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Algorithme adaptatif de transfert intercellulaire vertical entre des réseaux WMAN et WWAN

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IntroductionProblématiqueContributionSimulateurSimulationsConclusion

2006.11.01© droits réservés de Claude Roy

présenté par:

Claude Roy

Maîtrise en technologie de l’information

Algorithme adaptatif de transfert intercellulaire vertical entre des réseaux

WMAN et WWAN

Ferland


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Plan du diaporama

Introduction Problématique Contribution Simulateur Simulations Conclusion


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Introduction

Introduction


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Introduction (1/3)

Réseau sans fil : Tendance vers la mobilité complète, i.e. :

Transparence d’accès, sans égard au :• Type d’équipement :

– Téléphone, assistant personnel, portable, …• Type de réseau :

– Réseaux sans fil hétérogènes :» WiMax (IEEE 802.16)» UMTS (3G)

Pour réaliser cette tendance : Mécanisme de transfert intercellulaire (HO) :

une opération qui consiste à faire passer une station mobile (MS) d’une cellule à une autre afin de maintenir sa connectivité.


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Introduction (2/3)

Type de HO : Horizontal (HHO) Vertical (VHO) :

Ascendant Descendant

Vertical Descendant

Horizontal

Vertical Ascendant


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Introduction (3/3)

Étapes d’un HO : Détection : recevoir les signaux des bases radio (BS)

environnantes et à préparer les données qui permettront de sélectionner la BS appropriée.

Décision : évaluer les conditions du réseau, déterminer la pertinence d’effectuer un HO et, si nécessaire, sélectionner la BS appropriée.

Exécution : faire le transfert effectif d’une connexion.


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Problématique

Problématique


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Problématique (1/3)

Problématique : Chaque type de réseau possède des caractéristiques

spécifiques qui rendent les comparaisons difficiles.


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Problématique : + grand nombre de facteurs à considérer lors d’un VHO :

Intensité du signal reçu : pas de comparaison directe; Seuils : pas de seuils communs; Couverture : couverture WWAN > couverture WMAN :

• Un VHO descendant ne peut pas être déclenché sur la base de l’intensité du signal reçu puisqu’il y a toujours un signal WWAN disponible;

Ressources consommées: messages de contrôle, redirection du trafic, etc.;

Bande passante; Vélocité de la MS; Coût; Préférences utilisateur;


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Problématique : Déterminer les facteurs à utiliser pour déclencher un VHO

(attention aux conflits) Établir priorité des facteurs retenus


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Contribution

Contribution


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Contribution (1/12)

Projet : Développer et implémenter un algorithme de VHO pour

assurer en toute transparence la mobilité complète d’une MS qui se déplace entre un réseau WMAN (802.16) et un réseau WWAN (3G).


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Contribution (2/12)

Objectifs de conception : Sélectionner le meilleur réseau lors d’un VHO; Sélectionner la meilleure BS lors d’un HO; Réduire la consommation d’énergie d’une MS; Ajuster le déclenchement d’un HO à la vélocité d’une MS.


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Contribution (3/12)

Contraintes : Pas de modifications aux composantes du réseau; Pas d’ajout aux infrastructures du réseau; Pas de GPS; Pas de dispositif pour déterminer directement la vitesse

de déplacement d’une MS. Pas de logique pour déterminer un modèle (pattern) de

déplacement pour MS.


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Contribution (4/12)

Principes directeurs : Valeurs absolues signaux WMAN et WWAN ne sont pas

comparables; Valeurs relatives signaux WMAN et WWAN sont

comparables; Bande passante WMAN (802.16) > WWAN (3G); Couverture WWAN (3G) > WMAN (802.16); Coût utilisation WWAN (3G) > WMAN (802.16); VHO ascendant plus important que VHO descendant.


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Contribution (5/12)

Conception générale : Développer les étapes de détection et de décision du

VHO : Étapes importantes dans des réseaux hétérogènes


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Contribution (6/12)

Conception générale : Utiliser les facteurs suivants :

Intensité du signal reçu; Caractéristiques de chaque réseau (seuils, bande

passante et les coûts); Préférences de l’abonné.


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Contribution (7/12)

Conception générale : Utiliser 2 seuils:

T1 : pour détecter les autres signaux disponibles; T2 : pour déclencher un HO.

T2 : Déclencher transfert intercellulaire

Cellule

T1 : Détecter autres signaux disponibles


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Contribution (8/12)

Conception générale : Utiliser un mode d’opération pour désactiver les interfaces

inutilisées.

Mode d’opération I nterface utilisée

WMAN WMAN

WWAN WWAN

Auto WMAN ou WWAN

Both WMAN et WWAN


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Contribution (9/12)

Conception générale : Utiliser 2 prédicteurs :

Déclencher un HO au moment optimal; Sélectionner une BS lorsqu’un HO est déclenché


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Contribution (10/12)

Conception générale : Utiliser la pente de la courbe de l’intensité du signal reçu

pour sélectionner une BS (plutôt que la valeur absolue du signal)


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UserPreferences

HO Prediction

timeTime

Signal Prediction

Signal

DetectionBS

Decision

HO request

NetworkCharacteristics

RSS

TimeRSS

RSS

Modèle conceptuel :


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Simulateur

Simulateur


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Simulateur (1/2)

Intention : Utiliser OPNET

Contrainte : Licence d’exploitation 802.16

Solution : Développer un simulateur maison

Plate-forme : Windows XP/Intel; Programmation orientée objet C++ avec Visual Studio de

Microsoft.


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Simulateur (2/2)


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Simulations

Simulations


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Simulations (1/25)

Buts des simulations : Maintenir les connexions Vérifier les objectifs de conception


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Simulations (2/25)

Objectifs de conception : Sélectionner le meilleur réseau lors d’un VHO; Sélectionner la meilleure BS lors d’un HO; Réduire la consommation d’énergie d’une MS; Ajuster le déclenchement d’un HO à la vélocité d’une MS.


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Simulations (3/25)

Scénario 1 : Sélectionner le meilleur réseau lorsque :

la MS est mise en marche un VHO est effectué (WMAN WWAN)

Maintenir la connexion de la MS lorsque la vitesse de déplacement atteint 50 m/s

Réduire l’énergie consommée par la MS.


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Simulations (4/25)

Scénario 1 : Initialiser la vitesse à 50 m/s; Initialiser le mode d’opération à Auto; Positionner la MS dans le réseau WMAN; Déplacer la MS de WMAN vers WWAN.


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Simulations (5/25)

1-Signal WMAN et WWAN

2-HO au réseau WMAN

3- signaux WMAN et WWAN

3-Interface WWAN réactivée

4-VHO au réseau WWAN

Point de départ

Scénario 1 : Sélection du réseau (WMAN -> WWAN)


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Simulations (6/25)

Scénario 1 : Ce scénario démontre que :

lorsque le signal d’un réseau WMAN est disponible, le réseau WMAN est sélectionné même en présence d’un signal WWAN fort;

lorsque le signal d’un réseau WMAN n’est pas disponible, le réseau WWAN est sélectionné;

lorsqu’un réseau n’est pas utilisé, l’interface réseau correspondante est désactivée.


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Simulations (7/25)

Scénario 2 : Sélectionner le meilleur réseau lorsque :

la MS est mise en marche un VHO est effectué (WWAN WMAN)

Maintenir la connexion de la MS lorsque la vitesse de déplacement atteint 50 m/s

Réduire l’énergie consommée par la MS.


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Simulations (8/25)

Scénario 2 :

(identique au scénario 1 sauf pour le point de départ) Initialiser la vitesse à 50 m/s; Initialiser le mode d’opération à Auto; Positionner la MS dans le réseau WWAN; Déplacer la MS de WWAN vers WMAN.


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Simulations (9/25)

1-Signaux WWAN

2-HO au réseau WWAN

3-Interface WMAN réactivée


4-VHO au réseau WMAN

Point de départ

Scénario 2 : Sélection du réseau (WWAN -> WMAN)


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Simulations (10/25)


lorsque le signal d’un réseau WWAN est disponible, ce réseau est sélectionné en absence d’un signal WMAN;

lorsque le signal d’un réseau WMAN est disponible, ce réseau est sélectionné;

lorsqu’un réseau n’est pas utilisé, l’interface réseau correspondante est désactivée.


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Simulations (11/25)

Scénario 3 : Réduire l’énergie consommée par la MS.


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Simulations (12/25)

Scénario 3 :

(identique au scénario 2 sauf pour le mode d’opération) Initialiser la vitesse à 50 m/s; Initialiser le mode d’opération à Both; Positionner la MS dans le réseau WWAN; Déplacer la MS de WWAN vers WMAN.


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Simulations (13/25)

1-Signaux WWAN


3-Interface WMAN réactivée



Point de départ

Scénario 2 : Sélection du réseau (WMAN -> WWAN)


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Simulations (14/25)

1-Signaux WWAN


3-Signal WMAN



Point de départ

Scénario 3 : Réduction de l’énergie consommée


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Simulations (15/25)


la sélection du réseau WMAN survient beaucoup plus tôt en raison du mode d’opération de la MS;

les interfaces réseaux demeurent constamment activées. Cela a pour effet :

• d’augmenter l’énergie consommée par la MS et de diminuer son autonomie. Le temps d’activité pour la même trajectoire :

– Scénario 3 : 40889 ms– Scénario 2 :

» 26548 ms pour le réseau WMAN;» 19228 ms pour le réseau WWAN.


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Simulations (16/25)

Scénario 4 : Sélectionner la meilleure BS lors d’un HO; Maintenir la connexion de la MS lorsque la vitesse de

déplacement atteint 50 m/s.


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Simulations (17/25)

Scénario 4 :

(identique au scénario 3 sauf pour le mode d’opération) Initialiser la vitesse à 50 m/s; Initialiser le mode d’opération à WWAN; Positionner la MS dans le réseau WWAN; Déplacer la MS de WWAN vers WWAN.


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Simulations (18/25)

1-Signaux WWAN


3- signaux WWAN

4-HHO

4-HHO (pente la plus forte)

Point de départ

Scénario 4a : sélection de la BS (pente)


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Simulations (19/25)

1-Signaux WWAN


3- signaux WWAN

4-HHO (signal le plus fort)

4-HHO 5-HHO inutile

5- signaux WWAN

6-HHO

Point de départ

Scénario 4 : Sélection de la BS (intensité)


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Simulations (20/25)


l’utilisation de la pente du signal permet de minimiser le nombre de HO inutiles;

la sélection d’une BS basée sur l’intensité du signal reçu engendre un plus grand nombre de HO parce que plus le signal est fort, plus les probabilités sont fortes que le signal diminue lorsque la MS se déplace.


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Simulations (21/25)

Scénario 5 : Ajuster le déclenchement d’un HO à la vélocité d’une

MS; Maintenir la connexion de la MS lorsque la vitesse de

déplacement atteint 50 m/s.


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Simulations (22/25)

Scénario 5 (a/b) :

(identique au scénario 4 sauf pour la vitesse) Initialiser la vitesse à 50 m/s (a); Initialiser la vitesse à 25 m/s (b); Initialiser le mode d’opération à WWAN; Positionner la MS dans le réseau WWAN; Déplacer la MS de WWAN vers WWAN.


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Simulations (23/25)

2-) La base radio est sélectionnée dès que l’intensité du signal passe sous T2

1-Vitesse de déplacement de la station mobile

Point de départ

Scénario 5a : Ajustement à la vitesse (50 m/s)


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Simulations (24/25)

2-La base radio est sélectionnée après un délai de 200 ms

Point de départ

1-Vitesse de déplacement de la station mobile

Scénario 5b : Ajustement à la vitesse (25 m/s)


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Simulations (25/25)

Scénario 5 (a/b) : Ce scénario démontre que :

le déclenchement d’un HO est ajusté à la vélocité de la MS. Ceci permet à une MS :

• de rester le plus longtemps possible à sa BS d’attache et donc possiblement de minimiser le nombre de HO inutiles;

• d’étendre la période de détection des signaux disponibles et donc d’effectuer une meilleure sélection d’une BS au moment de déclencher un HO;

• de définir avec plus de souplesse la valeur des seuils.


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Conclusion

Conclusion


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Conclusion (1/1)

L’algorithme proposé permet de : Maintenir les connexions (jusqu’à 50 m/s):

WMAN (meilleur « condition d’usage »); WWAN (meilleure couverture).

Ajuster le VHO à la vélocité d’une MS : Retarder si MS se déplace lentement; Écourter si MS se déplace rapidement. (prédicteurs)

Minimiser le nombre de HO inutiles : Sélectionner une BS selon la pente du signal; (prédicteurs)

Minimiser l’énergie consommée par une MS: Mode d’opération.


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