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INSA Lyon 4TC – ARM Dép. TC TD Architecture Réseaux Mobiles - corrigés Exercice

INSA Lyon 4TC – ARM Dép. TC TD Architecture Réseaux Mobiles - corrigés Exercice 1. Le schéma (qui est extrait de la norme GSM) décrit la procédure de handover dans un réseau cellulaire. Sur le schéma, le point 1 désigne un handover normal (appelé handover inter-cellulaire en GSM), le point 2 désigne un handover intra-cellulaire (le mo- bile reste dans la meme cellule, mais il change de porteuse) et le point 3 désigne un han- dover optionnel, laissé au choix de l’opérateur. Les points qui posent en général de problèmes aux étudiants: - cet algorithme se déroule sur le contrôleur de la station de base, dans le réseau. Souvent, les étudiants pensent que c’est sur le mobile. - l’algorithme nécessite effectivement des mesures provenant du mobile, mais ces me- sures sont remontées par des messages de contrôle sur la voie montante. - la partie à droite sur le schéma correspond à une situation où le contact avec le mobile a été perdu (Power FAIL). Les informations utilisées pour calculer les différentes mé- triques sont les dernières remontées par le mobile. - le paramètre Power Budget - PBGT(n) - indique en réalité une comparaison entre le gain de canal mobile - BS courante et mobile - BS voisine n. Plus PBGT(n) est important, plus le mobile gagnerait à passer sur la BS n. - RXQUAL est un nom très trompeur (utilisé dans la norme). On a l’impression que ça parle de “qualité”, quelque chose de positif, mais en réalité ça mesure le taux d’erreur binaire du lien. La comparaison sur RXQUAL est du coup souvent déroutante. - il y a une différence entre RXLEV et RXLEV_xx_IH, qui n’est pas toujours détectée par les étudiants. - la logique pour arriver sur le cas 2 (handover intra-cellulaire) n’est pas toujours évi- dente. Pratiquement, le mobile mesure une bonne puissance du signal, mais un taux d’erreur binaire élevé. Cette situation n’est pas intuitive et elle est due à des interfe- rences provenant des cellules voisines. On mesure du coup la puissance du signal avec un deuxième seuil (RXLEV_xx_IH), encore plus élevé. Si la puissance mesurée est vraiment très bonne, il n’y a aucune raison de changer de BS, on change donc de porteuse dans la meme BS. - le fait d’avoir une distance maximale dans une cellule n’est pas toujours facile à com- prendre. Le mobile mesure une bonne puissance, avec un taux d’erreur correct, ça peut paraitre bizarre de devoir changer de BS. On aura un exercice plus tard qui explique clairement les raisons de cette taille maximale de cellule. Exercice 2. Le paging et les LACs sont complémentaires. Dans un réseaux sans LAC (ou, de manière équivalente, avec une seule zone de localisation), un message de paging est en- voyé dans chaque cellule. Cela ne passe évidemment pas à l’échelle d’un pays ou d’une grande région. Dans le cas contraire, si on veut éliminer le paging, un mobile doit mettre à jour sa localisation à chaque changement de cellule. De nouveau, cela ne passerait pas à l’échelle d’un point de vue consommation énergétique du mobile. Exercice 3. Si toutes les cellules sont dans la meme zone de localisation, il n’y a pas de message lors de la transition entre deux cellules. Par contre, les messages de paging sont diffusés sur toutes les cellules. Le nombre de messages par cellule est donc: N1= N2= N3= N4= 9+ 6+ 8+ 6= 29 messages Si chaque cellule est dans une zone de localisation différente, il y a un message de mise à jour de zone de localisation à chaque changement de cellule. Par contre, les mes- sages de paging ne sortent pas de la cellule correspondante du mobile. Du coup: N1= 9 paging + 2+ 3 mise à jour de localisation= 14 messages N2= 6+ 3+ 8+ 3= 20 messages N3= 8+ 2+ 8+ 4= 22 messages N4= 6+ 4+ 3= 13 messages 2018-2019 Page 1 INSA Lyon 4TC – ARM Dép. TC La conclusions est que, dans cet exemple, c’est plus intéressant d’avoir une zone de localisation par cellule que d’avoir une seule zone de localisation avec les 4 cellules. La charge dans chaque cellule diminue avec la deuxième stratégie. La stratégie optimale pour l’exemple donné est: - Zone 1 = Cell 1 avec 9+ 2+ 3 = 14 messages - Zone 2 = Cell 2 + Cell 3. Dans ce cas, la cellule 2 récupère le paging de la cellule 3, mais enlève les messages de mobilité entre les deux cellules. On se retrouve avec 6+ 8 (pa- ging) + 3+ 3 (localisation) = 20 messages dans la cellule 2 et avec 6+ 8 (paging) + 2+ 4 (localisation) = 20 messages dans la cellule 3. - Zone 3 = Cell 4 avec 6+ 4+ 3 = 13 messages. Par rapport à la deuxième stratégie ci-dessus, les cellules 1, 2 et 4 ont la meme charge de trafic. La cellule 3 observe deux messages de moins. Dans ce petit exemple, la recherche de la solution optimale peut se faire de manière ex- haustive. De manière générale, le problème est NP complet et il faut imaginer des heuris- tiques pour le résoudre. L’approche la plus utilisée est de regrouper ensemble dans la meme zone de localisation des cellules entre lesquelles il y a des flux de mobilité impor- tants (l’exemple classique est celui des autoroutes, où les zones de localisation sont li- néaires, le long des routes). Exercice 4.1. Avant d’écouter le SCH, le mobile a déjà trouvé la bonne fréquence de transmission de la BS (plus précisément le FCH de la voie balise). Par contre, le mobile n’a aucune notion du temps et de la structure de la trame GSM. La séquence SCH est connue par tous les mobiles et elle a des bonnes propriétés d’auto-corrélation, ce qui permet une détection rapide au niveau du récepteur mobile. Exercice 4.2. Une multitrame de trafic a 26 slots, dont 24 transportant du trafic, un pour le canal SACCH (le 13ème) et un slot idle (le 26 ème). Le role des slots SACCH et idle sera discuté dans les exercices suivants. Exercice 4.3. Un slot SACCH apparait une fois tous les 26 slots d’une multitrame de trafic. Physiquement, les slots d’une multitrame de trafic sont séparés de 8 slots (une trame GSM a 8 slots et chaque utilisateur occupe, avec sa multitrame, un de ces slots). Le canal SACCH transmet donc 114 bits tous les 26x8= 208 slots (120,56 ms). Cela donne un débit d’environ 945,59 bits/seconde. Exercice 4.4. Dans un réseau cellulaire, le temps est donné par la station de base et tous les mobiles s’y calent. Mais le temps de propagation entre le BS et les mobiles n’est pas le meme, et il dépend de la distance de chaque mobile à la BS. Deux propriétés importantes apparaissent: 1) les mobiles n’ont pas exactement le meme horloge, car ils se trouvent à des distances différentes de la BS; 2) il y a un décalage d’un temps de propagation entre la BS et le mobile. Si le mobile commence donc sa transmission au début du slot qui lui a été assigné, la BS va recevoir ce message avec un décalage de deux fois le temps de propagation: un temps de propagation de décalage d’horloge et un temps de propagation du message. Cela veut dire que, si le message occupe un slot complet, il va déborder sur le slot suivant, en produisant potentiellement des interférences avec la transmission d’un autre mobile. Pour cela, la BS annonce à chaque mobile une avancée temporelle (timing advance): pratique- 2018-2019 Page 2 T T T ………. T S T ……….. T i INSA Lyon 4TC – ARM Dép. TC ment, chaque mobile commence sa transmission 2 temps de propagation avant le slot al- loué (un intervalle de garde est aussi utilisé pour compenser une éventuelle mobilité). Mais le timing advance peut être envoyé uniquement aux clients connectés au réseau d’accès. Un client qui utilise le RACH n’est pas connecté, donc il ne possède pas de timing advance. Le mobile commence donc sa transmission RACH au début du slot, et non pas avant. Pour cela, le burst RACH est réduit, afin de ne pas déborder sur le sort suivant. Cela permet de calculer le temps maximal de propagation autorisé pour un mobile, donc la taille maximale de la cellule. La durée d’un burst RACH est réduite de 576,9 - 324,9 = 252 microsecondes (la durée d’un slot est donné dans l’exercice précédent, la valeur de 546,43 microseconde donnée ici tient compte de la valeur de l’intervalle de garde utilisé par défaut). Cela est équivalent à deux fois le temps maximal de propagation, donc temps de propagation de 126 microse- condes. En utilisant la vitesse de propagation donnée, cela fait une distance maximale de 37,8 km. Exercice 4.5. La seule difficulté est que la valeur de 8 demi-bursts doit être comprise comme 4 bursts. C’est juste que techniquement les messages sont divisés en demi-bursts. Le reste est facile si on se rappelle les uploads/Geographie/ 4tc-arm-corrige.pdf