Soutenance mémoire
GENERALITE SUR LE RÉSEAU WIMAX
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) est une solution pour des réseaux MAN ou Métropolitain Area Network qui appartient à la même famille du réseau sans fil. Il peut atteindre un débit théorique jusqu’à 70Mbps avec une distance de 50km d’environ et utilise la même technologie micro-onde avec plusieurs bandes de fréquences (2 à 66 GHz). La technologie WiMAX couvre des zones géographiques importants sans la contrainte d’installation d’infrastructures couteuse jusqu’à l’utilisateur. Le premier élément de l’architecture du WMAN (Wireless MAN) est la station de base qui atteint une certaine zone kilométrique où se situent les utilisateurs fixes ou en mouvement relativement lents ou rapides selon le principe du point à multipoint de réseau sans fil. Le WiMAX peut fournir des services avec des exigences de QOS (Quality Of Service), ainsi qu’une sécurité fiable.
Historique
Le WiMAX est un standard de réseau sans fil métropolitain créé par la société Intel et Alvarion en 2001 et ratifié par l’IEEE sous le nom de IEEE-802.16. Il a pour but d’offrir un moyen de communication sans fil à la fois innovant, rapide à déployer et à bas cout. En plus de cela, il intègre facilement une interopérabilité complète avec les autres réseaux sans fil existants chez tous les constructeurs en respectant les normes de l’IEEE. Cette technologie est nécessaire là où l’ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) atteint sa limite, est basée sur l’émission radiophonique de porteuse à haut débit. Par ailleurs, le standard 802.16 est implicitement destiné à étendre le marché des solutions d’Access sans fil en prenant en compte, dans son principe même, le caractère mobile des données multimédia ainsi que de leurs usagers. Il cherche principalement à combler l’écart existant entre les solutions de communications sans fil haut-débit et celles de bien plus faibles débit, mais qui assurent une gestion efficace de la mobilité et de la qualité de son service [3].
Les spécifications de la norme 802.16
Le but de la norme WiMAX est de fournir un standard commun sur les techniques de communication afin de couvrir, en haut débit et une zone étendue. Ainsi, depuis 2001, la norme 802.16 a subi de nombreuses évolutions que l’on peut la décrire successivement.
IEEE 802.16a
La norme 802.16a est publiée en Avril 2003 et qui a réellement suscité de l’intérêt pour WiMAX. Cette norme fonctionne pour un réseau sans fil fixe avec une portée allant jusqu’à 80 Km pour raccorder des réseaux radio publics, des entreprises et des particuliers. Elle utilise la bande de fréquence 2 à 11 GHz avec son débit théorique approche de 70 Mbps sur un canal de 20 Mhz. En réception, on s’effectue via une antenne extérieure. Les topologies point-to-multipoint ainsi que des réseaux maillés sont acceptés.
IEEE 802.16b
Ce groupe de travail a pour but de développer les qualités de services pour le réseau 802.16a. Ainsi, la bande passante à la demande est un objectif atteint qui constitue un avantage de 802.16b, comme ATM (Asynchronous Transfer Mode). Elle définit des réseaux métropolitains sans fil utilisant des fréquences de 10 à 60 GHz.
IEEE 802.16c/d
Publiés en janvier 2003, 802.16c et 806.16d se chargent l’interopérabilité en exposant des profils précis et spécifiant des combinaisons d’options possibles, décrivant les bases des tests de compatibilité [4].
IEEE 802.16e
Cette norme 802.16e a été validée durant l’été 2005. C’est une vraie révolution. Elle permettra d’utiliser le WiMAX en situation de la mobilité. Les composants permettant de se connecter au réseau seront alors directement intégrés dans les PC portables, par exemple l’incorporation des puces WiMAX dans le PC. La vitesse de déplacement pourra excéder jusqu’à 100 km/h. L’immense avantage offert par cette norme sera le maintien de la session lors d’un changement de point d’accès [4].
IEEE 802.16f
Publiée en janvier 2006, définit la possibilité d’utilisation de réseaux sans fil maillés ou mesh network.
IEEE 802.16m
L’objectif de cette norme est d’améliorer la norme 802.16e en assurant la compatibilité avec les deux systèmes. Son débit théorique atteint jusqu’à 100 Mbps en situation de mobilité, et à 1 Gbps pour l’abonné fixe. Le système 802.16m peut opérer dans les fréquences radio inferieures à 6 GHz. Elle utilise la technologie MIMO (Multiple Input / Multiple Output) comme le WiMAX Mobile en proposant d’améliorer la technologie d’antenne pour obtenir une bande passante plus grande. On peut dire que cette norme profite bien à offrir le service à très haut débit comme le Streaming, IPTV, VoIP [1].
Architecture générale des réseaux WiMAX
Comme tous les réseaux GSM, GPRS, UMTS et LTE, la norme WiMAX 802.16 a son propre architecture.
Description de l’architecture cellulaire d’un réseau WiMAX
A l’instar des réseaux cellulaires classiques, nous pouvons diviser le réseau en deux parties bien distinctes, la partie radio et la partie cœur assurant la collecte du trafic vers le réseau IP.
Domaine de l’équipement terminaux ou usager
Ce domaine comprend tous les équipements terminaux qui peuvent connecter ou interopérables avec la station de base. Les terminaux sont des équipements mobiles ou fixes à la fois émetteur et récepteur disposant d’un système d’exploitation pour supporter les cartes WaveMan pour le WiMAX mobile.
Domaine de l’infrastructure
Sur ce point, on va décrire sur le réseau d’accès ASN (Access Service Network) et le réseau de connectivité IP CSN (Core Service Network). Ce partage des taches permet de distinguer les fonctions propres de l’accès pour assurer l’acheminement des informations (trafic de données et trafic des signalisations) depuis l’usager jusqu’à CSN.
a. ASN ou Access Service Network
Dans cette partie, on trouve le réseau d’accès du WiMAX regroupant un ou plusieurs passerelles et des stations de base BS. L’ASN assure la couverture radio et la gestion des fonctionnalités d’accès MAC comme le paging ou appel en diffusion de tous les cellules pour localiser le mobile, la gestion des ressources radio et la mobilité entre les BS. Et il y a aussi ASN-GW qui assurent l’interconnexion avec le CSN.
b. BS ou Base Station
C’est le cœur de la technologie WiMAX. La BS fournit à UE les ressources radio et les mécanismes nécessaires pour accéder au réseau WiMAX. Elle comporte un ou plusieurs secteurs et intègre des fonctionnalités variant d’un équipement à un autre (bande de fréquence, gain, support du NLOS) et qui font la différence en terme de performance et de coût. Il y a aussi des interconnexions entre les BS existants reliés par un réseau filaire (fibre optique, faisceau hertzien) en chargeant l’opération de routage.
c. ASN-GW ou Access Service Network-Gateway
Ce sont des routeurs classiques permettant de collecter les trafics au travers des Stations de Base et de router les paquets dans le réseau. L’ASN-GW permet aussi d’interconnecter plusieurs BS à la fois.
d. CSN ou Core Service Network
C’est un ensemble de fonctionnalités assurant la connectivité IP aux stations d’abonnés WiMAX. Le CSN regroupe des passerelles pour l’accès Internet, des routeurs, des serveurs ainsi que des bases de données. Il permet également le contrôle d’admission et gère la mobilité inter-ASNs.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 GENERALITE SUR LE RÉSEAU WIMAX
1.1 Introduction
1.2 Historique
1.3 Les spécifications de la norme 802.16
1.3.1 IEEE 802.16a
1.3.2 IEEE 802.16b
1.3.3 IEEE 802.16c/d
1.3.4 IEEE 802.16e
1.3.5 IEEE 802.16f
1.3.6 IEEE 802.16m
1.3.7 Comparaison entre les différents standard 802.16
1.4 Architecture générale des réseaux WiMAX
1.4.1 Description de l’architecture cellulaire d’un réseau WiMAX
1.4.1.1 Domaine de l’équipement terminaux ou usager
1.4.1.2 Domaine de l’infrastructure
1.4.2 Description de l’architecture en couche d’un réseau WiMAX
1.4.2.1 Couche physique
1.4.2.2 La couche MAC
1.5 La qualité de service dans le réseau WiMAX mobile
1.6 La sécurité dans le réseau WiMAX mobile
1.7 Domaine d’application de WiMAX
1.8 Comparaison entre les réseaux WiMAX Mobile et LTE
1.9 Conclusion
CHAPITRE 2 VOIP DANS LE RÉSEAU WIMAX MOBILE 802.16e
2.1 Introduction
2.2 Le principe de la VoIP
2.3 L’architecture de la VoIP
2.3.1 Acquisition du signal
2.3.2 Numérisation
2.3.3 Compression
2.3.4 Habillage des en-têtes
2.3.5 Emission et transport
2.3.6 Réception
2.3.7 Conversion numérique-analogique
2.3.8 Restitution
2.4 VoIP sur le réseau WiMAX mobile
2.4.1 Pourquoi choisir WiMAX ?
2.4.2 L’architecture du système de la VoIP sur le réseau WIMAX Mobile
2.4.2.1 End-User VoIP Termination
2.4.2.2 WiMAX Provider Network
2.4.2.3 VoIP ASP Network
2.4.2.4 PSTN Carrier Network
2.4.3 Les équipements sur le réseau WiMAX Mobile
2.5 Les protocoles utilisés en VoIP
2.5.1 Le protocole H.323
2.5.1.1 Les composants H.323
2.5.1.2 Les protocoles spécifiés par H.323
2.5.2 Le protocole SIP
2.5.2.1 Les entités de SIP
2.5.2.2 Les messages SIP
2.5.3 Comparaison entre H.323 et SIP
2.5.4 Les autres protocoles
2.5.4.1 Le protocole RTP
2.5.4.2 Le protocole RTCP
2.5.4.3 Le protocole MGCP
2.6 Domaine d’utilisation de la VoIP
2.7 Avantages et inconvénients de la VoIP
2.8 La sécurité de la VoIP
2.9 Conclusion
CHAPITRE 3 LES CODECS UTILISES EN VOIP
3.1 Introduction
3.2 Le codec G.711
3.2.1 L’échantillonnage
3.2.2 La quantification
3.2.2.1 La quantification linéaire
3.2.2.2 La quantification non linéaire
3.2.3 La codification
3.2.3.1 La loi ?
3.2.3.2 La loi A
3.2.3.3 La codification
3.2.3.4 Exemple
3.3 Le codec G.723.1
3.3.1 La description de la codage G.723.1
3.3.1.1 Framer
3.3.1.2 Filtre passe-haut
3.3.1.3 L’analyse du LPC
3.3.1.4 Le quantificateur LSP
3.3.1.5 Le décodeur LSP
3.3.1.6 L’interpolation LSP
3.3.1.7 Filtre de pondération perceptuelle formant
3.3.1.8 L’estimation de pas (Pitch)
3.3.1.9 La mise en forme de signal bruit harmonique
3.3.1.10 Le calcul de la réponse impulsionnelle
3.3.1.11 Zero input response et ringing subtraction
3.3.1.12 Prédiction de pas
3.3.1.13 Excitation à haut débit (MP-MLQ)
3.3.1.14 Excitation à faible débit (ACELP)
3.3.1.15 Excitation du décodeur
3.3.1.16 Décodage de l’information de pas
3.3.1.17 Mise à jour de la mémoire
3.3.2 La description du décodage G.723.1
3.3.2.1 Post-filtrage du Pitch
3.3.2.2 Synthèse du filtre LPC
3.3.2.3 Post-filtrage du Formant
3.3.2.4 Gain scaling unit
3.4 Le codec G.729
3.4.1 La description d’algorithme CS-ACELP du codeur G.729
3.4.1.1 Preprocessing ou pré-traitement
3.4.1.2 Analyse et quantification du LP
3.4.1.3 La recherche de pas en boucle ouverte
3.4.1.4 La recherche de pas en boucle fermée
3.4.1.5 La recherche de dictionnaire fixe
3.4.1.6 La mise à jour de la mémoire
3.4.2 Le principe de la décodeur G.729
3.5 Comparaison des codecs existés
3.6 Conclusion
CONCLUSION
