Maîtrise en technologie de l’information Algorithme adaptatif de transfert intercellulaire vertical entre des réseaux WMAN et WWAN Ferland présenté par: Claude Roy © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Introduction Problématique Contribution Simulateur Simulations Plan du diaporama Introduction Problématique Contribution Simulateur Simulations Conclusion © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Introduction Introduction © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Tendance vers la mobilité complète, i.e. : Introduction (1/3) Réseau sans fil : Tendance vers la mobilité complète, i.e. : Transparence d’accès, sans égard au : Type d’équipement : Téléphone, assistant personnel, portable, … Type de réseau : Réseaux sans fil hétérogènes : WiMax (IEEE 802.16) UMTS (3G) Pour réaliser cette tendance : Mécanisme de transfert intercellulaire (HO) : une opération qui consiste à faire passer une station mobile (MS) d’une cellule à une autre afin de maintenir sa connectivité. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Type de HO : Horizontal (HHO) Vertical (VHO) : Ascendant Descendant Introduction (2/3) Type de HO : Horizontal (HHO) Vertical (VHO) : Ascendant Descendant © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Exécution : faire le transfert effectif d’une connexion. Introduction (3/3) Étapes d’un HO : Détection : recevoir les signaux des bases radio (BS) environnantes et à préparer les données qui permettront de sélectionner la BS appropriée. Décision : évaluer les conditions du réseau, déterminer la pertinence d’effectuer un HO et, si nécessaire, sélectionner la BS appropriée. Exécution : faire le transfert effectif d’une connexion. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Problématique Problématique © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Problématique (1/3) Problématique : Chaque type de réseau possède des caractéristiques spécifiques qui rendent les comparaisons difficiles. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

+ grand nombre de facteurs à considérer lors d’un VHO : Problématique (2/3) Problématique : + grand nombre de facteurs à considérer lors d’un VHO : Intensité du signal reçu : pas de comparaison directe; Seuils : pas de seuils communs; Couverture : couverture WWAN > couverture WMAN : Un VHO descendant ne peut pas être déclenché sur la base de l’intensité du signal reçu puisqu’il y a toujours un signal WWAN disponible; Ressources consommées: messages de contrôle, redirection du trafic, etc.; Bande passante; Vélocité de la MS; Coût; Préférences utilisateur; © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Établir priorité des facteurs retenus Problématique (3/3) Problématique : Déterminer les facteurs à utiliser pour déclencher un VHO (attention aux conflits) Établir priorité des facteurs retenus © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Contribution Contribution © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Contribution (1/12) Projet : Développer et implémenter un algorithme de VHO pour assurer en toute transparence la mobilité complète d’une MS qui se déplace entre un réseau WMAN (802.16) et un réseau WWAN (3G). © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Objectifs de conception : Contribution (2/12) Objectifs de conception : Sélectionner le meilleur réseau lors d’un VHO; Sélectionner la meilleure BS lors d’un HO; Réduire la consommation d’énergie d’une MS; Ajuster le déclenchement d’un HO à la vélocité d’une MS. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Pas de modifications aux composantes du réseau; Contribution (3/12) Contraintes : Pas de modifications aux composantes du réseau; Pas d’ajout aux infrastructures du réseau;  Pas de GPS;  Pas de dispositif pour déterminer directement la vitesse de déplacement d’une MS.  Pas de logique pour déterminer un modèle (pattern) de déplacement pour MS. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Principes directeurs : Contribution (4/12) Principes directeurs : Valeurs absolues signaux WMAN et WWAN ne sont pas comparables; Valeurs relatives signaux WMAN et WWAN sont comparables;  Bande passante WMAN (802.16) > WWAN (3G); Couverture WWAN (3G) > WMAN (802.16); Coût utilisation WWAN (3G) > WMAN (802.16); VHO ascendant plus important que VHO descendant. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Développer les étapes de détection et de décision du VHO : Contribution (5/12) Conception générale : Développer les étapes de détection et de décision du VHO : Étapes importantes dans des réseaux hétérogènes © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Utiliser les facteurs suivants : Intensité du signal reçu; Contribution (6/12) Conception générale : Utiliser les facteurs suivants : Intensité du signal reçu; Caractéristiques de chaque réseau (seuils, bande passante et les coûts); Préférences de l’abonné. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

T1 : pour détecter les autres signaux disponibles; Contribution (7/12) Conception générale : Utiliser 2 seuils: T1 : pour détecter les autres signaux disponibles; T2 : pour déclencher un HO. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Contribution (8/12) Conception générale : Utiliser un mode d’opération pour désactiver les interfaces inutilisées. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Utiliser 2 prédicteurs : Déclencher un HO au moment optimal; Contribution (9/12) Conception générale : Utiliser 2 prédicteurs : Déclencher un HO au moment optimal; Sélectionner une BS lorsqu’un HO est déclenché © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Contribution (10/12) Conception générale : Utiliser la pente de la courbe de l’intensité du signal reçu pour sélectionner une BS (plutôt que la valeur absolue du signal) © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Contribution (11/12) © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Modèle conceptuel : Contribution (12/12) © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Simulateur Simulateur © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Licence d’exploitation 802.16 Solution : Simulateur (1/2) Intention : Utiliser OPNET Contrainte : Licence d’exploitation 802.16 Solution : Développer un simulateur maison Plate-forme : Windows XP/Intel; Programmation orientée objet C++ avec Visual Studio de Microsoft. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Simulateur (2/2) © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Simulations Simulations © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Maintenir les connexions Vérifier les objectifs de conception Simulations (1/25) Buts des simulations : Maintenir les connexions Vérifier les objectifs de conception © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Objectifs de conception : Simulations (2/25) Objectifs de conception : Sélectionner le meilleur réseau lors d’un VHO; Sélectionner la meilleure BS lors d’un HO; Réduire la consommation d’énergie d’une MS; Ajuster le déclenchement d’un HO à la vélocité d’une MS. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Sélectionner le meilleur réseau lorsque : la MS est mise en marche Simulations (3/25) Scénario 1 : Sélectionner le meilleur réseau lorsque : la MS est mise en marche un VHO est effectué (WMAN  WWAN) Maintenir la connexion de la MS lorsque la vitesse de déplacement atteint 50 m/s Réduire l’énergie consommée par la MS. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Initialiser la vitesse à 50 m/s; Simulations (4/25) Scénario 1 : Initialiser la vitesse à 50 m/s; Initialiser le mode d’opération à Auto; Positionner la MS dans le réseau WMAN; Déplacer la MS de WMAN vers WWAN. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Simulations (5/25) Scénario 1 : Sélection du réseau (WMAN -> WWAN) © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Ce scénario démontre que : Simulations (6/25) Scénario 1 : Ce scénario démontre que : lorsque le signal d’un réseau WMAN est disponible, le réseau WMAN est sélectionné même en présence d’un signal WWAN fort; lorsque le signal d’un réseau WMAN n’est pas disponible, le réseau WWAN est sélectionné; lorsqu’un réseau n’est pas utilisé, l’interface réseau correspondante est désactivée. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Sélectionner le meilleur réseau lorsque : la MS est mise en marche Simulations (7/25) Scénario 2 : Sélectionner le meilleur réseau lorsque : la MS est mise en marche un VHO est effectué (WWAN  WMAN) Maintenir la connexion de la MS lorsque la vitesse de déplacement atteint 50 m/s Réduire l’énergie consommée par la MS. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

(identique au scénario 1 sauf pour le point de départ) Simulations (8/25) Scénario 2 : (identique au scénario 1 sauf pour le point de départ) Initialiser la vitesse à 50 m/s; Initialiser le mode d’opération à Auto; Positionner la MS dans le réseau WWAN; Déplacer la MS de WWAN vers WMAN. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Simulations (9/25) Scénario 2 : Sélection du réseau (WWAN -> WMAN) © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Ce scénario démontre que : Simulations (10/25) Scénario 2 : Ce scénario démontre que : lorsque le signal d’un réseau WWAN est disponible, ce réseau est sélectionné en absence d’un signal WMAN; lorsque le signal d’un réseau WMAN est disponible, ce réseau est sélectionné; lorsqu’un réseau n’est pas utilisé, l’interface réseau correspondante est désactivée. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Réduire l’énergie consommée par la MS. Simulations (11/25) Scénario 3 : Réduire l’énergie consommée par la MS. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

(identique au scénario 2 sauf pour le mode d’opération) Simulations (12/25) Scénario 3 : (identique au scénario 2 sauf pour le mode d’opération) Initialiser la vitesse à 50 m/s; Initialiser le mode d’opération à Both; Positionner la MS dans le réseau WWAN; Déplacer la MS de WWAN vers WMAN. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Simulations (13/25) Scénario 2 : Sélection du réseau (WMAN -> WWAN) © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Simulations (14/25) Scénario 3 : Réduction de l’énergie consommée © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Ce scénario démontre que : Simulations (15/25) Scénario 3 : Ce scénario démontre que : la sélection du réseau WMAN survient beaucoup plus tôt en raison du mode d’opération de la MS; les interfaces réseaux demeurent constamment activées. Cela a pour effet : d’augmenter l’énergie consommée par la MS et de diminuer son autonomie. Le temps d’activité pour la même trajectoire : Scénario 3 : 40889 ms Scénario 2 : 26548 ms pour le réseau WMAN; 19228 ms pour le réseau WWAN. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Sélectionner la meilleure BS lors d’un HO; Simulations (16/25) Scénario 4 : Sélectionner la meilleure BS lors d’un HO; Maintenir la connexion de la MS lorsque la vitesse de déplacement atteint 50 m/s. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

(identique au scénario 3 sauf pour le mode d’opération) Simulations (17/25) Scénario 4 : (identique au scénario 3 sauf pour le mode d’opération) Initialiser la vitesse à 50 m/s; Initialiser le mode d’opération à WWAN; Positionner la MS dans le réseau WWAN; Déplacer la MS de WWAN vers WWAN. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Simulations (18/25) Scénario 4a : sélection de la BS (pente) © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Simulations (19/25) Scénario 4 : Sélection de la BS (intensité) © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Ce scénario démontre que : Simulations (20/25) Scénario 4 : Ce scénario démontre que : l’utilisation de la pente du signal permet de minimiser le nombre de HO inutiles; la sélection d’une BS basée sur l’intensité du signal reçu engendre un plus grand nombre de HO parce que plus le signal est fort, plus les probabilités sont fortes que le signal diminue lorsque la MS se déplace. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Ajuster le déclenchement d’un HO à la vélocité d’une MS; Simulations (21/25) Scénario 5 : Ajuster le déclenchement d’un HO à la vélocité d’une MS; Maintenir la connexion de la MS lorsque la vitesse de déplacement atteint 50 m/s. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

(identique au scénario 4 sauf pour la vitesse) Simulations (22/25) Scénario 5 (a/b) : (identique au scénario 4 sauf pour la vitesse) Initialiser la vitesse à 50 m/s (a); Initialiser la vitesse à 25 m/s (b); Initialiser le mode d’opération à WWAN; Positionner la MS dans le réseau WWAN; Déplacer la MS de WWAN vers WWAN. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Simulations (23/25) Scénario 5a : Ajustement à la vitesse (50 m/s) © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Simulations (24/25) Scénario 5b : Ajustement à la vitesse (25 m/s) © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Ce scénario démontre que : Simulations (25/25) Scénario 5 (a/b) : Ce scénario démontre que : le déclenchement d’un HO est ajusté à la vélocité de la MS. Ceci permet à une MS : de rester le plus longtemps possible à sa BS d’attache et donc possiblement de minimiser le nombre de HO inutiles; d’étendre la période de détection des signaux disponibles et donc d’effectuer une meilleure sélection d’une BS au moment de déclencher un HO; de définir avec plus de souplesse la valeur des seuils. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Conclusion Conclusion © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

L’algorithme proposé permet de : Conclusion (1/1) L’algorithme proposé permet de : Maintenir les connexions (jusqu’à 50 m/s): WMAN (meilleur « condition d’usage »); WWAN (meilleure couverture). Ajuster le VHO à la vélocité d’une MS : Retarder si MS se déplace lentement; Écourter si MS se déplace rapidement. (prédicteurs) Minimiser le nombre de HO inutiles : Sélectionner une BS selon la pente du signal; Minimiser l’énergie consommée par une MS: Mode d’opération. © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01

Questions Questions ? © droits réservés de Claude Roy 2006.11.01