Procédure de planification réseau WiFi

Procédure de planification réseau wifi

Motivation:

Le réseau 3G rencontre de nos jours un problème de congestion, auquel les opérateurs ont cherché des solutions efficaces. Pour faire face a ce problème, les opérateurs comptent répondre à la demande à travers plusieurs axes :

Le développement des infrastructures de réseaux mobiles ;
La réalisation de nouveaux réseaux, avec les technologies LTE (la « presque-4G ») et WiMAX (réseaux mobiles métropolitains) ;
Les petites cellules ou Femtocells (interconnexion de son mobile et de son box pour la téléphonie et l’accès à internet) ;
L’installation des Relais qui coute très cher et qui demande de refaire des études de déploiement;
L’utilisation de soft Handover qui n’est pas toujours fiable ;

C’est pour tous ces approches notre thème est venu pour aborder la solution de WiFi Offloading qui est amené à se développer ces prochaines années, mais existe déjà bel et bien, y compris en France (l’EAP-SIM : Extensible Authentication Protocol- Subscriber Identity Module) de Free Mobile, USA (AT&T : American Telephone & Telegraph), japon (KDDI : Kokusai Denshin Denwa Inc.).
Par exemple KDDI a commencé par son projet de WiFi Offloading il à ya plus de 6 ans, annonçant son plan de déploiement 12.000 point d’accès de WiFi de RUCKUS. Maintenant, ils ont 4.000.000 point d’accès. Fin mars 2016, KDDI a eu 53.680.000 abonnés.

Pourquoi le wifi c’est l’idéal pour le déchargement

En plus du coût attractif du basculement, bien moins élevé que les autres solutions de désengorgement des réseaux mobiles, le recours aux réseaux WiFi présentent de nombreux intérêts pour les opérateurs :

La totalité des équipements mobiles vendus actuellement disposent de la fonctionnalité WiFi (ordinateurs portables, Smartphones, tablettes, etc.)
Le WiFi utilise des spectres de fréquence autres que ceux détenus par les opérateurs
Les points d’accès WiFi proposent une connexion stable non seulement en intérieur, mais également à l’extérieur des bâtiments. Ils proposent un maillage particulièrement dense dans les centres-villes (WiFi Mesh)
Contrairement aux Femtocells, qui demandent à l’opérateur de sensibiliser ses clients à leur installation et leur utilisation, l’usage du WiFi est plus facile, et requiert moins l’attention des souscripteurs.

En revanche, lorsque l’opérateur fait basculer une connexion d’un réseau mobile 3G vers un WiFi public, sans que l’utilisateur puisse réellement s’en apercevoir, cela peut s’avérer dangereux pour lui et ses données personnelles, et oui, les réseaux WiFi ouverts sont à la fois nos amis et nos ennemis.

Le principe du WiFi Offloading

L’opération de DATA Offloading du 3G vers le WiFi peut être assurée par une simple application au niveau de l’équipement mobile qui commute entre les deux réseaux radio. Cette méthode se caractérise par sa simplicité mais en contrepartie elle présente quelques limites. Pour cela, la 3GPP a introduit la mobilité WiFi (WiFi Mobility) au niveau de la release 8 pour assurer un Handover transparent ou Seamless HandOver entre le réseau 3G et le réseau WLAN (WiFi) comme amélioration du concept d’I-WLAN déjà introduit au niveau de la release 6. Toujours dans la recherche d’une meilleure qualité de service et de basculement entre les deux réseaux, la 3GPP a introduit l’IP Flow Mobility qui permet aux opérateurs de contrôler le passage d’un réseau à un autre selon la nature des applications et les flux de données en question [10]. La figure suivante illustre les étapes de passage vers l’offload transparent 3G/WiFi.

Commutation basée sur une application

Cette solution est une solution simple et déjà appliquée, mais elle peut poser des limites au niveau de l’expérience de l’utilisateur, vu que le contrôle de la mobilité est relatif au développeur de l’application ce qui ne garantit pas toujours l’efficacité du choix.

WiFi Mobility

Avec cette solution, 3GPP a essayé d’améliorer l’expérience de l’utilisateur et la qualité de service, en ajoutant la mobilité et la possibilité du Roaming à la solution I-WLAN, qu’elle a proposée au niveau de la release 6, pour assurer la possibilité d’accéder à un réseau cœur 3GPP à partir d’un réseau d’accès non 3GPP, à savoir le WLAN, indifféremment du niveau de sécurité qu’il offre.
I-WLAN release 6
I-WLAN ou 3GPP System to WLAN Interworking, a été introduit pour la première fois au niveau de la release 6 de la 3GPP, pour rendre possible l’interconnexion entre les réseaux 3GPP et les autres réseaux non 3GPP, notamment le WLAN, pour assurer l’accès au réseau cœur 3GPP.
Pour ce faire, une nouvelle entité a été introduite au niveau de l’architecture du réseau 3G qui est le TTG ou Tunnel Termination Gateway.
Le TTG permet l’authentification des équipements en communiquant avec le serveur AAA, déchiffre les sessions ouvertes par l’UE, alloue les adresses IP et protège la couche 3 et l’échange des clés contre l’attaque de dénie de service. Il est responsable de la terminaison des tunnels IPsec qui le relie au UE et bascule le trafic du tunnel IPsec vers le tunnel GTP pour arriver au GGSN. Il reçoit les caractéristiques de tarification relatives à chaque abonné à travers le serveur AAA 3GPP. [N2].

Dimensionnement du WiFi Offload 3G

Le dimensionnement d’un réseau permet aux opérateurs d’estimer le nombre d’équipement à déployer pour satisfaire les besoins des clients de la région à dimensionner en termes de couverture et de capacité.
Un bon dimensionnement permet aux opérateurs de réduire au maximum les coûts de déploiement du réseau en évitant un surdimensionnement ou un sous dimensionnement du réseau tout en satisfaisant les besoins des abonnés.

Processus de dimensionnement d’un réseau wifi

Le processus de dimensionnement nous permettra de décider sur le nombre d’équipements nécessaires pour la mise en place du réseau WiFi adéquat avec les caractéristiques de la zone à servir et aussi satisfaisant les besoins des clients de cette zone.
Dans ce contexte, deux approches de dimensionnement se présentent, on peut choisir de tenir compte d’une seule approche uniquement ou de tous les deux simultanément selon les exigences et les politiques de l’opérateur.
Ces deux approches consistent à un dimensionnement par couverture et un dimensionnement par capacité. Dans ce dernier cas, le nombre de point d’accès final «« NAPdim » est le maximum entre le nombre obtenu par dimensionnement de la couverture « NAPcouv » et celui obtenu par le dimensionnement de la capacité « NAPcap ».

Modélisation de l’outil de dimensionnement:

Structure globale et fonctionnalités

L’outil à développer doit mettre en évidence le principe de dimensionnement qu’on a déjà expliqué au niveau de ce chapitre. Dans ce contexte, cet outil doit assurer les fonctionnalités de base suivantes :

Dimensionnement de la couverture de la zone en question et déduire le nombre de point d’accès nécessaires.
Dimensionnement de la capacité à servir dans cette zone et déduire le nombre de points d’accès qui doivent être mis en place.
Déduire le nombre de points d’accès nécessaires qui est le maximum des deux résultats précédents.

Notre outil va prendre des paramètres précis en entrée pour donner après tout calcul fait un ensemble de paramètres de sortie.
Paramètres d’entrée :
Les paramètres du bilan de liaison.

La surface de la zone à dimensionner.
Les paramètres du modèle de propagation.
Les paramètres de trafic et des services à offrir dans cette zone.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I GENERALITE SUR LES RESEAUX SANS FILS
I.1 Introduction
I.2 Définition des réseaux sans fils
I.3 Les catégories de réseaux sans fil
I.3.1 Les réseaux personnels sans fil : WPAN (Wireless Personal Area Network)
I.3.2 Les réseaux locaux sans fil : WLAN (Wireless Local Area Network)
I.3.3 Les réseaux métropolitains sans fil : WMAN (Wireless Metropolitan Area Network)
I.3.4 Les larges réseaux sans fil : WWAN (Wireless Wide Area Network)
I.4 Les réseaux sans fil utilisés
I.4.1 Le réseau 3G
I.4.1.1 Définition
I.4.1.2 Architecture de l’UMTS
I.4.1.3 Les services de l’UMTS
I.4.1.4 Le principe de W-CDMA
I.4.2 Le HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)
I.4.3 Le HSUPA (High Speed Uplink Packet Access)
I.4.4 La congestion dans réseau 3G
I.5 Le réseau Wi-Fi
I.5.1 Définition
I.5.2 Evolution de la norme 802.11
I.5.3 L’architecture cellulaire
I.5.3.1 Mode infrastructure
I.5.3.2 Mode Ad hoc
I.5.4 Méthode d’accèsau support de la norme 802.11
I.5.5 Équipement du réseau WiFi
I.5.5.1 Les cartes réseaux
I.5.5.2 L’antenne WiFi
I.5.6 Les équipements d’infrastructure
I.6 conclusion
Chapitre II LA TECHNIQUE DU WIFI OFFLOADING 3G
II.1 Introduction
II.2 Motivation
II.2.1 Pourquoi le wifi c’est l’idéal pour le déchargement
II.3 Le principe du WiFiOffloading
II.3.1 Commutation basée sur une application
II.3.2 WiFiMobility
II.3.2.1 I-WLAN release 6
II.3.2.2 I-WLAN release 8
II.3.3 IP flow Mobility
II.4 Conclusion
Chapitre III ETUDE DE DIMENSIONEMENT D’UN RESEAU WIFI OFFLOAD 3G
III.1 Introduction
III.2 Dimensionnement du WiFiOffload 3G
III.2.1 Processus de dimensionnement d’un réseau wifi
III.2.2 Dimensionnement de la couverture
III.2.2.1 Bilan de liaison
III.2.2.2 Le SNR ou rapport Signal/Bruit
III.2.2.3 Affaiblissement maximum tolérable
III.2.2.4 Rayon et surface des cellules
III.2.2.5 Modèles de propagation
III.2.3 Résultat du dimensionnement de la couverture
III.2.4 Dimensionnement de la capacité
III.2.4.1 Calcul de la bande passante totale
III.2.4.2 Résultat du dimensionnement de la capacité
III.3 Planification d’un réseau WiFioffload 3G
III.3.1 Affectation des canaux
III.3.2 Le choix de topologie
III.3.2.1 Topologie à cellules disjointes
III.3.2.2 Topologie à cellules partiellement recouvertes
III.3.2.3 Topologie à cellules recouvertes
III.3.3 Les interférences
III.3.3.1 Les interférences entraînent
III.3.3.2 Sources d’interférence
III.3.3.3 Combattre les interférences
III.4 Modélisation de l’outil de dimensionnement
III.4.1Structure globale et fonctionalité
III.5 Conclusion
Chapitre IV IMPLEMENTATION DU WIFI OFFLOADING 3G
IV .1 Introduction
IV .2 Réalisation de l’outil de dimensionnement d’un réseau WiFi
IV .2. 1 Présentation du logiciel Matlab
IV .2 .2 Exécution de l’application
IV .2. 2 .1 Au démarrage
IV .2 .2 .2 Onglet point accès (AP) et câble
IV .2 .2 .3 Onglet zone et modèle de propagation
IV.2 .2 .4 Onglet paramètres de capacité
IV .2 .2 .5 Onglet le résultat de dimensionnement
IV.3 Planification du réseau 3G /WiFi Offloading
IV.3.1 Choix de l’outil Atoll
IV.3.2 Choix de la zone à couvrir
IV.3.3 Procédure de la planification du réseau 3G(HSPA)
IV.3.3.1 Création d’un nouveau projet
IV.3.3.2 Cordonnées de système
IV.3.3.3 Importer les cartes numériques
IV.3.3.4 Ajout des sites
IV.3.3.5 Etude des prédictions
IV.3.3.6 Simulation de Trafic
IV.3.4 Procédure de planification réseau wifi
IV.3.4.1 Changement des paramètres AP WiFi
IV.3.4.2 Ajout des points d’accès
IV.3.4.3 Calcul des Prédictions
IV.3.5 Procédure de planification Wi-Fi offload 3G
IV.4 Conclusion
Conclusion générale et perspectives
Bibliographie