Gestion de plusieurs communications WiMax instantanées

1. IUP GMI d’Avignon Master II – RTM Gestion de plusieurs communications WiMax instantanées Encadré par : M. Rachid Elazouzi Réalisé par : M. Ali Skalli Année universitaire : 2007/08

2. Plan: • Introduction • But du projet, • Déroulement du projet. • 802.16 • Définition, • Historique, • Les normes; • Couche physique, MAC, • QoS dans le 802.16 • Attribution de la bande passante, • Classes de service. • Analyse du point fixe • Bandwith Request, • Processus back-off, • Point fixe. • QoS et contrôle d’admission dans une BS • Contrôle d’admission suivant une seule classe de trafic, • Contrôle d’admission suivant deux ou plusieurs classes de trafic.

3. Introduction (I) But du projet : • Etudier la technologie WiMax, • Remonter quelques difficultés à propos de cette norme, • Proposer des théories pouvant débattre ces problèmes. • Exploiter les points ouvert du 802.16 • Gérer la QoS, • Contrôle d’admission dans une station de base. • Temps d’attente • Probabilité de rejet …

4. Introduction (II) Déroulement du projet : • Etudes de plusieurs documents à propos du 802.16 (publications, articles, documentations, travaux réalisés ...), • Exposer les connaissances acquises de ces recherches, en se basant sur des réunions avec l'encadrant, et sur le travail réalisé par d’autre chercheur, • Expliquer quelques calculs permettant de gérer la QoS et le contrôle d’admission dans une BS.

5. 802.16 : Définition • Nom commercial : WiMax, • Standard de transmission sans fil à haut débit (70 Mbit/s sur une portée de 50Km), • Prévu pour connecter les points d’accès Wi-Fi à un réseau de fibre optique, • Utilisé dans les réseaux métropolitains WMAN, • Réduit le coût du matériel utilisé, • Fourni des débits importants avec QoS.

6. 802.16 : Historique • 2001 : 1ère rédaction du 802.16, approbation par l’IEEE. • 2004 : Fujitsu produit les premiers systèmes sur puce WiMax. • 2005 : Le WiMax est installé dans des grandes villes américaines et canadiennes, et a commencé à être produit par Intel. • Juin 2005 : Premières démonstrations des fonctionnalités du WiMax. • 2006 : Réseaux WiMax en Grande Bretagne, en Colombie et en Corée.

7. 802.16 : Normes

8. 802.16 : Couche physique • Une station de base WiMax doit avoir plusieurs antennes dirigées dans des directions différentes afin de couvrir l’entièreté de la cellule. • Puissance du signal diminue si on s’éloigne de la BS, le donc SNR décroît également.  Trois techniques de modulation ont été utilisé pour résoudre ce problème : • QAM-64 (Quadrature Amplitude Modulation): 6 bit/baud. Pour les abonnés proches. • QAM-16 : 4 bit/baud. Pour les abonnés moyennement distants. • QPSK(Quaternary Phase Shift Keying) : 2 bit/baud. Pour les abonnés éloignés.

9. 802.16 : Couche MAC

10. QoS dans le 802.16 : Attribution BP • La couche MAC du 802.16 permet de différencier deux classes de SS (Subsciber Station), • Dans chaque classe, la demande de la bande passante est réalisée par SS, de 3 façons différentes: • Utiliser l’intervalle "contention request opportunities", • Envoyer le message "BW request" dans un slot déjà accordé. • Ferroutage d'un message de demande de BP sur un paquet de données. •  La BS attribue de la BP dans les messages UP-MAP suivant l'un des deux modes correspondant aux deux classes de SS : • GPC : Allocation explicite de la BP par la BS, • GPSS : Allocation de la BP par SS, qui va ensuite la répartir sur les différentes connexions.

11. Qos dans le 802.16 : Classes de service • UGS : • Conçu pour les services produisant des unités de données de longueur fixe. • ATM avec CBR, VoIP… • rtPS : • Conçu pour des services qui émettent des requêtes dédiées périodiques pour répondre aux exigences du temps-réel. • VoIP, MPEG ou streaming vidéo ou audio. • nrtPS : • Conçu pour transmettre des flux tolérants des délais de transmission avec une taille variable et un taux de transfert minimum. • FTP, Internet avec un taux de service garanti. • Best Effort : • Ce service transmet des flux de données sans aucune garantie comme la navigation sur Internet.

12. BW Request • Slot de la trame du lien montant de la couche MAC, permet de gérer un grand nombre de connexions simultanées (CDMA). • Pour envoyer les données, un nœud choisi un code CDMA parmi N codes disponibles et procède à sa demande en transmettant sa requête (code) à travers le BW request interval.

13. Communication SS  BS

14. Processus du back-off (I) • Rj : nombre d’essais de retransmission • Xj: temps (en time slot) nécessaire pour une bonne transmission • Bj,i : Valeurs i du Back-Off pour l’essai j.

15. Processus du back-off (II) • Calculs : • Temps nécessaire pour avoir une bonne transmission : • Taux d’essais moyen par slot de temps : • Avec : • Après un calcule simple, on trouve :

16. (Suite) • Probabilité de collision : • Avec : La probabilité que tous les nœuds qui essaient de transmettre dans le même slot, n’utilise pas le même code CDMA. • L’équation du point fixe consiste à trouver la probabilité de collision en fonction du taux d’essais moyen (réussir une transmission). Il consiste à résoudre l’équation : • γ = probabilité de collision.

17. Analyse des performances (I) • Nombre moyen d’arrivée des requêtes par slot de temps dans le système ? • On calcule la probabilité suivante : Probabilité d’avoir j requêtes sachant qu’il y a i machines qui ont transmis leur demande à l’instant t en utilisant N codes. Avec : proba. que la machine i émet et que les autres machines n’émettent pas.

18. Analyse des performances (II) • Pour calculer la probabilité P(Zt = j / N), une limite récursive a été utilisée comme suite : • Explication : • = probabilité qu’une machine ne choisisse pas un code parmi les k codes déjà utilisés. • = probabilité de recevoir j requête dans le même slot de temps t, sachant qu’il y a i-k émission et N-1 code. • Condition initiale :

19. QoS et contrôle d’admission dans une BS • On considère qu’un code représente un serveur, qui a un temps de service fixe d’une trame, • Chaque requête utilisant un code CDMA unique qui arrive dans un slot de temps est traitée par un serveur parmi C, • Tous les serveurs ont la même file d’attente. • Quelles sont : • conditions de stabilité du système (Station de base,) • Probabilité d’attente ou de rejet d’une requête. • Dans le cas • d’une seule classe de trafic. • Le cas de deux classes de trafic (théorique).

20. Contrôle d’admission des arrivées suivant une seule classe de trafic • Une seule classe de trafic, • Une seule file d’attente, • Plusieurs serveurs, • Même temps de service pour tout les paquets.

21. 1classe de trafic (II) • Le système est justiciable d'une analyse markovienne. • En fait, l'état du système est représenté par k, le nombre de clients en cours de service (nombre de codes utilisés), • L'évolution de k obéit à un processus de Naissance et de Mort. • On va adapter le modèle de file d’attente M/M/C.

22. 1classe de trafic (III) : Stabilité • Un système est stable s’il peut atteindre un régime stationnaire. • Si le taux d’arrivée des requêtes des SS est plus élevé que le taux de départ, alors instabilité donc rejet de la requête (Saturation du système). • Le système est stable si : • A = le trafic offert par tous les serveurs, • p = le trafic dédié à un serveur. • La probabilité d’observer le système à l’état k (charge utilisé) nombre d’arrivées ne dépasse C, nombre d’arrivées dépasse C.

23. 1classe de trafic (VI) : Probabilité de rejet (attente) • La probabilité de rejet d’une requête par les serveurs est : • On peut déduire le temps moyen d’attente dans la file :

24. 2 classes de trafic, 1 serveur (un code) • Classe 1 prioritaire que classe 2, • Les calcules sont faits pour un seul serveur, • = charge de la classe 1, et • = charge de la classe 2. • Après calcule, on trouve : • , le temps moyen d’attente de la classe 1, • , le temps moyen d’attente de la classe 2. • Avec : E(s) = temps moyen de service pour chaque classe, et : W0 : moyenne du temps de service restant

25. Conclusion • Rapport basé sur une étude théorique de la technologie WiMax, basée sur des travaux et recherches déjà réalisés. • La plupart des références traitant la norme 802.16 abordent le contrôle et la gestion de la QoS. • WiMax, plus performant que le Wifi, mais représente toujours des défaillances à exploiter, au niveau de la couche MAC, et du contrôle d’admission dans une BS. • Ce document représente un cahier des charges pour mes recherches à l’avenir.

26. FIN