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OPTIMISATION DES BANDES DE FREQUENCE EN DESSOUS DES 1GHZ(700MHz) EN VUE DE GARANTIR LA QOS DANS LES RESEAUX 4G:LTE Martial Konan Koffi 6 novembre 2015

Radio Mobile -Technologie sans fil

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OPTIMISATION DES BANDES DE FREQUENCE EN DESSOUS

DES 1GHZ(700MHz) EN VUE DE GARANTIR LA QOS DANS

LES RESEAUX 4G:LTE

Martial Konan Koffi

6 novembre 2015

Universite Nangui Abrogoua Cote D’ivoire

Republique Democratique de Cote D’Ivoire

Ministere de l’Enseignement Superieur et de la Recherche Scientifique

UNIVERSITE NANGUI ABROGOUA

UNITE DE FORMATION ET DE RECHERCHES DES SCIENCESFONDAMENTALES ET APPLIQUEES

DEPARTEMENT GENIE INFORMATIQUE

Memoire

Pour l’obtention du diplome de

MASTER en Genie Informatique

Presente par :

M Martial Konan Koffi

THEME :

optimsation des bandes de frequences en dessous des 1GHZ(700MHz)en vue de garantir laQoS dans les reseaux 4G :LTE

Memoire de fin d’etude de Master page I GI

REMERCIEMENT

Mon Memoire de Master est le resultat de mon premier travail de recherche et n’aurait puaboutir sans le soutien d’un certain nombre de personnalites. Je tiens donc commencer parremercier chaleureusement :En premier lieu,DIEU, qui sans sa grace ce memoire n’aurait jamais ete realise.

je remercie mon encadreur, M traore soungalo assistant a l’UNA, pour son aide consistante,son etat d’ouverture, ses conseils judicieux, son temps, sa patience et pour ses remarques ob-jectives. Nos discussions et nos partages d’idees me permettent d’envisager sereinement monavenir dans le monde de la recherche.

Je remercie les membres du jury, M Oumtagana S. de l’INPHB d’avoir l’amabilite de presiderle jury, M Eddy H. M Tchimou N’tapke d’avoir accepte d’examiner notre travail. Tous ensei-gnants au Departement de Genie Informatique de l’UFR-SFA de l’Universite Nangui Abrogoua.

Je profite de cette opportunite pour exprimer ma gratitude a tous ces enseignants qui ontcontribue par leur collaboration, sens d’ouverture, disponibilite et sympathie, a ma formation.

Je tiens aussi a remercier ma mere qui n’a jamais cesse de croire en moi et mon defunt perepour son sens de rigueur et dynamisme. Merci a mon grand frere judicael koaussi qui a toujoursete pour moi un modele. Merci a tous les membres de ma famille qui m’ont ete d’un soutienfort appreciable.

Durant mon programme d’etude de master, j’ai eu le plaisir de rencontrer des personnesmerveilleuses au sein du Departement Genie Informatique, qui se reconnaitront.

Je pense plus particulierement aux collegues du LAST “Laboratoire Science et Technologie”&du <LESN/IREN & GSIT >. L’ambiance y etait convivial, propice au partage d’idees et al’emulation collective..A tous ses amis et camarades avec qui j’ai debute mes etudes universitaires,une tres belleaventure fait de haut et de bas.Enfin, je tiens a remercier toutes ses personnes qui de pres ou de loin durant mon travail n’ontjamais cesse croire en moi et m’accorde leur confiance.

II

DEDICACE

Ce memoire est dedie a

Mon pere feu Konan Boh Celestin,

Ma mere Abe ahou madeleine,

Mon grand frere judicael konan K,

A mes freres,

Abe antoinette epse Sylla,

A la famille Komoe,

A l’ensemble de tous les membres de ma famille,

Mes ami(e)s,

Tous ses lecteurs,

Tous ceux qui m’aiment et que j’aime.

Martial Konan Koffi

� C’est l’habitude de douter et de considerer le cote sombre, deprimant, desesperer des chosesqui tue l’effort et qui paralyse l’ambition �

III

AVANT PROPOS

Ce present rapport a ete elabore dans le cadre de la preparation du diplome de fin d’etude deMaster en Genie Informatique a l’Universite Nangui Abrogoua. Ce projet est une contributiondans la standardisation des algorithmes d’ordonnancement pour une amelioration de la QoSlors de l’allocation des ressources radio disponibles dans les reseaux 4G(LTE).

IV

RESUME

Avec l’essor des services multimedias, garantir une reelle qualite de service est devenu unedes grandes priorites de la nouvelle generation de reseaux mobiles dit 4G. Cela implique queles algorithmes d’allocation de ressources soient capables d’assurer a la fois une equite eleveeentre utilisateurs, quels que soient leurs types de trafic et leur mobilite dans la cellule, unedifferenciation de service efficace et la maximisation du debit global du systeme. Dans lalitterature, plusieurs techniques de gestions des ressources basees sur une optimisation heu-ristique ont ete proposees. Les ressources sont allouees en fonction de l’information de l’etat ducanal radio liant l’emetteur et le recepteur. L’utilisation optimale de la puissance et de la bandefrequentielle par la methode d’acces OFDMA en mode descendant donne l’acces a un grandnombre d’utilisateurs et reduit l’interference. De plus La politique d’ordonnancement pour lagestion de ressource radio n’est pas standardisee pour la technologie LTE par le consortium3GPP. Le choix est pris par l’operateur et depend de plusieurs facteurs. Nous sommes vus, dansce projet de travailler sur cette nouvelle classe d’algorithmes d’ordonnancements (schedulings)base sur une meilleure approche de l’inter-couche MAC-PHY de l’eNB dit opportunistes. notretravail a consiste a effectuer une serie de simulations sur differents types de cellules en situationde forte et faible mobilite avec des parametres bien definis en vue d’evaluer les performancesde trois principaux algorithmes : PF, M-LWDF et EXPPF en terme : debit , equite, efficacitespectrale , delai, et taux de paquets perdus ,afin de mettre en exergue l’ordonnanceur adequatpour chaque situation.

Mots-cles :“Orthogonal Frequency Division Multiplexing”(OFDM), Ordonnancement, Diversite multi-utilisateurs, Qualite de Service, Differenciation de service,4G(LTE), simulation.

ABstract

With the flight of multimedia services, to guarantee a real quality of service became one of thebig priorities of the new generation of mobile networks said 4G. It implies that the algorithmsof allowance of resources are capable to assure a fairness raised between users at a time, wha-tever is their types of traffic and their mobility in the cell, an efficient service differentiationand the maximization of the global debit of the system. In the literature, several techniquesof managements of resources based on a heuristic optimization have been proposed. Resourcesare allocated according to the information of radio channel state binding the emitter and thereceptor. The optimal use of the power and frequency band by the method of OFDMA accessin fashion descending gives the access to a big number of users and reduce interference. BesidesThe politics of organization for the management of resource radio is not quite standardized forthe LTE technology. The choice is taken by the operator and depends on several factors. Wehave seen,in this project to work on this new class of algorithms of organizations (schedulers)basis on a better approach of the inter MAC-PHY layer of the eNB says opportunists. Ourwork has consisted has do a set simulations on different types of cells in situation of weak andstrong mobility with very definite parameters in order to value the performances of three mainalgorithms : PF, MLWDF and EXPPF in term : debit, fairness, spectral efficiency, delay, andlost packet rates, in order to put in inscription the adequate schedulers for every situation.Keyword : :“Orthogonal Frequency Division Multiplexing ”(OFDM),scheduling, Diversity multiuser, Qua-lity of Service, Differentiation of service,4G(LTE), simulation.

V

Universite Nangui Abrogoua Cote D’ivoire

Memoire de fin d’etude de Master page VI GI

Sommaire

REMERCIEMENT II

DEDICACE III

AVANT PROPOS IV

RESUME V

Liste des Abreviations XII

Introduction Generale 1

I EVOLUTION DES RESEAUX MOBILESET QUATRIEME GENERATION 3I.1 Evolution des reseaux mobiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3I.2 La Quatrieme Generation :4G(LTE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

I.2.1 LTE QoS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12I.2.2 Les Services Multimedias Emergents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

II NECESSITE D’OBTENTION DE FREQUENCES EN DESSOUS DES 1GHZET ETUDE DE LA BANDE DES 700MHZ 16II.1 Necessite d’obtention de frequence en dessous des 1GHz . . . . . . . . . . . . . 16II.2 Etude de la bande des 700MHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

IIIPOLITIQUE D’ORDONNANCEMENT 20III.1 Ordonnancement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20III.2 Etat de L’Art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

III.2.1 Modelisation Mathematique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21III.2.2 Differentes classes d’Algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22III.2.3 Les Algorithmes Classiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22III.2.4 Les algorithmes Equitables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23III.2.5 Les algorithmes Opportunistes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

CONTRIBUTION : suggestion concernant quels typesd’ordonnanceurs implementer comme ordon-nanceur de base du LTE pour une meilleuregestion de la QoS ? 29III.3 Approche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

III.3.1 presentation du simulteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30III.3.2 Contexte de notre Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32III.3.3 Scenarii a faible mobilte :0km/h( cas statique) . . . . . . . . . . . . . . 33III.3.4 Scenarii a faible mobilte :3km/h( cas pieton) . . . . . . . . . . . . . . . . 39III.3.5 Scenarii a forte mobilte :120km/h( cas vehicule) . . . . . . . . . . . . . . 45

VII

SOMMAIRE Universite Nangui Abrogoua Cote D’ivoire

Conclusion Generale et perspective : 53

Bibliographie et reference 54

Annexe 56

Memoire de fin d’etude de Master page VIII GI

Table des figures

I.1 estimation du nombre d’abonnes au LTE. source :http ://www.universfreebox.com/User-Files/image/MobileLTE2019.png . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

I.2 importance des services multimedias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5I.3 Evolution du GSM au LTE-ADVANCED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5I.4 Architecture complete du LTE. source :http ://www.techcriminals.com/lte/ltenetwork-

architecture.html . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8I.5 categories des terminaux compatibles LTE. source : LTE (reseaux mobiles wiki-

pedia consulte le 19-05-15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8I.6 architecture de L’E-UTRAN .source :http ://www.techcriminals.com/lte/ltenetwork-

architecture.html visite le 19-05-15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9I.7 architecture du reseau cœur.source :http ://www.techcriminals.com/lte/ltenetworkarchi-

tecture.html visite le 19-05-15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10I.8 structure de trame en FDD et FDD half-duplex (extrait du livre LTE et les

reseaux 4G p92) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11I.9 QoS au sein du reseau LTE (extrait du livre LTE et les reseaux 4G p92) . . . . 13I.10 differents types de bearer en LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13I.11 QCI standardise du reseau LTE .source LTE et les reseaux 4G . . . . . . . . . . 14

II.1 plan de repartition des frequences du dividende numerique1. source 052 053 UIT.pdf 16II.2 Un plan de frequence harmonise des 2 premiers dividende numerique selon 3GPP.

source Presentation-W-Bocquet-GSMA.pdf parue le 1er octobre 2014. source052 053 UIT.pdf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

II.3 complementarite frequence hautes et frequences basses. source consult-divid-num-130707.pdf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

II.4 haut debit et necessite de disposer frequence haute et frequence basse : sourceconsult-divid-num-130707.pdf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

III.1 iniquite des ressources en fonction de la position geographique. source :these-Gueguen.pdf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

III.2 parametre de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33III.3 courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33III.4 courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34III.5 figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes 34III.6 figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes 35III.7 courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35III.8 courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35III.9 figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes 36III.10figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes 36III.11courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

IX

TABLE DES FIGURES Universite Nangui Abrogoua Cote D’ivoire

III.12courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

III.13figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes 38III.14figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes 38III.15courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39III.16courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40III.17figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes 41III.18figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes 41III.19courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42III.20courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42III.21figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes 43III.22figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes 43III.23courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44III.24courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44III.25figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes . . . . . . 45III.26figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes . . . . . . 45III.27courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46III.28courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46III.29figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes . . . . . . 47III.30figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes . . . . . . 47III.31courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48III.32courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48III.33figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes . . . . . . 49III.34figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes . . . . . . 49III.35courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50III.36courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3

algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50III.37figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes . . . . . . 51III.38figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes . . . . . . 51

Memoire de fin d’etude de Master page X GI

Liste des tableaux

II.1 avantages et Inconvenients des frequences en or . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

III.1 Classification qualitative des ordonnanceurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28III.2 parametre de simulation2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33III.3 explication des elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

XI

Liste des Abreviations

1G 1 ere Generation2G 2 eme Generation3G 3 eme Generation4G 4 eme Generation5G 5 eme Generation3GPP 3 rd Generation Partnership ProjectA

ADSL Asymmetric Digital Subscriber LineARCEP Autorite de Regulation des Communications Electroniques et PostesAUC AUthentification CenterBBG Border GatewayBSC Base Station ControllerBSS Base Station Sub-systemBTS Base Transceiver StationC

CDMA2000 Code Division Multiple AccessCQI Channel Quality IndicatorEEDGE Enhanced Data Rates for GSM EvolutionEIR Equipment Identity RegistereNodeB evolved NodeBEPS Evolved Packet SystemEPC Evolved Packet CoreeUTRAN evolved UTRANFFDD Frequency Division DuplexingGGGSN Gateway GPRS Support NodeGMSC Gateway MSCGPRS General Packet Radio ServiceGSM Global System for Mobile CommunicationHHLR Home Location RegisterHSDPA High Speed Downlink Packet AccessHSPA High Speed Packet AccessHSS Home Suscriber ServiceIIEEE Institute of Electrical and Electronics EngineersIETF Internet Engineering Task ForceIMEI International Mobile Equipment IdentityIMS IP Multimedia Sub-systemIMSI International Mobile Subscriber IdentityIP Internet Protocol

XII

LISTE DES TABLEAUX Universite Nangui Abrogoua Cote D’ivoire

IS Interim StandardLLTE Long Term EvolutionMM2M Machine To MachineMAN Metropolitan Area NetworkMCS Modulation coding schemeMIMO Multi Input Multi OutputMME Mobility Management EntityMMS Multimedia Messaging ServiceMS Mobile StationMSC Mobile Switching CentreMSISDN Mobile StationMTS Mobile TeleSystemMWC Mobile World CongressNNMC Network and Management CentreNSS Network SubSystemNTT Nippon Telegraph & TelephoneNTR Non Temps ReelOOFDM Orthogonal Frequency Division MultiplexingOFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple AccessPPAPR Peak-to-Average Power RatioPCRF Policy and Charging Rules FunctionPCU Packet Control UnitPDN GW Packet Data Network Gate-WayPDP Packet Data ProtocolPGW Packet Switch-GetWayPLMN Public Land Mobile NetworkQQAM Quadrature Amplitude ModulationQdS Qualite de ServiceQoS Quality of ServiceQPSK Quadrature Phase Shift KeyingRRAN Radio Acces NetworkRB Resource BlockRNC Radio Network ControllerRNIS Reseau Numerique a Integration de ServicesRTC Reseau Telephonique CommuteRTCP Real-time Transport Control ProtocolSSAE System Architecture EvolutionSB Scheduling BlockS-GW Serving-Get WaySC-FDMA Single Carrier-Frenquency Division Multiplexing AccessSGSN Serving GPRS Support NodeSIM Subscriber Identity ModuleSINR Signal Interference Noise RatioSMS Short Message ServiceSMSC Short Message Service CenterTTB Transport BlockTCP Transmission Control Protocol

Memoire de fin d’etude de Master page XIII GI

LISTE DES TABLEAUX Universite Nangui Abrogoua Cote D’ivoire

TDD Time-Division DuplexTMN Telecommunications Management NetworkTRAN Terrestial RANTR Temps ReelUUDP User Datagram ProtocolUE User Equipment(Terminal Mobile)UIT Union Internationale des TelecommunicationsUMTS Universal Mobile Telecommunications SystemUTRAN UMTS TRANVVLR Visitor Location RegisterVoIP Voice over IPWWAP Wireless Application ProtocolWCDMA Wide Coding Division Multiple AccessWIMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

Memoire de fin d’etude de Master page XIV GI

introduction generale

La recherche continuelle de debit avec la formidable croissance des donnees mobiles afind’offrir plus de services, impliquent que des degagements en terme de frequences doivent etrefaites, surtout sur celle en dessous des 1Ghz couramment destinees a la television analogique,a cause de leurs bonnes penetrations dans les materiaux et necessitant peu investissement.Ainsi, donc le passage de la television analogique au numerique comme c’est le cas depuis le 17juin 2015 date butoir sur l’ensemble du globe terrestre occasionnera certainement un nouveaudegagement dite deuxieme dividende numerique :700 mhz �694-790� qui sera debattu a la pro-chaine CMR-15(Conference Mondiale sur les Radiocommunications )a l’ordre du jour 1.2 pourune utilisation possible a la TMI (Telecommunications Mobiles Internationales).mais l’incon-vennient est qu’il dispose d’une largeur de bande faible qui reduit le nombre d’operateurs pourson acquisition et le plus important dans tous cela c’est la gestion efficace des ressources radiodisponibles surtout qu’il est destinee a tres haut debit : 4G proposant des services emergentsstrictes en termes de qos.De plus les operateurs de reseaux mobiles dans le monde assistentdepuis plus 4 ans a une veritable explosion de la consommation de donnees , due notamment ala multiplication de cartes et de dongles USB�3G+� permettant une connexion pc aux reseauxmobiles, l’apparition de Smartphones,de tablettes et phablettes facilitant la navigation inter-net et l’acces aux sites communautaires et de partages de videos. Cet engouement n’est passans consequences sur les reseaux des operateurs : d’une part la capacite des reseaux 2G &3G actuels risque d’etre saturee et d’autre part les couts de fonctionnement augmentent plusrapidement que le revenus diminuant ainsi progressivement la rentabilite. A moyen terme lesoperateurs devront donc evoluer leurs reseaux vers une technologie offrant plus de capacite etleur permettant de generer de nouveaux revenus et de diminuer leurs couts :la 4G

problematiqueLes operateurs mobiles sont actuellement confrontes a une problematique quant aux orientationstechnologiques a suivre pour ameliorer les performances de leurs systemes i.e. du reseau d’acces.Cette problematique pourrait etre formulee a travers l’interrogation suivante : Comment doit-on planifier les methodes d’acces des futurs reseaux mobiles pour repondre aux besoins desapplications avancees ? Les methodes d’acces reposent sur divers elements techniques tels quela modulation, le codage, la correction d’erreur et l’ordonnancement. La multitude des choixde chacun de ces elements ainsi que la complexite due a la combinaison de l’ensemble de cesparametres constituent une problematique. Quelle methodologie doit-on suivre en vue de sup-porter les services qui marquent deja les generations futures des systemes mobiles ?

De tous ses elements techniques aussi importants les que les autres, l’Ordonnancement estl’element fondamental qui caracterise la methode d’acces. Plusieurs approches et algorithmesd’ordonnancement ont ete proposes dans la litterature pour repondre a ce besoin : commentallouer les ressources efficacement ?, cette diversite d’algorithmes est liee aux facteurs considerespermettant la gestion optimale de ressource radio, specifiant le type de trafic et Qos demandeepar l’UE.Cette maximisation de performance,combinee a la minimisation du cout d’exploitation, conduita des objectifs conflictuels qui requierent un certain compromis entre la qualite de service aoffrir et le cout de deploiement.

1

LISTE DES TABLEAUX Universite Nangui Abrogoua Cote D’ivoire

objectifsL’objectif de notre travail est de proposer, a partir d’une serie de simulations, des algorithmesqui feront face aux besoins d’allocations efficientes des ressources disponibles vue l’etroitesse desbandes afin offrir un degre de satisfactions a l’ensemble des utilisateurs du reseau. Il ne s’agiradonc pas de reecrire un nouveau model mathematique d’allocation de ressources ce qui seraitl’ideale mais de s’appuyer sur cet modele existant en proposant des algorithmes d’ordonnance-ments dit opportunistes qui permettront une allocation adequate de ressources radio disponiblesgarantissant la qualite de service(QoS). Pour cela nous avons essaye d’explorer les differentesclasses d’algorithmes d’ordonnancement existant afin de justifier le choix de cette classe d’al-gorithme dite opportuniste, donc du type d’algorithme d’ordonnancement a implementer.

plan du memoireLa suite du memoire est organisee de la maniere suivante.le Chapitre I) nous presentons l’evo-lution des reseaux mobiles et une description de la 4ieme generation et les services emergents.Le Chapitre II) parle de necessite de disposer plus bande de frequences surtout celle en dessousdes 1GHz entre autre la bande des 700mhz.Le Chapitre III) dedie a notre travail personnel, nous commencons par un etat de l’art etnous terminons par notre apport personnel qui consiste a proposer les algoritmes d’ordonnan-cement qui offrent une meileure Qualite de Service (QoS) et cela par une serie de simulationsde quelques algorithmes dits opportunistes.

Memoire de fin d’etude de Master page 2 GI

Chapitre I

EVOLUTION DES RESEAUXMOBILESET QUATRIEME GENERATION

Afin de pouvoir beneficier des memes avantages : services multimedias avancees et acces ainternet generalise a haut debit des reseaux residentiels (telephonie fixe, Adsl) dans un envi-ronnement mobile sans fil. Un ensemble de travaux vont etre entrepris dans ce sens, ce qui vaengendrer par la suite les reseaux mobiles sans fil. On assiste des lors a une proliferation desreseaux mobiles dit systemes cellulaires.

I.1 Evolution des reseaux mobiles

La premiere generation(1G) de la telephonie mobile est apparue courant les annees 70 etoperait dans la bande de frequence 890-915 MHz et 935-960 MHz. Cette generation compre-nait des systemes et des plates-formes de communications analogiques essentiellement dediesa la transmission de la voix. Plusieurs systemes de communication etaient presents. On pensepar exemple a : AMPS (Advanced Mobile Phone System) et NMT (Nordic MobileTelecom)respectivement developpes par Bell Labs et les services de communication de pays nordiqueseuropeens.Ces systemes ont cependant ete abandonnes il y a quelques annees, d’autres reseaux de com-munication ayant pris leur place, appele deuxieme generation.

Avec les progres dans l’informatique et les nouveaux types de codages numeriques, unerevolution naquit. La telecommunication mobile allait enfin devenir un service de masse.La deuxieme generation(2G) fut l’ere de la communication numerique avec l’apparition d’unnouveau mode de commutation le mode paquet :qui est une technique de commutation uti-lisee dans le transfert des donnees dans les reseaux informatiques, il consiste au decoupagedes donnees afin d’accelerer le transfert.conmme reseaux numeriques 2G,nous pouvons citer : leGSM(le plus repandu),PDC(Personnal Digital Cellular),le CdmaOne(IS-95),et l’US-TDMA(IS-136).L’ajout de couches logicielles supplementaires des systemes 2G cas du GSM donna naissanceen premier lieu au GPRS(General Packet Radio Service) sous le nom commercial de 2,5Gouvrant la voie a un acces plus ou moins generalise a internet et enfin l’EDGE(EnhancedData Rates GSM Evolution) denomme 2,75G servit de passerelle entre la 2G et la troisiemegeneration(3G),ameliorant notamment la vitesse de connexion a Internet.Les systemes de deuxiemegeneration comme le GSM, ont principalement ete concus pour la voix et il reste maintenantaux systemes de troisieme generation de developper toute une gamme de services donnes, tou-jours dans un contexte de mobilite.Les systemes dits 3G ont ete concus pour les communications multimedias. Avec ces systemes,les communications furent enrichies d’images et de video de grande qualite. L’acces aux informa-

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tions et aux services, que ce soit sur des reseaux publics ou prives, ont ete facilite par des debitsnettement superieurs et des fonctionnalites avancees. Cela, combine avec l’evolution continuelledes systemes de deuxieme generation, crea de formidables opportunites economiques, non seule-ment pour les constructeurs et les operateurs, mais aussi pour les fournisseurs de contenus etd’applications utilisant ces reseaux.Il existe plusieurs technologies 3G dans le monde. Chacune d’elles suivent les recommandationsIMT2000 (International Mobile Telephony2000)de l’UIT(Union Internationale des Telecommunications).Suivant les continents la norme utilisee est differente :� Europe : UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)� Amerique : CDMA-2000� Japon et Coree : W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access)� Chine : TD-SCDMA

La particularite des technologies 3G est d’avoir un reseau cœur IP. De toutes ses normesl’UMTS est donc la norme de telecommunications de troisieme generation dominante et utilisela technologie W-CDMA comme methode d’acces. Elle a ete deploiee a partir de 2004(france )et 2012 en Cote d’ivoire avec la Release 99 (R99.

Le deploiement des reseaux mobiles de troisieme generation 3G entre autre,la norme UMTSest presentement bien avance sur l’ensemble du globe terrestre. Ces reseaux permettent d’offrirun plus grand confort d’utilisation, grace notamment a des debits plus eleves, et contribuent audeploiement de nouveaux services. Les reseaux 3G ont ete developpes dans le but d’augmenterla capacite de transmission des donnees et ainsi ameliorer le confort des usagers utilisant desservices multimedia.Cependant, la capacite des ses reseaux mobiles est encore limitee par rapport a celle desacces traditionnels filaires. Leur developpement est donc toujours tres actif.De plus la coursevers le tres haut debit afin d’offrir plus services multimedias , avec le nombre d’utilisteursqui ne cessent de croitre avec un chriffre avoisinnant les sept(7)milliards courant 2014 selonhttps ://itunews.itu.int/fr/3855-Le-nombre-dabonnements-aumobile-frole-les-septmilliardsbrUn-telephone-pour-chacun-ou-presque.note.aspx visite le 15 mars 2015.

Figure I.1 – estimation du nombre d’abonnes au LTE. source :http ://www.universfreebox.com/User-Files/image/MobileLTE2019.png

a cela s’ajoute la consommation exponnentielle des donnees avec l’apparution de nouveauxequipements mobiles :Smartphones, tablettes , phablettes etc ; ses reseaux se voient incapablesde satisfaire la demande et cela conduit a une nouvelle generation reseau mobile.

selon les previsions menees par Ericsson mobility de juin 2014 nous pouvons constater la

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forte demande des services multimedias d’ici 2019.

Figure I.2 – importance des services multimedias

Des lors les reseaux 2G e t 3G se voient satures et memes depasses,le probleme de disposerd’une nouvelle technique d’acces s’impose. or l’histoire recente des reseaux mobiles montre qu’aune nouvelle generation est associee une nouvelle methode d’acces aux ressources radio ainsi lesreseaux de quatrieme generation(4G) sont les reseaux de demain, ils permettent une fois de plusd’accelerer le debit et d’offrir un temps de latence tres faible de l’ordre de 30ms contrairementa ses predecesseurs( 2G,3G,3G+) .

Figure I.3 – Evolution du GSM au LTE-ADVANCED

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I.2 La Quatrieme Generation :4G(LTE)

Au Debut des annees 2000 les travaux scientifiques entames en vue de proposer une tech-nologie d’acces permettant d’atteindre des debits de l’ordre 100Mb/s pour un utilisateur enmouvement et de 1 Gbit/s en mode stationnaire ont ete entrepris. ces progres aboutirent surune nouvelle technologie d’acces base sur l’ofdm permettant de supporter ce nombre croissantd’abonnes et la consommation exponentielle des donnees , ainsi en 2005 une nouvelle generationde reseaux mobiles denommee 4G apparu :

Le wimax forum mis en œuvre le wimax mobile sous le standard IEEE 802.16e.lareplique du consortium 3GPP donna naissance au LTE (Long Term Evolution).Ces 2 normesne satisfaisaient pas les specifications techniques imposees pour les normes 4G par l’Union in-ternationale des telecommunications (UIT) de l’IMT-2000. Ce qui leur a valu de les considerercomme de normes de 3ieme generation<3.9G >. En octobre 2010 l’UIT a reconnu la technologieLTE-Advanced (evolution de LTE definie par le 3GPP a partir de sa release 10) comme unetechnologie 4G a part entiere ; puis, il a accorde en decembre 2010, aux normes LTE et WIMAXdefinies avant les specifications IMT-Advanced et qui ne satisfaisaient pas completement a sespre-requis, la possibilite commerciale d’etre considerees comme des technologies 4G, du faitd’une amelioration sensible des performances comparees a celles des premiers systemes 3G :UMTS et CDMA2000 extrait de fr.wikipdedia.org/wiki/4G.

Avant que la technologie Long Term Evolution (LTE) n’arrive a maturite WiMAX etaitvu comme le futur des reseaux mobiles. Desormais LTE a pris l’avantage dans le domaine destechnologies 4G,bien qu’a l’heure actuelle les deux technologies aient des performances compa-rables. LTE a l’avantage d’etre un descendant direct des reseaux 3G courants<UMTS> . Parmices normes le cas LTE du consortium 3GPP, retient notre attention et fait l’objet d’une etudedetaillee.L’emergence du LTE est lie a une conjonction de facteurs techniques :~ Capacite : on peut definit la capacite d’une cellule comme etant le trafic total maximalqu’elle peut ecouler en situation de forte charge au cours d’une periode donnee. La capacited’une cellule est conditionnee par l’efficacite spectrale du systeme et la ressource spectrale dis-ponible.~ Debit : l’evolution des debits suit une progression semblable a celle de la capacite, chaquenouvelle technologies de reseaux mobiles augmentant les debits et suscitant une attente dedebits superieurs.~ La Latence : la latence d’un systeme designe le temps de reponse du systeme a une requeteutilisateur.

et facteurs industriels (fabricants de semi-conducteurs,operateurs de telephonie,fabricantsde telephones. . . ).

Actuellement disponible dans plus de 75 pays dans le monde dont 6 en Afrique ( Afriquedu sud , ile Maurice , Ouganda ,Angola, Namibie selon Global Mobile Suppliers Association(GSA) extrait du : www.afriqueitnews.com/2013/07/22/la-lte-est-dans-6-pays-africains) visitele 15-05-15.le reseau LTE est en pole evolution surtout avec le nombre d’abonnes mondiale estime ala fin de l’annee derniere a 9,3 millions d’abonnes au tres haut debit sur la planete contre142 000 en 2010 selon :www.zdnet.fr/actualites/4g-deja-plus-de-9-millions-d-abonnes-lte-dans-le-monde-39773949).

F Methode d’acces :Le principe de l’OFDM

La methode d’acces : ensemble de techniques mise en oeuvre permettant de beneficier defacon optimales des ressources radio disponibles : principe de l’OFDM.

Auparavant base sur une modulation mono porteuse avec etalement de spectre et accesmultiples a repartitions de codes (AMRC ou CDMA en anglais), cela occasionnait un

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taux d’erreur par bit(BER) eleve. Pour remedier a ces desagrements, l’idee de repartirl’information sur un grand nombre de porteuses a ete introduite. Avec l’Orthogonal Fre-quency Division Multiplexing (OFDM), la bande passante du systeme est decoupee enun grand nombre N sous-bandes appelees sous- porteuses (subcarriers).

Le principe est ensuite de diviser la suite des symboles d’origine, de duree Ts , en sous-suites de symboles de duree T = N*Ts . Chaque sous-suite est alors emise sur une sous-bande differente.L’information est ainsi repartie sur un grand nombre de porteuses composees de sous-canaux tres etroits de largeur inferieure a la bande de coherence du canal (si N est suffi-sament grand). Pour ces derniers, la reponse frequentielle du canal peut etre considereecomme constante. Ces sous- canaux sont donc non-selectifs en frequence, ce qui evite lesdistorsions du signal et reduit considerablement le risque de pertes d’information.

Pour conclure, l’OFDM est une modulation multi-porteuse qui permet d’accroitre la ca-pacite du systeme et d’apporter une meilleure resistance aux perturbations dues auxmulti-trajets. Le succes de l’OFDM est grandissant d’autant plus qu’il offre une tresgrande flexibilite dans l’allocation des ressources. En effet, chaque sous-porteuse peutetre allouee a differents utilisateurs avec des debits specifiques. L’acces multiple pour latechnologie LTE est different de celui du W-CDMA. En effet LTE utilise L’OFDMA(Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access), comme methode d’acces dans le sensdescendant (Downlink) (eNodeB −→ UE), Elle est derivee du multiplexage OFDM, maiselle permet un acces multiple en partageant les ressources radio entre plusieurs utilisa-teurs).Pour le sens ascendant (Uplink) (UE −→ eNodeB), la methode utilisee est SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Acces),une variante de l’OFDMA,elles ontpratiquement les memes performances (debit, efficacite. . . etc.), mais SC-FDMA transmetles sous bandes sequentiellement pour minimiser le PAPR (Peak-to-Average Power Ratio,OFDMA a un grand PAPR), ceci est necessaire, car l ’equipement terminal est dote d’unebatterie d’une duree de vie limitee.

Il utilise les techniques de duplexage : FDD & TDD

Cette diversite frequentielle procuree par la subdivision de la bande passante en sous-porteuses, ajoutee a la diversite multi-utilisateurs, peut conduire a un systeme extremementefficace s’il est utilise avec un algorithme d’allocation de ressources adequat.

Le terme LTE designe la technologie radio utilisee dans le reseau d’acces E-UTRAN(EvolvedUniversal Terrestrial Radio Access Network), celui ci est prevu pour etre attache au reseaucœur EPC developpe par le groupe de travail System Architecture Evolution (SAE).E-UTRAN plus EPC constituent le reseau complet appele EPS (Evolved Packet Sys-tem).L’architecture du reseau de haut niveau de LTE comporte trois composants princi-paux :} The User Equipment (UE).} The Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN).} The Evolved Packet Core (EPC).

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Figure I.4 – Architecture complete du LTE. source :http ://www.techcriminals.com/lte/ltenetwork-architecture.html

F The User Equipment (UE)Les terminaux LTE (appeles User Equipment ou UE dans les specifications 3GPP) peuventetre des telephones (Smartphones et phablettes), des cles-modems USB ou tout autretype d’equipements fixes ou mobiles (GPS, ordinateur, ecran video. . . ).on distingue 5categories de terminaux comme mentione dans le tableau.

Figure I.5 – categories des terminaux compatibles LTE. source : LTE (reseaux mobiles wikipedia consulte le19-05-15

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F Reseau d’acces(E-UTRAN)Le reseau LTE offre une architecture simplifiee du reseau mobile, aussi bien au niveaudu reseau d’acces que du reseau cœur. En effet, le reseau d’acces E-UTRAN (evolvedUTRAN ) ne contient plus qu’un seul nœud, l’Evolved Node B (eNodeB) auquel est rat-tache les UEs (User Equipment).

L’eNodeB d’E-UTRAN est capable de gerer plusieurs cellules logiques. Il gere entierementle lien radio entre autre :– modulation, demodulation : il utilise, comme HSDPA et WiMAX, les modulationsQPSK, 16 QAM et 64 QAM.– codage, decodage.– controle des ressources : creation, modification ou destruction de bearer (dirige par leMME), allocation de nouveaux canaux, etc.– gestion de la mobilite radio : decision de lancer une procedure de handover et choix deson type : utilisant l’interface X2, ou S1 etc.

Figure I.6 – architecture de L’E-UTRAN .source :http ://www.techcriminals.com/lte/ltenetwork-architecture.html visite le 19-05-15

F Reseau cœur(EPC)Une grande evolution apportee par le reseau LTE est l’abandon complet de la methode decommutation de circuits utilisee dans les reseaux GSM pour acheminer la voix. Absolu-ment toutes les donnees passent par le reseau EPC utilisant la commutation de paquets.Ce choix d’utiliser la Voice over IP (VoIP) simplifie encore l’architecture du reseau mo-bile et sa gestion, c’est pourquoi on dit qu’il est tout IP. L’EPC contient beaucoup defonctionnalites pouvant etre regroupees en plusieurs nœuds physiques quatre nœuds voirecinq selon certaines sources :

– PDN-GW (Packet Data Network Gateway) : Il connecte le reseau EPC avec le reseauexterieur appele PDN. Il est responsable du routage et permet aussi de remplir la fonctionde pare-feu.

– SGW (Serving Getway) : il est en bordure du reseau d’acces, il route les paquets down-link vers le eNodeB courant du UE .Le SGW gere aussi l’interfacage du EPC avec lesreseaux d’acces ; en effet la technologie EUTRAN n’est pas la seule a pouvoir se connecterau EPC.

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Il peut etre lie a plusieurs PGW pour permettre aux UEs d’etre connectes simultanementa differents PDN. Dans le cas ou l’UE est en mode idle le SGW peut etre amene a mettreen cache les paquets downlink lui etant destines, le temps pour le MME de <reveiller>le UE et de construire les bearers radio.

– MME (Mobility Management Entity) : Il incorpore certaines parties du SGSN n’ayantpas ete placees dans le SGW. Il y a un MME par SGW. Il gere toutes les fonctions duplan de controle (il n’est d’ailleurs pas sur le plan de donnees) relatives aux UE (viala couche Non- Access Stratum (NAS) dont il est le nœud terminal) et aux bearers. Ilauthentifie les UEs sur le reseau et le reseau aupres d’eux (procedure Authentication andKey Agreement (AKA)), en plus de gerer le cryptage des communications. Il route lesdemandes de creation de bearer provenant du PGW ou du UE et gere la negociationde leur QoS associee. Lorsque le UE est en etat idle et qu’une requete lui est destinee,c’est au MME d’indiquer au SGW ou se trouve le UE ; il gere donc la mobilite du UE.Il est aussi responsable du choix du SGW a la connexion des UEs ou lors de handoverentre deux eNodeB necessitant un changement de reseaux cœur (changement de SGW ouPGW). Le MME est lie au Home Subscriber Server (HSS) pour pouvoir authentifier lesUEs et enregistrer leurs etats et leurs localisations,il est aussi charge d’allouer aux UEsun identifiant temporaire lors de leur connexion. Il gere au niveau du plan de controle lamobilite entre les differents reseaux d’acces possibles.

– HSS (Home Subscriber Server) : C’est une base de donnees stockant les informationssur les sessions des UEs, comme la QoS a laquelle ils ont souscrit. Le HSS fait aussi partiedes nœuds gerant la mobilite de l’UE dans le sens ou il enregistre leur localisation pourle MME ou d’autres nœuds de technologies differentes comme le SGSN.

Figure I.7 – architecture du reseau cœur.source :http ://www.techcriminals.com/lte/ltenetworkarchi-tecture.html visite le 19-05-15

F Structure d’une trame LTEL’operation de l’interface radio dans le domaine temporel est decoupee en trames radioconsecutives de 10 ms. Une trame radio est divisee en dix sous-trames de 1 ms chacune,numerotees de 0 a 9. La sous-trame constitue un TTI (Transmission Time Interval), c’est-a-dire l’intervalle de temps de transmission elementaire pouvant etre alloue a un UE. Ilexiste deux types de structures de trames :– Le type 1 est adapte au FDD et au FDD half-duplex.

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– Le type 2 est adapte au TDD.Dans la structure de trame de type 1, chaque sous-trame est divisee en deux slots de 0,5ms chacun.Les slots d’une trame radio sont numerotes de 0 a 19. En FDD, dix sous-trames sontdisponibles pour la voie montante et dix sous-trames sont disponibles pour la voie des-cendante par periode de 10 ms, puisque les voies montante et descendante operent surdes frequences differentes. En FDD half-duplex, un UE ne peut transmettre et recevoirsimultanement, ce qui restreint le nombre de sous-trames utilisables dans chaque directionde transmission.

Figure I.8 – structure de trame en FDD et FDD half-duplex (extrait du livre LTE et les reseaux 4G p92)

F Les performances du reseau LTE

– Une mobilite a toute epreuve : L’un des grands avantages des reseaux mobiles est d’etredisponible partout, tout le temps , en tout lieu et toujours connecte et a n’omporte qui(everywhere, anytime, anyone).Pour cela les reseaux 4G ont ete prevus pour fonctionneraussi bien dans les zones denses que dans les zones rurales.assuree la connexion a desvitesse de 120 voire 350km/h.

– Des temps de reponse rapides : La 4G propose pour cela une latence moyenne de 20mset peut descendre en dessous de 5ms. Ceci permet de supporter les services temps reel IPnativement, comme la voix sur IP et le streaming sur IP.

– La voix sur IP : La 4G propose un service de voix sur IP. En effet ce standard s’appuiesur un reseau de transport de paquet IP. Il n’est pas prevu de mode d’acheminement pourla voix, autre la VoIP.

– Debit sur l’interface radio :Les performances couramment attribuees au reseau LTE sontde 100 Mbps minimum en downlink en considerant une allocation de bande de frequencede 20 MHz et un debit maximum montant instantane (du terminal au reseau) de 50Mbit/sen considerant aussi une allocation de bande de frequence de 20 MHz (avec un terminalde categorie 3) avec un delai d’aller-retour de moins de 10 ms (minimum de 1 ms) . Cesparametres correspondent au but que s’etait fixe le projet a son lancement, soit multiplierpar trois ou quatre le debit en downlink et par trois le debit uplink compare a HSPA.La taille des cellules a elle aussi augmente, pouvant aller jusqu’a 100 Km en zone rurale ;bien qu’il soit possible de maximiser le debit en utilisant de hautes frequences (jusqu’a2,4 GHz).Chaque cellule pouvant supporter au minium jusqu’a 200 UE.

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– Coexistence et Interfonctionnement avec la 3G :Le handover entre E-UTRAN (LTE) etUTRAN (3G) doit etre realise en moins de 300ms pour les services temps-reel et 500 mspour les services non temps-reel. Il est clair qu’au debut du deploiement de la LTE peude zones seront couvertes. Il s’agira pour l’operateur de s’assurer que le handover entreLTE et la 2G/3G est toujours possible. Le handover pourra aussi s’effectuer entre LTE etles reseaux CDMA-2000. Les operateurs CDMA evolueront aussi vers la LTE qui devientle vrai standard de communication mobile de 4ieme generation.

– Flexibilite dans l’usage de la bande : Comme indique precedemment E-UTRAN doitpouvoir operer dans des allocations de bande de frequence de differentes tailles incluant1.4, 3, 5, 10, 15 et 20MHz.

– Connexion permanente : Garanti une connexion permanente a l’acces internet l’un desprincipes du haut debit.

– Couverture de cellule importante :La couverture de la cellule est importante dans leszones urbaines et rurales .Une cellule 4G peut couvrir 5km de diametre dans les zonesfortement peuple et s’etendre jusqu’a 100 km dans les zones les plus recule avec l’acquisi-tion de la bande des 700 MHz. il sera donc possible de considerer des cellules qui pourrontcouvrir un large diametre. LTE supporte MIMO en uplink et downlink ce qui lui permetde multiplier par quatre l’efficacite spectrale et par dix le nombre d’usagers par cellule,compare aux premieres versions d’UMTS .

Une nouvelle version du LTE appelee LTE advanced correspondant a la version 10 desspecifications est en cours d’experimentation. Cette version appartient reellement a lacategorie 4G et est totalement compatible avec la technologie LTE actuelle.

I.2.1 LTE QoS

La QoS est un des facteurs les plus important dans les reseaux informatiques plus precisementdans les reseaux mobiles voir les reseaux 4G. La satisfaction d’un service demande requiert unminimum de QoS a mettre en œuvre pour un UE. La qualite de service (QdS) ou Quality ofservice (QoS) est la capacite de transmission dans de bonnes conditions d’un certain nombrede paquets dans une connexion entre un emetteur et un recepteur, et cela peut etre presentesous plusieurs termes tel que la disponibilite, debit, delai de transmission, gigue, taux de pertede paquets... Son but etant donc d’optimiser les ressources du reseau et de garantir de bonnesperformances aux applications. La qualite de service sur les reseaux permet d’offrir aux utilisa-teurs des debits et des temps de reponse differencies par application suivant les protocoles misen œuvre au niveau de la couche reseau.

Le controle de la qualite de service est essentiel pour l’operateur afin de garantir uneexperience satisfaisante a l’utilisateur. La technologie LTE offre des mecanismes dits de qualitede service differenciee afin de faciliter la prise en compte des contraintes de services differents.Les services mobiles peuvent etre distingues selon deux criteres principaux, souvent intimementlies.} Le service est-il temps-reel ou non temps-reel ?} Le service tolere-t-il des erreurs de transmission ?

Ces criteres de service permettent une prise en charge differencies de la part du reseau.Ce qui facilite la tache. le traitement d’un appel voix ne se verra pas imposer les memescontraintes que le telechargement d’un fichier. D’une maniere generale, les services temps-reel (par exemple, un appel voix ou un appel de streaming video) requierent des delais detransmission courts mais peuvent tolerer des erreurs de transmission. En revanche, les servicesnon temps-reel (par exemple, un telechargement de courrier electronique ou de fichier) revetentdes contraintes de delais relachees mais ne tolerent pas d’erreurs de transmission. Le reseau LTE

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utilise donc des techniques de QoS permettant de differentier les services et notamment la VoIPde maniere a prioriser au maximum ses paquets et eviter une degradation des communicationstelephoniques. Dans le reseau LTE la QoS est fournie entre l’UE and PDN (packet data network

Gateway ou internet) et est appliquee au Systeme du Paquet Evolue (EPS) ), porteur de lapartie-radio(ERAB ), porteur S1 et porteur S5/S8 via un ensemble de porteurs : Bearers,collectivement appele EPS bearer Voir figure ci-dessous.

Figure I.9 – QoS au sein du reseau LTE (extrait du livre LTE et les reseaux 4G p92)

A fin de repondre aux besoins specifiques de chaque types de trafic selon le mecanisme deQoS(identifier et de traiter distinctement chaque type de flux) , le concept de bearer EPS pardefaut et bearer EPS dedie ont ete mis en œuvre :Defaut : est par defaut est etabli quand un UE est attache initialement a LTE etablissant descontacts meme en mode idle.Dedie : toujours etabli quand il y a besoin de fournir QoS specifique comme : VoIP, etc de lavideo.

Certaines applications necessitent un debit garanti par le reseau, par exemple une sessionde streaming video ou un appel voix. Le bearer EPS qui est associe doit alors garanti ce debit.on fait reference a un bearer GBR (Guaranteed Bit Rate), lorsque les ressources sont alloueesde facon persistante au sein du reseau a ce bearer ou a un bearer Non-Guaranteed Bit Rate(non-GBR) sinon. Un bearer par defaut est toujours non-GBR tandis qu’un bearer dedie estsoit GBR ou non- GBR. Voir figure ci-dessous.

Figure I.10 – differents types de bearer en LTE

Un bearer est decrit par un ensemble de parametres qui s’appliquent a l’interface ainsi qu’auxequipements qui le gerent. Voici quelques parametres qos classes en fonction du QCi (element

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cle de la QoS).

QoS Class Identifier (QCI) :est le parametre defini au sein du systeme LTE/EPC pourdifferencier les qualites de services entre les flux de services differents. L’UE et les autres nœudsdu reseau tels que l’eNb, la S-GW,la P-GW determinent le traitement a appliquer aux paquetsde donnees d’un bearer EPS en fonction de valeurs de QCI definie pour ce bearer. neuf QCI onete identifie par la norme 3GPP. Table de correspondance des parametres QCI.

Figure I.11 – QCI standardise du reseau LTE .source LTE et les reseaux 4G

I.2.2 Les Services Multimedias Emergents

Il est encore tot pour identifier avec certitude de nouveaux services associes au LTE. Nean-moins, les caracteristiques techniques de ce dernier permettent de degager quelques pistes. Lepremier changement apporte par le LTE en termes d’experience utilisateur est donc un confortaccru d’utilisation des services en ligne : les pages web et les courriers electroniques se chargentrapidement grace au tres haut debit, tandis que la latence reduite garantit une reponse quasi-instantanee aux requetes, par exemple pour lancer le chargement d’une page web ou d’unevideo.Le tres haut debit permet egalement l’introduction de nouveaux services mobiles tels que lavideo haute definition en 3D, sur des ecrans larges de type tablettes, phablettes.

De plus, la faible latence ouvre la porte a de nouveaux services mobiles difficiles a mettreen œuvre jusque-la. On peut notamment citer les jeux video en reseau, qui devraient ainsi sedevelopper sur terminal mobile. La faible latence permet aussi d’accompagner sur les reseauxmobiles des evolutions de l’Internet fixe, comme le developpement des services de type cloudcomputing ou SaaS (Software as a Service), ou l’utilisateur fait appel a des capacites de calculet un logiciel mis en œuvre sur un serveur distant, les ressources de calcul du terminal ne servantqu’a l’acces au reseau et a assurer l’interface utilisateur. La faible latence est essentielle pources services afin d’assurer a l’abonne une perception du service similaire a celle qu’il aurait avecun logiciel installe directement sur le terminal.

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La capacite accrue permet de developper des services qui jusque-la auraient pu etre a l’origined’une saturation du reseau dans le cas d’un usage simultane par un grand nombre d’abonnes :on peut citer, par exemple, l’acces continu a des contenus en ligne, comme des web radio, ou desvideotheques ou discotheques numeriques, les terminaux recevant le media en temps reel au lieude le lire sur leur memoire locale. Enfin, les debits confortables combines a une meilleure capa-cite permettent l’introduction de modules LTE dans des equipements jusque-la non connectesau reseau.On peut par exemple citer des appareils photo ou des cameras video qui enverraient leurs imagesou videos directement sur un blog en ligne, ou des lecteurs multimedias telechargeant des videoset de la musique. Les communications de machine a machine, communement appelees M2M(Machine- to-Machine)ou MTC (Machine-Type Communications), sont egalement appelees ase developper grace au LTE. Ces dernieres recouvrent une large gamme de services, allant, parexemple, de cameras de videosurveillance transmettant continuellement vers un serveur avec undebit de l’ordre de quelques centaines de Kbit/s, a des capteurs renseignant a distance l’etat decompteurs de consommation electrique, qui transmettent typiquement avec un debit tres faibleune fois par mois.Ces derniers, toutefois, ne necessitent pas les hautes performances du LTE, et ne se developperontvraisemblablement que lorsque le cout des terminaux LTE sera suffisamment faible. Les evolutionstechnologies croissantes de la LTE ouvrent la porte vers de nouveaux services tres strictes entermes de qos et necesssite de disposer de bandes frequences hautes comme basses s’imposent.

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Chapitre II

NECESSITE D’OBTENTION DEFREQUENCES EN DESSOUS DES1GHZ ET ETUDE DE LA BANDEDES 700MHZ

II.1 Necessite d’obtention de frequence en dessous des 1GHz

Depuis une quinzaine d’annee l’on assiste au passage progressive de la television analogievers numerique sur l’ensemble du globe terrestre .cela occasionna donc le degagement de bandesde frequences qui feront plutard l’objet de sollicitation pour le compte des communicationselectroniques. Ainsi en novembre 2007 apres des debats tres difficile a la CMR -07(conferencemondiale des radiocommunications 2007), la possibilite a ete donnee pour les pays de la region1 d’utiliser la bande 790-862 MHz dite 800 MHz, issue du dividende numerique1, au servicemobile. Et les autres regions (Amerique et Asie-Pacifique), ou les frequences au dessus de 806Mhz etaient deja utilises la possibilite a ete donne d’utiliser la bande des 700Mhz�698-806�.extrait de 052 053 UIT.pdf.Un plan de frequence du dividende numerique1 .

Figure II.1 – plan de repartition des frequences du dividende numerique1. source 052 053 UIT.pdf

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Ainsi la bande 800 MHz vient completer la bande 2500 – 2690 MHz dite 2,6 GHz, harmoniseeau niveau mondial comme bande d’extension pour les services mobiles des reseaux 4G.

Suite aux divergences d’harmonisations rencontrees lors du precedant dividende numerique,en fevrier 2012 a la CMR-12 des actions sont menees pour mettre un terme a cette situation.Les pays du moyen orient et de l’Afrique se rendirent compte que disposer des 800 Mhz pourles services mobiles actuels ne leurs permettaient pas de satisfaire la demande sans ouvrirde nouveaux spectres de frequences. Un degagement de frequences est donc envisageable :dividende numerique2.

la bande 694- 790 Mhz dite 700 MHz ou encore appele � frequence d’or�issue de cetdeuxieme dividende numerique a ete inscrit dans le cadre du point de l’ordre du jour 1.2 dela prochaine CMR-15( prevue en octobre -novembre 2015).un accent a donc a ete tout par-ticulierement mis sur l’harmonisation des conditions techniques et reglementaires qui confir-mera l’utilisation de cette bande. La bande 700 MHz completera la bande 800 MHz (dividendenumerique 1), pour le deploiement des reseaux larges bandes en dessous de 1 GHZ.

Figure II.2 – Un plan de frequence harmonise des 2 premiers dividende numerique selon 3GPP. sourcePresentation-W-Bocquet-GSMA.pdf parue le 1er octobre 2014. source 052 053 UIT.pdf

L’acces au spectre constitue un enjeu majeur pour satisfaire les futurs besoins des servicesmobiles a tres haut debit. L’augmentation croissante des usages mobiles appelle en effet desa present a l’identifitier de nouvelles bandes de frequences, afin de faire correspondre dansle futur les volumes de trafic mobiles attendus avec les quantites de frequences adequates.De plus la generalisation de l’Internet haut debit mobile, l’evolution vers des debits encoreplus eleves (et la croissance anticipee du trafic) necessite de reexaminer l’adequation des res-sources en frequences mises a disposition des operateurs aux besoins associes a la poursuite dudeveloppement des services de communications mobiles. Des etudes menees ces dernieres anneesont reveles une saturation au debut de la prochaine decennie des bandes de frequences actuel-lement utilisees par les services mobiles, notamment dans les zones urbaines (agglomerations aforte densite d’utilisateurs).La croissance des debits et du trafic conduit inevitablement a unbesoin supplementaire en ressources hertziennes, et ce malgre la meilleure efficacite spectraledes futurs systemes mobiles. Ainsi, l’Union Internationale des Telecommunications (UIT) es-time dans un rapport publie en 2006 que les besoins en frequences a l’horizon 2020 - incluantles bandes de frequences deja identifiees - seront compris entre 1280 et 1720 MHz extrait duRapport UIT-R M.2078 – “Estimated spectrum bandwidth requirements for the future de-velopment of IMT-2000 and IMT- Advanced”).En attendant la reconversion de la bande 700MHz en vue de son utilisation pour les services mobiles , une etude sur cette derniere serait labienvenue. L’une des particularites de cette bande est qu’elle est utilisee en grande partie par latelevision avec des puissances d’emissions importantes ce qui favorisera un deploiement rapidedes reseaux a large bande.

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II.2 Etude de la bande des 700MHz

Avant tout propos il est bon de savoir que, toutes les frequences ne sont pas egales : unedistinction doit etre faite entre les frequences basses, situees en dessous de 1 GHz (1000 MHz),et les frequences hautes, situees au dessus de 1 GHz, dont les caracteristiques physiques depropagation radioelectrique sont tres differentes.

Les bandes en dessous des 1 GHz communement appele frequence d’or1 comme c’est le casdes 700MHz issue du prochain dividende numerique2 ont des caracteristiques intrinsequesqui leur sont propres . En effet les bandes de frequences situees au dessus de 1 GHz permettentde faire face a l’augmentation des debits et du trafic, la realisation d’une couverture efficiente,notamment en zone rurale, et l’amelioration de la qualite de reception des reseaux necessitela mise a disposition de frequences en dessous de 1 GHz. Ces frequences disposent en effetde meilleures qualites physiques a l’interieur des batiments. Elles sont adaptees a la realisationd’une couverture etendue du territoire par les services mobiles dans des conditions economiquesraisonnables, ainsi qu’ une penetration a l’interieur des batiments(penetration de 0.50m dansles materiaux) equivalente a celle des reseaux existants,d’ou le surnom de frequences en or .

Figure II.3 – complementarite frequence hautes et frequences basses. source consult-divid-num-130707.pdf

Comme nous pouvons le constater( figure ci-dessous) les frequences basses a elles seules nesuffisent pas pour satisfaire les besoins des services mobiles. Il est donc naturel de disposerde davantage de frequences hautes et basses pour repondre aux besoins de developpement surl’ensemble du territoire de l’acces Internet mobile vers des debits plus eleves.

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Figure II.4 – haut debit et necessite de disposer frequence haute et frequence basse : source consult-divid-num-130707.pdf

Table II.1 – avantages et Inconvenients des frequences en orAVANTAGES INCONVENIENTSMeilleure couverture (propagation physique plusrobuste)

Faible largeur bande

Meilleure penetration al-lant 420 a 500 mm soit0.50m dans l’ensemble desmateriaux de construc-tions

Faible capacite

Faible attenuation Historiquement occupepour la television analogie

avantage non negligeableen termes de couts deconstruction des reseauxlesquels necessitentun nombre plus faibled’emetteurs

Tres couteux : la ventedu droit a l’utilisation deces frequences aux princi-paux operateurs est d’ungrand rapport financierpour l’etat

[1] :700 MHz nommees frequences en or en raison de leur extreme pouvoir de penetration-allant de 420 a plus de 500 mm - soit environ 0,50 m dans l’ensemble des materiaux deconstruction extrait du site :www.alternativesante.fr/onde-electromagnetique/les-frequences-en-or-arme-de-destructions-massives).

Dans le premier chapitre nous avons presente l’evolution des reseaux mobiles et decrire lereseau LTE , ses performances, la QoS qu’il met en place et les services emergents possible aoffrir. ensuite le deuxieme chapitre nous avons parle de l’importance des bandes de frequencesen dessous des 1GHz (700 MHz) et inconvennients.. Ce qui va nous interesser par la suite et fait l’objet de ce memoire est la suggestion d’algo-rithmes d’ordonnancement qui tiennent compte des contraintes et exigences en vue de garantirune meilleure gestion de la QoS sous la 4G.

L’etroitesse de la largeur de bande disponible sous ses bandes avec les services emergentspossibles un compromis doit etre trouver afin de garantir la QoS de ses services.

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Chapitre III

POLITIQUED’ORDONNANCEMENT

III.1 Ordonnancement

Dans un souci de performances du systeme en particulier du reseau d’acces, il est importantde se doter d’outils techniques adequates en vue de satisfaire la demande des services proposeset sollicites dans de meilleurs conditions : de nombreuses techniques ont ete mise en œuvre ausein de la methode d’acces dont l’ordonnancement.

L’ordonnancement est l’un des plus importants mecanismes de gestion de ressources dansles reseaux informatiques en particulier dans les reseaux mobiles sans fil tel est le cas : LTE, ilpermet de determiner a quel utilisateur il convient de transmettre dans un intervalle de tempsdonne le ou les ressources necessaire tout en procurant une equite elevee. C’est un elementdeterminant dans la conception puisqu’il repartit l’allocation du canal entre les utilisateurs etainsi, d’une maniere generale, determine le comportement global du systeme. Un debit optimaldu systeme peut etre obtenu en affectant toutes les ressources radio a l’utilisateur avec lesmeilleures conditions radio du canal, neanmoins un Ordonnanceur, en pratique, devrait avoirplusieurs niveaux d’equite. La prediction de la qualite du canal, la capacite de la cellule, ainsique des classes differentes de priorites de trafic sont des exemples d’informations sur lesquelsl’Ordonnanceur se base pour ses prises de decisions.

Le LTE des son deploiement reposait sur des techniques d’ordonnancement de type classiquequi maximisaient le debit comme critere de QoS sans trop tenir compte de la QoS des services,du canal, et la differenciation des services .or avec le nombre croissant des utilisateurs , l’ap-parition de nouveaux equipements : Smartphones ,tablettes et phablettes etc, permettent deapplications multimedias evoluees : video a la demande ,videoconference , jeu en ligne . . . .etc.,gourmandes en ressources et strictes en termes de QoS. Il est opportun de disposer des tech-niques d’ordonnancement qui repondent a ses besoins pour une meilleure equite des ressourcesdisponibles et une differenciation de services. De plus, il n’existe pas d’algorithmes standards,le choix est propre a chaque operateur en fonctions de certains facteurs qu’il definit.Pour cela nous allons nous interesser a une tache importante de l’eNodeB presente dans la partieLTE(reseau d’acces), c’est le RRM (Radio Resource Management) son objectif est d’accepterou de rejeter les demandes de connexion au reseau, en assurant une distribution optimale desressources radio entre les UEs (Users Equipements). Il est constitue principalement de deuxelements AC (Admission Control) est responsable de l’acceptation et du rejet des nouvellesrequetes et PS (Packet Scheduling) realise l’allocation des ressources, efficacement aux differentsutilisateurs deja acceptes par l’AC. Dans ce travail on se focalisera sur le PS ou ordonnanceur,qui realise une allocation efficace des ressources radio dans les deux sens c’est-a-dire Uplink etDownlink (considere dans notre cas) en tenant compte des parametres tels que :⊕ les conditions de propagation radio specifiques dont ils beneficient sur chaque unite de res-source.⊕ les volumes de donnees qu’ils ont a transferer/recevoir,

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⊕ les contraintes de qualite de service a respecter (PLR, delai)...

Ainsi, en faisant le meilleur tri donc un choix parmi ses differents algorithmes d’ordonnance-ment, les operateurs peuvent adapter sur mesure le comportement du systeme a leurs besoins.

III.2 Etat de L’Art

Avant d’aborder ces differentes classes d’algorithmes qui existent, voyons a present le modelemathematique sur lequel s’appuie ces algorithmes.

III.2.1 Modelisation Mathematique

Les algorithmes que nous verrons par la suite sont inspires de ce modele presente par HaiderSafa and Kamal Tohme a l’ International Conference on Telecommunications (ICT), 2012.ilpermet de calculer le debit(represente par r) atteint par l’utilisateur k sur une seule soustrame(TTI).

r k =N∑

N=1

ρk,n *

qk,max(gk,∗n)∑

j=1

bk,j ∗rj [1]

Avec :ρk,n : indicateur du nombre de SB(scheduling blocks) alloue a un utilisateur.

q k, maxg k, n * :la plus grande valeur de MCS obtenue sur le n-ieme SB pour la valeurde CQI,

g k, n : indicateur de la qualite du canal (CQI) et n* :valeur max de CQI dans tous les SBs.

b k, j : est le MCS choisi pour l’utilisateur k sur tous les SBs qui lui sont alloues.

rj : le debit atteignable par un seul SB.

Donc, le probleme d’allocation de ressources radio a pour but de maximiser le debit desutilisateurs sous les contraintes suivantes :

max

N∑k=1

rk [2] sous contrainte que :

r k≥ R k ∀k [3]

ρk,n = 1, ρk′,n = 0, k 6=k’ [4](un SB est alloue a un et un seul utilisateur )

qk,max(gk,∗n)∑

j=1

bk,j=1 [5] tous les SBs d’un utilisateur emploient un seul MCS

: veut dire en indice.

[2] :la fonction objectif qui vise a maximiser le debit,

[3] :la fonction visant a assure un debit minimal pour tous les utilisateurs (c.-a.-d. assureune certaine QoS)

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[4] :assure qu’un SB peut etre attribue a un seul utilisateur,

[5] :tous les SBs d’un utilisateur emploient un seul MCS (contrainte sur les reseaux LTE)

NB :SB (scheduling block) minimale de ressources allouees a un utilisateur qui est constituedeux 2 Ressources blocks(RB) consecutif =une sous-trame (1ms)=1 TTI .RB = 1 Slot

III.2.2 Differentes classes d’Algorithmes

L’objectif des ordonnanceurs est en priorite de reussir a acheminer un maximum d’informa-tions vers la/les destination(s). Pour ce faire, il leur faut optimiser l’efficacite spectrale afin demaximiser le debit global. Ensuite, ils doivent assurer equite et differenciation de service entreles differents mobiles afin de garantir la meilleure QoS possible. Plusieurs approches et algo-rithmes ont ete proposes dans la litterature pour repondre a ce besoin (allouer les ressourcesefficacement), cette diversite et multitude d’algorithmes est liee aux facteurs consideres per-mettant la gestion optimale de ressources radio, specifiant le type de trafic donc du type deQoS demandee par l’UE.

Algorithmes d’ordonnancement utilises en Downlink

Compte l’etroitesse de la largeur de bande disponibles en dessous des 1GHz ( 700 MHz) et lesservices emergents possibles tres strictes en terme de bandes. faille donc trouver un compromisentre largeur de bande et QoS a garantir c’est a dire trouver quelle classe d’algorithmes quiarrivent satisfaire au mieux les contraintes et exigences de ses applications multimedias .Il existe plusieurs familles d’algorithmes dans la litterature ,ici nous sommes inspires de ceuxcites dans la :theseguegen.pdf et de l’article 1405.3869.pdf...) , chaque famille contient un en-semble d’algorithmes qui ont des caracteristiques communes propres. Nous presenterons iciune liste non exhaustive de ses algorithmes existants. On peut les regrouper en trois grandescategories : les algorithmes simples et anciens derives du filaire que l’on denommera par leterme�classiques� , les algorithmes plus complexes qui introduisent plus d’� equite� et lesalgorithmes �opportunistes� qui surclassent les deux premieres categories.

III.2.3 Les Algorithmes Classiques

Les reseaux mobiles sans fil etant une replique des reseaux filaires, embarquent les memes lesalgorithmes d’allocation de ressources en effectuant quelques reglages. Parmi ces algorithmesclassiques nous pouvons citer : l’allocation aleatoire et l’algorithme Round Robin sont les deuxles plus connus et facile a implementer.

Round Robin (RR)[6]

C’est une strategie classique d’allocation des ressources radio, l’algorithme alloue la memequantite de ressource aux utilisateurs en partageant le temps, par consequent, le debit diminueconsiderablement vue, que tous les utilisateurs du systeme utilisent les ressources radio suivantun quantum de temps cela pour deux raisons :⊕ L’affaiblissement de propagation : qui depend essentiellement de la distance entre l’UE et lastation de base (plus l’utilisateur est proche de la station de base plus il aurat un debit superieurpar rapport a l’autre qui est distant malgre que chacun dispose des memes Urs (unites de res-sources ).⊕ Les contraintes de qualite de service : les mobiles ayant une QoS plus faibles auront debitsuperieur a ceux qui ont des contraintes plus strictes.Avec le Round Robin, les mobiles qui utilisent des applications de type best effort peuvent

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beneficier d’un debit et d’une qualite de service exceptionnelle par rapport a leurs besoins audetriment d’autres utilisateurs ayant des applications necessitant un debit eleve et un niveaude qualite de service similaire aux applications temps reel.

En un mot RR permet une equite des unites ressources(URs) sans pour autant garantit uneequite des debits entre UEs. Il alloue les Urs sans tenir compte de la position, la capacite et lesbesoins de chaque utilisateur. L’allocation est aveuglement faite ce qui ne permet pas d’assurerune quelconque qualite de service.

Allocation aleatoire(RA)[7]

Allocation aleatoire en anglais RA (Random Acces) est technique d’ordonnancement simplea mettre en œuvre et donc largement implementee. Il s’agit tout simplement d’allouer la res-source radio de facon aleatoire entre les utilisateurs. Tous les utilisateurs ayant statistiquementla meme chance d’acceder au canal, ils recevront sur le moyen et long terme un meme nombred’unites de ressource quels que soient leurs besoins. Allouer ainsi la ressource conduit donc surle moyen et long terme a la distribuer d’une maniere homogene et revient a procurer les memesperformances reseau que le Round Robin.

Bilan

Les methodes conventionnelles telles que le Round Robin ou l’Allocation Aleatoire sont parleur simplicite de mise en œuvre ,des standards de l’ordonnancement. Cependant, bien qu’enapparence equitables, leurs incapacites a prendre en compte les particularites des flux des uti-lisateurs conduit inevitablement a une incapacite a differencier les services. Par consequent,satisfaire d’une maniere equitable les utilisateurs et assurer une quelconque qualite de serviceest impossible. De plus, ces ordonnanceurs sont plus adaptes a l’origine pour les reseaux filairesque les reseaux mobiles sans fil. Avec la montee en puissance du nombre d’utilisateurs et lesavancees technologiques, il est imperatif aujourd’hui, d’apprendre a mieux utiliser la ressourceradio.

III.2.4 Les algorithmes Equitables

Ces algorithmes visent a repondre aux besoins d’equites dont n’offraient pas les premiers al-gorithmes apparus dit classiques. Ainsi plusieurs travaux de recherches seront entrepris en vuede proposer des algorithmes d’ordonnancement plus complexe, visant une meilleure equite etdifferentiation de service entre les utilisateurs dans les reseaux LTE : les algorithmes equitables.il faut noter que l’equite ne veut pas dire l’egalite.

Fair Queuing (FQ) :[8]

Le principe de fonctionnement de l’algorithme :Fair Queuing consiste en une distribution egale du debit entre tous les utilisateurs, en effet pourun lien qui supporte un debit D, chaque utilisateur est servi avec un debit D/K. Le Fair Queuingassure une meilleure equite d’allocation aleatoire que le Round Robin. Cependant, il presenteles memes inconvenients que les algorithmes classiques vu que les besoins des utilisateurs sonttoujours negliges, les utilisateurs qui ont besoin d’un haut debit restent toujours penalises faceaux autres. La qualite de service reste inexistante.

Le Weighted Fair Queuing (WFQ) :[9]

Le Weighted Fair Queuing (WFQ) est une amelioration de l’algorithme Fair Queuing (FQ).Cetalgorithme prend en compte une differentiation entre les services en donnant la priorite auxutilisateurs qui ont besoin d’un debit plus eleve. L’algorithme utilise un systeme de marquage(poids) qui permet de privilegier certains flux en leur accordant davantage de bande passante.

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Ce principe permet de controler la qualite de service. Ainsi, le WFQ peut garantir differentsdebits entre les utilisateurs et assurer une potentielle equite en termes de satisfaction descontraintes de qualite de service.

Max-Min Fair (MMF) :[10]

Le principe de fonctionnement de l’algorithme :

L’algorithme distribue les ressources entre les utilisateurs successivement en vue d’augmen-ter le debit de chaque utilisateur. Une fois que l’utilisateur alloue les ressources demandeespour atteindre son debit, on passe a l’utilisateur suivant. L’algorithme s’arrete par epuisementdes ressources ou que les utilisateurs soient satisfaits. Le MMF est un critere de choix dans unenvironnement multiutilisateurs des systemes OFDM. Cependant il alloue les ressources sansse soucier que les utilisateurs peuvent avoir des exigences differents ou pas. La notion d’equiterealisee par cet algorithme n’est pas optimale car elle ne prend pas en consideration le niveaud’exigence de chaque UEs, en plus de cela il ne tire pas meilleure profit de la bande passanteun des criteres essentielle de performances des reseaux d’acces. Par consequent cet algorithmepourrait etre a peine un choix efficace pour l’allocation des ressources en LTE.

Bilan

Comme nous pouvons le constater avec Max-Min Fair et le Fair Queuing, l’equite entre mo-biles est amelioree par rapport aux ordonnanceurs classiques. Le Weighted Fair Queing, quanta lui, permet de differencier les flux et donc, en les priorisant de maniere adequate d’atteindreune satisfaction globale plus elevee. A cote de ses avantages dont jouissent ses algorithmes uninconvenient majeur est a souligner : la non prise en charge des etats des liens qui separentla station de base des utilisateurs. Par consequent, certaines URs(unite de ressources= TTI)sont regulierement allouees a des utilisateurs qui ne peuvent pas bien les exploiter a cause demauvaises conditions physiques (liees entre autres aux attenuations multi-trajets). Cela conduiteventuellement a un gachis de bande passante et donc a une perte significative de debit pourle systeme, critere de performance pourtant essentiel dans les reseaux d’acces.

III.2.5 Les algorithmes Opportunistes

Ces algorithmes viennent pour pallier au deficit rencontrer par leurs predecesseurs en termesd’equite des ressources radios, de gestion de bande passante, prise en compte des differenciationsde services etc.

Des travaux scientifiques ont ete entrepris pour corriger cet etat de fait qui aboutirent acette conclusion que une nouvelle approche inter-couches MAC/PHY est une solution par-ticulierement adaptee pour realiser un usage optimal des ressources radio. Les resultats decette approche vont s’averes efficaces et ont donne naissance : aux ordonnanceurs opportu-nistes plus robustes. Deux classes d’algorithmes ont emergees : le Maximum Signal-to-NoiseRatio(MaxSNR) et le Proportional Fair(PF, EXP-PF (Exponential Proportional Fair)etc... Ti-rant profit de la diversitee frequentielle et multiutilisateurs pour allouer prioritairement lesressources aux mobiles qui ont les conditions de transmission/reception les plus favorables (lemeilleur rapport signal/bruit).

Ce type d’algorithme utilise des files d’attentes infinies, ces files d’attente sont utilisees dansle cas de trafic non temps reel. L’objectif principal de ce type d’algorithmes est de maximiserle debit global du systeme.

Maximum Signal-to-Noise Ratio (MaxSNR) :[11]

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MaxSNR (egalement connu sous le nom de Maximum Carrier to Interference ratio (MaxC/I)),la priorite est donnee a l’utilisateur actif qui a le plus grand rapport signal sur bruit (signal-to-noise ratio (SNR)).

Si l’on designe par m (k,n)le nombre maximum de bits qui peut etre transmis durant un in-tervalle de temps sur la sous-porteuse n si on l’alloue au mobile k, l’allocation MaxSNR consistea allouer l’unite de ressource � intervalle de temps pour la sous-porteuse n � a l’utilisateur jqui a le plus grand m (k,n) avec : j = argmax (m (k,n)) , k = 1,..., K, o‘u K designe le nombretotal d’utilisateurs actifs.

Profitant de la diversite multiutilisateurs et frequentielle, l’ordonnancement MaxSNR al-loue constamment la ressource radio a l’utilisateur qui a la meilleure efficacite spectrale et parconsequent qui permettra d’obtenir le meilleur debit sur chaque UR. En adaptant dynami-quement la modulation, il permet ainsi de faire un usage extremement efficace de la ressourceradio et de se rapprocher de la limite de capacite de Shannon1 ce qui lui permet d’accroıtretres fortement le debit du systeme. Cependant, un effet negatif de cette allocation est que lesutilisateurs proches du point d’acces ont toujours une priorite disproportionnee sur les utilisa-teurs plus eloignes. Beneficient d’une attenuation de propagation plus faible et donc d’un SNRplus grand, les mobiles proches seront souvent, voire toujours, selectionnes avant les mobileseloignes qui ne se verront alors allouer que les residus. Comme l’illustre la figure ci-contre.[1] :c=log2(1 + S/B).

Figure III.1 – iniquite des ressources en fonction de la position geographique. source :theseGueguen.pdf

On s’apercoit que les utilisateurs dans la zone verte accedent a la ressource radio en prioriteet voient leurs besoins combles, dans la zone rouge en revanche les mobiles sont penalises et ne sevoient attribuer que la bande passante residuelle une fois les mobiles de la zone prioritaire servis.

Dans une situation de congestion du reseau, il est frequent de constater que les mobileseloignes n’accedent plus du tout a la ressource radio. Ainsi avec MaxSNR la garantie dela qualite de service est pratiquement inexistant puisque cette derniere va exclusivement oupresque dependre de la position relative des mobiles. De plus, le MaxSNR presente un autreinconvenient : il ne tient pas compte des besoins des utilisateurs lors de l’attribution des prio-rites, se trouvant dans l’incapacite d’assurer une quelconque differentiation de service. L’interetde son utilisation dans les contextes multimedia reste donc limite. Pour ces raisons, le MaxSNRest actuellement considere comme l’ordonnanceur le plus efficace du point de vue de la maxi-misation du debit mais egalement le moins equitable.

Proportional Fair (PF) :[12]

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CHAPITRE III. POLITIQUE D’ORDONNANCEMENT Universite Nangui Abrogoua Cote D’ivoire

Son but est d’essayer de maximiser le debit global du systeme en augmentant le debit de chaqueutilisateur en meme temps, il essaye de garantir l’equite entre les utilisateurs. Le principe duproportional Fair est d’allouer un intervalle de temps de la sous-porteuse a l’utilisateur quia les conditions de transmission les plus favorables par rapport a sa moyenne via sa fonctionobjective suivante :

a=di(t)

di-

d i(t) :Debit correspondant au CQI de l’utilisateur i.

d i- :Debit maximum supporte par le canal.

Grace a cette strategie d’allocation, les mobiles ne sont selectionnes que lorsqu’ils beneficientde conditions radio exceptionnellement bonnes et qu’ils sont par consequent les plus aptes atirer le meilleur profit des URs en terme de debit. Cependant, un inconvenient majeur demeure,etant donne que les utilisateurs eloignes du point d’acces ont en moyenne une plus faible effi-cacite spectrale que les utilisateurs plus proches, tous les mobiles ne beneficient pas du memedebit. L’equite n’est donc pas atteinte de plus, le Proportional Fair ne prend pas en compteles contraintes de retard maximum a ne pas depasser pour les applications, les debits sou-haites,. . . etc. Ne gerant pas la differentiation de service, il est impossible de traiter les mobilesayant des trafics heterogenes, comportant des debits variables et des contraintes de qualite deservices specifiques. Le PF n’est donc pas bien adapte a la gestion des services multimedia.En conclusion, malgre ces limites, le PF apporte une reelle amelioration en termes d’equite enreduisant l’ampleur du probleme par rapport au MaxSNR.Grace a l’utilisation de l’approche opportuniste, le haut debit obtenu dans le systeme est compa-rable au MaxSNR et l’equite equivalente a celle procuree par le RR. Combinant les avantages desalgorithmes classiques et du MaxSNR ,le Proportional Fair apparait donc comme la meilleurestrategie d’allocation de ressource actuelle pour les reseaux sans fil.

Exponential Proportional Fair (EXP-PF) :

C’est une amelioration de l’algorithme PF qui supporte les flux temps reel (multimedia), aufait, il priorise les flux temps reel en gardant un minimum de garantie pour l’autre type detrafic( non temps reelle(NRT)).Pour le trafic TR(temps reel) la priorite est determinee de lafacon suivante, pour utilisateur k designe pour l’ordonnancement :

k=max αidi(t)

di-exp(

αiwi(t)− x1 +√x

) [13]

x=1

NRT

NRT∑i=1

αiwi(t) [14]

w i(t) :Delai tolere par le flux et αi : parametre positif pour tout i (utilisateur).

NB : un meme utilisateur peut solliciter plusieurs service RT et NRT .

F Algorithmes considerant les delais

Ce type d’algorithme traite les delais d’arriver et de delivrance des paquets. Concue principale-ment pour traiter les flux temps reel (multimedia et VoIP). Si un paquet depasse ces valeurs deretard tolere, il sera supprime de liste des flux a ordonnancer ce qui degrade considerablementla QoS. M- LWDF (Maximum-Largest Weighted Delay First) est un exemple d’implantationde cette famille.

M-LWDF :

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Cet algorithme prend en charge des flux ayant des exigences de QoS differentes, il essaye deponderer les retards des paquets en utilisant la connaissance de l’etat de canal, a un instant t,l’algorithme choisi un utilisateur k pour l’ordonnancement via la formule ci-dessous.

k=max αidi(t)

d−iwi(t) [15]

C’est pratiquement la meme formule de l’algorithme EXP-PF, sauf que : αi=log(δi)Ti

δi : probabilite avec laquelle l’exigence du delai peut etre violee.

T i : le delai que l’utilisateur i peut tolerer.

Cet algorithme s’adresse principalement au flux temps reel qui exige le respect des delaisen garantissant une certaine equite entres les utilisateurs, il donne de bons resultats dans cecontexte, par contre pour les flux non temps reel, ce n’est vraiment pas un bon choix vu que ledelai n’est vraiment pas un parametre important. La priorite de ces derniers est calculee de lameme facon que pour le Proportional Fair.

F Algorithmes optimisant le debit

Ce type d’algorithme essaye de maximiser la fonction objective qui represente le debit, cetteapproche traite les flux temps reel et non temps reel, l’allocation de ressources depend de lataille de la file de chaque utilisateur. Exemple d’algorithme de cette famille EXP Rule, Max-Weight etc.

F Les algorithmes multi-classe

Cette approche considere les classes de flux ou le traitement est different pour chaque classe RTet NRT. Ce type d’algorithme privilegie les flux temps reel par rapport aux non temps reel, cequi le rend les plus adequats et plus efficace pour l’ordonnancement en LTE, par contre l’equiten’est vraiment pas considerer.

Bilan et discussion

Les algorithmes classiques concus generalement pour les reseaux filaires ne prennent pasen compte les contraintes des transmissions sans fil et sont orientes vers la maximisation dudebit, par contre pour les algorithmes evolues surtout celle dite opportunistes tiennent comptede l’etat de canal et sont beaucoup plus efficaces parce qu’ils permettent de bien adapter lesbesoins aux conditions de propagation. L’utilisation de la modulation adaptative est possible.Ils offrent de meilleurs performances dans un environnement multi-utilisateurs, par contre, sanscette diversite multi-utilisateurs, les ordonnanceurs opportunistes sont prives de choix et offrele meme debit que tout autre ordonnanceur classique. Ce dernier point explique pourquoi lesordonnanceurs opportunistes sont toujours utilises dans un contexte multi-utilisateurs. Avectoutes ses qualites indeniables dont disposent les algorithmes evolues,il serait interessant de lesimplementer sur Les reseaux apres la 3G, specifiquement sur les reseaux 4G(LTE) qui se focalisesur la Qos des flux temps reel. De plus avec l’arrivee sur le marche de nouveaux equipementsmobiles tels que les phablettes supportent des applications multimedias emergents tres strictesen termes de qos. Il va sans dire que ces algorithmes seront d’un atout majeur dans la quete desatisfaction des besoins utilisateurs en termes services demandes et proposes, gain en nombresd’abonnes et revenus.

Au vue de ses differents classes d’algorithmes que nous venons de mentionner ci-dessusune comparaison serait envisageable mais compte tenu des caracteristiques intrinseques dontchacun dispose, il serait plus ou moins difficile. Notamment le debit offert, la qualite de service(differentiation de service), l’equite qu’il offre entre les differents utilisateurs et enfin la simplicite

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de son implementation. Le tableau ci-dessous tente de resumer le niveau de performance desordonnanceurs presentes dans cette partie. Les criteres de performance sont representes dansle tableau comme suit :

En se mettant sur une echelle de 0 a 2 avec 0 : representant le plus faible niveau et 2representant l’objectif maximal atteindre vers lequel il est souhaitable de tendre. De tous ce quiprecedent on peut se permettre d’etablir ce tableau ci-dessous. Il est a noter que ces donneessont a titre indicatif.leur objet n’est pas de comparer les algorithmes mais de se faire idee surles ordonnanceurs a mettre en œuvre plus rapidement.

Differenciation service : selon son service oui/non

Table III.1 – Classification qualitative des ordonnanceursOrdonnanceur RR RA FQ WF MMF MaxSNR PF EXP-PF M-LDWFDebit 0 0 0 0 0 2 2 2 2Equite 1 1 2 2 2 0 1 1 1Differentiation de service non non Non Non Oui Non Non oui ouiSimplicite 2 2 1 1 2 1 1 1 1

Algorithmes d’ordonnancement utilises en Uplink

Contrairement a l’ordonnancement en downlink, l’ordonnancement en uplink est bien pluscomplique pour plusieurs raisons, premierement, c’est l’UE qui envoie les donnees et nous sa-vons tres bien que l’UE est dote d’une source d’energie limitee, deuxiemement, c’est tres difficilede prevoir le nombre de ressources radio necessaires a un UE pour qu’il puisse echanger cesdonnees avec la station de base. Suivant la fonction objectif prise en consideration et suivantles classes de trafic qui passe par-dessus les canaux radio, nous avons trois grandes categoriesd’ordonnanceurs : ceux traitant les flux best-effort, ceux qui prennent en consideration la QoSet ceux optimisant la puissance d’emission.

Conclusion PartielleEn conclusion le LTE etant oriente vers des services multimedias emergents tres consomma-trices en ressources il est important de faire une differenciation des services ce qui permettrade supporter les besoins de trafic temps reel a haut debit, offrir une equite entre les utilisateurset garantir un taux de rejet de donnees tres faible. Donc disposer d’algorithmes evolues quipermettent l’allocation adequate des ressources est fort remarquable. Cependant la diversitedes flux (QoS) et les conditions radio affectent les performances de l’algorithme et font del’allocation de ressource un probleme difficile a combler. De plus chaque algorithme essaye demaximiser et/ou minimiser plusieurs parametres en meme temps. Pour cette raison, chaqueapproche ou algorithme essaye d’optimiser le maximum des parametres qu’il pourra.

Concernant le cote uplink, il est beaucoup plus complique vue les nouvelles contraintes im-posees, comme, les RBs alloues a un seul utilisateur doivent etres continues, plus la contraintesur la puissance du signal emis. Les algorithmes traitant la Qos sont les plus adaptes et lesplus sondes, car ils traitent le facteur le plus important dans les reseaux LTE, qui est la Qosdes flux. Faille donc trouver un compromis entres ces criteres selon le besoin en terme de typetrafic et qualite de service et degre de satisfaction des utilisateurs.

Au vue de cet etat de l’art nous avons identifier une classe d’algorithme dite opportunistequi permettent une meilleure prise en compte des contraintes et exigences donc une meilleuregestion de la QoS . la question suivante se pose : pourqoui ne pas les( les algorithmes de cettefamille) proposer comme ordonnanceur de base du LTE ?

Memoire de fin d’etude de Master page 28 GI

Contribution :suggestion concernantquels types d’ordonnanceursimplementer comme ordonnanceur debase du LTE pour une meilleuregestion de la QoS ?

III.3 Approche

Pour repondre a cette question nous avons pu identifier trois types d’ordonnanceur sur les-quels notre choix s’est porte en evaluant leurs performances a savoir :=⇒ PF : oriente applications NTR(non temps reel)=⇒ EXP-PF :oriente applications TR(temps reel)=⇒ MLDWF :oriente applications TR avec une contrainte plus stricte de delaien effectuant des mesures de QoS car le LTE est oriente plus applications temps reelle( mul-timedias) que non temps reelle :=⇒ debit : contrainte liee aux applications temps reelle=⇒ delai : contrainte liee aux applications temps reelle=⇒ plr : contraite liee aux applications non temps reelleet de performances du systeme :=⇒ indice d’equite :arriver a garantir un degre de satisfaction a tous.=⇒ efficacite spectrale : determine comment chaque ordonnanceur gere la largeur de bandepour offrir un meilleur debit( nombre de bits/s/hz).Via un simulateur : LTE-SimLTE-Sim est un simulateur open source qui peut etre utilise sous Unix et Windows. Il estdeveloppe pour l’analyse et l’evaluation des reseaux LTE pour les recherches dans ce domaine.Il est code en C, C++ et python, Il possede une bibliotheque tres riche qui tient compte detous les aspects intervenant dans le reseau LTE et implemente les differents types de protocolepour toutes les couches. Il est tres modulaire d’ou il permet facilement l’integration de nouveaumodele propre au chercheur. Son inconvenient c’est qu’il presente une faible documentation, vuqu’il est en cours de developpement et il est enrichi de nouveaute d’une version a autres. Lesprincipales fonctionnalites du simulateur LTE-Sim sont les suivants :

Environnement mono et multicellulaire (macro, micro, femto), Gestion de QoS,

Environnement multiutilisateurs, Mobilite, UDP en dans la couche transport, TDD, FDD,

Algorithme d’ordonnancement PF, EXP- PF, et M-LWDF .., Modulation AMC.

Notre choix s’est porte sur cet simulateur ,pour sa richesse en protocole d’ordonnancementobjectif principale de notre recherche, pour sa modularite qui permet de developper nos propresmodeles, les integrer et les tester facilement et surtout qu’il permet de simuler les reseaux LTEet fournir une verification complete des performances des systemes LTE. LTE-Sim englobe

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plusieurs aspects du reseau LTE, incluant a la fois l’acces universel Evolved Radio Terrestre(E-UTRAN) et le Systeme Evolved Packet (EPS).

III.3.1 presentation du simulteur

LTE-Sim implemente trois categories de nœuds du reseau LTE a savoir :~ UE (User Equipement) : qui represente les utilisateurs du reseau LTE.~ eNB (Evolved Node B) : qui represente les stations de base dans le reseau LTE~ MME/GW (Mobility Management Entity/Gateway) : qui represente l’element cle dans lecontrole des nœuds du reseau d’acces LTE (UE, eNB). Il permet egalement de gerer la procedured’activation/desactivation de la transmission sur le lien radio, de gerer la procedure de handoveret d’effectuer le choix de la passerelle pour la transmission des paquets d’un UE lorsque celui serattache a un eNB. Chacun de ces nœuds peut etre a la fois source ou destinataire d’un messageet est par consequent identifie dans LTE-Sim par une adresse source et de destination, un portsource et de destination et le type de protocole de transport qu’il utilise. A noter que dans laversion actuelle du LTE-Sim seul le protocole de transport UDP (User Datagram Protocol) estimplemente.

Le simulateur est compose de 4 grandes classes : Simulator, NetworManager, Flows Mana-ger, FrameManager.

~ Simulator : Cette classe permet la gestion des evenements.

~ FrameManager : La mise en œuvre effective de la structure de trame LTE est garantiepar cette composante.

~ FlowManager : Permet la gestion des applications. Elle est composee d’une seule methode.

~ NetworkManager : Cette composante permet la creation des equipements, gestion de laposition des UE, la mobilite, et la gestion des techniques de reutilisation des frequences.

F Simulation de scenario sur LTE-SimLTE-Sim permet de simuler des scenarios de communication dans des topologies mono-cellules ou multi-cellules. Un scenario de simulation est constitue par plusieurs objets,modelisant les principaux elements d’un systeme LTE. Dans LTE-Sim, un scenario LTEpeut etre cree en tant que fonction statique dans un fichier en-tete C++, il englobe 6scenarios :

=⇒ single-cell-with-streets=⇒ single-cell-without-interference=⇒ single-cell-with-interference=⇒ single-cell-with-femto=⇒ multi-cell-sinrplot=⇒ multi-celldont les signatures :z static void SingleCellWithoutInterference (double radius, int nbUE, int nbVoIP, intnbVideo, int nbBE, int nbCBR, int sched type, int frame struct, int speed, double max-Delay, int videoBitRate, int seed)Cette fonction permet la simulation d’un reseau LTE dans un environnement monocellu-laire avec des interferences.

z static void MultiCell (int nbCell, double radius, int nbUE, int nbVoIP, int nbVideo,int nbBE, int nbCBR, int sched type, int frame struct, int speed, double maxDelay, intvideoBitRate, int seed)Cette fonction permet la simulation d’un reseau LTE dans un environnement multi cel-

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lulaire.

z static void MultiCellSinrPlot (int nbCell, double radius, int nbUE, int sched type, intframe struct, int speed, int mobility model, int seed)Cette fonction permet la simulation d’un reseau LTE dans un environnement Multicellu-laire avec la gestion de la mobilite.

z static void SingleCellWithFemto ( double radius, int nbBuildings, int buildingType,double activityRatio, int nbUE, int nbFemtoUE, int nbVoIP, int nbVideo, int nbBE, intnbCBR, int sched type, int frame struct, int speed, int accessPolicy, double maxDelay,int videoBitRate, int seed)Cette fonction permet de simuler un reseau avec un femtocellule.

z static void SingleCellWithInterference (int nbCells, double radius, int nbUE, int nb-VoIP, int nbVideo, int nbBE, int nbCBR, int sched type, int frame struct, int speed,double maxDelay, int videoBitRate, int seed)Cette fonction permet la simulation d’une cellule avec des interferences.

z static void SingleCellWithStreets ( double radius, int nbStreets, int nbUE, int nbFem-toUE, int nbVoIP, int nbVideo, int nbBE, int nbCBR, int sched type, int frame struct,int speed, double maxDelay, int videoBitRate, int seed)Cette fonction permet la simulation d’un reseau avec une cellule et des rues.

F Parametrages des algorithmes d’OrdonnancementL’objectif le plus important dans LTE est l’ordonnancement des ressources radio afin desatisfaire aux exigences en QoS de toutes les applications. Cet objectif est tres difficilea atteindre en presence des applications multimedia temps reel caracterisees par une in-tolerance au delai de transmission des paquets : quelques algorithmes d’ordonnancementimplementes sous LTE-Sim :

199K PF 299K M-LWDF 399KEXP 499K FLS 5 99K Optimize EXP Rule 6 99K Optimi-zed LOG Rule

F Parametrage types de trames

199K FDD 299K TDD

F Parametrage de type video :

3 debits binaires disponibles pour la video en kbps : 128, 242, 440

F Modele de mobiliteAfin de prendre en compte la mobilite des utilisateurs pour assurer une simulation realiste,cinq modeles de mobilites les plus rencontres sont supportes :

~ CONSTANT POSITION : Dans ce modele les nœuds sont immobiles.

~ RANDOM DIRECTION : Ce modele fournit un nombre constant de voisins dans toutela simulation.

~ RANDOM WALK : Ce modele est developpe pour imiter un mouvement imprevisible.

~ RANDOM WAYPOINT : Dans ce modele la mobilite des nœuds est typiquementaleatoire et tous les nœuds sont distribues uniformement dans l’espace de simulation.

F Parametrages de type speed

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0, 3, 30 et 120 km/h equivalent respectivement a des scenarii statiques, des pietons, desVehicules.LTE-Sim implemente uniquement des files d’attente de type FIFO (First In First Out).Installation du simulateur LTE-Sim (tutoriel d’installation et manuel d’explication de-taille vous ai presente en Annexe)

III.3.2 Contexte de notre Simulation

Afin de garantir le LTE partout , a toute heure et a n’importe qui (principe de mobilite atoute epreuve).nous avons choisit ces 3 cas de mobilite suivant :−→ Statique : utilisateur de se deplacant a 0 km/h−→ Pieton : utilisateur se deplacant a 3 km/h−→ En vehicule : utilisateur se deplacant a 120 km/hselon les 3 types de cellules a cause de largeur de bande disponible :−→ SingleCell(cellule sans interference)−→ SingleCellWithInterference(cellule avec interference)−→ SingleCellWithFemto(petite cellule)Dans une situation de :−→ faible charge :nombre minnimal d’utilisateur (5 pour notre cas )−→ forte charge :nombre maximale d’utilisateur ( 25 pour notre cas )pour utilisateur sollicitant simultanement les trois types de services (triplay) :=⇒ Voix=⇒ Video=⇒ Data.Dans le simulateur nous avons rentre les valeurs comme ceci :que nous avons repertorie dans ce tableau suivant :

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Figure III.2 – parametre de simulation

pour les cellules a femto il faut ajouter ces parametres suivant :

Table III.2 – parametre de simulation2nombre de Buildings 1type de Buildings 0activity ratio 1nombre UE femto 4

Simulation du PF ,EXP-PF, MLDWF en Downlink

cette premiere seance de simulation concerne le cas Statique(utilisateur se depalcant a vitessede 0km/h) avec les 3 types de cellules pour des utilisteurs allant de 5, 10,15,20 et 25 sollicitantsimultanement les 3 services :Voix, Video et Data

Analyses et Interpretations des mesures obtenues de ces courbes

III.3.3 Scenarii a faible mobilte :0km/h( cas statique)

♦Cas d’une cellule avec interference

�Debit par utilisateur(throughput)

Figure III.3 – courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

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Comme on peut le constater sur cette figure le debit propose (205kb/s) a 5 utilisateurs par ses3 algorithmes est superieur a la valeur minimum de 128kb/s indique(voir figure III.2) et atteintles 800kb/s a 25 utilisateurs ce qui est tres satisfaisant.

�Delai bout en bout

Figure III.4 – courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

le delai propose(25ms) par MLDWF et EXP-PF n’excede pas la valeur limite des 0.1 sec de 5a 25 utilisteurs . par contre PF a 15 utlisateurs excede cette valeur limite de 0.1 sec et atteintles 0.35 sec a 25 utilisateurs d’ou son incapacite a gerer ce type de trafic .les autres courbes ont ete synthetise dans un tableau comme suit :

Figure III.5 – figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes

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Figure III.6 – figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes

♦Cas d’une cellule sans interference

�Debit par utilisateur(throughput)

Figure III.7 – courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

Le debit propose de 110kb/s a 5 utilisateurs pour ses 3 algorithmes inferieur a la valeur limitede 128kb/s mais a partir de 10 utilisteurs nous sommes au dela de 200kb/s et atteignons les500kb/s a 25 utilisteurs ce qui est acceptable .

�Delai bout en bout

Figure III.8 – courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

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Le delai propose par ses 3 algorithmes est satisfaisant et n’excede pas la valeur limite de 0.1sec de 5 utilisateurs(0.005 sec) a 25 utilisateurs(0.03 sec).Le reste des resultats sont synthetises comme suit :

Figure III.9 – figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes

Figure III.10 – figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes

♦Cas d’une cellule avec femto

�Debit par utilisateur(throughput)

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Figure III.11 – courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

Comme on peut le constater sur cette courbe le debit propose est tres satisfaisant 165Mb/sa 5 utilisateurs strictement superieur a la valeur minimale de 128kb/s et avoisine les 170Mb/sa 25 utilisateurs dans l’ensemble.

�Delai bout en bout

Figure III.12 – courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

Le delai propose par PF et EXP-PF est satifaisant et inferieur a la valeur limite de 0.1 sec avecune valeur de 0.02 sec jusqu’a 25 utilisateurs par contre le MLDWF a partir de 15 utilisateurson excede la valeur limite de 0.1 sec pour atteindre les les 0.2 sec pour les 25 utilisateurs.il fautnote que la video a une contrainte moins stricte en delai que la voix . un delai acceptable dansl’ensemble.Le reste des resultats est synthetise comme suit :

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Figure III.13 – figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes

Figure III.14 – figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes

BilanL’evaluation des performances en terme d’equite, debit, delai, efficacite spectrale, taux de pa-quets perdus est garantie et satifaisante par l’ensemble de ses algorithmes a faible mobilite(0km/h) en environnement statique avec MLDWF et EXP-PF offrant une meilleure gestionde QoS que PF pour la cellule avec inteference .dans la cellule sans interference et femto les 3algorithmes arrivent a garantir la QoS. on a une efficacite spectrale et un debit meilleur avecune cellule a femto.Qu’en est-il de cette evaluation de performances de ses algorithmes a faible mobilite (3 km/h)environnement pieton avec les memes types de cellules consideres ?

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III.3.4 Scenarii a faible mobilte :3km/h( cas pieton)

cette deuxieme seance de simulation concerne le cas pieton(utilisateur se depalcant a vitessede 3km/h) avec les 3 types de cellules pour des utilisteurs allant de 10,15,20 et 25 sollicitantsimultanement les 3 services :Voix, Video et Data.

♦Cas d’une cellule avec interference

�Debit par utilisateur(throughput)

Figure III.15 – courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

le debit propose par ses 3 algorithmes (430kb/s) est superieur a la valeur indiquee de(128kb/s) a 10 utilisateurs et atteint la valeur de 790 kb/s (MLDWF) et 750kb/s (EXP-PF) a25 utilisateurs ce qui confirme leurs adaptations aux applications temps reelles par rapport aPF . dans l’ensemble nous avons un debit garanti et satifaisant.

Memoire de fin d’etude de Master page 39 GI

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�Delai bout en bout

Figure III.16 – courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

Le delai propose par MLDWF et EXP-PF de 10 utilisateurs a 25 utilisteurs est de 0.03 secinferieur la valeur limite de 0.1 sec est respecte , donc tres satifaisant pour ses algorithmes .par contre PF de 10 a 15 utilisateurs le delai est respecte a plus de 15 utilisteurs nous excedonsla valeur limite(0.1 sec) pour 0.25 sec ce qui confirme son incapacite a garanti le delai pour sesapplications temps reelles.le reste des resultats est regroupe dans ce tableau .

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Figure III.17 – figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes

Figure III.18 – figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes

♦Cas d’une cellule sans interference

Memoire de fin d’etude de Master page 41 GI

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�Debit par utilisateur(throughput)

Figure III.19 – courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

le debit offert par l’ensemble de ses 3 algorithmes (220kb/s) est superieur a la valeur indiqueede 128kb/s et atteint la valeur des 520kb/s a 25 utilisateurs. un debit garanti et satisfaisant.

�Delai bout en bout

Figure III.20 – courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

le delai propose par l’ensemble des 3 algorithmes est respecte et on atteint meme pas les 0.03sec inferieur a 0.1 sec. le reste des resultats est regroupe dans ce tableau.

Memoire de fin d’etude de Master page 42 GI

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Figure III.21 – figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes

Figure III.22 – figure recapulative de tous les resultats obtenus via ses courbes de ses 3 Algorithmes

♦Cas d’une cellule avec femto

Memoire de fin d’etude de Master page 43 GI

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�Debit par utilisateur(throughput)

Figure III.23 – courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

le debit propose par ses 3 algorithmes en fonction du nombre d’utilisateur est garanti et tressatisfaisant de 1.4 Mb/s a 1.7 Mb/s strictement superieur a la valeur indiquee de 128kb/s.

�Delai bout en bout

Figure III.24 – courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

le delai est respecte par PF et EXP-PF dans l’ensemble par raport a MLDWF qui excede lavaleur limite de 0.1 sec.la suite des resultats est regroupee dans ce tableau :

Memoire de fin d’etude de Master page 44 GI

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Figure III.25 – figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes

Figure III.26 – figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes

BilanL’evaluation des performances en terme d’equite, debit, delai, efficacite spectrale, taux de pa-quets perdus est garantie et satifaisante par l’ensemble de ses algorithmes a faible mobilite(3km/h) en environnement pieton avec MLDWF et EXP-PF offrant une meilleure gestion deQoS que PF pour la cellule avec inteference . dans la cellule sans interference les 3 algorithmesarrivent a garantir la QoS .de meme pour la cellule avec femto ils arrivent a garantir la QoSavec une efficacite spectrale et un debit meilleur .Qu’en est-il de cette evaluation de performances de ses algorithmes a forte mobilite (120 km/h)environnement vehicule avec les memes types de cellules consideres ?

III.3.5 Scenarii a forte mobilte :120km/h( cas vehicule)

cette troisieme seance de simulation concerne le cas vehicule (utilisateur se depalcant envoiture a vitesse de 120km/h) avec les 3 types de cellules pour des utilisteurs allant de

10,15,20 et 25 sollicitant simultanement les 3 services :Voix, Video et Data.

Memoire de fin d’etude de Master page 45 GI

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♦Cas d’une cellule avec interference

�Debit par utilisateur(throughput)

Figure III.27 – courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

le debit propose par MLDWF et EXP-PF est garanti et acceptable 200kb/s a 10 utilisateurspour atteindre 340kb/s a 25 utilisteurs superieur a 128kb/s . par contre PF nous sommes a140kb/s a 10 utilisateurs et atteignons les 120 Kb/s a 25 utilisateurs en dessous de la moyennede 128 Kb/s.PF est moins performante dans ce type de cellule donc incapable de garanti la QoS a long termepour les appliactions temps reelles.

�Delai bout en bout

Figure III.28 – courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

le delai est respecte par MLDWF et EXP-PF a une valeur de 0.01sec inferieur a 0.1 sec valeurlimite dans l’ensemble . par contre le PF a 10 utilisateurs (0.4 sec) a 4.4 sec a 25 utilisateurs

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superieur a la valeur limite cela confirme son incapacite a garantir la QoS dans ce type decellule pour ses applications temps reelle.la suite des resultats est regroupe dans ce tableau :

Figure III.29 – figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes

Figure III.30 – figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes

Memoire de fin d’etude de Master page 47 GI

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♦Cas d’une cellule sans interference

�Debit par utilisateur(throughput)

Figure III.31 – courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

le debit propose par MLDWF(100 Kb/s a 160 Kb/s ) et EXP-PF(110 Kb/s a 168 Kb/s) estacceptable dans l’ensemble par rapport a PF (88 Kb/s a 60 Kb/s a 25 utilisateurs) cela montreson incapacite a garantir la QoS des appliactions temps reelles dans ce type de cellule.il est moins performant.

�Delai bout en bout

Figure III.32 – courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

le delai est respecte par MLDWF et EXP-PF avec une valeur de 0.01 sec dans l’ensemble. parcontre le delai propose par PF excede la valeur limite (0.1 sec) a plus de 15 utilisateurs pouratteindre 1.1 sec, il demontre encore qu’il est moins adapte a garantir la QoS des applicationstemps reelles dans ce type de cellule.

Memoire de fin d’etude de Master page 48 GI

CHAPITRE III. POLITIQUE D’ORDONNANCEMENT Universite Nangui Abrogoua Cote D’ivoire

la suite des resultats est regroupe dans ce tableau comme suit :

Figure III.33 – figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes

Figure III.34 – figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes

Memoire de fin d’etude de Master page 49 GI

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♦Cas d’une cellule avec femto

�Debit par utilisateur(throughput)

Figure III.35 – courbe debit du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

le debit propose par ses 3 algorithmes est garanti et tres satifaisant dans l’ensemble de 1.57Mb/s a 1.66 Mb/s largement superieur a la moyenne de 128 Kb/s.

�Delai bout en bout

Figure III.36 – courbe delai du trafic Video en fonction du nombre des utilisateurs de ses 3 algorithmes

le delai est respecte par PF et EXP-PF (0.02 sec ) inferieur a la valeur limite de 0.1 sec .parcontre MLDWF excede cette valeur limite a 10 utilisteurs ( 0.3 sec ) pour atteindre 0.4 sec .MLDWF est moins performante dans ce type de cellule.le reste des resultats esr regroupe dans ce tableau :

Memoire de fin d’etude de Master page 50 GI

CHAPITRE III. POLITIQUE D’ORDONNANCEMENT Universite Nangui Abrogoua Cote D’ivoire

Figure III.37 – figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes

Figure III.38 – figure recapulative de tous les resultats obtenus de ses 3 Algorithmes

BilanL’evaluation des performances en terme d’equite, debit, delai, efficacite spectrale, taux de pa-quets perdus est garantie et satifaisante par l’ensemble de ses algorithmes a forte mobilite(120km/h) environnement en vehicule avec MLDWF et EXP-PF offrant une meilleure gestionde QoS que PF pour la cellule avec inteference et sans interference tandis que dans la celluleavec femto les 3 algorithmes arrivent a garantir la QoS avec une efficacite spectrale et un debitmeilleur.

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CHAPITRE III. POLITIQUE D’ORDONNANCEMENT Universite Nangui Abrogoua Cote D’ivoire

Discussion et ConclusionAu vue de ses differents scenarii nous constatons que pour une cellule avec interference PF negarantir par une meilleure gestion de la QoS que se soit a faible comme forte mobilite par contreMLWDF et EXP-PF propose de meilleurs reslutats pour ce type de cellule a faible comme fortemobilite.Dans la cellule sans interference a faible mobilite (0Km/h et 3 Km/h ) on constate que ses 3algorithmes garantissent une meilleure gestion de la QoS tandis a forte mobilite EXP-PF etMLDWF offrent une meilleure gestion de la QoS.dans la cellule avec femto a faible comme forte mobilite les 3 algorithmes arrivent a garantirla QoS de ses applications. on constate que le type de cellule et de la mobilite influent surcomportement des ordonnanceurs ce qui entraine qu’ un algorithme est performant par rapporta un autre comme on peut le constater dans la cellule femto a faible comme forte mobilite.on constate que PF qui priorise les applications non temps reelle a une meilleure gestion dudelai que MLDWF .Dans l’ensemble sur ces differentes scenarrii observes, EXP-PF et MLDWF propose une meilleuregestion de QoS que PF et conforte notre opoinion de les suggerer comme ordonnanceur de basedu LTE. En effet compte tenue du nombre impressionnant d’applications temps reelles qu’offre leLTE. il fort appreciable d’implementer les algorithmes dit opportunistes : EXP-PF et MLDWFqui permettent une meilleure gestion QoS du type de services.

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Conclusion Generale et perspective :

Dans ce memoire nous avons pu voir l’importance de disposer de plus bandes de frequencesafin de disposer de plus debit et atteindre les performances des reseaux DSL avec les reseauxmobiles sans fil.Ainsi on a pu constater l’evolution des reseaux mobiles sans fil de la 1G ala 4G. Les reseaux 4G(LTE) dont l’implementation est en cours d’execution presque dans laquasi totalite du bloc terrestre necessitent des amenagements afin de pourvoir repondre auxbesoins services emergents. Le LTE presente des avantages enormes qui lui ont permis de fairela difference entre les reseaux qui l’ont precedes(2G,3G et 3G++) notamment par une archi-tecture simple avec un seul element ( eNB) qui a en charge le controle d’acces, la gestion demobilite, l’ordonnancement et le routage des paquets IP.etc une gestion efficace des ressourcesavec l’utilisation des techniques OFDMA en downlink et SC-FDMA en uplink au niveau dureseau d’acces. Dans ce projet de recherche notre travail s’est essentiellement axe sur la politiqued’ordonnancement (Scheduling) adopte par la technologie LTE, avec l’analyse et l’evaluationdes performances de trois algorithmes PF, M-LWDF et EXP-PF. Ces simulations nous ontpermis de constater que le PF permet d’offrir un debit meilleur et garanti une equite entre lesutilisateurs, mais il ne respecte pas les contraintes du delai exige par les applications tempsreel par contre M-LWDF et EXP-PF sont plus favorables a ce type de services, ce qui offre unemeilleure QoS et un debit inferieur a celui offert par le PF.nous avons egalement constater que le probleme d’equite reste entier,des amelio-rations doiventetre effectuees dans ce sens .

Nous constatons que le choix de l’ordonnanceur le plus fiable depend essentiellement de lacharge du reseau, du type de trafic, et du type de cellule a mettre en place.

Le LTE offrant une architecture tout-IP, il sera preferable des lors d’implemen-ter les algo-rithmes opportunistes entre autre : M-LDWF et EXP-PF qui tiennent compte de ses types deservices.En perspective nous comptons travailler sur l’optimisation du debit en effectuant une compen-sation de la valeur de l’etat du lien(QCI) de ses 2 algorithmes EXP-PF et MLDWF en vued’eagler les valeurs des utilisateurs proche de la station en fonction de leurs besoins.Lors de la MWC tenu du 2-5 mars 2015 a Barcelone nous avons pu constater au cours desexpositions, les avancees technologiques de ce que sera la communication de demain avec l’an-nonce de la 5G : tout connecte ou encore internet des objets avec le lancement de nouveauxmateriels : des bracelets , des montres , casques de realite virtuel (HTC vive), necessitera plusde debit donc en occurrence plus de bande ; l’on est amene a se poser des questions sur un futurdegagement probable de bandes :600mhz(470-694mhz) et le type technologie d’acces a mettreen place ?

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Bibliographie et reference

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CHAPITRE III. POLITIQUE D’ORDONNANCEMENT Universite Nangui Abrogoua Cote D’ivoire

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[22] G .Mauricio.Iturralde RUIZ “Iturralde ruiz.pdf” these de doctorat de l’universite tou-louse soutenu le 2 ocotobre 2012

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Annexe

Installation et Simulation detaille de LTE-Sim

Tuto installation de LTE-Sim r5 sous une distrubution linux

etape1 :verification de la presence d’un compilateur c/c++

Il faut disposer d’un compilateur compilateur c/c++, pour verifier cela dans son terminaltapez :$ dpkg -l gcc ou g++

Comme on peut le voir sur cette figure j’ai les deux (2) compilateurs<gcc & g++ >installesur ma machine , un seul suffit pour effectuer la simulation.sinon si ce n’est pas le cas ou l’on disposerait pas d’un compilateur c/c++ faire ceci dans leterminal :$ sudo apt-get update$ sudo apt-get install gcc ou g++.

Une fois cela fait et que l’on est assurer de disposer d’un compilateur c/c++.etape2 : telechargement de lte-sim-r5

On procede au telechargement du simulateur LTE-Sim depuis http ://telematics.poliba.itetape3 : procedure d’installataion du lte-sim-r5

−→ Decompressez le fichier telecharge intutile �lte-sim-r5� dans votre repertoire personnel .

−→ Allez en mode console <terminal>et faire :

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−→ Se mettre dans le repertoire courant en tapant :$ cd lte-sim-r5 , on aura comme resul-tat : /lte-sim-r5 $−→ puis une fois dans le repertoire courant tapez :$ make , on obtient ce resulat :voir figure

ci-dessousPatientez un instant.

−→ Comme nous pouvons le constater lte-sim-r5 est corectement installer sur machine

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NB :verifier que vous avez bel et bien l’executable present dans le dossier lte-sim-r5, sinonla compilation ne passera pas voir figure.−→ ouvrir en mode graphique le dossier lte-sim-r5 comme sur la figure en dessous

−→ Le fichier nomme LTE-Sim en dessous du dossier RUN est bel et bien l’executable.

etape4 : exemple de compilation sans graphisme

−→ dans le repertoire courant< /lte-sim-r5 $ >, tapez : /lte-sim-r5 $./LTE-Sim test( testici etant le nom du fichier a compiler pour plus d’info faire dans : /lte-sim-r5 $./LTE-Sim -h)

−→ En faisant donc : /lte-sim-r5 $./LTE-Sim test , on aura ceci voir figure ci-dessous.

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Cas Pratique

Cas sans graphisme

Cas d’une cellule avec Interference

“./LTE-Sim SingleCellWithI nbCells radius nbUE nbVoip nbVideo nbBE nbCBR sched typeframe struct speed maxDelay videoBitRate seed(optional)”

−→ voici comment parametrer SingleCellWithI : en respectant chaque valeur dans l’ordreindique.

−→ ici j’appelle SingleCellWithI avec ses valeurs .

−→ ./LTE-Sim SingleCellWithI 1 1 1 0 0 1 0 1 1 3 0.1 128

−→ Dans le repertoire courant : /lte-sim-r5 $ ./LTE-Sim SingleCellWithI 1 1 1 0 0 1 0 1 13 0.1 128

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Table III.3 – explication des elementsNum champ Description du champ

1 TX, RX sont associes a des paquets qui ontete envoyes, recus .

2 decrit le type de paquet dont la trace se refere3 ID = identificateur. Il identifie le paquet

unique4 B = ID porteur. Il identifie le support utilise

pour cartographier le paquet.5 SRC = ID Source. Il identifie le nœud qui en-

voie le paquet6 DES= ID Destination. Il identifie le nœud qui

recoit le paquet7 T = temps. Elle represente l’instant ou le pa-

quet a ete cree.8 D = Delai. Il represente le retard du paquet

recu

−→ pour plus d’information sur comment parmetrer une cellule faire dans le terminal durepertoire courant :−→ /lte-sim-r5 $ ./LTE-Sim -h, vous verrez ceci :

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Cas avec graphismePour recuperer les resultats afin de pouvoir tracer des courbes, il faut utiliser des scripts et en-registrer les resultats sous forme de document texte et par la suite on peut utiliser ces donneessous Matlab ou n’importe qu’elle autre logiciel de trace de courbe afin de pouvoir faire desetudes sur ces donnees. Sous Lunix, il existe des scripts ecrites pour recuperer les resultats etles transformer en graphe en utilisant le logiciel ”gnuplot”.

installation de gnuplot

−→ Dans le repertoire courant“sahibmartial@sahibmartial-Aspire-4730Z $ ”comme c’estmon cas faire ceci :

−→ sudo apt-get update

−→ sudo apt-get install gnuplot-x11

−→ une fois l’installation de gnuplot termine faire :

−→ ouvrir le dossier personnel en mode graphique et aller dans le dossier lte-sim-r5 .

−→ puis ouvrir le dossier lte-sim-r5

−→ ouvrir le dossier nomme RUN et aller sur le do simulations

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−→ ouvrir le dossier nomme do simulations et aller dans le fichier doSim1.sh

−→ ouvrir le fichier nomme doSim1.sh

Dans le script doSim1.sh, on invoque les autres scripts qui calcule le taux de paquets perdus(compute plr.sh), le delai (compute delay.sh), l’efficacite spectrale (compute spectral efficiency.sh),le debit (compute throughput.sh). Indice de l’equite (fairnessIndex comp.sh). Ensuite le Graph.shinvoque le logiciel GNUPLOT pour tracer les graphes.

LTE-Sim offre de Shell Scripts trouvees dans le dossier RUN permet de lancer une simulationet de recuperer les resultats dans des fichiers de type texte.

Ci-dessous un exemple de comparaison des trois algorithmes ( PF , MLWDF ,EXP) en fonc-tion des differents parametres (le taux de paquets perdus ,du delai, l’efficacite spectrale ,le debit) par rapport aux nombres d’utilisateurs.

Dans le dossier ”do Simulations”

−→ parametrage du fichier ”doSim1.sh”.

Dans ce fichier on regle les parametres selon le scenario.

-FILE = ” ” # NOM DU FICHIER DE SORTIE

-NUMSIM =” ” Nombre de simulation / / le nombre de simulation pour chaque scenario etchaque Algorithme.

-FILENAME = ” ”# NOM DU TYPE D’APPLICATION/ /

-COUNT = 1 / / Ne touchez pas ca !

-CELS = 1 # NOMBRE DE CELLULES

-TOTALNAME = ” ” / / Ne touchez pas ca !

-MINUSERS = 5 # Debut du nombre d’utilisateur

-INTERVALLE = 5 # pas des nombres d’utilisateurs

-MAXUSERS = 20 #le nombre maximal d’utilisateur

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# Params de LTE-SIM / / ce sont les parametres normales que vous definissez lorsque vousexecutez une simulation simple.

-RADIUS = 1 # Rayon en Km

-NBUE = 0 # Nombre d’UE de / / ne touchez pas ca !

-NBVOIP = 1 # Nombre de Voip flux

-NBVIDEO = 1 # Nombre de video

-NBBE = 1 # Nombre de flux Best Effort

-NBCBR = 0 # Nombre de flux CBR

# Planificateur de type PF = 1, MLWDF = 2 EXP = 3

-FRAME STRUCT = 1 # FDD ou TDD

-SPEED = 3 # vitesses des utilisateurs

-MaxDelay = 0, 1 # delai maximum

-VIDEOBITRATE = 242 # debit de la video

NBUE=$MINUSERS

until [ $NBUE -gt $MAXUSERS ] ; do

# bash until loop

until [ $COUNT -gt $ NUMSIM ] ; do

TOTALNAME=$FILE” ”$COUNT” ”$FILENAME” PF ”$NBUE”U”$CELS”C””.sim”

../../LTE-Sim SingleCellWithI $CELS $RADIUS $NBUE $NBVOIP $NBVIDEO $NBBE$NBCBR

1 $FRAME STRUCT $SPEED $MAXDELAY $VIDEOBITRATE $COUNT ¿ $TOTAL-NAME

echo FILE $TOTALNAME CREATED !−→ voici a quoi ressemble l’interieur du script doSim1.sh

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−→ comme vous pouvez le voir je vais simuler avec une cellule avec interference

−→ /lte-sim-r5 $ une fois tous les parametrages effectues :

−→ parcourir les autres scripts presents dans le dossier<do simulations>pour changer lepath defaut(chemin ou se trouve le lanceur) par le votre path

chez moi c’est−→ /home/sahibmartial/lte-sim-r5/TOOLS/

−→ ceci fait , aller en mode console <terminal >puis

rendre tous les scripts executables comme ceci.

−→ /lte-sim-r5/RUN/do simulations $ chmod 777 *.sh.

−→ tout ceci fait on passe a la simulation :

dans le repertoire courant comme ceci :

−→ /lte-sim-r5/RUN/do simulations $

tapez :

−→ ./doSim1.sh, puis ok.

−→ puis patientez le temps que la simulation se termine, en fonction des parametres entrescela peut prendre du temps ,enfin de simulation vous obtiendrez ceci :

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−→ enfin aller en mode graphique dans le dossier /lte-sim-r5/RUN/do simulations : vousobtiendrez ceci :

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courbes Obtenues

Dans cet exemple nous avons la courbe du delai en fonction du nombre d’utilisateurs pour lestrois algorithmes utilises.

Dans cet exemple nous avons la courbe du taux de paquet (PLR) en fonction du nombred’utilisateurs pour les trois algorithmes utilises.

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Dans cet exemple nous avons la courbe du debit en fonction du nombre d’utilisateurs pourles trois algorithmes utilises.

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