Cycle de formation des ingénieurs en Télécommunications
Rapport de stage ingénieur Thème :
Développement d’un outil de supervision de la Qos des
réseaux 2G/3G sous Android Réalisé par : par : Imed M’HAMDI Encadrant: M. Oussama Tabbabi
Travail proposé par: SFM
Technologies
Année universitaire: 2011/2012
Sommaire
Sommaire ....................................................................................................................................... ........................................................................................... ..................... 7 Acronymes ................................................................. ............................................................................................................................... ................................................................................ ............. 8 Introduction générale ............................................................ ............................................................................................................................. ..................................................................... 9 Panorama des réseaux mobiles ........................................................ ..................................................................................................................................... ........................................................................................... ..................... 9 Introduction ...............................................................
I.
........................................................................................................................ .......................................................... 9 Architecture du réseau GSM ..............................................................
1.
II.
..................................................................................................... ............................................ 10 Les entités de base d’un réseau GSM .........................................................
1.1.
...................................................................................... ................... 10 La BTS (Base station Tranceiver System) ...................................................................
1.2.
.................................................................................................. ................................. 10 Le BSC (Base Station Controller) .................................................................
1.3.
............................................................................................... ................................. 11 Le MSC (Mobile Switching Center)..............................................................
1.4.
................................................................................................ ................................. 11 La HLR (Home Location Register) ...............................................................
1.5.
............................................................................................... ................................. 11 La VLR (Visitor Location Register)..............................................................
1.6.
................................................................................ ...................... 11 L’OMC (Operating and Maintenance Center) ..........................................................
.................................................................................................................................... .................................................................. 12 Architecture GPRS ..................................................................
III.
..................................................................................................................................... .................................................................. 13 Le réseau UMTS ...................................................................
1.
............................................................................................................. ............................................ 13 Architecture d’un réseau UMTS .................................................................
2.
..................................................................................................................... ........................................................ 14 Le réseau d’accès UTRAN ............................................................. 2.1.
....................................................................................................................................... .................................................................. 14 Le Node B.....................................................................
2.2.
............................................................................................ ................................. 14 Le RNC (Radio Network Controllers)...........................................................
3.
................................................................................................................................. ................................................................... 14 Le réseau cœur CN ..............................................................
4.
.................................................................................................................. ........................................................ 15 L’équipement L’équipement utilisateur utilisateur UE ..........................................................
5.
............................................................................................................................... .............................................................................. ........... 15 Les interfaces ............................................................
6.
...................................................................................... ................... 15 Comparaison (théorique) GSM/GPRS/UMTS GSM/GPRS/UMTS ...................................................................
................................................................................................................................... ......................................................................................... ................... 16 Conclusion ............................................................. ..................................................................................................................................... ......................................................................................... ................... 17 Introduction ...............................................................
SFM Technologies
2
Sommaire
Sommaire ....................................................................................................................................... ........................................................................................... ..................... 7 Acronymes ................................................................. ............................................................................................................................... ................................................................................ ............. 8 Introduction générale ............................................................ ............................................................................................................................. ..................................................................... 9 Panorama des réseaux mobiles ........................................................ ..................................................................................................................................... ........................................................................................... ..................... 9 Introduction ...............................................................
I.
........................................................................................................................ .......................................................... 9 Architecture du réseau GSM ..............................................................
1.
II.
..................................................................................................... ............................................ 10 Les entités de base d’un réseau GSM .........................................................
1.1.
...................................................................................... ................... 10 La BTS (Base station Tranceiver System) ...................................................................
1.2.
.................................................................................................. ................................. 10 Le BSC (Base Station Controller) .................................................................
1.3.
............................................................................................... ................................. 11 Le MSC (Mobile Switching Center)..............................................................
1.4.
................................................................................................ ................................. 11 La HLR (Home Location Register) ...............................................................
1.5.
............................................................................................... ................................. 11 La VLR (Visitor Location Register)..............................................................
1.6.
................................................................................ ...................... 11 L’OMC (Operating and Maintenance Center) ..........................................................
.................................................................................................................................... .................................................................. 12 Architecture GPRS ..................................................................
III.
..................................................................................................................................... .................................................................. 13 Le réseau UMTS ...................................................................
1.
............................................................................................................. ............................................ 13 Architecture d’un réseau UMTS .................................................................
2.
..................................................................................................................... ........................................................ 14 Le réseau d’accès UTRAN ............................................................. 2.1.
....................................................................................................................................... .................................................................. 14 Le Node B.....................................................................
2.2.
............................................................................................ ................................. 14 Le RNC (Radio Network Controllers)...........................................................
3.
................................................................................................................................. ................................................................... 14 Le réseau cœur CN ..............................................................
4.
.................................................................................................................. ........................................................ 15 L’équipement L’équipement utilisateur utilisateur UE ..........................................................
5.
............................................................................................................................... .............................................................................. ........... 15 Les interfaces ............................................................
6.
...................................................................................... ................... 15 Comparaison (théorique) GSM/GPRS/UMTS GSM/GPRS/UMTS ...................................................................
................................................................................................................................... ......................................................................................... ................... 16 Conclusion ............................................................. ..................................................................................................................................... ......................................................................................... ................... 17 Introduction ...............................................................
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Sommaire
I.
................................................................................................................................... .................................................................. 17 Concepts de la QoS .................................................................
II.
................................................................................................................................. ................................................................... 18 Les paramètres réseau ..............................................................
1.
........................................................................................................................................ .............................................................................. ........ 18 Définition..................................................................
2.
..................................................................................................................... ........................................................ 18 Paramètres du réseau GSM .............................................................
3.
.................................................................................................................. ........................................................ 19 Paramètres du réseau UMTS ..........................................................
4.
............................................................................................... ................................. 20 Les techniques de supervision de la QoS ..............................................................
4.1.
........................................................................................................................................ .................................................................. 20 Drive test ......................................................................
4.2.
....................................................................................... ................... 20 Chaîne de mesure (équipements (équipements utilisés) util isés) ....................................................................
4.3.
......................................................................................................................... 22 Compteurs OMC-R .........................................................................................................................
5.
................................................................................................................................ ................................................................... 23 Processus d’analyse d’analyse ............................................................. .......................................................................................................................................... .............................................................................. ........ 24 Conclusion ....................................................................
............................................................................................................................... ................................................................... 26 Un Drive Test sous Android ............................................................ ..................................................................................................................................... ......................................................................................... ................... 26 Introduction ...............................................................
I.
............................................................................................................................... .............................................................................. ........... 26 Intérêt et besoin ............................................................
II.
........................................................................................................................ ....................................................... 27 Conception de l’application .................................................................
III.
............................................................................................................. ............................................ 28 Développement de l’application .................................................................
1.
.................................................................................................. ................................. 29 Informations sur l’appareil et le réseau .................................................................
2.
...................................................................................................................................... .................................................................. 29 Fonctionnement ....................................................................
2.1. 2.2. 2.3.
................................................................................................................................ ................................................................... 29 L’onglet Infos: ............................................................. ...................................................................................................................................... .................................................................. 30 L’onglet Map .................................................................... ............................................................................................................................... ................................................................... 31 L’onglet graphe............................................................
.......................................................................................................................................... .............................................................................. ........ 31 Conclusion .................................................................... ................................................................................................................................... ......................................................................................... ................... 34 Bibliographie .............................................................
SFM Technologies
3
Liste des Figures
Liste des figures Figure1.1 : Arhitecture du reseau GSM ______________________________________________ 10 Figure 1.2: Architecture du réseau GPRS ____________________________________________ 12 Figure3 : Architecture UMTS _____________________________________________________ 14 Figure 2.1 : chaine de mesure classique ______________________________________________ 20 Figure 2.2: Processus d’analyse ____________________________________________________ 23 Figure3.1 : logo de l’application ____________________________________________________ 26 Figure3.2 : diagramme cas d’utilisation ______________________________________________ 27 Figure 3.3 : diagramme de séquences ________________________________________________ 28 Figure3.5: erreur d'enregistrement _________________________________________________ 30 Fugre3.4: L'onglet info cellule _____________________________________________________ 30 Figure3.5: L’onglet Map __________________________________________________________ 31 Figure3.6 : L’onglet graphe _______________________________________________________ 31
Liste des Tableaux
Liste des tableaux
Tableau1.1: interfaces UMTS………………………………………………………………….. 13 Tableau 1.2 : Comparaison des réseaux ………………………………………………………..13 Tableau 2.1 : Correspondance ente RXQUAL ..………………………………………………19 Tableau 2.2 : Exemples d’indicateurs de QoS ….……………………….……………………20 Tableau2.3:paramètres réseau seuil…………………………………………………………….22
Liste des Acronymes
Acronymes 2G Deuxième Génération 3G Troisième Génération 3GPP Third Generation Partnership Project BER Bits Error Rate BSC Base Station Controller BSS Base Station SubSystem BTS Base Transceiver Station CS Circuit Switched FH Frequency Hoping GPS Global Positioning System GPRS General Packet Radio Service GSM Global System for Mobile communications HLR Home location Register KPI Key Performance Indicators MS Mobile Station MSC Mobile Switching Center NSS Network and Switching SubSystem, OSS Operation SubSystem OMC-R Operation and Maintenance Center – Radio QoS Quality of Service RLC Radio Link Control RNS Radio Network Sub-system ROS Rapport des Ondes Stationnaire RRC Radio Resource Control RSCP Received Signal Code Power RSSI Received Signal Strength Indicator UMTS Universal Mobile Telecommunication System UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access VLR Visitor Location Register
Introduction Générale
Introduction générale L’interface radio représente le maillon critique de la chaîne de transmission qui permet de relier un utilisateur mobile au réseau. C'est sur cette interface que le système doit faire face aux différents problèmes que pose le médium radio (atténuation, évanouissements rapides, interférences). Pour remédier aux différents types de problèmes, il faut prévoir un certain nom bre d’outils de contrôle de natures variées afin que le mobile puisse se rattacher à une station de base favorable et ceci pour établir une communication, surveiller son déroulement et assurer des commutations de cellules en cours de communication. La maîtrise de ces fonctions reste la clé essentielle à tout opérateur pour pouvoir assurer une qualité de service acceptable à ses abonnés. Pour cela les opérateurs ont généralement recours à plusieurs opérations de mesure qui leur permettront, ultérieurement, d' analyser l' état du réseau, découvrir ses défaillances et proposer des solutions alternatives aux divers problèmes recensés. C’est dans ce cadre se déroule notre stage intitulé «Développement d’un outil de supervision de la Qos des réseaux 2G/3G sous Android». Ce stage a été effectué au sein de la société SFM Technologies. Le présent rapport est composé de trois chapitres. Le premier est intitulé « Panorama des réseaux mobiles » dans lequel nous avons présenté l’évolution en architecture, en débit et en qualité de service des différentes générations des réseaux mobiles. Le second est consacré à l’étude du concept de la qualité de service dans les réseaux mobiles. Le troisième et après cette étude théorique nous avons décrit l’outil qu’on a développé et qui permet d’acquérir les différents paramètres nécessaires pour
la
caractérisation
SFM Technologies
de
la
QoS
d’un réseau
8
mobile
sous
la
plateforme
Android.
Panorama des Réseaux mobiles
I Panorama des réseaux mobiles Introduction Au cours de ce chapitre, nous allons faire un tour d’horizon des réseaux 2G et 3G ; ainsi en premier lieu, on va étudier l’architecture du réseau GSM, puis celle du GPRS et on finit par l’architecture UMTS. I.
Architecture du réseau GSM
Un réseau de radiotéléphonie qui a été conçu pour assurer les communications entre abonnés mobiles et abonnés du réseau téléphonique commuté RTC. Il s’interface avec le RTC et comprend des commutateurs. Il est caractérisé par un accès « très spécifique »: la liaison radio. Enfin, comme tout réseau, il doit offrir à l' opérateur des facilités d' exploitation et de maintenance. L’architecture de base du système GSM prévoit, quatre sous-systèmes principaux dont chacun dispose d'un certain nombre d' unités fonctionnelles et est connecté à l’autre à travers des interfaces standard qui seront décrites ultérieurement. Les principaux sous-systèmes du réseau GSM sont : MS, BSS, NSS, OSS
Panorama des Réseaux mobiles
Figure1.1 : Arhitecture du reseau GSM 1. Les entités de base d’un réseau GSM 1.1.
La BTS (Base station Tranceiver System)
La station de base (BTS) contient tous les émetteurs reliés à la cellule et dont la fonction est de recevoir et émettre des informations sur le canal radio en proposant une interface physique entre le Mobile et le BSC. La BTS réalise une série de fonctions décrites ci-après: Gérer les canaux Full Rate et Half Rate, La gestion des
antennes
de
diversité: l' utilisation de
deux antennes
de réception
afin d' améliorer la qualité du signal reçu. La supervision du Rapport des Ondes Stationnaire (ROS) en antenne, Le saut de fréquence (FH): Le Contrôle Dynamique de la Puissance (DPC) de la MS et des BTS. 1.2.
Le BSC (Base Station Controller)
Le contrôleur de station de base (BSC) gère les ressources radio pour une ou plusieurs BTS, à travers
le
monitorage
de
la
connexion
entre
la
BTS
et les MSCs , le
codage, le FH et les handovers. Il assure encore: La gestion et la configuration du canal radio: il doit opter au choix de la cellule la mieux adaptée et doit sélectionner à l' intérieur de celle-ci le canal radio le plus adapté à la mise en route de la communication,
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Panorama des Réseaux mobiles La gestion de handover: Il décide, sur la base des relevés reçus par la BTS, le moment d’effectuer le handover et la cellule accueillante. Les fonctions de décodage des canaux radio Full Rate (16 kbps) ou Half Rate (8 kbps) pour des canaux à 64 kbps. 1.3.
Le MSC (Mobile Switching Center)
Le commutateur du service mobile (MSC) est l’élément central du NSS. Il gère grâce aux informations reçues par la HLR et la VLR, la mise en route et la gestion du codage de tous les appels directs et en provenance de différents types de réseaux. Il développe aussi la fonctionnalité du Gateway face aux autres composants du système et la gestion des processus de handover. Il assure la commutation des appels en cours entre des BSCs différents ou vers un autre MSC. D’autres fonctions fondamentales du MSC sont décrites ci-après: L’authentification
de
l’appelant,
La
discrétion quant
à
l’identité
de
l'utilisateur, pour
sur
son identité sur le canal radio temporaire.
pouvoir
garantir la réserve
Le processus de handover 1.4.
La HLR (Home Location Register)
Lorsqu' un utilisateur souscrit à un nouvel abonnement au réseau GSM, toutes les informations qui concernent son identification sont mémorisées sur la HLR. Elle communique à la VLR quelques données relatives aux abonnés, à partir du moment où ces derniers se déplacent d'une zone de couverture à une autre. La HLR contient toutes les
données relatives aux abonnés (IMSI, MSISDN, tous les
services
auxquels l’abonné a souscrit et auxquels il est capable d'accéder, l’adresse de la VLR). 1.5.
La VLR (Visitor Location Register)
La base de données VLR mémorise de façon temporaire les données concernant tous les abonnés qui appartiennent à la surface géographique qu' elle contrôle. Ces données sont réclamées à la HLR auquel l’abonné appartient. Généralement pour simplifier les données réclamées et ainsi la structure du système, les constructeurs installent la VLR et le MSC côte à côte, de telle sorte que la surface géographique contrôlée par le MSC soit la même contrôlée par la VLR . 1.6.
L’OMC (Operating and Maintenance Center)
Le système d’exploitation et
de maintenance OMC se connecte au MSC et BSC à travers le
réseau X25, il assure les fonctions suivantes:
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11
Panorama des Réseaux mobiles L’accès à distance à tous les éléments qui composent le réseau , La gestion des alertes de l’état du système, Le stockage de toutes les données relatives au trafic des abonnés, La visualisation de la configuration du réseau, La gestion des abonnés et la possibilité de localiser leur position à l’intérieur de l’aire de couverture. II.
Architecture GPRS
La limitation du débit du GSM et la commutation de circuits ont prouvé la non adaptabilité de ce réseau à la transmission de données, d’où vient l’intérêt de déployer le GPRS, un réseau qui offre une communication données en mode paquet sur le GSM avec un débit plus important. Comme le GPRS utilise le GSM, il a gardé la grande partie de son infrastructure tout en ajoutant deux nouveaux composants : SGSN, GGSN.
Figure 1.2: Architecture du réseau GPRS SGSN: Serving GPRS Support Node, c’est l’équivalent de la VLR dans le réseau GSM, par conséquent la localisation se fait par zone de routage (Routing Area) et non plus par zone de localisation. Il assure : i.
L’allocation d’identité temporaire P-TMSI : Packet-TMSI
ii.
La gestion de mobilité
iii.
L’Interfaçage et signalisation avec les autres sous-systèmes
iv.
Le Cryptage et la compression
v.
La gestion de session “paquet”
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12
Panorama des Réseaux mobiles vi.
Le Tunelling des données
GGSN : Gateway GPRS Support Node, meme fonction que le GMSC pour le GSM mais dans ce cas il sert comme pont aux autres réseaux de paquets III.
Le réseau UMTS
L’UMTS pour ″Universal Mobile Télécommunications System″ désigne une norme cellulaire numérique retenue dans la famille dite IMT 2000 comme norme pour les systèmes de télécommunications mobiles de troisième génération. Plusieurs objectifs ont été fixés pour l’UMTS. Tout d’abord, il doit supporter des services multimédias large bande qui peuvent atteindre un débit de 2Mbit/s. Il doit en plus assurer la convergence entre les réseaux fixes et mobiles. Un autre objectif pour l’UMTS est d’offrir un service de mobilité universelle, dépassant les limitations dues à la multiplicité des systèmes et des réseaux. Par conséquence, la couverture de l’UMTS sera mondiale. Enfin, les réseaux UMTS doivent garantir une qualité de service équivalente à celle des réseaux filaires. Cette norme est développée par le partenariat de projet 3 ème Génération (3GPP) et un rassemblement de plusieurs organisations développeuses de standards. 1. Architecture d’un réseau UMTS L’architecture d’un réseau UMTS est divisée en trois entités principales selon les spécifications du groupe de normalisation 3GPP. La première correspond au réseau d’accès radio UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network), la seconde au réseau cœur CN (Core Network) et la troisième à l’équipement terminal UE (User Equipement)
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Panorama des Réseaux mobiles
Figure3 : Architecture UMTS 2. Le réseau d’accès UTRAN 2.1.
Le Node B
Son rôle principal est d’assurer les fonctions de réception et de transmission radio pour une ou plusieurs cellules de l’UTRAN, c'est-à-dire qu’il peut comporter une antenne omnidirectionnelle ou des antennes sectorielles. Il permet d’assurer les fonctions de gestion d’accès au réseau cœur et des ressources sur l’interface radio de l’UMTS. Mais sa principale tâche est de gérer la couche physique de l’interface air avec ses différentes caractéristiques (codage canal, entrelacement, adaptation de débit et étalement). 2.2.
Le RNC (Radio Network Controllers)
Le RNC est un organe très important de l’UTRAN, il permet de gérer les ressources radio du réseau d’accès de façon quasi autonome, déchargeant de cette fonction complexe le cœur du réseau. Il assure principalement le routage des communications entre Node B et le réseau cœur d’une part et le contrôle et la supervision du Node B d’autre part. 3. Le réseau cœur CN
Il est constitué d’une partie commutation de circuits (MSC : Mobile Services Switching Center) et d’une partie commutation de paquets (SGSN : Serving GPRS Support Nodes). Bien entendu, les nœuds de signalisation, de gestion de mobilité et de services IN (Intelligent Network), HLR (Home
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Panorama des Réseaux mobiles Location Register), AuC (Authentication Center), EIR (Equipment Identity Register)subiront une mise à jour pour intégrer les nouveautés de l’UMTS. Le CN permet l’interfaçage du réseau UTRAN avec les réseaux distants tels que RTCP (Réseau Téléphonique Commuté Public), réseaux Internet, LAN (Local Area Network) distants. Sa principale fonctionnalité, en plus de la gestion de localisation et du contrôle des paramètres du réseau, est la commutation et le routage des données utilisateurs et de signalisation entre les terminaux mobiles et les réseaux distants via l’interface radio. 4. L’équipement utilisateur UE
L’UE consiste en un ME (Mobile Equipement)et un USIM(UMTS Subscriber Identity Module). Le ME est le terminal radio employé pour la communication radio sur l’interface radio Uu. L’USIM est une carte à puce dans laquelle sont stockées toutes les données concernant l’utilisateur et son abonnement telles que son identité, les clés de chiffrement et d’authentification. 5. Les interfaces
Interface
Localisation
Description
Equivalent GSM/GPRS
Uu
UE-UTRAN
Interface radio connectant le mobile a l’UTRAN
Iu
UTRAN-Reseau
Iu-CS faire communiquer le RNC avec le
féderateur
MSC/VLR Iu-PS permet au RNC de communiquer
A
Gb
avec le SGSN Iur
RNC-RNC
Communication RNC-RNC en cas de
-
macro diversité Iub
Node B-RNC
Communication entre Node B et RNC Tableau1: interfaces UMTS
6.
Comparaison (théorique) GSM/GPRS/UMTS Systèmes
GSM
GPRS
UMTS
Débit
9.6 kb/s
120 kb/s
2 Mb/s
Email (10ko)
8 s.
0.8 s.
0.004 s
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Abis
Panorama des Réseaux mobiles Fichier (40 ko)
33 s.
3 s.
0.2 s
Photo (100 ko)
83 s.
7 s.
0.4 s.
Clip vidéo (4 Mo)
48 min.
4 min.
14 s.
Tableau 2 : Comparaison des réseaux
Conclusion Tout au long de ce chapitre nous avo ns présenté l’évolution des architectures du réseau GSM vers le GPRS puis vers l’UMTS ainsi que les particularités de chaque réseau. Il nous reste d’introduire la notion de qualité de service dans l’optique de chaque réseau a part.
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16
QoS dans les réseaux mobiles
II QOS dans les réseaux mobiles Introduction Une fois que le réseau cellulaire est mis en service, intervient la phase d’exploitation et de maintenance, en effet l’opérateur doit veiller à l’assurance de la qualité de service, ainsi, que l’optimisation de son réseau. Dans
ce chapitre,
nous
nous
intéressons
dans
une
première
partie à
différents paramètres inhérents à l’assurance d’une QoS acceptable, à citer
les
définir
les
indicateurs
qui
permettent la détection des anomalies agissant sur la dégradation de la QoS dans différents types de réseaux mobiles. Et dans une seconde
partie, nous allons
présenter
les
techniques
principales appliquées à la surface radio et qui permettent l’obtention des indicateurs (décrits dans la première partie), pour la supervision de la QoS. I.
Concepts de la QoS
La qualité de service dans un réseau mobile est l’effet global produit par la qualité de fonctionnement de ses services. Elle détermine un degré
de
satisfaction de
l’usager de ces services. Pour
permettre une QoS acceptable, il y a plusieurs critères à ajuster, dont les plus importants sont: La couverture : les causes peuvent être : une diminution dans le nombre des sites, mauvaise configuration du réseau (position des sites, types d’antennes, direction et hauteur),problèmes d’installation (pertes de puissance
dans les câbles) ou problèmes de maintenance.
Le taux d’appels réussis : la diminution de cette valeur implique que les utilisateurs ne peuvent pas établir une communication, ce problème est évalué par l’opérateur grâce aux mesures radio. La qualité de la voix : qui s’explique par la mauvaise qualité de communication, les
causes
de dégradation de la qualité de la voix sont : les interférences externes, les interférences cocanal ou sur canal adjacent, la hors couverture, la mauvaise installation, le réseau de transmission et la qualité des terminaux.
QoS dans les réseaux mobiles Les coupures d’appels : la coupure de communication peut être due à : la mauvaise couverture,
les
interférences,
les
problèmes
de
handover,
l’ajustement local des
paramètres de handover et les batteries du mobile. II.
Les paramètres réseau 1. Définition
L’ajustement des paramètres de travail est une tâche essentielle lors de la mise en exploitation du réseau. Elle permet l’activation ou la désactivation de certaines fonctionnalités pour le maintien de la qualité et l’optimisation du réseau. Il y a deux types de paramètres : Les paramètres constructeurs (ou fournisseur d’équipement) : Ce sont des paramètres système (activation de certaines fonctionnalités telles que le chiffrement, le contrôle de puissance…) préconisés par le constructeur et sont, aussi, relatifs à l’équipement (version de logiciel…). Les paramètres d’ingénierie : ces paramètres sont à l’initiative des opérateurs, ils sont modifiés au niveau de l’OMC L’optimisation de ces paramètres est un processus délicat mais une tâche essentielle pour le maintien de qualité de service acceptable surtout suite à des modifications de certaines fonctionnalités ou services. 2. Paramètres du réseau GSM Il y a plusieurs paramètres logiques, mais les plus important parmi eux et qui agissent directement sur la QoS, sont : RXLEVEL_ACCESS_MIN : Il définit le niveau de puissance minimale requis lors de l’accès à une cellule donnée, il permet l’ajustement de la surface de la cellule. L_RXLEVEL_XX_H (XX=DL ou UP) : ce paramètre présente le seuil de déclenchement de handover sur les deux liens (DL ou UP), suite à l’affaiblissement du niveau de champ sur ces deux liens. L’augmentation de la valeur de ce paramètre diminue le nombre d’exécution des handovers, et par la suite, attente de déclenchement du handover jusqu’au dégradation de la qualité de communication. Par contre, une diminution de la valeur de ce paramètre entraîne une augmentation du nombre du handovers ping-pong, valeur par défaut comprise entre -101 dB et – 110 dB. L_RXQUAL_XX_H (XX=DL ou UP) : c’est le paramètre qui spécifie le seuil de déclenchement du handover sur qualité sur l’un des deux liens (DL ou UP). Il maximise la qualité de communication et minimise le taux de handover suite, respectivement, SFM Technologies
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QoS dans les réseaux mobiles à l’élévation et à la diminution de sa valeur, ainsi, si la valeur de ce paramètre est très faible, alors le nombre de handover
augmente,
mais
une
augmentation
de
la
valeur
de
RXQUAL_XX_H entraîne une diminution du nombre du handover jusqu’au dégradation de la qualité de communication, valeur typique de 1,6% à 3,2%. HO_MARGIN : c’est l’hystérésis permettant d’obtenir un compromis entre le taux de handovers ping-pong et la qualité de service Cell_RESELECT_Offset : favorise les cellules d’une bande. Temporary_Offset : évite la réselection ping-pong.. Cell_Reselect_Hystéris : évite la réselection de cellules
appartenant à des LACs
différents et réduit le taux de pagings infructueux. Exemple de valeur : 6 dB. L_RXLEVEL_ZONE : c’est un seuil utilisé dans le motif à cellules concentriques, il présente le seuil permettant le changement de zone (de la zone inner vers la zone outer ou vice versa). MS_TXPWR_MAX_CCH : Paramètre fixant la puissance à laquelle le mobile doit émettre lors de l’ accès initial à une cellule, c’est donc, la puissance maximum autorisée des mobiles sur le canal d’accès RACH, L_RXLEVEL_CPT_HO : c’est le seuil permettant le changement de couche (de la couche micro cellulaire vers la couche macro cellulaire et vice versa. 3. Paramètres du réseau UMTS Les composants de mesures fournissent un support pour les mesures intérieures spécifiques du UE L3 RRC ( User Equipment Layer 3 Radio Resource Control) ainsi que le reportage des mesures pour UTRAN. Le composant RRC utilise Cell RSCP et les mesures de EC /N0 pour les procédures de sélection et réélection des cellules et aussi pour le contrôle de puissance à boucle ouverte. Il a besoin aussi de mesures du BER pour le contrôle de puissance à boucle extérieur. Le UTRAN requis les mesures périodiquement ou bien pour un événement de la gestion de handover, contrôle de « radio bearer » ou bien UE positionnement. Ces mesures suivent les mesures de timing des cellules et mettent à jour les relatives timing de la cellule utilisée par RRC au même temps que les mesures changent. Le composant de mesure maintien les informations sur les cellules qui doivent être mesurées, partage les mesures avec le composant de sélection /réélection de cellule et les informations sont fournis à UE dans SIB11 (System Information Block), SIB12 et les messages de contrôles sont utilisés pour spécifier les mesures qui doivent être effectuées
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19
QoS dans les réseaux mobiles 4. Les techniques de supervision de la QoS Pour la mise à jour de l’état de fonctionnement du réseau, plusieurs outils d’analyses de la QoS, sont mis en place. La comparaison des indicateurs obtenus par ces techniques et les paramètres du seuil (cités dans le paragraphe précédent), permet l’identification des origines des problèmes (échec de handover, coupure de communication, mauvaise qualité due à l’interférence..). Ces techniques se font à partir des analyses de l’interface radio (drive test) et à partir des analyses de systèmes (compteurs OMC-R). 4.1.
Drive test
La méthode de mesure du drive test consiste à la caractérisation précise des canaux radio. Cette technique d’analyse permet la récupération d’une trace de mesure faite par le mobile à différents instants (voir Figure 2.1). Ceci est utile pour l’investigation de l’environnement radio.
Figure 2.1 : chaine de mesure classique 4.2.
Chaîne de mesure (équipements utilisés)
La méthode du drive test consiste à embarquer sur une voiture les équipements suivants (voir Figure) : Une MS : un mobile de test équipé d’un logiciel spécial. Il est appelé généralement Mobile à trace. Un système de localisation GPS (Global Positionner System): utilisé pour la localisation exacte de la
position où on désire faire l’étude
de l’environnement radio. Une
précision du GPS est demandée. Elle est de l’ordre de quelques mètres.
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QoS dans les réseaux mobiles Un PC portable : permet d’automatiser l’acquisition et le stockage des données. Le PC doit être équipé d’une carte interface RS 232 pour assurer le lien entre la sortie série de la MS et le port série du PC. Tout le long du trajet, la MS fait des mesures instantanées. Les données sont présentées en temps réel et seront stockées dans des fichiers. 4.2.1. Indicateurs mesurés Le drive test nous offre une série d’indicateurs, dont les principaux sont: Longitude, Latitude (X, Y): le
système
de localisation GPS
nous donne les coordonnés
de chaque point de mesure. RXLEVFULL : n i v e a u de niveau du signal pendant
puissance
reçu par
le
MS,
une période SACCH (environ
obtenu par
moyennage du
½ secondes), cette valeur de
RXLEVEL est codée sur 6 bits (de 0 à 63). La puissance du signal reçu par le mobile varie de – 110dBm à – 48 dBm, en effet, pour une valeur
"a"
de RXLEVEL (comprise entre 0 et
63), la puissance reçue est donnée par "- 110 + a " dBm, RXQUALFUL: c’est un du
taux
d’erreurs
indicateur
binaires
BER
de
niveau de pendant
qualité.
une
Il
période
est
obtenu par moyennage
de mesure SACCH, ce BER
est quantifié sur 8 niveaux (codé sur trois bits, et donc, varie de 0 à 7). Chaque niveau de qualité (de 0 à 7) correspond à un BER donné, (voir Tab2.1), RXQUAL
BER
0
0.2%
1
De 0.2% à 0.4%
2
De 0.4% à 0.8%
3
De 0.8% à 1.6%
4
De 1.6% à 3.2%
5
De 3.2% à 6,4%
6
De 6.4% à 12.8%
7
12.8% Tableau 2.1 : Correspondance ente RXQUAL
T_ADV: sert à calculer
la distance ente la BTS et le point de mesure. Il varie entre 0 et
63. Exemple, pour T_ADV=1, correspond un rayon égal à environ 550m. RXFREQ: c’ est le numéro du canal radio alloué en réception. En effet, si le nombre du canal est N, la fréquence reçue sera 935+0.2*N ( en MHz),
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QoS dans les réseaux mobiles BCCH: Broadcast control Channel, MSPWR : Cet indicateur permet le contrôle de la puissance émise par la MS. La puissance émise est égale à :43 – 2 * MSPWR ( en dBm ). Pour MSPW=5, la puissance émise maximale par la MS est égale à 2w (33 dBm). Cell_Id : numéro d’identification de la cellule, BSIC: Base Station Identification Code : identificateur de cellule. En effet, la même fréquence peut être utilisée pour supporter la voie balise de deux stations suffisamment éloignées. TIMESLOT : numéro de l’intervalle de temps. Time : le temps des mesures, Speed : vitesse de la voiture, Mode : IDLE or DEDICATED (veille ou fonctionnement). Le drive Test permet, aussi, la mesure de certains indicateurs des cellules voisines (RXFRQ, RXLEVFULL, BSIC). Le nombre maximal de ces cellules voisines peut aller jusqu’à six. 4.3.
Compteurs OMC-R
Dans cette partie, nous allons présenter, l’audit radio, par l’analyse des différents compteurs mesurés au niveau de l’ OMC (remontés par les BSCs à l’OMC -R). En effet, ces mesures, qui sont faites sur un intervalle de temps précis et lié à un événement survenu dans le réseau, servent aux
calculs
des
indicateurs
de
qualité ce
ces compteurs). Il y a plusieurs indicateurs calculés à partir on ne la
va
qualité
s’intéresser, de
qu’aux indicateurs
communication
due
liés
à
la
service des
(par
mesures
détection d’une
combinaison de OMC-R,
mais,
dégradation
de
à l’échec d’appel ou à l’échec du déclenchement de la
procédure de handover. Dans le tableau suivant, nous allons citer les principaux indicateurs, obtenue par les mesures OMC-R, ainsi que la série des problèmes qui permettent leur détection. Indicateurs
Problemes
-Taux d’échec d’accès, Couverture
-Taux de coupures des communications, -Taux élevé de handover sur niveau de champ -Taux élevé de handover sur qualité,
Interférences
-Taux de rupture TCH (call drop) élevé, -Taux de handover sur interférence élevé
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QoS dans les réseaux mobiles -Taux d’échec de handover in tracellulaire élevé -Taux d’échec de handover intercellulaire/intra BSC Capacité
élevé -Taux d’échec de handover inter -BSC/intra MSC élevé, -Taux d’échec de handover inter-MSC élevé, -Taux de blocage élevé
Handover Ping-Pong
-Taux de demande de handover élevé -Taux de handover sur distance
Tableau 2.2 : Exemples d’indicateurs de 1 5. Processus d’analyse Après
l’obtention des
indicateurs
différents
commence et le
indicateurs,
processus
de
la
phase
d’analyse combinée entre ces
détection des
anomalies se
déclenche.
Cette
étape consiste à la synthèse des différentes sources d’informations et la transmission de cette synthèse pour action vers le bon intervenant : maintenance, ingénierie le schéma ci- dessous, on va présenter les étapes de ce processus .
Mesures terrain(Drive Test)
Analyse des compteurs OMC
Analyse et détection de problemes Ajustement des parametres Intervention sur sites action de maintenance Figure 2.2: Processus d’analyse
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et optimisation. Dans
QoS dans les réseaux mobiles Dans la phase d’analyse de la performance du réseau et de la détection des anomalies, il y a une comparaison entre les indicateurs obtenus et les paramètres seuils (fixés par l’opérateur) qui présentent les seuils d’une qualité de service acceptable. Le tableau ci -dessous, présente quelques seuils de QoS.
Indicateur
Paramètre seuil
Taux de coupures d’appels
2%
Taux de blocage
2%
Taux de congestion TCH
2%
Taux de handover sur niveau sens descendant
20%
Taux de handover sur niveau sens montant
20%
Taux de handover sur qualité sens
25%
descendant Taux de handover sur qualité sens montant
10%
Taux de handover sur interférence
1%
Taux d’échec de handover
2% 0.1%
Taux de handover sur distance
77dBm
RXLEV
4
RXQUAL Tableau 2.3 : paramètres réseau seuil Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons défini la QoS, en insistant sur les indicateurs et les paramètres logiques qui permettent la décision de l’état de la performance du réseau et nous avons aussi présenté
les
différents
outils d’analyse qui servent à l’obtention de ces
indicateurs de qualité.
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QoS dans les réseaux mobiles
Drive Test sous Android
Drive Test
III Un Drive Test sous Android Introduction Dans ce chapitre, nous allons aller plus loin dans la description des techniques et les méthodologies employées lors de la phase de conception et de développement. Dans une première partie, nous allons mettre en relief le besoin et l’intérêt d’une telle application. Par la suite, on va décrire la démarche de conception. Et finalement nous allons tenir à expliquer le fonctionnement de l’application avec une description de ces différentes procédures. I.
Intérêt et besoin
L’application que nous allons développer nommé MobiTest n’est autre que l’embarquement d’une chaîne de mesure Drive test pour les réseaux cellulaires de deuxième et troisième génération, dans un environnement Android. Le fonctionnement de cet outil est très simple, en fait, l’utilisateur de l’application n’a qu’à prendre son téléphone dans lequel s’exécute l’application et rouler dans les territoires où on désire évaluer la QoS. A la fin de cette procédure, l’utilisateur retrouve les mesures nécessaires enregistrées dans la carte mémoire de son appareil mobile. D’autre côté, il pourra bénéficier d’un tas de service y compris ceux de post traitement, qu’on va détailler plus tard dans les études. La figure 3.1 illustre le logo de l’application développée.
Figure3.1 : logo de l’application Android est la première plateforme mobile open source et entièrement paramètrable, plus qu’une trentaine de compagnie contribue à Android à travers l’Open HandSet Alliance. Pour chaque amendement de version, une nouvelle API apaprait, qui correspond à la version de la plateforme du système.
Drive Test sous Android C’est dans l’API niveau 7, correspondant à la plateforme de version 7 ou plus, que notre application s’introduit,
en
fait,
des
nouveaux
packages
tel
que
android.telephony.gsm
et
an-
droid.telephony.cdma, la classe TelephonyManager, etc. seront considérés utiles pour pou-voir extraire des mesures radio, des paramètres systèmes, des paramètres réseaux opérateurs, etc. II.
Conception de l’application
Les premières phases de réalisation de ce projet ont été le fruit de très longues réflexions et de plusieurs recherches qui ont servi à concevoir une solution clair, nous entamons dans ce chapitre la phase de développement de cette solution. Voici tout d’abord le diagramme de cas d’utilisation de l’application comme le montre la figure 3.2
Faire des mesures
Enregistrer le s mesures
Envoyer par mail
utilisateur
Enregistrer sur le SDCard
Se localiser en temps réel
Localiser la BT S
Anal yser l es mesures
Figure3.2 : diagramme cas d’utilisation Le diagramme de séquence simplifié de l’application est donné par la figure3.3Eclipse est l’Environnement de Dévelo ppement Intégré (ou IDE) le plus utilisé pour la programmation Java ; très performant, il est de plus gratuit et open source. Le langage privilégié pour le développement d’applications Android est justement Java. Google a donc tout naturellement conçu un plugin pour Eclipse (un plugin est un module qui complète un logiciel hôte pour lui apporter de nouvelles fonctionnalités). Android Development Tools, ou ADT,
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Drive Test sous Android est très complet et surtout très pratique : conception graphique d’interfaces uti-lisateur, Debug distant sur un téléphone, gestion de l’architecture de fichiers d’une application, etc. Diagramme de Sequence
Ap pl i cat io n
Base de do nnés
Utilisateur 1:Ovrire l'appl ication( )
2:afficher les mesures( )
3:le cture de s mesures( )
4:enregistrer les mesures( ) 5:isroot( ) 6:root( )
7:enregi strer mesure 1( ) 8:enregi strer mesure 2( ) 9:........enregistrer mesure N( )
10:analyser les mesures( )
10:l ecteure d es analyses( )
Figure 3.3 : diagramme de séquences III. La
classe
Développement de l’application centrale
pour
la
récupération
d’informations
concernant
la
téléphonie
est
TelephonyManager qui se trouve dans le paquetage android.telephony. Cette classe va nous permettre à la fois de récupérer des informations sur l’appareil et la carte SIM, mais également d’obtenir, voire de se tenir informer du statut et des changements d’états du réseau (niveau du signal changé, mise à jour de localisation ...). Ainsi, toutes les fonctions assurées par cette classe sont gérées par des permissions qui doivent figurer dans le fichier de configuration « Android Manifest ».
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Drive Test sous Android 1. Informations sur l’appareil et le réseau
Toutes les informations sont collectées en utilisant la classe TelephonyManager et en invoquant les diverses méthodes qui sont disponibles, en effet la méthode getNetworkOperatorName permet de connaitre le nom de l’opérateur du réseau mobile, sa syntaxe est la suivante :
String nomOperateurReseau = telephonyManager.getNetworkOperatorName (); Android permet aussi d’informer sur le niveau du signal reçu par le mobile ainsi que sa qualité pour la cellule courante et même pour les cellules voisines et ce pour différents types de réseaux mobiles (GSM, GPRS, EDGE, CDMA, UNTS) en voici quelques exemples :
import android.telephony.SignalStrength; SignalStrenght signalStrenght ; //récupérer le niveau du signal et le BER de la cellule serveuse d’un reseau GSM int RXLEV =signalStrenght. getGsmSignalStrength(); int BER=signalStrenght. getGsmBitErrorRate(); //récupérer le niveau du signal et le EcIo de la cellule serveuse d’un reseau CDMA int RXLEV =signalStrenght. getCdmaDbm(); int EcIo=signalStrenght. getCdmaEcio(); //récupérer le niveau du signal de la 2
eme
cellule voisine
int rssi = NeighboringList.get(2).getRssi(); 2. Fonctionnement L’application MobiTest est formée par trois activité disposées sous forme d’onglets, le premier onglet donne des informations sur les paramètres réseau de la cellule courante suivant le type du réseau, le deuxième trace le trajet des mesures sur une carte Google Maps, en effet les mesures sont prises chaque fois que le niveau de signal reçu change et ceci grâce à la méthode
onSignalStrenghtChanged().Le troisième onglet présente des histogrammes comparatifs des paramètres radio fréquences de la cellule courante a ceux de ses voisines. 2.1.
L’onglet Infos:
Il permet d’afficher en temps réel les informations relatives à la QOS de la cellule courante dans laquelle le mobile est enregistré. Ces informations sont essentiellement le type du réseau (Reseau), le nom de l’operateur (Operateur), le niveau du signal reçu (RSSI), le taux d’erreur binaire (BER en cas du GSM, Ec/Io en cas de CDMA). En plus ces paramètres , l’onglet infos informe sur
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Drive Test sous Android l’identifiant de la cellule(Cid) ainsi que sa zone de localisation (LAC), ces deux derniers paramètres sont maintenus à jour grâce à la fonction onCellLocationChanged(CellLocation location). Ces paramètres seront ensuite enregistrés, dans un fichier csv, sur une carte mémoire (si c’est disponible) ou sur la mémoire interne du Smartphone. Notons que les valeurs affichées sont les valeurs par défaut de l’émulateur, il fallait donc tester l’application sur un terminal Android pour s’assurer de son bon fonctionnement. Il est encore à signaler que le Taux d’Erreur
Binaire(BER) ne peut être mesuré que lorsque le terminal en
conversation (mode dédié), ce qui permet d’informer sur la qualité du signal reçu .
Figure3.5: erreur d'enregistrement
Fugre3.4: L'onglet info cellule
2.2.
L’onglet Map
Cet onglet permet de marquer les positions de changement du niveau du signal sur la carte par des indicateurs colorés suivant la valeur de RSSI, ainsi les indicateurs bleus sont placés sur les points ou le niveau du signal important alors que les indicate urs oranges informent sur les point ou le niveau du signal est faible.la figure3.5 identifie deux points positionnés sur la carte avec un niveau de signal différent.
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Drive Test sous Android 2.3.
L’onglet graphe
C’est la dernière vue de notre application, il permet comme son nom l’indique de convertir les niveaux de signal reçus de la cellule serveuse ainsi que ses voisine, en un histogramme pour pouvoir détecter la différence aisément. Comme présenté par la figure3.5, si l’application n’arrive pas à recevoir le signal d’une cellule voisine, son niveau s era modélisé par un histogramme rouge.
Figure3.5: L’onglet Map
Figure3.6 : L’onglet graphe 1
Conclusion Ce chapitre a été consacré à la présentation de la conception ainsi que le fonctionnement de la chaîne de mesure Drive Test du réseau mobile. Cet outil sera en mesure d’effectuer des mesures sur l’interface radio pour évaluer les performances du réseau. Cet outil, agréable à ut iliser et facile à manipuler sera d’une grande aide pour tester la couverture d’un réseau radio -mobile.
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Drive Test
Drive Test sous Android
Conclusion Générale
Conclusion générale
L’objectif principal de ce projet, propos dans le cadre d’un stage ingénieur, était de concevoir et de réaliser un outil d’évaluation de performances des réseaux de deuxième et troisième génération. Dans un premier temps, nous avons commencé par une étude théorique sur les réseaux 2G et 3G, ainsi que sur la qualité de service dans ce type de réseaux. Ensuite, nous avons pr ésenté l’environnement de travail Android et ses caractéristiques pour ; enfin, finir avec la présentation de l’outil que nous avons conçu et qui a pour nom MobiTest».Dans un souci de temps et de moyens, nous n’avons pas pu améliorer encore notre applicati on. Mais les idées ne manquent pas. En effet, nous comptons d’abord corriger les lacunes comme les mesures concernant les cellules voisines. Une deuxième amélioration est l’ajout d’un module de post traitement. Les Smartphones deviennent de plus en plus le moyen à haute disponibilité pour les développeurs pour pouvoir implémenter des solutions et des innovations avec plus de fiabilité et d’efficacité. C’est dans ce contexte là où notre projet se situe.
