Évaluation des performances du réseau 3G : application à la couche réseau à l'aide de l'outil Opnet Modeler

1. MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR
DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ET DE LA
TECHNOLOGIE
UNIVERSITE TUNIS EL MANAR
Évaluation des performances du
réseau 3G : application à la couche
réseau
SOUTENANCE DE STAGE DE FIN
D’ÉTUDES
Présenté en vue de l’obtention de la
Licence Appliquée en Réseaux
InformatiqRuéeal iSsép péarc :ialité ARS
Badis BEN ALAYA & Achraf TRABELSI
Encadré par :
Mr , Adel BEDOUI
Année Universitaire 2012/2013

2. Plan
2 15/10/2014

3. 3 15/10/2014

4.  Nom commerciale de l’office national de télécommunication
 L’opérateur historique de télécommunications en Tunisie
 Créé le 17 avril 1995
 Domaine d’activités:
Téléphonie fixe
Téléphonie mobile
Services Data
 Lancement du service 3G = le 1er Aout 2011
4 15/10/2014

5.  Réseau 3G = Services mobiles plus avancés
= Demandes croissantes des abonnées
 Satisfaire leurs abonnées = Améliorer ses services 3G
 Améliorer ses services 3G = Améliorer
Débits
QoS
Couverture
Routage
Visiophonie
Streaming
Navigation et téléchargement plus rapides
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6. 6 15/10/2014

7. 2G-GSM
1G-NMT
2.5G-GPRS
2.75G-EDGE
3G-UMTS
7 15/10/2014

8.  3G = Troisième génération de normes de téléphonie mobile
 Développé en 2004
 Fournir :
Des services multimédias avec une meilleur qualité
Accès internet performant et confortable
Une meilleure couverture
 Représenté principalement par les normes UMTS et CDMA2000
 Méthode d’accès = CDMA
 Bande fréquence = 1900-2000 MHz
 Débit réel = 384 Kbits/s
 Normalisé par 3 organismes : UWCC , 3GPP , 3GPP2
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9. Permet des débits de l’ordre de 384 kbits/s lors d’un déplacement de
l’ordre de 120 km/h (véhicule, transports en commun, etc.).
Permet des débits de l’ordre de 2 Mbits/s lors d’un déplacement de
l’ordre de 10 km/h (marche à pied, déplacement en intérieur, etc.).
Permet des débits de l’ordre de 144 kbits/s lors d’un déplacement
de l’ordre de 500 km/h (Train à Grande Vitesse, etc.).
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10. réseau
d’accès
radio
UTRAN
réseau
coeur
réseau
UMTS
responsable de la
commutation et du
routage des
communications (voix et
données) vers les réseaux
externes
supporte toutes les
fonctionnalités radio
10 15/10/2014

11. Fonction principale = transférer les
données générées par l’usager
Passerelle entre l’équipement usager
et le réseau coeur
Parmi ses fonctions :
Le domaine de commutation
de circuits (CS) = utilisé pour la
téléphonie
Il est en charge de :
Composé de :
Les éléments communs aux
domaines CS et PS
La gestion MSC
de la mobilité
La gestion GMSC
de la communication
La commutation VLR
et le routage
La taxation et la facturation
La protection et la sécurité
Composé de :
Terminal Mobile (ME)
Carte USIM
Sécurité
Mobilité
Gestion des ressources radio
Synchronisation
Il est composé de :
Node B
RNC
Composé de :
HLR
AuC
EIR
Le domaine de commutation
de paquets (PS) = qui permet la
commutation Il est décomposé de paquets
en trois
 parties Composé dont de deux :
domaines :
 SGSN
 GGSN
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12. Service Délai Exemples
d'application
Débit Tolérant à
des erreurs
Conversationnel
(temps réel) << 1s
Téléphonie
Vidéophonie
28.8 kbps
32-384 kbps
Oui
Oui
Interactif environ 1 s
Commerce
électronique
Internet
Non garanti
N on garanti
Non
Non
Streaming < 10 s
Audio/vidéo
haute qualité
32-128 kbps Oui
Arrière-plan
(Background)
10 s
Fax
E-mail
Non garanti
Non garanti
Oui
Non
12 15/10/2014

13. 13 15/10/2014

14.  Offre les moyens d’accéder à un réseau
 Acheminer les données à travers un réseau
 Ses fonctionnalités :
 Routage
 Relayage
 Contrôle des flux
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15. 192.168.2.0 R2
192.168.3.0 R4
192.168.4.0 R2
192.168.2.0 R2
192.168.3.0 R4
192.168.4.0 R2
15 15/10/2014

16. Une meilleure
évolutivité et
adaptabilité
Vecteur distance
Les
Etat de lien
protocoles
de routage
dynamique
La distance la plus courte
La meilleur voie
Capacité de
maintenir
l'échec ou de
changement
de topologie
Charge
protocoles de
routage
dynamique
administrative
moins
16 15/10/2014

17. RIP IGRP OSPF
 Vecteur Distance
 Algorithme = Bellman-Ford
 Nb max sauts = 15
 Distance métrique = Nb sauts
 Compatible à tous dispositifs
de routage
Réservé à de grands réseaux
 Le plus simple
 Le plus utilisé
 Vecteur Distance
 Algorithme = Bellman-Ford
 Nb max sauts = 100
 Etat de lien
 Algorithme = Dijkastra
 Possède une LSD
 Très compliqué
 Très élaboré
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18.  Etude de réseau 3G = Tâche compliquée :
 Réseau vaste et compliqué
 Mettre en place les équipements du réseau = beaucoup de temps
 Matériels coûteux
 Difficulté de reproduire les tests des scénarios en réel
 Solution = utiliser un simulateur de réseaux
18 15/10/2014

19. 19 15/10/2014

20.  Technique par laquelle un logiciel modélise le comportement d'un réseau =
 Par le calcul à l’aide des formules mathématiques
 Par des observations à partir d'un réseau réel
 Un simulateur réseaux =
 Outil de modélisation des réseaux
 Outil d’évaluation des performances
 Utilisé pour développer des nouvelles solutions
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21. OPNET NS2 OMNET++ NetSim
Open source Non Oui Oui Non
GUI Oui Non Oui Oui
 Points forts d’OPNET Modeler :
Langage(s) C/C++ C++/Otcl C++ Java
 Bibliothèque de modèle complet
 Interface utilisateur conviviale
 Présentation personnalisable des résultats de simulation
 Dispose de plusieurs modules et outils
Les protocoles réseau
supportés
ATM, TCP, une interface
de données distribuées
Fibre (FDDI), IP,
Ethernet, Frame Relay,
802.11, et le soutien pour
le sans fil.
TCP /IP, routage
multicast, protocole TCP
sur les réseaux câblés et
sans fil.
Les réseaux sans fil Wifi, Ethernet, TCP / IP
et ATM
DES Oui Oui Oui Oui
Plateforme Windows Windows/Linux Windows/Linux Windows
Animations Oui Non Non Non
 Notre choix = OPNET Modeler
Bibliothèque de modèles Complet
Contient un nombre
suffisant de modèles
Nombre important de
librairies mais avec des
problèmes de
configurations dans leurs
fichiers qui rend
l’installation plus
complexe.
Aloha , Token Ring,
Ethernet CSMA /
CD,Fast et Gigabit
Ethernet, Frame Relay,
TCP , UDP,
IPv4 et IPv6 Routage -
RIP, OSPF, BGP,
MPLS,WiMax,MANET,
GSM
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22. Network
(réseau)
 Un projet d’études supérieures au MIT par les frères Cohen
 OPNET Technologies = une entreprise informatique américaine
fondée en 1986 (devenue publique en 2000)
 Utilisateurs =
Les domaines de la
 Les universités
 Les laboratoires de R & D
 Les fabricants
 Les opérateurs
modélisation
Process
(processus)
Node
(noeud)
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23.  Éditeur de projet :
 Le niveau le plus élevé de la hiérarchie d'OPNET
 Permet de définir la topologie du réseau
1 2 3 5 14 19 23
 Ce domaine est divisé en trois entités :
Les icones les plus importantes de l’éditeur sont :
 Les Sous-réseaux
 Les noeuds de communication
 Liens de communication
1 : Nouveau
2 : Ouvrir
3 : Sauvegarder
5 : Ouvrir la palette d’objets
14: Ouvrir le centre de trafic
 Possède deux éditeurs :
 Éditeur de projet
 Éditeur de modèle de réseau
19: Configurer / Exécuter la Simulation à événements discrets
23: Afficher les résultats
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24.  Éditeur de modèle de réseau :
Permet de représenter la topologie d’un réseau = constitué de noeuds et de liens
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25. Flux de paquets (packet Stream)
Fils statistique (statistics wires)
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26. 26 15/10/2014

27.  Les Les objets types des OPNET liens Modeler utilisée :
nécessaires pour représenter le réseau 3G sont
:
Désignation OPNET Modeler Utilisé entre
ATM_OC3 Node B RNC
RNC SGSN
PPP_DS3
SGSN GGSN
GGSN réseau IP
Réseau IP le routeur (qui regroupe les serveurs)
10BaseT Routeur serveur
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28.  Cette configuration permet à l’utilisateur de configurer la façon dont
l’application génère du trafic :
 Le nombre des répétitions de l’application pendant la simulation du réseau
 La taille de l’application (en octets)
 La définition d’applications = à l’aide de l’objet « Définition des applications »
Nom de l’application Configuration sous OPNET Modeler
Messagerie électronique Email (Light)
Transfert des fichiers File Transfer (Light)
Navigation WEB WEB Browsing (Light HTTP1.1)
 NB : On a choisie une distribution constante pour obtenir des statistiques faciles à lire
dans l’analyse des performances
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29.  Configuration La définition des des profiles serveurs = d’application à l’aide de l’objet :
« définition des profiles »
Nom de profile Application supportée
 Un serveur peut soutenir une ou plusieurs applications
Email Messagerie électronique
FTP Transfert des fichiers
WEB Browsing Navigation WEB
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30.  Configuration du mécanisme de Handover :
 Configuration d’équipements usagers :
 Le mécanisme de Handover =
 Un équipement usager dans le réseau 3G = émettre et recevoir des données
 Pour assurer la mobilité des usagers
 Permet le déplacement de l’abonné selon des différentes trajectoires
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31.  Afin d’évaluer les performances au niveau de la couche réseau du réseau 3G, en
recourant à l’utilisation de ces trois KPI fournis par OPNET Modeler :
 Un KPI = une valeur basée sur un ou plusieurs compteurs permet de mesurer les
performances de réseau
IP Traffic dropped
( Le trafic IP chuté)
IP Processing delay
( Le retard de traitement IP)
IP Number of hops
(Le nombre des sauts IP)
 Les KPI = permettent de trouver les imperfections dans le réseau pour :
Le trafic IP chuté de
tous les noeuds du
réseau mesuré en
(paquets par seconde)
Le retard subi par un paquet à
travers la couche IP , ce délai
 Identifier les causes de ces problèmes
comprend :
Le retard de la file d'attente
 Faire les actions correctives nécessaires
Le retard de traitement
Le nombre moyen des
sauts IP prise par paquets
de données atteignant à un
noeud de destination
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32. Nom Description
Duration Durée de la simulation
Seed Moteur de génération de nombres aléatoires
Values Per Statistic Nombre de valeurs à collecter pour chaque statistique
Update interval Nombre des événements met à jour pour un intervalle de temps
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33. Scénario Architecture Environnement de la
simulation
Scénario N° 1 : réseau
UMTS chargé
24 équipements usagers
5 Node B
4 RNC
3 SGSN
1 GGSN
5 Routeurs
3 serveurs d’application
Durée de simulation : 48
heures.
Seed : 128
Valeurs par statistique :
100.
Intervalle de mise à jour :
500000 événements
Scénario N° 2 : réseau
UMTS non chargé
8 équipements usagers
même architecture que
scénario N°1
Même environnement que
scénario N°1
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34.  Le trafic IP chuté
La phase ptrearnmsiatnoeirnete
Une grande perte dû à :
RIP OSPF IGRP
Une stabilisation dû à :
Le protocole n’est pas encore adapté à la topologie du réseau =perte des paquets lors de la
La carte de topologie est crée
découverte Phase transitoire des chemins 02 afin :33 de :20 créer PM la carte 0.13 de topologie
0.17 0.25
Adaptation des protocoles avec la topologie du réseau
Le protocole va tester tout les routes existantes même qui sont inutiles
07: 33:20 PM 0.07 0.08 0.11
34 15/10/2014
Phase permanente 0.053 0.055 0.061

35.  Le retard du traitement
RIP OSPF IGRP
La phase tprearnmsiatnoiernet e
Retard faible Stabilisation Phase transitoire = File d’attente libre
=
A 02 :29 :07 PM 6.9 7.64 7.42
Augmentation du retard = manque d’espace dans la file d’attente (congestion des paquets)
Protocoles s’adaptent à la topologie A 03 :31 du :40 réseau PM = Traitement 8 des 8.2 paquets plus 7.83
rapide
Congestion = protocoles pas encore adaptés à la topologie du réseau
Phase permanente 7.1 7.8 7.4
35 15/10/2014

36.  Nombre des sauts IP
 OSPF = possède le plus long chemin = Type « Etat de lien »
 RIP et IGRP = possèdent les plus courts chemins = Type « Vecteur distance »
RIP OSPF IGRP
Phase permanente 1.86 2 1.62
 IGRP est mieux que RIP =
 Plus avancé
 Mises à jours de routage plus rapides
36 15/10/2014

37.  On remarque que la phase transitoire du deuxième scénario dure moins que celle
La durée de la phase
transitoire
Scénario N°1 07h :13m :20s
Scénario N°2 03h :03m :20s
 Phase transitoire « courte » = phase permanente plus longue = période de
15/10/2014
 Différences trop négligeables entre les trois protocoles
37
 Comparaison avec scénario N°1 :
du premier scénario
 Le trafic IP chuté
stabilisation assez importante
La phase
permanente
Scénario RIP OSPF IGRP
Scénario Date RIP OSPF IGRP
N° 1 02 : 33 : 20 PM 0.13 0.17 0.25
N°1 0.053 0.055 0.061
N°2 0.018 0.02 0.026
 Les protocoles gardent les mêmes performances et le même comportement par rapport
au premier N° scénario
2 02 : 33 : 20 PM 0.04 0.08 0.16
La différence du trafic IP perdu entre les deux scénarios est la même = une chute de 0.09 (paquets/seconde)

38.  Phase transitoire = trop courte =
 Le retard de traitement
 La charge de trafic circulant est faible
 Les files d’attentes ne sont pas chargées
 Rythme de traitement des paquets = stable tout au long de la simulation = une
longue phase permanente
La phase
permanente
Scénario RIP OSPF IGRP
N°1 7.1 7.8 7.4
N°2 6.89 6.71 6.83
Scénario Différence entre OSPF et RIP ( en microsecondes)
N°1 7.8 – 7.1 = 0.7
N°2 6.89 – 6.71 = 0.18
 Changement des performances par rapport au premier scénario = OSPF est devenu
le meilleur
 Dans un réseau non chargé = Il n’existe pas une supériorité majeure d’un
 Nombre d’usagers a diminué = diminution du retard de traitement
protocole par rapport aux autres
38 15/10/2014

39.  Nombre des sauts IP
 Les protocoles gardent presque les mêmes performances dans le deuxième scénario =
protocoles de types « vecteur à distance » offrent les plus courtes chemins par rapport au
protocole « OSPF » qui est de type « Etat de lien »
39 15/10/2014

40.  On conclue que le protocole de routage RIP = les meilleures résultats dans la plus
part Scénario des indicateurs testés
Indicateur RIP OSPF IGRP
 RIP =
 Réservé généralement à des grands réseaux
 Notre architecture est simple = aide à améliorer les performances de
protocole «RIP » = « RIP » est un protocole « simple et ancien »
Scénario 1
(réseau chargé)
Le trafic IP chuté Le meilleur Le moyen Le pire
Le retard de traitement Le meilleur Le pire Le moyen
Nombre des sauts IP Le moyen Le pire Le meilleur
 Les résultats de l’évaluation des performances sont trop proches pour les trois
protocoles
Scénario 2
(réseau non chargé)
Le trafic IP chuté Le meilleur Le moyen Le pire
Le retard de traitement Le pire Le meilleur Le moyen
 Pas de domination Nombre d’un seul des sauts protocole IP par Le rapport moyen aux autres Le pire = chaque protocole Le meilleur
est
performant dans un domaine particulier
 Dans un léger réseau (non chargé) on ne peut pas avoir des statistiques exemplaires
40 15/10/2014

41. 41 15/10/2014

42.  Au terme de ce stage, on peut conclure que nous pouvons
atteindre les objectifs fixés dés le début du projet à savoir :
 Etudier le réseau 3G
 Familiariser avec les simulateurs réseaux
 Evaluer les performances de réseau 3G au niveau de la
couche réseau
42 15/10/2014

43. 43 15/10/2014