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Chapitre III : La qualit de service (QoS) dans le rseau UMTS

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Introduction

UMTS a t conu pour supporter une grande gamme d'applications avec diffrentes

exigences de la qualit de service. L'approche modulaire adopte par 3GPP fournit la

flexibilit ncessaire pour les oprateurs d'offrir de nouveaux services leurs clientspotentiels et existants.

Dans 3GPP, la qualit de Service (Quality of Service : QoS) fait rfrence la qualit

d'un service perue par l'utilisateur.

Afin dassurer cette qualit de service, le UE et le rseau UTRAN effectuent des

mesures concernant des paramtres bien dtermins permettant ainsi de garantir le bon

fonctionnement du rseau UMTS.

III.1. Concept et architecture de la QoS

III.1.1. Architecture

Les services du rseau UMTS sont des services de bout en bout (dun quipement

terminal TE un autre TE). Un service de bout en bout doit avoir une certaine qualit de

service fournie lutilisateur pour satisfaire sa demande, afin de pouvoir garantir une certaine

qualit de service, des services supports (BS : Bearer Services) sont dfinis entre la source et

la destination dun service. Un service support comporte tous les aspects ncessaires pour

garantir la qualit de service. Ces aspects concernent : le contrle de signalisation, le transport

des donnes utilisateur et la fonction de gestion de la QoS. La figure suivante reprsente

larchitecture en couches des services supports de lUMTS. Chaque service support dun

niveau donn utilise les services offerts par les niveaux infrieurs.

F igure II I .1: La QoS dans un rseau UMTS

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III.1.2. Les Services Bearer

III.1.2.1. Le service de bout en bout et le service UMTS Bearer

En partant dun TE vers un autre, le trafic doit parcourir les diffrents services bearer

du rseau. Un TE est connect au rseau UMTS via un MT. Au niveau application, le servicede bout en bout utilise les services bearer du rseau correspondant.

Le service de bout en bout utilis par le TE est ralis par lutilisation dun Service

Bearer Local TE/MT, un Service Bearer UMTS et un Service Bearer Externe. Une varit de

services offerts par loprateur UMTS est dlivre par le Service Bearer UMTS. Cest ce

service bearer qui offre la QoS de lUMTS.

III.1.2.2. Le Service Radio Access Bearer et le Service Bearer Core Network

Le Service Bearer UMTS est scind en deux parties, le Service Radio Access Bearer et

le Service Bearer Core Network. Ces deux services refltent le moyen optimis pour raliser

le service bearer travers la topologie du rseau considr en considrant la mobilit et le

profil des abonns.

Le service radio access bearer assure un transport fiable de la signalisation et des

donnes utilisateur entre le MT et le CN Iu Edge Node en offrant la qualit de serviceadquate pour le service bearer UMTS ngoci ou par une QoS par dfaut pour la

signalisation. Ce service est bas sur les caractristiques de linterface radio et main tenu pour

un MT en dplacement.

Les services radio bearer permettent davoir une protection derreur diffrente pour

chaque PDU (Packet Data Unit) en cas de besoin. Dans ce cas, linformation utile du SDU

des donnes utilisateur, transporte par le service radio access bearer, doit correspondre avec

le format de SDU dfini. Pendant ltablissement dun service radio access bearer, le format

exacte du champ dinformation du SDU ainsi que la consistance par sous flot est signale

UTRAN par lintermdiaire dattributs ou de paramtres standardiss (quon va tudier).

Le Service Bearer Core Network du rseau coeur de lUMTS, connecte lUMTS CN

Iu Edge Node avec la passerelle CN (CN Gateway) vers le rseau extrieur. Le rle de ce

service est de contrler efficacement le backbone pour assurer le service bearer UMTS

consenti. Le domaine paquet du coeur de rseau doit supporter des services bearer backbonediffrents pour une varit de QoS.

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III.1.2.3. Le Service Radio Bearer et le Service Iu Bearer

Le Service Radio Access Bearer est ralis par le Service Radio Bearer et le Service Iu

Bearer. Le rle du service radio bearer est de couvrir tous les aspects de transport sur

linterface radio. Ceservice bearer utilise le service UTRA FDD/TDD.

Pour supporter diffrents types de protection derreur, UTRAN et le TM doivent avoir

la capacit de segmenter/r-assembler les flux de donnes en des sous-flux exigs par le

service radio access bearer. La segmentation/r-assemblage est donne par le format du

champ dinformation signal au moment de ltablissement du radio access bearer. Le service

radio bearer transporte la partie du flux de lutilisateur faisant partie dun sous-flux, selon la

QoS exige par ce sous-flux.

Le service Iu bearer et le service bearer physique assurent le transport entre lUTRAN

et le CN. Pour le trafic paquet Iu bearer doit fournir diffrents services bearer pour une varit

de QoS.

III.1.2.4. Le service Bearer Backbone

Le Service Bearer CN utilise un service bearer backbone gnrique. Le Service Bearer

Backbone couvre les fonctionnalits des deux premires couches et il est slectionn suivant

le choix de loprateur afin de raliser les exigences de QoS du service bearer CN. Le service

bearer backbone nest pas spcifique UMTS mais il peut rutiliser un standard existant

Est un service offert par des rseaux externes, qui peuvent tre UMTS ou non.

III.2. Fonctions de la gestion de la QoS dans lUMTS

Cette section donne une vue sur les fonctionnalits ncessaires pour tablir, modifier

et maintenir le service support UMTS avec la QoS demande. Lallocation de ces fonctions

aux entits de lUMTS doit indiquer les exigences dune entit spcifique pour renforcer les

engagements ngocis de la QoS du service support UMTS. Les fonctions de la gestion de la

QoS de toutes les entits de lUMTS combines doivent assurer la provision du service

ngoci entre les points daccs du service support UMTS.

III.2.1. Fonctions de QoS pour le service support UMTS dans le plan de

contrle

On distingue quatre fonctions de gestion pour le contrle de la QoS pendantltablissement dappel ou de la session.

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III.2.1.1. Gestionnaire de service support

Les diffrents gestionnaires du service support grent les fonctions dtablissement, de

modification et de maintenance du service auquel ils sont responsables. En particulier, le

gestionnaire UMTS BSest responsable de tout change de signalisation gnre par les autresfonctions comme les requtes de conversion, le contrle daccs, etc. Le gestionnaire de

service peut demander des services aux couches de service infrieures.

III.2.1.2. Fonction de conversion

Cette fonction est situe lextrmit du rseau UMTS, elle convertit les primitives de

service support UMTS en primitives externes correspondantes dans la direction dun rseau

extrieur et/ou de lquipement terminal. La conversion concerne les attributs de service

support UMTS et ceux de la QoS des rseaux externes. Le gestionnaire de service peut inclure

une translation pour convertir les attributs de service et ceux des couches basses utilisant ce

service.

III.2.1.3. Fonction de contrle dadmission ou de capacit

Elle contient les informations sur toutes les ressources disponibles des entits du

rseau et de toutes les ressources alloues au service support UMTS. Elle dtermine aussi

pour chaque service support les demandes ou les modifications si les ressources demandes

peuvent tre alloues par cette entit et peut les rserver pour une ventuelle allocation du

service support UMTS. La fonction vrifie galement la capacit de lentit rseau fournir

par le rseau demand.

III.2.1.4. Fonction de contrle dinscription

Elle vrifie les droits administratifs de lutilisateur du service support UMTS pour

manipuler le service demand avec les attributs spcifis de la QoS.

II.2.2. Fonctions de QoS pour le service support UMTS dans le plan usager

Les fonctions de gestion de la QoS dans le plan usager maintiennent la signalisation et

le trafic dun utilisateur bas sur les attributs de la QoS ngocie pour le service support

UMTS.

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III.2.2.1. Fonction de mapping (Mapping Function)

Elle fournit chaque unit de donnes avec les marques spcifiques demandes pour

recevoir la QoS promise pour chaque nud.

III.2.2.2. Fonction de classification (Classifi cation Function)

Elle dcide sur le choix dun service particulier parmi les services support UMTS

tablis pour un terminal mobile. Cette fonction assure ladaptation du flux de trafic, elle se

base sur les informations contenues dans len-tte du paquet ou sur dautres caractristiques

du trafic.

III.2.2.3. Gestionnaire de ressource (Trafic Manager)

Il distribue les ressources ncessaires entre les diffrents services partageant lesmmes ressources selon leur besoin en QoS. Exemples de moyens de gestion des ressources

sont lordonnancement, la gestion de la bande passante et le contrle de puissance pour le

service support radio.

III.2.2.4. Conditionneur de trafic (Traffi c Conditioner)

Il applique des rgles pour vrifie la conformit du trafic vhicul avec le profil de la

QoS ngocie. Les fonctions de contrle comparent le trafic des units de donnes avec lesparamtres de la QoS. Les units de donnes nobissant pas au profil de la QoS peuvent tre

rejetes ou marques pour tre rejetes en cas de congestion.

III.3. Classes de trafic de la QoS de lUMTS

Lors de la dfinition des classes de la QoS, faisant rfrence aussi aux classes de trafic,

les restrictions et les limites de linterface radio doivent tre prises en compte, do ce nest

pas raisonnable de dfinir un mcanisme complexe comme le rseau fixe cause descaractristiques derreur de cette interface. Donc le mcanisme de la QoS dans le rseau

cellulaire doit tre robuste et capable de fournir une rsolution raisonnable de QoS.

Les principales contraintes retenues pour la dfinition des classes de services de

lUMTS sont les suivantes :

Le dlai de transfert de linformation ; La variation du dlai de transfert des informations ; La tolrance aux erreurs de transmission.

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III.3.1. Classe conversationnelle

Elle regroupe tous les services bidirectionnels impliquant deux interlocuteurs ou plus

comme la tlphonie, la visiophonie avec un dbit de 32 384 kbpset les jeux interactifs

avec un dbit de 1 kbps. Le dlai de transfert des donnes est de 100 200 ms.Exemple : la tlphonie, la visiophonie ou des jeux vido constituent des services de classe A.

F igur e I I I .2 : la classe A (conversationnelle)

III.3.2. Classe streaming

Cette classe est utilise pour les flux unidirectionnels comme les applications de

diffusion vido ou audio. Il nexiste pas de contraintes strictes sur le dlai de transfert pour

ces applications. Par contre, la variation du dlai est un paramtre important parce quil estperceptible par lutilisateur. Toutefois, cette contrainte sur la variation du dlai reste tolrante

grce aux tampons du rcepteur qui peuvent amortir les variations du dlai si elles sont

toujours infrieures une limite donne.

Exemple : des services de la classe B sont la vido la demande, la diffusion de programmes

musicaux ou des transferts dimages.

F igur e I I I .3 : la classe B (streaming).

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III.3.3. Classe interactive

Cette classe est utilise pour les applications qui ncessitent une interaction entre les

deux extrmits de la communication. Un exemple dapplication de cette classe est la

navigation web. Cette classe est de type transactionnel. Elle ncessite une certaine contraintesur le dlai de transfert des paquets parce que lutilisateur attend une rponse dans une

certaine limite de temps. Cette contrainte nest pas stricte puisque ce sont des applications non

temps rel. En revanche, cette classe doit assurer un taux de perte des paquets assez faible

parce que les applications transportes par cette classe sont trs sensibles aux pertes.

Exemple : les services de la classe C sont, entre autres, la navigation sur Internet, le transfert

de fichiers par FTP, le transfert de messages lectroniques ou toutes les applications de

commerce lectronique.

F igur e I I I .4 : la classe C (interactive)

III.3.4. Classe background

Cest la classe la moins exigeante en termes de dlai de transfert. Les applications

transportes par cette classe sont des applications dont lutilisateur nattend pas les paquets

dans une certaine limite de temps. La contrainte la plus importante est le taux de perte. Cette

classe est trs sensible la perte de paquets. Les applications e-mail et SMS constituent des

exemples de la classe background.

Exemple : les applications de la classe D sont, entre autre : le transfert de fax, la notification

de message lectronique ou la messagerie de type SMS (Short Message Service).

F igur e I I I .5 : la classe D (background)

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Le tableau suivant illustre les diffrentes classes :

Type de traficDlai de

transmissionGigue

Taux

derreur

Exemple de service et

applications

Conversationnel Strict < 150 ms Stricte AcceptableVoIP, vido-tlphonie,

visioconfrence, audioconfrence

Streaming ou flux

continuLimit < 250 ms Limit Acceptable

Service de diffusion (audio, vido),

actualits, sports

Interactif Limit < 1 s Non Trs faibleNavigation sur le Web, commerce

mobile, cyber-bavardage, jeux

Background ou

arrire-plan Non Non Trs faible

Courriel, SMS, tlchargement de

BDs, transferts de mesure.

Tableau II I .1 -Les classes de QoS de lUMTS

III.4. Les diffrences entre ces classes de QoS

La classe de conversation est destine la circulation de donnes sensibles au retard,

alors que la classe Background est insensible au retard.

Les classes Conversation et Streaming sont utiliss pour des applications en temps

rel, donc sensibles aux retards.

Les classes Interactive et Background sont essentiellement destins aux applications

telles que WWW, Email, FTP, et Telnet.

La classe Interactive est principalement utilise pour des applications interactives

comme l'email et le Web interactif, tandis que la classe Background est destin aux

tlchargements de fond d'arrire-plan.

L'algorithme d'ordonnancement donne une plus grande priorit la classe interactive

plutt qu la classe Background.

III.5. Attributs de la Qos

Lors de ltablissement ou la modification du service support UMTS, on doit prendre

en compte plusieurs aspects de la QoS :

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Classe de trafic: Il faut savoir de quelle classe sagit-il afin de mettre en oeuvre unmcanisme robuste etcapable de fournir une rsolution acceptable de Qos.

Dbit binaire maximum :Cest la limite suprieure que lutilisateur ou lapplicationpeut accepter ou fournir. Tous les attributs du service support UMTS peuvent tre

accomplis avec un trafic de dbitmaximum suivant les capacits du rseau.

Dbit garanti : Cest le nombre de bits garantis dlivrs par lUMTS divis par ladure. Il dcrit le dbit que doit garantir le service support UMTS pour un utilisateur

ou une application. Ce paramtre permet aussi de faciliter le contrle dadmission et

lallocation de ressource enUMTS bas sur leurs disponibilits.

Ordre de livraison des squences SDU : Ce paramtre spcifie si les SDU horssquence sont accepts ou non, perdus ou rordonns suivant les prcisions spcifies.

Taille maximale dun SDU: Cest la taille pour laquelle le rseau satisfait la QoSngocie. Ce paramtre est utilispour le contrle dadmission et la surveillance.

Information sur le format SDU :Elle liste exactement les tailles possibles des SDU.LUTRAN a besoin de cesinformations pour pouvoir oprer en mode transparent du

protocole RLC qui est avantageux pour lefficacit spectrale et les dlais lorsque la

retransmission au niveau du RLC nest pasutilise.

Taux derreur de SDU:Il indique la fraction des SDU perdus ou dtects errons. Ilest utilis pour configurer lesprotocoles, les algorithmes et les schmas de dtections

derreur, initialement avec lUTRAN.

Taux derreur binaire rsiduel: Cet attribut indique le taux de bits errons nondtects dans le SDU dlivr. Sil ny a pas de demande de dtection derreurs, cet

attribut indiquera le taux derreur binaire dans leSDU dlivr. Il est aussi utile pour

configurer les algorithmes et les protocoles de linterface radio et la dtection des

erreurs de codage

Livraison des SDU errons : Elle indique si le SDU dtect erron doit tre dlivrou abandonn.

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Dlai de transfert et gigue :Ce paramtre indique le dlai maximal pour acheminertoutes les SDU dlivrs duranttoute la dure de vie dun service support. Il permet

lUTRAN de dfinir les formats de transport et les paramtres ARQ. Le dlai de

transfert dun SDU arbitraire nest pas aussi significatif car un SDU peut avoir un

temps dattente important dans la file dattente. Lagigue est dfinie comme tant la

variation de dlai de bout en bout. Certaines applications (audio et vido) subissent

une distorsion du signal avec de grandes valeurs de gigue.

Priorit de traitement du trafic :Elle spcifie limportance relative de manier tousles SDU dun service support UMTSpar rapport aux SDU dun autre. Avec la classe

interactive, on a besoin de diffrencier entre les qualits du service support, ce qui

permet lUMTS dorganiser en squence le trafic.

Priorit dallocation/maintien: Elle spcifie limportance de lallocation/maintiendun service support UMTS par rapport aux autres.

Indication de signalisation : Cest un attribut additionnel de la QoS qui est dfiniseulement pour les services interactifs. Il indique la nature de la signalisation.

Le tableau suivant illustre les diffrentes classes de QoS et les attributs leurs tant dfinis :

Tableau I I .2 - Relati ons entre les classes de service et les attr ibuts

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III.6. Mcanismes de traitement de la QoS dans lUMTS

Plusieurs mcanismes sont mis en place pour le traitement de la QoS dans un rseau

UMTS. On peut distinguer ces mcanismes selon quils soient effectus au niveau des entits

du CN ou de lUTRAN.

III.6.1. Traitement de la QoS dans le rseau cur

Les caractristiques de la QoS supportes par le rseau coeur de lUMTS dterminent

sa capacit de diffrencier entre les services offerts aux abonns. Cette capacit offerte de

bout en bout assure que les ressources ncessaires sont attribues pour fournir un service

adquat un abonn en conservant lquit aux autres abonns et garantissant la QoS

ngocie.

III.6.1.1. Contrle dadmission dappel CAC (Call Admission Control)

Le CAC est excut sur tous les points de multiplexage (MSC, SGSN, GGSN, etc.)

pour rpondre aux deux questions : le nud peut-il accepter ce nouvel appel ? et le

nud sera-t-il capable de satisfaire aux besoins en QoS du nouvel appel et des appels tablis ?

. Il utilise un concept trs simple et flexible de bande passante quivalente. Le principe est

destimer les ressources rseaux ncessaires pour fournir la QoS demande et dterminer si

ces ressources sont disponibles. Si elles le sont, les ressources ncessaires sont rserves. Si

non, un mcanisme est lanc afin de diminuer la qualit de service (lutilisateur se verra

attribu un dbit plus petit, ou une priorit de traitement moins leve). Le CAC est excut

chaque activation dun contexte PDP (Packet Data Protocol) ou ltablissement dun appel

circuit, chaque fois la QoS est modifie, et durant le handover ou le dplacement du SRNC.

Pour garantir la QoS tous les niveaux, et pas seulement au niveau application, le

CAC prend en compte les ressources disponibles au niveau de la couche de transport IP.

III.6.1.2. Diffrenciation de la QoS entre les quipements utilisateurs

Plusieurs mcanismes sont disponibles pour isoler le trafic provenant de plusieurs

quipements utilisateur UMTS :

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File dattente de diffrenciation:Des techniques dordonnancement, tel que WFQ (Weighted Fair Queuing) ou WRR

(Weighted Round Robin), sont utilises pour traiter tout accs contentieux une ressource.

Ces techniques garantissent une bande passante minimale alloue pour chaque contexte PDP.

Les mcanismes de file dattente performants fournissent aussi une fonction de

politique implicite, puisque la bande passante est attribue en proportion la charge de

donnes. Cette fonction nagit que lorsquun lment du rseau est congestionn, souvent en

divisant la bande passante dune faon plus approprie. Elle est obligatoire pour supporter un

engagement sur la qualit de service.

Politique au niveau du GGSN :Le GGSN est le nud de bordure dans le rseau UMTS, il reoit donc le trafic entrant

et vrifie que le trafic de donnes utilisateur est conforme aux attributs de la QoS du service

support UMTS correspondant. Le GGSN inclut un conditionneur de trafic, qui garantit la

conformit du trafic. Un autre rle du GGSN est de filtrer le trafic entrant selon les TFT

(Traffic Flow Templates), utiliss pour faire la distinction entre diffrents paquets utilisateurs

allant la mme adresse PDP.

III.6.1.3. Diffrenciation de service IP

La diffrenciation de la QoS est ncessaire pour assurer que le trafic UMTS sera

correctement trait sur le rseau. Sur le backbone UMTS, DiffServ est utilis au niveau de la

couche Internet du modle TCP/IP. Typiquement, le champ type de service (IPv4) ou classe

de trafic et tiquette de flux (IPv6) contient un code appel DSCP (Differentiated Services

Code Point) pour identifier et slectionner le PHB (Per-Hop Behavior) particulier quun

datagramme IP recevra un nud donn du rseau. Le DSCP est situ dans len-tte dechaque paquet.

Lavantage majeur de DiffServ est quil na pas besoin de signalisation supplmentaire

au niveau de la couche IP. Toute linformation ncessaire sur laQoS est dj contenue dans

des messages de signalisation spcifiques lUMTS changs travers le PLMN (Public

LandMobile Network). Ce protocole est essentiellement utilis pour les applications Internet.

En effet, ces applications nutilisent pas directement les services de lUMTS mais elles

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utilisent les dfinitions et les attributs de la QoS dInternet qui seront mapps aux attributs de

la QoS UMTS.

III.6.2. Traitement de la QoS dans lUTRANLe concept fondamental de lUMTS est la sparation entre les fonctionnalits daccs

et les fonctionnalits du CN. LUTRAN fournit une plateforme daccs du MT tous les

rseaux curs et les services rseau. Une fonction de gestion des ressources radio RRM,

distribue entre le terminal, la station de base et le RNC, contrle la QoS sur le lien radio.

Cette fonction consiste en des algorithmes et des procdures de contrle dadmission,

de contrle de charge et de handover.

III.6.2.1. Contrle dadmission radio RAC (Radio Admission Control)

La fonction RAC accepte ou refuse laccs aux ressources radio. Elle intervient chaque

fois que des ressources radio dans une cellule doivent tre partages avec un autre utilisateur

ou un autre service support daccs radio, ou quand un utilisateur change de cellule.

Quand un RAB est tabli, le RNC fait correspondre les attributs de la QoS de ce RAB

aux caractristiques du support radio et invoque ensuite la fonction RAC. Les caractristiquesdu support radio demand sont dtermines par la classe de trafic, les besoins en dbit binaire,

les besoins en dlai, les paramtres de priorit du trafic, etc.

Dans le systme UMTS dinterfrence limite, le RAC permet de dterminer si

lacceptation ou non dun nouveau RAB augmentera les interfrences au-del dun niveau

acceptable, rendant possible le maintien dune qualit radio acceptable pour tous les appels

tablis. La charge de trafic doit tre aussi considre : accepter un nouveau RAB ne doit

rduire ni le dbit ni la qualit de service offerts aux autres utilisateurs, en dessous des limites

acceptables. Les demandes qui ne peuvent pas tre acceptes selon ces critres sont rejetes

par lUTRAN ou mises en file dattente si cette possibilit est disponible.

Du point de vue de lutilisateur, il est plus acceptable davoir un appel rejet la phase

de connexion, que dtre coup en pleine conversation parce que le handover na pas t

possible. Une capacit doit donc tre rserve au handover ; le handover et ltablissement

dun appelpeuvent tre traits avec diffrentes priorits.

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III.6.2.2. Gestion et allocation des ressources radio

Des oprations de canalisations et dembrouillages sont ncessaires au niveau

physique radio afin de sparer les diffrentes sources de trafic partageant les mmes

frquences. La fonction dallocation de ressource radio alloue des codes de canalisation etdembrouillage quand la fonction RAC les demande.

III.6.2.3. Contrle de la charge radio

Cette fonction maintient la stabilit du rseau radio en contrlant la charge, et en

dtectant et traitant les situations de surcharge (c'est--dire quand le rseau fonctionne au-del

de ses ressources). En particulier, le contrle de la charge radio garantit que certains

algorithmes, comme le contrle de puissance, demeurent stable dans lventualit dunesurcharge temporaire. Deux effets peuvent se produire dans de telles situations. Sur la voie

montante, les terminaux mobiles peuvent augmenter leur puissance de transmission pour faire

face laugmentation des interfrences rendant la situation plus mauvaise encore. Un effet

similaire peut se produire sur la voie descendante. Les situations de surcharge radio sont

dtectes en contrlant les niveaux dinterfrence et le volume de trafic. Le contrle de

congestion peut tre ralis en utilisant des algorithmes de prvention en coordination avec le

RAC.

III.6.2.4. Synchronisation et ordonnancement

Les mcanismes de synchronisation sont dfinis dans lUTRAN pour satisfaire aux

besoins en temps pour chaque type de RAB. Lajustement du temps a lieu entre le NodeB et

les RNC pour maintenir le dlai du transfert total travers lUTRAN au-dessous des limites

donnes qui dpendent du type du canal de transport utilis dans lUTRAN, qui lui-mme

dpend des attributs de la QoS du RAB. Par exemple, les services de la parole exigent un

dlai du transfert court, alors que les services de donnes NRT (Non Real Time) peuvent

tolrer des dlais plus grands mais contraignants. Dans le cas du trafic NRT, un contrle de

flux peut avoir lieu entre les nuds de lUTRAN. Pour le trafic sur la voie descendante,

lordonnancement des units de donnes sur linterface radio est contrl par le RNC qui

dfinit le temps effectif de transmission de chaque bloc.

Dans le RNC, ils existent deux files dattente pour la gestion des trafics, voix et

donnes. Lalgorithme de gestion de la file dattente donne une plus haute priorit pour les

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paquets situs dans la file du trafic voix. La file des donnes nest servie que lorsque la file de

la voix est vide.

III.6.3. Procdure de ngociation de la QoS entre les entits du rseau

Le diagramme suivant montre la manire avec laquelle les diffrents supports radio

sont grs dans le cas o un service de bout en bout est initi dans lquipement utilisateur et

une ngociation de la QoS est effectue.

Lors dune demande de connexion, le mobile transmet au GGSN les paramtres de sa

connexion travers un message PDP context . Ds la rception de ce message, le GGSN

dtermine le NodeB partir duquel il a reu cette demande et transmet les paramtres de la

connexion au RNC correspondant dans un RAB pour quil alloue les ressources ncessaires lapplication concerne. Le RNC dtermine toutes les connexions servies travers ce NodeB

ainsi que leurs paramtres de connexion. Si les ressources ncessaires pour la nouvelle

connexion ne sont pas disponibles, le RNC excute un algorithme de contrle dadmission et

de nouvelles valeurs des paramtres de connexion sont alors attribues aux diffrentes

applications. Si le paramtre QoS ngociable est activ, une ngociation des paramtres de

connexion est effectue entre lUTRAN et le CN. Dans le cas o le nouveau profil est

accept, le support radio et le lien radio sont tablis entre lUTRAN et lquipement de

lutilisateur. Dans le cas contraire, la connexion choue.

F igure II I .6 : Gestion des dif frents supports et ngociation de la QoS

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III.7. Les paramtres Radio mesurables

III.7.1. Les mesures effectus par UE

Les composants de mesures fournissent un support pour les mesures intrieures

spcifiques de lUE L3 RRC ainsi que le reportage des mesures pour UTRAN. Le composantRRC utilise Cell RSCP et les mesures de EC/N0pour les procdures de slection et re-

slection des cellules et aussi pour le contrle de puissance boucle ouverte. Il a besoin aussi

de mesures du BER pour le contrle de puissance boucle extrieur. LUTRAN requis les

mesures priodiquement ou bien pour un vnement de la gestion de handover, contrle de

radio bearer ou bien UE positionnement. Ces mesures suivent les mesures de timing des

cellules et mettent jour les relatives timing de la cellule utilise par RRC au mme temps

que les mesures changent. Le composant de mesure maintien les informations sur les cellulesqui doivent tre mesures, partage les mesures avec le composant de slection / re-slection

de cellule et les informations sont fournis UE dans SIB11 (System Information Block),

SIB12 et les messages de contrles sont utiliss pour spcifier les mesures qui doivent tre

effectues.

III.7.2. Gnral

Les rapports et les mesures de contrle sont utiliss par UTRAN pour contrler lesmesures que doit effectuer lUE. Le processus est trs versatile et permet plusieurs mesures

avec diffrents caractristiques dtre reportes, modifies et ralises au mme temps dans

les tats de RRC, les mesures sont contrler par SIB11, SIB12et les messages de contrle de

mesures reus par RRC. Dans le mode idle, les informations de contrle de mesures sont lues

partir SIB11 dans FACH alors que SIB12est utilis dans les modes paging. Les messages

de contrle de mesures sont utiliss dans tous les modes connects. Chaque mesure a une

unique identit, type, objet, quantit de mesure, quantit reports, validit, mode et des

identits additionnelles.

Les types de mesures suivants sont supports :

Les mesures intra-frquences : mesures sur les canaux physiques en DL effectues surla mme frquence dActive Set.

Les mesures inter-frquences : mesures sur les canaux physiques en DL effectues surdes frquences diffrentes de celle dActive Set.

Les mesures interRAT : mesures sur les canaux physiques en DL appartenant unautre rseau daccs radio GSM par exemple.

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Les mesures de volume de trafic : sont effectues sur le trafic en UL. Les mesures de qualit : mesures des paramtres de qualits en DL. Les mesures intrieures du UE Les mesures de positionnement dUE Les rapports de mesures RACH

Les cellules sont groupes suivant trois exclusifs sets :

Active set dfini comme le set des cellules utilises pour la connexion courante,ces cellules sont impliques dans le mcanisme de soft handover.

Neighbour set (Monitored set) est dfini comme le set des cellules pour lesquelleslUTRAN doit effectuer les mesures pour une situation particulire (comme

handover) et que leur valeur Ec/Io nest pas suffisamment importante pour treincluses dans la liste Active set.

Le set dtect est dfini par les cellules dtectes par UE qui ne sont ni dans le setactive ni dans le set moniteur.

III.7.3. Les mesures de la couche physique

Ces mesures sont effectues dans la couche physique puis reportes vers la couche

RRC de UE ou bien UTRAN.

III.7.3.1. CPICH RSCP

Cette mesure est utilise pour lvaluation du handover, contrle de puissance boucle

extrieure, contrle de puissance boucle ouverte en UL et pour le calcul du pathloss. Il est

dfini comme la puissance du code de signal reu RSCP (Received Signal Code Power). La

puissance reue pour un code est mesure sur le canal CPICH primaire de la cellule. La valeur

de la puissance est entre -115 dBm et -40 dBm.

III.7.3.2. UTRAN Carrier RSSI

Cette mesure est pour lvaluation du handover inter frquence. Il est dfini comme la

puissance de la largeur de bande incluant le bruit thermique et le bruit gnr par le rcepteur.

Le rang pour UTRAN Carrier RSSI est entre -101 dBm et -25 dBm.

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III.7.3.3. GSM Carrier RSSI

Cette mesure est pour le handover entre UTRAN et le GSM. Il est dfini comme RSSI

(Received Signal Strength Indicator). Cest la puissance reue de la bande troite sans celui de

la largeur de bande du canal. Il est fourni par la porteuse BCCH du GSM.

III.7.3.4. CPICH_Ec/Io

Cette mesure est pour la procdure de slection/re-slection de cellule ou bien pour

lvaluation du handover. Lnergie reue par chip est divise par la densit de puissance de

la bande.

Cette mesure est fournie par le canal CPICH primaire. Le rang du CPICH_Ec/Io est entre -24

dBm et 0 dBm.

III.7.3.5. UE transmitted power

Cette mesure est la puissance totale transmise par UE dans une porteuse. Le point de

rfrence pour la puissance transmise dUE est le connecteur de lantenne. Cette mesure varie

au tour de 21 dBm.

III.7.4. Les paramtres significatifs

Dans le rseau UMTS, trois lments lis aux particularits de la WCDMA peuvent

avoir un impact sur la qualit de service. Il sagit des problmes de brouillage du canal pilote

(pilot channel pollution), de la mauvaise configuration de la fentre de recherche (search

window configuration) ou de la couverture fluctuante en fonction de la charge des cellules.

Pour les paramtres Radio, daprs nos tudes, essentiellement, les paramtres qui

donnent une indication sur le niveau de la qualit radio dans la cellule de service. Ces

paramtres sont :

le rapport signal bruit (Ec/Io) le rapport (Eb/No) qui reprsente la qualit du lien radio FER (Frame Error Rate).

Mais les valeurs seuils des paramtres Eb/No et FER varient selon le type de service et

le nombre dutilisateurs servis dans la cellule courante.

CPICH_Ec/Io = CPICH_RSCP/UTRA carrier

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En effet, le mobile doit atteindre une valeur cible de Eb/No pour quil puisse pouvoir

accder au rseau. Pour atteindre cette valeur cible, le mobile doit mettre avec une certaine

valeur de puissance spcifie par le processus de contrle de puissance.

Pour chaque service, le rseau spcifie une valeur cible de Eb/No pour avoir unebonne qualit de service.

Pour le service voix (12,2 kbit/s) : Eb/No cible = 5 dB, FER = 3 %

Pour le service de classes interactives (64 kbit/s) : Eb/No cible = 3 dB, FER=1%

Pour le service de classe conversationnel (144 kbit/s) : Eb/No cible= 1,5 dB,

FER=2%

III.8. Les techniques dvaluation de la QoSPour la mise jour de ltat de fonctionnement du rseau, plusieurs outils danalyses

de la QoS, sont mis en place. La comparaison des indicateurs obtenus par ces techniques et les

paramtres de seuil, permet lidentification des origines des problmes. Ces techniques se

basent sur des analyses de linterface radio (Drive Test) et sur des analyses systmes

(compteurs OMCR).

III.8.1. Drive testLa mthode de mesure du drive test consiste la caractrisation prcise des canaux

radio. Cette technique danalyse permet la rcupration dune trace des mesures faites par le

mobile diffrents instants.

Le drive test nous offre une srie de mesures en mode circuit ou paquet, dont les principales

sont :

Longitude, latitude (X, Y):le systme de localisation GPS nous donne les coordonnsde chaque point de mesure.

UARFCN: UMTS Radio Absolute Frequency Channel Number. SC: Scrambling code number. LAC:Location Area Code. CI: Identit de la cellule. RA:Routing Area Code. URA: UTRAN Registration Area.

CPICH_power: la puissance en dBm sur le canal de contrle P-CPICH. MAX_TX_power: la puissance maximale transmise pour la cellule.

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CPICH_RSCP. Ec/Io. SIR: Rapport signal sur interfrence. BLER %: Taux derreur des blocs. UTRA carrier RSSI. SHO State. SHO Event Success Rate.

Le drive test nous permet aussi de faire la mesure de certains indicateurs spcifiques

au mode paquet et dont quelques un sont rcapituls dans les tableaux suivant :

Indicateurs d'accs au rseau UMTSDescription Calcul

Taux d'indisponibilit dela couverture UMTS

Nombre de points de mesures o le service est indisponible /nombre de points de mesures

Taux d'checdtablissement de la

connexion UMTS

Nombre dchec de tentatives dactivation de PDP Context/Nombre de tentatives dactivation du PDP Context

Dure moyenne deltablissement de la

connexion UMTSLa dure de ltablissement de la connexion UMTS est la

mesure de lintervalle de temps entre le clic de composer aprsle lancement de la connexion modem et laffichage deconnexion tablie

Dure moyenne dedconnexion

La dure de dconnexion UMTS est la mesure de lintervalle

de temps entre le clic sur le bouton dconnecter et ladisparition de la bote de dialogue de la connexion du modemUMTS.

Tableau I I I .3 - I ndicateurs d'accs au rseau UMTS

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Indicateurs du service WEB

Description Calcul

Taux d'chec du serviceWeb Nombre de sries o une page au moins na pas t chargecorrectement / Nombre de sries effectues avec Connexion

Modem UMTS ralise (coupures exclues)

Dure moyenne dechargement dune page

La dure de chargement dune page est la mesure delintervalle de temps entre la validation de lURL dans

lexplorateur internet et de laffichage du message termin en bas gauche, la page tant correctement et intgralementcharge.

Taux de coupure de laconnexion durant le

service WebNombre de coupures de la connexion modem UMTS /Nombre de connexions modem UMTS ralises

Dbit apparent duservice Web Somme des tailles des pages charges / Somme des dures dechargement.

Tableau I I I .4 - Indicateurs du service WEB

III.8.2. Compteurs OMC-R

Lune des principales fonctions de lOMC-R est la gestion de performance. Les

mesures de performance sont bases sur la collection des compteurs calculs par les entits du

rseau travers linterface ltf-R reliant lOMC-R et le RNC et linterface ltf-B entre OMC-R

et Node B. Ces mesures sont fondamentalement utilises pour quatre types de besoin :

loptimisation et la planification efficace du rseau les statistiques linvestigation dtaille dun problme pass lanalyse temps rel

Les mesures des compteurs au niveau de lOMC (remonts par les Nodes B lOMC-

R) sont faites sur un intervalle de temps prcis et sont lies un vnement survenu dans lerseau. Elles servent aux calculs des indicateurs cls de performance KPI (Key Performance

Indicators) du rseau par combinaison de ces compteurs selon des formules bien dtermines.

Lanalyse de ces indicateurs est trs essentielle pour la supervision de la qualit de service.

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III.9. KPI (Key Performance Indicators)

toute phase du cycle de vie du rseau, l'analyse QoS suie un processus de drill-

down. Au sommet, il y a un nombre rduit de critres de QoS qui rsument l'accomplissement

de la QoS lutilisateur final. Ce sont ces critres qui sont appels Key PerformanceIndicators (KPI).

Les KPI valuent fondamentalement la performance dun service suivant : le volume

du trafic dans le rseau, l'accessibilit au rseau, le maintien de l'appel, la qualit du service

Enduser, le trafic rseau, le comportement du Soft et Hard Handover.

Dans RNO ces KPI sont compils soit par RNC ou par zone cellulaire. Au moyen de Drive

Tests, ces indicateurs sont compils sur campagnes d'appels rptitifs, sur la rgion de service.

Volume de traficIndicateurs Description

RRC connection requestVolume de demandes de connexion RRC, y compris tous lesaccs au rseau (RAB, SMS, NAS, etc.)

Call setup request for voice,visio and PS

Volume de demandes d'tablissement RAB (pour chaque RAB

CS et PS et pour chaque dbit de donnes UL et DL), a refltele trafic utilisateur sur l'air et sur UTRAN.

Tableau I I I .5 - Indicateur s du volume de traf ic

Maintien de l'appelIndicateurs Description

Radio Call Drop Rate forvoice, visio and PS services

Le taux de coupure dappels sur linterface radio.

System Call Drop Ratefor CS and PS services

Le taux total de coupure dappels dtectes parUTRAN (incluant radio call drop).

Tableau I I I .6 -Indicateurs du maintien de lappel

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Comportement du Soft HandoverIndicateurs Description

Users with 1, 2, 3 or 4 radioLinks

La distribution de Active Set dans le rseau.

Soft and Softer HO rates Le rapport dutilisateurs en Soft et Softer Handover.

Tableau I I I .7 - I ndicateurs Soft Handover

Comportement du HandoverIndicateurs Description

Inter-RAT HO successRate

Taux de succs de HO 3G 2G pour le service de la voix.

Emergency HO success rate Taux de succs de HO durgence 3G 2G pour le servicede la voix.

Tableau I I I .8 - Indicateurs Handover

Les KPI sont extraits pour le rseau entier comme un tableau en premier lieu. Puis, leProcessus de Drill-Down consiste mieux dtailler KPI, dtecter la mauvaise cellule, heure

de pointe et correspondant les problmes de QoS avec la situation du rseau.

Ce processus consiste donc dtecter un comportement erratique au niveau du rseau

en premier lieu, puis s'approfondir dans une analyse plus dtaille par :

dterminer les cellules avec le comportement le plus mauvais traquer l'volution de toutes les heures des cellules les plus mauvaises

Si un des KPI dpassent les seuils fixs par loprateur, le superviseur du rseau

remarque quun problme est parvenu au niveau de la fonctionnalit quassure cet indicateur.

Gnralement, la cause de ce problme peut tre un problme de couverture, interfrence,

insuffisance de capacit, mauvais paramtrage du rseau

Par exemple si le taux de coupure de lappel est suprieur 2% alors on a un problme

de maintien dappel qui peut tre caus par la mauvaise couverture, linterfrence, problme

lors du handover (dans ce cas on consultera les taux de succs de handover) ou un mauvais

paramtrage du rseau. Aussi si le taux de succs de ltablissement dun service est infrieur

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95%, dans ce cas on a un problme daccsau rseau caus par la capacit, linterfrence ou

un problme de paramtrage du rseau.

Le tableau suivant illustre les seuils de quelques KPI :

Indicateurs SeuilsTaux de perte des sessions < 5%

Taux de retransmission des sessions < 5%

Taux dtablissement des sessions > 95%

Taux de coupures sessions RNC 2%

Taux des sessions russis > 95%

Taux de coupures sessions radio 2%

Taux de coupures dappels (call drop) 2%

Taux dtablissementdappels(call setup) >95%

Taux dappels russis (call success) >95%

Taux dchec de handover 2%

Tableau I I I .9 - Seui ls KPI

Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons analys la notion de qualit de service et les

caractristiques de ce concept. Nous avons galement analys les attributs de la QoS. Dans la

dernire partie nous avons identifi les paramtres radio mesurables du rseau UMTS comme

ils ont t normaliss par le 3GPP. Et nous avons expliqu les mthodes dvaluation de

performances et les principaux indicateurs de qualit de service que permet dassurer chaque

mthode. Ensuite, nous avons numr les divers KPI qui peuvent tre affects un tel

rseau.

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