Soutenance mémoire
Applications de classe conversationnelle
Les applications de la classe conversationnelle se réfèrent essentiellement aux appels multimédias comme la visiophonie. Les applications conversationnelles sont des applications qui sont sensibles par rapport au délai de transmission car elles transportent des flux de trafics en temps réels. Les besoins en QoS de cette classe dépendent essentiellement de la perception subjective humaine des trafics reçus (audio ou vidéo), ainsi que la performance du codec utilisé. Les études portées sur la perception humaine ont indiqué qu’un délai de bout en bout de 150ms est acceptable pour la plupart des applications de l’utilisateur. La limite de taux d’erreur binaire varie entre 5*10-2 et 10-6 selon l’application. Ces exigences strictes en termes de délai empêchent la couche de liaison de données d’utiliser des protocoles de retransmission. La retransmission des paquets erronés par l’ARQ (Automatic Repeat reQuest) entraîne un retard additionnel qui n’est pas acceptable pour les applications conversationnelles. Les trafics conversationnels sont par conséquent acheminés via le protocole UDP (User Datagram Protocol) au lieu de TCP. La fiabilité du TCP est obtenue par les mécanismes de retransmission et de contrôle de congestion qui consiste à la retransmission des paquets (sujets à des erreurs ou à de congestions). Une fenêtre de transmission dynamique est aussi utilisée pour réguler les trafics de TCP. Ces mécanismes entrainent des retards additionnels. TCP est surtout utilisé pour les services qui ne sont pas en temps réel tandis que l’UDP qui n’utilise pas de contrôle de congestion est utilisé pour les classes de trafic en temps réel et conversationnel.
Medium Access control
La sous-couche MAC fournit les services à la sous-couche RLC via les canaux logiques (contrôle et trafic) et coordonne l’accès à la couche physique en mappant ces canaux logiques en canaux de transport. L’information de la sous-couche RLC, groupée en PDU ou Packet Data Unit, est multiplexée par la sous-couche MAC en bloc de transport et est délivrée à la couche physique. Durant ce mapping, la sous-couche MAC effectue un contrôle de format de transport en assignant le format approprié pour chaque canal de transport. Quand plusieurs canaux logiques des différents utilisateurs sont transportés par un canal commun (exemple : FACH ou Forward Access Channel , RACH ou Random Access Channel), l’identification de l’UE présente dans l’entête du PDU MAC permet d’identifier les canaux logiques de chaque utilisateur à la réception. Les priorités entre les différents flux de données d’un utilisateur ou entre les différents utilisateurs envoyés à travers un canal de transport E-DCH (Enhanced Dedicated Channel), commun et partagé, peuvent être traitées par la sous-couche MAC. La priorité entre les flux de données d’un même utilisateur peut être effectuée en assignant les formats adéquats de transport pour chaque flux. La sous-couche MAC fait partie aussi des mesures de trafics et de monitoring. La quantité de PDU RLC correspondant à un canal de transport donné est comparée à une limite spécifiée par la couche RRC. Le volume des mesures de trafic est reporté à la couche RRC pour traiter les reconfigurations ou basculement de décisions du canal de transport. La couche MAC est divisée en différentes entités.
MAC-b est l’entité qui traite le canal BCH (Broadcast Channel). Il existe uniquement une seule pour chaque équipement utilisateur, ainsi qu’une seule au niveau de chaque UTRAN (Node B) comme spécifié par le 3GPP.
MAC-d est l’entité qui traite le canal DCH (Dedicated Channel). Cette entité est spécifique pour chaque utilisateur. Dans l’UTRAN, cette entité est localisée dans le SRNC (Serving Radio Network Controller). A noter que le cryptage est fait aussi par cette entité.
MAC-c/sh/m est l’entité qui traite le FACH, le PCH (Paging Channel), le RACH, le CPCH (Common Packet Channel), le DSCH ou Downlink Shared CHannel (seulement en TDD ou Time Division Duplex) et l’USCH ou Uplink Shared CHannel, la sélection de format de transport, l’établissement de l’ordonnancement et la gestion de priorité. Il y a seulement un MAC-c/sh/m dans l’UE et un seul dans l’UTRAN (localisé dans le CRNC Controlling Radio Network Controller).
MAC-hs est une entité qui traite les canaux HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel). Cette entité, localisée dans le Nœud B et l’UE, est responsable de la fonctionnalité de HARQ, de la sélection du format du transport et de l’établissement d’ordonnancement (scheduling).
MAC-m est l’entité qui contrôle les accès au canal.
MAC –e/es sont les entités qui traitent le canal E-DCH.
Agencement du HS-DSCH sur les canaux physiques
Le canal de transport se sert d’un ou plusieurs HS-PDSCH pour acheminer l’information binaire depuis le Nœud B jusqu’à l’UE par voie radio en appliquant le principe de l’étalement de spectre. Les bits une fois traités par le HS-DSCH, sont agencés dans une sous-trame composée de trois slots (7680) qui constitue la structure d’un HS-PDSCH. On a le choix pour ce canal entre une modulation numérique QPSK ou 16-QAM. Dans le premier cas, chaque paire de bits consécutifs est mise en parallèle pour créer les voies I (bit pair) et Q (bit impair). Dans le cas de la modulation 16-QAM, les bits sont traités par groupes de quatre. Comparée à la modulation QPSK, la modulation 16-QAM permet de doubler le débit pic. En contrepartie, elle entraîne une augmentation du taux d’erreur et peut donc nécessiter de techniques plus sophistiquées de détection. Elle requiert aussi un amplificateur de puissance plus linéaire. Une fois sur les voies I et Q, les symboles qui en résultent sont multipliés par une séquence de chips qui compose le code d’étalement orthogonal choisi. A la différence du PDSCH, le facteur d’étalement (SF ou Spreading Factor) dans le HS-PDSCH est fixe et égal à 16. Ceci permet de générer 16 codes orthogonaux : quinze sur seize peuvent être alloués aux utilisateurs dans la cellule sachant que le seizième ne peut pas être utilisé car il est réservé à l’étalement des canaux communs autres que le HS-PDSCH. Un même utilisateur peut se voir attribuer une partie ou totalité des 15 codes HS-PDSCH disponibles suivant le principe de la transmission en multicode. L’allocation de codes se fait sur une base temporelle d’un TTI (2 ms). Les chips qui résultent du processus d’étalement impliquant le code de canalisation sont ensuite embrouillés par un code complexe. Les chips correspondants aux HS-PDSCH alloués en parallèle sont additionnés et filtrés avant de les convertir en un signal analogique et de les placer sur une fréquence porteuse.
HS-SCCH
Le HS-SCCH est un canal physique de la voie descendante qui convoie de la signalisation associée au HS-DSCH. A un moment donné, un terminal dans la cellule doit scruter un maximum quatre HS-SCCH. La structure de HS-SCCH est à débit fixe (60 kbps, SF=128) et comprend 40 bits par slot. Ces 40 bits comprennent déjà les bits de redondance issus de codage convolutionnel (taux de codage égale à 1/3) et des bits de CRC (Cyclic Redundancy Check). Parmi les informations véhiculées par le HS-SCCH on a :
– Le nombre et le numéro de codes de canalisation du HS-PDSCH courant ;
– Le type de modulation numérique courante (QPSK ou 16-QAM)
– La taille du bloc de transport ;
– L’identité de la procédure HARQ ;
– L’identité de l’UE (H-RNTI ou HS-DSCH Radio Network Identifier)
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 SERVICES ET PROTOCOLES EN UMTS
1.1 Services support en UMTS
1.1.1 Service support à commutation de circuits et à commutation de paquets
1.1.2 Caractéristiques des services supports en fonction de la QoS
1.1.2.1 Transfert de l’information
1.1.2.2 Qualité de service
1.2 Architecture des protocoles de l’UTRAN
1.2.1 Medium Access control
1.3 Conclusion
CHAPITRE 2 CONCEPT HSDPA
2.1 Structure HSDPA
2.1.1 Impact de HSDPA sur l’architecture de l’UTRAN
2.1.2 Couche physique HSDPA
2.1.2.1 HS-DSCH : le canal de transport partagé à haut débit
2.1.2.2 Agencement du HS-DSCH sur les canaux physiques
2.1.2.3 Canaux auxiliaires associés à HS-PDSCH
2.1.3 Couche MAC-hs
2.2 HARQ
2.2.1 Types de HARQ
2.2.2 Protocoles de HARQ
2.2.3 Gestion de HARQ
2.3 Transmission adaptative à débit variable en HSDPA
2.4 Stratégies d’attribution de ressources (fast scheduling)
2.4.1 Contraintes et paramètres de scheduling
2.5 Modélisation de HSDPA et débit d’une cellule
2.5.1 HARQ
2.5.2 AMC
2.5.3 Scheduling
2.5.3.1 Round robin
2.5.3.2 Débit proportionnel ou Fair Throughput (FT)
2.5.3.3 Maximum C/I
2.5.3.4 Proportional Fair (PF) ou allocation proportionnelle
2.6 Conclusion
CHAPITRE 3 TRANSPORT CONTROL PROTOCOL
3.1 Etablissement et terminaison d’une connexion TCP
3.2 Segmentation
3.3 Contrôle de flux et mécanisme de fenêtre glissante
3.4 Acquittement et détection d’erreur
3.5 Contrôle de congestion et mécanisme de retransmission
3.5.1 Slow-start
3.6 Évitement de congestion
3.6.1 Timeout de retransmission
3.6.2 Triple duplication
3.7 Modélisation de TCP
3.7.1 Modèles de pertes de paquet indépendant
3.7.2 Modèle de perte aléatoire
3.8 Conclusion
CHAPITRE 4 PERFORMANCE DE TCP SUR LE SYSTEME UMTS –HSDPA
4.1 Performance en TCP
4.2 Architecture d’une connexion TCP sur UMTS-HSDPA
4.3 Comparaison entre RLC, MAC-hs et TCP
4.3.1 Fiabilité
4.3.2 Contrôle de flux et fenêtre glissante
4.3.3 Segmentation
4.4 Modélisation de TCP sur le UMTS-HSDPA
4.4.1 Timeout
4.4.1.1 Proposition
4.4.1.2 Preuve
4.4.2 Slow Start
4.4.3 Temps de reprise de la première perte
4.4.4 Phase d’ évitement de congestion
4.4.5 Effet d’un TCP sur un réseau sans fil
4.5 Simulation
4.5.1 Outils de simulation
4.5.2 Scenario
4.5.3 Prétraitement
4.5.4 Débit instantané d’un utilisateur
4.5.4.1 Round Robin
4.5.4.2 Maximum C/I
4.5.5 Comparaison entre Maximum C/I et Round Robin
4.6 Conclusion
CONCLUSION
ANNEXE 1 : Architecture UMTS
ANNEXE 2 : Présentation du logiciel MATLAB
ANNEXE 3 : Présentation du NS2
BIBLIOGRAPHIE
RENSEIGNEMENTS SUR L’AUTEUR
RESUME
ABSTRACT
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