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Gestion de la mobilité et ingénierie de trafic en conception des réseaux mobiles de troisième génération

Ronald Beaubrun

PhD thesis (2002)

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Cite this document: Beaubrun, R. (2002). Gestion de la mobilité et ingénierie de trafic en conception des réseaux mobiles de troisième génération (PhD thesis, École Polytechnique de Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/7094/
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Abstract

RÉSUMÉ Dans cette thèse, nous apportons trois principales contributions. Tout d'abord, nous avons conçu et présenté une approche modulaire de planification qui essaie d'optimiser conjointement les coûts de planification et la capacité des systèmes mobiles de la prochaine génération, en se basant sur l'identification de cinq facteurs fondamentaux : l'ingénierie du trafic, l'architecture du réseau, l'allocation des ressources, la gestion de l'itinérante globale et la couverture radio. Chaque facteur est pris en compte par un module qui traite d'un aspect particulier du problème de planification. Ces modules interviennent de façon parallèle dans le processus de planification, et la prise en compte des interactions entre eux permet une gestion simultanée de plusieurs sous-problèmes ayant des objectifs éventuellement conflictuels les uns par rapport aux autres. Ainsi, la méthodologie préconisée contribue à concevoir un système qui supporte le plus d'usagers possible et qui répond à leurs exigences, en termes de disponibilité du réseau, de la qualité de la communication et de délai de connexion. Les résultats portant sur le compromis existant entre la capacité du réseau et la puissance minimale requise par utilisateur pour maintenir une communication de qualité ont montré que, pour une valeur donnée du rapport signal à bruit, la puissance minimale requise par usager décroît lorsque la capacité de la cellule augmente. En outre, l'analyse du comportement du rapport signal à bruit minimal reçu par utilisateur en fonction du niveau d'interférence a montré que plus le trafic dans le système est intense, plus le système doit fournir de la puissance pour maintenir une communication de qualité. La comparaison du rapport signal à bruit minimal par usager pour les macro-cellules, micro-cellules et pico-cellules a également révélé qu'un tel rapport est plus élevé pour les macro-cellules que pour les autres types de cellules, et que l'utilisation de micro-cellules ou de pico-cellules aide à augmenter la capacité du système. Ensuite, nous avons conçu et mis en œuvre une approche de gestion de mobilité globale basée sur l'utilisation d'un équipement spécial d'interconnexion appelé WING (Wireless INterworking Gateway) qui facilite l'interopérabilité des composantes hétérogènes du réseau. Cette base de données enregistre le profil, ainsi que les informations relatives aux sessions des usagers qui traversent les frontières des systèmes adjacents pour accélérer la télé-recherche et l'acheminement des communications. De plus, pour évaluer la quantité de trafic de signalisation généré, nous avons défini les séquences d'opérations mises en œuvre au niveau du WING lors des changements de sous-systèmes, et modélisé chaque WING par une file d'attente de type M/G/1. Les performances de l'approche proposée ont été évaluées pour deux modèles de mobilité : le modèle fluide et le modèle de gravité. L'évaluation de performance nous a permis de tirer plusieurs conclusions. D'abord, pour un taux fixé d'appels émis ou reçus, le trafic de signalisation généré au niveau des bases de données tend à augmenter lorsque le degré de mobilité globale des abonnés augmente, mais ne dépend pas du modèle de mobilité utilisé. Les résultats ont aussi révélé que le temps de réponse aux requêtes décroît linéairement en fonction d'un paramètre p qui caractérise la stratégie de stockage d'informations et qui indique la probabilité qu'une information requise lors d'une requête soit accessible au niveau d'un VLR (Visitor Location Register). Dans le même ordre d'idées, nous avons considéré deux sous-systèmes i et j, et analysé, pour chaque modèle de mobilité, l'influence de la répartition des usagers sur le trafic de signalisation, ainsi que sur le temps de réponse du réseau. Les résultats obtenus de cette analyse ont montré que l'influence de la répartition des usagers sur la qualité de service dépend du modèle de mobilité considéré. Dans tous les cas, nous avons trouvé que, peu importe le comportement ou la répartition des abonnés, la stratégie de stockage ou le modèle de mobilité considéré, l'approche préconisée dans cette thèse contribue à améliorer significativement les performances du réseau, en termes de trafic de signalisation et de délai associé à la télé-recherche et à la localisation des utilisateurs. En outre, nous avons proposé deux modèles de files d'attente pour caractériser le trafic dans chaque cellule des systèmes mobiles de la prochaine génération : le M/G/ ∞ (ou M/M/ ∞ sous certaines conditions) et le G/G/c/c. Le premier modèle se base sur la capacité élastique de la technologie CDMA pour modéliser chaque cellule par un système n'ayant aucune limite théorique sur le nombre de communications à gérer. Ce modèle nous a permis d'analyser, entre autres, l'effet de la taille des cellules sur l'intensité de trafic. Les résultats de cette analyse ont montré que, pour les macro-cellules, l'intensité du trafic est plus faible que pour les micro-cellules ou les pico-cellules qui, quant à elles, sont généralement considérées comme des zones plus denses. Il en résulte que le risque d'interférence est plus élevé dans les pico-cellules que dans les micro-cellules ou les macro-cellules. Quant au modèle G/G/c/c, son analyse étant complexe, nous avons appliqué les principes d'entropie maximale pour le résoudre. Cela nous a alors permis d'évaluer de manière réaliste à la fois la distribution du trafic et la probabilité de blocage d'appels dans chaque cellule, en plus de permettre l'analyse du comportement de tout système qui peut être modélisé par une file d'attente de type G/G/c/c. En termes de résultats, le modèle G/G/c/c nous a permis d'analyser, d'une part, l'effet des coefficients de variation des distributions d'arrivée et de service Ca et Cs sur la distribution du trafic p(n) et, d'autre part, celui des coefficients de variation sur la probabilité de blocage pli. Pour l'analyse de l'effet de Ca et de Cs sur p(n), nous avons trouvé que le coefficient de variation de la distribution du trafic d'arrivée a plus d'influence sur la distribution du nombre de terminaux actifs que celui de la distribution du temps d'occupation des canaux. Les résultats ont aussi permis de valider que la distribution du trafic est insensible au temps de service pour tout modèle de file d'attente de type M/G/c/c. Nous avons enfin entrepris d'analyser l'effet de Ca et de Cs sur pB de manière à déterminer, en fonction de Ca et de Cs, les conditions selon lesquelles le réseau offre de faibles probabilités de blocage, c'est-à-dire une meilleure qualité de service. Nous avons trouvé que, pour des valeurs fixées de Ca une meilleure qualité de service peut être offerte pour des valeurs élevées de Cs alors qu'une meilleure qualité de service est offerte dans chaque cellule pour des valeurs faibles de Ca lorsque Cs est fixe. Nous avons toutefois constaté que pB est plus sensible aux variations de Ca qu'à celles de Cs. De plus, nous avons vérifié que, pour un trafic d'arrivée poissonien, pB reste invariante pour tout Cs ≥ k 1, ce qui valide que la probabilité de blocage est insensible à la distribution du temps de service dans un modèle de type M/G/c/c. CONTENU Éléments de planification des réseaux mobiles -- Architecture de base -- Systèmes mobiles de troisième génération -- Paramètres de planification -- Formulation du problème de planification -- Étapes de planification -- Méthodologie de planification proposée -- Approche proposée pour la gestion de la mobilité globale -- Gestion de la mobilité globale -- Évaluation de la performance -- Ingénierie du trafic -- Paramètres de modélisation -- Modèle théorique d'évaluation du trafic -- Résultats obtenus et analyse -- Limitations des travaux et orientations de recherches.

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Additional Information: Le fichier PDF de ce document a été produit par Bibliothèque et Archives Canada selon les termes du programme Thèses Canada https://canada.on.worldcat.org/oclc/56490138
Department: Département de génie électrique
Date Deposited: 04 Aug 2021 11:05
Last Modified: 03 Sep 2021 11:30
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/7094/

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