suggestion d'algorithmes d'ordonnancement pour l'implementation du LTE sous les 70MHz pour meilleure gestion QoS

1. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
Optimisation des bandes de frequence en dessous
des 1GHz(700MHz)
en vue de garantir de la QoS dans les reseaux
4G:LTE
Martial Konan Koffi –Sahibkonan@gmail.com
Universite Nangui Abrogoua
27 septembre 2015
Martial Konan Koffi –Sahibkonan@gmail.com Memoire de fin d’etude de Master GI-SFA-UNA

2. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
Plan
1 Introduction
2 Generalit´e
3 Le D´egagement
4 Etat de l’art
5 Contribution
6 Conclusion G´en´erale
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3. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
probl´ematique g´en´erale :
Souci de Performance du syst`eme : r´eseau d’acc`es
comment arriver a exploiter de fa¸con optimale les ressources radio
disponibles(700 MHz) afin de garantir un degr´e de satisfaction
avec les r´eseaux 4G :LTE
Sous Probl`eme :
Ordonnancement dans l’utilisation des ressources radio
disponibles(700MHz) en vue de garantir la QoS dans les r´eseaux
4G :LTE
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4. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
Politique d’ordonnancemant
Donc pour r´esoudre le probl`eme d’optimisation des bandes nous
allons parler de la politique d’ordonnancement.
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5. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
les r´eseaux mobiles avant la 4G
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6. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
La Quatrieme Generation :LTE
Les r´eseaux sans fil OFDM (4G) :LTE ,ont permis des progr`es enormes en terme de :
1 une architecture tout IP et simple
contrairement au 3G(voir figure)
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7. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
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8. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
1 un syst`eme capacitif :pouvant support´e jusqu’a 2OO
utilisateurs minimum par cellules
2 un d´ebit ´el´ev´e atteignant les 100 Mbs en Downlink et 50 Mbs
en uplink
3 un temps de latence moyenne de 20 ms et peu descendre en
dessous des 5ms contrairement en 3G(250 ms) et 3G+(30 ms)
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9. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
Ces performances ouvrent la voie `a des services dits
emergents :
1 Vid´eo `a la demande et haute d´efinition
2 Jeux vid´eo en r´eseau
3 acc`es a des contenus en ligne( streaming)
4 Des cameras(video-surveillance) et appareils photos connect´es
qui envoient leurs images sur des blogs.
5 M2M
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10. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
N´ecessit´e de disposer de plus bande de frequences
Dividende Num´erique
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11. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
Necessite de disposer de plus bande de frequences suite
La force de ses bandes dite fr´equences en or est la suivante
1 meilleure couverture
2 meilleure p´en´etration allant de 420 a 500 mm soit 0.5 m dans
les mat´eriaux de constructions
3 faible att´enuation
4 avantage non n´egligeable en termes de couts d’investissement
avec un nombre plus faible d’emetteurs
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12. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
Mais avant de parler de ses differentes classes d’algorithmes qui
exitent voyons la modelisation math´ematique d’allocation des
ressources radio sur lequel s’appuie ses algorithmes.
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13. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
modelisation math´ematique du probl`eme d’alloaction de
ressources radio
Haider Safa and Kamal Tohme,”LTE Uplink Scheduling
Algorithms : Performance and Challenges”, 19 International
Conference on Telecommunications (ICT), 2012
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14. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
le probl`eme d’allocation de ressources radio `a pour but de
maximiser le d´ebit des utilisateurs sous les contraintes suivantes :
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15. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
differentes classes d’algorithmes
Dans les r´eseaux 4G :LTE il est aujourd’hui indispensable d’ˆetre en
mesure de supporter les trafics multimedias, il est donc important
d’asurer une QoS ´el´ev´e :
on peut regrouper ses differentes classes d’algorithmes en 3
categories :
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16. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
algorithmes classiques
RR(ROUND ROBIN) : propos´e par :S. S. Kanhere, H. Sethu, A.
B. Parekh, et J. Nagle.
il alloue le mˆeme quantit´e de ressources aux utilisateurs en
partageant le temps.
Avec le RR les les appliactions de type <best effort >peuvent
b´en´eficier d’un d´ebit et une qualit´e de service exceptionnelle par
rapport `a leurs besoins au detriment des applications n´ecessitant
un d´ebit ´elev´e et un niveau de QoS similaire aux aplications temps
reels.
RA(RANDOM ACCES) :propos´e par G. Mergen and L. Tong
alloue les mˆeme nombres de ressources radio de fa¸con aleatoire `a
tous les utilisteurs qui acc`edent au canal quels que soient leurs
besoins.
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17. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
algorithmes Equitables
FQ(Fair Queing) :propos´e J. R. Moorman and J. W. Lockwood
et A. Varma and D. Stiliadis
il permet une distribution egale du d´ebit entre tous les utlisateurs
sans tenir compte du besoin de chaque utilisateur.
.
WFQ(Weighted Fair Queing) :propos´e par A. Francini and F. M.
Chiussi et H. Tayvar and H. Alnuweiri
amelioration du FQ et faisant une differenciation de service,
priorit´e est donn´e aux utlisateurs qui ont besoin de d´ebit ´el´ev´e.
.
MMF(Max-Min Fair) : propos´e par :B. Song, Y.-H. Lin, and R.
L. Cruz et L. Tabatabaee, V. Tassiulas
il distribue les ressources entre le utilisateurs successivement en vue
d’augmenter le d´ebit sans tenir compte besoins des utlisateurs.
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18. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
A cot´e de ses avantages dont jouissent les algorithmes equitables
un inconv´enient majeur est `a souligner : la non prise en charge
des ´etats des liens qui separent la station de base des
utilisteurs
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19. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
algorithmes Opportunistes
MaxSNR(Maximum Signal-to-Noise ratio) :propos´e par R.
Knopp and P. Humblet et X. Wang and W. Xiang
la priorit´e est donn´e a l’utilisateur qui a le plus grand rapport
signal sur bruit .
.
PF(Proportional Fair) : propos´e par F. Sokmen and T. Girici il
alloue un intervalle de temps de la sous-porteuse a l’ utilisateur qui
`a les conditions de transmissions les plus favorables via sa fonction
objective suivante :
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20. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
Algorithmes Opportunistes
EXP-PF(Exponential Proportional Fair) :propos´e par R.
Kwan ; C. Leung ; and J. Zhang
c’est une amelioration du PF , il priorise les services temps r´eels en
gardant un minimum de garantir pour les services non temps r´eel.
MLDWF(Maximum Largest Weighted Delay First) : propos´e
par : P. Ameigeiras ; J. Wigard and P. Mogensen.
il traite les d´elais d’arriver et de delivrance de paquets . concue
principalement pour traiter les flux temps r´eel( multimedia et VoIP)
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21. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
Contexte de simulation
Vue que nous disposons d’une classe d’algorithme qui arrive `a
satisfaire les contraintes et exigences de QoS.
Pourquoi ne pas les proposer comme ordonnanceur de base sutrout
que le LTE doit ˆetre disponible partout avec un deploiement
possible sous les 700MHz ?
pour arriver `a justifier notre opinion, nous nous mettons dans ce
contexte suivant :
situation de mobilit´e
Selon le principe de mobilit´e a toute epreuve disponible partout , `a
toute heure et `a n’importe qui nous avons choisit ces 3 cas de
mobilit´es :
1 `a faible mobilit´e : vitesse de 0km/h( statique)
2 `a faible mobilt´e : vitesse de 3 km/h( pi´eton)
3 `a forte mobilit´e : vitesse de 120 km/h (en v´ehicule)
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22. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
Contexte de simulation
Dans un environnement monocellulaire (une cellule `a cause de
largeur de bande) selon les 3 types de cellules :
1 SingleCellWithInterference(cellule avec interfernce)
2 SingleCellWithoutInterference(cellule sans interfernce)
3 SingleCellWithFemto(petite cellule)
En situation de :
4 faible charge :nombre minimal d’utilisateur
5 forte charge : nombre maximal d’utilisteur
pour utilisateur sollicitant simultanement les 3 types de
services :
6 Voix
7 Vid´eo
8 Data
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23. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
peut on arriver `a garantir la QoS de ses services ´emergents( tr`es
exigentes en terme de bandes) sous ses bandes( 700MHz) compte
tenu de l’´etroite de la largeur de bande avec cette classe
d’algorithme dit opportunistes ?
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24. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
contexte de simulation
pour faire face `a ce sous probl`eme nous avons proc´ed´e de la
mani`ere suivante :
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25. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
OBjectif : Identifier les algorithmes de cette classe dit
opportunistes qui arrivent `a ameliorer la QoS afin de les proposer
comme ordonnanceur de base du LTE .
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26. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
Contribution :Approche
Evaluation des performances de 3 ordonnanceurs :
PF
EXP-PF
MLDWF
en effectuant des mesures de QoS :
1 D´ebit :caracteristique des services temps r´eel (vid´eo)
2 D´elai : caracteristique des services temps r´eel( voix)
3 PLR : les services non temps r´eel( consultaions page web et
base de donn´ees)
4 Indice d’´equit´e : arriver a offrir un d´egr´e de saisfaction a tous
les utilisteurs :
5 Efficacit´e spectrale : nombre bits transmis par seconde sous
un hertz( determinant pour un syst`eme performant). ces 2
derniers caracterisent le niveau de Performances du syst`eme.
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27. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
param`etre de simulation
comme l’illustre la figure ci-dessous
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28. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
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29. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
cellule sans interf´erence a 3km/h : pi´eton
Courbe du d´ebit en fonction du nombre d’utilisateurs pour ses 3 algorithmes utilis´es
le d´ebit propos´e est garanti par ses 3 algorithmes et atteint la
valeur 500kb/s dans ce type de cellule a cette vitesse.
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30. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
cellule sans interf´erence a 3km/h : pi´eton
Courbe du d´elai en fonction du nombre d’utilisateurs pour les 3 algorithmes utilis´es
le d´elai propos´e par ses algorithmes est satisfaisant et n’exc`ede pas
la valeur limite de 0.1 sec pour ce type de cellule `a cette vitesse.
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31. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
cellule sans interf´erence a 120km/h : en v´ehicule
Courbe du d´ebit en fonction du nombre d’utilisateurs pour ses 3 algorithmes utilis´es
le d´ebit propos´e par MLDWF et EXP-PF est acceptable dans
l’ensemble avec une valeur 170kb/s superieur `a la valeur moyenne
de 128kb/s par contre propose une valeur(60 kb/s) en dessous de
la valeur moyenne dans l’ensemble .
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32. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
cellule sans interf´erence a 120km/h : en v´ehicule
Courbe du d´ebit en fonction du nombre d’utilisateurs pour ses 3 algorithmes utilis´es
on constate que MLDWF et EXP-PF respecte la valeur limite de
0.1 sec avec une valeur de 20ms contrairement `a PF qui montre
son incapacit´e `a gerer ce type de sevice avec une valeur excedant
la valeur limite 0.1.
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33. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
A
Ses diff´erentes mesures de QoS nous ont permis d’avoir des
r´esultats satisfaisant avec les algorithmes (MLDWF et EXP-PF )
plus adapt´es a gerer les services multim´edias plutot que PF . il est
fort appreciable de les proposer comme ordonnanceurs de base du
LTE.
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34. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
B
Au cours de cette ´etude nous avons pu constat´e que le d´ebit
octroy´e `a l’utilisateur qui est dit maximal n’est pas optimale cela
est en partie du `a la valeur de l’etat du lien qu’il envoi `a la station
de base. un utilisteur se trouvant proche de la station de base se
voit allouer plus d´ebit par rapport `a un autre se trouvant eloign´e
n´ec´essitant plus d´ebit en fonction de ses besoins .nous comptons
optimiser ce d´ebit en faisant une compensation de cette valeur
c’est `a dire pour des utilisateurs eloign´es arriver a compenser leur
etats de lien afin d’avoisiner ceux(utilisateurs) qui sont proche de
la station de base tout en conservant les performances du syst`eme.
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35. Introduction
Generalit´e
Le D´egagement
Etat de l’art
Contribution
Conclusion G´en´erale
FIN
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