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1 RESEAUX IP DE NOUVELLE GENERATION 2 Table des matières Etat de l’art sur la Q

1 RESEAUX IP DE NOUVELLE GENERATION 2 Table des matières Etat de l’art sur la QoS et la gestion de la mobilité dans les réseaux NGN ...................................... 3 Introduction ........................................................................................................................................... 3 1.1 Réseaux NGN ............................................................................................................................. 3 1.1.1 Définition et principes fondamentaux ............................................................................... 3 1.1.2 3GPP IMS ............................................................................................................................ 6 1.1.3 TiSPAN IMS ........................................................................................................................ 9 1.2 QoS dans les réseaux NGN ..................................................................................................... 12 1.2.1 Introduction à la QoS ........................................................................................................ 12 1.2.2 Métriques de performance de la QoS .............................................................................. 12 1.2.3 Exigences en QoS des applications ................................................................................... 13 1.2.3.1 Applications audio et vidéo ..................................................................................... 13 1.2.3.2 Applications de données .......................................................................................... 14 1.2.4 Qualité d’expérience QoE ................................................................................................. 14 1.2.4.1 Définition .................................................................................................................. 14 1.2.4.2 Méthodes de mesure de la QoE .............................................................................. 15 1.2.5 Mécanismes de QoS dans les réseaux IP ......................................................................... 19 1.2.6 Mécanismes de QoS dans les réseaux d’accès ................................................................. 21 1.2.7 Architectures de QoS pour les réseaux NGN .................................................................. 23 1.3 Gestion de la mobilité dans les réseaux NGN........................................................................ 25 1.3.1 Mobilité au niveau « Réseau » .......................................................................................... 26 1.3.2 Mobilité au niveau « Transport »..................................................................................... 27 1.3.2.1 Solutions basées sur TCP et UDP ........................................................................... 27 1.3.2.2 Solutions de mobilité basées sur SCTP .................................................................. 28 1.3.3 Mobilité au niveau « Application » .................................................................................. 30 1.3.4 Mobilité au niveau « Liaison de données » ...................................................................... 31 1.3.5 Solutions de mobilité « Cross Layer » ............................................................................. 33 1.3.6 Synthèse sur l’état de l’art sur la mobilité ...................................................................... 34 3 Chapitre Etat de l’art sur la QoS et la gestion de la mobilité dans les réseaux NGN Introduction Ces dernières années, les évolutions conjointes de l’informatique et des télécommunications, l’apparition de nouveaux types d’applications distribuées multimédia, l’évolution du comportement des utilisateurs, le succès d’Internet et de la téléphonie mobile sont à l’origine de la définition des principes fondamentaux des réseaux de nouvelle génération (NGN). Ainsi, pour offrir à leurs clients des services ubiquitaires avec un moindre coût d'investissement, les opérateurs ont opté pour la solution de la convergence des réseaux de télécommunication issue de différentes technologies. En effet, l'interfonctionnement des réseaux hétérogènes permettra de tirer avantage des réseaux d'accès disponibles et d'offrir aux utilisateurs mobiles une continuité de services. Les nouveaux défis des réseaux NGN sont alors la convergence des services (voix, vidéo et données), la convergence des réseaux autour du mode paquet, l’offre de service sans coupure en passant d’un réseau à un autre (handovers horizontal et vertical), l’ubiquité, le support de terminaux multimédias et multi-interfaces, le déploiement de services disponibles de bout en bout accessibles depuis n’importe quel réseau d’accès. Dans ce chapitre, nous commençons par introduire les réseaux de nouvelle génération NGN et l’architecture IMS selon les spécificités de 3GPP et TISPAN ETSI. Ensuite, nous abordons la notion de qualité de service en présentant les méthodes de mesure de la qualité d’expérience de l’utilisateur et de la QoS dans les réseaux NGN. Enfin, nous présentons un aperçu des solutions de mobilité existantes dans la littérature. Nous concluons ce chapitre par une synthèse qui justifie nos choix par rapport à la suite de nos travaux. 1.1 Réseaux NGN 1.1.1 Définition et principes fondamentaux L’évolution des réseaux d’accès et des équipements terminaux ainsi que le besoin des utilisateurs de pouvoir accéder aux plateformes des différents services quel que soit le type de terminal et la technologie du réseau d’accès, ont poussé les chercheurs à définir une architecture 4 unifiée et facilement extensible : les réseaux de nouvelle génération (NGN : Next Generation Network). Ainsi, l’objectif de l’architecture NGN est de permettre à des utilisateurs utilisant différents terminaux d’accéder à plusieurs types de services via des réseaux d’accès variés. Dans ce contexte, l’un des défis majeurs est de gérer les besoins des différents utilisateurs en termes de qualité de service (QoS : Quality of Service), et de mobilité. L’ITU-T (International Telecommunication Union) a publié deux recommandations concernant les réseaux NGN. La première recommandation, Y.2001 [ITU 04a], définit les principales caractéristiques d’un réseau NGN, tandis que la deuxième, Y.2011 [ITU 04b], propose une architecture fonctionnelle. Les recommandations [ITU 04c] et [ITU 06] introduisent respectivement la qualité de service et la mobilité dans les réseaux NGN. Le comité technique TISPAN de l’ETSI (European Telecommunications Standards Institute) a aussi défini une architecture fonctionnelle pour les réseaux NGN largement inspirée de celle proposée par l’ITU-T. Les définitions des organismes de normalisation tels que l’ETSI et l’ITU-T restent assez vagues et dressent une liste générale des principales caractéristiques des réseaux NGN qui se veulent multi-réseaux, multiservices, multi-protocoles et multi-terminaux. Les principales caractéristiques d’un réseau NGN sont : • Assurer la convergence des réseaux fixes et mobiles vers une plateforme répartie et unifiée ; • Cœur de réseau unique pouvant prendre en charge de multiples services (voix, données, contenus audiovisuels, etc.) ; • Réseau utilisant le mode paquet pour le transport de tous les types d’information ; • Séparation du plan de commande (signalisation, commande) et du plan de transport/commutation ; • Réseau avec des interfaces ouvertes entre le transport, la commande et les applications ; • Réseau avec qualité de service garantie pour différents types de trafic et pour les accords SLA. D’un point de vue opérateur, un réseau NGN doit remplir les conditions générales suivantes : • Augmentation des bénéfices en offrant aux clients une gamme de services multimédia, facile à utiliser et rémunérateurs ; • Garantie de qualité de service nécessaire ; • Souplesse pour l’élaboration de l’offre de services ; • Réduction des coûts prévisibles grâce au partage de l’infrastructure et des systèmes ; • Diminution des dépenses d’exploitation et de maintenance ; 5 • Utilisation d’interfaces ouvertes permettant le déploiement rapide de nouveaux services et d’applications. La Figure 1.1 présente l’architecture générique des réseaux NGN. Les principales caractéristiques de cette architecture sont l’évolution du cœur du réseau vers le « tout IP » et la décomposition en plans fonctionnels séparés par des interfaces ouvertes qui assure à la fois le passage à l’échelle et la flexibilité de l’architecture en offrant une facilité d’interconnexion et d’intégration de nouveaux services. Figure 1.1 : Architecture générique des NGN L’architecture NGN est décomposée principalement en trois plans : le plan de transport, le plan de service et le plan de contrôle. Le plan de transport fournit une connectivité IP aux différents composants d’un NGN tout en garantissant une QoS de bout-en-bout. Le plan de service regroupe les plates-formes d’exécution de service et de diffusion de contenu. Son rôle principal est de masquer la diversité technologique au client et aux fournisseurs de services, et fournir des interfaces génériques pour la création de nouveaux services. Enfin, le plan de contrôle fait référence aux fonctions de contrôle liées à l’établissement d’une session multimédia ainsi qu’au contrôle des ressources dans le réseau de transport et l’accès au plan de service. Ce plan rassemble l’ensemble des serveurs en charge des mécanismes de contrôle QoS de bout en bout Mobilité des utilisateurs 6 d’appel (Etablissement/Fermeture de session et Négociation de paramètres de session entre applications distantes) qui permettent de piloter la mise en place de ressource dans le réseau. Grâce à cette architecture NGN, un service est défini indépendamment des technologies des réseaux d’accès et du terminal utilisé. L’interaction entre les NGN est les réseaux traditionnels est assurée par différentes passerelles d’interconnexion afin de garantir une compatibilité avec les technologies déployées actuellement. Dans le monde des télécommunications, l’IMS (IP Multimedia Subsystem) représente une réalisation du concept NGN qui a été conçue pour fournir à l’utilisateur la possibilité d’établir des sessions multimédia dans un environnement de convergence fixe/mobile. L’architecture IMS a été standardisée par le 3GPP et ETSI. Les deux organismes n’ont pas normalisé les nœuds mais leurs fonctions, ce qui permettra aux opérateurs d’avoir une certaine liberté au niveau de l’implémentation matérielle. 1.1.2 3GPP IMS L’architecture IMS a évolué à travers multiples versions 3GGP. Elle a été introduite par 3GPP dans la release 5 (GPRS/UMTS access) et mise à jour dans les releases 6 (WLAN) et 7 (DSL access). Selon la spécification 3GPP release 5 de l’UMTS: «L’architecture IMS constitue une couche logique intermédiaire entre, d’un côté les terminaux mobiles et les réseaux de transport orientés IP et, de l’autre côté, des services applicatifs télécoms gérés par des serveurs opérés par l’opérateur ou des fournisseurs tiers ». Figure 1.2: Plateforme 3GPP IMS Ainsi, l’architecture IMS (Figure 1.2) constitue une plateforme unique pour toute une gamme de services qui permet d’assurer la compatibilité entre les réseaux mobiles 3G, les réseaux à commutation de circuits RTCP/RNIS et Internet pour les services vocaux et multimédia ; et d'offrir de nouvelles applications en un temps minimum. Elle apporte plusieurs améliorations aux réseaux de télécommunications, telles que l’indépendance de l’accès assurée par la 7 séparation des différentes couches et l’offre de services sans coupure dans un environnement de mobilité à plusieurs niveaux (utilisateur, terminal, service et session). L’architecture IMS, illustrée dans la Figure 1.3, reprend l’approche en couches des réseaux NGN basée sur le principe de découpage du réseau en plusieurs plans fonctionnels indépendants séparés par des interfaces ouvertes. Cette décomposition en plans assure le passage à l’échelle et rend cette architecture uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-ngn-sb.pdf