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Introduction Les indicateurs de performances (KPIs) comme leur nom lindique sont lessence dune optimisation russie dun rseau 3G. Ces donnes sont ncessaires pour garantir la qualit de service requise, respecter le modle tabli du rseau lors de la phase de planification et dtecter toute anomalie qui pourrait les contrarier. Les KPIs sont nombreux et concernent toutes les entits du rseau : radio et core. Toutefois, dans notre prsent chapitre, nous allons nous concentrer sur les plus importants lis la partie radio. Leur analyse viendra aprs une prsentation de la qualit de service dans lUMTS et les lments du rseau la dcrivant et avant quelques tudes de cas ayant pour base ces KPIs et relevant du quotidien dun ingnieur doptimisation. 1. La qualit de service dans les rseaux UMTS: La QoS est dfinit comme tant leffet global produit par la qualit de fonctionnement dun service qui dtermine le degr de satisfaction de lutilisateur du service. Elle doit considrer deux aspects importants qui sont la capacit d'un rseau fournir le service avec un niveau bien dtermin, et comment satisfaire lutilisateur final avec ce service, en termes d'usage, daccessibilit, de continuit et de son intgrit.1.1. Architecture : Les services du rseau UMTS sont des services de bout en bout (dun quipement terminal TE un autre TE). Un service de bout en bout doit avoir une certaine qualit de service fournie lutilisateur pour satisfaire sa demande, afin de pouvoir garantir une certaine qualit de service, des services supports (BS :Bearer Services) sont dfinis entre la source et la destination dun service. Un service support comporte tous les aspects ncessaires pour garantir la qualit de service. Ces aspects concernent : le contrle de signalisation, le transport des donnes utilisateur et la fonction de gestion de la QoS. La figure suivante reprsente larchitecture en couches des services supports de lUMTS. Chaque service support dun niveau donn utilise les services offerts par les niveaux infrieurs.

Figure II.1: La QoS dans un rseau UMTSLes services supports sont les suivants : Le service de bout en bout (End-to-End Service) : Se situe au niveau application, utilise les services supports du rseau sous-jacent. Il stend entre le TE de dpart et celui darrive. Ce service peut tre transport sur plusieurs rseaux qui peuvent tre non UMTS. Il utilise le service support local TE/MT, le service support UMTS et le service support externe. Le service support local : Lquipement terminal (TE) Est li au rseau UMTS travers le terminal mobile (MT: Mobile Terminal). Le service support local TE/MT (TE/MT Local Bearer Service) assure la liaison entre le TE et le MT. Le service support de lUMTS (UMTS Bearer Service) : Est le service qui offre la qualit de service de lUMTS. Ce service utilise le service support daccs radio et le service support du rseau cur (CN : Core Network). Le service support externe (External Bearer Service) : Est un service offert par des rseaux externes, qui peuvent tre UMTS ou non. Le service support daccs radio (RAB : Radio Access Bearer Service) : Assure le transport confidentiel de la signalisation et des donnes utilisateur entre le terminal mobile et le nud de bordure. Cest le nud de frontire entre le CN et le rseau daccs. Ce transport seffectue avec la QoS adquate au service support ngoci de lUMTS ou, par dfaut, avec la QoS de signalisation. Ce service est bas sur les caractristiques de linterface radio et est maintenu pour un terminal mobile en mouvement. Lors de ltablissement dun service support daccs radio, des paramtres sont communiqus au rseau daccs UTRAN comme la taille et le format des paquets SDU (Service Data unit) transports vu que le payload du SDU des donnes utilisateur transport par le RAB doit tre conforme un format dfini avec des tailles exactes possibles. Ce service utilise le service support radio et le service support de linterface Iu. Le service support du rseau coeur (Core Network Bearer Service) : Assure linterconnexion entre le nud de bordure et la passerelle entre le rseau cur et les rseaux extrieurs Le rle de ce service est dutiliser le rseau dorsal (Backbone) pour fournir la qualit de service demande. Le service support radio (Radio Bearer Service) : Gre tous les aspects lis au support sur linterface radio comme les fonctions de segmentation et de rassemblage. Il utilise les services fournis par lUTRA FDD/TDD: (UMTS Terrestrial Radio Access) en mode FDD (Frequency Division Duplex) et en mode TDD (Time Division Duplex).

Le service support de linterface Iu (Iu-Bearer Service) : Agit avec le service support physique (Physical Bearer Service) pour assurer le transport entre le rseau daccs UTRAN et le rseau cur CN. Le service support du rseau dorsal (Backbone Bearer Service) : Gre les fonctionnalits de la couche 1 et 2 pour assurer les besoins de qualit de service du rseau cur CN. Ce service nest pas spcifique pour lUMTS, mais il peut rutiliser les spcifications existantes.1.2. Les classes de services: Les spcifications du 3GPP dfinissent quatre classes de qualit de service pour le transport des applications multimdia dans lUMTS. La diffrence entre ces classes de QoS se base essentiellement sur des exigences sur le dlai, le taux derreur binaire (BER) et la priorit de circulation. Classes de trafic ConversationnelStreamingInteractifBackground

Caractristiques fondamentales

Conserver la variation de temps entre les entits dinformation du flux de donnes (stream)Conversationnel (dlai stricte et faible)conserver la variation de temps entre les entits dinformation du flux de donnes -Modle question/rponse -conserver le contenu du paquet (payload) - La destination n'attend pas les donnes dans un certain temps. - conserver le contenu du paquet

Exemple de lapplication

- voix

- streaming vido

- navigation Web

- tlchargement en arrire plan (background) de mails

Tableau II.1: les classes de QoS de lUMTS

1.3. Les attributs du RAB: Lors de ltablissement dune communication, le rseau daccs reoit une demande dallocation de RAB du rseau cur avec la liste des attributs de qualit de service associs au RAB. Le rseau daccs doit alors interprter les attributs du RAB et dterminer les caractristiques des ressources allouer sur les segments radio. Dans la norme de lUMTS, le RAB est caractris par les attributs suivants : Classe de service: cet attribut est la classe de service (conversational, streaming, interactive ou background) de lapplication utilisatrice du RAB. Dbit maximal, dbit garanti, taille des SDU (Service Data Unit), taux de SDU errons, taux derreur rsiduel, dlai de transfert, priorit (indique la priorit relative du RAB), capacit de premption et vulnrabilit la premption. En fonction de la valeur de ces diffrents attributs, lUTRAN doit tre en mesure deffectuer les oprations suivantes: Le choix dun codage canal. En fonction des paramtres de dbit garanti, dbit maximal, classe de service et codage, lUTRAN dtermine le dbit de la ressource utiliser sur linterface radio. Lallocation du radio bearer de lIu bearer. La configuration des protocoles radio, en fonction des caractristiques des SDU qui seront changes sur le RAB. 2. Statistiques et indicateurs cls de performance : 2.1. Statistiques : La qualit du service dans les rseaux des tlcommunications reflte le niveau de la rentabilit et la fiabilit d'un rseau et de ses services. Ainsi les statistiques sont la manire la plus efficace pour surveiller les performances du rseau. La surveillance du rseau est un lment principal pour atteindre la meilleure qualit du service. La surveillance de QoS comporte l'observation, la qualification et l'ajustement permanent de divers paramtres du rseau. L'objectif de cette partie est de prsenter et dtailler tous les aspects lis l'extraction, la manipulation et l'exploitation des statistiques.2.1.1. Utilisation des statistiques : La notion des statistiques dans les rseaux mobiles se rapporte un ensemble gnral de mtrique qui aide l'oprateur dans trois directions principales : D'abord, valuer les performances du rseau. Ensuite, analyser les dfauts et vrifier les amliorations. En fin, dimensionner lextension du rseau La mtrique est directement produite par le vrai trafic des abonns. Chaque vnement qui se produit dans le rseau (initiation/terminaison d'appel, l'chec de Handover, etc.) est rapport lingnieur radio. En utilisant les statistiques, deux lments devraient tre distingus : Des compteurs purs (indicateurs lmentaires de performance, ou PIs), qui sont des valeurs incrmentales des vnements, gnralement sans pertinence significative si elles sont manipules individuellement. Ils fournissent des donnes sur un aspect spcifique (nombre d'appels, par exemple) mais, pratiquement, il est difficile d'interprter leurs valeurs. Les indicateurs de performance (KPIs), qui sont des formules calcules en se basant sur les PIs, traduisent mieux l'exprience de l'abonn.valuation du rseau : La plupart des oprateurs choisissent les KPIs pertinents pour visualiser leur rseau. Ils tablissent galement les objectifs runir afin de raliser le niveau voulu de la qualit du service de l'utilisateur. L'ide est de vrifier si les KPIs pertinents dpassent les limites seuil. Sinon, le diagnostique commence identifier l'lment dfectueux du rseau. Les oprateurs donc utilisent les KPIs afin de garder leur rseau performant ainsi que de se situer par rapport aux autres concurrents.Analyse des pannes et le contrle des amliorations : Le dpannage vise identifier et corriger la cellule dfectueuse, qui dgrade les performances globales dune zone. Ici, deux approches sont ncessaires: la premire est de fixer les seuils afin de visualiser si les performances du rseau ont atteint les objectifs prescrits. La deuxime est de surveiller la variation des performances (pourcentage d'augmentation ou de diminution de certain indicateur). Par exemple, une cellule qui a nettement perdu le trafic d'un jour l'autre devrait alarmer l'oprateur.2.1.2. Principe d'extraction des statistiques: 2.1.2.1. Processus : Le mcanisme de collection des statistiques est dcrit sur la figure ci-dessous. On commence dabord par le recueil des statistiques, et ensuite les tables des mesures des RNC devraient tre configures et actives. Les tableaux sont organiss par des catgories pour permettre l'oprateur de rduire la charge et de tlcharger seulement les mesures voulues (le trafic, disponibilit de ressource, Handover, contrle de puissance, etc.). Les abonns mobiles envoient les mesures la NodeB lors des deux modes: communication et veille. La NodeB envoie ces mesures la base de donnes interne de RNC, les compteurs purs sont calculs dans des formules prdfinies. Les KPIs calculs sont alors groups dans des rapports gnriques et envoys au bureau. Autres outils sont gnralement dvelopps pour lusage interne savoir pour archiver et visualiser les statistiques. Les statistiques sont quotidiennement rapportes afin de permettre loprateur de surveiller le rseau d'une manire trs ractive.2.1.2.2. Gnration des rapports : Un KPI est le rsultat d'une formule qui est applique aux compteurs (appels les indicateurs de performance).En utilisant un outil spcifique, les KPIs sont extraits dans des rapports de format prdfinis. Ces rapports sont adresss aux groupes cibles spcifiques qui peuvent les employer pour diffrents buts. Ce mcanisme est illustr sur la figure ci-dessous.

Figure II.2: Mcanisme dextraction des KPIs

2.2. Compteurs et les indicateurs cls de performance : 2.2.1. Compteurs : Un compteur peut tre dfini comme une valeur incrmental d'un vnement spcifique rptitif. Dans la norme UMTS, un vnement peut correspondre un message de signalisation. Par exemple lors dun appel tlphonique des milliers de messages de signalisations sont changs entre le UE et le MSC. La mise jour des compteurs un certain point se fait via les messages changs. Ce point est appel le point de dclenchement .Et comme des milliers de messages de signalisation existent, de nombreux compteurs peuvent galement exister. Cependant, le nombre de compteurs utilisables dpend de la stratgie des fournisseurs des quipements.2.2.2. Indicateurs Cls de Performance : Les indicateurs cls de performance (Key Performance Indicators, KPIs) peuvent tre dfinis comme ensemble de rsultats qui mesurent les performances durant les heures charges ou les heures normales sur le rseau entier. Le KPI est le rsultat d'une formule qui est applique aux indicateurs de performance (Performance Indicators, PIs). Le PIs peut tre extrait dun secteur, une cellule, un TRX ou un niveau dune cellule adjacente. Des centaines de KPIs existent. Ils emploient des compteurs d'une ou plusieurs mesures et peuvent tre calculs partir dun compteur ou dune formule de plusieurs compteurs. La priode de l'observation se rapporte la dure des chantillons rassembls : heure, jour, semaine, mois, etc. Le secteur indique l'endroit et les emplacements o les statistiques sont recueillies.2.2.3. Formule: Une formule signifie une combinaison mathmatique des compteurs qui a comme consquence un indicateur significatif. Dfinir une formule en utilisant plusieurs PIs aide pour identifier un KPI. Comme expliqu avant, le KPI donne plus de flexibilit et de clart l'oprateur dans linterprtation du comportement du rseau. Les formules, une fois choisies, devraient rester sans changement afin d'observer l'volution des performances du rseau dans le temps. Dans un environnement plusieurs fournisseurs, l'oprateur place une stratgie de performance et dfinit des formules pour chaque KPI. Alors chaque quipement dclenche ses propres compteurs, des limites entre les formules sont traces pour chaque fournisseur.3. Les Classes des Indicateurs 3G: Dans le domaine de lUMTS, la qualit est mesure en se basant sur les trois concepts utiliss dans le GSM (laccessibilit, le maintien et lintgrit) ainsi que dautres concepts (Mobilit, disponibilit et charge/utilisation).3.1. Laccessibilit au service: Cest la possibilit pour lutilisateur dtablir un appel, donc daccder au rseau, quand il le dsire, et o il le veut. Elle se calcule dans le rseau UTRAN sur deux tapes : RRC et RAB, et par rapport diffrents services.Indicateurs daccessibilit : Laccessibilit RRC se calcule par le taux de succs dtablissement de connexions des ressources de contrle radio RRC qui est dfinie par rapport deux type de service CS et PS. Laccessibilit RAB se calcule par le taux de succs dtablissement de RAB (pour chaque RAB CS et PS et pour chaque dbit de donnes UL et DL). LAdmission Control est loption qui permet daccepter ou de rejeter de nouvelles connexions selon la vrification de certains critres: Grade of Service : constitu de plusieurs indicateurs qui reflte ce taux dadmission pour chaque type de service. Rejet avant ou aprs Admission Control : il permet de diffrentier si les connexions taient rejetes avant ou aprs le contrle dadmission. Cause de rejet par admission control : d essentiellement lchec de ltablissement du RAB cause dune insuffisance que a soit au niveau de la puissance en DL, au niveau des codes de canalisation et ou au niveau DL/UL. 3.2. La Maintenabilit du service: Cest la possibilit de maintenir lappel jusqu ce quil soit termin normalement sans tre dconnect par le rseau sauf dans le cas dpuisement du forfait.

Indicateurs de maintien de lappel : Taux de coupure: on peut tirer des informations sur le taux de coupure dappels sur linterface radio et le taux total de coupure dappels dtects par UTRAN. Minutes per Drop : il permet de calculer le temps moyen entre deux coupures conscutives. Cette mthode est applique seulement dans le cas du PS et elle nest pas valable dans le cas du CS. Causes de coupures voix : il ya plusieurs KPI permettant didentifier les causes de coupures de la voix, comme : la perte de synchronisation UL, le manque de relation de voisinage, dconnexion due au soft handover3.3. Charge et utilisation : Il sagit de rsoudre le problme d'optimisation de la rpartition de la charge et de lallocation de puissance en cellules UMTSIndicateurs de charge et utilisation : Trafic par RNC : dfinie les indicateurs de trafic sur tout le RNC pour les deux types de services : PS R99 et HS. Trafic par UTRANcell : Le trafic par cellule se calcule en Kbit pour tous les services mais aussi en Erlang pour la voix. Trafic par RBS : Le trafic HS est calcul par RBS en se basant sur lindicateur HsDschResources et a se mesure en bit. Nombres dutilisateurs : Permet de calculer le nombre dutilisateurs connects par service. Taux doccupation HW RBS: Le taux doccupation des ressources HW est donn par RBS. Occupation des codes: calcule le nombre de codes occups par service. 3.4. Intgrit du service : Il sagit dune notion relative la qualit de la voix. Il existe des quipements qui permettent de gnrer des squences phontiques en mission et calcul le taux de corrlation avec la squence reue.Indicateurs dintgrit : Throughput moyen par RNC : permet de dterminer le dbit moyen par RNC pour les deux types de services PS R99 et HS. Throughput moyen par cellule: permet de dterminer le dbit moyen par cellule et utilisateur. BLER : Le Block Error Rate est dtermin grce lindicateur HS BLER. 3.5. Disponibilit : Il sagit de rsoudre les problmes concernant la disponibilit du service demand ainsi que la disponibilit en termes de HS (High Speed) user.Indicateurs de disponibilit : Disponibilit cellule : cest le calcul du pourcentage de disponibilit (la disponibilit de la cellule,). Disponibilit HS : cest le calcul de la disponibilit du service HS. 3.6. Mobilit : Il sagit de rsoudre les problmes concernant la gestion de la mobilit ce qui constitue un important dfi technique relever, afin dempcher la terminaison force de l'appel et permettre l'excution des applications d'une manire transparente la mobilit.Indicateur de mobilit : Soft et softer Handover : Les indicateurs du taux de succs du Soft Handover (Radio Link Addition) se calculent soit au niveau cellule soit au niveau UtranRelation. Hard Handover : Les indicateurs du taux de succs du hard Handover (Radio Link Addition) se calculent eux aussi soit au niveau cellule soit au niveau UtranRelation. 4. Quelques KPI de lUTRAN : Accessibility Success rate Drop Call Handover Trafic Nous allons juste nous contenter de prsenter la formule gnrale, les messages de signalisation associs et les problmes qui peuvent tre derrire un ventuel chec.4.1. Accessibility Success rate : La formule du taux de succs daccessibilit est la suivante:% Accessibility Success rate = % RAB establishment success rate % RRC connect success rate

O, % RAB establishment success rate: le pourcentage du taux de succs dtablissement des RAB. % RRC connect success rate: le pourcentage du taux de succs des connections RRC.Ce KPI peut tre divis en deux parties (CS et PS) pour les quatre classes de service (Conversationnel, Streaming, Interactive et Background).Les problmes rencontrs lors de ltablissement dun appel sont lis : Rejet dune connexion RRC: Congestion (codes, puissance, CE). Problmes de NodeB ou bien de transmission. Autres checs de connexion RRC: LUE ne reoit pas le message RRC CONNECTION SETUP. Le NodeB ne reoit pas le message RRC CONNECTION SETUP COMPLETE.

Figure II.3:Les messages de signalisation de ltablissement dune connexion RRC Problmes lis ltablissement du RAB: Des fonctionnalits qui ne sont pas supportes par lUTRAN. Dclenchement de relocalisation. Echec dtablissement dune connexion transport. Ressources indisponibles. Pas de rponse.

Figure II.4: Les messages de signalisation associs au RAB4.2. Coupure dappel : Aprs ltablissement du RAB, le message Iu Release Command est envoy par le Core Network comme rponse au message Iu Release Request ou bien RAB Release Request de la part du RNC. Cela est d au: Succs de relocalisation. Inactivit de lutilisateur. Libration normale de la connexion.

Figure II.5: Les causes de coupure dappelAu niveau du RNC ou dune cellule, la formule gnrale du Call drop Rate est calcule partir du nombre de liaison RAB russit ralis et du nombre des liaisons RAB raliss travers la liaison Iur. Ce KPI peut tre utilis pour valuer le ratio du Call Drop des diffrents services appartenant un seul RNC ou une seule cellule. Le Call Drop a lieu cause dune libration anormale de la part du RNC dclenche par les messages RAB RELEASE REQUEST ou IU RELEASE REQUEST . Le Call drop est gnralement d : Problmes Radio Frquence dont problmes de voisinage, couverture ou interfrence Libration de la part de lUE de la connexion de signalisation. Intervention de maintenance. Problmes de transmission. Premption active au niveau du RAB. Soft handover: pendant le Soft handover, le RNC envoie le message Active Set Update puis attend pendant un timer la rponse du UE. Sil ne la reoit pas, il annule cette RRC CONNECTION et dclenche un Call Drop. Autres raisons (chec de mise jour des cellules, congestion). 4.3. Handover : 4.3.1. Soft/Softer Handover : La formule du Soft/Softer Handover Success Rate est donne ci-dessous :Soft (Softer) Handover Success Rate = Soft (Softer) Handover Success / Soft (Softer) Handover Request 100%

Figure : Les messages de signalisation changs lors du Soft/Softer HandoverLchec du Soft/Softer Handover peut tre caus par plusieurs raisons: Des configurations non-supportes. Des configurations invalides. Incompatibilit au niveau de la reconfiguration. Aucune rponse. 4.3.2. Le Hard Handover : La formule du Hard Handover Success Rate est donne ci-dessous:Hard Handover Success Rate = Hard Handover Success / Hard Handover request 100%

Figure II.6: Les messages de signalisation changs lors du Hard HandoverLchec du Hard Handover peut tre caus par plusieurs raisons : Des configurations non-supportes. Des configurations invalides. Echec au niveau dun canal physique. Incompatibilit au niveau de la reconfiguration. Aucune rponse. 4.3.3. Le Handover Inter-Systme : La formule du InterRAT Handover to GSM Success Rate est donn par:InterRAT Handover to GSM Success Rate = inter-RAT handover from UTRAN to GSM success / inter-RAT handover from UTRAN to GSM attempts 100%Figure II.7: Les messages de signalisation changs lors du Handover inter-systmeLchec du Handover inter-systme peut tre caus par plusieurs raisons: Des configurations invalides. Echec au niveau dun canal physique. Aucune rponse. Les informations relatives au GSM sont rrones (dclaration du 2G LAC). Problmes au niveau du Core Network. La configuration du BSS. Conclusion Dans ce chapitre, nous avons dfini la QoS, en insistant sur les indicateurs et les paramtres logiques qui permettent la dcision de ltat de la performance du rseau, ainsi que la description de larchitecture de la QoS du rseau en dtaillant chacun de ces blocks constitutifs et notre analyse sest galement tal sur les attributs de la QoS. Dans la deuxime partie nous avons identifi la notion des statistiques leurs utilisation les mthodes danalyse et comment lvalu dans le rseau. Nous avons aussi vue la notion des KPI et comment ils sont dfinis internationalement en introduisant les six classes des KPI et leur dfinition.

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