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Architecture et Planification de réseau WIMAX Mémoire de fin de cycle à l’obten

Architecture et Planification de réseau WIMAX Mémoire de fin de cycle à l’obtention d’un Master 2 réalisé par Alix KOYANGOZO Page 1 AVANT PROPOS Ce travail a été réalisé dans le cadre d’obtention d’un diplôme de fin d’étude qui sanctionne les cinq années d’études supérieures conformément au système L.M.D (Licence-Master-Doctorat) appliqué à l’université Amadou Hampaté Ba de Dakar. La validation du diplôme de Master 2 en Réseaux et Télécommunication établit dans l’enceinte du département des sciences et technologies représente le niveau (BAC+5), l’équivalent du DEA (Diplôme d’Etude Approfondie) dans l’ancien système. La réalisation de ce mémoire nous a permis de voir l’impact de la norme 802.16x dans les réseaux sans fil actuels ,elle est utilisé par les opérateurs mobiles pour offrir des services de type multimédia avec un débit beaucoup plus élevé mais a fortiori de servir comme une solution plus adaptée à la couverture des zones inaccessibles à l’xDSL pour diverses raisons que nous évoquerons dans la suite de cette étude sans oublier au- dessus tout la planification de cette norme. Un autre aspect du travail est donc les processus de planification de la norme, dans cette partie nous avons étudié les paramètres et les méthodes pour les calculs mathématiques liés aux liaisons, les nombres de fréquences et porteuse, les antennes, etc., qui sont tous indispensables au dimensionnement d’un réseau WIMAX. Architecture et Planification de réseau WIMAX Mémoire de fin de cycle à l’obtention d’un Master 2 réalisé par Alix KOYANGOZO Page 2 DEDICACE Je dédie ce mémoire à mon grand père Michel NZOKODE, pour tout son amour qu’il m’a offert, À mon père bien aimé Thaddée KOYANGOZO, À ma mère Alphonsine SOLI, Vous avez tout donné pour ma réussite, voilà que votre sacrifice porte bien le fruit. Je vous serais toujours reconnaissant, Vous êtes les meilleurs parents que j’ai connus, À mes frères, sœurs, mes enfants et tous ceux que j’aime, À tous ceux qui ne cessent de croire en moi pour qu’un Jour je puisse goutter au bonheur à travers mes études, Sachez que je crois de retour en vous et de ce modeste travail. Je me souviens toujours de vous pour cette marque de confiance. Architecture et Planification de réseau WIMAX Mémoire de fin de cycle à l’obtention d’un Master 2 réalisé par Alix KOYANGOZO Page 3 REMERCIEMENTS La conception de travail est rendu possible grâce aux apports de certaines personnes qui m’ont fournis, tant moral, financier, intellectuels, matériels, et dont l’occasion nous est présenté de leurs remercier et nous sied de rappeler en toute gratitude leurs concours. Je remercie, Dieu le tout puissant pour la vie et la santé qu’il m’a donné tout au long de mon séjour à Dakar au Sénégal, Mes parents pour le sentier financier, moral et d’être de bons exemples pour moi jusqu’ici. Vous avez répondu toujours présent pour me soutenir, je vous remercie car tous vos conseils, je l’ai pris en compte pour forger ma vie. A toute l’administration de l’Université Amadou Hampaté Ba, mes professeurs qui ont tout donné leurs énergies, expériences, et compétences utiles à ma formation depuis le premier cycle universitaire jusqu’à l’aboutissement de ce travail, que l’honneur m’échoie de venir présenter devant ce jury, je ne cesserais de vous remercier. Je remercie très particulièrement mon encadreur M. Issa KONATE AW pour tout ce qu’il a contribué, de par son expérience, sa compétence, et ses conseils à la rédaction de ce mémoire, que le bon Dieu puisse le préserver tout au long de sa vie professionnelle. Je remercie très sincèrement avec tout honneur possible les membres de ce jury pour leurs temps et contributions, d’avoir participé à cette soutenance, ceci montre bien l’affection que vous tenez à notre réussite nous qui sommes vos étudiants, espérons que ce travail sera à la hauteur de vos attentes. A toute la famille NZOKODE Michel et KOYANGOZO, tante NGUILA et ses enfants, Dieudonné WALANE et ses enfants, mes oncles ZOROMBALI, DAMBOTI, tante Véronique et ses enfants, maman Hélène, ma mère Mme Emelie KOYABENDO et ses enfants, Tonton Robert, Lucien WANGOLO et ses enfants, les enfants de AMBROISE, A mes frères, sœurs et ses enfants, Dénis, Olga, Alban, Ghislain, Estella, Flora, Helena, Tatiana, Priscilla, Clarisse, Mélaine, Sidonie, YABOUBAZO, Manuela, Rita, cyntiche. Mes collègues de classe depuis l’école primaire jusqu’à l’université, mes camarades et proches, trouvez ici l’expression de mes sincères gratitudes et ceci démontre à quel point vous resterez toujours dans mes pensées à l’image de : Eric BOBERO, Nathan FEIKERE, Hervé KOUNGA, TAHIR Horine, Juge, Cheikh Mbow, Abdel KOYO, ZOUNGARANI Kenny, Auch PANZOU PEPE, TIEMOGO Malick, Abdel Hamid, Binta Ndiaye, Maimouna SAMB, Marième SANGATE. Architecture et Planification de réseau WIMAX Mémoire de fin de cycle à l’obtention d’un Master 2 réalisé par Alix KOYANGOZO Page 4 TABLE DES MATIERES AVANT PROPOS...................................................................................................................................................................1 DEDICACE ...............................................................................................................................................................................2 REMERCIEMENTS...............................................................................................................................................................3 Première partie ............................................................................................................................................................... 11 I. Généralités sur les réseaux sans fil: Concepts, spécificités, normes ....................................................... 12 I.1.caractéristiques des réseaux sans fil ............................................................................................................. 12 I.2.Pourquoi le WIMAX ?............................................................................................................................................ 14 I.2.1. Le WIMAX Forum ......................................................................................................................................... 18 I.3.1.Backhaul pour DSLAM...................................................................................................................................... 20 I.3.3.Accès résidentiel large bande ....................................................................................................................... 21 I.3.4.Accès aux services portatifs et mobiles .................................................................................................... 21 II.1.La couche physique ............................................................................................................................................. 22 II.1.1.Quelques versions de la couche physique......................................................................................... 23 II.1.2.La technique OFDM ..................................................................................................................................... 23 II.1.3. OFDMA ............................................................................................................................................................. 25 II.1.4.SOFDMA............................................................................................................................................................ 25 II.1.5.La technologie MIMO .................................................................................................................................. 26 II.1.6.La modulation adaptative......................................................................................................................... 26 III.1.La sous couche convergence spécifique.................................................................................................... 27 III.2.La sous couche commune (CPS) ................................................................................................................... 27 III.3.La sous couche sécurité.................................................................................................................................... 28 III.4.Principe de fonctionnement WIMAX .......................................................................................................... 28 IV. Conclusion...................................................................................................................................................................... 29 Deuxième partie ................................................................................................................................................................. 30 I. Architecture du réseau WIMAX ............................................................................................................................... 31 I.1.Principes généraux de conception de l’architecture WIMAX ............................................................. 32 II.2.Le modèle de référence de l’architecture (NRM) ................................................................................... 33 I.3 Les fonctions d’ASN, décompositions et profiles ..................................................................................... 34 I.4.Les fonctions du CSN ............................................................................................................................................ 37 I.5.Les points de références ..................................................................................................................................... 38 I.6.Disposition des protocoles en couche au niveau de l’architecture WIMAX ................................. 38 I.6.1.Allocation d’adresse IP ................................................................................................................................ 39 I.7.Architecture de sécurité et d’authentification .......................................................................................... 40 I.7.1.Architecture du groupe de fonctions AAA .......................................................................................... 40 I.7.2.Procédure et protocoles d’authentification ....................................................................................... 41 Architecture et Planification de réseau WIMAX Mémoire de fin de cycle à l’obtention d’un Master 2 réalisé par Alix KOYANGOZO Page 5 I.7.3.Architecture de sécurité ASN.................................................................................................................... 42 I.7.4.Architecture de la qualité de service (QoS)........................................................................................ 43 I.8.La gestion de la mobilité dans le réseau WIMAX ..................................................................................... 45 I.8.1. ASN-enchored mobilty ............................................................................................................................... 45 I.8.2. CSN-enchored mobilty................................................................................................................................ 45 I.8.3.Gestion des ressources radio (RRM) ..................................................................................................... 46 II. Les procédures d’Handover dans un réseau WIMAX ................................................................................... 47 II.1.Le Handover « Break before make » ............................................................................................................ 47 II.2.La macro diversité MDHO, FBSS .................................................................................................................... 49 II.2.1.Le Handover FBSS........................................................................................................................................ 50 II.2.2.MDHO ou Handover avec la macro diversité (soft Handover)................................................. 51 II.3 Les services WIMAX et applications............................................................................................................. 53 III. Conclusion ..................................................................................................................................................................... 54 Troisième partie................................................................................................................................................................. 55 I. Planification d’un réseau WIMAX ........................................................................................................................... 56 I.1. Le modèle technico-commercial .................................................................................................................... 56 I.2.Choix stratégique des paramètres systèmes.............................................................................................. 57 I.2.1.choix du mode de duplexage .................................................................................................................... 58 I.2.2.Le choix de la bande fréquence ............................................................................................................... 58 II. Planification de la couverture................................................................................................................................. 59 II.1.Les méthodes de propagation......................................................................................................................... 59 II.1.1. Les modèles de SUI..................................................................................................................................... 59 II.1.2.Le modèle COST-231 WALFISCH IKEGAMI ...................................................................................... 61 II.1.3.Le modèle COST-231 HATA ..................................................................................................................... 62 II.2.Sensibilité du récepteur..................................................................................................................................... 63 II.3.Bilan de liaison....................................................................................................................................................... 64 II.4.Détermination du nombre de stations de base ....................................................................................... 65 III.1.Bande passante nécessaire pour servir une zone................................................................................. 66 III.2.Nombre de stations de base ........................................................................................................................... 67 III.3.Nombre final de stations de base................................................................................................................. 67 VI. Conclusion...................................................................................................................................................................... 68 V. Etude de cas .................................................................................................................................................................... 69 V.1. Introduction ........................................................................................................................................................... 69 V.2.Etude du marché de l’internet et de la téléphonie à Bangui .............................................................. 69 V.2.1.Les raisons du choix de la technologie................................................................................................ 70 V.3.Ingénierie de planification radio de la couverture d’une zone avec l’outil ATOLL.................. 73 V.3.1.Les contraintes techniques et réglementaires................................................................................. 73 Architecture et Planification de réseau WIMAX Mémoire de fin de cycle à l’obtention d’un Master 2 réalisé par Alix KOYANGOZO Page 6 V.3.2.La zone Géographique ................................................................................................................................ 73 V.3.3.Dimensionnement de l’interface............................................................................................................ 74 V.3.4.Calcul du bilan de liaison .......................................................................................................................... 75 V.3.5.Implémentation avec un outil de planification WIMAX .............................................................. 78 V.3.5.2. Les étapes de réalisation ...................................................................................................................... 80 V.3.5.3.Optimisation de couverture……………………………………………………………………..………….89 Conclusion Generale……………………………………………………………………………………………………90 Bibliographie………………………………………………………..…………………………………………………….91 Webographie………………………………………………………...……………………………………………………92 Liste des Abréviations…………………..…………………………………………………………………………….94 Architecture et Planification de réseau WIMAX Mémoire de fin de cycle à l’obtention d’un Master 2 réalisé par Alix KOYANGOZO Page 7 LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Les principales normes 802.11 ................................................................................................ 14 Tableau 2 : Spécificités des différentes normes WIMAX..................................................................... 15 Tableau 3: les fonctions BS et ASN ................................................................................................................... 36 Tableau 4:Fonctions des différents points de référence..................................................................... 38 Tableau 5:Classes de services WIMAX ........................................................................................................... 54 Tableau 6:Duplexage TDD et FDD..................................................................................................................... 58 Tableau 7:principaux paramètre du modèle IEEE 802.16................................................................. 60 Tableau 8:Bilan de liaison ...................................................................................................................................... 65 Tableau 9:Facteurs démographique de la ville de Bangui ................................................................. 74 Tableau 10:Paramètres de Bandes de fréquence et du Spectre utilisés ................................... 75 Tableau 11:Bilan de liaison de l’étude ........................................................................................................... 78 Architecture et Planification de réseau WIMAX Mémoire de fin de cycle à l’obtention d’un Master 2 réalisé par Alix KOYANGOZO Page 8 LISTE DES FIGURES Figure 1:Standard IEEE.802.16, un maillon des réseaux sans fil par l’interopérabilité .... 15 Figure 2:Redistribution point Multipoint à partir de l’antenne WIMAX..................................... 16 Figure 3:Service voix / Données via WIMAX uploads/Ingenierie_Lourd/ architecture-planification-wimax.pdf