Évaluation des performances du réseau 3G : application à la couche réseau
1. MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR
DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ET DE LA
TECHNOLOGIE
UNIVERSITE TUNIS EL MANAR
Évaluation des performances du
réseau 3G : application à la couche
réseau
SOUTENANCE DE STAGE DE FIN
D’ÉTUDES
Présenté en vue de l’obtention de la
Licence Appliquée en Réseaux
InformatiqRuéeal iSsép péarc :ialité ARS
Badis BEN ALAYA & Achraf TRABELSI
Encadré par :
Mr , Adel BEDOUI
Année Universitaire 2012/2013
4. Nom commerciale de l’office national de télécommunication
L’opérateur historique de télécommunications en Tunisie
Créé le 17 avril 1995
Domaine d’activités:
Téléphonie fixe
Téléphonie mobile
Services Data
Lancement du service 3G = le 1er Aout 2011
4 15/10/2014
5. Réseau 3G = Services mobiles plus avancés
= Demandes croissantes des abonnées
Satisfaire leurs abonnées = Améliorer ses services 3G
Améliorer ses services 3G = Améliorer
Débits
QoS
Couverture
Routage
Visiophonie
Streaming
Navigation et téléchargement plus rapides
5 15/10/2014
8. 3G = Troisième génération de normes de téléphonie mobile
Développé en 2004
Fournir :
Des services multimédias avec une meilleur qualité
Accès internet performant et confortable
Une meilleure couverture
Représenté principalement par les normes UMTS et CDMA2000
Méthode d’accès = CDMA
Bande fréquence = 1900-2000 MHz
Débit réel = 384 Kbits/s
Normalisé par 3 organismes : UWCC , 3GPP , 3GPP2
8 15/10/2014
9. Permet des débits de l’ordre de 384 kbits/s lors d’un déplacement de
l’ordre de 120 km/h (véhicule, transports en commun, etc.).
Permet des débits de l’ordre de 2 Mbits/s lors d’un déplacement de
l’ordre de 10 km/h (marche à pied, déplacement en intérieur, etc.).
Permet des débits de l’ordre de 144 kbits/s lors d’un déplacement
de l’ordre de 500 km/h (Train à Grande Vitesse, etc.).
9 15/10/2014
10. réseau
d’accès
radio
UTRAN
réseau
coeur
réseau
UMTS
responsable de la
commutation et du
routage des
communications (voix et
données) vers les réseaux
externes
supporte toutes les
fonctionnalités radio
10 15/10/2014
11. Fonction principale = transférer les
données générées par l’usager
Passerelle entre l’équipement usager
et le réseau coeur
Parmi ses fonctions :
Le domaine de commutation
de circuits (CS) = utilisé pour la
téléphonie
Il est en charge de :
Composé de :
Les éléments communs aux
domaines CS et PS
La gestion MSC
de la mobilité
La gestion GMSC
de la communication
La commutation VLR
et le routage
La taxation et la facturation
La protection et la sécurité
Composé de :
Terminal Mobile (ME)
Carte USIM
Sécurité
Mobilité
Gestion des ressources radio
Synchronisation
Il est composé de :
Node B
RNC
Composé de :
HLR
AuC
EIR
Le domaine de commutation
de paquets (PS) = qui permet la
commutation Il est décomposé de paquets
en trois
parties Composé dont de deux :
domaines :
SGSN
GGSN
11 15/10/2014
12. Service Délai Exemples
d'application
Débit Tolérant à
des erreurs
Conversationnel
(temps réel) << 1s
Téléphonie
Vidéophonie
28.8 kbps
32-384 kbps
Oui
Oui
Interactif environ 1 s
Commerce
électronique
Internet
Non garanti
N on garanti
Non
Non
Streaming < 10 s
Audio/vidéo
haute qualité
32-128 kbps Oui
Arrière-plan
(Background)
10 s
Fax
E-mail
Non garanti
Non garanti
Oui
Non
12 15/10/2014
14. Offre les moyens d’accéder à un réseau
Acheminer les données à travers un réseau
Ses fonctionnalités :
Routage
Relayage
Contrôle des flux
14 15/10/2014
16. Une meilleure
évolutivité et
adaptabilité
Vecteur distance
Les
Etat de lien
protocoles
de routage
dynamique
La distance la plus courte
La meilleur voie
Capacité de
maintenir
l'échec ou de
changement
de topologie
Charge
protocoles de
routage
dynamique
administrative
moins
16 15/10/2014
17. RIP IGRP OSPF
Vecteur Distance
Algorithme = Bellman-Ford
Nb max sauts = 15
Distance métrique = Nb sauts
Compatible à tous dispositifs
de routage
Réservé à de grands réseaux
Le plus simple
Le plus utilisé
Vecteur Distance
Algorithme = Bellman-Ford
Nb max sauts = 100
Etat de lien
Algorithme = Dijkastra
Possède une LSD
Très compliqué
Très élaboré
17 15/10/2014
18. Etude de réseau 3G = Tâche compliquée :
Réseau vaste et compliqué
Mettre en place les équipements du réseau = beaucoup de temps
Matériels coûteux
Difficulté de reproduire les tests des scénarios en réel
Solution = utiliser un simulateur de réseaux
18 15/10/2014
20. Technique par laquelle un logiciel modélise le comportement d'un réseau =
Par le calcul à l’aide des formules mathématiques
Par des observations à partir d'un réseau réel
Un simulateur réseaux =
Outil de modélisation des réseaux
Outil d’évaluation des performances
Utilisé pour développer des nouvelles solutions
20 15/10/2014
21. OPNET NS2 OMNET++ NetSim
Open source Non Oui Oui Non
GUI Oui Non Oui Oui
Points forts d’OPNET Modeler :
Langage(s) C/C++ C++/Otcl C++ Java
Bibliothèque de modèle complet
Interface utilisateur conviviale
Présentation personnalisable des résultats de simulation
Dispose de plusieurs modules et outils
Les protocoles réseau
supportés
ATM, TCP, une interface
de données distribuées
Fibre (FDDI), IP,
Ethernet, Frame Relay,
802.11, et le soutien pour
le sans fil.
TCP /IP, routage
multicast, protocole TCP
sur les réseaux câblés et
sans fil.
Les réseaux sans fil Wifi, Ethernet, TCP / IP
et ATM
DES Oui Oui Oui Oui
Plateforme Windows Windows/Linux Windows/Linux Windows
Animations Oui Non Non Non
Notre choix = OPNET Modeler
Bibliothèque de modèles Complet
Contient un nombre
suffisant de modèles
Nombre important de
librairies mais avec des
problèmes de
configurations dans leurs
fichiers qui rend
l’installation plus
complexe.
Aloha , Token Ring,
Ethernet CSMA /
CD,Fast et Gigabit
Ethernet, Frame Relay,
TCP , UDP,
IPv4 et IPv6 Routage -
RIP, OSPF, BGP,
MPLS,WiMax,MANET,
GSM
21 15/10/2014
22. Network
(réseau)
Un projet d’études supérieures au MIT par les frères Cohen
OPNET Technologies = une entreprise informatique américaine
fondée en 1986 (devenue publique en 2000)
Utilisateurs =
Les domaines de la
Les universités
Les laboratoires de R & D
Les fabricants
Les opérateurs
modélisation
Process
(processus)
Node
(noeud)
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23. Éditeur de projet :
Le niveau le plus élevé de la hiérarchie d'OPNET
Permet de définir la topologie du réseau
1 2 3 5 14 19 23
Ce domaine est divisé en trois entités :
Les icones les plus importantes de l’éditeur sont :
Les Sous-réseaux
Les noeuds de communication
Liens de communication
1 : Nouveau
2 : Ouvrir
3 : Sauvegarder
5 : Ouvrir la palette d’objets
14: Ouvrir le centre de trafic
Possède deux éditeurs :
Éditeur de projet
Éditeur de modèle de réseau
19: Configurer / Exécuter la Simulation à événements discrets
23: Afficher les résultats
23 15/10/2014
24. Éditeur de modèle de réseau :
Permet de représenter la topologie d’un réseau = constitué de noeuds et de liens
24 15/10/2014
25. Flux de paquets (packet Stream)
Fils statistique (statistics wires)
25 15/10/2014
27. Les Les objets types des OPNET liens Modeler utilisée :
nécessaires pour représenter le réseau 3G sont
:
Désignation OPNET Modeler Utilisé entre
ATM_OC3 Node B RNC
RNC SGSN
PPP_DS3
SGSN GGSN
GGSN réseau IP
Réseau IP le routeur (qui regroupe les serveurs)
10BaseT Routeur serveur
27 15/10/2014
28. Cette configuration permet à l’utilisateur de configurer la façon dont
l’application génère du trafic :
Le nombre des répétitions de l’application pendant la simulation du réseau
La taille de l’application (en octets)
La définition d’applications = à l’aide de l’objet « Définition des applications »
Nom de l’application Configuration sous OPNET Modeler
Messagerie électronique Email (Light)
Transfert des fichiers File Transfer (Light)
Navigation WEB WEB Browsing (Light HTTP1.1)
NB : On a choisie une distribution constante pour obtenir des statistiques faciles à lire
dans l’analyse des performances
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29. Configuration La définition des des profiles serveurs = d’application à l’aide de l’objet :
« définition des profiles »
Nom de profile Application supportée
Un serveur peut soutenir une ou plusieurs applications
Email Messagerie électronique
FTP Transfert des fichiers
WEB Browsing Navigation WEB
29 15/10/2014
30. Configuration du mécanisme de Handover :
Configuration d’équipements usagers :
Le mécanisme de Handover =
Un équipement usager dans le réseau 3G = émettre et recevoir des données
Pour assurer la mobilité des usagers
Permet le déplacement de l’abonné selon des différentes trajectoires
30 15/10/2014
31. Afin d’évaluer les performances au niveau de la couche réseau du réseau 3G, en
recourant à l’utilisation de ces trois KPI fournis par OPNET Modeler :
Un KPI = une valeur basée sur un ou plusieurs compteurs permet de mesurer les
performances de réseau
IP Traffic dropped
( Le trafic IP chuté)
IP Processing delay
( Le retard de traitement IP)
IP Number of hops
(Le nombre des sauts IP)
Les KPI = permettent de trouver les imperfections dans le réseau pour :
Le trafic IP chuté de
tous les noeuds du
réseau mesuré en
(paquets par seconde)
Le retard subi par un paquet à
travers la couche IP , ce délai
Identifier les causes de ces problèmes
comprend :
Le retard de la file d'attente
Faire les actions correctives nécessaires
Le retard de traitement
Le nombre moyen des
sauts IP prise par paquets
de données atteignant à un
noeud de destination
31 15/10/2014
32. Nom Description
Duration Durée de la simulation
Seed Moteur de génération de nombres aléatoires
Values Per Statistic Nombre de valeurs à collecter pour chaque statistique
Update interval Nombre des événements met à jour pour un intervalle de temps
32 15/10/2014
33. Scénario Architecture Environnement de la
simulation
Scénario N° 1 : réseau
UMTS chargé
24 équipements usagers
5 Node B
4 RNC
3 SGSN
1 GGSN
5 Routeurs
3 serveurs d’application
Durée de simulation : 48
heures.
Seed : 128
Valeurs par statistique :
100.
Intervalle de mise à jour :
500000 événements
Scénario N° 2 : réseau
UMTS non chargé
8 équipements usagers
même architecture que
scénario N°1
Même environnement que
scénario N°1
33 15/10/2014
34. Le trafic IP chuté
La phase ptrearnmsiatnoeirnete
Une grande perte dû à :
RIP OSPF IGRP
Une stabilisation dû à :
Le protocole n’est pas encore adapté à la topologie du réseau =perte des paquets lors de la
La carte de topologie est crée
découverte Phase transitoire des chemins 02 afin :33 de :20 créer PM la carte 0.13 de topologie
0.17 0.25
Adaptation des protocoles avec la topologie du réseau
Le protocole va tester tout les routes existantes même qui sont inutiles
07: 33:20 PM 0.07 0.08 0.11
34 15/10/2014
Phase permanente 0.053 0.055 0.061
35. Le retard du traitement
RIP OSPF IGRP
La phase tprearnmsiatnoiernet e
Retard faible Stabilisation Phase transitoire = File d’attente libre
=
A 02 :29 :07 PM 6.9 7.64 7.42
Augmentation du retard = manque d’espace dans la file d’attente (congestion des paquets)
Protocoles s’adaptent à la topologie A 03 :31 du :40 réseau PM = Traitement 8 des 8.2 paquets plus 7.83
rapide
Congestion = protocoles pas encore adaptés à la topologie du réseau
Phase permanente 7.1 7.8 7.4
35 15/10/2014
36. Nombre des sauts IP
OSPF = possède le plus long chemin = Type « Etat de lien »
RIP et IGRP = possèdent les plus courts chemins = Type « Vecteur distance »
RIP OSPF IGRP
Phase permanente 1.86 2 1.62
IGRP est mieux que RIP =
Plus avancé
Mises à jours de routage plus rapides
36 15/10/2014
37. On remarque que la phase transitoire du deuxième scénario dure moins que celle
La durée de la phase
transitoire
Scénario N°1 07h :13m :20s
Scénario N°2 03h :03m :20s
Phase transitoire « courte » = phase permanente plus longue = période de
15/10/2014
Différences trop négligeables entre les trois protocoles
37
Comparaison avec scénario N°1 :
du premier scénario
Le trafic IP chuté
stabilisation assez importante
La phase
permanente
Scénario RIP OSPF IGRP
Scénario Date RIP OSPF IGRP
N° 1 02 : 33 : 20 PM 0.13 0.17 0.25
N°1 0.053 0.055 0.061
N°2 0.018 0.02 0.026
Les protocoles gardent les mêmes performances et le même comportement par rapport
au premier N° scénario
2 02 : 33 : 20 PM 0.04 0.08 0.16
La différence du trafic IP perdu entre les deux scénarios est la même = une chute de 0.09 (paquets/seconde)
38. Phase transitoire = trop courte =
Le retard de traitement
La charge de trafic circulant est faible
Les files d’attentes ne sont pas chargées
Rythme de traitement des paquets = stable tout au long de la simulation = une
longue phase permanente
La phase
permanente
Scénario RIP OSPF IGRP
N°1 7.1 7.8 7.4
N°2 6.89 6.71 6.83
Scénario Différence entre OSPF et RIP ( en microsecondes)
N°1 7.8 – 7.1 = 0.7
N°2 6.89 – 6.71 = 0.18
Changement des performances par rapport au premier scénario = OSPF est devenu
le meilleur
Dans un réseau non chargé = Il n’existe pas une supériorité majeure d’un
Nombre d’usagers a diminué = diminution du retard de traitement
protocole par rapport aux autres
38 15/10/2014
39. Nombre des sauts IP
Les protocoles gardent presque les mêmes performances dans le deuxième scénario =
protocoles de types « vecteur à distance » offrent les plus courtes chemins par rapport au
protocole « OSPF » qui est de type « Etat de lien »
39 15/10/2014
40. On conclue que le protocole de routage RIP = les meilleures résultats dans la plus
part Scénario des indicateurs testés
Indicateur RIP OSPF IGRP
RIP =
Réservé généralement à des grands réseaux
Notre architecture est simple = aide à améliorer les performances de
protocole «RIP » = « RIP » est un protocole « simple et ancien »
Scénario 1
(réseau chargé)
Le trafic IP chuté Le meilleur Le moyen Le pire
Le retard de traitement Le meilleur Le pire Le moyen
Nombre des sauts IP Le moyen Le pire Le meilleur
Les résultats de l’évaluation des performances sont trop proches pour les trois
protocoles
Scénario 2
(réseau non chargé)
Le trafic IP chuté Le meilleur Le moyen Le pire
Le retard de traitement Le pire Le meilleur Le moyen
Pas de domination Nombre d’un seul des sauts protocole IP par Le rapport moyen aux autres Le pire = chaque protocole Le meilleur
est
performant dans un domaine particulier
Dans un léger réseau (non chargé) on ne peut pas avoir des statistiques exemplaires
40 15/10/2014
42. Au terme de ce stage, on peut conclure que nous pouvons
atteindre les objectifs fixés dés le début du projet à savoir :
Etudier le réseau 3G
Familiariser avec les simulateurs réseaux
Evaluer les performances de réseau 3G au niveau de la
couche réseau
42 15/10/2014