixe/Mobile; ces réseaux permettront de fournir des services multimédia accessibles depuis différents réseaux d accès. Afin de s adapter aux grandes tendances qui sont la recherche de souplesse d évolution de réseau, la distribution de l intelligence dans le réseau, et l ouverture à des services tiers, les NGN sont basés sur une évolution progressive vers le «tout IP» et sont modélisés en couches indépendantes dialoguant via des interfaces ouvertes et normalisées. [1] La couche «Accès», qui permet l accès de l utilisateur aux services via des supports de transmission et de collecte divers : câble, cuivre, fibre optique, boucle locale radio, xdsl, réseaux mobiles. La couche «Transport», qui gère l acheminement du trafic vers sa destination. En bordure du réseau de transport, des «Media Gateways» et des «Signalling Gateways 3

16 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia»gèrent respectivement la conversion des flux de données et de signalisation aux interfaces avec les autres ensembles réseau ou les réseaux tiers interconnectés. La couche «Contrôle», qui se compose de serveurs dits «Softswitch» gérant d une part les mécanismes de contrôle d appel (pilotage de la couche transport, gestion des adresses), et d autre part l accès aux services (profils d abonnés, accès aux platesformes de services à valeur ajoutée). La couche «Services», qui regroupe les plates-formes d exécution de services et de diffusion de contenus. Elle communique avec la couche contrôle du coeur de réseau via des interfaces ouvertes et normalisées, indépendantes de la nature du réseau d accès utilisé. Les services et contenus eux-mêmes sont par ailleurs développés avec des langages convergents et unifiés. La figure suivante présente le principe général d'architecture d'un réseau NGN. Figure I.1 : Principe général d architecture d un réseau NGN I.3 Pourquoi Le NGN? Dans certaines parties du monde, le trafic de données prend rapidement le pas sur le trafic vocal et la tendance est nettement à l augmentation en bande passante pour les données, tandis que la voix peut se satisfaire d une bande passante de 64 kbit/s, voire moindre. Les opérateurs possédant les deux types de réseaux (réseau voix et réseau de données) utilisent cet argument pour commencer à les unifier. Il est clair d après les limites du réseau TDM (Time Division Multiplexing) que le réseau de données survivra alors que le réseau TDM quittera la scène. Facteur non moins important : le nouveau besoin chez les usagers d une variété encore plus grande d applications et de services sophistiqués (Push-to-talk, conférence audio et vidéo, messagerie unifiée, chat) dont la plupart n étaient même pas envisagés lors de la conception des réseaux actuels. Pour les opérateurs, l accès et le transport ne sont plus assez lucratifs et, 4

17 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia pour rester compétitif, il leur faudra donc offrir aux usagers toute une gamme de services utiles, faciles à utiliser et rémunérateurs. Par conséquent, les NGN seront axés sur les services, et fourniront tous les moyens nécessaires pour en offrir de nouveaux et adapter les existants pour augmenter les recettes. Les opérateurs entrants (opérateurs ADSL) pourront envisager d investir dans une solution d emblée NGN. Pour un opérateur établi, l important est de définir les conditions de migration de leur réseau téléphonique commuté actuel vers le NGN. I.4 Types de NGN Il existe trois types de réseau NGN : NGN Class 4, NGN Class 5 et NGN Multimédia. Les NGN Class 4 et Class 5 sont des architectures de réseau offrant uniquement les services de téléphonie. Il s agit donc de NGN téléphonie. Dans le RTC, un commutateur Class 4 est un centre de transit. Un commutateur Class 5 est un commutateur d accès aussi appelé centre à autonomie d acheminement. Le NGN Class 4 (respectivement NGN Class 5) émule donc le réseau téléphonique au niveau transit (respectivement au niveau accès) en transportant la voix sur un mode paquet. Le NGN Multimédia est une architecture offrant les services multimédia (messagerie vocale/vidéo, conférence audio/vidéo, Ring-back tone voix/vidéo) puisque l'usager a un terminal IP multimédia. Cette solution est plus intéressante que les précédentes puisqu elle permet à l opérateur d innover en termes de services par rapport à une solution NGN téléphonie qui se cantonne à offrir des services de téléphonie. Le Class 4 NGN permet : Le remplacement des centres de transit téléphoniques (Class 4 Switch). La croissance du trafic téléphonique en transit. Le Class 5 NGN permet : Le remplacement des centres téléphoniques d accès (Class 5 Switch). La croissance du trafic téléphonique à l accès. La voix sur DSL/ Voix sur le câble. Le NGN Multimédia permet d offrir des services multimédia à des usagers disposant d un accès large bande tel que xdsl, câble, WiFi/WiMax, EDGE/UMTS, etc. I.5 Avantages du NGN Cette nouvelle topologie offre les avantages suivants : Grâce au NGN, l opérateur dispose d un réseau multiservice permettant d interfacer n importe quel type d accès (Boucle locale, PABX, Commutateur d accès téléphonique, accès ADSL, accès mobile GSM ou UMTS, téléphone IP, etc.). L opérateur n aura plus à terme qu à exploiter un seul réseau multiservice. 5

18 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia Elle utilise le transport comme l IP ou l ATM ignorant les limites des réseaux TDM (Time Division Multiplexing) à 64 kbit/s. En effet le TDM perd son efficacité dès lors que l on souhaite introduire des services asymétriques, sporadiques ou à débit binaire variable. C est une topologie ouverte qui peut transporter aussi bien les services téléphoniques que les services de multimédia (vidéo, données temps réel). Elle dissocie la partie support du réseau de la partie contrôle, leur permettant d évoluer séparément et brisant la structure de communication monolithique. En effet, la couche transport peut être modifiée sans impact sur les couches contrôle et application. Elle utilise des interfaces ouvertes entre tous les éléments, permettant à l opérateur d acheter les meilleurs produits pour chaque partie de son réseau. I.6 Architecture NGN Les principales caractéristiques des réseaux NGN sont l utilisation d un unique réseau de transport en mode paquet (IP, ATM, ) ainsi que la séparation des couches de transport des flux et de contrôle des communications, qui sont implémentées dans un même équipement pour un commutateur traditionnel. Ces grands principes et concernant les équipements actifs du coeur de réseau NGN se déclinent techniquement comme suit : Remplacement des commutateurs traditionnels par deux équipements distincts : D une part des serveurs de contrôle d appel dits Softswitch ou Media Gateway Controller (correspondant schématiquement aux ressources processeur et mémoire des commutateurs voix traditionnels). D autre part des équipements de médiation et de routage dits Media Gateway (correspondant schématiquement aux cartes d interfaces et de signalisation et aux matrices de commutation des commutateurs voix traditionnels), qui s appuient sur le réseau de transport mutualisé NGN. Apparition de nouveaux protocoles de contrôle d appel et de signalisation entre ces équipements (de serveur à serveur, et de serveur à Media Gateway). La figure I.2 présente la structure physique d un réseau NGN avec les différentes entités fonctionnelles, les principaux réseaux d accès ainsi que les différents protocoles mis en oeuvre. 6

19 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia Figure I.2 : Architecture simplifiée des NGN I.6.1 Les entités fonctionnelles du coeur de réseau NGN I La Media Gateway (MG) La Media Gateway est située au niveau du transport des flux média entre le réseau RTC et les réseaux en mode paquet, ou entre le coeur de réseau NGN et les réseaux d accès. Elle a pour rôle : Le codage et la mise en paquets du flux média reçu du RTC et vice-versa (conversion du trafic TDM / IP). La transmission, suivant les instructions du Media Gateway Controller, des flux média reçus de part et d'autre. I La Signalling Gateway (SG) La fonction Signalling Gateway a pour rôle de convertir la signalisation échangée entre le réseau NGN et le réseau externe interconnecté selon un format compréhensible par les équipements chargés de la traiter, mais sans l interpréter (ce rôle étant dévolu au Media Gateway Controller). Notamment, elle assure l adaptation de la signalisation par rapport au protocole de transport utilisé (exemple : adaptation TDM / IP). I Le serveur d appel ou Media Gateway Controller (MGC) ou Softswitch Dans un réseau NGN, c est le MGC qui possède «l'intelligence». Il gère : L échange des messages de signalisation transmise de part et d'autre avec les passerelles de signalisation, et l interprétation de cette signalisation. Le traitement des appels : dialogue avec les terminaux H.323, SIP voire MGCP, communication avec les serveurs d application pour la fourniture des services. Le choix du MG de sortie selon l'adresse du destinataire, le type d'appel, la charge du réseau, etc. 7

20 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia La réservation des ressources dans le MG et le contrôle des connexions internes au MG (commande des Media Gateways). I.6.2 Les familles de protocoles d un réseau NGN La convergence des réseaux voix/données ainsi que le fait d utiliser un réseau en mode paquet pour transporter des flux multimédia, ayant des contraintes de «temps réel», a nécessité l adaptation de la couche contrôle. En effet ces réseaux en mode paquet étaient généralement utilisés comme réseau de transport mais n offraient pas de services permettant la gestion des appels et des communications multimédia. Cette évolution a conduit à l apparition de nouveaux protocoles, principalement concernant la gestion des flux multimédia, au sein de la couche Contrôle. I Les protocoles de contrôle d appel Les protocoles de contrôle d appel permettant l établissement, généralement à l initiative d un utilisateur, d une communication entre deux terminaux ou entre un terminal et un serveur ; les deux principaux protocoles sont H.323, norme de l UIT et SIP, standard développé à l IETF.[2] I Le protocole historique : H.323 La recommandation H.323 de l UIT décrit les procédures pour les communications audio et vidéo point à point ou multipoint sur des réseaux en mode paquet. C est une adaptation des procédures de vidéoconférence sur RNIS (H.320) aux réseaux sans garantie de service. Plusieurs entités sont nécessaires à la réalisation d un service de communication multimédia sur des réseaux de données : Les terminaux H.323 sont des systèmes multimédia (téléphone, PC) permettant de communiquer en «temps réel». Le gatekeeper gère les terminaux H.323 (identification et traduction d adresses) et les établissements d appels. La passerelle H.323 (gateway) permet d interfacer le réseau IP avec le réseau téléphonique classique. L unité de contrôle MCU (Multipoint Controller Unit) gère les connexions multipoint (ex. : appels de conférence). Il se décompose en un Multipoint Controller (MC), affecté à la signalisation, et un Multipoint Processor (MP), dédié à la transmission proprement dite. I Le protocole alternatif : SIP SIP (Session Initiation Protocol) est un protocole de contrôle qui peut établir, modifier et terminer des sessions multimédia, aussi bien des conférences que des appels téléphoniques sur des réseaux mode paquets. Il est sous forme de texte, tout comme http ou SMTP, et a pour 8

21 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia rôle d initier des sessions de communications interactives. Ces sessions peuvent inclure aussi bien de la voix, de la vidéo, des jeux interactifs... L'architecture de SIP est basée sur des relations client/serveur. Les principales composantes sont : Les terminaux sont des appareils pouvant émettre et recevoir de la signalisation SIP. Le Redirect Server établit la correspondance entre l adresse SIP du terminal appelé et la ou les adresses où il pourra effectivement être joignable. Le Proxy Server remplit la même la fonction qu un Redirect Server. Le Registrar est essentiel dans tout réseau SIP ou l on veut utiliser les services de localisation. I Les protocoles de commande de Media Gateway Les protocoles de commande de Media Gateway sont issus de la séparation entre les couches Transport et Contrôle et permet au Softswitch ou Media Gateway Controller de gérer les passerelles de transport ou Media Gateway. MGCP (Media Gateway Control Protocol) de l IETF et H.248/MEGACO, développé conjointement par l UIT et l IETF, sont actuellement les protocoles prédominants. I Le protocole historique : MGCP Le Media Gateway Control Protocol (MGCP), protocole défini par l IETF, a été conçu pour des réseaux de téléphonie IP utilisant des passerelles VoIP. Il gère la communication entre les Media Gateway et les Media Gateway Controller. Ce protocole traite la signalisation et le contrôle des appels, d une part, et les flux média d autre part. I Le protocole alternatif : MEGACO/H.248 Le groupe de travail MEGACO (MEdia GAteway COntrol) a été constitué en 1998 pour compléter les travaux sur le protocole MGCP au sein de l IETF. Depuis 1999, l UIT et l IETF travaillent conjointement sur le développement du protocole MEGACO/H.248 ; c est un standard permettant la communication entre les Media Gateway Controller (MGC) et les Media Gateway (MG). Il est dérivé de MGCP et possède des améliorations par rapport à celui-ci : Support de services multimédia et de vidéoconférence. Possibilité d utiliser UDP ou TCP. Utilise le codage en mode texte ou binaire. I Les protocoles de signalisation entre les serveurs de contrôle Les protocoles de signalisation entre les serveurs de contrôle (ou Media Gateway Controller) permettant la gestion du plan contrôle : Au niveau du coeur de réseau avec des protocoles tels que BICC (Bearer Independant Call Control), SIP-T (SIP pour la téléphonie) et H

22 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia Al interconnexion avec les réseaux de signalisation SS7, généralement via des passerelles de signalisation ou Signalling Gateways par l utilisation de protocole tel que SIGTRAN. De plus, l interconnexion de ces réseaux de données avec les réseaux existants de téléphonie (TDM avec signalisation SS7) a nécessité le développement de protocoles dédiés à l interconnexion des réseaux et au transport de la signalisation SS7 sur des réseaux en mode paquet. La figure I.3 illustre les niveaux auxquels sont utilisés les différents protocoles cités précédemment. Figure I.3 : Les familles de protocoles d un réseau NGN I.7 NGN Téléphonie Comme nous l avons définit précédemment, le NGN téléphonie est une architecture de réseau NGN offrant uniquement les services de téléphonie (voix, ). I.7.1 Architecture NGN Téléphonie La figure I.4 montre un exemple d architecture NGN Téléphonie. Les équipements existants (exemple : commutateur d accès téléphonique ou BTS/BSC du réseau GSM) sont reliés à une couche de transport IP ou ATM par le biais de Media Gateways (couche transport). L établissement des canaux de communication IP ou ATM entre les Media Gateways est la responsabilité du MGC appartenant à la couche contrôle. Le MGC est un serveur d appel qui contient l intelligence liée au contrôle de l appel et pour ce faire possède un modèle d appel complet. Le MGC identifie les usagers, détermine le niveau de service pour chaque usager et l acheminement de trafic. Par ailleurs, il fournit toutes les informations permettant la taxation des appels et la mesure des performances du réseau. Aussi, le MGC s interface aux serveurs d applications. Dans l architecture NGN Téléphonie, le protocole de contrôle tel que MGCP ou MEGACO ne fait que décrire les interactions entre le MGC et le MG. Si un MGC doit contrôler un MG 10

23 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia qui est sous la responsabilité d un autre MGC, il est nécessaire que les MGCs s échangent de la signalisation. Une fois la connexion établie, le MG convertira les signaux audio transportés dans les circuits de parole (terminaison circuit) en paquets IP qui seront transportés dans le réseau IP (terminaison IP) ou en cellules ATM dans le cas d un transport ATM.[3] Figure I.4 : Exemple d architecture NGN Téléphonie I.7.2 Services dans le RTC versus Services dans le NGN Téléphonie Dans le contexte du Réseau Téléphonique Commuté, le commutateur réalise deux fonctions essentielles : La commutation de la voix (Media). Le contrôle de l appel (établissement / libération d appel). Les services à valeur ajoutée sont mis en oeuvre par le réseau intelligent à travers les entités SCP (Service Control Point) / SRP (Specialized Resource Point). Les services complémentaires sont mis en oeuvre directement par le commutateur d accès (Class 5 Switch). Figure I.5 : Services dans le RTC 11

24 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia Dans le monde NGN, la commutation de la voix est réalisée par le MG entre le réseau téléphonique commuté et le réseau de transport du NGN. Dans le réseau de transport, ce sont les commutateurs ATM / Routeurs IP qui assurent le transport de la voix paquétisée jusqu au MG de sortie qui commute la parole reconvertie, sur un circuit de parole sortant. Le contrôle de l appel (établissement / libération d appel) est pris en charge par le MGC. Un MGC Class 4 émule le point sémaphore d un Class 4 Switch. Un MGC Class 5 émule le point sémaphore d un Class 5 Switch. Les services à valeur ajoutée sont pris en charge par le SCP légataire du réseau intelligent ou par un serveur d application SIP et par un serveur de media (appelé Multimedia Resource Function) qui fonctionne en voix sur IP (il émet des annonces vocales et collecte l information de l usager sur des canaux RTP/UDP/IP). Figure I.6 : Services dans le NGN Téléphonie I.8 NGN Multimédia ou IMS (IPMultimedia Subsystem) L'IMS normalisé par le monde des télécommunications est une nouvelle architecture basée sur de nouveaux concepts, de nouvelles technologies, de nouveaux partenaires et un nouvel écosystème. L IMS supporte sur un réseau tout IP les sessions applicatives temps réels (voix, vidéo, conférence, ) et non temps réel (Push To Talk, Présence, messagerie instantanée, ). L IMS intègre de plus le concept de convergence de services supportés indifféremment par des réseaux de natures différentes : fixe, mobile ou Internet. L IMS est également désigné sous le vocable de NGN Multimédia. [4] I.8.1 Architecture IMS L introduction de l IMS (IP Multimedia Subsystem) dans les réseaux fixe et mobile représente un changement fondamental dans les réseaux de télécommunication de type voix. Les nouvelles capacités des réseaux et des terminaux, le mariage entre l Internet et la voix, le contenu et la mobilité donnent naissance à des nouveaux modèles de réseaux et surtout offrent un formidable potentiel pour développer de nouveaux services. Dans cet objectif, l IMS est 12

25 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia conçu pour offrir aux utilisateurs la possibilité d établir des sessions multimédia en utilisant tout accès haut débit et une commutation de paquets IP. L IMS fournit un réseau IP multi-service, multi-accès, sécurisé et fiable : Multi-services : tout type de services délivrés par un réseau coeur supportant différents niveaux de QoS pourront être offerts à l usager. Multi-accès: tout réseau d accès large bande, fixe et mobile pourra s interfacer à l IMS. L IMS n est pas un unique réseau, mais différents réseaux qui interopèrent grâce à des accords de roaming IMS fixe-fixe, fixe-mobile, mobile-mobiles. L IMS est un «enabler» pour les fournisseurs de service afin d offrir : Des services de communication non temps-réel, pseudo temps-réel et temps réel suivant une configuration client-server ou entre entités paires. La mobilité des services / Mobilité de l usager (Nomadisme). Plusieurs sessions et services simultanément sur la même connexion réseau. I.8.2 Structuration en couche de l architecture IMS L architecture IMS peut être structurée en couches. Quatre couches importantes sont identifiées : La couche «accès» peut représenter tout accès haut débit tel que : UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network), CDMA2000 (technologie d accès large bande utilisée dans les réseaux mobiles aux Etats-Unis), xdsl, réseau câble, Wireless IP, WiFi, etc. La couche «transport» représente un réseau IP. Ce réseau IP pourra intégrer des mécanismes de QoS avec MPLS, Diffserv, RSVP, etc. La couche transport consiste donc en des routeurs (edge router à l accès et en core router en transit) reliés par un réseau de transmission. Différentes piles de transmission peuvent être considérées pour le réseau IP: IP/ATM/SDH, IP/Ethernet, IP/SDH, etc. La couche «contrôle» consiste en des contrôleurs de session responsables du routage de la signalisation entre usagers et de l invocation des services. Ces noeuds s appellent des CSCF (Call State Control Function). IMS Introduit donc un environnement de contrôle de session sur le domaine paquet. La couche «application» introduit les applications (services à valeur ajoutée) proposées aux usagers. L opérateur peut se positionner grâce à sa couche CONTRÔLE en tant qu agrégateur de services offerts par l opérateur lui-même ou par des tiers. La couche application consiste en des serveurs d application (AS, Application Server) et des MRF (Multimedia Resource Function) que les fournisseurs appellent serveurs de média IP (IP MS, IP Media Server). 13

26 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia L architecture globale IMS est décrite à la figure I.7. Figure I.7 : Exemple d architecture NGN Multimédia I.8.3 Entités de Réseau IMS I Terminal IMS Il s agit d une application sur un équipement de l usager qui émet et reçoit des requêtes SIP. Il se matérialise par un logiciel installé sur un PC, sur un téléphone IP ou sur une station mobile UMTS (UE, User Equipment). I Home Subscriber Server (HSS) L entité HSS (Home Subscriber Server) est la principale base de stockage des données des usagers et des services auxquels ils ont souscrit. Les principales données stockées sont les identités de l usager, les informations d enregistrement, les paramètres d accès et les informations permettant l invocation des services de l usager. L entité HSS interagit avec les entités du réseau à travers le protocole Diameter. I Call State Control Function (CSCF) Le contrôle d'appel initié par un terminal IMS doit être pris en charge dans le réseau nominal (réseau auquel l usager a souscrit à ses services IMS) car l'usager correspondant peut souscrire à un grand nombre de services et certains d'entre eux peuvent ne pas être disponibles ou peuvent fonctionner différemment dans un réseau visité, notamment suite à des problèmes d interaction de service. Cela a induit la définition de trois entités CSCF : P-CSCF (Proxy CSCF), I-CSCF (Interrogating CSCF) et S-CSCF (Serving-CSCF). 14

27 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia Le Proxy-CSCF (P-CSCF) est le premier point de contact dans le domaine IMS. Son adresse est découverte par le terminal lors de l'activation d'un contexte PDP pour l échange de messages de signalisation SIP. Le P-CSCF se comporte comme un Proxy Server SIP lorsqu'il relaye les messages SIP vers le destinataire approprié et comme un User Agent SIP lorsqu'il termine l'appel (exemple : suite à une erreur dans le message SIP reçu). Les fonctions réalisées par l'entité P-CSCF comprennent : L'acheminement de la méthode SIP REGISTER émise par le terminal à l'entité ICSCF à partir du nom du domaine nominal. L'acheminement des méthodes SIP émises par le terminal au S-CSCF dont le nom a été obtenu dans la réponse à la procédure d'enregistrement. Le routage des méthodes SIP ou réponses SIP au terminal. La génération de CDRs (Call Detailed Record). La compression / décompression des messages SIP. L'Interrogating-CSCF (I-CSCF) est le point de contact au sein d'un réseau d'opérateur pour toutes les sessions destinées à un utilisateur de cet opérateur. Il peut exister plusieurs I-CSCF au sein d'un réseau. Les fonctions réalisées par l'entité I-CSCF comprennent : L'assignation d'un S-CSCF à un utilisateur s'enregistrant. L'acheminement des méthodes SIP reçues depuis un autre réseau, au S-CSCF. L'obtention de l'adresse du S-CSCF auprès du HSS. La génération de CDRs. Le Serving-CSCF (S-CSCF) prend en charge le contrôle de la session. Il maintient un état de session afin de pouvoir invoquer des services. Dans un réseau d'opérateur, différents S-CSCF peuvent présenter des fonctionnalités différentes. Les fonctions réalisées par le S-CSCF pendant une session comprennent : L'émulation de la fonction Registrar puisqu'il accepte les méthodes SIP d'enregistrement et met à jour le HSS. L'émulation de la fonction Proxy server puisqu'il accepte les méthodes SIP et les achemine. L'émulation de la fonction User Agent puisqu'il peut terminer des méthodes SIP par exemple lorsqu'il exécute des services complémentaires. L'interaction avec des serveurs d'application après avoir analysé les critères de déclenchement des services correspondants. La génération de CDRs. 15

28 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia Avant de pouvoir utiliser les services du domaine IM, tels qu'établir une session multimédia ou recevoir une demande de session, un usager doit s'enregistrer au réseau. Que l'usager soit dans son réseau nominal ou dans un réseau visité, cette procédure fait intervenir un P-CSCF. Par ailleurs, tous les messages de signalisation émis par le terminal ou à destination du terminal sont relayés par le P-CSCF ; le terminal n'a jamais la connaissance des adresses des autres CSCFs (idem I-CSCF et S-CSCF). Figure I.8 : Entités de Réseau IMS I MGCF, IMS-MGW et T-SGW : Interfonctionnement avec le RTC Le domaine IMS doit interfonctionner avec le RTCP afin de permettre aux utilisateurs IMS d'établir des appels avec le RTCP. L'architecture d'interfonctionnement présente un plan de contrôle (signalisation) et un plan d'usager (transport). Dans le plan usager, des passerelles (IMS-MGW, IMS - Media Gateway) sont requises afin de convertir des flux RTP en flux TDM. Ces passerelles ne traitent que le média. Des entités sont responsables de créer, maintenir et libérer des connexions dans ces passerelles; il s'agit de contrôleurs de passerelles (MGCF, Media Gateway Control Function). Par ailleurs, ce même MGC termine la signalisation ISUP du côté RTC qu'il convertit en signalisation SIP qui est délivrée au domaine IMS. Les messages ISUP provenant du RTC sont d'abord acheminés sur SS7 à une passerelle de signalisation (T-SGW, Trunking Signaling Gateway) qui les relaye au MGC sur un transport SIGTRAN. L'interfonctionnement entre le domaine IMS et le RTCP est donc assuré par trois entités : L'IMS-MGW (IP Multimedia Subsystem Media Gateway Function), MGCF (Media Gateway Control Function) et T-SGW (Trunking Signaling Gateway Function). I L'IMS-MGW Reçoit un trafic de parole du RTCP et l'achemine sur un réseau IP. Le trafic audio est transporté sur RTP/UDP/IP. 16

29 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia Supporte généralement des fonctions de conversion du média et de traitement du média (annulation d'écho, pont de conférence). Est contrôlé par le MGCF à travers le protocole MEGACO/H.248. I Le MGCF Comme les entités CSCF, n'appartient qu'au plan de contrôle et non au plan média. Contrôle l'ims-mgw afin d'établir, maintenir et libérer des connexions dans l'imsmgw. Une connexion correspond par exemple à une association entre une terminaison TDM (terminaison du côté RTC) et une terminaison RTP/UDP/IP. Un transcodage de la parole doit aussi avoir lieu au niveau de l'lms-mgw pour convertir la parole reçue et qui est encodée à l'aide du codec G.711, en parole encodée en utilisant le codec AMR (UMTS) si le terminal IMS est un mobile UMTS. Assure la conversion des messages ISUP (Signalisation RTC) en des messages SIP Signalisation IMS). Sélectionne le CSCF approprié afin de remettre la signalisation SIP qu'il génère, au sous-système IMS. I Le T-SGW Assure la conversion du transport pour l'acheminement de la signalisation ISUP entre le commutateur téléphonique et le MGCF. La signalisation ISUP est échangée : Sur SS7 entre le commutateur et le T-SGW. Sur SIGTRAN entre le T-SGW et le MGCF. Par contre, n'analyse pas les messages d'application ISUP. La figure I.9 représente un appel initié par le RTCP et à destination d'un terminal dans le sous- système IMS. Le commutateur du RTC réserve un circuit de parole qu'il partage avec l'ims-mgw et émet un message ISUP IAM sur un transport SS7 au T-SGW (Trunking Signaling Gateway). Le TSGW est responsable de la conversion du transport du message ISUP. Ce message est relayé àl'entité MGCF sur SIGTRAN. Le MGCF crée un contexte dans l'entité IMS-MGW en utilisant le protocole MEGACO/H.248. Ce contexte consiste en une association entre une terminaison TDM et une terminaison RTP. La terminaison TDM termine le circuit de parole que l'ims-mgw partage avec le commutateur téléphonique. La terminaison RTP termine les canaux RTP entre l'imsmgw et le terminal IMS. L'IMS-MGW retourne une réponse à l'entité MGCF ; cette réponse contient un "local descriptor" qui correspond à la description SDP associée à sa terminaison RTP. 17

30 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia L'entité MGCF génère une méthode SIP INVITE contenant la description SDP retournée par l'ims-mgw. Cette méthode est envoyée au sous-système IMS qui se charge de la délivrer au terminal IMS appelé. Figure I.9 : Interfonctionnement entre RTC et IMS I.9 Les services offerts par les NGN Les NGN offrent les capacités, en termes d infrastructure, de protocole et de gestion, de créer et de déployer de nouveaux services multimédia sur des réseaux en mode paquet. La grande diversité des services est due aux multiples possibilités offertes par les réseaux NGN en termes de : Support multimédia (données, texte, audio, visuel). Mode de communication, Unicast (communication point à point), Multicast (Communication point-multipoint), Broadcast (diffusion). Mobilité (services disponibles partout et tout le temps). Portabilité sur les différents terminaux. Parmi ces services offerts nous citons : I.9.1 La voix sur IP La voix sur IP est un service directement lié à l évolution vers les réseaux NGN. C est une application qui est apparue depuis longtemps mais qui n a pas encore eu le succès escompté, et cela pour différentes raisons : La jeunesse des protocoles de signalisation (SIP, H.323, MEGACO) de voix sur IP et la gestion de la qualité de service qui commence seulement maintenant à être mature ne permettaient pas de déployer de services téléphoniques sur IP. Le seul fait de transporter la voix sur IP n apporte pas de valeur ajoutée pour l utilisateur final, par rapport au service de voix classique. Les services associés à la voix sur IP n ont pas encore la maturité nécessaire pour pousser l évolution vers ces nouveaux réseaux. 18

31 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia La nécessité d interconnecter les réseaux IP aux réseaux TDM/SS7 implique des coûts liés aux équipements d interconnexion (passerelles) et le prix des terminaux (IP phones) annihile l avantage financier apporté par le transport en IP. Le coût des terminaux IP reste encore supérieur à celui des équipements classiques (pas encore d économies d échelle suffisantes). Cependant l évolution de la technologie et des protocoles et l apparition de services associés au monde IP devraient permettre l émergence de la voix sur IP. De plus, l évolution des terminaux communicants multimédia est un argument supplémentaire à l évolution des réseaux téléphoniques vers la voix sur IP ; ainsi l UMTS, dans la release 5, généralise le transport en IP au réseau voix. I.9.2 La diffusion de contenus multimédia La diffusion de contenu multimédia regroupe deux activités ; l une focalisée sur la mise en forme des contenus multimédia, l autre centrée sur l agrégation de ces divers contenus via des portails. Les outils technologiques, tels que le multimédia streaming (gestion d un flux multimédia en termes de bande passante et de synchronisation des données) et le protocole multicast, doivent permettre de fournir un service de diffusion de contenu aux utilisateurs finaux. I.9.3 La messagerie unifiée Le service de messagerie unifiée est l un des services les plus avancés : c est le premier exemple de convergence et d accès à l information à partir des différents moyens d accès. Le principe est de centraliser tous les types de messages, vocaux (téléphoniques), écrits ( , SMS), multimédia sur un serveur ; ce dernier ayant la charge de fournir un accès aux messages adapté au type du terminal de l utilisateur. Ainsi un peut être traduit en message vocal par une passerelle «text-to-speech» ou inversement un message vocal sera traduit en mode texte. I.9.4 Le stockage de données L augmentation de capacité des réseaux et la gestion des flux permettent de proposer des services de stockage de données, en tant que sauvegarde de données critiques sur des sites protégés, mais aussi en tant qu accès «local» à un contenu (serveur «proxy» ou «cache»). En effet, les volumes de données évoluant de façon exponentielle, la nécessité d offrir les services à partir des serveurs «locaux» semble indispensable. Cet aspect semble notamment indispensable pour les applications de télévision interactive et de video on demand. I.9.5 La messagerie instantanée Cette application a déjà un grand succès auprès des internautes : elle permet de dialoguer en temps réel, à plusieurs, sur un terminal IP (généralement un PC) ayant accès à Internet via une 19

32 Architecture NGN : Du NGN Téléphonie au NGN Multimédia interface texte. Cependant, il est nécessaire d installer sur son terminal un logiciel propriétaire permettant de se connecter à un fournisseur d accès ; il n est alors possible de communiquer qu avec les utilisateurs souscrivant au même service. L évolution des réseaux devrait permettre la standardisation de cette application et la communication entre tous (ouverture du service) à partir de n importe quel terminal. C est l évolution du service SMS, par l apport de l interactivité et du multimédia (MMS). I.9.6 Les services associés à la géolocalisation La possibilité de localiser géographiquement les terminaux mobiles a été rapidement perçue comme une source de revenus supplémentaires. En effet, la géolocalisation permet de proposer aux utilisateurs finaux des services très ciblés à haute valeur ajoutée liés au contexte (exemple : horaire, climat) et au lieu. Actuellement plusieurs solutions techniques existent et sont même en cours d implémentation dans les réseaux d opérateurs mobiles. Cependant, si ces solutions offrent la capacité de localiser les terminaux mobiles, il n existe pas encore d interfaces permettant l exploitation de ces données par les applications de services, ou de réelle volonté des opérateurs d ouvrir leurs serveurs de localisation à des fournisseurs de services tiers, afin d utiliser cette fonction de localisation comme «service capability server» (élément de base servant de support à la réalisation des services). I.10 Conclusion La connaissance des principes sur lesquels sont fondés les NGN, les types des réseaux NGN existants ainsi que les différents services réellement pertinents dans ce cadre, sont des étapes nécessaires pour pouvoir comprendre les stratégies d'évolution des réseaux actuels fixes ou mobiles vers une architecture multiservice. L'objectif du chapitre suivant est justement la proposition de stratégies de migration des réseaux actuels vers une architecture de type NGN en tenant compte des problèmes listés dans ce chapitre. 20

33 Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN Chapitre II Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN II.1 Introduction L évolution d un réseau existant vers la nouvelle structure nécessitera une stratégie de migration progressive visant à réduire au minimum les dépenses d investissement pendant la phase de transition, tout en tirant parti très tôt des avantages qu elle présente. Toute démarche entreprise lors de cette étape de transition devra simplifier l évolution du réseau vers l architecture NGN à commutation de paquets. Pendant plusieurs années encore, les services de commutation traditionnels vont devoir coexister avec des éléments de réseau mettant en oeuvre de nouvelles technologies. La première partie de ce chapitre est consacrée à la migration des réseaux fixes vers une architecture NGN. Dans la deuxième partie, nous proposons différentes solutions de migration des réseaux mobiles vers une architecture NGN Multimédia (IMS) avec une étude des évolutions majeures au sein du coeur du réseau UMTS. II.2 Migration des réseaux fixes vers NGN Dans cette partie, nous proposons un ensemble de solutions correspondant au besoin de n importe quel type d opérateurs de réseau voulant évoluer son réseau téléphonique à commutation de circuits vers une architecture NGN à commutation de paquets. La mise en place d architectures NGN peut se faire avec une plus ou moins grande ampleur, selon que l utilisation des technologies NGN s approche ou non au plus près de l utilisateur final. Le choix de déploiement à retenir conditionne en grande partie les bénéfices à attendre de la mise en place d un réseau NGN du point de vue de l économie de coût. Quatre grands scénarios peuvent ainsi être dégagés [5] : Scénario 1 : Mise en place de solutions NGN en transit. Scénario 2 : Mise en place de solutions NGN jusqu au commutateur de classe 4. Scénario 3 : Mise en place de solutions NGN jusqu au classe 5. Scénario 4 : Mise en place de solutions tout IP en overlay. 21

34 Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN Dans ce qui suit, nous utiliserons la terminologie suivante (figure II.1) : Commutateur de classe 5 pour les commutateurs locaux. Commutateurs de classe 4 pour les commutateurs à autonomie d acheminement (CAA). Commutateurs de classe 3 pour tous les commutateurs situés dans les zones de transit (régional, national ou international). Figure II.1 : Hiérarchie des commutateurs du réseau RTC II.2.1 Scénario 1 : Mise en place de solutions NGN au niveau de transit II Définition Dans ce scénario, l opérateur utilise des technologies NGN pour son coeur de réseau, mais dès que l on s approche des commutateurs de classe 4, le trafic continue à être supporté par le réseau traditionnel. Cette démarche est mise en place par un grand nombre d opérateurs mondiaux, précisément sur ces fonctions de transit que ce soit au niveau régional, national ou international. Il s agit de la première étape de la migration d un réseau traditionnel vers un réseau NGN pour nombre d entre eux. Le principal bénéfice pour un opérateur est la réduction de coût sur les communications internationales et nationales. Al international, pour un opérateur étranger, l implémentation d une solution NGN au niveau transit permet d utiliser un lien IP afin de transporter des communications vocales plutôt que d avoir recours à la location d une liaison louée auprès de l opérateur historique local. 22

35 Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN Au niveau national, un opérateur pourra réduire également ses coûts s il loue ses liens, en particulier car il aura besoin de moins de lien physiques du fait de l absence de nécessité d un réseau maillé. II Impacts sur l architecture du réseau Ce type de solution impacte le trafic entre les commutateurs de transit au niveau national ou international. Concrètement, il s agit d installer des passerelles media (Media Gateway) assurant l interface entre le réseau IP de transport des données avec le réseau téléphonique TDM traditionnel. Les passerelles sont alors administrées à distance par un softswitch dans le cadre d une architecture centralisée en utilisant en général les protocoles de signalisation MGCP/H.248. II Exemple 1 : Migration du trafic téléphonique international sur IP Pour un opérateur souhaitant déployer une solution VoIP pour son trafic international il suffit d implémenter (voir figure II.2) : Un softswitch qui centralisera le contrôle des appels, le routage du trafic et la gestion des aspects de signalisation. Ce softswitch remplacera le (ou les) commutateur(s) de transit international TDM existant(s). Des passerelles media dans les PoP (Points de Présence) situés dans les pays où l opérateur veut s interconnecter au réseau national TDM. Figure II.2 : Architecture d une solution NGN pour le trafic de transit international 23

36 Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN II Exemple 2 : Migration du trafic de transit au niveau national Au niveau national, l approche est similaire sauf que ce sont les commutateurs de classe 3 et de niveau hiérarchiques supérieurs qui seront remplacés par un ou plusieurs softswitch et passerelles media. Evidemment les commutateurs TDM de classe 4 et 5 sont conservés et assurent la livraison des communications téléphoniques TDM de manière tout à fait classique aux abonnés. Figure II.3 : Architecture d une solution NGN pour le trafic de transit national II.2.2 Scénario 2 : Mise en place de solutions NGN jusqu au commutateur de classe 4 II Définition L opérateur choisit de mettre en place une architecture NGN qui a vocation également à agréger le trafic local, et conserve son réseau d accès traditionnel. Ce scénario constitue une prolongation naturelle du premier. II Impacts sur l architecture du réseau Le trafic entre commutateurs d'abonnés TDM traditionnels est en fait détourné sur une infrastructure VoIP. Pour cela, l opérateur connecte ses commutateurs d'abonnés à des gateways VoIP et des softswitchs de classe 4. D un point de vue architectural, il s agit de la même solution que pour le scénario précédent à un niveau différent du réseau plus proche de l abonné. En effet un commutateur de classe 4 ne diffère d un commutateur de classe 3 ou de niveau hiérarchique supérieur uniquement par sa capacité de traitement de données. Il n intègre aucune intelligence réseau. Du coup, pour le réseau NGN, la différence se traduira uniquement par la nature des capacités supportées par les media gateways et softswitchs. 24

37 Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN Figure II.4 : Architecture d une solution NGN de classe 4 Cette étape permet en fait de fusionner les infrastructures longue distance voix et données sur une même épine dorsale IP. Ultérieurement, l'opérateur peut remplacer ses commutateurs locaux d'abonnés TDM par des softswitchs de classe 5. Deux opérateurs peuvent interopérer leur réseau NGN de classe 4 en s interconnectant au niveau d un softswitch pour l échange de signalisation relative à l acheminement du trafic. Le trafic transite alors par un lien IP (non représenté sur la figure) entre les deux infrastructures de coeur de réseau IP. A court terme, cette démarche permet également de conserver des class 5 traditionnels qui disposent de certaines capacités qu il est difficile de rendre avec des solutions logicielles (prise de ligne au décrochage par exemple). II.2.3 Scénario 3 : Mise en place de solutions NGN jusqu au classe 5 II Définition Les commutateurs de classe 5 constituent le point de raccordement avec l abonné pour la fourniture des services voix basiques. Les opérateurs historiques possèdent plusieurs milliers de ces commutateurs et de part leur position stratégique dans leur réseau ont été peu enclins jusqu à présent à les remplacer par une solution NGN. Toutefois, compte tenu de la forte progression de la pénétration des services haut débit et du déclin de la demande en services de téléphonie traditionnelle, les opérateurs considèrent de plus en plus l opportunité de faire converger leur infrastructure d accès vers une plate-forme IP commune. Dans le cadre d une migration de classe 5, l opérateur réalise une migration complète, et tout le trafic transitant dans le réseau sera supporté par une architecture NGN. Cette approche permet la fourniture de bout en bout de services VoIP à condition que l utilisateur final utilise un équipement IP. De loin la plus complexe, cette étape est aujourd hui assez peu répandue. 25

38 Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN II Impacts sur l architecture du réseau L'opérateur remplace ses commutateurs locaux TDM par des softswitchs de classe 5. A la différence des solutions de classe 4, les serveurs d appels de classe 5 peuvent supporter tous les types de services proposés par les commutateurs traditionnels locaux et servir tous les types de terminaux raccordés au réseau IP, directement ou par l intermédiaire de MSAN («MultiService Access Node»). Le commutateur de classe 5 commute le trafic localement et le transfère vers le réseau de transit s il n est pas en mesure de se connecter directement au commutateur de classe 5 du destinataire de l appel. Comme les fonctions logiques de concentrateur et de commutateur local sont souvent intégrées au sein d un unique équipement, traditionnellement ils sont fournis par le même équipementier et la signalisation entre ces éléments est souvent propriétaire. C est une manière de garder un client captif pour un vendeur si bien que les interfaces standardisées (V5.1 et V5.2) sont rarement disponibles sur les commutateurs actuellement en service dans les réseaux RTC des opérateurs historiques. Du coup, le passage à un réseau NGN en classe 5 s avère plus compliqué car faire migrer les commutateurs locaux revient également à faire évoluer les concentrateurs qui leur sont rattachés. En outre, au-delà du service vocal basique, un réseau RTC fournit de nombreux services à valeur ajoutée, comme par exemple : Identification du numéro de l appelant. Messagerie vocale. Appel en attente. Interception d appel. Horloge parlante. La fourniture de ces services est assurée par les commutateurs TDM de classe 5 auxquels le réseau IN s interconnecte. Par conséquent, la suppression d un commutateur de classe 5 rompt le lien avec le réseau intelligent existant. L implémentation du softswitch doit prendre ces éléments en compte et garantir la continuité de services pour l abonné soit en re-créant le lien IN soit en implémentant les mêmes services sur une nouvelle plate-forme IN. Dans la perspective stratégique de l opérateur visant à utiliser une solution NGN comme support de nouveaux services, la deuxième solution sera privilégiée mais nécessitera des investissements additionnels. Il en va de même au niveau du système de facturation également raccordé au commutateur de classe 5. L implémentation d un nouveau système de facturation pour la solution NGN n est en soit pas très onéreuse mais s assurer de sa bonne intégration avec les systèmes de facturation existants est autrement plus compliquée. En conclusion, une migration de classe 5 s avère être un véritable «big bang» au niveau du réseau de l opérateur et cela est d autant plus coûteux et complexe que le réseau est important. 26

39 Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN II Raccordement de l abonné Dans le cadre d une migration NGN de classe 5, le raccordement des abonnés se fait avec un lien IP. Possédant rarement des infrastructures TDM, les opérateurs alternatifs fournissent des services VoIP basés sur les technologies d accès haut débits DSL ou FTTH et les administrent via le déploiement de softswitchs assumant les fonctionnalités de commutateurs de classe 4 et 5. Les opérateurs historiques, eux, doivent aussi garantir la continuité de leurs services TDM actuels. Certains opérateurs ont ainsi choisi de conserver leurs commutateurs TDM et de les équiper de nouvelles cartes afin de faire migrer graduellement le réseau traditionnel vers une architecture NGN de classe 5 tandis que l opérateur déploiera directement de nouveaux softswitchs pour supporter de nouveaux services basés sur des technologies haut débit. On voit apparaître une nouvelle génération d équipements d accès haut débit baptisés IMAP (Integrated Multiservice Access Platforms) ou MSAN (Multiservice Access Node) qui savent gérer aussi bien des lignes haut débit que des accès RNIS ou analogiques. Ces équipements se connectent au réseau IP de l'opérateur et offrent le service téléphonique sous le contrôle du softswitch de classe 5. Ils permettent aux opérateurs historiques de continuer à fournir des services traditionnels, et de continuer à remplir leurs obligations réglementaires, tout en tirant parti des solutions de softswitch IP. Figure II.5 : Architecture d un réseau NGN de classe 5 II.2.4 Scénario 4 : Mise en place de solutions tout IP en overlay Dans ce cas, l opérateur déploie une architecture entièrement basée sur IP, qui n a pas besoin de se connecter au réseau de commutation existant, ceci en parallèle du réseau traditionnel, qui continue à vivre sa vie indépendamment. Ce type de solution est particulièrement adapté aux opérateurs historiques qui sont confrontés à une forte chute des revenus de téléphonie classique et qui, pour protéger leur base de clientèle, doivent lancer des solutions innovantes basés sur des technologies alternatives (DSL, FTTH, câble, ). Ce type d approche est bien évidemment plus répandue auprès d opérateurs alternatifs, qui dans la plupart des cas n ont pas de réseau traditionnel à administrer. 27

40 Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN II Impacts sur l architecture du réseau Le réseau paquet en overlay fournit les services à valeur ajoutée tandis que le réseau TDM traditionnel continue d assurer le support des services téléphoniques de base. Les deux réseaux s interconnectent via le déploiement de passerelles (les media gateways dans la figure ci-dessous) afin de garantir une terminaison d appel sur un téléphone classique alors que l appelant utilise un téléphone IP et inversement. Les réseaux VoIP et PSTN restent clairement séparés, au niveau du transport du trafic et de la signalisation. Figure II.6 : Architecture overlay VoIP II Les différentes phases de la stratégie de migration overlay La stratégie overlay est intimement liée à la stratégie de déploiement du réseau d accès haut débit de l opérateur. En effet, de la vitesse de déploiement du réseau DSL et du rythme des abonnements haut débit dépendent la date de migration complète des abonnés RTC vers le réseau NGN. Il n y a pas de migration active des abonnés RTC existants à court terme. Toutefois, à plus long terme, quand le réseau RTC deviendra trop coûteux à entretenir, la migration pourra être accélérée afin de procéder à la fermeture complète du réseau RTC. Des initiatives commerciales pourront être mises en place à cet effet par l opérateur. Malgré tout, même si les abonnés de la nouvelle plate-forme vont essentiellement utiliser des services VoIP, il n en demeure pas moins que certains d entre eux voudront conserver un accès à un service RTC et continuer à utiliser leur téléphone traditionnel. En conséquence, des interfaces RTC devront être conservées sur les passerelles résidentielles. Ci-après est présentée la stratégie typique de migration, avec mise en place d un réseau IP, envisagée par les grands opérateurs (Figure II.7) : Phase 1 : Le DSL tel qu il est déployé aujourd hui permet de supporter sur une même ligne des services vocaux RTC classiques et des services de données en haut débit sur 28

41 Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN une même paire de cuivre grâce à l usage de filtres. La carte de la ligne d abonné est localisée dans le concentrateur local. Phase 2 : Le DSLAM est remplacé par un MSAN (Multi-Service Access Nodes) supportant à la fois les technologies TDM et ATM/IP. Les cartes RTC et DSL sont maintenant localisées dans le MSAN et la signalisation s effectue entre le MSAN et le commutateur RTC de classe 5 via les interfaces V5.1 ou V5.2. Les nouveaux abonnés DSL devraient être raccordés à cette nouvelle plate-forme pour les services vocaux et données. Phase 3 : Le MSAN est mis à niveau pour devenir un pur équipement IP, qui assume la terminaison des appels vocaux RTC et les convertit en VoIP. Un softswitch est désormais nécessaire puisque le commutateur de classe 5 n est plus relié directement au MSAN. Une passerelle media doit aussi être ajoutée au réseau afin d assurer la connexion entre le réseau RTC existant et la plate-forme IP pour supporter les appels IP vers RTC. Les abonnés existants et les nouveaux abonnés migrent automatiquement vers la VoIP, même si le service qu ils reçoivent est toujours de type RTC. Phase 4 : Une fois que la migration a attiré suffisamment d utilisateurs et que l opérateur est prêt, le reste des abonnés RTC peut être transféré sur la nouvelle plateforme IP et le réseau RTC peut alors être définitivement abondonné. Figure II.7 : Les différentes phases de la stratégie de migration overlay II.3 Migration des réseaux mobiles vers l IMS Les réseaux mobiles sont confrontés aux contraintes de flexibilité de gestion, d ouverture de services mais aussi de déploiements d équipements. En outre, ce sont les même besoins que les réseaux fixes qui ont générés ce besoin de convergence; à savoir : une évolution technologique d envergure et une demande pour un réseau de services universel. 29

42 Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN L évolution des réseaux mobiles vers une architecture multiservice a suivie une tendance plus régulière aussi bien au niveau technologique que sur le plan de la normalisation. En effet, partant du réseau GSM pour le transport de la voix et qui est basé sur la commutation de circuits, le besoin de convergence voix/données a donné naissance au GPRS. Ce fut une évolution majeure du GSM par l utilisation de la commutation de paquets et l augmentation des débits, la génération 2.5, le GPRS, a ouvert la porte aux applications multimédia et implicitement une transition vers les réseaux de troisième génération : l UMTS est né. Ce dernier est le premier système qui inclut dans ses spécifications une évolution vers l architecture du futur : le NGN. Dans cette partie, nous allons présenter les évolutions majeures au sein du coeur du réseau UMTS. II.3.1 UMTS release 99 : l héritage du GSM/GPRS L architecture UMTS telle que décrite dans la release 99 du 3GPP s appuie sur une nouvelle interface radio, l UTRA, et une évolution des coeurs de réseau GSM et GPRS (adaptation des équipements existants ou nouveaux équipements) pour gérer les flux des domaines circuit et paquet. Dans l architecture UMTS R99 : Les interfaces de l UTRA avec le coeur de réseau sont basées sur un transport ATM (AAL2 pour la voix, AAL5 pour les données). Le transport dans le coeur de réseau peut ensuite être effectué (au choix de l opérateur) soit en ATM pour l ensemble des flux, soit en ATM puis TDM pour les flux circuit et en IP pour les flux paquet. La signalisation à l interface avec l UTRA est transportée soit dans des circuits virtuels ATM, soit avec le protocole de transport de SS7 sur IP SIGTRAN. Les appels multimédia sont supportés, mais de manière transparente. En effet, les messages de signalisation multimédia sont transportés de manière transparente dans une connexion circuit ou dans un contexte PDP (tunnel GTP entre SGSN et GGSN), ce qui évite d introduire des fonctions multimédia dans les équipements GSM et GPRS, limitant les impacts aux terminaux et à l ajout de serveurs multimédia (gatekeepers). Les protocoles de contrôle d appel multimédia retenus sont H.323 pour le domaine paquet et H.324-M pour le domaine circuit, choix plus conforme à la maturité actuelle des protocoles (par rapport à SIP). Cependant, le transport de la signalisation multimédia étant transparent, SIP pourrait a priori être supporté de la même manière. La R99 prépare donc l évolution vers la solution cible tout IP en introduisant dès les débuts de l UMTS un transport convergent des flux voix et données. 30 Les versions ultérieures de la

43 Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN norme UMTS intègrent une évolution encore plus nette vers une architecture de type NGN. La release R4 (ex-r99) est la première étape vers un coeur de réseau tout IP, et la release R5 finalise cette évolution. II.3.2 UMTS releases R4/R5 : l évolution vers le tout IP multimédia Alors que la release 99 UMTS a principalement pour vocation de gérer une transition douce avec le GSM/GPRS, la release 4 (anciennement dénommée release 2000) de l UMTS propose une architecture résolument novatrice afin d évoluer vers le tout IP multimédia. Suite aux discussions techniques au sein du 3GPP et afin de prendre en compte la maturité des produits et solutions nouvelles, les évolutions de l UMTS prévues dans cette version ont été échelonnées dans le temps et réparties sur deux versions successives, rebaptisées R4 et R5. [6] II UMTS Release R4 : séparation des couches transport et contrôle Conformément à l un des concepts de base des NGN, la version R4 de la norme UMTS prévoit une évolution optionnelle du domaine circuit, sous la forme d une restructuration fonctionnelle des MSC pour introduire une séparation des couches transport (Media Gateway) et contrôle d appel (MSC server). Le MSC server a les mêmes caractéristiques qu un MGC (Media Gateway Controller), avec en complément des fonctions spécifiques mobile. Il est ainsi en mesure de dialoguer avec les autres MSC server en utilisant le protocole BICC ou SIP-T selon que le protocole de transport utilisé est ATM ou IP, mais conserve notamment des liens de signalisation utilisant le protocole MAP avec les HLR. La signalisation de commande entre MSC server et MGW utilise le protocole H.248 avec des extensions spécifiées par le 3GPP. Cette signalisation peut être transportée en utilisant le protocole MTP3b si le transport s appuie sur une couche ATM, ou SIGTRAN (SCTP) si le transport s appuie sur IP. Figure II.8 : Architecture domaine circuit UMTS release R4 II UMTS Release R5 : ajout du domaine IP multimédia La release R5 introduit un nouveau domaine, l IP Multimédia (IM) Subsystem, s appuyant sur les services du domaine paquet pour fournir des services de communications convergents (voix sur IP, données, multimédia ) en IP natif. Ainsi, les communications multimédia ne 31

44 Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN sont plus supportées de manière transparente mais deviennent le mode de communication cible de l UMTS. Ce n est que pour des raisons de compatibilité avec les réseaux GSM/GPRS et UMTS R99 et avec les terminaux non IP multimédia que le domaine circuit (MSC servers et MGW associées) est maintenu. Le coeur de réseau UMTS IP multimédia utilise le protocole SIP pour gérer les sessions IP multimédia, et le protocole IP pour le transport du trafic et de la signalisation associés. Il supporte l interfonctionnement avec les réseaux voix et données IP fixes et mobile existants, y compris Internet. Le choix du protocole de contrôle d appel pour les appels VoIP et multimédia a fait l objet de longues discussions, mais SIP a fini par s imposer au 3GPP grâce à son caractère IP natif et son apparente simplicité comparé à H.323. Le protocole SIP de l IETF doit cependant être enrichi pour prendre en compte certaines évolutions spécifiées par le 3GPP pour un usage dans le coeur de réseau UMTS, notamment concernant les spécificités liées à la gestion de la mobilité. Figure II.9 : Architecture de référence Release 5 Pour assurer le contrôle d appel et la gestion de la signalisation dans ce nouveau domaine, de nouvelles entités sont ajoutées, ou des équipements existants sont modifiés. Le tableau II.1 en fait une synthèse, ainsi qu une correspondance avec les fonctions NGN présentées dans le rapport. En terme de gestion de la mobilité, le HSS UMTS est chargé de la mise à jour du profil utilisateur, et peut intégrer ou coopérer avec des entités standards dans le monde IP, comme un serveur distant d authentification et d autorisation (RADIUS) ou un serveur gérant la résolution d adresse et l allocation dynamique d adresse IP (fonctions DNS et DHCP). 32

45 Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN Avec la R5 UMTS, le transport IP se généralise progressivement à l ensemble du réseau, et IPv6 est introduit dans le coeur de réseau : Il est à noter que les interfaces de transport en sortie de l UTRA, qui étaient de type ATM en R99, évoluent en IP en R5 (l évolution du transport en IP au sein de l UTRA et sur la voie radio étant prévue pour des étapes ultérieures de la norme). Le protocole de transport spécifié pour le domaine paquet est IP (entre RNC, SGSN et GGSN), avec support des options IPv4 et IPv6. Au sein du domaine IP Multimédia (éléments IP multimédia du coeur de réseau + équipements terminaux associés), la norme spécifie l utilisation exclusive d IPv6, et un usage optimal d IPv6 doit être fait. Interopérabilité IPv4/IPv6 : les équipements terminaux IP multimédia doivent pouvoir accéder à des applications IPv4 et IPv6, et le coeur de réseau doit assurer si nécessaire l interopérabilité entre son transport IPv6 et un réseau IPv4 externe. Correspondance architecture NGN Serveur SIP évolué (ajout fonctions spécifiées par le 3GPP) Fonction UMTS Rôle CSCF (Call State Control Server) Contrôle d appel multimédia Dialogue avec le MGCF avec le protocole SIP-T MGCF (Media Gateway Controller Function) Contrôle de la ou des Media Gateways qui lui sont rattachées, avec le protocole H.248 (+ extensions 3GPP) Media Gateway Controller (Cf. IEFT, groupe Megaco) T-SGW (Transport Signalling Gateway) Gestion de l interfonctionnement de la signalisation avec le réseau commuté fixe (adaptation des couches basses) Signalling Gateway R-SGW (Roaming Signalling Gateway) Gestion de l interfonctionnement de l itinérance entre le réseau UMTS R4/R5 et les réseaux UMTS R99, GSM et GPRS, avec adaptation des couches basses de signalisation Signalling Gateway Spécifique mobile MRF (Multimedia Ressource Function) Gestion des appels multimédia multiparties et de conférence Fonction MCU dans H.323 (fonction MCU ou utilisation du multicast dans SIP) HSS (Home Subscriber Server) Evolution du HLR pour incorporer la gestion du profil de services IP multimédia de l utilisateur (fonction serveur UMS-User Mobility Server) Fonction SIP register Tableau II.1 : Architecture de réseau UMTS R5 33

46 Stratégies de migration des réseaux actuels vers NGN II.3.3 Influence de l UMTS sur la stabilisation du concept NGN L UMTS aura un rôle potentiel fort sur l émergence et la stabilisation du concept NGN. L UMTS est le premier système global qui intègre dans ses spécifications futures (releases R4/R5) des options d évolution vers une architecture réellement NGN. Les protocoles choisis à terme par le 3GPP sont : SIP pour le contrôle d appel. MEGACO/H.248 pour le contrôle des Media Gateways. SIGTRAN pour le transport de la signalisation SS7 sur IP. Pour la signalisation entre Media Gateway Controllers, le choix reste ouvert, mais le protocole BICC est cité nommément et semble mis en avant. Si l UMTS rencontre un développement et un succès important, et si les réseaux UMTS migrent rapidement vers une architecture conforme aux spécifications des versions R4/R5, les choix technologiques effectués par le 3GPP ne manqueront pas d influer sur le choix global des protocoles dans un réseau NGN, tous domaines confondus, fixe et mobile. Cela semble particulièrement vrai pour les protocoles SIP et IPv6. II.4 Conclusion Les réseaux mobiles semblent prendre en compte l'évolution vers les NGN de manière plus explicite en termes de normalisation (la normalisation du système UMTS), la maturité des offres de produits fait que les premiers déploiements NGN s'effectuent plutôt dans le domaine des réseaux et services fixes. Dans ce chapitre, nous nous sommes efforcés de proposer des solutions adaptables a tout opérateur fixe ou mobile désirant migrer son réseau vers NGN; ce dernier devra donc dimensionner son réseau NGN en fonction de ses prévisions en trafic aussi bien voix et données que multimédia. Le chapitre suivant décrit à cet effet, le processus de dimensionnement dans un réseau NGN. 34

47 Processus de dimensionnement d un réseau NGN Chapitre III Processus de dimensionnement d un réseau NGN III.1 Introduction L étape de dimensionnement des équipements et interfaces d un réseau de communication est très importante. Elle permet de déterminer le volume des équipements, logiciels et autres moyens (capacités de transmission ) à acquérir et à déployer pour la fourniture des services de télécommunications. Le concepteur de réseau ou l ingénieur en télétrafic qui souhaite dimensionner un réseau à commutation de paquets ou à commutation de circuits s intéresse principalement aux paramètres suivants : débit utile du réseau, charge des différents éléments du réseau, délais de transit des informations dans le réseau et probabilité de perte d une partie ou de toute l information. [7] Dans notre présent projet, nous traitons une nouvelle architecture de réseau à savoir le NGN qui est caractérisé entre autre par l émergence de nouveaux équipements et logiciels offrant de nouvelles fonctionnalités. Alors nous avons décidé de nous intéresser uniquement au dimensionnement du Hardware de cette architecture. L objectif de ce chapitre est d introduire les outils de base permettant le dimensionnement des principaux équipements et interfaces d un réseau NGN. Ce chapitre traite tout d abord le cas du dimensionnement dans un réseau NGN Téléphonie. La seconde partie sera consacrée au dimensionnement dans un réseau NGN Multimédia (IMS) où nous avons pris le cas de l architecture du réseau UMTS selon le concept IMS. III.2 Dimensionnement dans le NGN Téléphonie Comme nous l avons mentionné dans le premier chapitre, le NGN Téléphonie est une architecture de réseau offrant uniquement des services de téléphonie à des usagers disposant d un accès en mode circuit (Commutateur d accès téléphonique, accès mobile GSM, PABX ). Dans notre cas, nous allons nous contenter des réseaux d accès suivants RTC/RNIS et GSM/GPRS. III.2.1 Architecture cible du NGN Téléphonie Dans notre processus de dimensionnement, le réseau NGN Téléphonie considéré est représenté schématiquement par la figure I.4 dans le premier chapitre. C est un réseau dorsal 35 :

48 Processus de dimensionnement d un réseau NGN IP qui relie différents réseaux d accès : d une part RTC/RNIS et d autre part GSM/GPRS par le biais de Media Gateways. Un Softswitch situé au niveau de la couche contrôle qui gère le contrôle des appels ainsi que l accès aux services au niveau de la couche application. III.2.2 Scénario de migration retenu Nous avons bien décrit dans le chapitre précédent les différents scénarios de migration des réseaux traditionnels de téléphonie fixe et mobile vers une architecture NGN que nous rappelons brièvement : Scénario 1 : Mise en place de solutions NGN en transit. Scénario 2 : Mise en place de solutions NGN jusqu au commutateur de classe 4. Scénario 3 : Mise en place de solutions NGN jusqu au classe 5. Scénario 4 : Mise en place de solutions tout IP en overlay. Dans ce qui suit, nous avons opté pour le premier scénario de migration qui est la mise en place de solutions NGN au niveau des liens de transit car il permet à l opérateur d acheminer les communications internationales et nationales au niveau des commutateurs de transit et par la suite une réduction de coût sur ces communications. La figure III.1 illustre l architecture générale d une solution NGN au niveau des commutateurs de transit national côté RTC/RNIS ainsi qu au niveau des commutateurs du service mobile (MSC) côté GSM/GPRS. Figure III.1 : Mise en place de scénario de migration retenu III.2.3 Modèle de trafic du réseau d accès La spécification de la charge d un réseau suppose une connaissance préalable des caractéristiques des services du point de vue trafic. Un modèle de trafic est un objet mathématique ou algorithmique qui présente des caractéristiques souvent statistiques, 36

49 Processus de dimensionnement d un réseau NGN similaires au trafic réel. Il sert à mieux connaître et décrire le trafic véhiculé et permet de dimensionner les files d attentes dans les réseaux. Le processus de Poisson modélise bien le trafic transactionnel ou encore le trafic d appel téléphonique qui arrive sur un commutateur de circuit. Il est donc à la base de la plupart des lois de télétrafic utilisées en télécommunications et les lois d Erlang en particulier. [7] III.2.4 Méthodologie de dimensionnement III Organigrammes de dimensionnement du réseau NGN Téléphonie Les organigrammes suivants décrivent les différentes étapes à suivre afin de déterminer les besoins matériels pour l écoulement du trafic des réseaux d accès RTC/RNIS et GSM/GPRS. Etape 1 : Calcul de trafic du réseau d accès RTC/RNIS Organigramme III.1 : Organigramme de calcul du trafic RTC/RNIS Etape 2 : Calcul de trafic du réseau d accès GSM/GPRS Organigramme III.2 : Organigramme de calcul du trafic GSM/GPRS 37

50 Processus de dimensionnement d un réseau NGN Etape 3 : Dimensionnement des entités du réseau NGN Téléphonie Organigramme III.3 : Organigramme de dimensionnement des entités Etape 4 : Optimisation du réseau de transport Organigramme III.4 : Organigramme d optimisation du réseau de transport III Calcul du trafic généré par les réseaux d accès Pour pouvoir calculer le trafic total généré par les réseaux d accès RTC/RNIS et GSM/GPRS, nous devons rassembler d abord les données d opérateur suivantes : La durée moyenne des communications (DMC) en secondes pour tous les types de trafic (conversationnel, interactif ou streaming). Le nombre de tentatives d appels à l heure chargée (TAHC) par heure par service (conversationnel, interactif ou streaming). Le grade de service (Grade of Service : GoS) souhaité au niveau de l interface commutateur de transit-media Gateway (CT-MG) ou MSC-Media Gateway (MSCMG). En effet, les différents réseaux d accès connectés au réseau de transport offrent 38

51 Processus de dimensionnement d un réseau NGN déjà un certain GoS fixé par l opérateur en dimensionnant ce réseau; donc il faut éviter un goulot d étranglement au niveau des commutateurs de transit (CT) ou MSC concentrant le plus de trafic car ce sont ces derniers qui seront connectés à la MG. Première étape : Détermination du trafic engendré par un CT (respectivement un MSC) Le comportement global des usagers est exprimé par le nombre de tentatives d appels à l heure chargée (TAHC) par heure et par la durée moyenne des communications (DMC) en secondes. [8] Soit 1i TAHCi DMCi 3600 (III.1) le trafic de type i (conversationnel, interactif ou streaming) engendré par un CT du réseau RTC/RNIS. Le trafic total issu de chaque CT sera l agrégation de ces trois types de trafic. L unité de trafic conversationnel étant l Erlang alors que pour celui interactif ou streaming est le Kbits. Afin de pouvoir effectuer cette sommation, il faut que nous convertissions ce trafic conversationnel en Kbits. Pour ce faire, nous calculons tout d abord le nombre de circuits pouvant supporter ce type de trafic à l aide de la formule de Rigault [8] : N conv k (III.2) conv Avec )k RTC / RNIS log10 (GoS RTC / RNIS (III.3) Ensuite nous déterminons en premier lieu le nombre de liens E0 nécessaire pour écouler conv, puis le nombre de liens E1 sachant que 1E1=32E0=32*64 Kbits=2048 Kbits. La conversion de conv de l Erlang en Kbits est donnée par l équation (III.4) : Aconv Kbits N N 4096Kbits (III.4) Donc le trafic total en Kbits généré par un CT est donné par : Trafic _ total _ CT Aconv int er (III.5) stream Le même calcul à suivre dans le cas d un MSC. Deuxième étape : Calcul du trafic total généré par le réseau d accès RTC/RNIS : Le trafic total généré par le réseau d accès RTC/RNIS sera la somme de tous les trafics engendrés par chaque CT : Trafic_gén éré_réseau RTC/RNIS (Kbits) Trafic _ total _ CT (III.6) CT Troisième étape : Calcul du trafic total généré par le réseau d accès GSM/GPRS : De même, nous calculons le volume de trafic généré par le réseau d accès GSM/GPRS en suivant la démarche précédente sauf que nous remplaçons cette fois les CT par les MSC : 39

52 Processus de dimensionnement d un réseau NGN Trafic_gén éré_réseau GSM / GPRS (Kbits) Trafic _ total _ MSC (III.7) MSC Quatrième étape : Calcul du trafic total généré par les réseaux d accès RTC/RNIS et GSM/GPRS : Nous pouvons maintenant déduire le trafic total généré par les réseaux d accès RTC/RNIS et GSM/GPRS qui sera donné par l équation (III.8) : Trafic_tot al(kbits) Trafic_gén éré_réseau RTC/RNIS (Kbits) Trafic_gén éré_réseau GSM/GPRS (Kbits) (III.8) III Calcul du nombre de liens CT-MG et MSC-MG Dans notre logique de conception, nous ne pouvons tolérer de pertes avant l arrivée du trafic dans le réseau de transport ; ce qui revient à une fourniture de capacité entre le MSC ou le commutateur du fixe et la MG ; ce qui nous amène donc à dimensionner les liens entre ces entités. Le nombre de liens en E1 nécessaires pour écouler le trafic prévu est déterminé par : NCT-MG Trafic_tot al_ct 2048 (III.9) Dans le cas du réseau d accès GSM/GPRS, le nombre de liens MSC-MG en E1 est calculé comme suit: NMSC-MG Trafic_tot al_msc 2048 (III.10) III Dimensionnement des Media Gateways Le dimensionnement des Media Gateways consiste à déterminer le nombre des MGs nécessaires pour supporter le trafic total généré par les réseaux d accès RTC/RNIS et GSM/GPRS. Le nombre des MGs nécessaires pour véhiculer ce trafic est donné par : Nombre_MG Trafic_tot al (Kbits) Capacité_M G (III.11) Dans cette étape de dimensionnement, nous allons nous limiter au calcul de la charge des Media Gateways car nous ne savons pas leur capacité qui est un paramètre laissé au choix de l opérateur. La charge des MG est calculée comme suit : Ch arg e_mg (Kbits) Trafic_tot al (Kbits) (III.12) III Dimensionnement des softswitchs Dimensionner cet équipement, qui représente la couche contrôle, revient à déterminer la capacité de traitement de son processeur en terme de nombre total de tentatives d appels à l heure chargée (TAHC) qu il pourra véhiculer : Charg e_softswitch(en TAH C) TAHCi CT 40 i TAHCi MSC i (III.13)

53 Processus de dimensionnement d un réseau NGN III Optimisation du réseau de transport Nous nous intéressons dans cette partie à l optimisation du réseau de transport en mode paquet. En effet, le déploiement de services téléphoniques et l offre de services interactifs en temps réel de bout en bout dans un réseau à commutation de paquets IP, amènent à s interroger sur la possibilité de pouvoir offrir la même qualité de service (Quality of Service : QoS) et le même délai de transmission bouche-oreille que sur le PSTN, les exigences de QoS étant exprimées ici par le temps d empaquetage, la gigue, le taux de perte de paquets. Garantir cette qualité de service nécessitera une ingénierie de trafic rigoureuse et la fourniture de capacité, c est-à-dire l attribution d une bande passante suffisante dans le réseau pour transporter le trafic prévu. La nature des réseaux à commutation de paquets impose un contrôle d admission de connexion. En effet, si le nombre d appels actifs venait à dépasser le nombre maximal de connexions pour lequel le réseau est dimensionné, il s ensuivrait une dégradation de la QoS pour tous les appels actifs. Il en est tout autrement dans les réseaux à commutation de circuits où un manque de ressources pour l établissement de connexions supplémentaires se traduit par un blocage et ne touche donc qu un seul utilisateur du réseau. La méthodologie que nous allons décrire s applique au réseau IP, constitué d un nombre arbitraire de routeurs de coeur et de routeurs périphériques. C est un réseau constitué de boucles SDH de 2,5 à 10 Gbits. Chaque routeur périphérique est relié à une MG qui peut prendre en charge un nombre connu d'appels N MG;le débit que nécessite un appel de service i (conversationnel, interactif ou streaming) B communication,i sera un paramètre à donner par l opérateur. Ce débit, exprimé initialement dans le contexte TDM, sera converti dans le contexte IP en utilisant les codecs spécifiques. Par exemple, si le débit d une communication type voix en mode TDM est 64 Kbps alors nous utilisons le codec G.711 pour le convertir en mode IP. Dans ce cas le temps d échantillonnage est 20 ms (50 paquets par seconde) et le débit en mode IP sera égal à : Bcommunicat ion bits / bits ,625 Kbps (III.14) 8 Supposons qu un canal de trafic soit établi entre deux routeurs périphériques pour écouler le trafic téléphonique entre les MG correspondantes. Soit B canal la capacité totale du canal donnée par : Bcanal Ncanal,i Bcommunication,i (III.15) i Avec N canal,i le nombre de communications pouvant être écoulées simultanément sur ce canal. Ce nombre doit satisfaire cette relation qui exprime la probabilité que le contrôle d admission 41

54 Processus de dimensionnement d un réseau NGN refuse une demande de communication entre les deux passerelles considérées parce que le canal achemine déjà Ncanal,i communications : Ai N canal, i Pblocage Ai, Ncanal,i Ncanal,i! N canal,i k 0 Ai k GoS (III.16) / k! Avec A i le trafic total par service i (conversationnel, interactif ou streaming) engendré par les usagers des réseaux d accès RTC/RNIS et GSM/GPRS. Si un canal de trafic semblable est établi pour chaque paire possible de MG, on dispose d un maillage complet de canaux pour le transport du trafic téléphonique sur le réseau de base IP. Pour chaque liaison du réseau coeur, la capacité totale à fournir se compose alors de la somme de toutes les bandes passantes Bcanal de tous les canaux passant par cette liaison. Capacité_t otale_back bone_ip (K bits) C n2 Bcanal (III.17) avec n désigne le nombre total de routeurs périphériques dans le réseau de transport. La figure III.2 montre un exemple simple pour une liaison A-C. Dans cet exemple, quatre chemins (les plus courts) passent par la liaison A-C : les chemins correspondant aux canaux de trafic 2-4, 1-4, 4-6, et 2-5. Les bandes passantes respectives sont notées B 2-4,B 1-4,B 4-6,B 2-5 (figure III.3). [8] Par conséquent, la capacité à fournir sur la liaison A-C est : BAC B2 4 B (III.18) Figure III.2 : Exemple d une liaison A-C du réseau cœur Figure III.3 : Calcul de la capacité totale à fournir sur la liaison A-C 42

55 Processus de dimensionnement d un réseau NGN III.3 Dimensionnement dans le NGN Multimédia Dans cette partie, nous nous intéressons au dimensionnement d un réseau IMS qui permet d offrir des services multimédia à des usagers disposant d un accès large bande tel que xdsl, câble, WiFi/WiMax, EDGE/UMTS, etc Nous allons prendre le cas de l architecture du réseau UMTS selon le concept IMS. III.3.1 Architecture cible du réseau UMTS La figure III.4 représente les différentes entités à dimensionner dans le cas du réseau coeur UMTS selon le concept IMS qui sont : GGSN, SGSN, MSC Server et MGCF qui appartiennent à la couche contrôle. Mobile-MGW et IMS-MGW faisant partie de la couche connectivité. Figure III.4 : Architecture fonctionnelle du réseau cœur UMTS III.3.2 Scénario de migration retenu Nous avons adopté le scénario UMTS release R5 qui permet l'établissement de sessions multimédia, un transport de tout type de média de bout en bout sur IP, et une offre de nouveaux services. Ces capacités sont prises en charge par le nouveau domaine IMS (IP Multimedia Subsystem) qui se rajoute aux domaines CS (Circuit Switched) et PS (Packet Switched). Le domaine IMS qui se superpose au domaine PS, s'appuie sur le protocole SIP (Session Initiation Protocol) pour le contrôle de sessions multimédia ; SIP permet aussi l'accès aux plates-formes de services. Ce protocole est incontournable en raison de sa capacité à s'intégrer aux réseaux mobiles à un coût minimal. [6] III.3.3 Modèle de trafic du réseau d accès L évaluation du volume de trafic total dans le réseau coeur nécessite une étude préalable des modèles de trafic de chacune des classes de service. Dans ce paragraphe, nous allons donner 43

56 Processus de dimensionnement d un réseau NGN un bref aperçu sur les différentes classes de services ainsi que les modèles de trafic qui régissent ces classes pour pouvoir retenir un scénario pour chaque classe et calculer par la suite la charge de trafic dans le réseau coeur. A noter que la modélisation classique des services par des processus de Poisson n est pas valide dés qu il s agit de la transmission des données. Cette modélisation a été longtemps adoptée pour le calcul de la charge des réseaux téléphoniques, et qui reste toujours valable pour les communications de type voix. III Les différentes classes de qualité de service Selon les spécifications de 3GPP, il est possible de partitionner, sur la base de la qualité de service, l ensemble des services en quatre classes : classe des services conversationnels, classe des services à flux continu ou Streaming, classe des services interactifs, classe des services en mode téléchargement ou background. [9] Le critère de classification le plus prépondérant est la sensibilité au délai de transmission. Les deux premières classes sont prévues pour les services du type temps réel alors que les deux autres classes concernent les applications non temps réel, ces dernières se caractérisent par une tolérance aux délais de transmission. L autre contrainte à respecter essentiellement pour les deux dernières classes de service est le seuil du BER (Bit Error Rate). III Classe des services conversationnels Les applications de cette classe nécessitent un service bidirectionnel en temps réel impliquant deux utilisateurs humains ou plus. Les contraintes dépendent donc de la perception humaine : la limite sur le délai maximum toléré est une limite stricte car toute dégradation sur le délai induirait une perte de qualité notable dans la perception humaine du signal. Les exemples de ce type d applications sont la téléphonie, la vidéophonie, la voix sur IP, les jeux interactifs. III Classe des services à flux continu ou Streaming Les applications de cette classe impliquent un utilisateur humain et un serveur de données. Ce sont des applications temps réel asymétriques où les données sont transférées du réseau vers les mobiles. Le manque d interactivité entre l utilisateur et la source de données autorise des délais un peu plus importants que dans les cas des applications de type conversationnel, et ce sans perturber la QoS. Les exemples d applications de type Streaming sont les nouvelles applications issues de l Internet, telles que les applications audio ou vidéo sur demande. III Classe des services interactifs Les applications de cette classe impliquent un utilisateur (machine ou humain) dialoguant avec un serveur de données ou d applications. Contrairement aux deux classes précédentes, les performances temps réel ne sont pas nécessaires, il s agit seulement d attendre un certain temps pour répondre aux requêtes. Par contre les informations ne doivent pas être altérées. Les exemples d applications de type interactif sont la navigation sur l Internet, l accès aux bases de données ainsi qu aux serveurs d applications. 44

57 Processus de dimensionnement d un réseau NGN III Classe des services en mode téléchargement ou background Les applications de cette classe impliquent un utilisateur, le plus souvent un équipement terminal, réalisent l envoi et la réception de données en tâche de fond. L absence d interactivité pour ces applications fait que l utilisateur `a l origine de la requête n est pas en attente d une réponse dans une limite de temps fixée. Ce sont donc les applications les moins sensibles au délai, mais sont très sensibles aux erreurs sur l information transférées. Les exemples d applications sont le mail, le transfert de messages courts (SMS pour Short Messages Services), le téléchargement de données ou de fichiers. III Modèles de trafic III Modèle de trafic pour le service conversationnel Un exemple d un service conversationnel est la communication téléphonique. Les communications téléphoniques constituent le service le plus classique dont le comportement statistique a été maîtrisé. Le comportement d un utilisateur exploitant ce service au cours du temps est modélisé par un processus markovien du type ON-OFF. Les caractéristiques de ce modèle sont : L occurrence des appels téléphoniques est un processus de poisson caractérisé par un taux moyen d appel de valeur typique 0.8 appels par heure. La durée d un appel suit un processus exponentiel de moyenne typique btelle que 1/b =150s. La durée de l appel est une alternance de périodes d activité et de périodes de silence. Ces périodes suivent chacune une distribution exponentielle. La valeur typique pour le taux d activité des sources est 0.5. III Modèle de trafic pour le service à flux continu Un exemple typique d un service à flux continu est le téléchargement d une séquence vidéo. Le flux des séquences vidéo correspond à une série de trames de données de même durée à raison de 25 trames par secondes. Il existe neuf types différents de trames. L occurrence de ces différents types de trames est gérée par un processus de Markov à neuf états. La distribution de la durée de chaque classe de contenu suit une loi Gamma d ordre 2. Nous avons retenu pour ce modèle les caractéristiques suivantes : L occurrence des sessions 0.17 appels/ heure La durée d une session 120 s Le taux d activité de la source est de 0.58 III Modèle de trafic pour le service interactif L exemple typique de ce service est la consultation des pages Web. Le flux de données, selon ce modèle, peut être décomposé en plusieurs sessions de consultation du Web. Pendant chaque session, l utilisateur consulte un ensemble de sites Web se ramenant à un appel des 45

58 Processus de dimensionnement d un réseau NGN pages HTMLs correspondantes. Le téléchargement de ces pages HTMLs est matérialisé par la transmission de plusieurs datagrammes de taille variable. Un temps de lecture est nécessaire avant d amorcer la consultation d une autre page Web. Les caractéristiques statistiques de ce modèle sont les suivantes : L occurrence de sessions est un processus de poisson de valeur typique 0.17 appels/heure Pour chacune de session : Le nombre d appel de pages HTML suit une distribution géométrique de moyenne typique 5 appels/session. Le temps de lecture suit une distribution exponentielle de moyenne a et de valeur typique 1/a = 4 à 12 s. Le nombre de datagrammes par appel suit une distribution géométrique de moyenne typique 10 datagrammes/appel. La durée d inter-arrivée de datagrammes suit une distribution exponentielle dont la moyenne est en fonction du débit. La taille des datagrammes suit une distribution de Pareto. III Modèle de trafic de la classe Background Les services de cette classe sont insensibles au délai, ils sont considérés de type Best Effort. Ils sont transmis en dehors des périodes chargées du réseau coeur, c est-à-dire au cours des périodes d inactivités des autres classes de services. D une autre manière, ses services ne contribuent pas à la charge du réseau. III.3.4 Méthodologie du dimensionnement III Les hypothèses du dimensionnement Pour dimensionner le réseau coeur UMTS, nous allons nous intéresser au trafic pendant l heure de pointe, qui est définie comme étant l heure présentant un maximum du trafic pendant une journée (une semaine, un mois). Nous supposons dans la suite que le modèle de trafic du réseau d accès correspond à l heure la plus chargée pour le réseau coeur UMTS. De même, nous admettons que la répartition du trafic de la classe conversationnelle entre mode paquet et mode circuit (Pourcentage GSM et PSTN) est fixée malgré que la distribution du trafic même entre les deux systèmes du mode circuit varie avec le temps (la distribution de l heure de pointe est utilisée comme référence). Les taux de pénétration des réseaux UMTS et EDGE sont fixés, indépendamment de la distribution des abonnés. Concernant la mobilité des abonnés entre les zones de couverture de l UMTS et celles couvertes par le spectre GSM, nous supposons que le pourcentage d abonnés qui passent de la couverture UMTS vers EDGE est le même qui passent de l EDGE vers UMTS. Enfin, nous avons considéré que tout abonné localisé sous la couverture 46

59 Processus de dimensionnement d un réseau NGN UMTS doit utiliser uniquement cette technologie avec un débit de 2 Mbits/s. Il en est de même pour les abonnés EDGE mais avec un débit de 384 Kbits/s. III Organigramme de dimensionnement du réseau NGN Multimédia Organigramme III.5 : Organigramme récapitulatif du dimensionnement III Calcul du trafic généré par le réseau d accès Nous devons d abord estimer le nombre d abonnés UMTS et EDGE, ceci est possible à travers des estimations et des études marketing. Soit le taux_pénétration_umts, le pourcentage de couverture du réseau UMTS, donc le nombre total d abonnés UMTS est donné par : Nombre_abonnés_UMTS Nombre_abonnés_GSM taux_pénétration_umts (III.19) Quant aux abonnés utilisant les services multimédia et résidant dans les zones non couvertes par l UMTS, nécessairement des abonnés du réseau EDGE, leur nombre total sera égal à : Nombre_abonnés_EDGE Nombre_abonnés_GSM-Nombre_abon nés_umts taux_pénétration_edg E (III.20) Vu que l utilisation des services varie selon leur nature d une part et selon la technologie utilisée d autre part (UMTS, EDGE), l étape suivante consiste à déterminer le nombre d abonnés actifs N ij par technologie i et par service j (conversationnel ou interactif ou 47

60 Processus de dimensionnement d un réseau NGN streaming). Soit A i le nombre d abonnés de technologie i et T j le taux d activité de service j. Nij est donné par : Nij (III.21) Ai T j Par la suite, nous déterminons le trafic généré par service pour les réseaux UMTS et EDGE : Trafic UMTS, j ( Kbits) NUMTS, j taux _ appels j durée _ appel j débit _ ax imal service j taux activités source J (III.22) Trafic EDGE, j ( Kbits) N EDGE, j taux _ appels j durée _ appel j débit _ ax imal service j taux activités source J (III.23) Pour calculer le trafic total par service, il faut souligner que le trafic de la classe conversationnelle est réparti en trafic interne défini comme étant le trafic paquet qui englobe les communications entre UMTS et EDGE c est-à-dire trafic interne à l IMS, et trafic externe destiné vers le monde circuit. Organigramme III.6 : Répartition de trafic de la classe conversationnelle Donc, pour les services interactif et streaming, leurs volumes de trafic générés sont les mêmes calculés par les équations III.24 et III.25 : Volume_tra fic_généréumts,int eractif Kbits Trafic UMTS,int eractif Volume_tra fic_généréumts, strea min g Kbits Trafic UMTS, strea min g Tandis que pour le service conversationnel, le volume de trafic généré est calculé comme suit : Volume_tra fic_généréumts,conv Kbits Trafic_ int erneumts,conv Trafic _ externeumts,conv Pourcentag e _ GSM Trafic UMTS,conv Avec Trafic _ externeumts,conv Pourcentag e _ RTC Trafic_externeUMTS,conv Trafic UMTS,conv %trafic v ers mod ecircuit (III.24) (III.25) De même, nous calculons le volume de trafic généré par service dans le cas du réseau EDGE. Ensuite, il suffit d effectuer la somme de tous les trafics générés pour chaque service pour déterminer le volume de trafic global. 48

61 Processus de dimensionnement d un réseau NGN Volume _ trafic _ total 3 J 1 Volume _ trafic_gén éré UMTS, j 3 J 1 Volume _ trafic_gén éré EDGE, j (III.26) III Dimensionnement des entités du réseau III Dimensionnement des M_MGWs Pour déterminer le nombre des M_MGWs nécessaires pour véhiculer le trafic paquet, il faut calculer le trafic interne dans les réseaux UMTS et EDGE ainsi que le trafic externe destiné aux abonnés GSM. Puis leur ajouter le trafic du service conversationnel A conv (voir équation III.4) issu du réseau GSM destiné aux abonnés UMTS et EDGE. Ce dernier est calculé comme nous l avons vu dans la partie NGN Téléphonie. Le nombre des M_MGWs sera égal alors : Nombre _ M _ MGWs Volume _ trafic _ total Aconv Capacit é M _ MGW (III.27) Comme dans le cas de dimensionnement dans le NGN Téléphonie, nous allons calculer la charge des M_MGWs seulement. La capacité reste au choix de l opérateur. La charge des M_MGWs est calculée comme suit : Ch arg em_mgws (Kbits) Volume trafic total Aconv (III.28) III Dimensionnement des IMS_MGWs Pour calculer le nombre des IMS_MGWs, nous considérons le volume de trafic véhiculé entre le réseau RTC et le réseau UMTS/EDGE et ce dans les deux sens. Le volume du trafic du réseau UMTS/EDGE vers le réseau RTC est donné par : Volume _ trafic _ vers _ RTC( Kbits) Trafic UMTS,conv Trafic EDGE,conv %trafic v ers mod ecircuit Pourcentag_e RTC (III.29) Tandis que celui véhiculé du réseau RTC vers le réseau UMTS/EDGE, A conv (voir équation III.4) est calculé comme dans le cas du NGN- Téléphonie. Le nombre des IMS-MGWs est donné par : Nombre _ IMS _ MGWs Volume _ trafic _ RTC Aconv Capacité _ IMS _ MGW (III.30) III Dimensionnement de MGCF La charge de MGCF est estimée en nombre total des communications issues du réseau RTC. Ch arg e _ MGCF NUMTS,conv N EDGE,conv taux _ appel _ conversati onnel %trafic v ers od ecircuit Pourcentag e RTC (III.31) 49

62 Processus de dimensionnement d un réseau NGN III Dimensionnement de MSC Server Afin de déterminer le nombre de MSC Server, nous devons calculer la capacité de traitement de son processeur, autrement dit le nombre total des communications issues du réseau GSM. Ch arg e _ MSC _ Server NUMTS,conv N EDGE,conv taux _ appel _ conversati onnel %trafic v ers od ecircuit Pourcentag e GSM (III.32) III Dimensionnement des SGSNs Le dimensionnement des SGSNs dépend du nombre d abonnés simultanément attachés (SAU : Simultaneously attached User), du nombre de paquets par seconde (PPS : Packet Per Second), la taille moyenne des paquets, etc Pour déterminer le nombre des SGSNs, nous allons nous baser sur le paramètre SAU et ceci pour des raisons de simplification du dimensionnement. Une caractéristique importante que nous risquons de négliger, puisque nous n avons pas réalisé le dimensionnement du réseau d accès, c est la capacité du SGSN en terme de RNC connecté. Après le calcul du nombre des SGSNs requis, nous devons vérifier que la capacité de chaque SGSN en terme de RNC n a pas été dépassée. Dans telle situation, il faut prendre la valeur maximale entre le nombre des SGSNs requis selon le paramètre SAU et le nombre selon le paramètre RNC. Nous utilisons le mode paquet (pas le mode circuit) où tous les abonnés sont connectés. Le nombre de SAU EDGE et celui de SAU UMTS sont donnés par : Nombre _ SAU _ EDGE Nombre _ Abonnés _ EDGE pourcentag e SAU EDGE (III.33) Nombre _ SAU _ UMTS Nombre _ Abonnés _ UMTS pourcentag e SAU UMTS (III.34) L étape dernière consiste à choisir une configuration matérielle des SGSNs de la part de l opérateur pour calculer le nombre des SGSNs : Nombre _ SGSNs Nombre _ SAU _ EDGE Nombre _ SAU _ UMTS capacit é _ SGSN (III.35) III Dimensionnement des GGSNs Le paramètre clé de dimensionnement des GGSNs est le contexte PDP. Le nombre de contextes PDP est donné par le nombre de sessions générées par les abonnés (un abonné peut générer plusieurs sessions). En effet, chaque session est caractérisée par un contexte PDP. De plus, pour activer une session, un abonné doit être attaché au réseau paquet. Pour déterminer le nombre de contextes PDP, nous opérons ainsi : Calculer le nombre de contextes PDP générés par les abonnés UMTS Nombre_PDP _UMTS Nombre_abonnés_UMTS taux_activité_service_conversa tionnel taux_ acti vité_service_ int eractif taux_ acti vité_service_strea min g 50 (III.36)

63 Processus de dimensionnement d un réseau NGN Calculer le nombre de contextes PDP générés par les abonnés EDGE Nombre_SAU_EDGE taux_activité_service_conversa tionnel Nombre_PDP _EDGE taux_ acti vité_service_ int eractif taux_ acti vité_service_strea min g (III.37) Le nombre total de contextes PDP activé Nombre_PDP _total Nombre_PDP _UMTS Nombre_PDP _EDGE (III.38) Par la suite, nous déterminons le nombre des GGSNs selon la capacité choisie par l opérateur : Nombre _ GGSNs Nombre _ PDP _ total capacit é_ggsn (III.39) III Optimisation du réseau de transport Pour pouvoir dimensionner les artères du réseau de transport, nous suivons la même démarche adoptée dans le cas du NGN Téléphonie, sauf que dans le cas de NGN multimédia, nous avons deux types de trafic présents au niveau du réseau de transport : Le trafic interne écoulé entre les réseaux UMTS et EDGE ainsi que le trafic externe vers les réseaux RTC ou GSM : pour ces types de trafic le débit d une communication Bcommunication ne sera pas converti de mode TDM en mode IP puisque il en y est déjà. Le trafic issu des réseaux RTC et GSM : la Bcommunication sera convertie de mode TDM en mode IP en utilisant des codecs bien déterminés. III.4 Conclusion Dans ce chapitre, nous avons abordé le processus de dimensionnement dans les réseaux NGN : Téléphonie et Multimédia. Nous avons essayé de présenter les différents outils mathématiques et algorithmiques utilisés pour réussir ce dimensionnement. Le dernier chapitre sera consacré pour la présentation de notre outil universel de dimensionnement et son évaluation par des exemples de scénarios de dimensionnement tout en se basant sur les équations de ce troisième chapitre. 51

64 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Chapitre IV Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios IV.1 Introduction Au cours du chapitre précédent, nous avons étudié le processus de dimensionnement d un réseau NGN : Téléphonie ainsi que Multimédia. Dans ce chapitre, il sera essentiellement question de l outil universel de dimensionnement que nous devons développer et de son évaluation. Pour ce faire, nous commencerons par spécifier le cahier des charges et à présenter l environnement de développement qui nous permettra d atteindre les objectifs de ce cahier des charges. Ensuite nous présenterons l organigramme fonctionnel de l outil en décrivant les fonctionnalités de ses modules et les étapes de son fonctionnement. Enfin la dernière partie de ce rapport sera consacrée à une évaluation de l outil basée sur une étude de cas. IV.2 Cahier de charges de l outil IV.2.1 Objectif de l'outil de dimensionnement Le but de cette étude est de développer un outil universel de dimensionnement d un réseau NGN et d un réseau IMS. Cet outil devra être capable d automatiser les opérations de dimensionnement et d optimisation, illustrées dans le chapitre précèdent. Son objectif nous apparaît utile même si, eu égard au caractère évolutif des problèmes des télécommunications, des modifications à plus ou moins brève échéance sont susceptibles d'affecter les règles ou les procédures. IV.2.2 Paramètres d'entrée Notre outil devra accepter les paramètres suivants comme variables d'entrée : IV NGN Téléphonie Tentatives d appels à l heure chargée TAHC : nombre d appels exécutés pendant l heure de pointe pour chaque service. Ce paramètre sera introduit par CT ou MSC et par zone. Durée moyenne des communications DMC pour chaque service exprimé en secondes. Elle sera introduite par CT ou MSC et par zone. 52

65 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios GoS (Grade of Service) : exprime la probabilité de blocage fixée par l opérateur au niveau de l interface CT-MG ou MSC-MG. Nombre de routeurs : c est un paramètre à saisir lors de l optimisation du réseau de transport. Bande de communication exprimée en Kbits/s : représente le débit d une type de communication (voix, donnée ou vidéo). La capacité de MG et celle de softswitch : elle est utilisée pour déterminer le nombre de ces deux entités. Ces deux capacités varient selon le fournisseur. IV IMS Taux d appels : représente le rapport entre le nombre de tentatives d appels par heure et le nombre d abonnés total pour chaque service. Taux d activité source par service : c est le taux d occupation du canal selon le service. DMC. GoS : probabilité de blocage fixée dans le réseau UMTS/EDGE. Nombre d abonnés GSM, EDGE et UMTS, répartis par zone. Pourcentage SAU EDGE et SAU UMTS : ce sont les abonnés paquet simultanément attachés à chaque technologie. Taux d activité pour chaque service. Pourcentage du trafic sortant vers le mode circuit : c est le trafic conversationnel sortant du mode IP vers mode circuit et qui sera réparti entre les réseaux GSM et RTC. La capacité des entités M-MGW, IMS-MGW, MSC Server, MGCF, SGSN et GGSN. IV.2.3 Paramètres de sortie Nous pensons qu il est possible d avoir les données suivantes comme sortie de notre outil de dimensionnement : IV NGN Téléphonie Trafic total généré par les réseaux d accès RTC/RNIS et GSM/GPRS réparti entre les CT (respectivement les MSC) et les zones. Nombre des jonctions MIC par CT ou MSC. Charge des MGs et softswitchs par zone. Nombre des communications à écouler simultanément dans le réseau de transport. Capacité totale en Kbits à fournir pour le réseau de transport. Prévision du trafic de chaque CT ou MSC et de charges des MGs et softswitchs sur cinq ans. 53

66 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios IV IMS Trafic total en Kbits généré par les réseaux EDGE et UMTS pour chaque zone. Résultat de dimensionnement des entités M-MGW, IMS-MGW, MSC Server, MGCF, SGSN et GGSN en terme de charge et nombre. Nombre des communications à écouler simultanément dans le réseau de transport. Capacité totale en Kbits à fournir pour le réseau de transport. Prévision du trafic et des charges des entités sur cinq ans. IV.2.4 Interface Utilisateur Notre outil de dimensionnement devrait présenter une interface graphique agréable et facile à manipuler. L'utilisateur devra introduire les paramètres d'entrée d'une façon aisée, ainsi que la visualisation des résultats. Il devra aussi manipuler les menus du logiciel sans problème. Notre outil sera capable d enregistrer ces paramètres d'entrée et leurs résultats dans des rapports et de les afficher exhaustivement. Nous jugeons utile d offrir plus de liberté à l'utilisateur de l outil en lui donnant la possibilité d'introduire le type de dimensionnement de son choix. IV.3 Environnement de développement Le langage que nous avons choisi pour développer notre outil de dimensionnement est le J# (JSharp). J# est un des derniers langages introduits dans la famille du framework.net, il est maintenant directement intégré dans Visual Studio.Net C'est un langage orienté objet créé par Microsoft pour les développeurs Java souhaitant faire des applications et des services sur le framework.net. De ce fait, les développeurs peuvent utiliser tous les avantages du framework.net comme : Un modèle unifié de programmation (les applications Windows, les applications Web et les applications Mobile Web) sur différents types de machines et de systèmes d'exploitation. La prise en charge native des services Web XML, ADO.Net et ASP.Net et Windows Forms. Une interaction totale avec les langages (et donc les applications) orientés.net. De plus, les développeurs voulant exploiter les fonctionnalités du framework.net et de Visual Studio pour leurs anciennes applications, peuvent le faire grâce à différents outils de conversions, mise à disposition, pour les programmes en Java ou en J++. Ainsi, l'utilisation de JSharp nous permet de décomposer facilement le moteur de simulation en packages indépendants. Et comme chaque package peut être développé sans aucune relation avec les autres, la gestion du projet, mise en place, devrait être très efficace. En somme, c est toutes ces caractéristiques réunies qui ont motivé le choix du J# comme langage de développement. 54

67 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios IV.4 Fonctionnalités de l outil L outil dont il est question est un outil de dimensionnement d un réseau NGN. Son but est d aider les opérateurs à trouver la meilleure configuration de leur réseau en terme d équipements nécessaires et de charges tout en garantissant une qualité de service donnée. IV.4.1 Organigramme fonctionnel de l outil Les fonctionnalités de notre outil sont représentées par l organigramme suivant : Organigramme IV.1 : Principe de fonctionnement de l outil IV.4.2 Modules développés Pour gérer les entrées et les sorties de cet outil de dimensionnement, nous avons développé quatre modules principaux. IV Module d estimation de la charge de trafic pour le NGN Téléphonie Ce module a pour objectif de déterminer la charge de trafic d une zone étudiée pour chaque CT (respectivement MSC). Il répartit ce trafic par type de service et détermine par la suite le nombre des jonctions MIC entre un CT (respectivement MSC) et une MG. Enfin, il permet d agréger toutes les charges de trafic issu de l ensemble des CT (respectivement MSC) pour le dimensionnement des MGs et softswitchs. 55

68 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Organigramme IV.2 : Estimation de la charge de trafic cas NGN Téléphonie IV Module d estimation de la charge de trafic pour le NGN Multimédia Ce module s occupe du calcul de la charge de trafic pour une zone donnée et pour chaque service (conversationnel, interactif ou streaming) dans les réseaux UMTS et EDGE ce qui permet de dimensionner les différentes entités suivantes : M-MGW, IMS-MGW, MSC Server, MGCF, SGSN et GGSN. Organigramme IV.3 : Estimation de la charge de trafic cas NGN Multimédia IV Module d optimisation du réseau de transport Ce module permet de calculer d une part le nombre des communications simultanées à écouler dans le réseau de transport et d autre part la capacité totale à fournir suivant l algorithme décrit dans l organigramme III.4. 56

69 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios IV Module de prévision de trafic L extension des réseaux demande l approvisionnement des équipements des centraux, des faisceaux de jonctions et des circuits. Cependant, il pourrait y avoir un temps entre l identification des besoins futurs et le moment de réalisation. La durée de temps entre l identification du besoin et son approvisionnement est considérable. Pour éviter les longues périodes d attente et la congestion élevée, il est préférable de déterminer les besoins à l avance. Cela rend possible l extension du matériel au bon moment parce que l action nécessaire peut être effectuée en temps approprié. Une prévision devrait, cependant, produire premièrement l estimation exacte des demandes futures pour les équipements des télécommunications. Ce module s intéresse à la prévision du trafic des réseaux d accès RTC/RNIS et GSM/GPRS dans le cas du NGN Téléphonie et des réseaux UMTS et EDGE pour le NGN Multimédia. Ainsi cette partie estime la prévision de la charge des MGs et softswitchs dans le premier cas et les entités : M-MGW, IMS-MGW, MSC Server, MGCF, SGSN et GGSN dans le deuxième cas. Nous avons choisi la méthode de prévision tendancielle qui consiste à supposer que le développement devrait suivre la courbe qui a été ajustée à des données historiques existantes. Pour des raisons de simplification, nous allons nous limiter à la méthode de tendance linéaire donnée par la formule suivante : y t a t b (IV.1) Avec y(t) :résultat de la prévision à l année t a:la pente de la courbe b:le trafic ou charge à t=0 IV.5 Interface utilisateur développée V.5.1 Fenêtre principale de l outil Lors du démarrage de l application, nous apercevons la fenêtre principale (Figure IV.1) qui affiche une barre de menus composée de : NGN Téléphonie NGN Multimédia Prévision Aide 57

70 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Figure IV.1 : Fenêtre principale de l outil Cette fenêtre comporte à son tour une barre d outils contenant : Nouveau : il permet à l utilisateur de créer un nouveau projet de dimensionnement. En effectuant cette tâche, l utilisateur a le choix entre un dimensionnement d un réseau de type NGN Téléphonie ou bien NGN Multimédia (voir figure IV.2) et selon ce choix il active de facto les autres menus (NGN Téléphonie ou bien NGN Multimédia) et pourra ainsi commencer son projet. Figure IV.2 : Fenêtre de création d un nouveau projet Ouvrir : ce bouton permet de charger en mémoire un projet existant : évidemment il y adeux types de projets le premier d extension.tel et le deuxième d extension.ims. 58

71 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Cette opération d ouverture affiche tous les paramètres d entrée saisis, par l utilisateur, ainsi que les résultats de dimensionnement dans des rapports. Sauvegarder : il permet de sauvegarder les nouveaux projets. V.5.2 Menu NGN Téléphonie Ce menu concerne le dimensionnement dans le cas du réseau NGN Téléphonie. Il comporte trois parties essentielles. : La première, pour la saisie de paramètres d entrée. Elle contient un seul sous menu appelé «Données Opérateurs». La deuxième, s intéresse au calcul et à l affichage des résultats de dimensionnement. Elle comprend quatre sous menus qui sont : «Calcul du trafic» : permet de calculer le trafic généré par les réseaux d accès RTC/RNIS et GSM/GPRS. «Répartition du trafic» : sert à afficher les valeurs du trafic par CT (respectivement MSC) et par service. «Nombre de liens» : sous menu qui permet de calculer le nombre de liens MIC entre un CT (respectivement MSC) et une MG. «Dimensionnement de MG et softswitch» : pour la détermination de la charge ou bien du nombre de ces deux entités. La dernière, s occupe de l optimisation du réseau de transport. Elle se compose d un seul sous menu «Réseau de transport». V.5.3 Menu NGN Multimédia C est le menu qui va nous permettre de visualiser les résultats obtenus dans le processus de dimensionnement d un réseau NGN Multimédia en terme de trafic généré par le réseau UMTS/EDGE et du nombre de M-MGW, IMS-MGW, MSC Server, MGCF, SGSN et GGSN. Comme dans le cas du NGN Téléphonie, ce menu comprend trois parties : La première est consacrée à la saisie des données d entrée par l utilisateur. Elle contient deux sous menus : «Données Opérateurs» et «Données EDGE/UMTS». La deuxième contient trois sous menus : «Calcul du trafic», «Répartition du trafic» et «Dimensionnement des entités». La dernière est un sous menu appelé «Réseau de transport». V.5.4 Menu Prévision La fonction prise en compte par ce menu est la prévision du trafic des réseaux d accès et de charges des entités fonctionnelles des réseaux NGN Téléphonie et Multimédia. Il est constitué de deux sous menus : le premier dédié à la prévision dans le cas du NGN Téléphonie alors que le second est réservé à la prévision dans le NGN Multimédia. 59

72 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios V.5.5 Menu Aide Le menu «Aide», comme son nom l indique, permet d afficher une aide contextuelle. Il comprend un volet «Aide» et un volet «A propos» qui permet l affichage de la fenêtre d identification de l application (voir Figure IV.3). Figure IV.3 : Fenêtre A propos IV.6 Validation sur scénarios Dans ce paragraphe, il sera essentiellement question de la présentation des résultats de dimensionnement d un réseau NGN à partir de notre outil informatique. Pour ce faire, nous allons exécuter deux scénarios de dimensionnement, le premier concerne le réseau NGN Téléphonie tandis que l autre sera consacré au réseau NGN Multimédia. IV.6.1 Cas du réseau NGN Téléphonie IV Acquisition des paramètres et données d entrée Dans ce premier scénario, nous assimilerons la zone 3 qui représente la zone du Sahel. Nous allons présenter ce scénario à l aide des différentes interfaces de notre outil de dimensionnement. En effet, la première étape après l exécution de l application c est l authentification par le biais d un Login et d un Mot de passe. Cette interface permet de limiter l accès à l application. Figure IV.4 : Authentification de l utilisateur 60

73 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Une fois l accès est autorisé l interface de la fenêtre principale apparaît (Figure IV.1). Nous choisissons par la suite un nouveau projet de type NGN Téléphonie (voir figure IV.2), le menu NGN Téléphonie sera activé et il suffit d y accéder pour aborder les différentes étapes du dimensionnement. Le tableau IV.1 résume les différents paramètres d entrée pour ce scénario de dimensionnement concernant la zone du Sahel. Elle est composée de deux CT et trois MSC qui seront reliés aux MGs : CT de Sousse (CT1), CT de Moknine (CT2), MSC1 Sousse, MSC2 Sousse, MSC Moknine (MSC3). Réseau RTC/RNIS CT1 GoS TAHC DMC TAHC DMC TAHC DMC (%) voix voix donnée donnée vidéo vidéo s s 0 0 CT Réseau GSM/GPRS 70 s MSC s0000 MSC s0000 MSC s0000 Tableau IV.1 : Paramètres d entrée de la zone 3 Nous passons ensuite à la fixation de ces paramètres d entrée du dimensionnement dans l interface «Ajout Données Opérateur» appartenant au sous menu «Données Opérateur». En premier lieu l utilisateur saisit le GoS souhaité au niveau de l interface CT-MG (respectivement CT-MSC), le nombre de zones, le nom de chaque zone ainsi que le nombre de CT et MSC qu elle contient. Figure IV.5 : Ajout des données de l opérateur 61

74 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios En cliquant sur le bouton «Ajouter», les cases de saisie de TAHC et DMC pour chaque service seront activées, l utilisateur pourra faire entrer les valeurs de ces paramètres pour la zone3-ct1 puis la zone3-ct2 et enfin valider. Les figures IV.6 et IV.7 illustrent les étapes de cette saisie. Figure IV.6 : Saisie des données d entrée de la zone3-ct1 Figure IV.7 : Saisie des données d entrée de la zone3-ct2 62

75 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Les mêmes étapes à suivre pour la saisie des paramètres d entrée du réseau d accès GSM/GPRS. IV Résultats obtenus L étape suivante exécutée par notre outil sera le calcul du trafic total généré par les deux commutateurs de transit et les trois MSC dans la zone 3. Ce trafic sera égal à Gbits comme le montre la figure IV.8. Figure IV.8 : Calcul du trafic total généré par les réseaux d accès Nous avons procédé à la répartition de ce trafic total en calculant le trafic par service ainsi que le total engendré par chaque CT (respectivement MSC) dans la zone 3. Figure IV.9 : Répartition du trafic RTC/RNIS entre les deux CT de la zone 3 L interface suivante donne la répartition du trafic total du réseau d accès GSM/GPRS entre MSC1 Sousse, MSC2 Sousse et MSC de Moknine (MSC3). 63

76 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Figure IV.10 : Répartition du trafic GSM/GPRS entre les trois MSC de la zone 3 L étape importante dans ce processus de dimensionnement sera le calcul du nombre des MGs et softswitchs à mettre en place pour assurer le fonctionnement du réseau NGN Téléphonie. L interface de la figure IV.11 nous permet de déterminer la charge des MGs en Kbits et celle des softswitchs en tentatives d appels pour la zone 3. Figure IV.11 : détermination des charges des MGs et des softswitchs Le calcul nous donne une charge des MGs égale à Gbits et celle des softswitchs de tentatives d appels à l heure chargée (TAHC). Si l opérateur veut calculer le nombre des MGs et des softswitchs, il doit cliquer sur le bouton «Avancé» pour saisir la capacité de MG en Kbits ainsi que celle de softswitch en TAHC puis sur le bouton «Calcul» pour afficher leur nombre. Par exemple, si l opérateur opte pour les media gateways de type «Cisco MGX 8800 Series» d une capacité de 2.2 Gbps et les softswitchs «Cisco PGW 2200 Softswitch gateway» de capacité de traitement égale à TAHC, nous aurons : 10 MGs et 9 softswitchs. [12] 64

77 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Figure IV.12 : Calcul du nombre des MGs et des softswitchs Concernant l optimisation du réseau de transport, l opérateur doit saisir le nombre des routeurs périphériques constituant le réseau de transport, la bande de communication de chaque type de services et le codec convenable pour la conversion de cette bande de mode TDM en mode IP. Notre outil sera capable de calculer le nombre des communications générées sur un canal reliant deux MGs et la capacité totale à fournir pour écouler ce nombre. La figure IV.13 montre un exemple d optimisation du réseau de transport de la zone 3. Figure IV.13 : Optimisation du réseau de transport de la zone 3 65

78 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Le présent scénario de dimensionnement d un réseau NGN Téléphonie de la zone 3 décrit dans cette partie, s effectue le 10 juin Pour pouvoir réaliser la prévision du trafic des réseaux RTC/RNIS et GSM/GPRS ainsi que celle des charges des MGs et des softswitchs, nous avons besoin du trafic et charges dans un autre jour futur, à partir duquel l opérateur désire faire la prévision qui sera opérée par défaut sur cinq ans. Dans notre cas, nous allons supposer que nous sommes aujourd hui le 4 décembre 2006 et que nous voulons effectuer la prévision à partir de ce jour sur cinq ans. Ensuite, nous faisons le scénario de dimensionnement au jour du 4 décembre La prévision du trafic ainsi que celle des charges des MGs et des softswitchs sont données par les figures IV.14, IV.15 et IV.16 : Figure IV.14 : Prévision du trafic RTC/RNIS de la zone 3 Figure IV.15 : Prévision du trafic GSM/GPRS de la zone 3 66

79 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Figure IV.16 : Prévision des charges des MGs et des softswitchs de la zone 3 Enfin, nous avons récapitulé l ensemble des données d entrée et de sortie de notre outil concernant ce projet de dimensionnement de la zone 3 dans un rapport technique illustré par la figure IV.17. Figure IV.17 : Extrait du rapport récapitulatif de dimensionnement de la zone 3 67

80 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios IV.6.2 Cas du réseau NGN Multimédia IV Acquisition des paramètres et données d entrée Nous allons aborder le dimensionnement du réseau UMTS selon le concept NGN Multimédia en adoptant l approche par zones. En se basant sur les caractéristiques du réseau GSM, le territoire Tunisien est divisé en cinq zones de concentration de trafic (zone1 : Grand Tunis, zone2 : CapBon, zone3 : Sahel, zone4 : Sud, zone5 : Nord West). Vue que chaque zone a ses propres caractéristiques (répartition des abonnés GSM, taux d activité des services, répartition de trafic, répartition des abonnés WCDMA, etc...), l approche par zone parait très intéressante. La première étape du dimensionnement du réseau UMTS sera la spécification des modèles de trafic pour chaque service. Elle nous a permis de retenir un modèle pour chaque service qui constituerait des valeurs typiques que nous allons prendre pour déterminer la contribution de chaque service dans la charge totale du trafic dans le réseau coeur. Ces valeurs ne sont pas fixes, pour autant. L utilisateur de notre outil développé, peut intervenir pour changer ces paramètres. L interface IV.18 nous permet de fixer le modèle de trafic du réseau d accès et le GoS souhaité dans le réseau EDGE/UMTS. Figure IV.18 : Modèle de trafic du réseau d accès 68

81 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Dans l interface suivante, l utilisateur doit saisir le nombre d abonnés GSM, le taux de pénétration de l UMTS, le taux de pénétration EDGE, le nombre de zones relatives à la répartition du trafic et des abonnés et la répartition du trafic total généré par les abonnés EDGE et UMTS du service conversationnel. En fait, ce dernier paramètre sera utilisé pour le dimensionnement des M-MGWs. Nous prenons 70% de ce trafic conversationnel sortant vers le mode circuit qui est réparti à son tour entre GSM et RTC selon les pourcentages suivants : 40% vers RTC et 60% vers GSM. Figure IV.19 : Fixation des paramètres généraux En validant l étape précédente, l utilisateur est invité à saisir les paramètres concernant : La répartition des abonnés EDGE et UMTS : pour répartir les abonnés EDGE et UMTS sur les cinq zones de concentration du trafic, nous utilisons les pourcentages du tableau IV.2. A partir de ces pourcentages, nous calculons le nombre d abonnés par zone et par la suite nous déterminons le trafic paquet généré pour chaque classe de service ainsi que le trafic total. Zone1 Zone2 Zone3 Zone4 Zone5 Pourcentage UMTS (%) Pourcentage EDGE (%) Tableau IV.2 : Répartition des abonnés EDGE et UMTS Pourcentages d attachement des abonnés : nous avons déjà présenté le processus du dimensionnement des SGSNs. Pour cela, il suffit de calculer pour chaque zone le 69

82 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios nombre de SAU simultanément pour EDGE et UMTS. Le calcul se fait en considérant les pourcentages du tableau IV.3. Zone1 Zone2 Abonnés paquet attachés (%) Zone3 Zone4 Zone (Pourcentage SAU UMTS) Abonnés paquet attachés (%) (Pourcentage SAU EDGE) Tableau IV.3 : Pourcentages d attachement des abonnés EDGE et UMTS Les taux d activité des services : chaque zone à ses propres taux d activité des services ; le comportement des abonnés envers les services diffère d une zone à une autre. Pour ce scénario, nous utilisons les taux du tableau IV.4. Zone1 Zone2 Zone3 Zone4 Zone5 Conversationnel (%) Interactif (%) Streaming (%) Tableau IV.4 : Taux d activité des services Figure IV.20 : Répartition des paramètres d entrée par zone La dernière interface de saisie des données d entrée concerne le trafic en mode circuit c est à dire le trafic conversationnel des réseaux RTC et GSM destiné aux abonnés UMTS et EDGE. Il s agit de calculer pour chaque zone le trafic externe conversationnel issu des réseaux RTC et GSM qu elle va recevoir. Pour ce faire nous devons saisir les paramètres suivants pour 70

83 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios chaque réseau : TAHC, DMC et GoS. Dans ce scénario nous ne tenons pas compte de ce trafic. Figure IV.21 : trafic conversationnel en mode circuit issu des réseaux RTC et GSM IV Résultats obtenus Les résultats du dimensionnement sont donnés par la fenêtre de la figure IV.22. En effet, les abonnés UMTS et EDGE génèrent un trafic total de l ordre Gbits. Ce trafic est réparti entre les trois services de la manière suivante : Gbits service conversationnel, Gbits service Interactif et Gbits pour le service Streaming. Figure IV.22 : Calcul du trafic total généré par les abonnés EDGE et UMTS Les quatre interfaces des figures IV.23, IV.24, IV.25 et IV.26 s intéressent à la répartition de ce trafic total entre les cinq zones ainsi qu au calcul des charges et nombre des M-MGW, IMS-MGW, MSC Server, MGCF, SGSN, GGSN dans chaque zone. 71

84 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Figure IV.23 : Répartition du trafic EDGE entre les cinq zones Figure IV.24 : Répartition du trafic UMTS entre les cinq zones Figure IV.25 : Détermination des charges des entités fonctionnelles 72

85 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Une fois que les différentes charges des entités fonctionnelles sont déterminées, l opérateur peut calculer le nombre de ces entités en introduisant la capacité de chaque entité exprimée en Kbits pour l IMS-MGW, M-MGW et en TAHC pour le MSC Server et MGCF. Pour cela il doit cliquer sur le bouton «Avancé». L interface suivante nous montre un exemple de calcul de ces entités. Figure IV.26 : Détermination du nombre des entités fonctionnelles Zone 1 : C est la zone la plus dense en abonnés (presque la moitié des abonnés). Elle engendre le plus du trafic : Gbits ( Gbits service conversationnel, Gbits service streaming et 549 Gbits pour l interactif). Pour satisfaire les exigences de cette zone, l opérateur Tunisien doit installer 5 M-MGW, 2 IMS-MGW, 1MGCF, 1 MSC Server, 1 GGSN et 1 SGSN. Zone 2 : elle génère 2053 Gbits ( Gbits conversationnel, Gbits streaming et Gbits interactif). La configuration requise selon ce scénario est la suivante : 1 M-MGW, 1 IMS-MGW, 1 MGCF, 1 MSC Server, 1 GGSN et 1 SGSN. Zone 3 : dans cette zone, les services multimédia offerts (conversationnel, streaming et interactif) génèrent respectivement ( Gbits, Gbits et Gbits). Le trafic total est Gbits qui nécessite 1 M-MGW, 1 IMS-MGW, 1 MGCF, 1 MSC Server, GGSN et SGSN pour être véhiculé. Zone 4 : ses abonnés génèrent un trafic de Gbits (1336 conversationnel, streaming et Interactif). Tunisie Télécom doit installer 1 M-MGW, 1 IMS-MGW, 1 MGCF, 1 MSC Server, 1 GGSN et 1 SGSN. Zone 5 : cette zone nécessite 1 M-MGW, 1 IMS-MGW, 1 MGCF, 1 MSC Server, 1 SGSN et 1 GGSN pour véhiculer le trafic paquet. Le trafic généré par ses abonnés est de Gbits ( service conversationnel, service streaming et service interactif). 73

86 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Donc le nombre total des équipements nécessaires pour écouler le trafic total généré par les abonnés EDGE et UMTS sont : 9M-MGW : 5 zone 1, 1 zone 2, 1 zone 3, 1 zone 4, 1 zone 5. 6IMS-MGW : 2 zone 1, 1 pour chaque zone (2, 3, 4, 5). 5GGSN : un par zone. 5SGSN : un par zone. 5MGCF : un par zone. 5MSC Server : un par zone. Figure IV.27 : Optimisation du réseau de transport pour les cinq zones Pour la prévision du trafic et des charges des entités fonctionnelles du NGN Multimédia, nous allons estimer la prévision du 4 décembre 2006 sur cinq ans successifs. Figure IV.28 : Prévision du trafic EDGE des cinq zones 74

87 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Figure IV.29 : Prévision du trafic UMTS des cinq zones Figure IV.30 : Prévision des charges des entités fonctionnelles Figure IV.31 : Courbe de prévision des charges des M-MGW et IMS-MGW 75

88 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios Figure IV.32 : Courbe de prévision des charges des MSC Server et MGCF Figure IV.33 : Courbe de prévision des charges des SGSNs et GGSNs Ces courbes donnent une illustration graphique du module de prévision des charges des entités M-MGW, IMS-MGW, MSC Server, MGCF, SGSN et GGSN. Par exemple dans la figure IV.31, la courbe en noire représente l évolution de la charge en Kbits des IMS-MGW à 76

89 Outil de dimensionnement et validation sur des scénarios installer dans la zone du Grand Tunis sur une période de cinq ans à partir du 4 décembre Quant à la courbe en rouge, elle traduit l évolution de la charge en Kbits des M-MGW au cours de cinq ans. Pour résumer ce scénario de dimensionnement, nous avons utilisé des rapports récapitulatifs qui contiennent à la fois les paramètres d entrée saisis par l utilisateur et les résultats correspondants. Figure IV.34 : Rapport Technique de dimensionnement des cinq zones 77

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