Gestion de plusieurs communications WiMax instantanées 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

Plan: Introduction 802.16 QoS dans le 802.16 Analyse du point fixe 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.

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 …

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.

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.

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.

802.16 : Normes

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.

802.16 : Couche MAC

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.

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.

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.

Communication SS  BS

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.

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 :

(Suite) γ = probabilité de collision. 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.

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.

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 :

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).

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

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.

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.

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 :

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

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.

FIN