[Titre du document]

Introduction 

Le terme QoS a une signification très importante dans le domaine des

télécommunications. L'objectif de ce chapitre est de rattacher le projet à son cadre théorique à

rappeler l'évaluation de la qualité de service et des performances qui sont des notions

fondamentales de la technologie GSM. En effet l'évaluation de l'état du système et la

détection des disfonctionnements sont des tâches primordiales pour que l'opérateur puisse

avoir une maîtrise sur le réseau et mener à bien ses actions et interventions de maintenance.

Les réseaux mobiles d'une manière générale ont une particularité par rapport aux réseaux

fixes surtout lorsqu'il s'agit d'évaluer ses performances. Le terme de qualité de service a une

signification spécifique dans le monde de communication réseaux mobiles. Il se rapporte à la

rentabilité et à la fiabilité du réseau et de ses services.

Généralités sur la QoS

La QoS est la capacité d'un réseau à transporter un type de données dans de bonnes

conditions. Il s'agit alors d'obtenir un débit, une disponibilité, une gigue, un taux de perte de

paquets optimal, et assure une optimisation des ressources du réseau.

Pour l'optimisation du réseau, la gestion des flux devient nécessaire on fournit alors

une priorité sur différents type de paquets, avec cette méthode on réussit à maîtriser le débit,

le temps de latence et la gigue.

La qualité de service n'a pas le même sens selon l'application des flux sur le réseau.

Pour un service vidéo ou de téléchargement la QoS va résider dans le débit, le délai devra être

assuré pour des applications en temps réel et la téléphonie.

La maîtrise du débit

Pour anticiper le risque de congestion du réseau, il est possible de gérer le débit en

fonction des différents flux. Le but est de partager l'ensemble de la bande passante aux flux

qui y circulent, il existe deux méthodes :

Le « Traffic Shaping » : le concept est relativement simple. L'administrateur définit

une bande passante maximale pour un flux donné. Lorsque le débit du flux concerné

vient à dépasser ce seuil, les paquets sont mis en files d'attente et leur transmission

retardée.

1

[Titre du document]

Le « Traffic Policing » : cette approche est similaire au shaping, excepté le fait que

les paquets arrivant une fois que le seuil de bande passante réservée est dépassé sont

rejetés.

Pertes de paquets

En cas de surcharge d'un lien physique, l'équipement stock les paquets qui arrivent au

fur et à mesure dans son buffer. Lorsque ce dernier est plein, l'équipement supprime

l'ensemble des paquets entrants sans aucune distinction, les paquets critiques compris. La

méthode du marquage des paquets va encore être utilisée dans le but de modifier le

comportement de l'équipement et empêcher la suppression des paquets considérés comme

critique. Ces mécanismes sont :

Random Early Detection (RED)

Weighted Random Early Detection (WRED)

Cependant l'identification des flux peut se faire par les équipements, grâce à des

fonctions ajoutées par les constructeurs, par exemple les Access Lists pour Cisco.

Dans les réseaux IP, ce rôle est donné à DiffServ qui assigne les priorités dans un champ de

l'en-tête IP (DSCP), ce sont les nouds d'entrée qui vont marquer et identifier les paquets, le

cœur de réseau n'aura plus qu'à appliquer les règles sur ces flux. La QoS va permettre aux

administrateurs de gérer les différents types de flux qui circulent dans leur réseau.

II.1. Les principes de la QoS dans les réseaux mobiles

II.1.1. Definition

La Qualité de service est définie dans la recommandation de l'UIT par « un effet

global produit par la qualité de fonctionnement d'un service qui détermine le degré de

satisfaction de l'usager d'un service ».

Dans le contexte actuel, la Qualité de service est devenue un facteur déterminant pour

les opérateurs de télécommunication qui se sont donc aperçus que la qualité de leurs services

et de leurs prestations doit être constamment contrôlée et suivie d'une part pour connaître l'état

de fonctionnement de leurs infrastructures et d'une autre part pour pouvoir améliorer leurs

compétitivités.

2

[Titre du document]

Pour simplifier et pour faciliter la compréhension et la mise en place d'une approche

simple de qualité de service, les principes suivants sont définis :

La qualité de service ne concerne que l'ensemble des propriétés, caractéristiques et

paramètres pouvant être choisis, mesurés et comparés à des valeurs limites (valeur

seuil).

Evaluation de la qualité de service peut réduire quelques caractéristiques essentielles

de qualité. Il n'est pas nécessaire de définir et mesurer chaque propriété des dispositifs

de service.

II.1.2. Les paramètres de performances 

II.1.2.1. Les indicateurs de qualité de service

Un indicateur est une valeur basée sur un ou plusieurs compteurs et qui est

représentatif des performances du réseau. Les indicateurs de qualité de service BSS ont pour

objectifs de :

Identifier les défauts dans les éléments du sous-système radio et d'établir les actions

correctives pour gérer la qualité de service ;

Détecter et identifier les problèmes radio d'une cellule et aider les équipes

d'optimisation radio à analyser la situation et à définir les actions correctives

(changement de fréquence, ajustement d'un paramètre. . .) ;

Suivre des changements du sous-système radio :

Modèle de trafic

Charge du trafic

Rendement du réseau

Gains obtenus en changeant de version software.

Prévoir le comportement du réseau selon l'évolution du trafic.

Les indicateurs radio sont établit à partir des compteurs de performance fournit par le

centre d'opération et d'entretien du sous-système radio OMC_R. L'OMC_R possède différents

types de compteurs qui sont organisés sur 3 classes :

Compteurs cumulatifs : le compteur est incrémenté à chaque fois où l'évènement

compté aura lieu. Il est réinitialisé quand une nouvelle période est commencée. Il

indique juste le nombre d'évènements qui ont eu lieu dans une période de temps.

Compteurs statiques : ce sont des données statiques collectées relativement à l'état

d'une ressource spécifique.

3

[Titre du document]

Evénements d'observations : ce sont des observations sur un événement système. Par

exemple, l'événement Channel seizure time for an SDCCH est un compteur

d'observation qui indique le temps et la date quand le SDCCH est mesuré.

II.1.2.2. Les indicateurs clés de performance

La QoS dans les réseaux mobiles est évaluée par des indicateurs de paramètre de

performance (Key Performance Indicator (KPI)).Les indicateurs clés de performance

correspondent aux mesures donnant une information sur les performances du réseau ou d'un

processus. ). Les KPI sont obtenus à l'aide de formules et par la compilation des différentes

données. Les KPI évaluent essentiellement le maintien de l'appel, le volume de trafic, la

qualité du service sur l'ensemble du réseau. Les KPI permettent, ainsi, de détecter les cellules

en faute, les heures de pointe. Un seuil limite est déterminé pour chaque KPI, s'il est dépassé

une alarme est envoyée à la supervision pour indiquer la présence d'un problème sur la

fonction que le KPI mesure.

II.1.3. Les difficultés encourues lors des procédures

Les différentes procédures (immediate assignment, normal assignment, handover,

Directed retry) ont presque le même formalisme. Le diagramme de la figure ci-dessous décrit

les problèmes intervenants lors de la réalisation de ces procédures.

Figure II.1 : problèmes encourus lors des procédures

4

[Titre du document]

II.1.3.1. Problèmes de coupure d'appel

Ce sont les problèmes les plus gênants du côté de l'abonné. Les différentes causes de

ce problème sont les suivantes :

Coupure pour cause BSS : Ce genre de problème nécessite l'intervention de l'équipe

OMC pour vérifier si les coupures sont causées par une défaillance matérielle interne

au BSC ou si c'est un problème de transcoder.

Coupure pour cause Handover : si la tentative de handover échoue et si le mobile ne

réussit pas à reprendre son ancien canal, l'appel est coupé.

Coupure pour défaillance radio : l'appel est coupé suite à un problème de l'interface

air. Les causes peuvent être une mauvaise couverture de la cellule si la plupart des

handover se font sur qualité ou sur niveau ;

Une ou plusieurs fréquences de la cellule sont interférées ;

Un problème avec les aériens de la cellule (antenne, câbles feeder. . .), surtout si le

handover se fait pour la plupart du temps sur niveau de champ du lien montant.

II.1.3.2. Les problèmes d'échec de handover

Pour l'échec des handover sortant : Au cas où l'échec est lors de la phase de

préparation les causes peuvent être :

Les cellules cibles sont congestionnées

Connexions défectueuses sur les interfaces A au cas d'un handover inter-BSC;

Dans le cas où l'échec se situe à la phase exécution (échec de handover sur les canaux

alloués) la cause est l'échec radio ou BSS sur la cellule cible. Dans ce cas le mobile retourne à

son ancien canal, l'appel n'est pas coupé mais le handover a échoué.

II.1.3.3. Les problèmes d'échec d'établissement d'appel

Si une cellule présente un échec d'établissement d'appel on doit vérifier un ensemble

de point pour dégager les causes :

Si la zone est bien couverte, on doit vérifier si la cellule est congestionnée (congestion

TCH ou SDCCH) ;

5

[Titre du document]

Si le taux de coupure de canaux SDCCH est élevé on vérifie les causes du handover ;

S.il n'y a pas de drop SDCCH, on vérifie le taux d'échec d'établissement du lien TCH

Les causes peuvent être un échec BSS (panne matérielle) ou un échec radio.

II.4.1. Les critères de performance

Les critères qui rentrent dans l'estimation de la qualité de service d'un réseau peuvent

être classés en deux grandes catégories :

II.4.1.1. Les critères de performance chez l'opérateur

Il s'agit des aspects techniques en rapport avec des diverses technologies et

composants du réseau.

Ils font référence au cout consenti par l'opérateur pour :

Déployer le réseau

Assurer son évolution

Maintenir son fonctionnement

L'opérateur cherche alors à minimiser ses couts tout en garantissant une bonne qualité de

service.

II.1.4.2. Les critères de performance chez l'utilisateur

Les critères décrivent la performance du réseau tel qu'elle est perçue par les

utilisateurs. Ces critères sont directement mis en rapport avec les attentes des abonnés et

affectent profondément le degré de satisfaction de service.

Ces attentes sont principalement liées à :

La disponibilité du réseau (probabilité d'obtention d'un nouvel appel)

Le maintien de la communication (probabilité de coupure d'une communication)

La qualité auditive de la voix (puissance du signal, brouillage).

Ces aspects sont dépendant des mécanismes de fonctionnement du réseau (radio) tel que :

Couverture du réseau (RxLev)

Capacité du réseau (Taux de blocage)

Taux de congestion

Maintien de la communication (Taux de coupure)

Les interférences (qualité de la communication)

6

[Titre du document]

Les opérateurs se fixent des objectifs sur la qualité de prestation de leur service. Ces

objectifs sont importants car ils conditionnent la situation concurrentielle de l'opérateur.

II.2. Les mesures de performance

II.2.1. Structure des mesures de performance

Les mesures de performances peuvent être classées sur la base des informations

qu'elles apportent en cinq grandes classes bien que nous verrons plus loin d'autres critères de

classement. Ainsi, on relève :

Mesures relatives à la correction et la détection des erreurs : Pendant la phase de

planification, les sources d'erreurs, comme par exemple les phénomènes

d'interférences, sont multiples mais aussi pas évident à prévoir. Les mesures de

performances permettent la détection de ces erreurs.

Mesures relatives à la charge de trafic écoulé : Les mesures de la charge de trafic

établies dans une cellule ou dans tout le réseau offrent des données indispensables

pour améliorer l'exploitation des canaux et des ressources radio.

Mesures relatives à la disponibilité des ressources (Resource Availability

Measurement) : Grâce à cette catégorie de mesures, il est possible de gérer et de

connaître la disponibilité des ressources radio et de connaître à tout moment si des

ressources sont actives ou inactives. Les indicateurs relatives aux entités suivantes

sont d'une grande utilité dans ce contexte : TCH, SDCCH, BSC, BTS, TRX,

SS7Links, PCM connections.

Mesures relatives à la qualité de service: Connaître la qualité de service permet de

fournir aux abonnées de façon instantanée une bonne qualité de communication. Les

mesures de performances permettent donc de trancher sur la qualité des services

fournis par l'opérateur. Les différentes mesures et combinaisons de mesures mises en

œuvre dans l'appréciation de la QoS seront traitées plus loin.

Mesures à usage statistique : Les mesures de performances peuvent être très utiles

pour le service Marketing de l'opérateur. Ainsi, sur la base des données fournies par

7

[Titre du document]

les mesures, l'opérateur peut modéliser le comportement de ses abonnées ; à titre

d'exemple, si les mesures présentent des périodes à bas trafic téléphonique, il sera

intéressant de lancer des promotions incitant les clients à communiquer pendant ces

mêmes périodes. La même procédure peut s'appliquer si on raisonne sur les zones de

couvertures au lieu des périodes.

II.2.2. Les compteurs OMC

Le principe des compteurs OMC se résume dans le comptage des messages

(événements) au niveau des interfaces A et A-bis. L'OMC-R gère le BSS, il se charge de la

gestion des performances, les mesures se basent sur la collecte des compteurs calculés par les

équipements du réseau et l'OMC-S gère le NSS, s'occupe de la partie Switching.

Les données sont importées depuis les compteurs OMC et analysés grâce à des outils

dits outils de traitement des compteurs.

Les mesures OMC ne donnent qu'une vue statique et globale (temporellement et

géographiquement) de l'état du réseau. Les mesures sur la partie radio (Um) sont ignorées par

les outils de traitement. Les mesures d'OMC sont utilisées dans plusieurs domaines :

Optimisation et planification du réseau

Statistiques

Investigation en cas de problème sur le réseau

Analyse en temps réel

Les données des OMC sont sous forme de données brutes. Pour qu'elles soient

exploitables, elles sont transformées en KPI (Key Performance Indicators). Les KPI sont

obtenus à l'aide de formules et par la compilation des différentes données. Les KPI évaluent

essentiellement le maintien de l'appel, le volume de trafic, la qualité du service sur l'ensemble

du réseau. Les KPI permettent, ainsi, de détecter les cellules en faute, les heures de pointe.

Un seuil limite est déterminé pour chaque KPI, s'il est dépassé une alarme est envoyée à la

supervision pour indiquer la présence d'un problème sur la fonction que la KPI mesure.

8

[Titre du document]

Figure II.2: Structure de la gestion du compteur OMC

Indicateur Seuils

Taux de perte des sessions <5%

Taux d’établissement des sessions >95%

Taux de coupures sessions radio 2%

Coupures d’appels >95%

Taux d’échec de handover 2%

Tableau II.1 : Quelques KPI

II.2.3. Les mesures Drive test

Des mesures sur le réseau GSM vont permettre de déterminer la qualité des signaux

radio (BER, FER) et donc du risque de coupure sur celui-ci.

Nous allons étudier une méthode de mesure, le drive test. Le drive test consiste comme

son l'indique en des sorties terrains, réalisées en voiture, lors desquelles on effectue des

scénarios afin de tester différents aspects d'une communication mobile. On teste, alors,

l'établissement de la communication, son maintien durant un temps donné, et la qualité audio

tout en étant mobile. Les testeurs, en voiture, sont munis d'une chaîne de mesure (ensemble

des équipements) de type drive test.

9

[Titre du document]

Les éléments de la chaîne sont :

Un mobile à trace

Le mobile de test est équipé d'un logiciel spécial et est utilisé pour les mesures radio. Le

mobile est connecté à l'ordinateur d'acquisition, qui rend possible l'utilisation de commandes

qui permettent de contrôler le mobile, mais sa véritable utilité réside dans le fait qu'il peut

calculer tous les paramètres radios (niveau du signal, la qualité du signal.etc.) et les

communiquer à l'ordinateur. Le mobile permet en somme de réaliser tous les scénarios

possibles dans la zone géographique testé.

Un équipement GPS

Pour la localisation exacte de la position géographique de chaque point de mesure. Il est

indispensable pour repérer les points de mesures qui présentent des problèmes radios.

Un ordinateur portable doté d'un logiciel d'acquisition

L'ordinateur traite et enregistre les mesures récupérées du mobile à trace et du récepteur GPS.

Les mesures sont rendues lisibles, par l'intermédiaire du logiciel, et permettent à l'ingénieur de

constater l'état du réseau sur place.

Figure II.3 : Représentation du test drive.

Lors des tests drives, les principaux paramètres mesurés sont :

Longitude, latitude : Le système de localisation GPS nous donne les coordonnés de

chaque point de mesure.

LAC : Location Area Code qui représente une zone géographique, elle comporte

plusieurs cellules pouvant provenir d'antennes différentes.

CPICH_power : puissance en dBm sur le canal de contrôle.

MAX_TH_power : puissance maximale transmise par la cellule.

10

[Titre du document]

Niveau de champ (Rx Level) : Ils consistent à mesurer sur la voie balise BCCH, le

niveau de champ RxLevel reçu par le mobile. Une mesure de niveau de champ est

faite immédiatement après chaque tentative d'accès au réseau. La relation entre Rx

Level et la couverture est apprécié de manière différente selon les opérateurs.

Couverture Rx en dBm

Pas de couverture -110 -95

Mauvaise couverture -95 -85

Assez bonne couverture -85 -75

Bonne couverture -75 -65

Très bonne couverture -65 -46

Tableau II.2 : Quelques valeurs de Rx en dBm

Les informations collectées lors du drive test sont corrélées avec les mesures système,

les mesures des sondes et les plaintes utilisateurs. Ces informations vont servir à l'analyse

statistique en passant par les KPI (Key Performance Indicators) qui représente le nombre

d'appels interrompus, non admis, de mauvaise qualité (BER), problème de handover.

II.3. Analyse et optimisation

Avec les données en notre possession on va pouvoir effectuer une analyse, suivie de

décisions qui seront prises dans le but d'améliorer le réseau et diminuer les zones de dessertes.

Il est également important d'optimiser le réseau pour maximiser la quantité de requêtes

satisfaites. Pour cela, différentes techniques d’optimisation existent :

II.3.1. Dimensionnement/Planification de réseau

Les problèmes de dimensionnement de réseau se résument à l’installation d’un

ensemble de liens de capacités données, afin de pouvoir écouler un ensemble de demandes

connues. C’est un processus visant le long terme qui rentre en compte dans le programme

d’investissement et du déploiement des équipements du réseau. Les demandes de trafic prises

en compte doivent correspondre aux prévisions de la charge du réseau. Concrètement, dans le

cas d’une détection de couverture insuffisante, on pourra envisager d’augmenter la puissance

de la cellule, avec comme risque l’augmentation d’interférences, on préférera alors la mise en

place d’une nouvelle cellule.

11

[Titre du document]

II.3.2. Ingénierie de réseau

Les problèmes d’ingénierie de réseau concernent l’attribution efficace des ressources

existantes du réseau aux demandes de trafic. Les demandes de connexions sont connues et le

réseau est en place mais les ressources doivent être configurées et affectées. Parmi toutes les

configurations possibles, on cherche celle qui maximise l’efficacité de l’utilisation des

ressources. Ce problème est généralement formulé comme un problème d’optimisation.

Plusieurs situations :

Interférences dues à la puissance de la cellule, il faudra re-paramétrer la cellule pour

limiter son nombre de canaux.

Interférences dues aux cellules voisines qui la polluent, il faudra re-paramétrer les

cellules voisines pour baisser leurs puissances.

L’optimisation cœur de réseau va avoir lieu lorsque les KPI en fautes viennent d’un

équipement surchargé, l’optimisation va passer par une répartition des charges avec un

équipement moins sollicité.

En résumé, l’évaluation des performances du réseau va suivre le schéma suivant :

Figure II.4 : l’évaluation des performances du réseau.

12

[Titre du document]

La qualité de service de réseau GPRS

Intérêt

Le GPRS supporte différents niveaux de qualité de service (QoS). Cette caractéristique

permet aux opérateurs de facturer les services GPRS selon le profil de QoS souscrit à

l’abonnement.

Quatre paramètres définissent la qualité de service:

Classe de priorité

Classe de fiabilité

Classe de délai / retard

Classe de débit

De nombreuses combinaisons de classes sont possibles, ce qui permet de définir

plusieurs profils QoS.

Lorsqu’un abonné veut établir une session, le réseau lui attribue une qualité de service

négociée sur la base :

Du profil QoS demandé par l’utilisateur pour cette session,

Du profil QoS disponible en fonction des ressources libres actuelles du réseau GPRS.

Classes de priorité

La priorité de service indique l’importance relative de maintenir le service promis lors

de conditions anormales. Par exemple certains paquets, selon leur classe de priorité, sont

détruits lors du manque de ressources radio ou de congestion du réseau.

Classe Priorité Description

1 HauteLes services de cette classe seront maintenus en cas de congestion.

2 NormaleLe maintien des paquets de cette classe se fera après les paquets de priorité haute.

3 BasseLes services de cette classe seront les premiers supprimés en cas de problème.

Tableau II . : Les classes de priorité

13

Classe Priorité Description

[Titre du document]

Classes de fiabilité

La fiabilité de la transmission de données est définie en termes d’erreurs résiduelles :

probabilité de perte de données, probabilité de données hors séquence, probabilité de données

dupliquées et probabilité de corruption de données.

Classe Probabilité de perte

Probabilité de perte

Probabilité dedé-séquencement

Probabilité d’erreur résiduelle

1 10−9

2 10−4 10−5 10−6

3 10−2 10−5 10−2

Tableau II. : Les probabilités de classes de fiabilité

Classes de délai

Les classes de délai sont liées aux délais dus aux limites techniques de la transmission

à travers le système. Sont pris en compte dans le calcul du délai: le temps d’accès radio, le

temps de transit radio et le temps de transit au niveau du réseau GPRS.

Quatre classes sont spécifiées par la norme. Un réseau doit supporter au minimum la

classe 4 «best effort».

Tableau II. : Les probabilités de classes de fiabilité

Classes de débit

Une classe de débit caractérise la bande passante demandée par l’utilisateur pour une

session. Le débit peut être négocié suivant deux classes :

14

[Titre du document]

Classe de débit maximum

Cette classe définit le débit maximum atteignable lors de la session.

Même si le réseau possède des ressources supérieures, il peut limiter l’abonné à ce

débit négocié.

Par contre, ce débit n’est pas forcément atteint lors de la session. Tout dépend des

performances du mobile et des ressources radio disponibles. Le débit est exprimé en

octets/s.

Classe de débit moyen

Cette classe définit le débit moyen de transfert attendu durant une session. Le débit est

mesuré en octets/h.

15