Femtocellule : présentation générale

Fonctionnement

Principalement utilisées dans les réseaux domestiques, les femtocellules peuvent être assimilées à des stations de base ou des cellules installées au sein du domicile de l’utilisateur le connectant au réseau de l’opérateur .

Elles possèdent de ce fait les mêmes caractéristiques que les stations de base. Elles sont donc des points d’accès reliant les utilisateurs aux différents réseaux des opérateurs, et ce, en passant par le réseau Internet .

Les femtocellules viennent ainsi en renfort aux macrocellules dans les zones non desservies par celles-ci tout en déchargeant le trafic et améliorant les capacités de ces dernières dans le cas des réseaux domestiques.

Type d’accès

Comme vu précédemment, l’un des objectifs principaux des femtocellules est la décharge du trafic dans les macrocellules. En effet, elles peuvent avoir, soit un usage domestique, le cas le plus fréquent (3 à 5 utilisateurs connectés simultanément à la même femtocellule), soit un usage d’entreprise ou de campus (8 à 16 utilisateurs connectés simultanément à la même femtocellule) (Zhang et De la Roche, 2010). Ainsi, avec les femtocellules, deux catégories d’utilisateurs se distinguent :
– les abonnés aux femtocellules : correspondant aux utilisateurs ayant souscrit à la femtocellule,
– les non-abonnés : correspondant aux utilisateurs n’ayant pas souscrit à la femtocellule.

Par ailleurs, indépendamment de la capacité maximale d’utilisateurs supportés, la femtocellule est règlementée par le type d’accès offert par la cellule, présenté dans le. Il en existe trois (Lopez-Perez et al., 2009). Ces derniers correspondent aux différents modes d’accès des femtocellules :

– accès ouvert : mode sans contrainte. Dans ce type d’accès, toutes les catégories d’utilisateurs peuvent se connecter à la femtocellule. Aussi, en fonction de la qualité de service offert par les différentes cellules ou de la disponibilité de ces dernières, les utilisateurs ont la possibilité de se connecter soit à une femtocellule, soit à une macrocellule pour accéder au réseau. Dans ce type d’accès, la femtocellule peut être considérée comme une macrocellule en desservant toutes les zones mortes de cette dernière (Zhang et De la Roche, 2010). Accès très peu sécuritaire, il ne requiert aucun contrôle d’identification afin de se connecter à la femtocellule;

– accès fermé : il correspond au mode ayant le plus de restrictions. Dans cet accès, les nonabonnés ne se connectent qu’à la macrocellule et cela indépendamment de la disponibilité des femtocellules présentes ou de la qualité du service offert. Ce type d’accès peut être utile dans les réseaux qui exigent un niveau de sécurité élevé ainsi qu’un accès au réseau limité (Zhang et De la Roche, 2010). Cependant, sa restriction peut conduire à un temps de latence important lors du « roaming » d’un utilisateur non autorisé à se connecter à une femtocellule;

– accès hybride : cet accès correspond au mixte des deux accès précédents. Aussi, indépendamment de certains critères fixés par les opérateurs ou les fournisseurs d’accès au réseau, les utilisateurs non abonnés ont la possibilité de se connecter à l’une ou l’autre des cellules (macrocellule ou femtocellule).

Répartition spectrale

En plus des méthodes d’accès utilisées avec les femtocellules, une des caractéristiques importantes à prendre en compte lors du déploiement et du dimensionnement du réseau est la répartition spectrale des femtocellules dans tout le réseau. En effet, la coexistence des femtocellules avec la macrocellule nécessite à la fois la gestion de la bande passante, la gestion de la puissance et la répartition des utilisateurs dans toutes les cellules du réseau. Aussi, cette répartition représente un critère indispensable pour le bon fonctionnement du réseau.

Il existe plusieurs méthodes de répartition des ressources. Parmi celles-ci, trois méthodes se distinguent :
– le partage des ressources : dans cette méthode les utilisateurs de la macrocellule ou de la femtocellule partagent les mêmes ressources (bande passante, puissance). Les utilisateurs disposent ainsi de beaucoup plus de ressources (Yong, Juejia et Lan, 2009) et le déploiement est plus efficace (Guvenc et al., 2008). Cependant, malgré les avantages qu’elle présente, les interférences entre les cellules (macrocellule et femtocellule) sont importantes;
– la division des ressources : elle consiste à séparer les ressources des utilisateurs pour chacune des cellules. Ainsi, les abonnées aux femtocellules utilisent des ressources différentes (bande passante) des non-abonnés (Guvenc et al., 2008). Cette approche permet de résoudre le problème d’interférence rencontré avec le partage des ressources. Cependant, elle requiert beaucoup plus de ressources pour les besoins des utilisateurs;
– l’approche hybride : afin de remédier aux problèmes des deux approches précédentes, la méthode suivante consiste à tenir compte de certains critères (distance des utilisateurs par rapport aux cellules, demande des utilisateurs …) afin d’allouer les ressources aux utilisateurs. Ces ressources seront allouées selon l’une des premières approches (partage de ressource ou division de ressource) (Yong, Juejia et Lan, 2009).

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTÉRATURE
1.1 Introduction
1.2 Femtocellule : présentation générale
1.2.1 Fonctionnement
1.2.2 Type d’accès
1.2.3 Répartition spectrale
1.2.4 Interférences
1.3 Méthodes d’optimisation – algorithme heuristique
1.3.1 Algorithme génétique (GA)
1.3.2 Algorithme « Weighted Water Filling »
1.3.3 Algorithme « Tabu search »
1.4 Méthodes d’allocation des ressources
1.4.1 Allocation des ressources via les algorithmes heuristiques
1.4.2 Allocation des ressources via d’autres techniques d’optimisation
1.5 Conclusion
CHAPITRE 2 ALGORITHME D’AMÉLIORATION DES PERFORMANCES
2.1 Introduction
2.2 Implémentation de la méthode « Tabu Search »
2.2.1 Phase d’initialisation
2.2.2 Phase d’optimisation
2.3 Allocation des ressources – adaptation de la méthode TS
2.3.1 Présentation de l’algorithme avec SBS
2.3.1.1 Étape 1 : sélection optimale de la BS
2.3.1.2 Étape 2 : répartition de la puissance
2.3.1.3 Étape 3 : allocation de la bande passante
2.3.2 Présentation de l’algorithme sans SBS
2.4 Détermination des paramètres de l’algorithme – condition d’arrêt
2.5 Conclusion
CHAPITRE 3 SIMULATIONS ET RÉSULTATS
3.1 Introduction
3.2 Paramètres de la simulation – Architecture du réseau
3.3 Étude des résultats de la simulation –optimisation et comparaisons
3.3.1 Description
3.3.2 Débit
3.3.3 Puissance
3.3.4 Bande passante
3.3.5 Temps de convergence
3.4 Conclusion
CONCLUSION