Modélisation et Simulation des Réseaux Mobiles de 4ème Génération

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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8

  • mémoire


THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par Institut National Polytechnique de Toulouse Discipline ou spécialité : Réseaux, Télécommunications, Système et Architecture JURY Monique Becker Présidente Professeur Telecom & Management Sud Paris Francine Krief Rapporteur Professeur ENSEIRB Guillaume Urvoy-Keller Rapporteur Maître de Conférences HDR EURECOM André-Luc Beylot Examinateur Professeur INPT/ENSEEIHT Michel Diaz Examinateur Directeur de recherches du CNRS Riadh Dhaou Examinateur Maître de Conférences INPT/ENSEEIHT Ecole doctorale : Mathématique, Informatique et Télécommunication de Toulouse Unité de recherche : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (IRIT-ENSEEIHT) Directeur(s) de Thèse : André-Luc Beylot Encadrant : Riadh Dhaou Présentée et soutenue par Mohamad Salhani Le 23 Octobre 2008 Titre : Modélisation et Simulation des Réseaux Mobiles de 4ème Génération

  • simulation des réseaux mobiles

  • urvoy-keller rapporteur

  • examinateur maître de conférences inpt

  • professeur de l'université

  • directeur de la thèse


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Publié le 01 octobre 2008
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Langue Français

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THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Réseaux, Télécommunications, Système et Architecture


Présentée et soutenue par Mohamad Salhani

Le 23 Octobre 2008

Titre : Modélisation et Simulation des Réseaux Mobiles
èmede 4 Génération

JURY

Monique Becker Présidente Professeur Telecom & Management Sud Paris
Francine Krief Rapporteur Professeur ENSEIRB
Guillaume Urvoy-Keller Rapporteur Maître de Conférences HDR EURECOM
André-Luc Beylot Examinateur Professeur INPT/ENSEEIHT
Michel Diaz Examinateur Directeur de recherches du CNRS
Riadh Dhaou Examinateur Maître de Conférences INPT/ENSEEIHT


Ecole doctorale : Mathématique, Informatique et Télécommunication de Toulouse
Unité de recherche : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (IRIT-ENSEEIHT)
Directeur(s) de Thèse : André-Luc Beylot
Encadrant : Riadh Dhaou












Cette thèse est dédiée à




Mes parents,

Ma famille,

Mes ami(e)s,

Tous ceux qui m’aiment et que j’aime.










v
REMERCIEMENTS


Les travaux présentés dans ce mémoire ont été effectués à l’Institut de Recherche en
Informatique de Toulouse (IRIT-ENSEEIHT). Nombreux sont ceux que je voudrais
remercier pour m’avoir aidé, soutenu ou accompagné durant ces trois années de thèse.
C’est pour leur montrer tout ma gratitude et reconnaissance que je leur dédie cette page.

Je tiens à remercier mon directeur de thèse, Monsieur André-Luc Beylot, professeur des
universités à l’IRIT-ENSEEIHT, pour m’avoir accueilli dans son laboratoire. Je tiens
également à remercier mon encadrant, Monsieur Riadh Dhaou, Maître de conférences à
l’IRIT-ENSEEIHT pour avoir su me guider avec attention et gentillesse pendant ces trois
années.

Je tiens à remercier ces deux encadrants pour toute l’attention qu’ils m’ont portée et pour
les moyens mis à ma disposition durant ces trois années de thèse. Leurs précieux conseils
de tous ordres, leur disponibilité, leur confiance, leur expérience et leurs grandes
compétences ont permis l’accomplissement de ce travail. Qu’ils trouvent ici les marques de
ma reconnaissance et de mon respect.

J’exprime toute ma gratitude à l’ensemble de jury pour l’honneur qu’ils m’ont fait d’avoir
accepté d’être président, rapporteurs et membres de jury de cette thèse.

J’exprime mes sincères remerciements l’ensemble du laboratoire. J’adresse mes
remerciements à l’université de Damas, qui a financé mes études en France.

Je souhaite exprimer toute ma reconnaissance à mes parents. Grâce à eux, j’ai réussi
toutes les étapes que j’ai passées dans ma vie. Je remercie aussi mes deux frères Khaled et
Omar et mes sœurs Khalida, Zoubida, Tahani et Iman pour leur soutien constant.

Je voudrais remercier également mes ami(e)s de laboratoire, nous avons passé avec eux de
bons moments.

Je salue enfin les membres du laboratoire TéSA en commençant par son directeur et sa
secrétaire.






vi

TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS .................................................................................................. v
LISTE DES FIGURES ............................................................................................xiii
LISTE DES TABLEAUX....................................................................................... xvii
LISTE DES ACRONYMES.................................................................................... xix
INTRODUCTION ...................................................................................................... 1


CHAPITRE I - Etat de l’art....................................................................................... 5

1. Introduction ......................................................................................................... 7
2. Les réseaux WiMAX........................................................................................... 7
2.1. Standard de l’interface air IEEE 802.16.............................................................. 7
2.2. Pile protocolaire .................................................................................................. 8
2.3. Fonctionnalités .................................................................................................... 9
2.4. QoS...................................................................................................................... 9
2.4.1. Connexion ........................................................................................................... 9
2.4.2. Flux de service................................................................................................... 10
2.4.3. Principe de la gestion de la QoS........................................................................ 10
3. Procédure de handover ...................................................................................... 10
3.1. Introduction ....................................................................................................... 11
3.2. Acquisition de la topologie du réseau ............................................................... 11
3.2.1. Les annonces ..................................................................................................... 11
3.2.2. La scrutation par le terminal de ses stations de base voisines........................... 11
3.2.3. L’association ..................................................................................................... 11
3.3. Handover « break before make » ...................................................................... 12
3.4. Modes optionnels de handover : MDHO et FBSS ............................................ 12
3.5. Décision et début de MDHO/FBSS................................................................... 13
3.5.1. FBSS (commutation rapide de station de base)................................................. 13
3.5.2. MDHO (soft handover) ..................................................................................... 13
3.6. Conclusion......................................................................................................... 14
4. Les réseaux WiMAX......................................................................................... 14
4.1. Handovers dans les réseaux terrestres ............................................................... 14 viii
4.2. Amélioration du handover................................................................................. 15
4.3. Sélection du meilleur réseau.............................................................................. 17
4.4. Handover avec mobilité..................................................................................... 19
4.5. Handover avec mobilité et localisation ............................................................. 21
4.6. Amélioration de handover horizontal................................................................ 21
5. Système satellite (DVB-RCS)........................................................................... 22
5.1. Présentation ....................................................................................................... 22
5.2. Architecture DVB-RCS..................................................................................... 22
5.3. Pile protocolaire ................................................................................................ 23
5.4. Couche physique ............................................................................................... 23
5.5. Méthode d’accès................................................................................................ 24
5.5.1. Partage des ressources....................................................................................... 24
5.5.2. Allocation des ressources .................................................................................. 24
6. Solutions pour l’interconnexion des réseaux sans fil ........................................ 25
6.1. Introduction ....................................................................................................... 25
6.2. Generic Access Network (GAN)....................................................................... 25
6.2.1. Architecture GAN ............................................................................................. 26
6.2.2. Avantages, inconvénients et défis ..................................................................... 28
6.2.3. Positionnement de la technologie GAN [31] [32] :........................................... 28
6.3. Media Independent Handover (MIH IEEE 802.21) .......................................... 29
6.3.1. Objectifs initiaux ............................................................................................... 29
6.3.2. Présentation du standard IEEE802.21 ............................................................... 30
6.3.3. IEEE 802.21 Media Independent Handover Function (MIHF)......................... 31
6.3.4. Scénarios du standard........................................................................................ 34
6.4. Protocole FMIP (Fast Mobile IPv6 Protocol) ................................................... 35
6.5. Solutions fondées sur IEEE 802.21................................................................... 36
6.6. Comparaison des solutions IEEE 802.21 et GAN............................................. 40
6.7. Intégration entre les réseaux terrestres et le système de satellite ...................... 41
6.8. Conclusion......................................................................................................... 43





ix
CHAPITRE II – Convergence des réseaux sans fil terrestres et le système satellite
45

1. Introduction ....................................................................................................... 47
2. Handover dans un contexte satellite.................................................................. 47
2.1. Handover terrestre vers satellite........................................................................ 48
2.2. Handover satellite vers terrestre ........................................................................ 48
2.3. Handover satellite vers satellite......................................................................... 49
3. Cas particuliers .................................................................................................. 49
3.1. Cas d’un handover incluant une fonction de backhauling WiMAX sur le segment
satellite........................................................................................................................ 49
3.2. Cas d’un handover incluant un répéteur sur le segment satellite ...................... 50
4. Architecture du réseau DVB-RCS .................................................................... 51
5. Modèle de référence du réseau et les scénarios proposés ................................. 52
6. Proposition d’architecture satellitaire hybride à base de WiMAX, DVB-RCS et IEEE
802.21 ......................................................................................................................... 53
6.1. Composants fonctionnels IEEE 802.21............................................................. 54
6.2. Modèle de référence MIH pour des réseaux d'accès ......................................... 54
6.2.1. Modèle MIH pour l’utilisateur DVB-RCS........................................................ 55
6.2.2. Point d’accès au service MIH_DVB_RCS_SAP .............................................. 56
6.2.3. Point d’accès au service MIH_MGMT_SAP.................................................... 56
6.2.4. Point d’accès au service MIH_SAP .................................................................. 56
6.2.5. Transport des messages MIH ............................................................................ 56
6.2.6. Modèle de référence MIH pour les stations mobiles avec les différentes piles
protocolaires................................................................................................................ 57
7. Procédure de handover WiMAX/DVB-RCS .................................................... 57
8. Conclusion......................................................................................................... 60


CHAPITRE III – Performance des réseaux WiMAX en utilisant handover horizontal
avec un mécanisme de réservation .......................................................................... 61

1. Introduction ....................................................................................................... 63
2. Description du système ..................................................................................... 63
2.1. Approches proposées......................................................................................... 64
2.2. Quand initialisons-nous le handover ? .............................................................. 65
3. Analyse du pire cas de réservation et réservation de ressources....................... 65 x
3.1. Pire cas de réservation....................................................................................... 65
3.2. Réservation des ressources................................................................................ 66
3.2.1. Approches réactives .......................................................................................... 66
3.2.2. Approches proactives : Expiration (soft state) .................................................. 66
3.2.3. Approches mixtes.............................................................................................. 67
4. Modèle de simulation ........................................................................................ 67
4.1. Définition de la topologie de mobilité du modèle proposé ............................... 67
4.2. Processus de handover, réservation et pire cas de réservation .......................... 70
4.3. Paramètres du modèle proposé.......................................................................... 70
5. Analyse de performance.................................................................................... 71
5.1. Mécanisme de handover et réservation de ressources....................................... 72
5.2. Comparaison...................................................................................................... 73
6. Conclusion......................................................................................................... 77


CHAPITRE IV – Performance du réseau WiMAX intégré dans un système satellite
DVB - RCS................................................................................................................. 79

1. Introduction ....................................................................................................... 81
2. Coexistence entre le réseau WiMAX et le réseau DVB-RCS........................... 81
3. Mécanisme de handover.................................................................................... 82
4. Scénarios et approches ...................................................................................... 83
4.1. Description des scénarios .................................................................................. 83
4.2. Approches adoptées........................................................................................... 84
5. Définition de la topologie.................................................................................. 84
6. Analyse de performance.................................................................................... 85
6.1. Paramètres du modèle ....................................................................................... 85
6.2. Critères de performance .................................................................................... 86
6.3. Cas de l’interconnexion sans réservation .......................................................... 86
6.3.1. Mécanisme réseau et utilisateur, trafic contraint temporellement..................... 86
6.4. Cas de l’interconnexion de réseaux avec réservation........................................ 94
7. Conclusion....................................................................................................... 100