mécanismes d'aide à l'analyse et l'optimisation

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ـــــ ا ــــ ت ــــ ــــــ‏ ÉCOLE SUPÉRIEURE DES COMMUNICATIONS DE TUNIS

Cycle de formation des ingĂŠnieurs en TĂŠlĂŠcommunications Option : IRES

RAPPORT DE PROJET DE FIN D’ETUDES

MECANISMES D'AIDE A L'ANALYSE ET L'OPTIMISATION DU RESEAU GPRS.

ElaborĂŠ par :

Assia TOUMI EncadrĂŠe par : Mme. HOUDA KHEDHER

& Mr. TAIB MASMOUDI Travail proposĂŠ et rĂŠalisĂŠ en collaboration avec

Tunisie TĂŠlĂŠcom

AnnĂŠe universitaire: 2005 – 2006 +216 1 856 829 : ‍ ا آ‏- +216 1 857 000 : # $ ‍ ا ا ŘŁ Řą " – ا‏2083 – 3.5 ‍ ا ا ŘŞ – ŘąŮˆŘ§ŘŻ آ‏ CitĂŠ Technologique des Communications – Route de Raoued km 3,5 – 2083 El Ghazala Ariana TĂŠl. : +216 1 857 000 – Fax : +216 1 856 829 – E-mail courriel@supcom.rnu.tn – Web : www.supcom.mincom.tn

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Résumé La tenue da la bonne qualité de service des réseaux cellulaires constitue la préoccupation majeure des opérateurs de réseaux. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés dans ce projet à développer un outil d'analyse et d'optimisation du réseau GPRS et plus particulièrement de l'interface radio qui constitue l'élément fondamental pour laquelle la qualité de service sera évaluée. Pour ce faire, nous nous sommes servis des indicateurs KPI récoltés au niveau de l’OMC et des fichiers de mesures drive test réalisés à l’aide de la chaîne de mesures appropriée.

L'utilisation de ces deux mécanismes facilite la tâche de suivi permanent de l’état du réseau et celle du maintien d’une qualité acceptable. Notre outil permet, à l’aide de ces données (offertes par l’OMC et le drive test), de localiser les problèmes, de sélectionner les cellules perturbées et de donner les recommandations nécessaires pour y remédier.

Mots Clés GSM, GPRS, Qualité de service, optimisation, indicateurs, couverture, interférence

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Avant propos Le travail présenté dans ce projet a été effectué dans le cadre de la préparation du diplôme d’Ingénieur en Télécommunications option Ingénierie de réseaux à l’Ecole Supérieure des Communications de Tunis (SUP’COM). Ce projet a été effectué en collaboration avec la société tunisienne des télécommunications (Tunisie Telecom). Il consiste au développement d’un outil d'analyse et d'optimisation du réseau GPRS. C’est avec un grand plaisir que je réserve cette page en signe de gratitude et de profonde reconnaissance à tous ceux qui m’ont aidé de près ou de loin à la réalisation de ce travail.

Je tiens à exprimer mes sincères gratitudes et respects à mes encadreurs Mr. Taîb MASMOUDI, Chef service Optimisation GSM du département QoS de Tunisie Télecom et Mme Houda KEDHER, maître assistant à l'école supérieure des communications de Tunis (SUPCOM) pour leurs encouragements et les précieux conseils qu’ils n’ont cessés de me prodiguer tout au long de ce projet.

Je profite de cette occasion pour remercier tous les enseignants de SUPCOM pour leurs aides considérables et leurs orientations.

Enfin mes meilleurs et vifs remerciements s’adressent aux membres du jury pour avoir accepté d’évaluer ce projet.

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Dédicaces

Dieu Merci A l'âme de mon père A l'âme de ma chère mère, A mes frères et mes soeurs, A mes chères amies A tous ceux que j’aime et qui m’aiment, Je dédie ce travail.

Assia

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Table des matières Liste des figures ............................................................................................................................ vii Liste des tableaux .........................................................................................................................viii Liste des acronymes ....................................................................................................................... ix Introduction générale....................................................................................................................... 1 Chapitre 1 : Concepts fondamentaux du GSM et du GPRS ..................................................... 3 1. Introduction ................................................................................................................................. 3 2. Concepts de base du GSM .......................................................................................................... 3 2.1. Architecture du réseau GSM ................................................................................................3 2.1.1. Sous-système radio « BSS »..........................................................................................4 2.1.2. Sous-système réseau « NSS » .......................................................................................4 2.1.3. Sous-système d’exploitation et de maintenance « OSS » .............................................4 2.2. Canaux logiques ...................................................................................................................5 2.2.1. Canaux dédiés au mobile...............................................................................................5 2.4.2. Canaux communs à plusieurs mobiles ..........................................................................6 3. Evolution du GSM vers le mode paquet ..................................................................................... 6 4. Concepts de base du GPRS ......................................................................................................... 7 4.1. Architecture..........................................................................................................................7 4.1.1. SGSN (Serving GPRS Support Node) ..........................................................................9 4.1.2. GGSN (Gateway GPRS Support Node)........................................................................9 4.2. Nouvelles interfaces .............................................................................................................9 4.3. Couches de protocoles et leurs rôles ..................................................................................10 4.3.1. Plan usager ..................................................................................................................11 4.3.2. Plan de contrôle...........................................................................................................13 4.4. GMM (GPRS Mobility Management/ Session Management) ...........................................14 4.5. Identifiants..........................................................................................................................16 4.6. Canaux logiques GPRS ......................................................................................................16 4.7. Codage canal dans GPRS...................................................................................................17 5. Conclusion................................................................................................................................. 18 Chapitre 2 : La Qualité de Service dans GSM/GPRS.............................................................. 19 1. Introduction ............................................................................................................................... 19 2. Qualité de service dans GSM .................................................................................................... 19 2.1. Définition ...........................................................................................................................19 2.2. Indicateurs et compteurs de qualité de service...................................................................19 2.3. Critères de qualité de service .............................................................................................20 2.3.1. Couverture du réseau...................................................................................................20 2.3.2. Taux d’appels réussis ..................................................................................................21 2.3.3. Qualité de communications.........................................................................................22 2.3.4. Coupure de communications.......................................................................................23 3. Qualité de service dans GPRS................................................................................................... 23 4. Supervision de la qualité de service dans le réseau cellulaire................................................... 24 4.1. Mesures terrain ...................................................................................................................24 4.2. Indicateurs d'accès au réseau GPRS...................................................................................27 4.3. Indicateurs du service WEB...............................................................................................27 4.4. Indicateurs du service FTP .................................................................................................28

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4.5. Indicateurs du service WAP...............................................................................................28 4.6. Indicateurs RNO.................................................................................................................29 4.6.1. Définition ....................................................................................................................29 4.6.2. Indicateurs de performance KPI..................................................................................29 5. Paramètres radio ........................................................................................................................ 30 5.1. Définition ...........................................................................................................................30 5.2. Exemples de paramètres.....................................................................................................31 6. Processus d’analyse et d’optimisation....................................................................................... 32 7. Etapes de détection des problèmes............................................................................................ 34 7.1. Problèmes de couverture ....................................................................................................34 7.2. Problèmes d'interférence ....................................................................................................35 7.3. Problèmes de resélection de la nouvelle cellule.................................................................36 7.4. Problèmes d'échec d'établissement des sessions ................................................................37 7.5. Problèmes de coupure des sessions ....................................................................................37 7.6. Problèmes de débit (service web).......................................................................................38 7.7. Problèmes de congestion PDCH ........................................................................................38 7.7.1. Congestion PDCH .......................................................................................................38 7.7.2. Congestion SDCCH ....................................................................................................38 7.7.3. Autres problèmes.........................................................................................................39 8. Conclusion................................................................................................................................. 39 Chapitre 3 : Implémentation de l'application........................................................................... 40 1. Introduction ............................................................................................................................... 40 2. Objectif du travail...................................................................................................................... 40 3. Méthodologie du travail ............................................................................................................ 40 4. Environnement de développement ............................................................................................ 41 4.1. MapInfo ..............................................................................................................................41 4.2. MapBasic............................................................................................................................42 4.3. Visual basic ........................................................................................................................42 5. Définitions des indicateurs de qualité de service ...................................................................... 42 6. Application Mapbasic ............................................................................................................... 43 6.1. Interface d'accueil Mapbasic ..............................................................................................43 6.2. Importation de fichiers .......................................................................................................43 6.3. Etude de cas réels ...............................................................................................................44 6.3.1. Analyse de la couverture .............................................................................................45 6.3.2. Analyse de la qualité ...................................................................................................45 7. Application Visual Basic........................................................................................................... 46 7.1. Interface d'accueil...............................................................................................................47 7.2. Etude de cas réels ...............................................................................................................48 7.2.1. Analyse et optimisation de la couverture ....................................................................48 7.2.1.1. Analyse.................................................................................................................48 7.2.1.2. Résultats et Interprétations ...................................................................................49 7.2.2. Analyse et optimisation de l'interférence ....................................................................50 7.2.2.1. Analyse.................................................................................................................50 7.2.2.2. Résultats et Interprétations ...................................................................................51 7.2.3. Analyse et optimisation de la congestion ....................................................................54 7.2.3.1. Analyse.................................................................................................................54 7.2.3.2. Résultats et Interprétations ...................................................................................55 7.2.4. Analyse du type de codage utilisé ...............................................................................56 7.2.5. Analyse et optimisation du débit.................................................................................58

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7.2.5.1. Analyse.................................................................................................................58 7.2.5.2. Résultats et Interprétations ...................................................................................59 7.2.6. Analyse du téléchargement de données ......................................................................60 8. Conclusion................................................................................................................................. 60 Conclusion générale et perspective Annexes Bibliographie

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Liste des figures

Figure 1.1 : Architecture générale du réseau GSM. ........................................................................3 Figure 1.2 : Positionnement du GPRS. ...........................................................................................6 Figure 1.3 : Architecture du réseau GPRS. .....................................................................................8 Figure 1.4 : Interfaces GPRS.........................................................................................................10 Figure 1.5 : Plan de contrôle pour GPRS. .....................................................................................14 Figure 1.6 : Procédure d’activation du contexte PDP. ..................................................................15 Figure 2.1 : Equipement d'une chaîne de mesure..........................................................................25 Figure 2.2 : Processus d’analyse et d’optimisation. ......................................................................33 Figure 3.1 : Schéma synoptique de l'application mapbasic...........................................................43 Figure 3.2 : Interface d'accueil Mapbasic. ...................................................................................43 Figure 3.3 : Importation des fichiers. ............................................................................................44 Figure 3.5 : Choix de l'analyse à faire...........................................................................................44 Figure 3.4 : Analyse des fichiers…… ...........................................................................................44 Figure 3.5 : Choix de l'analyse à faire...........................................................................................44 Figure 3.6 : Choix des seuils de couverture. .................................................................................45 Figure 3.7 : Parcours de couverture (Zone 1)… ...........................................................................45 Figure 3.8 : Parcours de couverture (Zone 2)…............................................................................45 Figure 3.9 : Choix des seuils de qualité. .......................................................................................46 Figure 3.10 : Parcours de qualité………………………………………………………………...46 Figure 3.11: Parcours de la qualité………………………………………………………………46 Figure 3.12 : Schéma synoptique de l'application Visual Basic.. .................................................47 Figure 3.13 : Interface d'accueil Visual Basic..............................................................................47 Figure 3.14 : Problèmes à traiter. ..................................................................................................47 Figure 3.15 : Etude de la couverture. ............................................................................................48 Figure 3.16 : Histogramme de couverture (zone 1). ....................................................................49 Figure 3.17 : Histogramme de couverture (zone 2). ....................................................................49 Figure 3.18 : Identification des cellules………………………………………………………….50 Figure 3.19 : Recommandations proposées...................................................................................50 Figure 3.20 : Etude de l'interférence. ............................................................................................51 Figure 3.21 : Histogramme d'interférence (zone 1).......................................................................52 Figure 3.22 : Histogramme d'interférence (zone 2).......................................................................52 Figure 3.23 : Histogramme de la qualité (zone 1)........................................................................53 Figure 3. 24 : Histogramme de la qualité (zone 2).......................................................................54 Figure 3.25 : Etude de la congestion. ............................................................................................55 Figure 3.26 : Histogramme de congestion (zone 1). ....................................................................55 Figure 3.27 : Histogramme de congestion (zone 2). ....................................................................56 Figure 3.28 : Etude du codage.......................................................................................................57 Figure 3.29 : Histogramme de codage (zone 1). ..........................................................................57 Figure 3.30: Histogramme de codage (zone 2). ............................................................................58 Figure 3.31 : Histogramme de débit..............................................................................................59 Figure 3.32 : Histogramme de débit (zone 1)................................................................................59 Figure 3.33 : Histogramme de débit (zone 2)................................................................................60

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Liste des tableaux

Tableau 1.1 : Débits pratiques.......................................................................................................17 Tableau 2.1 : Principaux indicateurs de qualité de service. ..........................................................20 Tableau 2.2 : Qualité de service dans GSM. .................................................................................22 Tableau 2.3 : Correspondance entre RXQUAL et BER................................................................25 Tableau 2.4 : Correspondance entre FER et RXQUAL. ...............................................................26 Tableau 2.5 : Seuils de la QoS GPRS. ..........................................................................................33 Tableau 2.6 : seuils de QoS GSM. ................................................................................................34 Tableau 3.1 : Statistiques de couverture (Zone 1)………………………………… ……………49 Tableau 3.2: Statistiques de couverture (Zone 2)..........................................................................49 Tableau 3.3: Statistiques de l'interférence (Zone 1)......................................................................51 Tableau 3.4: Statistiques de l'interférence (Zone 2)......................................................................51 Tableau 3.5 : Statistiques de la qualité (Zone 1) ...........................................................................53 Tableau 3.6: Statistiques de la qualité (Zone 2) ............................................................................53 Tableau 3.7: Statistiques de la congestion…………………………………..……………..……55 Tableau 3.8: Statistiques de la congestion ....................................................................................55

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Liste des acronymes

AGCH AUC BCCH BER BSC BSS BSSGP BTS CC CRC CS EDGE ETSI FACCH FER GGSN GMSC GPRS GSM GTP HLR HTTP IMEI IP KPI LLC MAC MM MSC MT NS NSS OMC OSS PAACH PAGCH PBCCH PCCCH PCH PCU

Access Grant Channel Aauthentication center Broadcast Control CHannel Bloc Error Rate Base Station Controller Base Station sub-System Base Station System GPRS Protocol Base Transceiver Station Call Control Cyclic redondancy code Coding schemes Enhqnced dqtq rates for GSM evolution European Telecommunications Standard Institute Fast Associated Control CHannel Frame Error Rate, Gateway GPRS Support Node Gateway MSC General Packet Radio Service Global System for Mobile communication GPRS Tunnelling Protocol Home Location Register Hyper Text Transmission Protocol International Mobile Equipement Identity Internet protocol Key Performance Indicator Logical Link Control Medium Access Control Mobility Management Mobile-services Switching Center Mobile Termination Network Service Network Sub-System Operating Mobile Center Operating Sub-System Packet Associated Control Channel Packet Access Grant Channel Packet Broadcast Control CHannel Packet Common Control CHannel Paging Channel Packet Control Unit

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PDCH PDP PPCH PRACH P-TMSI RA RACH RLC RRC RNO SACCH SDCCH SGSN SMS SNDCP TBF TCH TDMA TE Tid TLLI VLR

Packet Data CHannel Packet Data Protocol Packet Paging CHannel Packet Random Access CHannel Packet TMSI Routing Area Random Access CHannel Radio Link Control Radio Ressources Control Radio Netzork Optimization Slow Associated Control CHannel) Stand-alone Dedicated Control CHannel Serving GPRS Support Node Sshort Message Service Sub Network Dependant Convergence Protocol Temporary Block flow Trafic CHannel Time Division Multiplex Access Terminal Equipement Tunnel identifier Temporary Logical Link Identity Visitor Location Register

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Introduction générale

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ntroduction générale

Initialement, le système GSM a été conçu pour offrir principalement un service de téléphonie orienté circuit et permet aussi le transfert des données en mode circuit à un débit limité de 9,6 kbit/s. Dans le but d'étendre les capacités du système GSM à des services de données à plus haut débit, l'ETSI (European Telecommunications Standard Institute) a spécifié le service GPRS (General Packet Radio Service) qui repose sur une infrastructure GSM. Le système GPRS fournit des services orientés paquets pour transmettre des données sur l'interface radio avec un débit utilisateur nettement supérieur à celui offert par le réseau GSM. Ce type de réseau supporte plusieurs trafics non homogènes et satisfait plusieurs contraintes de qualité de service. Cette dernière représentait le souci de tout opérateur. Dans notre cas, Tunisie Télecom ne cessait guerre d'optimiser son réseau et de l'exploiter dans les meilleures conditions. Elle a aussi su se transformer au rythme de son environnement qui est porté par une microélectronique en progrès exponentiel, bousculé par des réseaux qui chaque jour plus aisément répondent à nos demandes, nous suivent dans tous nos déplacements.

Ainsi, la tenue d'une bonne qualité de service s'avère indispensable pour faire évoluer le nombre d'utilisateurs et garder l'image qu'elle a conçu depuis qu'elle était un opérateur monopole. C'est dans ce contexte, que porte notre projet intitulé "Mécanismes d'aide à l'analyse et l'optimisation du réseau GPRS" dans lequel nous tenons à étudier les performances du réseau GPRS. Cela a nécessité des fichiers recueillis sur l'interface radio, qui constitue l'élément fondamental pour laquelle la qualité de service sera évaluée, à l'aide de mesures drive-test et des indicateurs de performances (KPI) relevés au niveau de l'OMC. L’analyse des fichiers de mesure permet d’apporter d’énormes informations quant au fonctionnement du réseau et de ses performances et peut s’avérer une étape essentielle pour le processus d’optimisation. Aussi, les KPI présentent une gamme d’indicateurs qui couvrent différents aspects de performances du réseau en matière de trafic, de coupure, d’interférence. Toutefois, les indicateurs KPI et les mesures terrains sont complémentaires pour évaluer la qualité de service du réseau permettant entre autres une analyse détaillée,

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Introduction générale

variée et causale des principaux phénomènes et problèmes rencontrés dans le réseau GPRS. Dans ce manuscrit, nous présentons en premier lieu une brève description du système GSM et du système GPRS. Dans le deuxième chapitre, nous tenons à étudier les problèmes de qualité de service en envisageant pour cela différents problèmes pouvant se présenter sur l'interface radio. Dans le troisième chapitre, nous décrivons l'application et ceci en introduisant en première partie l'environnement de mesures (le développement sera sous mapbasic) et en deuxième partie nous exposons les histogrammes représentant les statistiques de différents problèmes étudiés et les recommandations qui doivent être prises.

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Concepts fondamentaux du GSM/GPRS

Chapitre

1 Concepts fondamentaux du GSM et du GPRS

1. Introduction Le GSM (Global System for Mobile Communications), est un système cellulaire numérique de télécommunication mobile qui est apparu pour la première fois en Europe en Juillet 1991 et qui, depuis, a connu un grand succès [8]. L'évolution du GSM a donné naissance au GPRS qui favorise les limites du GSM. Ce chapitre propose une vue globale de l'architecture du système GSM et du système GPRS, de la liaison radio, et de leur fonctionnement.

2. Concepts de base du GSM Le GSM est le premier réseau de radiotéléphonie cellulaire défini par la norme européenne ETSI, qui soit pleinement numérique. Ce réseau est conçu essentiellement pour la communication vocale. Il offre aussi de multiples services d’échange de données à faibles débits. Le concept cellulaire utilisé dans ce réseau a permis de résoudre le problème de congestion de fréquences et de répondre à la demande croissante du nombre d’abonnés mobiles dans les dernières années face à la limitation des ressources radio (pénurie de fréquences).

2.1. Architecture du réseau GSM

Figure1.1 : Architecture générale du réseau GSM.

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Concepts fondamentaux du GSM/GPRS

L’architecture d'un réseau GSM est spécifiée dans la norme de l'ETSI. Le réseau GSM comporte trois sous-systèmes : 2.1.1. Sous-système radio « BSS » Le sous-système radio BSS (Base Station sub-System) est formé par des BTS et des BSC. La BTS (Base Transceiver Station) est un émetteur-récepteur gérant une cellule.

Elle gère la couche physique sur la voie radio : modulation, démodulation, CRC, multiplexage, saut de fréquence, chiffrement. Elle gère également la couche liaison de données avec le mobile (protocole LAPDm). Le BSC (Base Station Controller) est un commutateur qui réalise une première concentration de circuits. Il s'occupe de la gestion de la ressource radio (allocation des canaux, décision du handover, etc.).

2.1.2. Sous-système réseau « NSS » Le sous-systeme réseau « NSS » (Network Sub-System) est formé par le MSC, le HLR, le VLR, l'AUC et l'EIR. Le MSC (Mobile-services Switching Center) est un commutateur pour des entités mobiles. Il gère l'établissement de circuits à travers le réseau, les SMS et l'exécution du handover. Certains MSC peuvent être des GMSC (Gateway MSC), et servent alors de passerelle avec un autre réseau de téléphonie. Le HLR (Home Location Register) est une base de données centralisant les informations d'identification et de localisation de chaque abonné du réseau. Le VLR (Visitor Location Register) est une base de données agissant à la fois comme un tampon évitant des accès trop fréquents au HLR et comme élément d'une base de données distribuée dans tous les VLR et HLR GSM. Généralement placé à proximité d'un MSC (souvent dans le même équipement), contenant les données d'abonnement des abonnés présent dans une zone géographique. L'AUC est une base de données qui contient la clé d'authentification Ki unique de l'abonné et génère le triplet (Kc6, RAND7, SRES8 (Signed Response) utilisé pour l'authentification et le chiffrement. Le centre d'authentification est associé au HLR. L'EIR est une base de données contenant le numéro international de l'équipement IMEI (International Mobile Equipement Identity) qui sert pour son identification [1].

2.1.3. Sous-système d’exploitation et de maintenance « OSS » Le centre d’exploitation et de maintenance est l’entité de gestion et d’exploitation du réseau, il regroupe un ensemble de mesures effectuées au niveau du BSS (Base Station Sub-System) et appelées mesures brutes du BSS. Chaque mesure brute est composée d’un nombre de compteurs intitulés compteurs bruts du BSS. Ces compteurs sont incrémentés à 4

Concepts fondamentaux du GSM/GPRS

chaque fois que se produit un événement qui fait l’objet d’une mesure et sont de trois types: - Compteurs totaliseurs : ils sont incrémentés quand des événements spécifiques interviennent. Ils sont réarmés au début de chaque nouvelle période de collecte. Nous pouvons citer deux exemples de compteurs dont le premier est incrémenté chaque fois qu’un canal TCH a été sélectionné avec succès à des fins de transfert et le second est incrémenté chaque fois qu’un canal SDCCH est bien saisi par un mobile dans le cadre d’une procédure d’origine mobile (mise à jour de localisation, service de messages courts, service complémentaire, etc.).

- Compteurs d’inspection d’état : l’inspection d’état est exécutée toutes les 20 secondes. Ces compteurs délivrent des données statistiques sur la disponibilité des ressources. Par exemple nous pouvons trouver un compteur qui exprime le nombre moyen de time slots de TRX de TCH disponibles pour acheminer le trafic pendant le période de mesure et un autre compteur qui indique le nombre moyen de canaux TCH utilisés pendant la période de collecte.

- Compteurs d’observations : une observation fournit des informations détaillées sur un événement système. Il existe quatre types de mesures : Handover, charge de trafic, qualité de service, utilisation et disponibilité des ressources [10].

2.2. Canaux logiques 2.2.1. Canaux dédiés au mobile - TCH (Trafic CHannel) : Réservé au transfert de la voix (ou des données).

- SDCCH (Stand-alone Dedicated Control CHannel) : Permet au mobile de transférer de la signalisation sur la voie montante quand une conversation n'est pas en cours. C'est sur cette voie que transite les SMS. - SACCH (Slow Associated Control CHannel) : Durant une conversation, c'est cette voie qui est utilisée pour remonter au réseau les mesures effectuées par le mobile ainsi que d'autres éléments de signalisation. Sert à assurer le bon déroulement de la conversation.

- FACCH (Fast Associated Control CHannel) : Lorsqu'en cours de conversation, en phase de handover, le besoin se fait sentir d'un débit élevé pour la signalisation, on crée un FACCH. Les ressources radio sont "volées" au TCH, pour transmettre ce surplus de signalisation.

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Concepts fondamentaux du GSM/GPRS

2.4.2. Canaux communs à plusieurs mobiles - BCCH (Broadcast Control CHannel) : diffuse les informations système.

- PCH (Paging CHannel) : diffuse les recherches d'utilisateurs par paging - RACH (Random Access CHannel) : utilisé pour les accès aléatoires que réalise un mobile pour demander l'allocation de canaux dédiés. C'est le seul canal commun sur la voie montante.

- AGCH (Access Grant CHannel) : canal de la voie descendante par lequel se réalise l'allocation de canaux dédiés par le réseau [2].

3. Evolution du GSM vers le mode paquet L'évolution du GSM vers le GPRS a pour but de permettre : - Un meilleur partage des ressources radio par le multiplexage statistique naturel introduit par la transmission de paquets ; - La possibilité de simplifier la connexion à un réseau mobile ; - Rendre la facturation dépendante du volume échangé et non plus du temps de connexion ; - L’amélioration de la vitesse de transmission par de nouveaux schémas de codage et l’utilisation de ressources radio plus performantes (plusieurs time slots juxtaposés utilisés en downlink sur la voie radio comme HSCSD avec une meilleure souplesse d’utilisation).

En utilisant le codage canal le moins redondant, donc dans de bonnes conditions radio, on peut donc obtenir 21.4 kb/s par slot soit 8* 21.4 égal à 171.2 kb/s par canal physique ; - Le développement de nouveaux services solvables à valeur ajoutée.

Idéalement, GPRS se positionne comme un système et un standard de transition entre le GSM et l’UMTS, dans sa faculté à permettre des communications en mode paquet avec les communications circuit du GSM [3].

Figure1.2 : Positionnement du GPRS.

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Concepts fondamentaux du GSM/GPRS

4. Concepts de base du GPRS Le GPRS, General Packet Radio Service, spécifie une technique de transmission de données en commutation de paquets, permettant ainsi de ne pas mobiliser le canal de communication, et donc autorisant une tarification plus souple pour l’utilisateur. Outre cet avantage non négligeable, le GPRS permet d’atteindre un débit théorique maximal de 171,2 kbits/s, ce qui correspond à un débit d’environ 115 kbits/s pour l’utilisateur final dans des conditions optimales.

Cependant, il ne faut pas oublier que GPRS s’appuie sur le réseau GSM. En effet, l’architecture GSM fournit les services voix, tandis que l’architecture GPRS fournit les services de données par paquets avec un débit élevé. Ainsi, les applications basées sur des protocoles de données standard sont supportées par le GPRS. Les données utilisateurs sont transférées de manière transparente entre le terminal mobile et les réseaux de données externes par une technique de « tunneling », par le protocole GTP, GPRS Tunnelling Protocol. Il faut savoir que ce protocole est utilisé dans GPRS pour la transmission des paquets de données utilisateur et de signalisation entre entités GPRS, via l’établissement de tunnels de communication. Le GTP utilise soit TCP, soit UDP, selon qu’une connexion fiable soit nécessaire ou non.

On peut donc résumer les intérêts principaux du GPRS comme étant les temps d’accès réduits, de l’ordre d’une seconde pour commencer un transfert de données, un débit plus élevé qu’en GSM, un mode de commutation par paquets permettant d’économiser les ressources radio, et enfin la possibilité de facturer en fonction du volume de données transféré plutôt qu’en fonction du temps de connexion.

4.1. Architecture L’architecture de base d’un réseau GPRS est donnée par la figure 1.3. Côté mobile, on distingue deux modules MT (Mobile Termination) et TE (Terminal Equipement). Il peut y avoir dans le cas de terminaux de données des fonctions de gestion de la radio et de terminaux de données physiquement dissociés communiquant entre eux par une interface dite interface I. Cette distinction s’applique également aux notions de téléservices (de bout en bout avec le TE et services support qui s’appliquent à la transmission [3].

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Concepts fondamentaux du GSM/GPRS

Figure1.3 : Architecture du réseau GPRS.

Le BSS est pour sa part identique à un réseau GSM. Les BTS incorporent par rapport au GSM des modifications logicielles qui permettent l’application de nouveaux types de multiplexage/codage canal prévus pour le GPRS et plus particulièrement le fait de pouvoir transmettre une information de données sur plusieurs time slots descendant d’un canal physique. Les BTS gèrent donc le codage, la génération des bursts et des fréquences, etc.

Le BSC se compare comme un réservoir de ressources radio (les time slots) pour les stations de base, et gère lui même les ressources pour le mode circuit, comme en GSM. Dans le cas de transfert de paquets, les ressources radio sont gérées par un nouvel organe : Le PCU (Packet Control Unit) apparaît sur la figure 1.4 entre le BSC et le SGSN. Le standard ne précise pas sa position dans le réseau. On pourra éventuellement trouver des architectures où il est présent à côté du BSC ou d’autres, moins fréquentes, où il est dans la BTS. Le PCU sert à réguler la capacité en fonction de la demande et il décide quelle ressource radio sera dynamiquement allouée à tel ou tel paquet. Cela inclut les paquets de signalisation et trafic.

Côté NSS, on trouve beaucoup de nouveautés par rapport au GSM. Un réseau à commutation de paquets parallèle au réseau à commutation de circuit est introduit. Deux nouvelles logiques apparaissent :

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Concepts fondamentaux du GSM/GPRS

4.1.1. SGSN (Serving GPRS Support Node) Le SGSN est le dual paquet du MSC/VLR circuit, il est connecté au BSS et à des SGSN et GGSN voisins, il s’occupe des tâches suivantes : - Contrôle d’admission : il est impliqué dans les procédures d’authentification et d’autorisation d'accès, - gestion de la mobilité, d’une façon similaire à celle réalisée par le VLR, - compression et cryptage des données, car en GPRS, plusieurs utilisateurs peuvent être multiplexés dynamiquement sur un même time slot (en fait une même succession de time slot modulo 8). Le cryptage est donc reporté en amont au SGSN, - la gestion des liens logiques comme l’établissement de session, le maintien et la libération de la ressource. Cela est très important, car un lien logique entre le SGSN et le mobile peut ainsi être maintenu , même si aucune ressource physique n’est utilisée, - gestion des ressources physiques entre SGSN et BSS, - collection d’informations et de statistiques relatives à la facturation.

4.1.2. GGSN (Gateway GPRS Support Node) Le GGSN (Gateway GPRS Support Node) qui est le dual du GMSC en GSM et réalise des tâches comparables, en tant que nœud d’interfonctionnement entre la réseau de données extérieur et le réseau mobile de transfert de paquets, entre autres le routage de paquets vers le(s) SGSN et procédure de transfert par l’intermédiaire d’un réseau IPv4, la procédure de mobilité soit l’interrogation du HLR lors d’un appel entrant pour déterminer le SGSN servant l’abonné et la collection d’informations et de statistiques relatives à la facturation [3].

4.2. Nouvelles interfaces Neufs nouvelles interfaces ont été définies pour le GPRS, elles commencent toutes par la lettre G dans le modèle de référence de l’ETSI. Dans la figure 1.4, les interfaces en trait continu représentent des interfaces GPRS sur lesquelles transitent des informations de trafic et de signalisation, alors que les interfaces en pointillés ne transportent que de la signalisation : - Interface Gi : entre le réseau de données externe (Internet, intranet, etc.) et le réseau GPRS. On doit avoir une compatibilité entre les couches 1 et 2 des deux réseaux. Le GPRS accepte les protocoles de transport IPv4 et X25 ;

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Concepts fondamentaux du GSM/GPRS

- Interface Gn : entre le GGSN et le SGSN. On utilise entre les deux entités un tunnel IP mis en œuvre par le protocole GTP. Le but est de transférer des données de façon transparente jusqu’au SGSN et de faciliter l’introduction future de nouveaux protocoles ; - Interface Gb : entre le SGSN et le BSS. Elle transporte les messages de contrôle de lien logique et de qualité de services ainsi que les données utiles ; - Interface Gp : entre SGSN et le GGSN d’un autre réseau. Similaire au Gn ; - Interface Gd : entre le SGSN et le centre d’envoi de messages courts. En GPRS, on autorise l’envoi de messages d’une taille supérieure à celle du GSM. Par exemple la taille d’un paquet IP. Cette interface est basée sur le protocole de signalisation SS7.

- Interface Gr : entre le SGSN et le HLR. Sur cette interface transitent les informations d’abonnés sur requête du SGSN. Les trois dernières interfaces Gc (GGSN-HLR), Gf (SGSN-EIR) et Gs (SGSNMSC/VLR) sont optionnelles. Gf est ainsi optionnelle, car l’EIR est lui-même optionnel dans un réseau. Gc et Gs permettent d’optimiser certaines opérations du réseau. Par Gc, le GGSN peut obtenir directement la routing area de l’abonné au lieu d’emprunter le trajet GGSN-Home SGSN-HLR-SGSN-HLR. Par Gf, une mise à jour de localisation dans le MSC/VLR de la partie circuit peut être synchronisée à une mise à jour de localisation dans la partie paquet, réduisant la charge de signalisation globale dans le réseau [3].

Figure1.4 : Interfaces GPRS.

Dans notre projet, nous nous intéressons à l'interface radio (Um).

4.3. Couches de protocoles et leurs rôles On distingue en GPRS, deux « plans » de natures différentes pour le transit des données dans le réseau : le plan de contrôle et le plan usager.

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Concepts fondamentaux du GSM/GPRS

- Le plan usager représente schématiquement les flux de données applicatifs (IP ,voix, messages courts) qui transitent sur le réseau, ainsi que typiquement de la signalisation n’appartenant pas aux fonctions de gestion du réseau d'accès (protocole de signalisation IP, etc). Par rapport à ces données, le réseau d’accès est transparent.

- Le plan de contrôle transporte la signalisation de type RRC (Radio Ressources Control), c’est-à-dire la signalisation d’établissement ou de libération de ressources radio, mais aussi, la signalisation de type CC (Call Control) d’établissement ou de gestion d’appel et de type MM gérant par exemple les mises à jour de localisation, les handovers, etc.[3].

4.3.1. Plan usager Afin de comprendre comment des paquets de données applicatifs sont transmis au long du système, il convient d’étudier rapidement les fonctions de chacune des couches de communications. Plaçons nous côté réseau sur un lien HTTP (Hyper Text Transmission Protocol) sur le protocole TCP par exemple. La mission du GPRS est d’accepter un paquet arrivant au GGSN et de le délivrer à un mobile donné : - IP/X25 : le GGSN du point de vue du réseau de paquets extérieur est vu comme un routeur IP standard. Il est adressable par son adresse IP. IPv4 et X25 sont supportés par GPRS, les couches 1 et 2 doivent également être compatibles avec le réseau extérieur.

On peut noter déjà, que le protocole de transport IP est utilisé deux fois dans le modèle. C’est le protocole de transport applicatif. C’est aussi le protocole de transport entre GGSN et SGSN. Cette couche IP permet le routage des paquets dans un réseau maillé de routeur IP entre les entités du réseau, c’est-à-dire entre les deux adresses IP respectivement du GGSN et du SGSN. - GTP (GPRS Tunneling Protocol) est un protocole dit « tunnel » qui encapsule les données en provenance du réseau sans chercher à les interpréter. Ainsi GPRS reste ouvert aux protocoles futurs. Il existe un tunnel par application pour un utilisateur donné. Chaque tunnel est repéré par un identifiant de tunnel Tid (Tunnel identifier) qui intègre l’identité du destinataire mobile (IMSI) et également un identificateur d’application (NSAPI) qui identifie le tunnel pour l’application en question. Le NSAPI est attribué lors de l’établissement d’appel dans une procédure nommée « activation de contexte PDP » (Packet Data Protocol). Un contexte PDP décrit les caractéristiques que doit avoir le lien entre le GGSN et le mobile, entre autres la qualité de service associée à la communication ; l’identifiant du réseau de données extérieur ou l’adresse PDP du terminal (typiquement une 11

Concepts fondamentaux du GSM/GPRS

adresse IPv4). Avant de débuter un transfert de données, le mobile doit requérir du réseau l’activation d’un contexte PDP, ainsi que la vérification de la conformité de ses paramètres avec l’abonnement du mobile.

- IP/UDP/TCP : les paquets de données et de signalisation GTP sont routés par un protocole IP/UDP ou TCP en fonction du type de données transportées entre les deux extrémités du tunnel. C’est le deuxième niveau de routage IP du réseau.

- SNDCP (Sub Network Dependant Convergence Protocol) : Entre le SGSN et le mobile, son rôle est de segmenter les paquets IP reçus qui peuvent être de grande taille et les rassembler à l’autre bout (fonction relais), comprimer les informations contenues dans l’entête des paquets IP, afin de minimiser la taille des données à rayonner sur la voie radio et d’augmenter l’efficacité de la liaison, multiplexer plusieurs « petits paquets » dans une seule trame LLC et démultiplexer cette trame à l’autre bout, assurer que les paquets sont transmis selon une certaine qualité de service correspondant à celle indiquée dans le NSAPI. Pour ce faire, le NSAPI du GTP est lu par la couche SNDCP. - LLC (Logical Link Control) : Cette couche assure le cryptage entre le SGSN et le GGSN, la gestion du lien logique entre le SGSN et le mobile, même lorsque aucune ressource physique n’est disponible entre les deux, elle offre différents types de services en fonction du NSAPI. La transmission des PDU LLC peut s’effectuer en mode acquitté ou non acquitté, en fonction des requètes SNDCP. - BSSGP (Base Station System GPRS Protocol) : Cette couche fournit des informations relatives à la voie radio, la qualité de service et le routage des paquets entre les couches RLC/MAC du PCU et le SGSN. Il s’agit d’un lien sans connexion, type paquet, qui gère les requêtes de paging, le contrôle de flux entre le SGSN et le BSS c’est-àdire la gestion du transport des trames LLC. - NS (Network Service) : L’interface Gb est basée au niveau physique sur la technique Frame Relay (relais de trames). La couche NS est une couche d’adaptation entre BSSGP et Frame Relay. NS autorise le partage de charges et les circuits virtuels entre les nœuds de communication.

- RLC/MAC : cette couche est schématiquement responsable de la segmentation, de l’assemblage des paquets LLC et du contrôle de la transmission des blocs.Chacun des blocs une fois codés se trouve réparti sur quatre bursts normaux de quatre trames TDMA GSM successives. La durée de transmission du bloc est donc d’environ 20 ms.

Chacun de ces blocs représente une quantité fixe de 320 bits transmis sur l’interface Abis dans des trames appelées trames PCU qui contiennent à la fois des données 12

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GPRS et les informations de contrôle RLC/MAC. Jusqu’à huit différents utilisateurs peuvent partager un même canal physique. Réciproquement, un utilisateur nécessitant une transmission haut débit pourra se voir attribué deux, trois, quatre voire huit time-slots juxtaposés écoulant idéalement huit fois le débit d’un seul time- slot.

L’aptitude du GPRS à se concaténer les intervalles de temps afin d’augmenter les débits de transmission ne présente un intérêt commercial qu’en fonction de l’existence de mobiles correspondant. On devrait donc voir apparaître un ordre chronologique de commercialisation des mobiles : 1+1, (1 time slot DL, 1 time slot UL), 2+1, 3+1 et ainsi de suite idéalement jusqu’au 8+8. En parallèle de la capacité multislot du mobile, mais indépendamment de celle-ci, il existe trois classes A, B et C de fonctionnement qui correspondent à l’aptitude du mobile à traiter simultanément ou non des flux des paquets et de circuits. Ainsi, un mobile de classe A pourra transférer simultanément sur deux intervalles de temps distincts de la voix et des données alors qu’un mobile de classe C n’autorise que les deux modes de fonctionnement de façon distinctes. Un mobile de classe B pourra recevoir des indications de paging d’un réseau de circuit alors qu’il traite des paquets et vice versa et pourra suspendre une transmission d’un mode pour recevoir sur l’autre mode avant d’y revenir [3].

Figure1.5 : Plan usager pour GPRS.

4.3.2. Plan de contrôle La figure 1.6 donne le modèle en couches du plan de contrôle GPRS. Il ressemble d’assez près au plan usager, mais il fournit certains services supplémentaires en contrôlant l’accès au réseau GPRS, les attributs des connexions établies, le contrôle de la mobilité dans le réseau GPRS et l’allocation dynamique de ressources lorsque la demande de l’usager change.

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Concepts fondamentaux du GSM/GPRS

Figure1.5 : Plan de contrôle pour GPRS.

La couche physique est identique au GSM et la couche RLC/MAC responsable de l’adressage des paquets aux différents utilisateurs.

Une différence importante avec le GSM réside dans la définition de nouveaux états de connexions, dont la gestion est confiée à la couche GMM/SM (GPRS Mobility Management /Session Management).

La couche LLC est une couche de contrôle de lien entre le mobile et le SGSN, capable de retransmettre des paquets (PDU-LLC) à ce niveau et de rendre le système plus robuste.

Les autres protocoles de signalisation de haut niveau utilisés n’apparaissent pas sur la figure. Ils sont basés sur la plan de signalisation SS7 [3].

4.4. GMM (GPRS Mobility Management/ Session Management) En GSM, le MSC/VLR gère la mobilité (MM) et l’établissement d’appel (CC) avec le mobile. Précisons qu’en GPRS, il existe une notion de Routing Area (RA) qui correspond à la notion de Location Area du GSM, qui est mise à jour à chaque changement de RA du mobile.

Le mobile peut être, à la différence du GSM où seuls existent les états « repos » et « connecté », dans trois états différents : - L’état repos (idle) : dans cet état, le mobile n’effectue pas de transmission en vue de mise à jour de sa zone de localisation et ne peut donc être appelé (paging). Il devra effectuer une procédure nommée attach d’inscription au réseau avant d’avoir accès aux services de paquets et passer en mode standby. L’attachement au domaine paquet peut être conjoint au domaine circuit (IMSI Attach) si l’interface Gs est présente dans le cœur du réseau entre le SGSN et le MSC/VLR.

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- L’état attente (standby) : le mobile est capable d’envoyer des informations de localisation et d’être appelé ou « pagé ». Il peut recevoir des données de diffusion (broadcast) de type point-multipoint. Après réception d’un message de paging, le mobile passe dans l’état ready.

- L’état ready : le mobile peut recevoir les paquets de données du SGSN. Il retourne spontanément dans l’état standby après un certain temps si l’activité ne justifie pas de rester dans cet état. Pour retourner à l’état repos, le mobile devra initier la procédure de désinscription (GPRS Detach).

En GPRS, la couche GMM/SM entre le SGSN et le MS gère ces fonctions de gestion d’état selon des protocoles différents qui relèvent de l’application choisie. Les autres fonctions sont l’activation/désactivation/modification du contexte PDP. La figure 1.7 donne un exemple de l’activation du contexte PDP.

Figure1.6 : Procédure d’activation du contexte PDP.

L’activation d’un contexte PDP peut s’effectuer à l’initiative du mobile ou du réseau. La figure 1.8 décrit une demande d’activation de contexte PDP à l’initiative du mobile. Le cas de l’initiative du réseau est identique à une réponse du mobile à un paging du réseau près, suivie de la réponse du SGSN vers le mobile d’une requête d’établissement de contexte PDP. Le mobile doit d’abord s’attacher au domaine paquet. Si le SGSN de couverture est différent de l’ancien SGSN sous lequel se trouvait le mobile avant le dernier détachement, une procédure de mise à jour du HLR doit s’effectuer (update GPRS location), par laquelle les données relatives au mobile, notamment l’IMSI, sont transférées au niveau SGSN.

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Concepts fondamentaux du GSM/GPRS

Le mobile se trouve donc attaché au domaine paquet, mais une connexion RRC n’est pas encore établie. Dans la figure 1.8 le mobile envoie une commande d’activation de contexte PDP au SGSN, qui demande au GGSN la création du contexte PDP, établit les ressources radio par l’intermédiaire du RNC et acquitte positivement la demande du mobile [3].

4.5. Identifiants De nouveaux identifiants ont du être définis pour être utilisés dans les différents protocoles GPRS : *

P-TMSI (Packet TMSI) : C'est l'équivalent du TMSI pour GSM. Il est nécessaire

de disposer d'un identifiant supplémentaire du mobile dans le réseau parce que le mobile peut être à la fois actif en GPRS et en GSM. C'est pour cela qu'on n'utilise pas le TMSI pour les deux services et qu'on a créé le P-TMSI. *

TLLI (Temporary Logical Link Identity) : identité temporaire qui identifie un

mobile particulier pour le SGSN. Choisi aléatoirement par le mobile à l'initialisation d'un flux de données s'il ne s'est pas encore vu allouer de P-TMSI [2].

4.6. Canaux logiques GPRS Les canaux physiques du GPRS sont sensiblement identiques aux canaux physiques du GSM. Les formats de bursts sont identiques. Cependant, le format de la multitrame TDMA et les codages de données sont différents.

Les canaux communs logiques de signalisation sont nommés PCCCH (Packet Common Control CHannel) et sont essentiellement downlink : - le PPCH (Packet Paging CHannel) pour le paging ; - le PAGCH (Packet Access Grant CHannel) qui indique au mobile la ressource à utiliser avant un transfert, - le PBCCH (Packet Broadcast Control CHannel) qui fournit des informations systèmes au mobile. Ces informations peuvent être transmises sur le BCCH si un PBCCH n’a pas été alloué ; - seul le PRACH (Packet Random Access CHannel) qui sert à l’établissement d’appel est uplink. D’autres canaux communs servent aux appels de groupe. Les canaux dédiés sont désignés par l’acronyme PDCH (Packet Data CHannel).

Les canaux dédiés de trafic sont les PDCH (Packet Data traffic CHannel) auquel on associe un paquet de contrôle, le PAACH (Packet Associated Control CHannel) qui, pour 16

Concepts fondamentaux du GSM/GPRS

un mobile donné, véhicule des informations d’acquittement de paquets, de contrôle de puissance. Un mobile en mode paquet peut être appelé en mode circuit par l’intermédiaire de ce canal. Il existe également des paquets de contrôle de la synchronisation temporelle du réseau (Timing Advance) qu’on nomme PTCCH/U ou D en fonction de leur nature uplink ou downlink.

4.7. Codage canal dans GPRS Les blocs RLC/MAC transmis par le PCU sont codés par la BTS pour constituer 456 bits répartis sur quatre trames TDMA successives à la fréquence porteuse. Une trame TDMA est constituée par huit time slots juxtaposés et occupe 4.615 ms. Le schéma de codage choisi est indiqué par un mot de huit bits dans chaque bloc codé. Les 114 bits d’information codés sont modulés par la modulation classique GMSK du GSM. Pour un canal physique de données qu’on nomme PDCH (Physical Data CHannel) en GPRS une multitrame dure 240 ms et se compose de 52 trames TDMA dont quatre sont inactives ou servent à la transmission d’informations de contrôle. Il y a douze trames radio par multitrame, donc un bloc radio toutes les 20 ms. Ces différents types de codage canal utilisés sont nommés CS-1, CS-2, CS-3, CS-4. Ils sont appliqués par la couche physique dans la BTS. Le code CS-1 est le plus robuste, le code CS-4 le moins. En effet, le code CS4 n’utilise pas de codes correcteurs d’erreurs, seule une séquence de vérification de bloc – genre checksum – est adjointe aux données ; les codes CS-1, CS-2, CS-3 utilisent un code convolutionnel de rendement 1/2 mais les codes CS-2 et CS-3 se voient adjoindre un schéma de poinçonnage (on retire des bits) supplémentaires qui en font des codes de rendements d’environ 2/3 et 3/4.

Le tableau 1.1 indique les débits offerts par les différents schémas de codage d’un système GPRS [2].

Codage

Modulation

Débit(kbit/s) pour un TS

CS-1

GMSK

9.05

CS-2

GMSK

13.4

CS-3

GMSK

15.6

CS-4

GMSK

21.4

Tableau 1.1 : Débits pratiques.

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Concepts fondamentaux du GSM/GPRS

5. Conclusion Dans ce chapitre, nous avons présenté les fonctionnalités, l'architecture du réseau GSM et celle du réseau GPRS. Le service offert par le GPRS doit répondre à une qualité de service demandée. Elle comprend plusieurs critères : la précédence, la fiabilité, le délai et le débit. Nous allons définir et étudier, dans le chapitre suivant, les paramètres et les indicateurs de qualité de service des réseaux cellulaires en vue de faciliter le travail d’optimisation du réseau GPRS.

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Qualité de service dans GSM/GPRS

Chapitre

2 Qualité de Service dans GSM/GPRS

1. Introduction L’entrée en exploitation d’un réseau cellulaire intervient après la phase de déploiement et l’ouverture commerciale. L’opérateur commence alors un nouveau cycle qui consiste à observer la qualité de service et à optimiser le réseau pour améliorer la qualité de service dans les zones où cela est nécessaire d’une part et pour augmenter l’efficacité du réseau de point de vue trafic.

Nous introduisons dans ce chapitre deux grandes parties : une première partie portant sur les indicateurs et les paramètres de qualité de service du réseau GSM puis ceux du réseau GPRS.

2. Qualité de service dans GSM 2.1. Définition La qualité de service est définie comme étant « l’effet global produit par la qualité de fonctionnement d’un service qui détermine le degré de satisfaction du service, la qualité de fonctionnement peut porter sur un instant (mesures instantanées) ou être exprimée en valeur moyenne sur un intervalle de temps. Les mesures réalisées sont liées à des événements (dérangement, rétablissement, etc.) à des états (panne, disponibilité, indisponibilité, interruption, etc.) ou à des activités (maintenance par exemple) et à leur durée. Ces mesures affectent les mesures liées à la qualité de service et à la qualité de fonctionnement du réseau » [3].

2.2. Indicateurs et compteurs de qualité de service La qualité de service d’un réseau ou d’une zone particulière du réseau est évaluée de façon objective à travers l’analyse de compteurs et d’indicateurs. Les compteurs sont récoltés à travers des processus de mesures réalisées sur des intervalles de temps et liées aux événements survenus sur un équipement du réseau (BTS , BSC ou MSC). Ils font l’objet d’un traitement permettant d’en extraire des indicateurs de qualité de service exploitables.

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Qualité de service dans GSM/GPRS

Les indicateurs de qualité de service peuvent être classés en deux catégories : - Indicateurs globaux : Ils permettent de déterminer l’efficacité d’une procédure particulière par exemple taux de blocage, taux d’interruption de communication, etc. Ils sont utilisés pour quantifier la qualité globale du réseau, estimer l’impact de la qualité sur les usagers ou bien comparer les réseaux entre eux.

- Indicateurs intermédiaires : Ils permettent de déterminer l’efficacité d’une sous procédure par exemple le nombre d’appels satisfaits. Ils permettent de détecter, d’identifier et de localiser un problème dans le réseau et d’en déterminer la cause éventuelle [3].

2.3. Critères de qualité de service La qualité de service d’un réseau cellulaire perçue par les usagers du réseau est une notion qui regroupe plusieurs aspects qui peuvent être appréhendés à travers les critères suivants : - Couverture du réseau (puissance du signal reçu en tout point de la couverture) ; - Facilité d’établissement d’appel (taux de congestion du réseau) ; - Qualité des communications (taux d’erreurs binaires et microcoupures) ; - Interruption de communications (perte totale de communication en cours).

Du côté opérateur, la QoS est évaluée par les moyens ci-dessous : Indicateurs de qualité de service

Mode d’évaluation

Couverture

Mesures radio et plaintes des abonnés

Taux d’appels réussis

Mesures système

Qualité de la communication

Mesures radio

pendant l’appel

Mesures système Analyseurs de qualité vocale

Taux de coupure d’appels

Mesures système

Tableau 2.1 : Principaux indicateurs de qualité de service.

2.3.1. Couverture du réseau L’état de la couverture du réseau est évalué par l’abonné directement sur son terminal qui affiche le nombre de barètes indiquant la puissance du signal reçu. Un faible niveau de champ ou l’absence du champ se traduit par la présence d’une ou deux barrettes sur l’écran du terminal ou par l’indication d’absence du signal.

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Qualité de service dans GSM/GPRS

L’indicateur de couverture du réseau exprime en tout point de service la probabilité d’établir une communication de bonne qualité. Une valeur typique de cet indicateur est 95%. Cet indicateur fait partie des contraintes considérées lors de l’établissement de la couverture du réseau. Les principales causes d’une mauvaise qualité de service du point de vue couverture sont : - Nombre insuffisant de stations de base ; - Mauvais paramétrage (physique et logique) des stations de base (tilts, azimuts, etc.); - Types d’antennes et qualité d’installation (pertes dans les câbles, etc) ou de maintenance (humidité des feeders, dégradation des câbles, etc.) ; - Qualité du terminal de l’usager (sensibilité) ou détérioration de la partie émission/réception RF [3].

2.3.2. Taux d’appels réussis Cet indicateur reflète la disponibilité des ressources, il donne la probabilité que toutes les ressources soient occupées lors d’une demande de canal. Dans le processus de dimensionnement des ressources, cet indicateur est appelé taux de blocage. Au niveau d’abonné, une mauvaise qualité de service, pour cet indicateur, se traduit par la difficulté d’établir des appels : l’abonné doit tenter plusieurs fois son appel avant d’obtenir une ressource.

Les principales causes d’une mauvaise qualité de service du point de vue disponibilité des ressources sont : - Capacité insuffisante (incohérence entre le dimensionnement des ressources et le trafic; - Valeur inadaptée du seuil d’accès minimum à la cellule ; - Interférence sur le lien montant ou le lien descendant qui rendent difficile l’établissement d’une liaison de signalisation pour l’établissement d’un appel ; - Mauvais paramétrage du réseau qui ne permet pas une répartition homogène du trafic entre les cellules.

Dans le tableau 2.2, nous avons produit les valeurs typiques de cet indicateur utilisées lors du dimensionnement, dans le cas du GSM. Des valeurs supérieures à ces seuils pourront se traduire par une mauvaise qualité de service perçue par les usagers [3].

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Qualité de service dans GSM/GPRS

Interfaces

Taux de blocage

Um/TCH

2%(de 1 à5 %)

Um/SDCCH

0.1% (de 0.1% à 1%)

GSM-RTC

0.5% (0.1 à 1%)

A

0.1% (de 0 à 1%)

Abis

0%

Ater

0.1%( 0 à 1%) Tableau 2.2 : Qualité de service dans GSM.

2.3.3. Qualité de communications La qualité des communications est également un indicateur très important pour l’abonné. Si le taux d’erreurs binaire est inférieur à un seuil déterminé pendant toute la communication, l’usager perçoit une communication de bonne qualité. Dans le cas du GSM, il faut typiquement que le rapport signal sur bruit et interférence soit supérieur à 9 dB plus les marges de confort prenant en compte l’effet de masque et les fadings de Rayleigh. Un autre indicateur relatif à la qualité de la communication est celui du taux de collisions destructives. Une collision destructive se produit lorsque plus de trois bursts GSM consécutifs présentent un niveau d’interférence supérieur au seuil acceptable. Dans ce cas, la trame de parole GSM (transmise sur 8 bursts consécutifs) sera mal reçue par l’usager et la qualité du signal de parole sera dégradée. La voix aura alors une consonance métallique au niveau de la réception.

L’indicateur de taux de trames erronées (ou Frame Error Rate, FER en anglais) est dérivé de cet indicateur. Il est par exemple utilisé pour estimer la qualité des liens dans le cas où le saut de fréquence est activé. Les pertes de trames peuvent également se traduire par des microcoupures pendant l’appel qui se traduisent par une mauvaise qualité de communication.

Les principales raisons à l’origine des problèmes indiqués ci-dessus et qui conduisent à la perception d’une mauvaise qualité de service par l’abonné du point de vue de l’indicateur de qualité de communication sont : - Niveau d’interférences externes trop élevé (interférences dues à des émissions cocanal ou sur canal adjacent par des équipements autres que ceux du réseau) ; - Interférences cocanal ou sur canal adjacent trop élevées (mauvais plan de fréquences); - Mobile situé hors couverture du réseau ; 22

Qualité de service dans GSM/GPRS

- Mauvaise installation des équipements radio ; - Problème de transmission (annuleurs d’écho ou mauvaise synchronisation se traduisant par des pertes d’informations et des grésillements dans les communications); - Paramétrage inadéquat du handover (handover ping-pong produisant des microcoupures répétitives) [3].

2.3.4. Coupure de communications La coupure d’une communication (call drop en anglais) a plusieurs origines. Elle est particulièrement désagréable pour l’abonné qui considère cet événement plus négatif que la difficulté d’obtenir une ressource (cas du blocage d’appel). Les principales raisons qui conduisent à la perception d’une mauvaise qualité de service par l’abonné et pour l’indicateur d’interruption des communications sont les suivantes : - Mauvaise couverture (trou de couverture ou zone de couverture insuffisante; - Interférences élevées ayant entraîné l’impossibilité de maintenir les liens de signalisation et/ou de trafic ; - Problème de handover (mauvais paramétrage ou congestion dans la cellule cible) ; - Mauvais paramétrage radio (liste des cellules voisines incomplète par exemple) [3].

3. Qualité de service dans GPRS Les services de transmission de données, notamment avec l’importance grandissante de l’Internet nécessitent la mise en œuvre de réseaux optimisés pour le transport de trafic de type Internet et vocal. Le réseau GPRS doit répondre à ces contraintes de qualité de service pour la transmission de données. Ces services sont très sensibles aux pertes d’informations (sous la forme de paquets ou de messages typiquement). Au contraire, ils sont beaucoup moins sensibles aux délais de transmissions de bout en bout ou à la gigue. Le cas des services de la parole est tout à fait l’opposé.

GPRS est ainsi un réseau de transmission de données par paquet utilisant le même sous-système radio que le GSM. La notion d’appel utilisée est remplacée par la notion de contexte PDP. Un contexte PDP sera caractérisé par une qualité de service définie par un ensemble de paramètres regroupés dans un profil de QoS. Cinq attributs permettent de définir la QoS d’un contexte PDP : - Précédence : définit la priorité à maintenir le service dans des conditions difficiles.

Il y a trois niveaux de précédence : haut, normal et bas ;

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Qualité de service dans GSM/GPRS

- Fiabilité : ce paramètre définit la probabilité de perte de massage et qui doit être comprise entre 10-2 et 10-9, le déséquencement, la duplication et les erreurs ; - Délai : c’est le délai de transit et qui doit être compris entre 0.5 et 0.75 secondes ; - Le débit moyen : mesuré aux points de référence R et Gi (19 classes allant du best effort au débit de 171 kbit/s) ; - Le débit maximal : il représente neuf classes offrants des débits compris entre 8 et 2048 kb/s [3].

4. Supervision de la qualité de service dans le réseau cellulaire La supervision de la qualité de service dans un réseau cellulaire nécessite certaines mesures effectuées à différents niveaux du réseau pour dégager les valeurs des indicateurs pratiques. La comparaison de ces indicateurs avec les paramètres seuils permettant d’analyser et détecter les problèmes de qualité de service au niveau de ce réseau. Trois types d’informations sont pris en compte dans la phase de mesure, d'analyse et d'optimisation qui sont les mesures terrain, les mesures système et les plaintes des usagers qui est une information importante à prendre en compte puisqu’un opérateur, quelque soient ses moyens, ne disposera jamais des équipes nécessaires pour mesurer sur le terrain la qualité de service que testent tous les jours les usagers du réseau.

4.1. Mesures terrain Les mesures terrain sont réalisées sur trois interfaces particulières qui sont : l’interface radio qui est le sujet à étudier dans ce projet, l’interface station de basecontrôleur de station de base et l’interface contrôleur de station de base et le commutateur.

Les mesures sur l’interface radio permettent de recueillir des informations sur le lien descendant ainsi que sur le déroulement des opérations de différents protocoles.

Le principal outil utilisé pour identifier et résoudre les problèmes radio et réseau sur l’interface air est la chaîne de mesure "drive test system". Cette chaîne de mesure comprend classiquement un mobile de test ou mobile de trace, un logiciel de contrôle du mobile et pour l’enregistrement des données, un récepteur GPS pour la localisation , un ordinateur portable (pour la visualisation en temps réel des données et leur stockage dans les fichiers qui pourront être analysés en off-line, un logiciel de cartographie permettant de visualiser la position et le trajet du mobile sur une carte ainsi que l’évolution des valeurs des différents paramètres collectés et mesures réalisées.

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Qualité de service dans GSM/GPRS

Figure 2.1 : Equipement d'une chaîne de mesure.

Tout le long du trajet, la MS effectue des mesures instantanées. Les données sont présentées en temps réel et seront stockées dans des fichiers.

Mesures effectuées : Le drive test nous offre une série de mesures en mode circuit ou paquet, dont les principales sont : - Longitude, latitude (X, Y) : le système de localisation GPS nous donne les coordonnés de chaque point de mesure.

- RXLEVFULL : niveau de puissance reçu par le MS, obtenu par moyennage du niveau du signal pendant une période SACCH (environ ½ seconde), cette valeur de RXLEVEL est codée sur 6 bits (de 0 à 63).

- RXQUALFUL : c’est un indicateur de niveau de qualité. Il est obtenu par moyennage du taux d’erreurs binaire BER pendant quatre périodes de mesures 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 Tableau 2.3).

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 2.3 : Correspondance entre RXQUAL et BER.

25

Qualité de service dans GSM/GPRS

- FER, Frame Erasure Rate : c’est un indicateur de niveau de qualité spécifique au taux de rejet de trame. Dans le tableau 2.4 nous présentons la correspondance entre le FER et le RXQUAL. FER

RXQUAL

≤4.5%

0

De 4.5% à 8.5%

1

De 8.5% à 12.5%

2

De 12.5% à 16.5%

3

De 16.5% à 20.5%

4

De 20.5% à 24.5%

5

≥12.8%

6.7

Tableau 2.4 : Correspondance entre FER et RXQUAL.

- BER, Bloc Error Rate : le taux d'erreur bloc est un indicateur de qualité spécifique au mode paquet. Un BER très petit implique un coût important car beaucoup de retransmission.

- RLC Throughput : débit de données GPRS RLC. - LLC Throughput : débit de données GPRS LLC. - Coding Scheme : le schéma de codage utilisé.

- T_ADV : sert à calculer la distance entre la BTS et le point de mesure. Il varie de 0 à 63. Exemple, pour T_ADV=1, correspond à un rayon égal à environ 550m.

- Le rapport C/I : le rapport signal sur interférence est le rapport de l'intensité du signal de la cellule de service courante par celle des composants du signal non désiré (interférant). La fonction de mesure du C/I permet l'identification des fréquences qui sont particulièrement exposées à de hauts niveaux d'interférence, ce qui devient utile dans la vérification et l'optimisation des plans de fréquences.

- RXFREQ : c’est le numéro de fréquence sur laquelle un canal est alloué à la MS en réception.

- BCCH, Broadcast Control CHannel : c'est le numéro de fréquence dont le TS0 est configuré comme BCCH. - MSPWR : cet indicateur permet le contrôle de la puissance émise par la MS. - Cell_Id : numéro d’identification de la cellule.

26

Qualité de service dans GSM/GPRS

- RA, Routeing Area : groupe de cellules adjacentes défini pour le routage en GPRS. - LAC, Location Area Code : zone de localisation GSM. - BSIC, Base Station Identification Code : identificateur de la cellule. En effet, le couple (fréquence, BSIC) permet sur une zone donnée de déterminer parfaitement une cellule.

- TIMESLOT : numéro des intervalles de temps alloués au mobile et qui transporte le TBF. - Time : le temps des mesures.

- Speed : vitesse de la voiture.

- Mode : IDLE or READY (veille ou fonctionnement).

- RXFREQ, RXLEVFULL, BSIC de ces six cellules voisines au maximum.

Le drive test nous permet aussi de faire la mesure de certains indicateurs spécifiques au mode paquet [4].

4.2. Indicateurs d'accès au réseau GPRS - Taux d'indisponibilité de la couverture GPRS : Nombre de points de mesure où le service est indisponible / nombre de points de mesure.

- Taux d'échec à l’établissement de la connexion GPRS : Nombre d’échec de tentatives d’activation de PDP Context / Nombre de tentatives d’activation du contexte PDP Context.

- Durée moyenne de l’établissement de la connexion GPRS : La durée de l’établissement de la connexion GPRS est la mesure de l’intervalle de temps entre le clic de composer après le lancement de la connexion modem et l’affichage de connexion établie.

- Durée moyenne de déconnexion : La durée de déconnexion GPRS est la mesure de l’intervalle de temps entre le clic sur le bouton déconnecter et la disparition de la boîte de dialogue de la connexion du modem GPRS.

4.3. Indicateurs du service WEB - Taux d'échec du service Web : Nombre de séries où une page au moins n’a pas été chargée correctement / Nombre de séries effectuées avec Connexion Modem GPRS réalisée (coupures exclues).

- Durée moyenne de chargement d’une page : La durée de chargement d’une page est la mesure de l’intervalle de temps entre la validation de l’URL dans l’explorateur internet et de l’affichage du message « terminé » en bas à gauche, la page étant correctement et intégralement chargée.

27

Qualité de service dans GSM/GPRS

- Taux de coupure de la connexion durant le service Web : Nombre de coupures de la connexion modem GPRS / Nombre de connexions modem GPRS réalisées.

- Débit apparent du service Web : Somme des tailles des pages chargées / Somme des durées de chargement.

4.4. Indicateurs du service FTP - Taux d'échec à la connexion au service FTP : Nombre d’échec d’accès à la commande permettant de déclencher le transfert FTP du fichier / Nombre de tentatives.

- Taux d'échec du service FTP : Nombre d’échec de transfert FTP du fichier / Nombre de tentatives.

- Durée moyenne de transfert de fichier : Temps de transfert du fichier FTP téléchargé (indiqué par l’utilitaire FTP).

- Taux de coupure de la connexion GPRS durant le service FTP : Nombre de déconnexions du modem GPRS / Nombre de connexions réussies du modem GPRS. - Débit apparent sens montant du service FTP : Valeur du taux de transfert Uplink fourni par l’utilitaire FTP, sinon Taille du fichier transféré / Temps de transfert.

- Débit apparent sens descendant du service FTP : Valeur du taux de transfert fourni Downlink par l’utilitaire FTP, sinon Taille du fichier transféré / Temps de transfert.

4.5. Indicateurs du service WAP - Taux d'échec à la connexion au portail Wap : Nombre d’échec de chargement de la première page du Portail Wap / Nombre de tentatives de chargement.

- Durée moyenne de la connexion au portail Wap : Temps entre la demande de chargement de la première page du Portail à partir du mobile et l’affichage complet de cette page.

- Taux d'échec de chargement de pages Wap : Nombre de séries où une page au moins n’a pas été chargée correctement / Nombre de séries effectuées avec la première page du Portail Wap chargée.

- Durée moyenne de chargement de pages Wap : Moyenne des chargements de pages Wap. - Taux de coupure du service Wap : Nombre de désactivation du contexte PDP / Nombre de chargements de la page d’accueil du Portail Wap réalisés.

28

Qualité de service dans GSM/GPRS

4.6. Indicateurs RNO 4.6.1. Définition Les mesures issues des compteurs au niveau de l’OMC (remontées par les BSCs à l’OMC-R) sont faites sur un intervalle de temps précis et sont liées à un évènement survenu dans le réseau. Elles servent aux calculs des indicateurs de qualité de service (par combinaison de ces compteurs). Ces indicateurs donnent une mesure représentative de la performance du réseau. L’analyse de ces indicateurs est très importante pour la supervision de la qualité de service. Dans la formule ci-dessous nous citons un exemple d’utilisation des compteurs bruts pour le calcul d’un indicateur.

Taux de coupure = coupure radio + coupure radio pendant réallocation + coupure interface Gb + problème transmission + coupure BSS / nombre de TBF établis.

4.6.2. Indicateurs de performance KPI L’analyse des indicateurs de performance KPI (Key Performance Indicator) permet le suivi de la qualité de service. En effet, ces indicateurs permettent la localisation des anomalies dans le réseau et par la suite, l’identification des causes de ces problèmes afin de faire les actions correctives nécessaires.

Il existe deux types d’indicateurs : - Les indicateurs globaux : ils résument l’efficacité de tout le réseau. Ils sont employés pour la quantification globale du réseau, pour l’estimation de l’impact d’une mauvaise qualité sur le client et permettent aussi la comparaison entre les réseaux (concurrence, etc.), - Les indicateurs intermédiaires : ils nous renseignent sur l’efficacité des services intermédiaires du réseau, et par conséquent, ils impliquent les indicateurs globaux. Ces indicateurs permettent : la détection, l’identification et la localisation des problèmes dans le réseau, ainsi que l’identification des causes.

Les principaux indicateurs GPRS sont : - Taux global de coupures TBF en UL et DL : Les coupures de TBF augmentent le nombre de TBF établis pour le téléchargement d’une page WEB et la consultation des emails. Ils introduisent alors des délais supplémentaires d’établissement de TBF. - Taux de trames LLC rejetées sur expiration : Une trame LLC downlink qui arrive au BSS, est stockée pour une certaine durée au delà de laquelle elle est rejetée.

- Débit par time slot DL : Ce débit ne tient pas compte des blocs de données retransmis.

Plus le taux de retransmission est important plus ce débit effectif de données est faible.

29

Qualité de service dans GSM/GPRS

- Taux de succès d’établissement de TBF en UL et DL : Le taux de succès d’établissement de TBF est parmi l'un des principaux indicateurs de QoS du GPRS. - Taux de retransmissions CS1 et CS2 : Le taux de retransmission donne une information sur la qualité de la liaison radio. Le schéma de codage CS1 est le codage qui protège le mieux contre les erreurs parmi les 4 schémas de codage disponibles en GPRS. Par contre, il offre le plus faible débit des quatre autres (9.05 Kbit/s). Tandisque le schéma de codage CS2 protège moins les données que le codage CS1 mais offre en contrepartie un débit plus intéressant : 13.4 Kbit/s.

- Taux de congestion DL et UL : Il arrive parfois qu’une requête d’établissement de TBF ne soit pas acceptée pour manque de ressources radio.

- Taux d’utilisation de CS1 et CS2 en UL et DL : C’est le réseau qui détermine le schéma de codage à utiliser dans les deux sens uplink et downlink. Les blocs de contrôle sont toujours en CS1. Par contre les blocs de données sont soit en CS1, soit en CS2 selon la qualité de la liaison radio.

- Nombre moyen et maximum de PDCH : Le nombre moyen de PDCH alloués au GPRS dépend de la charge circuit. Le nombre maximal de PDCH utilisés dépend de la configuration de la cellule. En général, les cellules comportent quatre time slots alloués dynamiquement au GPRS.

5. Paramètres radio 5.1. 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, etc.) préconisés par le constructeur et sont, aussi, relatifs à l'équipement (version logicielle, etc.), - Les paramètres 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.

30

Qualité de service dans GSM/GPRS

5.2. Exemples de paramètres Il y a plusieurs paramètres logiques, mais les plus importants parmi eux et qui agissent directement sur la QoS, sont : - RXLEVEL_ACCESS_MIN : C'est le seuil minimal d'accès à la cellule. Il détermine directement la surface de la cellule et donc sa zone de service. Ce paramètre permet notamment d'ajuster la charge de trafic à l'intérieur d'une cellule. Si celle-ci devient très chargée, la limitation de sa zone de service par augmentation de la valeur de RXLEV_MIN permettra de réduire le taux d'arrivée de nouveaux mobiles. La diminution de la valeur de RXLEV_MIN va conduire à un élargissement de la zone de service de la cellule ce qui va permettre à plus de mobiles d'accéder à la cellule et peut alors entraîner une dégradation de la qualité de service (notamment pour les mobiles éloignés).

- 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. Le RXLEVEL_XX_H permet le déclenchement de handover le plus proche possible de la bordure de la cellule, dans le cas où il n'y a, ni un trou de couverture, ni d'interférences à l'intérieur de cette cellule. 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’à la 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, à l'élévation et à la diminution de sa valeur, ainsi, si la valeur de ce paramètre est très faible, alors le nombre de handovers augmente, mais une augmentation de la valeur de RXQUAL_XX_H entraîne une diminution du nombre du handovers jusqu'à la 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. L'augmentation de sa valeur entraîne un retard dans le déclenchement du handover, et par la suite une dégradation de la qualité de service (avec un nombre de handovers ping-pong faible), par contre, la diminution de sa valeur augmente le nombre du handovers ping-pong (avec une qualité satisfaisante), - Cell_RESELECT_Offset : favorise les cellules d'une bande, 31

Qualité de service dans GSM/GPRS

- Temporary_Offset : évite la resélection ping-pong, - Cell Reselect Hystéris : évite la resélection 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 intérieure vers la zone extérieure 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 maximale 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), l'augmentation de la valeur de ce paramètre entraîne la diminution de la charge de trafic dans les couches micro-cellulaires et l'augmentation de cette charge dans les couches macro-cellulaires.

- GPRS_RXLEV_ ACCESS_MIN (XX=DL ou UP) : il définit le niveau minimal de puissance requis lors de l'accès à une cellule donnée.

- GPRS_Cell_ RESELECT_Hystéris : marge pour la resélection d'une autre cellule.

- GPRS_RESELECT_ OFFSET : favorise les cellules d'une bande.

- GPRS_ TEMPORARY_OFFSET : évite la resélection ping-pong à la frontière de la cellule.

-

GPRS_PENALTY_TIME

:

temps

pendant

lequel

le

paramètre

GPRS_

TEMPORARY_OFFSET reste activé dans les cellules voisines.

- RA_RESELECT_ HYSTERESIS : évite la resélection de cellules appartenant à des RA différents et réduit le taux de paging infructueux.

- T_RESEL : timer dont l'expiration permettra au mobile, qui a efectué une libération anormale pendant la resélection de la cellule, de resélectionner l'ancienne.

-

C31_HYST

:

détermine

si

une

marge

supplémentaire

du

paramètre

GPRS_Cell_RESELECT_Hyst doit être appliquée au critère C31 [5].

6. Processus d’analyse et d’optimisation Les mesures, les analyses et les réclamations des abonnés sont les informations qui vont permettre d’analyser et détecter les problèmes de qualité de service ou de fonctionnement du réseau. L’étape suivante consiste à effectuer des ajustements, des modifications de la structure physique du réseau de manière à améliorer la qualité et résoudre les problèmes [6].

32

Qualité de service dans GSM/GPRS

Mesures terrain

Analyse des compteurs OMC

Réclamation des abonnés

Analyse et détection du problème

Figure 2.2 : Processus d’analyse et d’optimisation.

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 2.5, présente quelques seuils de QoS GPRS : Indicateurs

Seuils

Taux de perte des sessions

<5%

Taux de retransmission des sessions

<5%

Taux d’établissement des sessions

>95%

Taux des sessions réussies

>95%

Taux de congestion PDCH

2%

Taux de coupure sessions BSS

2%

Taux de coupures sessions pendant la réallocation

2%

Taux de coupures sessions radio

2%

Tableau 2.5 : Seuils de la QoS GPRS.

Les seuils de QoS GSM sont les suivants :

33

Qualité de service dans GSM/GPRS

Indicateurs

Seuils

Taux de coupure d’appels (call drop)

2%

Taux d’établissement d’appels (call setup)

>95%

Taux d’appels réussis (call success)

>95%

Taux de congestion TCH

2%

Taux de handover sur niveau sens descendent

20%

Taux de handover sur niveau sens montant

20%

Taux de handover sur qualité sens descendent

25%

Taux de handover sur qualité sens montant

10%

Taux de handover sur interférence

1%

Taux d’échec de handover

2%

Durée moyenne de communication

20s

RXLEVEL

-77 dbm

RXQUAL

4 Tableau 2.6 : Seuils de QoS GSM.

7. Etapes de détection des problèmes 7.1. Problèmes de couverture A partir du moment où le GPRS vient se greffer sur le réseau GSM existant, ses problèmes de couverture restent les mêmes que ceux du GSM. Cependant, quelques particularités apparaissent au niveau du GPRS (seuil d'accès au service GPRS dans une cellule, saturation du mode circuit, etc.).

La couverture d'une station de base peut s'étendre sur un diamètre maximal de 30km selon la densité de couverture de la zone urbaine ou rurale. Le problème de couverture apparaît lorsque les ondes émises par le mobile n'arrivent pas à la station de base la plus proche, ou bien lorsque celles émises par l'antenne de la BTS n'arrivent pas avec une puissance suffisamment détectable par la station mobile.

Le manque de couverture pour une région peut être aussi causé par une disposition spéciale des antennes, tel dans le cas d'un obstacle se trouvant entre la station mobile et l'antenne (bâtiments, montagne).

L'état de couverture du réseau est évalué par l'abonné directement sur son terminal qui affiche le nombre des barrettes indiquant la puissance du signal reçu. Un faible niveau 34

Qualité de service dans GSM/GPRS

de champ ou l'absence de champ se traduit par la présence d'une ou de deux barrettes sur l'écran du terminal ou par l'indication de l'absence du signal.

Au niveau système, la mauvaise couverture peut être évaluée par : ● Fort taux d’échec d’accès. ● Fort taux de coupure des communications et/ou de sessions. ● Faible proportion du handover liée à la meilleure cellule (better cell). ● Fort taux de handover sur niveau de champ. ● Fort taux des messages "CLEAR REQUEST " et/ou "PAQUET CLEAR REQUEST " sur l'interface A. La résolution du problème de la couverture reste spécifique au site concerné.

Plusieurs solutions sont envisageables : - Ajout de sites : cette solution est préférée dans le cas où il y a une absence de couverture et où l'émission des antennes des stations de base les plus proches ne peut pas atteindre la zone détectée avec suffisamment de puissance.

- Action sur les antennes : cette action peut être : - Un tilt : qui consiste à changer l'angle par rapport à la verticale ascendante. Le tilt permet de varier la zone de couverture en gardant le même sens de rayonnement.

- Une réorientation : c'est le changement de la direction du diagramme de rayonnement de l'antenne.

- Un changement de configuration : cette action permet d'augmenter plusieurs paramètres de l'antenne telles que l'ouverture du diagramme de rayonnement ou la puissance d'émission (GPRS_BS_TXPWR_MAX).

L'algorithme d'optimisation de la couverture est présenté dans l'annexe 1 de ce manuscrit.

7.2. Problèmes d'interférence Dans les réseaux cellulaires, l'augmentation de la capacité du réseau se traduit par une augmentation du taux de réutilisation de fréquences. Ceci accroît le niveau d'interférence qui sera prépondérant par rapport à tous les autres brouillages.

Ainsi, les interférences ont un impact très important sur le débit de transmission des données c'est-à-dire le codage attribué, qui est affecté suivant le rapport du signal sur interférence C/I. En effet, plus le niveau d'interférence est élevé dans la cellule plus fort sera la protection des données et comme nous le soulignons plus haut, un niveau de protection plus élevé des données entraîne une baisse de débit.

35

Qualité de service dans GSM/GPRS

La transmission des données dans un environnement radio mobile est affectée par trois types d'interférences. Les interférences co-canal : c'est lorsque des émetteurs radio émettent sur la même fréquence que l'émetteur que l'on souhaite capter, et même s'ils sont très éloignés. Interférences sur canal adjacent : ce type d'interférences est causé par l'utilisation de canaux assez proches l'un de l'autre dans le spectre des fréquences présents sur des sites qui ne sont pas assez éloignés. L’interférence co-site : Ce type d'interférence est présent lorsque deux fréquences voisines sont utilisées dans le même site. Pour éviter cet effet d'interférence, il faut dès le début de l'allocation des fréquences une séparation minimale de porteuses.

Le problème d'interférence peut être évalué par les plaintes clients de la mauvaise qualité de la voix dans le cas des communications audio et du faible débit pendant la transmission des données. Comme, il peut être évalué aussi à l'aide de la qualité de service OMC ou des mesures sur l'interface A : fort taux de coupure des communications et/ou des sessions, faible proportion du handover liée à la meilleure cellule (better-cell), fort taux de handover sur qualité, fort taux de handover sur interférence, taux de handovers réussis est très faible, fort taux des messages "CLEAR REQUEST " et/ou "PAQUET CLEAR REQUEST " sur l'interface A. (Voir annexe 2) Pour éviter ou diminuer ce problème plusieurs solutions sont envisageables : ● L'opérateur doit bien choisir son motif de réutilisation de fréquences. ● Utilisation des techniques d'entrelacement et de saut de fréquence. ● Augmentation des "downtilt" des sources interférentes ou même le changement de l'orientation de l'antenne. ● Réduction de la puissance d'émission de la station de base ou bien changement de la fréquence qui présente la meilleure solution [11].

7.3. Problèmes de resélection de la nouvelle cellule Dans les communications en mode paquet on ne parle plus des problèmes de handover mais plutôt des problèmes de résélection de cellule. L'analyse des causes de handover entrant en mode circuit pour chaque station de base est primordiale pour le diagnostic de certains problèmes comme la couverture, la coupure des sessions, etc.

Afin de déterminer les causes d'échec de résélection de la nouvelle cellule, on peut entreprendre la même démarche que le problème d'échec d'établissement des sessions.

36

Qualité de service dans GSM/GPRS

7.4. Problèmes d'échec d'établissement des sessions Lorsque le site présente un échec d'établissement des sessions, la première à accomplir est la vérification de la couverture. Dans le cas où la zone étudiée est bien couverte, il faudrait vérifier si les canaux alloués au mode paquet sont congestionnés. Si c'est le cas et que la cellule ne présente pas une congestion en mode circuit (congestion TCH et SDCCH) alors la configuration des autres canaux en mode paquet s'impose ; dans le cas échéant, il faudrait commencer par résoudre le problème de congestion. L'échec d'établissement des sessions peut être dû aussi à une saturation au niveau de l'interface Gb ou un problème BSS. L'algorithme d'optimisation de l'interférence sera décrit en annexe 3.

7.5. Problèmes de coupure des sessions La coupure d'une session a plusieurs origines qui sont les suivantes : - Coupure BSS (Drop BSS) : La cause de ce problème peut être une défaillance matérielle interne au BSC. Ce genre de problèmes nécessite l'intervention de l'équipe OMC que se soit en réinitialisant le logiciel de la BTS ou en se déplaçant sur site pour diagnostiquer le problème de près.

- Coupure radio : Pendant la réallocation des ressources (Drop radio ressource reallocation), si le mobile ne réussit pas à reprendre son ancienne session pendant son passage d'une cellule à une autre, alors la session est coupée. Il faut donc analyser les causes d'échec des handovers entrant en mode circuit.

- Coupure radio (Drop radio) : Dans ce cas, la session est coupée suite à un problème au niveau de l'interface radio. Pour situer l'origine de la coupure, on est amené à étudier la répartition des causes de handovers en mode circuit : ● Si la plupart des handovers se font sur qualité, les causes peuvent être dues à une mauvaise couverture de la cellule. ● Si la plupart des handovers se font sur interférences, la cellule devrait probablement être interférée. Il faudrait alors vérifier la conformité de la répartition des fréquences de la cellule avec celles de ses voisines, sinon tilter les antennes des sites voisins. ● Si la plupart des handovers se font sur niveau, les causes peuvent être une mauvaise couverture de la cellule ou un problème au niveau des composants aériens de la cellule.

- Coupure Gb (Drop Gb) : L’interface Gb doit être dimensionnée de façon à pouvoir supporter tout le trafic des canaux PDCHs de l’interface Abis ; donc l'interface Gb doit être 37

Qualité de service dans GSM/GPRS

égale au trafic interface Abis. Dans le cas où l'interface Gb permet de supporter un trafic assez faible par apport à l'interface Abis on aura un taux élevé de coupure des sessions sur l'interface Gb. - Coupure session : due à un problème de transmission : On entend ici par problème de transmission, toute coupure de session due à une défaillance des interfaces ou d'un dépassement de délai de transit. Ce cas de problème nécessite un bon paramétrage (WI_PR, T_NETWORK_RESPONCE_TIME, etc).

7.6. Problèmes de débit (service web) Le problème de débit est directement lié aux problèmes d'interférences. En effet, comme cela a été mentionné dans le premier chapitre ; les schémas de codage sont différenciés entre eux par le niveau de protection de l'information utile. Ce principe nous amène à conclure qu'une interférence élevée au niveau du réseau implique une bonne protection de l'information donc un faible débit.

7.7. Problèmes de congestion PDCH 7.7.1. Congestion PDCH Si le site présente une congestion, la procédure est la suivante : - Voir si la cellule présente une congestion TCH. Si cette condition est vérifiée et qu'en plus les cellules voisines ne sont pas congestionnées alors le handover sur trafic doit être activé (cause 28 : Fast Traffic Handover) ; dans le cas contraire il faudrait songer à ajouter des TRX si la station de base présente des ressources libres ou d'une cellule dans le cas contraire.

- Vérifier si les antennes des sites voisines sont mal tiltées. En effet, en améliorant les tilts des sites voisins, ces derniers pourront supporter un trafic supplémentaire provenant des sites congestionnés.

- Paramétrer les seuils d'accès en faisant, toutefois, attention aux autres effets.

Dans toutes ces propositions et dans le cas où la cellule présente des canaux libres en mode circuit, la configuration de quelques canaux en mode dynamique GSM/GPRS est nécessaire.

7.7.2. Congestion SDCCH Si le site présente une congestion SDCCH, il faut d'abord voir s'il présente une congestion TCH/PDCH. Si ce n'est pas le cas, il faut configurer un canal TCH en SDCCH, 38

Qualité de service dans GSM/GPRS

sinon étudier la répartition des causes de prise de canaux SDCCH en suivant la démarche suivante : - Si le site est situé entre deux zones de localisation différentes, c'est que la plupart des prises de SDCCH se font pour la mise à jour de localisation. Pour remédier à cela, il faudrait alors vérifier les conditions suivantes : si tous les sites voisins appartiennent à une autre

zone

de

localisation,

il

faut

vérifier

la

valeur

du

paramètre

Cell_RESELECT_Hystérisis/GPRS _Cell_RESELECT_ Hystérisis. Si la valeur de ce paramètre est optimale, il faut étudier la possibilité de basculer ce site sur cette zone de localisation [5].

- Si le site n'est pas situé entre deux zones de localisation différentes, donc la plupart des prises de SDCCH se font pour l'établissement des canaux TCH et PDCH ou l'envoi de SMS alors il faut répartir le trafic ou densifier puis configurer un canal TCH en SDCCH. 7.7.3. Autres problèmes La congestion peut être due aussi à une saturation de l'interface Ater ou des unités de traitement comme le CPU et le DSP. Ce problème nécessite une bonne prévision de trafic au cours du dimensionnement initial du réseau GPRS.

8. Conclusion Dans ce chapitre nous avons décrit les principaux indicateurs de la qualité de service GPRS ainsi que les différents paramètres qui permettent sa gestion. Ensuite, nous nous sommes intéressés à l'énumération des divers problèmes qui peuvent être rencontrés dans un tel réseau.

La dernière partie a été réservée aux étapes de détection des problèmes pour pouvoir par la suite élaborer les algorithmes d’optimisation décrivant les actions possibles qui peuvent être prises face à ces problèmes.

L'implémentation informatique de ces algorithmes ainsi que les différentes étapes de conception de notre outil d'analyse et d'optimisation seront présentées dans le chapitre suivant.

39

Implémentation de l'application

Chapitre

3 Implémentation de l'application

1. Introduction Après avoir achevé la phase d'étude de différents problèmes affectant l'interface radio, nous abordons la phase de test et d'évaluation des performances du réseau GPRS. Pour ce faire, nous avons réalisé une analyse de mesures récentes. Cette analyse nous permettra de déduire les remarques et les conclusions qui permettront de perfectionner certains points.

Ainsi, la première partie de ce chapitre présente l'environnement dans lequel nous avons effectué les mesures et les résultats que nous a révélés l'analyse. La deuxième partie est l'élaboration des statistiques en vue de tirer les recommandations et les perspectives qui peuvent être prises en compte pour une éventuelle amélioration des performances.

2. Objectif du travail L'objectif de ce travail est de développer une application permettant d'analyser les données recueillies sur l'interface radio GPRS (fichiers de mesures drive-test et indicateurs KPI), détecter les problèmes pouvant se présenter et de proposer les recommandations possibles en vue d'optimiser la qualité de service dans le réseau.

3. Méthodologie du travail Notre application peut être résumée par les étapes suivantes : - L'analyse des données : L'analyse des données est l'étape la plus critique dans le fonctionnement de notre application. En effet, elle constitue son plus grand apport et mérite, pour cela, que nous lui associons une grande importance. Cette opération doit partir d'un ensemble de données spécifiques (valeurs seuils et paramètres de configuration) pour analyser l'ensemble de données déjà chargées en fichiers sous format Excel issues des mesures drive test et des indicateurs OMC. - La reproduction des données géographiques : Une fois l'étape d'analyse est achevée, l'utilisateur pourra demander à reproduire sur une carte géographique le parcours qu'il a fait durant l'opération de mesure, les valeurs des paramètres mesurés (RXLEV, RXQUAL,etc.) pour l'évaluation de la couverture, la qualité du réseau.

40

Implémentation de l'application

- L'étude statistique : *

Statistiques de couverture : nous renseigne sur l'état de couverture du réseau.

Elle se présente sous la forme d'un histogramme illustrant les pourcentages de couverture en outdoor, incar et indoor, *

statistiques de qualité : c'est une statistique qui nous renseigne sur les

pourcentages des signaux de bonne, moyenne ou mauvaise qualité. *

statistiques de coupure TBF,

*

statistiques du taux d'utilisation des différents types de codage,

*

statistiques de congestion,

*

statistiques du schéma de codage utilisé.

- La détection des problèmes : L'application que nous nous proposons de concevoir devra, à partir des valeurs seuils configurées par l'utilisateur, détecter les divers problèmes concernant la qualité de service sur l'interface radio GPRS et qui ont été déjà évoqués dans le chapitre précédent.

- La proposition des solutions : C'est l'étape qui suit celle de détection de problèmes, et qui vise à proposer des solutions éventuelles aux différents problèmes détectés en se basant sur les statistiques implémentées et l'étude déjà développée dans le chapitre précédent.

4. Environnement de développement 4.1. MapInfo Mapinfo est un logiciel de cartographie informatisée, c’est à dire un logiciel qui permet de traiter des données contenant des informations géographiques, en liaison avec un système de représentation géographique. Mapinfo autorise des actions de visualisation et d’analyse.

Un ensemble élémentaire de données Mapinfo (table) contient des données « classiques » (textes ou nombres), dites données attributaires, et souvent des données cartographiques (description d'objets graphiques).

Mapinfo propose des outils graphiques permettant d’annoter, et même de construire une carte, éventuellement en la numérisant à l’aide d’une tablette graphique. Une carte est constituée d’objets vectoriels (polygones [régions], lignes brisées [polylignes], segments [lignes], points [symboles], etc.). Une session de travail sur Mapinfo consiste à mettre en forme des fenêtres (cartes, données, graphiques, mises en page, etc.). Les données sont stockées dans des tables, Le travail est stocké dans un document.

Enfin, Mapinfo dispose d’un langage de programmation (Mapbasic), livré séparément. Il peut exécuter des programmes Mapbasic.

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Implémentation de l'application

4.2. MapBasic Mapbasic est le langage de programmation de MapInfo, il permet de programmer des applications autour de mapinfo et lancer des commandes en interactif de mapinfo. Avec mapinfo, on peut importer, exporter des données de différents types : texte, base de données, exel,etc.

4.3. Visual basic Visual Basic est un outil développé par Microsoft dans le but de développer facilement des applications fonctionnant sous Microsoft Windows . Il permet de créer à l'aide de la souris des éléments graphiques (boutons, images, champs de texte, menus déroulants, etc.) sans avoir à programmer l'interface graphique. L'intérêt de ce langage est de pouvoir associer aux éléments de l'interface graphique des portions de code associés à des événements (clic de souris, appui sur une touche,...). Pour cela, Visual Basic utilise un langage de programmation dérivé du BASIC (Beginners All−Purpose Symbolic Instruction Code). Le point fort de Visual Basic est la possibilité d'utiliser des composantes (objets) déjà construites par d'autres programmeurs. Le programmeur devient un assembleur de modules fonctionnels et débogués, le laissant libre de se concentrer rapidement sur le résultat plutôt que sur les moyens pour y arriver.

5. Définitions des indicateurs de qualité de service - Taux de communications réussies : Une communication est considérée comme réussie si l’appel lancé aboutit dès le premier essai et si la communication est maintenue sans coupure. Le taux est calculé sur la base du nombre total de mesures. Le complément à 100% est donc constitué du taux d’échecs après une tentative, plus le taux de coupures.

- Taux de connexions GPRS réussies : Une connexion est considérée comme réussie si elle

est établie dans un délai inférieur à 1 minute. Le taux est calculé sur la base du nombre total de mesures.

- Délai moyen de connexion au réseau GPRS : Moyenne arithmétique des délais de connexion au réseau GPRS. - Taux de fichiers FTP reçus : Un fichier est considéré comme reçu s’il est reçu intégralement, sans coupure de la connexion.

- Délai moyen de téléchargement : Moyenne arithmétique des délais de réception des fichiers téléchargés avec succès, après connexion au serveur FTP Pour le service FTP, une mesure consiste à tenter une connexion au réseau GPRS et à tenter de télécharger un fichier depuis un serveur, puis à mesurer le délai d’établissement de la connexion et le délai de téléchargement du fichier, et à vérifier l’intégrité du fichier

42

Implémentation de l'application

6. Application Mapbasic Dans cette application nous visons à visualiser les parcours faits lors des mesures drivetest. Ces mesures sont principalement des mesures de couche physique qui fournissent le niveau de signal et les informations de qualité. Les parcours correspondent aux différents critères de qualité de services déjà étudiés au chapitre précédents. Le schéma 3.1 permet d'expliquer la méthodologie de travail.

Mesures drive-test

Fichier Excel

Traitement sous mapbasic

Resultat (mapinfo)

Figure 3.1 : Schéma synoptique de l'application mapbasic.

6.1. Interface d'accueil Mapbasic Cette interface apparaît lors du démarrage de l'application :

Figure 3.2 : Interface d'accueil Mapbasic.

6.2. Importation de fichiers Avant d'entamer la phase d'analyse des données et l'illustration des parcours sur la carte, nous commençons à ouvrir les fichiers de mesure drive_test. Il est possible d'importer plusieurs fichiers simultanément favorisant l'analyse d'une zone entière, la fenêtre de la figure 3.3 s'affiche.

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Implémentation de l'application

Figure 3.3 : Importation des fichiers.

Nous pouvons importer plusieurs fichiers pour analyser une seule zone.

Une fois le fichier est ouvert, il sera enregistré sous forme d'une table servant à l'analyse de la zone. L'analyse de la zone par la suite se justifie. Cette analyse permet de visualiser sur une carte sous Mapinfo le parcours effectué représentant différents critères de qualité de service tel que la couverture, la qualité, schéma de codage utilisé, etc. la fenêtre de la figure 3.5 s'affiche :

Figure 3.4 : Analyse des fichiers.

Figure 3.5 : Choix de l'analyse à faire.

6.3. Etude de cas réels Deux campagnes de mesures GPRS ont été réalisées dans deux zones différentes. Les deux zones sont connues comme des zones urbaines. Lors de ces campagnes on avons utilisé une chaîne de mesures équipée de deux terminaux GPRS, servant pour les mesures voix et données permettent d'évaluer la couverture (mesures sur canal BCCH : mode veille), la qualité des communications (mesures sur canal TCH : mode dédié), les schémas de codage utilisé, etc.

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Implémentation de l'application

6.3.1. Analyse de la couverture Pour l'analyse de la couverture, nous devons fixer les seuils pour la couverture indoor, incar et outdoor.

Figure 3.6 : Choix des seuils de couverture.

Apres avoir choisi les seuils de couverture avec lesquels nous allons traiter les fichiers de mesures, nous obtenons les deux parcours suivants spécifiques aux deux zones étudiées.

Figure 3.7 : Parcours de couverture (Zone 1)

Figure 3.8 : Parcours de couverture (Zone 2)

Ces deux parcours illustrent le niveau du signal reçu (RxLev) dans les deux zones permettant entre autres d'avoir une idée générale sur le réseau autrement dit l'état de couverture.

La deuxième zone est jugée meilleure de point de vue couverture. Dans la première zone remarquons qu'il y a des cellules qui ne sont pas couvertes (couleur rouge), cette zone présente ainsi un problème de couverture. Ce problème va être bien expliqué et étudié par la suite à l'aide des statistiques faites sous Visual Basic.

6.3.2. Analyse de la qualité Pour l'analyse de la qualité, nous avons adopté les seuils suivants et c'est à l'utilisateur de choisir le seuil qui lui convient.

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Implémentation de l'application

Figure 3.9 : Choix des seuils de qualité.

Il en est de même pour l'étude de la qualité, nous fixons les seuils pour la bonne, moyenne et mauvaise qualité. Nous obtenons par la suite les parcours suivants :

Figure 3.10 : Parcours de qualité (Zone 1).

Figure 3.11: Parcours de qualité (Zone 2).

Comme la première zone souffre d'un problème de couverture, ceci influe sur la qualité des communications où on observe des cellules présentant une dégradation de qualité.

La deuxième zone à son tour présente dans un nombre limité de cellules une qualité médiocre mais ceci n'a pas un grand effet. Comme pour la couverture, la qualité va être bien traitée dans la partie suivante du chapitre.

7. Application Visual Basic Cette application permet de

visualiser d'une manière précise les histogrammes

correspondant aux fichiers de mesures drive-test et compteurs OMC ainsi la détection des problèmes et la procédure d'optimisation. Ces mesures correspondent aux propriétés de la couche physique en terme de qualité de communications, couverture, etc. et en terme de la couche RLC/MAC et la couche LLC.

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Implémentation de l'application

Histogramme

Compteurs OMC

Visual basic

Optimisation

Figure 3.12 : Schéma synoptique de l'application Visual Basic.

7.1. Interface d'accueil Au démarrage de l'application Visual Basic, la fenêtre d'accueil se présente comme suit :

Figure 3.13 : Interface d'accueil Visual Basic.

Les fichiers de mesures issues de la chaîne drive-test et les compteurs OMC correspondent d'une part à l'étude du signal (voix) et toutes ses caractéristiques et à l'étude des données (lors du transfert des paquets).

Cette application permet d'étudier les différents problèmes que peut avoir le réseau GPRS. Les principaux problèmes que nous traitons dans notre application sont la couverture, l'interférence, la qualité, la congestion, le type de codage utilisé, le débit au niveau des couches LLC et RLC-MAC. La figure 3.14 montre les problèmes à traiter:

Figure 3.14 : Problèmes à traiter.

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Implémentation de l'application

7.2. Etude de cas réels Comme nous avons fait dans l'application mapbasic, les mêmes zones seront traitées dans cette partie du travail pour mieux évaluer les performances du réseau GPRS de Tunisie Telecom.

De ce fait cette application permet une analyse bien détaillée qui justifie les résultats trouvés dans l'application mapbasic qui s'intéresse essentiellement à la visualisation des parcours.

7.2.1. Analyse et optimisation de la couverture 7.2.1.1. Analyse

Pour l'analyse de la couverture, l'étude est basée sur le signal reçu RxLev et le signal RxQual. Le réseau GPRS présente un problème de couverture s'il présente un mauvais RxLev et RxQual dans la même zone. Dans notre application, nous avons pris en compte les indicateurs KPI tel que le problème de coupure TBF comme signe de l'existence d'un problème au niveau de la couverture. La fenêtre ci-après donne tous les seuils utilisés dans l'étude et favorise l'obtention des histogrammes tout en ouvrant le fichier à traiter.

L'appuie sur la commande RXLEV permet d'ouvrir le fichier à traiter et exécuter le programme pour fournir l'histogramme correspondant.

Figure 3.15 : Etude de la couverture.

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Implémentation de l'application 7.2.1.2. Résultats et Interprétations

Les statistiques obtenues pour les deux zones sont les suivantes : Type de couverture Couverture indoor Couverture incar Couverture outdoor Pas de coverture

pourcentage 33,7 % 53,6 % 12 % 0,5 %

Tableau 3.1 : Statistiques de couverture (Zone 1)

Type de couverture Couverture indoor Couverture incar Couverture outdoor Pas de coverture

pourcentage 53,7 % 41,7 % 4,7 % 0%

Tableau 3.2: Statistiques de couverture (Zone 2)

Les statistiques ci-dessus correspondent aux histogrammes suivants:

Figure 3.16 : Histogramme de couverture (zone 1).

Figure 3.17 : Histogramme de couverture (zone 2).

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Implémentation de l'application

Comme le montre les deux histogrammes, la deuxième zone est jugée meilleure de point de vue couverture, elle ne présente pas de problème de couverture. Par contre la première zone souffre d'un nombre faible de cellules disposant de problème de couverture. Une procédure d'optimisation est faite en identifiant les cellules à problème de couverture et proposer les solutions à adopter.

Pour identifier les cellules concernées présentant ainsi un problème de couverture, nous appuyons sur la commande "cellules concernées" se trouvant dans la fenêtre d'étude de la couverture (figure 3.15) qui permet de montrer les cellules défaillantes. Par la suite nous proposons les recommandations à faire, ceci se fait en appuyant sur "solution" comme le montre la figure 3.18, nous obtenons ainsi le résultat suivant :

Figure 3.18 : Identification des cellules.

Figure 3.19 : Recommandations proposées.

Pour remédier à ce problème, différentes recommandations peuvent s'appliquer; soit ajouter des sites auprès de ces cellules, mieux adapter la direction du diagramme de rayonnement (revoir la disposition des antennes), varier le paramètre GPRS-BS_TXPWR_MAX. 7.2.2. Analyse et optimisation de l'interférence 7.2.2.1. Analyse

L'interférence est un facteur critique qui affecte les performances du réseau, il est du à une indisponibilité des fréquences.

Pour l'analyse de l'interférence, notre étude se base sur les paramètres

signal sur

interférence (C/I) et RxQual qui indique entre autre si la qualité est bonne, moyenne ou mauvaise suivant les valeurs de taux signal/bruit et bien sur RxQual, ceci se fait à l'aide des statistiques faites sur des seuils bien choisis.

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Implémentation de l'application

Le réseau présente un problème d'interférence s'il possède un bon RxLev, mauvais RxQual et une valeur Signal/Interférence très faible. Dans ce contexte, nous adoptons à présenter les statistiques correspondant aux deux zones.

Figure 3.20 : Etude de l'interférence.

7.2.2.2. Résultats et Interprétations

A partir de cette analyse, nous avos obtenu les résultats port signal/interférence.

Taux d'interférence Interférence élevée Interférence faible

pourcentage 4,47 % 95,51 %

Tableau 3.3: Statistiques de l'interférence (Zone 1).

Taux d'interférence Interférence élevée Interférence faible

pourcentage 0,38% 99,6%

Tableau 3.4: Statistiques de l'interférence (Zone 2)

Ces statistiques correspondent aux histogrammes suivants :

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Implémentation de l'application

Figure 3.21 : Histogramme d'interférence (zone 1).

Figure 3.22 : Histogramme d'interférence (zone 2).

A partir de ces histogrammes, nous pouvons déduire que la même zone (zone 1) souffre d'un problème d'interférence. Nous constatons que le taux dépasse 4% qui se considère énorme pour le réseau GPRS surtout que ce réseau est nouvellement implanté. La procédure 52

Implémentation de l'application

d'optimisation consiste à changer l'orientation des antennes, revoir les paramètres OMC-Ren augmentant par exemple la valeur du paramètre GPRS_RxLev_access_min, réduire la valeur de BS power, revoir le plan de fréquence ou bien ajouter un nouveau TRX. Si nous nous intéressons maintenant aux statistiques de la qualité, nous constatons bien que la forte dégradation de la qualité est liée à la première zone et voici les statistiques : qualité Bonne qualité Moyenne qualité Mauvaise qualité

pourcentage 90,3 % 7,6 % 1,9 %

Tableau 3.5 : Statistiques de la qualité (Zone 1).

qualité Bonne qualité Moyenne qualité Mauvaise qualité

pourcentage 91,5 % 7,2 % 1,2 %

Tableau 3.6: Statistiques de la qualité (Zone 2).

Voici les histogrammes correspondants :

Figure 3.23 : Histogramme de la qualité (zone 1).

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Implémentation de l'application

Figure 3. 24 : Histogramme de la qualité (zone 2).

Certaines cellules de la deuxième zone ont un problème de qualité mais avec un taux faible qui n'influe pas sur la qualité des communications.

7.2.3. Analyse et optimisation de la congestion 7.2.3.1. Analyse

La congestion constitue un problème critique dans les réseaux cellulaires. le réseau est dit congestionné lorsque toute les ressources disponibles sont insuffisantes pour satisfaire le trafic et ceci peut se produire par exemple en cas d'événement spécial provoquant une augmentation de trafic, ou en cas d'indisponibilité de quelques ressources de réseau en raison des défauts de fonctionnement (panne).

Pour étudier la congestion, nous nous sommes basé sur les indicateurs KPI qui nous informent sur l'état du réseau en terme de congestion. La fenêtre suivante s'affiche alors pour faire entrer le fichier à traiter :

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Implémentation de l'application

Figure 3.25 : Etude de la congestion.

7.2.3.2. Résultats et Interprétations

A partir de cette analyse, nous avons obtenu les résultats suivants pour les deux zones : Taux de congestion congestion importante congestion acceptable

pourcentage 6,7 % 93,26%

Tableau 3.7: Statistiques de la congestion (Zone 1).

Taux de congestion congestion importante congestion acceptable

pourcentage 0,7 % 99,28%

Tableau 3.8: Statistiques de la congestion (Zone 2).

Figure 3.26 : Histogramme de congestion (zone 1).

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Implémentation de l'application

Figure 3.27 : Histogramme de congestion (zone 2).

Comme montrent les histogrammes, dans la première zone, le taux de congestion est très important, il dépasse 6% qui est considéré important pour le réseau GPRS. De ce fait, l'identification des cellules congestionnées se voit obligatoire. En appuyant sur "cellules concernées" de la fenêtre de la figure 3.25, nous pouvons visualiser les cellules congestionnées.

La procédure d'optimisation consiste à ajouter de nouveaux sites, ajouter des TRX aux niveaux des BTS. Nous pouvons aussi revoir le paramètre GPRS_RxLev_access_min qui permet de réduire le taux d'arrivée de nouveaux mobiles.

7.2.4. Analyse du type de codage utilisé La qualité de l'interface air est principalement le résultat de la mauvaise couverture et du taux élevé de l'interférence. Puisque les paramètres de qualité changent par endroit, et puisque l'interférence change également avec le temps et le trafic, il est difficile de prévoir exactement la qualité d'une géographie. L'optimisation efficace des codes devient un défi important.

D'une façon générale, des codes sont assignés pour réaliser la bonne qualité de transfert de données. L'analyse des schémas de codage se fait dans les deux sens : sens montant et sens descendant. La figure 3.28 décrit les indicateurs à étudier :

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Implémentation de l'application

Figure 3.28 : Etude du codage.

Nous obtenons les histogrammes suivants :

Figure 3.29 : Histogramme de codage (zone 1).

Le type de codage utilisé dans les deux sens (montant et descendant) pour cette zone est le codage CS1 qui défavorise le débit et favorise une bonne protection. Il est de même pour la deuxième zone.

L'utilisation du codage CS1 justifie le problème d'interférence au niveau de cette zone.

Revoir le plan de fréquence paraissait obligatoire pour résoudre ce problème.

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Implémentation de l'application

Figure 3.30: Histogramme de codage (zone 2).

En analysant cette zone de point de vue qualité, nous remarquons que la qualité est bonne, le pourcentage d'interférence n'est pas gênant alors que le type de codage fortement utilisé est le codage CS1. Il est possible dans cette zone d'utiliser le codage CS2 car à ce niveau nous n'avons pas besoin de la protection tant que la qualité est bonne. L'utilisation ainsi de CS2 favorise un débit plus important de l'ordre de 13.4 Kbit/s.

7.2.5. Analyse et optimisation du débit 7.2.5.1. Analyse

La performance du transfert des données dans le réseau GPRS est mesurée au niveau des couches LLC et RLC. La couche LLC est transparente au BSS. Ce type de mesure ne peut être fait que si une session de PDP est activée. Ceci exige le transfert de paquet. Pour capturer les informations de voie et de données, nous avons besoin d'un mobile d'essai avec deux ports : Port

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Implémentation de l'application

Figure 3.31 : Etude de débit.

7.2.5.2. Résultats et Interprétations

L'analyse du débit au niveau des couches RLC-MAC et LLC se fait dans les deux sens : sens montant et sens descendant.

Figure 3.32 : Histogramme de débit (zone 1).

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Implémentation de l'application

Figure 3.33 : Histogramme de débit (zone 2).

Les statistiques faites montrent que le débit (throughput) au niveau de ces couches est considéré moyen. Le problème de débit reviendra en fait à l'interface air. Il est recommandé de changer le plan de fréquence pour se débarrasser du problème d'interférence, de cette façon le passage à des débits supérieurs sera possible.

7.2.6. Analyse du téléchargement de données Les mesures GPRS réalisées à titre expérimental pendant ce projet de fin d'étude montrent une bonne qualité de ce service. Le taux de connexions réussies au réseau GPRS s’établit à 100% avec un délai moyen de connexion de l’ordre de 8,1 secondes marquant ainsi une très bonne disponibilité du service GPRS. Pour ce qui est du téléchargement des fichiers, le taux de fichiers reçus sans erreur ressort à 100%. Un fichier de 100 K est téléchargé pendant 44 secondes.

Notons que, ces statiques (délai de connexion et taux de connexions réussies) sont égaux aux mesures faites par l’agence française de régulation lors d’une étude effectuée sur la qualité des services offerts par les trois opérateurs (Orange, SFR et Bouygues) [10].

8. Conclusion: Dans ce chapitre, nous avons présenté le principe de l'application qui consiste au premier lieu à l'élaboration des parcours des mesures qui permettent de donner une idée globales sur l'état des zones à étudier, en deuxième lieu, vient la phase de détection des problèmes et la proposition des remèdes recommandations nécessaires.

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Conclusion générale

Conclusion générale & perspective

Ces dernières années, la téléphonie mobile a été sans doute le secteur le plus dynamique, le plus rentable et le plus innovant de toute l’Industrie des Télécommunications. Avec l’essore rapide qu’elle connait, elle s’impose de plus en plus comme le moyen le plus privilégié de communication et conquiert davantage de parts de marché en ciblant tous les profiles de consommateurs. Le développement de nouvelles technologies et la diversification des services de voie et de données tel que le service multimedia (FTP, WAP, WEB, etc) ont contribué à la création d’un environnement propice à la concurrence incitant ainsi les opérateurs à se soucier de la qualité de leurs prestations et des performances de fonctionnement de leurs réseaux et infrastructures. Il s’avère donc que la qualité, dans ce domaine comme dans beaucoup d’autres, constitue une source importante de différenciation, et le maintien de la qualité des communications s'avère obligatoire pour faire face à la dégradation de la qualité de service et aux plaintes des usagers. Le suivi de cette qualité nécessite l’observation permanente de l’état de fonctionnement du réseau et de toutes ses performances. Dans ce contexte, le développement d'un outil d'évaluation de la qualité de services et d'optimisation du réseau GPRS s'avère indispensable pour tout opérateur. De ce fait, nous nous sommes intéressé dans ce manuscrit, à présenter l'outil d'optimisation du réseau GPRS que nous avons développé. L'exploitation de cet outil a nécessité des fichiers recueillis sur l'interface radio à l'aide des mesures drives-test des indicateurs performances (KPI) relevés au niveau de l'OMC. L'objectif de notre projet est de développer un outil permettant l'évaluation et l'optimisation du réseau GPRS de Tunisie Telecom. Cet outils comporte trois phases: une phase d'analyse des fichiers de mesures et des indicateurs KPI, une phase de détection des problèmes et une dernière phase d'optimisation comprenant toutes les actions correctives et les recommandations nécessaires.

Pour ce faire, nous avons présenté au premier volet quelques généralités sur les réseaux cellulaires. Par la suite, nous sommes passés à l'étude des problèmes pouvant affecter l'interface radio. Le dernier volet de notre projet a été consacré pour la présentation de l'outil et une étude de cas réel mettant en évidences deux zones différentes. Les résultats fournis par cet outil sont acceptables malgré l'indisponibilité de certains indicateurs.

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Conclusion générale

Cet outil est générique c'est-à-dire qu'il est extensible et peut être enrichi par d'autres modules. Il peut être associé à un outil de planification radio afin d'optimiser le plan de fréquences et faire les prédictions convenables des schémas de codage à utiliser.

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Annexes

Voici les algorithmes d'optimisation dÊcrits dans le deuxième chapitre de ce manuscrit :

Algorithme d'optimisation du probleme de couverture

Annexe 1

i

Annexes

Algorithme d'optimisation du probleme d'interfĂŠrence

Annexe 2

ii

Annexes

Algorithme d'optimisation du probleme d'ĂŠchec d'ĂŠtablissement des sessions

Annexe 3

iii

Bibliographie

Bibliographie

[1] Sami Tabbane, Lagrange Xavier, Godlewski Philippe, "Réseaux GSMDCS", 4éme édition, HERMES Science Publication ,Paris,1999.

[2] Olivier Bonaventure , "Un logiciel d'illustration des protocoles GSM et GPRS sur la voie radio", Mémoire pour l'obtention du grade de maître en informatique, Facultés Universitaires Notre-Dame de la Paix Institut d'Informatique, 2000-2001.

[3] Thierry Lucidarme, "Principes de radiocommunication de troisième génération", Vuilbert, Paris, 2002.

[4] Mohamed Hedi JLASSI, "Automatisation de la procédure d'analyse de la QoS sur l'interface radio GSM", mémoire de PFE, 2002-2003.

[5] Asma Horrich Selmi, "Méthodes à apprentissage pour l'optimisation de la QoS d'un réseau cellulaire", DEA, SUP'COM, 2001−2002.

[6] Sami Tabbane, "Ingénierie des réseaux cellulaires", HERMES Science Publication ,Paris, 2002.

[7] www.agilent.com [8] Khaldoun Al Agha, Guy Pujolle, Guillaume Vivier, "Réseaux mobiles", Edition Eyrolles.

[9] Alcatel, "Typical radio problem", catalogue.

[9] Autorité de régulation des télécommunications françaises, "la qualité de service des réseaux de téléphonie mobile en France", 2004.

[10] Houda Khedher, "Mécanismes pour la plannification et l'ingénierie des réseaux cellulaires", these de doctorat, INIT,INSA-Lyon, Février 2005.

[11] Manuel confidentieldes indicateurs GPRS [12] www.ericsson.com

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