Intégration du satelitte dans les réseaux mobiles de 3G et B3G

Satellite integration in 3G and B3G terrestrial mobile networks

• Auteur / Autrice : Nawel Zangar Attia
• Direction : Samir Tohmé, Sami Tabbane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux et télécommunications
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Versailles-St Quentin en Yvelines en cotutelle avec École supérieure des communications de Tunis (Tunisie)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Qualité de Service (télécommunications)

IEEE 802.16 (norme)

Téléphonie mobile

Allocation de ressources (radiotéléphonie)

Communications par satellite

UMTS (norme)

Résumé

Afin d’élargir la couverture cellulaire, plusieurs systèmes basés sur des satellites ont été développés pour offrir une couverture globale. Les services multimédias pourraient ainsi être proposés sur une échelle globale, à condition que soit garantie l’intégration des réseaux satellites aux réseaux cœurs. Dans cette thèse, on s’intéresse à l’intégration du satellite dans les réseaux mobiles terrestres. Dans une première contribution nous nous sommes intéressés à l’étude de l’intégration du satellite ou de la constellation de satellites aux réseaux de nouvelles générations, UMTS et WiMAX. Des scénarios d’architecture d’intégration du satellite dans le réseau terrestre d’accès radio UMTS ont été établis. Plusieurs paramètres ont été pris en compte dont le choix de l’orbite ainsi que le choix de la technologie de transport sur l’interface air qui s’avère être très important. Par ailleurs, différents rôles ont été attribués au satellite, le plus basique étant celui du satellite transparent, le satellite joue ensuite le rôle du NodeB terrestre. Dans un autre scénario, les deux fonctions de Node B et du RNC seront implémentées à bord du satellite qui jouera alors le rôle d’un réseau d’accès radio spatial. Les piles protocolaires des différents scénarios ont été établies. Un modèle de simulation a été développé en utilisant le simulateur de réseaux NS-2. Dans la suite, une étude consacrée à l’intégration du satellite dans les réseaux WiMAX a été réalisée. Le satellite va agir comme un « backhaul » pour les cellules WiMAX se trouvant dans les régions isolées et va assurer la connectivité des réseaux WiMAX avec le backbone filaire. Une architecture de réseau hybride est alors proposée, ainsi que des fonctions réseau et radio tels que la mobilité, le routage et le handover. Aussi, nous avons étudié l’allocation de ressources dans un système à commutation de circuit classique à l’échelle de l’appel dans le réseau hétérogène S-UMTS. Ensuite, nous avons considéré le burst comme unité de service afin de mettre en évidence les avantages du multiplexage statistique. Deux modèles de sources avec détection d’activité et de silence ont été étudiés (ON/OFF). Un modèle analytique est proposé par la suite pour estimer les performances dans un réseau S-UMTS en tenant compte des dégradations possibles du canal pouvant être causées par les effets des conditions atmosphériques afin de prévoir leur impact sur la QoS. Enfin une allocation adaptative de ressources est proposée afin d’uniformiser le délai de bout en bout. Un Algorithme d’allocation adaptative de ressources est établi afin de décrire la politique de partage de la bande passante. En outre, la politique d’allocation et de re-allocation proposée sera une sorte de “dimensionnement adaptatif sensible à la distance’’ et devra tenir compte des exigences en terme de QoS. Des tests et des modèles de validation ont été effectués pour les deux accès orientés burst et paquets.

In order to extend cellular coverage, several systems based on satellites were developed to provide global coverage. Multimedia services could be offered on a global scale, assuming that the integration of satellite networks to core networks is guaranteed. This thesis is devoted to the integration of satellite to terrestrial mobiles networks. In a first contribution we were interested in studying the integration of the satellite or constellation of satellites in the UMTS and WiMAX networks. Several integration architectures of the satellite in the terrestrial radio access network UMTS have been established. Several parameters were taken into account including the orbit choice, and the air interface technology. Moreover, several functionalities were assigned to the satellite node, the basic one is to consider satellite as a repeater (bent pipe), and then satellite segment offers the functions of a Node B to the terrestrial UMTS segment. Another scenario, the functions of Node B and RNC were implemented on board the satellite which will act as a spatial radio access network. The protocol stack of each of the different scenarios was established. A simulation model was developed using the network simulator NS-2. In the following, a study of satellite integration in WiMAX network was completed. The satellite will act as a backhaul for WiMAX cells located in isolated areas and will ensure the connectivity of WiMAX networks with the wired backbone. A hybrid network architecture is then proposed, as well as network and radio functions such as mobility management, routing and handover. We then propose a resource allocation schemes for heterogeneous traffic in S-UMTS network for circuit switching mode at the call level. Then, resources allocation was done for burst oriented access scheme in order to highlight the benefits of statistical multiplexing. Two sources models with activity detection were studied (ON / OFF). Then we proposed an analytical model to estimate performance in S-UMTS network, taking into account the possible degradation of the channel caused by atmospheric conditions in order to predict their impact on QoS. Finally, an adaptive resources allocation scheme was proposed in order to compensate delay variation in LEO constellation. The proposed scheme results in a distance-aware variable access delay on the satellite air interface that aims to maintain the end to end delay under the QoS threshold. Analytical Markov model was proposed, for a burst oriented access scheme in the one hand while simulation tests were done for packet oriented access scheme on the other hand.