Les réseaux
Le LTE : De l’anglais Long Term Evolution, le réseau LTE a été créé pour palier aux insuffisances du son prédécesseur la 3G, notamment pour atteindre des débits de données importants. Il est basé sur le très haut débit et a un temps de latence très faible. Il a été conçu sur le tout IP (Internet Protocol) qui lui permet une interopérabilité avec les autres réseaux, et accorde une mobilité totale rendant les différents passages entre réseaux transparents. On peut citer comme principaux objectifs du réseau LTE :
Assurer la continuité de la session en cours. Réduire les délais et le trafic de signalisation. Fournir une meilleure qualité de service. Optimiser l’utilisation des ressources. Réduire les délais de relève et la perte des paquets. Minimiser le cout de signalisation.
Le réseau LTE utilise le multiplexage temporel et fréquentiel en même temps, ce qui n’est pas le cas de ses prédécesseurs. Ce système lui permet d’avoir un gain de débit .
Le WIMAX : Le WIMAX ou Worldwide Interoperability for Microwave Acces est un réseau créé sous un standard de transmission sans fils à haut débit par voie radio. C’est un réseau d’entreprises, il fait le raccordement sans fils d’entreprises sur de longues distances et à haut débit. Il permet aux utilisateurs d’accéder aux services sans fils avec une large bande passante. Il offre des services données vidéo à haute performances (permettant ainsi des vidéoconférence de qualité). Il utilise un système de multiplexage temporel et fréquentiel comme le LTE. Le WIMAX peut être considéré comme un grand wifi avec des performances très élevés.
Fonctionnement d’un réseau mobile
Les réseaux mobiles sont constitués d’un réseau d’accès qui est la partie de la technologie radio assurant la modulation du trafic d’un utilisateur, et d’un réseau cœur qui permet la mobilité de l’utilisateur (détenant toutes les informations sur le mobile ). Les deux sont reliés par ce qu’on appelle réseau backhaul. Il peut être constitué de liaison :
Le réseau d’accès : Le réseau d’accès est constitué de toutes infrastructures matériels et logiciels qui permet de couvrir les cellules pour assurer la communication entre les stations de base (antennes) et les terminaux mobiles. C’est la partie qui permet de traiter tous les paramètres radio nécessaires aux transmissions.
Le réseau cœur : Comme son nom l’indique c’est la partie centrale d’un réseau de télécommunications. C’est lui qui définit les services offert et assure la commutation des données en établissant des circuits entre les utilisateurs. Il détient le profil de tous les abonnés permettant son accès ou non aux différents services.
Les réseaux hétérogènes : On parle de réseau hétérogène quand on a un système constitué de plusieurs réseaux d’accès qui utilisent des technologies différentes.
On peut avoir prendre en exemple l’existence simultanée du réseau d’un opérateur et un réseau privé d’entreprise dans une localité. Cet exemple peut être étendue encore en considérant toujours un réseau d’un opérateur et les différents réseaux wifi qui existent dans une zone donnée. Il est possible grâce aux protocoles existant d’inter-connecter ces réseaux c’est à dire de permettre à un utilisateur d’un réseau qu’on peut appeler élémentaire d’utiliser les ressources d’un autre réseau qui a des meilleures conditions radio. Cette interconnexion n’enlève pas l’indépendance des réseaux élémentaires mais a pour but le partage plus efficace des services offerts par l’ensemble des réseaux élémentaires en présence. Cette extension des possibilités offertes permet l’amélioration des performances de chaque réseau.
Le multiplexage
Le multiplexage est l’opération qui consiste à assembler des signaux issus de plusieurs sources distinctes en un seul signal composite destiné à être transmis sur une voie de transmission commune. Le Multiplexage est avant tout effectué par des équipements (les multiplexeurs) qui permettent de prendre en charge sur une voie haute vitesse plusieurs voies basses vitesses simultanément. Les télécommunications n’ont qu’une obsession, faire passer le maximum de signaux sur le minimum de canaux. Pour y parvenir, le multiplexage est depuis longtemps une méthode favorite surtout depuis que les progrès du numérique ont permis de l’appliquer aussi bien au transport de la voix qu’à celui des données. Techniquement, le multiplexeur, ou « mux », assure une tâche de concentration – déconcentration. Elle consiste à assembler des signaux émanant de plusieurs sources pour les transporter sur un seul canal, sous la forme d’un signal composite. Le multiplexeur permet de concentrer sur une seule liaison le trafic d’un grand nombre de canaux (terminaux) et donc d’additionner sur une voie à haut débit plusieurs voies à bas ou moyen débit. Nous allons voir la technique de multiplexage OFDM utilisée dans les réseaux LTE et WIMAX. L’OFDM: L’OFDM vient de l’anglais Orthogonaly Frequency Division Multiplexing ; c’est une technique de répartition de signal numérique.
Avec le besoin constant d’augmenter les débits, les transmissions sans fils mono-porteuses ont subi un changement radical avec une nouvelle technologie multi-porteuses qu’est l’OFDM. Le BER(Bit Error Rate) ou le taux d’erreur binaire, augmente quand le débit est élevé ; pour remédier à cela la répartition de l’information sur un grand nombre de porteuses a été introduite avec l’OFDM qui partage la bande passante (Capacité totale d’une voie de communication, elle permet de savoir le volume de données que peut supporter un canal de transmission ) en N sous-bandes appelées sous-porteuses. L’information est ainsi repartie sur un grand nombre de porteuses composées de sous-porteuses.
L’OFDM permet non seulement d’augmenter les débits de manière significative mais aussi une flexibilité dans l’allocation des ressources radio .
L’OFDMA : L’OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplex) est la partie opérationnelle de l’OFDM. Elle combine les deux méthodes de multiplexage utilisées dans les techniques de transmission antérieures à savoir le TDMA (Time Division Multiple Acces) et FDMA (Frequency Division Multiple Acces). Elle permet un accès multiple en partageant les ressources radio entre plusieurs utilisateurs.
Son principe est de diviser la bande totale en multiples sous bandes ; ce processus permet de lutter contre le problème des canaux sélectifs en fréquences, ISI (Inter Symbol Interference), en plus, elle permet pour une même largeur spectrale, un débit binaire plus élevé grâce à sa grande efficacité spectrale (nombre de bits transmis par Hertz) en plus de sa capacité à conserver un débit élevé même dans des environnements défavorables avec échos et trajets multiples des ondes radio.
Analyse du problème et modélisation
Position du problème : Nous voulons optimiser l’allocation des ressources radio dans un environnement hétérogène, prenant en compte le souci de maximisation du débit de chaque utilisateur.
Voulant donc permettre à chaque utilisateur d’accéder aux ressources radio en choisissant le réseau qui lui octroie la meilleure Qos (Qualité de service), une répartition optimale de ces ressources doit être faite entre les utilisateurs. Lorsqu’on a un réseau hétérogène constitué du LTE et du WIMAX, les interconnexions entre eux permettent de mettre en commun les ressources radio et d’en attribuer aux différents utilisateurs. Cependant cela doit se faire en prenant en compte les ressources disponibles, or elles sont fixes ce qui influe sur le nombre d’utilisateurs pouvant accéder.
Pour un utilisateur se trouvant dans un réseau hétérogène (utilisant l’OFDM comme technique de répartition du signal), nous disposons de sa fonction d’utilisation (selon qu’il est dans le LTE ou le WIMAX) ; nous avons également les ressources radio disponibles dans le réseau, nous pouvons alors déterminer les ressources radio à lui allouer pour satisfaire son besoin.
Paramètres en présence : L’OFDM a pour principe de repartir sur l’ensemble des sous-porteuses les transmissions radio établies. Un signal émis est réparti sur toutes les sous-porteuses du réseau (ce qui améliore le débit).
La modulation dans le système OFDM règle le problème d’utilisateur éloigné car le type de modulation permet de prendre en compte l’aspect distance, elle permet d’assurer la robustesse de la transmission selon la distance de transport. Elle agit comme un recouvrement qui protège le signal dans son acheminement. Nous pouvons comparer la modulation à des camions qui doivent transporter des marchandises d’un point A vers un point B. Si les deux points ne sont pas très distants on pourra utiliser plusieurs camions car le parcours ne va pas détériorer les marchandises. Par contre pour une longue distance il y a un risque de détérioration élevée car il y a plus d’obstacles, on utilisera donc moins de camions.
La Programmation dynamique
La programmation dynamique est une méthode de résolution exacte en optimisation. Elle fait intervenir des étapes au cours desquelles des décisions ou politiques optimales doivent être prises. Elle décompose un problème initial en une série de sous-problèmes de taille plus petite, qui peuvent eux même être décomposés encore pour atteindre des sous-problèmes de taille élémentaire dont la résolution est simple.
La décomposition d’un problème en sous-problèmes, et l’obtention directe d’une solution optimale sont des atouts de la résolution par la programmation dynamique. La nature séquentielle d’un problème peut donc amener à choisir la programmation dynamique pour le résoudre.
Notre problème d’optimisation se présente comme une décision à prendre pour chaque état possible du système, car selon la disponibilité des ressources et le besoin d’un utilisateur, nous devons lui allouer des ressources radio pour sa connexion. Cette similitude fait que la programmation dynamique est adaptée à notre problème.
Principe d’optimalité de Bellman Dans la résolution des problèmes d’optimisation par la programmation dynamique, on obtient la solution du problème initial à partir de celles des sous-problèmes, Cette méthode repose sur un principe appelé Principe d’optimalité de Bellman.
Il doit être satisfait pour pouvoir résoudre un problème par la programmation dynamique.
Énoncé du théorème de Bellman « Une politique optimale a la propriété que, quels que soient l’état initial et la décision initiale, les décisions restantes doivent constituer une politique optimale vis-à-vis de l’état résultant de la première décision. »
Bellman veut dire par là que « Toute politique optimale ne peut être formée que de sous politiques optimales. »
Soit N le nombre d’étapes d’un problème. Pour une résolution forward : Pour chaque étape n de 1 à N −1 : étant donné une décision optimale E.
pour l’étape n, identifier une décision optimale pour l’étape n + 1 au moyen d’une relation de récurrence. Lorsque n = N nous obtenons une décision optimale pour le problème. Le principe montre qu’une décision optimale d’un problème initial découle des décisions optimales prises à chaque étape.
Table des matières
1 Concepts de base des réseaux de télécommunications
1.1 Introduction
1.2 Les réseaux
1.2.1 Le LTE
1.2.2 Le WIMAX
1.3 Fonctionnement d’un réseau mobile
1.3.1 Le réseau d’accès
1.3.2 Le réseau cœur
1.3.3 Les réseaux hétérogènes
1.4 Le multiplexage
1.4.1 L’OFDM
1.4.2 L’OFDMA
1.5 État de l’art sur l’allocation des ressources radio
1.6 Conclusion
2 Modélisation et Méthode de résolution
2.1 Introduction
2.2 Analyse du problème et modélisation
2.2.1 Position du problème
2.2.2 Paramètres en présence
2.2.3 Variables
2.2.4 Contraintes
2.2.5 Fonction objectif
2.3 Méthodes de Résolution
2.3.1 La Programmation dynamique
2.3.2 Application à l’allocation des ressources
3 Algorithme Implémentation et analyse
3.1 Introduction
3.2 Proposition d’algorithme
3.2.1 Exemple
3.3 Implémentation et Simulation
3.4 Résultats et interprétation
3.5 Conclusion
Bibliographie
