Institut de la Francophonie pour
l'Informatique

Institut Eurécom

Mémoire de fin d’études

Intégration du protocole MBMS dans la
plateforme TD-CDMA
Réalisé par:
NGUYEN Huu Nghia
Promotion 9 – IFI
Sous la responsabilité de :
Mme Michelle WETTERWALD
Ingénieur de recherche senior à l’institut Eurécom

Sophia Antipolis, Le 20 octobre


Table des matières

Table des matières .......................................................................................................................2
Liste des figures...........................................................................................................................5
Liste des tableaux ........................................................................................................................6
Remerciements ............................................................................................................................7
Résumé ........................................................................................................................................8
Abstract........................................................................................................................................9
CHAPITRE 1 - INTRODUCTION ...........................................................................................10
1.

Problématique..............................................................................................................10

2.

Motivation ...................................................................................................................11

3.

Contribution.................................................................................................................12

4.

Environnement de stage ..............................................................................................12

CHAPITRE 2 – ETAT DE L’ART ...........................................................................................13
1.

UMTS - Les réseaux mobiles 3G ................................................................................13
1.1. Historique..................................................................................................................13
1.2. Architecture générale du réseau UMTS....................................................................14
1.3. Le contexte international - Recherche et normalisation pour la 3G..........................15

2.

3.

Broadcast Multicast.....................................................................................................16
2.1.

Généralité ..............................................................................................................16


2.2.

Le protocole 3GPP MBMS ...................................................................................17

Projet Daidalos ............................................................................................................20
2


4.

3.1.

Une perspective pour les réseaux post 3G.............................................................20

3.2.

Broadcast et Multicast dans le contexte du projet Daidalos..................................21

Plate-forme TD-CDMA ..............................................................................................22

CHAPITRE 3 – VERS UNE PLATEFORME TD-CDMA MULTICAST ..............................25
1.

Description ..................................................................................................................25

2.

Adaptation du MBMS pour Daidalos..........................................................................28

3.


Mise en œuvre .............................................................................................................32
3.1.

Préparation pour une couche RRC multicast.........................................................32

3.2.

Mise en œuvre du RRC-RG ..................................................................................33

3.2.1. Initialisation.......................................................................................................33
3.2.2. Le séquenceur....................................................................................................33
3.2.3. Les signaux de sortie .........................................................................................34
3.2.4. Simulation .........................................................................................................34
3.2.5. Interaction avec le NAS ....................................................................................35
3.2.6. Interaction avec le serveur RRM.......................................................................38
3.3.

Mise en œuvre du RRC-UE...................................................................................38

3.3.1. Initialisation.......................................................................................................38
3.3.2. Traitement des messages MBMS sur le canal MCCH ......................................39
3.3.3. Traitement des messages MBMS sur le canal DCCH.......................................39
3.3.4. La machine à états finis .....................................................................................39
CHAPITRE 4 – EVALUATION...............................................................................................41
1.

Critères d’évaluation ...................................................................................................41

2.


Banc de test .................................................................................................................41

3


3.

Résultats espérés..........................................................................................................43

4.

Résultats observés .......................................................................................................44

Conclusions et perspectives.......................................................................................................47
Références .................................................................................................................................48
Annexe A - Termes & Abréviations..........................................................................................50
Annexe B - La machine à états finis côté UE...........................................................................52
Annexe C – Document de spécification (Anglais) ....................................................................57
Annexe D – Document de conception (Anglais).......................................................................80

4


Liste des figures

FIGURE 1. L’EVOLUTION DES RESEAUX DE TELECOMMUNICATION .........................................................................14
FIGURE 2. ARCHITECTURE DU RESEAU UMTS .......................................................................................................15
FIGURE 3. ARCHITECTURE LOGIQUE DU MBMS......................................................................................................18
FIGURE 4. PHASES D'UN SERVICE MBMS BROADCAST ............................................................................................18

FIGURE 5. PHASES D'UN SERVICE MBMS MULTICAST ............................................................................................19
FIGURE 6. UNE ILLUSTRATION EXEMPLAIRE DE LA RECEPTION D'UN SERVICE MBMS MULTICAST .........................20
FIGURE 7. INTEGRATION DE BROADCAST/MULTICAST DANS DAIDALOS ..................................................................21
FIGURE 8. EVOLUTION DU STANDARD 3GPP VERS PURE-IPV6 ................................................................................22
FIGURE 9. LA PILE PROTOCOLAIRE ..........................................................................................................................23
FIGURE 10. LES COMPOSANTS LOGICIELS DE LA PLATEFORME ................................................................................24
FIGURE 11. LA PLANIFICATION GENERALE ..............................................................................................................26
FIGURE 12. LA PLANIFICATION DE LA PREMIERE PHASE ..........................................................................................27
FIGURE 13. LA PLANIFICATION DE LA DEUXIEME PHASE .........................................................................................28
FIGURE 14. UNE ADAPTATION DU MBMS POUR DAIDALOS.................................................................................29
FIGURE 15. LES PRIMITIVES D’UN SERVICE DANS LE MODE CONNECTION ................................................................31
FIGURE 16. DIAGRAMME DES CLASSES : LES PRIMITIVES DES SERVICES MMBS DE LA COUCHE RRC ....................32
FIGURE 17. DIAGRAMME DE SEQUENCE: ETABLISSEMENT D’UN PTM RB................................................................36
FIGURE 18. DIAGRAMME DE SEQUENCE: RELACHEMENT D’UN PTM RB ..................................................................37
FIGURE 19. RESULTAT DU TEST AU MODE NATIF .....................................................................................................45
FIGURE 20. RESULTAT DU TEST AU MODE D’INTEGRATION - SIMULATION ...............................................................46

5


Liste des tableaux

TABLEAU 1 : ORGANISMES REGIONAUX PARTICIPENT AU 3GPP ............................................................................. 16
TABLEAU 2: PROTOCOLS BROADCAST ET MULTICAST ............................................................................................. 17
TABLEAU 3: REACTIONS DU UE POUR LA PROCEDURE JOIN .................................................................................... 30
TABLEAU 4: REACTIONS DU UE POUR LA PROCEDURE LEAVE ................................................................................ 30
TABLEAU 5: BANC DE TEST ..................................................................................................................................... 42
TABLEAU 6: SCÉNARIO DE TEST .............................................................................................................................. 42
TABLEAU 7: RESULTATS ESPERES COTE RG............................................................................................................ 43
TABLEAU 8: RESULTATS ESPERES COTE UE............................................................................................................ 44


6


Remerciements

En premier lieu, je tiens à exprimer ma plus grande reconnaissance envers ma
responsable de stage, Madame Michelle WETTERWALD qui a accepté de m'accueillir en
stage avec son équipe de recherche pour m'avoir permis de mener à bien ce travail par ses
conseils, ses remarques et ses suggestions. Je la remercie aussi pour son soutien,
l’encouragement qu'elle m'a donné pour faciliter mes conditions de vie à Sophia, pour me
familiariser avec la vie de l'équipe.
Je tiens à remercier Monsieur Christian BONNET, Directeur de l’unité
Communications Mobiles de l’Eurécom, pour son encouragement et sa sympathie pendant
mon stage.
Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance à Monsieur HO Tuong Vinh, Directeur
d’études de l’IFI (Institut de la Francophonie pour l’Informatique), d’avoir préparé mon stage.
Je remercie aussi vivement Monsieur Charles Durand, Directeur de l’IFI, de m’avoir
bien favorisé au cours de mon stage.
Je remercie tous les membres de l’unité Communications Mobiles
encouragements, leurs conseils, leurs aides et la sympathie qu'ils m'ont donnée.

pour leurs

Depuis le début de mon stage en France, j'ai reçu beaucoup d'aides et
d'encouragements de mes amis. Tout cela me permet de mieux compléter le stage. Je les
remercie.
Je voudrais également remercier mes parents et ma sœur qui m'encouragent
énormément depuis le début de mon stage en France.
Enfin, un grand merci à toutes les personnes de l’Institut Eurécom et de l’IFI de

m’avoir aidé au cours de mon stage.

7


Résumé

La nouvelle génération de réseaux post 3G doit intégrer tous les réseaux existants,
c'est-à-dire les réseaux de données de type Internet, les réseaux téléphoniques, que ce soit le
réseau téléphonique commuté ou le réseau cœur d’un opérateur de mobiles, et les réseaux de
vidéo pour effectuer de la diffusion de télévision ou de la vidéo à la demande. En ce qui
concerne le broadcast et le multicast, pour les réseaux de télécommunication UMTS
(Universal Mobile Telecommunications System) où les ressource radio et les ressources du
réseau de cœur sont vraiment limitées, on doit recourir au protocole MBMS (Multimedia
Broadcast Multicast Service) normalisé par le 3GPP (3rd Generation Partnership Project). Ce
rapport vise à présenter l’intégration et les expérimentations du protocole MBMS dans la
platforme TD-CDMA (Time Division – Code Division Multiple Access) d’Eurécom dans le
cadre du projet DAIDALOS (Designing Advanced network Interfaces for the Delivery and
Administration of Location independent, Optimised personal Services ).
Le rapport se compose de 4 chapitres et 4 annexes.
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D’abord, le chapitre 1 présente le problème du Broadcast et du Multicast dans
DAIDALOS et l’environnement du stage.
Ensuite, dans le chapitre 2, un état de l’art dans le domaine d’étude sera présenté.
Le chapitre 3 présentera les démarches à faire pour produire une couche RRC (Radio
Resource Control) multicast dans la plateforme TD-CDMA avec des adaptations
nécessaires au protocole MBMS.
Et puis, le chapitre 4 donne une évaluation sur l’intégration et les expérimentations sur ces
adaptations.
L’annexe A vous montrera des termes et des abréviations.
L’annexe B représentera la machine à états finis côté UE (User Equipment) modélisé avec
Télélogic Tau
L’annexe C est le document de spécification du protocole MBMS synthétisé à l’Eurécom
L’annexe D est le document de conception .
Mot clés: B3G, Broadcast, Daidalos, Multicast, MBMS, TD-CDMA, UMTS, 3GPP

8


Abstract

The new B3G network must integrate all existing networks: Enterprises, Multimedia
and Telecommunications. In regard to Broadcast and Multicast in the UMTS (Universal
Mobile Telecommunications System) telecommunications network where the radio resources
and network resources are really limited, we have to use the MBMS (Multimedia Broadcast
Multicast Service) protocol, which is standardized by the 3GPP (3rd Generation Partnership
Project). This report aims to present the integration and the experimentations of MBMS
protocol in the Eurecom’s TD-CDMA (Time Division – Code Division Multiple Access)
platform within the scope of DAIDALOS project (Designing Advanced network Interfaces for
the Delivery and Administration of Location independent, Optimised personal Services ).
This report is composed with 4 chapters and 4 appendixes

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First of all, the chapter 1 presents the broadcast and multicast problems in DAIDALOS
project and the working environment.
In the chapter 2, A state of the art in the domain will be presented
The chapter 3 presents the process to product a RRC (Radio Resource Control) multicast
layer in the TD-CDMA platform with necessary adaptations to the MBMS protocol.
The chapter 4 gives an evaluation on the integration and experimentations on the
adaptations.
The appendix A presents a list of terms and abbreviations used in the report
The appendix B presents the UE’s finite state machine modeled with Telelogic Tau
The appendix C is the Eurecom's specification document of the MBMS protocol
The appendix D is the Eurecom's design document.
Key words: B3G, Broadcast, Daidalos, Multicast, MBMS, TD-CDMA, UMTS, 3GPP

9


Chapitre

1
CHAPITRE 1 - INTRODUCTION
1. Problématique

Le réseau sans fil de troisième génération (3G), fournit une bande passante plus élevée,
un accès à l’internet à plus haute vitesse. Cela favorise énormément des services multimédias.
Au fur et à mesure que les technologies et la société changent, il y a une prolifération de
technologies et de services pour les utilisateurs mobiles. Cela crée un environnement de
communications complexe non seulement pour les utilisateurs mais également pour les
opérateurs.
DAIDALOS est un Projet Intégré dans le cadre du FP6 (6th Framework Program)
lancé au niveau européen et regroupe un grand nombre de partenaires. Il s’adresse aux
problèmes d'hétérogénéité des accès. Pour le multicast, par exemple, on doit assurer une
diffusion de contenu multimédia sans interruption et indépendante du type de réseau – que ce
soit un réseau de diffusion, un réseau de télécommunication ou un réseau sans fil d’entreprise.
Parmi ses 46 partenaires industriels et académiques, Eurécom joue un rôle actif pour
remplir les objectifs avec la plateforme radio logicielle TD-CDMA qui est développée au sein
du département Communications Mobiles. L'utilisation d’une technologie de radio logicielle
permet de conserver des coûts d’équipements raisonnables, car principalement basés sur des
équipements peu chers tels que des micro-ordinateurs PC. D’autre part, cela fournit un moyen
idéal pour mener des expérimentations en vraie grandeur d’un système radio mobile. Enfin,
ces plateformes sont utilisées pour valider des avancées théoriques, en particulier dans le
domaine très prometteur des réseaux sans fil post 3G [35].
A l’heure actuelle, la plateforme TD-CDMA reste encore un système unicast conforme
à la norme 3GPP R4 [2]. Dans un système unicast, il s’agit des connexions de type point à
point entre le client et le serveur. Avec une augmentation des applications consommant
énormément de bande passante radio, et particulièrement, avec un grand nombre d’utilisateurs
recevant le même service à haut taux de données, la distribution d'information efficace devient
10


essentielle.
Pour résoudre ce problème, le Broadcast/Multicast est utilisé pour communiquer
simultanément avec un groupe de terminaux identifiés par une adresse spécifique. L'avantage

de ce principe par rapport à l’unicast classique devient évident quand on veut diffuser de la
vidéo. Le paquet n'est émis qu'une seule fois, et sera routé vers toutes les machines du groupe
de diffusion. Cela assure une économie des ressources radio très pertinente dans les systèmes
mobiles [33].
Pour les réseaux locaux sans fils d’entreprise, on utilise IP Multicast de l’IETF comme
solution. Pourtant dans un réseau de télécommunication où les ressources radio sont vraiment
limitées, ce protocole ne conviendra pas comme il consommera encore énormément de bande
passante ainsi que l’énergie pour la signalisation.
Le protocole MBMS (Multimédia Broadcast Multicast Service) conçu par le 3GPP,
pour les systèmes mobiles 3G, utilise la même philosophie « one to many » et est dédié aux
réseaux de télécommunications mobiles. Ce n’est donc pas étonnant qu’il faille intégrer le
protocole MBMS dans la plate-forme afin d’optimiser l’usage des ressources radio, de se
conformer à l’évolution de la norme 3GPP R6 (Release 6) et de satisfaire aux objectifs initiaux
de la plateforme et aux exigences du projet Daidalos.
La plateforme TD-CDMA est construite sur l’idée d’une architecture « Pure-IP » [1]
pour conserver des coûts d’équipements en tenant compte du but « All-IP » [7] des réseaux
post 3G. Il reste donc une question sur l’adaptation optimisée du protocole MBMS à la
plateforme. De plus, ce protocole est en voie de normalisation, et il faut également des
expérimentations pour valider la stabilité du protocole.
Dans le cadre du stage, j’étendrai la couche RRC de la plateforme TD-CDMA et la
rendra RRC-multicast conformant à la norme 3GPP R6 [11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20,
21, 22, 37].

2. Motivation
En choisissant le sujet, j’aurai une chance de contacter avec de grandes partenaires du
projet Daidalos. D’ailleurs, MBMS est actuellement un sujet à la pointe de la technologie. En
plus, je bénéficierai d’une formation au métier de recherche et de développement. J’ai pu
acquérir des méthodes de travail ainsi qu’une expérience de recherche grâce aux responsables
de stage et les collèges dans l'équipe. Enfin, je me suis habitué au processus d’une
normalisation d’un protocole.

11


3. Contribution
Ce document est le fruit de 7 mois de travail. Pendant ce temps, j’ai accompli toutes les
tâches concernant non seulement la partie théorique mais aussi la partie pratique.
Sur le plan théorique, j’ai maîtrisé le protocole MBMS et la couche RRC de
l’architecture UMTS. En plus, j’ai aussi suivi les compte-rendus des réunions du 3GPP sur le
protocole MBMS pour l’adapter aux exigences du projet DAIDALOS sous la direction de
madame Michelle Wetterwald. J’ai aussi synthétisé toutes les informations dans les documents
du 3GPP concernant le protocole MBMS de la couche RRC dans un document de
spécification d’Eurécom. Nous avons discuté pour archiver une adaptation optimale au
protocole MBMS, pour prévoir l’interaction entre les composants de la plate-forme TDCDMA.
Sur le plan pratique, j’ai implémenté le protocole MBMS qui peut fonctionner dans le
mode natif (pour le test) ou dans le mode d’intégration (pour le projet DAIDALOS). Les
adaptations sont bien réalisées et validées.

4. Environnement de stage
Le stage se déroule pendant 7 mois (à partir du 21 mars 2005) à l’Institut Eurécom,
Sophia Antipolis, FRANCE. Le Parc scientifique de Sophia Antipolis s'affirme aujourd'hui
comme le pôle d'excellence européen dans le domaine des hautes technologies. C'est
aujourd'hui le site le plus convoité, notamment par les entreprises du secteur des technologies
de l'information. Quant à Eurécom, c’est une Grande Ecole internationale d’Ingénieurs et un
Centre de Recherche en Systèmes de communication, fondée par Télécom Paris (Ecole
Nationale Supérieure des Télécommunications) et l'EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de
Lausanne).
Ce travail est réalisé sous la direction de Mme Michelle WETTERWALD à l’unité
Communications Mobiles qui est actuellement dirigée par M. le professeur Christian
BONNET. Les travaux de l’unité portent sur différents aspects d'un réseau Mobile. Les axes
de Recherche du Département se déclinent dans plusieurs environnements:

‚ Les réseaux mobiles de troisième génération et au delà
‚ Les réseaux locaux sans fil
‚ Les réseaux de communication à courte portée (Capteurs)
‚ Les réseaux Ad Hoc
Des informations plus détaillées
web />
sur

l'équipe

12

se

trouvent

dans

son

site


Chapitre

2
CHAPITRE 2 – ETAT DE L’ART
Ce chapitre est consacré à un état de l’art dans le domaine d’étude. Un survol sur les
réseaux mobiles 3G, les technologies différentes pour la diffusion, et enfin, le projet Daidalos
avec la convergence des réseaux mobiles ainsi que la plateforme TD-CDMA seront présentés.

On considère dans ce rapport que les connaissances de base des réseaux sans fil informatiques,
des réseaux sans fil de télécommunication sont connues par le lecteur. Pour en savoir plus,
voir [7, 8, 18, 19, 29].

1. UMTS - Les réseaux mobiles 3G
1.1. Historique
Les réseaux cellulaires analogiques ont été communément appelés “systèmes de
première génération”. Quant aux réseaux numériques utilisés à l’heure actuelle, comme le
GSM (Global System for Mobile Communications), le PDC (Personal Digital Cellular), le
CdmaOne (IS-95) et l’US-TDMA (IS-136), ils sont regroupés sous l’appellation de «système
de deuxième génération ». Ces systèmes ont permis aux communications vocales de
s’affranchir de la traditionnelle paire de cuivre et de gérer efficacement la mobilité de leurs
utilisateurs.
La deuxième génération est maintenant parfaitement implantée dans de nombreux
pays, et la troisième est en cours de mise en place. Cependant, cette mise en place va
demander un laps de temps assez long à l’aide des réseaux de génération deux et demie. Les
raisons à cela sont d’une part, le besoin de repartir de zéro du point de vue des infrastructures
et, d’autre part, un manque de capitaux de la part des opérateurs de mobiles à la suite de
l’achat de licences [8]. Les réseaux de génération 2,5 se caractérisent souvent, comme c’est le
cas dans le GPRS (General Packet Radio Service), par un double réseau cœur, un réseau cœur
pour le transport du téléphone et un réseau cœur pour le transport des données sous forme de
paquets.
13


Les systèmes dits de « troisième génération » ont été conçus pour les communications
multimédia. Avec ces nouveaux systèmes, les communications pourront être enrichies
d’images et de vidéo de grande quantité. L’accès aux informations et aux services, que ce soit
sur des réseaux publics ou privés, sera facilité par des débits nettement supérieurs et des
fonctionnalités avancées. En 1985, l’UIT a commencé ses études des réseaux FPLMTS

(Future Public Land Mobile Telephone System), renommés IMT 2000 (International Mobile
Telecommunication System for the year 2000) en 1993. L’ETSI a entamé les siennes pour
l’Europe en 1990 avec l’UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). L’UMTS
n’est qu’une des cinq normes de la famille IMT 2000, qui inclut également WCDMA
(Wideband Code Division Multiple Access), CDMA2000, EDGE et DECT de troisième
génération [6, 8, 29].
Les systèmes de télécommunications de troisième génération dans ce rapport seront
référencés sous le terme UMTS. Le WCDMA en est la principale interface air. Elle sera
utilisée tant en Europe qu’en Asie (Japon et Corée inclus) dans la même bande de fréquences,
autour de 2GHz. Au sein du 3GPP, le WCDMA est appelé UTRA (Universal Terrestrial Radio
Access) FDD (Frequency Division Duplex) et TDD (Time Division Duplex). [6].

Figure 1. L’évolution des réseaux de télécommunication [29]

1.2. Architecture générale du réseau UMTS
L’UMTS est considéré comme le pas suivant des technologies de 2G et 2.5G. Donc il
ne remplace pas les technologies et ces éléments de réseau mais étend l’architecture du réseau.
L’architecture fonctionnelle du réseau d’accès UMTS est présentée sur la figure 2
Le sous-système radio RNS (Radio Network Subsystem) comprend les Node B, et
14


leurs contrôleurs RNC (Radio Network Controller). Cette architecture hiérarchique, dans
laquelle une entité contrôle plusieurs entités de niveau inférieur, est similaire à celle du réseau
GSM. Une grande différence avec le système GSM est que l’UMTS introduit l’interface Iur
entre les entités RNC. La gestion de la macrodiversité dans le réseau est une des raisons qui a
poussé à définir cette interface. L’interface Iur sera normalisée à l’ETSI. [25]

Figure 2. Architecture du réseau UMTS [30]


1.3. Le contexte international - Recherche et normalisation pour la 3G
La définition des systèmes mobiles de troisième génération fait l’objet de travaux de
normalisation conduits au sein des organismes régionaux avec des contacts de plus en plus
étroits au fur et à mesure qu’une certaine convergence entre les propositions se dessine
(notamment entre l’Europe et le Japon).
A l’heure actuelle, la norme UMTS est standardisée par le 3GPP (Third Generation
Partnership Project) tandis que la norme cdma2000 (Code Division Multiple Access 2000) est
standardisée par 3GPP2 (Third Generation Partnership Project 2). Les membres directs du
3GPP comprennent ETSI, TTC, ARIB, TTA, CWTS, T1. Les grands opérateurs et les autres
15


participent aux projets par l’intermédiaire des organismes régionaux.
Organismes régionaux
ETSI (European Telecommunications Standards Institute)
TTC (Telecommunication Technology Committee) et ARIB (Association of
Radio Industries and Businesses)
TTA (the Telecommunication Technology Association)
CWTS (Chinese Wireless Telecommunications Standards)
T1

Régions
Europe
Japon
Corée
Chine
Etats-Unis

Tableau 1 : Organismes régionaux participent au 3GPP
Chaque région a sa propre stratégie, fortement liée à la situation de développement des

systèmes de deuxième génération. En Europe, il faut souligner la place occupée dans la
normalisation par l’existence de groupes d’intérêt pour la troisième génération (MOU GSM,
UMTS Forum) dont l’objectif est de fédérer, dans la mesure du possible, les positions des
opérateurs GSM et des industriels. [25]

2. Broadcast Multicast
2.1.

Généralité

Au fur et à mesure de la convergence de l’internet et du multimédia, la méthode
unicast fondamentale, qui est la transmission de données en mode point à point , a évolué pour
faire face à de nouveaux besoins : la communication de un vers plusieurs ou plusieurs vers
plusieurs.
Le broadcast est un terme anglais définissant une diffusion de données à un ensemble
de machines connectées à un réseau. En français on utilise le terme diffusion. Quant à
multicast, c’est une connexion réseau multipoint. Pourtant, il est au milieu de l’unicast et du
broadcast. Au lieu d’envoyer les données à une seule machine (unicast), ou à toutes les
machines dans le réseau (broadcast), il s’adresse à un groupe de certaines machines.
La notion de transmission multipoint peut être implémentée au niveau applicatif, par
exemple, lorsque l'on envoie un courrier électronique à une liste de destinataires ou que l'on
poste une intervention dans un groupe de news. Mais cela devient rapidement lourd à gérer dès
que la liste de destinataires varie. D'autre part cela peut conduire à faire circuler de multiples
exemplaires des mêmes données sur un même lien, consommant ainsi de la bande passante.
Actuellement, les protocoles broadcast et multicast utilisés dans les réseaux de
16


diffusion des câblo-opérateurs, les réseaux informatiques et les réseaux de télécommunication
sont DVB-T/H, IETF Multicast et 3GPP MBMS. Le protocole MBMS du 3GPP sera présenté

avec plus de détails dans la partie qui suit.
DVB
Réseaux
Réseaux hertziens de
diffusion des câbloopérateurs
(multimédia)
Organisation de ETSI
standadisation
Documents
DVB-T :
EN
300 744, TR 101 190

IETF IP Multicast
Réseaux
sans
d’entreprise
(informatiques)

3GPP MBMS
fil Réseaux
télécommunication
(Mobile)

de

IETF

3GPP


RFC 2710

TS 22.146, TS 22.346,
TS 25.331, TS 25.346,
TS 26.346, TS 29.846

DVB-H : EN 302 304
Tableau 2: Protocols broadcast et multicast

2.2.

Le protocole 3GPP MBMS

Pour les réseaux locaux sans fils d’entreprise, on utilise IP Multicast de l’IETF comme
solution. Dans [27], Mariann Hauge, Oyvind Kure ont présenté les approches pour exploiter le
protocole IP Multicast de l’IETF [34] dans les réseaux de télécommunications UMTS
(Universal Mobile Telecommunications System). Pourtant, les recherches ont également
montré que la seule utilisation de ce protocole dans un réseau UMTS n’assure pas une
optimisation d’utilisation des ressources radios. De même, le protocole IP Multicast se termine
dans le GGSN (Gateway GPRS Support Node) qui joue le rôle d’une passerelle entre Internet
et UMTS. Donc, bien qu’il puisse réduire la charge du serveur, il n’économise pas de bande
passante dans le réseau UMTS.
En effet, les services multimédias nécessitent beaucoup de ressources radio ainsi que
de ressources du réseau de cœur dans l’UMTS. Dans les premières versions de l’UMTS
(release 99), une cellule UMTS ne fournit simultanément que 3 flux de 384 kbit/s pour les
sessions multimédia. Une distribution efficace devient donc essentielle et permet aux
utilisateurs de partager les ressources. Le 3GPP a donc défini une architecture générale pour
MBMS. Il a pour but de gérer les ressources radios et les ressources du réseau de cœur
efficacement en exploitant au maximum l’infrastructure existante [26].


17


Figure 3. Architecture logique du MBMS [26]
Le protocole MBMS (Multimedia Broadcast and Multicast Service) permet des
services ptm (point-to-multipoint) uni-directionels. Il y a deux modes opérationnels : Le
multicast et le broadcast [15].
ƒ

Dans le mode broadcast, les contenus multimedia (texte, audio, vidéo…) sont transmis sur
les canaux communs. Cela permet d’une utilisation efficace des ressources. La réception
d'un service MBMS broadcast est assurée par certaines phases:
Service announcement
Session Start
MBMS notification
Data transfer
Session Stop

Figure 4. Phases d'un service MBMS broadcast
18


ƒ

Dans le mode multicast, les contenus multimedia (texte, audio, vidéo…) sont transmis sur
les canaux communs. Cela permet d’une utilisation efficace des ressources. Dans ce mode,
il est possible au réseau de transmettre de façon sélective les données aux cellules qui
contiennent les membres d’un groupe multicast. La réception d'un service MBMS
multicast est assurée par certaines phases:
Subscription

Service announcement
Joining
Session start
MBMS notification
Data transfer
Session Stop
Leaving

Figure 5. Phases d'un service MBMS Multicast
Les phases subscription, joining et leaving sont réalisées pour chaque UE. Les autres
sont réalisées pour chaque service (pour tous les usagers intéressés par ce service). Les phases
subscription, joining, leaving, announcement et notification peuvent fonctionner en parallel
avec les autres phases. Voici une explication brève des phases:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ

ƒ
ƒ
ƒ
ƒ

Subscription: Etablir la relation entre l'usager et le fournisseur de service
Service announcement: Fournir aux UEs des information sur les service MBMS
disponible.
Joining: Rendre l'usager un membre du groupe multicast
Session Start: Le moment où le BM-SC (Broadcast Multicast Service Center) est prêt à
envoyer les données MBMS. Les RBs seront établis. La phase session start est
indépendante de la phase joining d'un service

MBMS notification: Informer l'UE de l'arrivée des données MBMS
Data transfer: Les données sont transmis aux UEs
Session Stop: Le moment où le BM-SC détermine qu'il n'y a plus de données MBMS pour
une certaine période. Les RBs seront relâchés
Leaving: Quitter le groupe multicast

19


Figure 6. Une illustration exemplaire de la réception d'un service MBMS multicast
L'idée principale pour la conception du protocole MBMS est que le protocole MBMS
fournira les mêmes mécanismes du protocole IETF IP Multicast. Le protocole MBMS est
défini dans les documents du 3GPP R6: TS 22.146, TS 22.346, TS 25.331, TS 25.346, TS
26.346, TS 29.846. Je vous conseille de lire d'abord le document TS 25.346 pour une vue
générale sur le protocole MBMS. Vous pouvez accéder à ces documents sur le site web du
3GPP [37]. Vous pouvez aussi consulter [4]. En effet, au moment d’écrire ce rapport, la norme
MBMS n’est pas très stable. Certains documents sont encore des brouillons. De plus, il
manque encore de spécification pour les points d’accès au service MBMS (MBMS SAP) qui
sont situés à la frontière entre le NAS (None Access Stratum) et la couche RRC. Les
primitives pour ces MBMS SAP devront être définis dans TS 23.110 par le 3GPP.

3. Projet Daidalos
3.1.

Une perspective pour les réseaux post 3G

La nouvelle génération de réseaux post 3G doit intégrer tous les réseaux existants,
c'est-à-dire les réseaux de données de type Internet, les réseaux téléphoniques, que ce soit le
réseau téléphonique commuté ou le réseau cœur d’un opérateur de mobiles, et les réseaux de
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vidéo pour effectuer de la diffusion de télévision ou de la vidéo à la demande. Pour avoir une
vision plus concrète, consultez [8, 10, 31, 32, 40]
La gestion de la mobilité et du nomadisme est aussi une propriété essentielle des
réseaux du XXIe siècle. Dans ces réseaux, les clients veulent se déplacer tout en restant
connectés. Le monde IP apporte des solutions à ce problème avec Mobile IP et Cellular IP, qui
gèrent la mobilité lente aussi bien que rapide. [8, 40]

3.2.

Broadcast et Multicast dans le contexte du projet Daidalos

Dans le contexte du projet Daidalos, on étudie un réseau hétérogène qui assure bien le
“seamless mobility”. Les terminaux mobiles peuvent fonctionner dans n’importe quel réseau
sans fil, que ce soit les réseaux de diffusion, les réseaux de télécommunication ou les réseaux
informatiques d’entreprise.
En ce qui concerne le multicast et le broadcast, il consiste à supporter toutes les
technologies de diffusion actuelles: DVB-T/H pour les réseaux de diffusion, MBMS pour les
réseaux de télécommunication et IP Multicast pour les réseaux sans fil d’entreprise.

Figure 7. Intégration de broadcast/multicast dans Daidalos
De plus, la tendance “tout-IP” pour les réseaux
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post-3G est exploitée. Cette


architecture se place entièrement sur l’interface IPv6 ou, ce qui est équivalent, transporte
uniquement des paquets IP. Aux couches plus basses, on intègre des protocoles différents et

des technologies d’accès différentes. On peut donc introduire une vision comme suit: le
contenu multimédia est diffusé sur l’interface IPv6, et puis, traverse un réseau hétérogène qui
supporte des technologies différentes pour arriver aux terminaux mobiles post-3G.

4. Plate-forme TD-CDMA
Dans [1], nous avons présenté l’architecture Pure-IP de la plateforme TD-CDMA dans
laquelle sont court-circuitées un certain nombre d’entités du réseau UMTS
(RNC/SGSN/GGSN), ce qui a pour conséquence une diminution notable du nombre de
services supports. Le RG (Radio Gateway) tel que nous le définissons est donc considéré
comme le résultat de l’addition d’un Node-B et d’un sous-ensemble du RNC. Ceci permet la
mise en oeuvre en vraie grandeur de solutions innovantes « pur-IPv6 » pour des réseaux radio
hétérogènes B3G/WLAN expérimentaux.

Figure 8. Evolution du standard 3GPP vers pure-IPv6
Cette architecture permet une interconnexion sans discontinuité des différents accès
radio qui fonctionnent tous en relation directe avec la couche de protocole IP (par exemple,
WLAN et UMTS). Une cellule TD-CDMA est donc considérée comme un sous réseau dans
laquelle RG devient un routeur pour les utilisateurs.

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Figure 9. La pile protocolaire
L’interconnexion directe entre l’UMTS-TDD et l'IPv6 est réalisée grâce à la pile
protocolaire représentée sur la figure 6, La couche physique est divisée en deux sous-couches,
la sous-couche L1L (PHY-Low) et la sous-couche L1H (PHY-High). La sous-couche L1L
interface directement la carte d'acquisition matérielle et réalise le traitement du signal de
premier niveau. La sous-couche L1H réalise le codage/décodage canal et l’entrelacement. La
couche 2 contient les couches de contrôle MAC (Medium-Access) et RLC (Radio Link
Control), qui sont responsables de l’ordonnancement des PDUs (Packet Data Units) sur les

canaux de transport, de la segmentation des paquets et des protocoles de retransmission. Elle
est complétée par la couche PDCP, point d’accès pour le trafic des données vers la couche
RLC. La couche 3 est conforme à la norme 3GPP dans le sens où elle fournit une
interconnexion directe avec un réseau IPv6. La couche 3 comprend la couche RRC et la
couche d’abstraction GRAAL (Generic Radio Access Abstraction Layer). La couche GRAAL
fournit l’interface et l’adaptation entre les mécanismes IPv6 pour la signalisation et le trafic
utilisateur et les mécanismes spécifiques de l’accès radio du 3GPP pour le support des
fonctionnalités de mobilité, admission d’appel, diffusion, etc…
Des canaux de propagation en temps discret ont été modélisés, permettant d’utiliser en
simulation le même code source que le logiciel temps réel, ce qui donne la possibilité de tester
rapidement de nouveaux algorithmes sur les différents protocoles. Dans le cas de
l’environnement de simulation, le code spécifique à l’équipement RF n’est pas utilisé. Le
logiciel est alors exécuté dans l‘espace utilisateur plutôt que dans l’espace noyau, tout en
conservant la même structure multi-tâches que le code temps réel. Des signaux sont échangés
entre un ensemble de RGs et un ensemble de terminaux. L'échange est exécuté grâce à une
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interface socket client/serveur TCP/IP et à une troisième entité qui contrôle le flux du signal,
que nous appelons un Serveur de Canal (Channel Server). [2]
Une fonction qui n’est pas présentée dans les stations de base mais dans le RNC est le
RRM (Radio Ressource Management) dont les algorithmes doivent gérer les ressources radio
de plusieurs cellules adjacentes. Le RRM est mis en oeuvre de façon centralisée pour un
groupe de RGs. L’entité RRM fournit les fonctions suivantes aux clients RGs qu’elle gère:
1. configuration automatique de l’Access Stratum à partir des requêtes de service
basées sur la QdS.
2. réduction des parasites (contrôle de puissance, allocation dynamique de canal)
3. gestion de la mobilité de bas niveau (par exemple, contrôle du « Soft Handover »)
4. gestion de ressources conjointe à travers plusieurs technologies d’accès différentes
(UMTS/WLAN)

5. recueil et algorithmique du traitement des mesures.
Pour en savoir plus, je vous invite de lire [2]. Alors au cas de simulation, on verra des
composants logiciels suivant :

NAS côté UE

AS côté UE

NAS côté RG

AS côté RG

Serveur RRM

Server de canal

Figure 10. Les composants logiciels de la plateforme

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Chapitre

3
CHAPITRE 3 – VERS UNE PLATEFORME TD-CDMA
MULTICAST
Ce chapitre est consacré à la solution pour la problématique mentionnée. Un processus
strict de recherche et développement sera présenté. En plus, les adaptations de la norme en
tenant compte des exigences et des hypothèses seront précisées aussi.


1. Description
Le processus se divise en trois phases qui sont étroitement liés au processus de
normalisation du 3GPP. Comme la norme MBMS n’est pas stable en ce moment, il faut faire
attention que, en réalisant ces trois phases, on suive toujours les compte-rendus des réunions
du 3GPP – RAN WG2.

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