Luận văn thạc sĩ utilisation de la compression des entêtes dans les réseaux cellulaires de type 4g ltesae

Nghiên cứu về việc sử dụng nén tiêu đề trong mạng di động 4G LTE, tối ưu hóa hiệu suất và giảm băng thông trong truyền tải dữ liệu.

• Tác giả: Vu Dinh Dau
• Người hướng dẫn: Loutfi Nuyami, Maître De Conférences
• Trường học: Telecom Bretagne
• Chuyên ngành: Informatique
• Đề tài: Nâng Cao Hiệu Suất Mạng 4G Với RoHC
• Loại tài liệu: Mémoire De Fin D'études
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Cesson-Sévigné

Mục lục chi tiết

• Glossaire des Abréviations
• Intérêt personnel pour ce stage
• Objectifs de mes contributions
• Plan du document
• 2. EPS/LTE évolution de l'UMTS
• 2.1. Contexte de l'UMTS
• 2.2. Évolution de UMTS
• 2.3. Architecture de l'UMTS
• 2.3.1. Architecture générale de l'UMTS
• 2.3.2. Architecture protocolaire de l'UMTS
• 2.4. Contexte et exigences
• 2.5. Architecture de LTE
• 2.5.1. Plan de contrôle
• 2.5.2. La sous-couche PDCP
• 3. RoHC dans UMTS/LTE
• 3.1. Description de RoHC
• 3.2. Motivation de proposition de RoHCv2 dans PDCP/LTE
• 3.3. Améliorations et autres différences de RoHCv2 avec RoHCv1
• 3.4. Les profils de RoHCv2
• 3.5. Compresseur et décompresseur
• 3.6. Recommandation de RoHC dans 3GPP
• 3.7. Support de RoHC au terminal
• 3.8. Procédure de déclenchement de RoHC
• 3.9. RoHC et handover
• 3.10. RoHC et MBMS
• 3.11. RoHC et Broatcast/Multicast
• 4. Évaluation de la performance de ROHC
• 4.1. Modèle d'évaluation de performance
• 4.2. Choix de modèle de fautes
• 4.3. Taux de bande passante économisée
• 4.4. Taux de paquets perdus
• 4.5. Nombre maximal de paquets perdus successifs
• 4.6. Comparaison avec RoHC de Thales et Al
• 5. Conclusion et perspectives

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nâng cao hiệu suất mạng 4G với RoHC

Nâng cao hiệu suất mạng 4G là một trong những thách thức lớn trong lĩnh vực viễn thông hiện đại. Công nghệ RoHC (Robust Header Compression) đã được phát triển để giải quyết vấn đề này. RoHC giúp giảm kích thước của các gói dữ liệu, từ đó tối ưu hóa băng thông và cải thiện trải nghiệm người dùng. Việc áp dụng RoHC trong mạng 4G không chỉ giúp tiết kiệm băng thông mà còn nâng cao hiệu suất truyền tải dữ liệu.

1.1. RoHC là gì và vai trò của nó trong mạng 4G

RoHC (Robust Header Compression) là một công nghệ nén tiêu đề gói dữ liệu, giúp giảm kích thước của các gói IP trong các ứng dụng đa phương tiện. Trong mạng 4G, RoHC đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa băng thông, đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu truyền tải dữ liệu lớn như video và âm thanh.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng RoHC trong mạng 4G

Việc sử dụng RoHC trong mạng 4G mang lại nhiều lợi ích, bao gồm giảm độ trễ, tiết kiệm băng thông và cải thiện chất lượng dịch vụ. RoHC giúp giảm thiểu kích thước tiêu đề gói, từ đó tăng cường khả năng truyền tải dữ liệu và giảm thiểu tỷ lệ mất gói.

II. Thách thức trong việc nâng cao hiệu suất mạng 4G

Mặc dù RoHC mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc triển khai công nghệ này cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như độ trễ trong quá trình nén và giải nén, cũng như khả năng tương thích với các thiết bị cũ là những yếu tố cần được xem xét.

2.1. Độ trễ trong quá trình nén và giải nén

Một trong những thách thức lớn nhất khi sử dụng RoHC là độ trễ trong quá trình nén và giải nén dữ liệu. Độ trễ này có thể ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng, đặc biệt trong các ứng dụng thời gian thực như video call.

2.2. Khả năng tương thích với các thiết bị cũ

Việc tích hợp RoHC vào các thiết bị cũ có thể gặp khó khăn do sự khác biệt trong các tiêu chuẩn và giao thức. Điều này đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ phải đầu tư vào việc nâng cấp hạ tầng mạng.

III. Phương pháp triển khai RoHC trong mạng 4G

Để nâng cao hiệu suất mạng 4G, việc triển khai RoHC cần được thực hiện một cách đồng bộ và hiệu quả. Các phương pháp như tối ưu hóa cấu trúc gói dữ liệu và cải thiện quy trình nén là rất quan trọng.

3.1. Tối ưu hóa cấu trúc gói dữ liệu

Tối ưu hóa cấu trúc gói dữ liệu là một trong những phương pháp quan trọng để nâng cao hiệu suất mạng. Việc này bao gồm việc giảm thiểu kích thước tiêu đề và tối ưu hóa các thông tin cần thiết trong gói dữ liệu.

3.2. Cải thiện quy trình nén

Cải thiện quy trình nén giúp tăng tốc độ nén và giải nén dữ liệu, từ đó giảm độ trễ và nâng cao trải nghiệm người dùng. Các thuật toán nén mới và hiệu quả hơn có thể được áp dụng để đạt được mục tiêu này.

IV. Ứng dụng thực tiễn của RoHC trong mạng 4G

RoHC đã được áp dụng thành công trong nhiều ứng dụng thực tiễn, từ truyền tải video đến các dịch vụ âm thanh. Việc sử dụng RoHC không chỉ giúp tiết kiệm băng thông mà còn cải thiện chất lượng dịch vụ.

4.1. Truyền tải video và âm thanh

RoHC đã được chứng minh là rất hiệu quả trong việc truyền tải video và âm thanh, giúp giảm thiểu độ trễ và cải thiện chất lượng dịch vụ. Các ứng dụng như IPTV và video call đã được hưởng lợi từ công nghệ này.

4.2. Các dịch vụ đa phương tiện khác

Ngoài video và âm thanh, RoHC còn có thể được áp dụng trong nhiều dịch vụ đa phương tiện khác, giúp tối ưu hóa băng thông và nâng cao trải nghiệm người dùng.

V. Kết luận và tương lai của RoHC trong mạng 4G

RoHC là một công nghệ quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất mạng 4G. Tương lai của RoHC hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến hơn nữa trong lĩnh vực viễn thông, đặc biệt là với sự phát triển của các công nghệ mới.

5.1. Tiềm năng phát triển của RoHC

Tiềm năng phát triển của RoHC trong mạng 4G là rất lớn. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, RoHC có thể được cải tiến để đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người dùng.

5.2. Tương lai của mạng 4G và RoHC

Mạng 4G sẽ tiếp tục phát triển và RoHC sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và chất lượng dịch vụ. Sự kết hợp giữa RoHC và các công nghệ mới sẽ mở ra nhiều cơ hội cho ngành viễn thông.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo thống kê ngành viễn thông, đến năm 2009, công nghệ LTE (Long Term Evolution) đã đạt tốc độ truyền dữ liệu lý thuyết lên đến 326.4 Mbps với công nghệ MIMO 4x4, mở ra kỷ nguyên mới cho mạng di động 4G. Luận văn này tập trung nghiên cứu về tích hợp công nghệ nén header RoHC (Robust Header Compression) vào kiến trúc LTE, giải quyết vấn đề tối ưu hóa băng thông cho các ứng dụng đa phương tiện trên mạng di động. Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là phân tích vị trí tích hợp RoHC trong kiến trúc LTE, đánh giá hiệu suất của RoHCv1 và RoHCv2, và đo lường tác động của RoHC đến chất lượng dịch vụ. Nghiên cứu được thực hiện trong thời gian 6 tháng (từ tháng 3 đến tháng 9 năm 2009) tại JCP-Consult phối hợp với TELECOM Bretagne trong khuôn khổ dự án NextTV4All. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc tiết kiệm khoảng 40% băng thông cho các ứng dụng âm thanh và 10% cho ứng dụng video, đồng thời giảm tỷ lệ mất gói tin trong quá trình chuyển giao (handover).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: kiến trúc mạng LTE và công nghệ nén header RoHC. Về kiến trúc LTE, nghiên cứu áp dụng mô hình phân tầng với ba lớp chính: lớp vật lý sử dụng OFDMA/SC-FDMA, lớp liên kết dữ liệu gồm các lớp MAC, RLC và PDCP, và lớp mạng. Đặc biệt, lớp PDCP (Packet Data Convergence Protocol) là vị trí tích hợp RoHC trong kiến trúc LTE. Về công nghệ RoHC, nghiên cứu phân tích cả hai phiên bản RoHCv1 (RFC 3095) và RoHCv2 (RFC 5225), tập trung vào cơ chế nén header IP/UDP/RTP cho các ứng dụng đa phương tiện. Các khái niệm chính được nghiên cứu bao gồm: cơ chế nén header, chế độ hoạt động unidirectional/bidirectional, các profile hỗ trợ (0x0001, 0x0002, 0x0101, 0x0102), và quy trình thiết lập kết nối RoHC.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm tài liệu chuẩn hóa 3GPP (TS 36.323, TS 25.323), các RFC của IETF (RFC 3095, RFC 4995, RFC 5225), và dữ liệu thực nghiệm từ việc triển khai RoHCv1 của JCP-Consult. Phương pháp phân tích được sử dụng là phương pháp thực nghiệm thông qua mô hình đánh giá hiệu suất RoHC với các luồng dữ liệu khác nhau (VoIP AMR 12.2 kbps, VoIP AMR 23 kbps, Video H264 chất lượng cao và trung bình). Cỡ mẫu của nghiên cứu bao gồm khoảng 5830 gói tin cho mỗi loại luồng dữ liệu. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu có chủ đích dựa trên các ứng dụng đa phương tiện phổ biến trên mạng di động. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích thực nghiệm là để đánh giá chính xác hiệu suất của RoHC trong các điều kiện lỗi khác nhau trên liên kết vô tuyến. Timeline nghiên cứu được chia thành ba giai đoạn: giai đoạn 1 (tháng 3-4/2009) nghiên cứu lý thuyết, giai đoạn 2 (tháng 5-7/2009) phát triển công cụ đánh giá và thu thập dữ liệu, giai đoạn 3 (tháng 8-9/2009) phân tích kết quả và hoàn thiện báo cáo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã phát hiện bốn kết quả quan trọng về tích hợp RoHC trong kiến trúc LTE. Thứ nhất, RoHC được tích hợp tại lớp PDCP trong kiến trúc LTE, hỗ trợ cả hai phiên bản RoHCv1 và RoHCv2 với các profile 0x0000, 0x0001, 0x0002, 0x0004, 0x0101, 0x0102, 0x0103, 0x0104. Thứ hai, kết quả thực nghiệm cho thấy RoHC giúp tiết kiệm khoảng 40% băng thông cho các ứng dụng âm thanh và khoảng 10% băng thông cho các ứng dụng video. Đặc biệt, với các gói tin IPv6, hiệu quả nén cao hơn so với IPv4 do header lớn hơn. Thứ ba, RoHC giúp giảm tỷ lệ mất gói tin, với chế độ R-mode giảm được 80% và U-mode giảm được 50% so với không sử dụng RoHC. Thứ tư, RoHCv2 có nhiều ưu điểm hơn so với RoHCv1 như hỗ trợ thứ tự gói tin không ổn định giữa bộ nén và giải nén, đơn giản hóa triển khai và cải thiện hiệu suất trong quá trình chuyển giao (handover).

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả của RoHC phụ thuộc vào tỷ lệ lỗi bit (BER) trên liên kết vô tuyến. Khi BER tăng từ 10^-6 lên 10^-3, tỷ lệ băng thông tiết kiệm giảm khoảng 1%. Điều này giải thích tại sao RoHC hoạt động hiệu quả hơn trong điều kiện liên kết tốt. So với các nghiên cứu trước đó, kết quả thực nghiệm của chúng tôi phù hợp với lý thuyết về hiệu suất RoHC, nhưng cũng chỉ ra rằng RoHC gây ra hiện tượng "jitter" ở tầng ứng dụng, đặc biệt trong chế độ U-mode khi tỷ lệ mất gói tin cao. Ý nghĩa của kết quả này là các nhà mạng cần cân nhắc giữa lợi ích tiết kiệm băng thông và tác động đến chất lượng dịch vụ khi triển khai RoHC. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ băng thông tiết kiệm giữa các loại luồng dữ liệu khác nhau (âm thanh và video) và giữa các chế độ hoạt động của RoHC (U-mode, O-mode, R-mode). Bảng so sánh hiệu suất giữa RoHCv1 của JCP-Consult và các triển khai khác cũng là một cách hiệu quả để trình bày kết quả.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu, chúng tôi đề xuất bốn giải pháp nhằm tối ưu hóa việc tích hợp và sử dụng RoHC trong mạng LTE. Thứ nhất, các nhà cung cấp thiết bị mạng nên ưu tiên triển khai RoHCv2 thay vì RoHCv1 để tận dụng tính năng hỗ trợ thứ tự gói tin không ổn định, giúp giảm thiểu tác động của quá trình chuyển giao (handover) đến chất lượng dịch vụ, mục tiêu giảm 15% tỷ lệ mất gói tin trong quá trình handover, triển khai trong vòng 12 tháng. Thứ hai, các nhà mạng cần cấu hình tham số MAX_CID (Context Identifier) phù hợp với tải trọng mạng, mục tiêu tối ưu hóa sử dụng bộ nhớ và tăng hiệu suất nén, thực hiện trong 6 tháng. Thứ ba, các nhà phát triển ứng dụng đa phương tiện nên thiết kế cơ chế đệm (buffering) linh hoạt để giảm thiểu tác động của hiện tượng "jitter" do RoHC gây ra, mục tiêu giảm 20% độ trễ ứng dụng, triển khai trong 9 tháng. Thứ tư, các nhà nghiên cứu nên tiếp tục phát triển cơ chế chuyển ngữ cảnh RoHC giữa các eNodeB trong quá trình handover, mục tiêu tiết kiệm thêm 1.9% băng thông khi tần suất handover cao, nghiên cứu trong vòng 18 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn này hữu ích cho bốn nhóm đối tượng chính. Thứ nhất, các kỹ sư viễn thông đang làm việc với mạng LTE có thể tham khảo để hiểu rõ về tích hợp RoHC trong kiến trúc mạng, giúp họ triển khai và tối ưu hóa hiệu suất nén header trong thực tế. Thứ hai, các nhà phát triển thiết bị mạng (đặc biệt là các công ty phát triển stack protocol) có thể sử dụng kết quả đánh giá hiệu suất để cải thiện triển khai RoHC, đặc biệt là trong việc tối ưu hóa tỷ lệ nén và giảm độ trễ. Thứ ba, các nhà nghiên cứu về mạng di động có thể dựa vào luận văn này để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về RoHCv2 hoặc tác động của RoHC đến chất lượng dịch vụ đa phương tiện. Thứ tư, các nhà hoạch định chính sách viễn thông có thể sử dụng thông tin về lợi ích tiết kiệm băng thông của RoHC để xây dựng các khuyến nghị kỹ thuật cho các nhà mạng, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu dịch vụ đa phương tiện ngày càng tăng.

Câu hỏi thường gặp

RoHC là gì và tại sao nó quan trọng trong mạng LTE? RoHC (Robust Header Compression) là công nghệ nén header IP, giúp giảm kích thước gói tin cho các ứng dụng đa phương tiện. Trong LTE, RoHC đặc biệt quan trọng vì header IP (40 byte cho IPv4, 60 byte cho IPv6) thường lớn hơn payload trong các ứng dụng âm thanh/video (20-60 byte), và RoHC giúp tiết kiệm đến 40% băng thông.

Sự khác biệt chính giữa RoHCv1 và RoHCv2 là gì? RoHCv2 có ba cải tiến chính so với RoHCv1: hỗ trợ thứ tự gói tin không ổn định giữa bộ nén và giải nén, sử dụng cùng định dạng nén ở cả hai chế độ unidirectional và bidirectional, và không sử dụng định dạng IR-DYN. Những cải tiến này giúp RoHCv2 hoạt động hiệu quả hơn trong quá trình handover và đơn giản hóa việc triển khai.

RoHC được tích hợp ở đâu trong kiến trúc LTE? RoHC được tích hợp tại lớp PDCP (Packet Data Convergence Protocol) trong kiến trúc LTE. Lớp PDCP nằm giữa lớp RLC và lớp mạng, chịu trách nhiệm nén/gải nén header, mã hóa/gải mã dữ liệu, và đảm bảo tính toàn vẹn của các thông điệp điều khiển.

RoHC ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng dịch vụ đa phương tiện? RoHC giúp tiết kiệm băng thông và giảm tỷ lệ mất gói tin (giảm đến 80% ở chế độ R-mode), nhưng cũng gây ra hiện tượng "jitter" ở tầng ứng dụng, đặc biệt khi tỷ lệ lỗi bit cao. Tuy nhiên, lợi ích tiết kiệm băng thông thường lớn hơn tác động tiêu cực đến chất lượng dịch vụ.

RoHC có được sử dụng trong dịch vụ broadcast/multicast (MBMS) không? Có, RoHC được hỗ trợ trong dịch vụ MBMS, nhưng việc triển khai phức tạp hơn do khó khăn trong việc xử lý feedback từ nhiều người dùng. Trong release 9, 3GPP đề xuất giải pháp đặt bộ nén tại BM-SC hoặc eNodeB để tối ưu hóa hiệu suất nén trong dịch vụ MBMS.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích thành công việc tích hợp công nghệ nén header RoHC vào kiến trúc mạng LTE, xác định vị trí tích hợp tại lớp PDCP và các profile được hỗ trợ.
• Kết quả thực nghiệm cho thấy RoHC giúp tiết kiệm khoảng 40% băng thông cho ứng dụng âm thanh và 10% cho ứng dụng video, đồng thời giảm tỷ lệ mất gói tin lên đến 80%.
• Nghiên cứu đã phát triển công cụ mô phỏng lỗi và đánh giá hiệu suất RoHC, giúp phát hiện và sửa chữa các lỗi trong triển khai thực tế.
• RoHCv2 được xác định có nhiều ưu điểm hơn so với RoHCv1, đặc biệt trong việc hỗ trợ quá trình handover và đơn giản hóa triển khai.
• Các hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm đánh giá RoHCv2, nghiên cứu tác động của RoHC đến chất lượng dịch vụ, và phát triển cơ chế chuyển ngữ cảnh RoHC giữa các eNodeB.

Trích đoạn nội dung tài liệu

NEXTTV4ALL Mémoire de fin d’études Master Informatique, option Systèmes et Réseaux Utilisation de la compression des entêtes dans les réseaux cellulaires de type 4G (LTE/SAE) Réalisé par : VU DINH Dau Promotion 13, IFI Sous la direction de : Loutfi NUAYMI TELECOM Bretagne Xavier LE BOURDON JCP-Consult CESSON-SÉVIGNÉ, FRANCE September, 2009 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Mémoire de fin d'études VU DINH Dau Intégration de RoHC dans l'architecture de LTE Promotion 13, IFI Table des matières Glossaire des Abréviations.3 Intérêt personnel pour ce stage.4 Objectifs de mes contributions.5 Plan du document.12 2 EPS/LTE évolution de l'UMTS.1 Contexte de l'UMTS.1 Évolution de UMTS.2 Architecture de l'UMTS.15 a) Architecture générale de l'UMTS.15 b) Architecture protocolaire de l'UMTS.1 Contexte et exigences.2 Architecture de LTE.25 a) Plan de contrôle.4 La sous-couche PDCP.29 3 RoHC dans UMTS/LTE.1 Description de RoHC.1 Motivation de proposition de RoHCv2 dans PDCP/LTE.2 Améliorations et autres différences de RoHCv2 avec RoHCv1.3 Les profils de RoHCv2.4 Compresseur et décompresseur.3 Recommandation de RoHC dans 3GPP.4 Support de RoHC au terminal.5 Procédure de déclenchement de RoHC.6 RoHC et handover.7 RoHC et MBMS.2 RoHC et Broatcast/Multicast .39 4 Évaluation de la performance de ROHCv1.1 Modèle d'évaluation de performance.2 Choix de modèle de fautes.43 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Mémoire de fin d'études VU DINH Dau Intégration de RoHC dans l'architecture de LTE Promotion 13, IFI 4.1 Taux de bande passante économisée.2 Taux de paquets perdus.3 Nombre maximal de paquets perdus successifs.4 Comparaison avec RoHC de Thales et Al.49 5 Conclusion et perspectives.61 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Mémoire de fin d'études VU DINH Dau Intégration de RoHC dans l'architecture de LTE Promotion 13, IFI Remerciements Je tiens tout d’abord à remercier Loutfi NUYAMI qui a suivi mon travail théorique concernant l'architecture des réseaux cellulaires, et la recherche dans la grande quantité de documents de 3GPP. Il m'a donné également des conseils sur la méthodologie de recherche. Je souhaite également remercier Xavier LE BOURDON. Il a été à la fois mon ami qui m'a aidé à l'adaptation à la vie en France et mon superviseur qui m'a donné des conseils sur le travail pratique concernant les tests de performance de RoHC.

Je voudrais aussi remercier Ana Carolina MINABURO qui a sélectionné ma candidature de stage, et donné fréquemment des commentaires forts utiles sur mon travail. Je voudrais remercier Eric Poilvet qui m'a donné des conseils sur l'architecture de UMTS. Je voudrais remercier Michel BADET qui a travaillé en coopération avec moi pour localiser et corriger des anomalies de performance de RoHCv1. Je voudrais également remercier Thomas Lefort qui m'a aidé sur la partie concernant RoHCv2.

Je tiens à remercier Jean-Marie BONNIN et Stéphane ROLLAND qui m'ont donné des conseils sur le plan de travail. Je voudrais remercier Jean-Charles Point qui a financé pour mon stage, et donné un environnement professionnel favorable à mon travail. Enfin, je voudrais remercier mon professeur à l'Institut de la Francophonie d'Informatique (IFI) qui n'ont donné des cours de réseaux afin d'avoir les connaissances de base pour réaliser ce stage. 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Mémoire de fin d'études VU DINH Dau Intégration de RoHC dans l'architecture de LTE Promotion 13, IFI Résumé LTE (Long Term Evolution) est la dernière évolution d'une série de technologies cellulaires sans-fil GSM/UMTS/HSPA, en compétition pour être la norme de la quatrième génération de réseau mobile (4G).

Les innovations au niveau de l'interface radio et de l'architecture « plate et tout-IP » permettent de réduire le délai d'accès et d'enrichir des services multimédia comme les services de télévision sur IP à haut débit. La compression d'entêtes RoHC (Robust Header Compression) est une technologie présente dans LTE à l'interface radio où la bande passante est limitée et coûteuse. RoHC permet de réduire la taille des paquets IP des applications multimédia dans lesquels la taille de payload est souvent petite par rapport à la taille d'entête. La deuxième version de RoHC (RoHCv2) simplifie l'implémentation de RoHC et améliore la performance dans le cas de handover.

Elle est prise en compte dans l'architecture de LTE. Dans ce document, nous analysons l'architecture de LTE afin de connaître l'intégration de RoHC dans ce système. Nos études montrent que RoHC prend place au niveau de la sous- couche PDCP, et que les profils de RoHCv1 et de RoHCv2 sont prévus. Nous étudions également le support de RoHC par LTE dans le cas de handover et dans les services de broadcast/multicast.

Le deuxième axe de travail fut une campagne de tests sur l'implémentation de JCP-Consult. Elle montre que RoHC est très robuste contre des erreurs sur le lien radio, et peut réduire le taux de perte de paquets dans le cas de handover. RoHC permet d'économiser environ 40% de bande passante pour les applications audio et environ 10% de bande passante pour les applications vidéo. Cependant, RoHC introduit un phénomène de gigue au niveau applicatif.

Mots clés : réseau cellulaire, 4G, LTE, UMTS, PDCP, compression des entêtes RoHC, RoHCv2, IPTV. 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Mémoire de fin d'études VU DINH Dau Intégration de RoHC dans l'architecture de LTE Promotion 13, IFI Abstract LTE (Long Term Evolution) is the latest evolution of GSM/UMTS/HSPA, the mobile broadband technology standards, toward the fourth generation of cellular wireless known as 4G. The innovations of LTE at the radio interface and the architecture “flat and all-IP” reduces the access delay and enrich the multimedia services such as the television over IP. Robust Header Compression (RoHC) is a solution of LTE at the radio interface to optimize the throughput of audio/video applications, where packets generally contain a large header in comparison with their payload.

The second version of RoHC (RoHCv2) that simplifies the implementation of RoHC and improves the performance in handover is supported by LTE. We analyze the architecture of LTE to integrate RoHC in this system. Our study shows that RoHC takes place at PDCP radio layer, profiles of both RoHCv1 and RoHCv2 are supported. We also studied the support of RoHC by LTE in handover and the services broadcast/multicast.

The verification on the implementation of JCP-Consult proves that RoHC is very robust against errors in the radio link, and can reduce the loss rate in handover. It helps reduce about 40% bandwidth of VoIP flow and about 10% bandwidth of video flow. We, however, found RoHC introduces a little jitter to the multimedia flows. Keywords: cellular network, 4G, LTE, UMTS, PDCP, header compression, RoHC, RoHCv2, IPTV.

6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Mémoire de fin d'études VU DINH Dau Intégration de RoHC dans l'architecture de LTE Promotion 13, IFI Glossaire des Abréviations AAL2 ATM Adaptation Layer 2 MRF Multimedia Resource Function AAL5 ATM Adaptation Layer 5 MTP3 Message Transfer Part Layer 3 AS Access Spectrum Message Transfer Part level 3 MTP3B AuC Authentication Centre broadband Broadcast Multicast Service NAS Non Access Spectrum BM-SC Centre Next Generation Mobile NGMN BSC Base Station Controller Networks Alliance BTS Base Transceiver Station Orthogonal Frequency Division OFDMA CDMA Code Division Multiple Access Multiple Access CS Circuit Switched P-CSCF Proxy CSCF CSCF Call Session Control Function P-GW Packet Data Network Gateway CSCF Call Session Control Function PAPR Peak-to-Average Power Ratio E-CSCF Emergency CSCF Policy Control and Charging PCRF Enhanced Data rates for Global Rules Function EDGE Evolution Packet Data Convergence PDCP EPS Evolved Packet System Protocol EV-DO Evolution Data Optimized PS Packet Switched FDD Frequency Division Duplex Public Switched Telephone PSTN FEC Forward Error Correction Network GPRS General Packet Radio Service Radio Access Network RANAP Global System for Mobile Application Part GSM communication RLC Radio Layer Control GTP GPRS Tunnelling Protocol RNC Radio Network Control HLR Home Location Register RoHC Robust Header Compression High Speed Downlink Packet RRC Radio Ressource Control HSDPA Access S-GW Serving Gateway HSPA High Speed Packet Access SAE System Architecture Evolution HSS Home Subscriber Server Single Carrier - Frequency SC-FDMA HSS Home Subscriber Server Division Multiple Access High Speed Uplink Packet Signalling Connection Control HSUPA SCCP Access Part I-CSCF Interrogating CSCF SFN Single Frequency Network IM Instant Messaging SIGCOMP Signaling Compression IMS IP Multimedia Subsystem SIP Session Initiation Protocol IPTV Internet Protocol Television SRAN Satellite Radio Access Network ISI Inter Symbol Interference TDD Time Division Duplex LTE Long Term Evolution Universal Decompressor Virtual UDVM M3UA MTP3 User Adaptation Layer Machine MAC Medium Access Control UE User Equipment Multimedia Broadcast/Multicast UMB Ultra Mobile Broadband MBMS Service Universal Mobile UMTS MIMO Multiple Input Multiple Output Telecommunications System MME Mobility Management Entity 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Mémoire de fin d'études VU DINH Dau Intégration de RoHC dans l'architecture de LTE Promotion 13, IFI Index des illustrations Illustration 1: Le débit des évolutions différentes de l'UMTS (le bleu présente le débit en théorie, le vert présente le débit que l'on espère, source : [5]).14 Illustration 2: Architecture de l'UMTS (release 99).16 Illustration 3: Architecture de l'UMTS (release 5).17 Ilustration 4: L'architecture protocolaire de l'UMTS dans le plan de contrôle (domaine de PS, release 5).17 Illustration 5: L'architecture protocolaire de l'UMTS dans le plan d'utilisateur (release 5).19 llustration 6: L'architecture générale du réseau LTE.22 Illustration 7: La différence entre eNodeB (LTE) et NodeB (HSPA) au plan utilisateur [15]. 24 Illustration 8: Plan contrôle en couches [16].25 Illustration 9: Plan utilisateur.26 Illustration 10: La deuxième couche de l'interface radio au sens descendant [16].27 Illustration 11: La fonction de la couche PDCP [17].28 Illustration 12: Procédure pour configurer et déclencher RoHC dans l'interface radio.35 Illustration 13: Modèle d'évaluation de performance de RoHC.40 Illustration 14: Pre-tests, le nombre maximal de paquets perdus est très haut dans O-mode.42 Illustration 15: Bande passante économique dans U-mode et BER = 0.0 avec des flux différents.43 Illustration 16: Taux de bande passante économisée VoIP AMR 12,2 kbps.45 Illustration 17: Taux de bande passante économisée VoIP AMR 23 kbps.45 Illustration 18: Taux de bande passante économisée Video H264 haute qualité.45 Illustration 19: Taux de bande passante économisée Vidéo H264 moyenne qualité.45 Illustration 20: Taux de paquets perdus VoIP AMR 12,2 kbps.47 Illustration 21:Taux de paquets perdus VoIP AMR 23 kbps.47 Illustration 22: Taux de paquets perdus Video H264 haute qualité.47 Illustration 23: Taux de paquets perdus Vidéo H264 moyenne qualité.47 Illustration 24: Nombre maximal de paquets perdus successifs VoIP AMR 12,2 kbps.48 Illustration 25: Nombre maximal de paquets perdus successifs VoIP AMR 23 kbps.48 Illustration 26: Nombre maximal de paquets perdus successifs Video H264 haute qualité.48 Illustration 27: Nombre maximal de paquets perdus successifs Vidéo H264 moyenne qualité .48 Illustration 28: Taux de bande passante économisée VoIP 12,2kbps.50 Illustration 29: Taux de paquets perdus VoIP 12,2kbps.50 Illustration 30: Nombre maximal de paquets perdus successifs VoIP 12,2kbps.50 Illustration 31: Pile protocolaire avec la compression.55 Illustration 32: SIGCOMP Architecture .56 Illustration 33: La mémoire d’UDVM.58 Illustration 34: Format of a SIGCOMP message.58 Illustration 35: Compression SigComp.60 Index des tables Tableau 1: Les profils supportés par LTE [17].33 Tableau 2: Les paramètres sont définis par la couche supérieure de PDCP[17].34 Tableau 3: Les différents flux pour évaluer la performance de RoHC.41 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Mémoire de fin d'études VU DINH Dau Intégration de RoHC dans l'architecture de LTE Promotion 13, IFI Tableau 4: Des anomalies de performance de RoHC de JCP-Consult.42 Tableau 5: Instructions d’UDVM et les valeurs de pseudo code.57 Tableau 6: Ratio de Compression pour les messages SIP [45].1 Contexte Mon stage de fin d'études s’est déroulé sur une période de 6 mois à JCP-Consult, en coopération avec TELECOM Bretagne, dans le carde du projet NextTV4All du 16 Mars au 15 Septembre 2009. Le projet NextTV4All (Next TV for all: télévision à venir pour tous) est un projet du Pôle Images & Réseaux, et s’inscrit dans le thème « télévision sur IP basé sur IMS » dans un environnement de convergence fixe-mobile. Le projet prend en compte les interactions entre les services audiovisuels interpersonnels et conversationnels et les services de IPTV[annexe du projet].

Les partenaires du projet sont: Alcatel Lucent, Devoteam, France Télécom, IRISA/Université de Rennes 1, JCP Consult, Le Télégramme, Neotilus, NEXCOM Systems, TELECOM Bretagne, Thomson Grass Valley, Thomson R&D France, Thomson Telecom.