Transfert inter-RAT : WIFI vers GPRS

2.5.1. Étude des différentes approches pour effectuer le basculement

Nous considérons ici un mobile initialement attaché à un point d'accès WIFI qui bascule vers une cellule E-GPRS. Dans ce cas, il n'y a initialement pas de couche RLC qui entre en jeu, et donc pas de pertes de données au niveau RLC dues au basculement. Les délais subis au niveau RLC ne sont dus qu'aux conditions de charge constatées par le mobile lorsqu'il arrive dans la cellule cible.

Nous observons la transmission au niveau de la couche R-LLC, localisée dans le BSC. Sur les figure, la légende « +LLC » indique que la couche R-LLC est utilisée en mode acquitté.

Pertes au niveau R-LLC

Les figures 2.5.1.1 présentent la différence entre les trames R-LLC émises et celles cor- rectement reçues par le mobile. On constate qu'en cas de handover, il n'y a absolument aucune perte. En effet, dans ce cas, le réseau suspend la transmission descendante avant de déclencher le basculement. Le mobile fait de même, en suspendant la transmission montante avant de changer de cellule. Cependant, le système WIFI n'a pas été conçu pour permettre ce genre de procédure. Le mobile devrait en effet remonter très réguliè- rement des rapports de mesures sur les cellules voisines afin de permettre au réseau de prendre sa décision et le réseau devrait envoyer au mobile les informations de la cellule cible. Une procédure adaptée devrait donc être normalisée puis implémentée afin de permettre l'exécution d'un handover inter-RAT entre technologies de famille différentes (cellulaires 3GPP / reseaux 802.XX).

Chapitre III : Handover entre Technologies d'Accès : Etude du cas GPRS/WIFI intégré

Les trois procédures de resélection implémentées présentent des résultats quelque-peu différents. Dans le sens montant, seule la trame en cours de transmission au moment où le mobile déclenche le basculement peut éventuellement être perdue. Ce problème peut être assez facilement contourné en s'assurant de terminer la transmission de la trame LLC avant de procéder à la resélection. Cette vérification ne peut cependant pas être réalisée dans les cas de perte totale de la connexion.

Dans le sens descendant, dans le cas de la resélection simple, toutes les trames R-LLC qui sont transmises sur l'interface radio WIFI après que le mobile ait changé de cellule sont perdues : soit entre 50 et 70 trames suivant le temps nécessaire au basculement. Dans le cas où le départ du mobile est détecté, seules les trames envoyées au point d'ac- cès avant que le départ ne soit notifié au BSC sont perdues. Soit moins d'une dizaine de trames en moyenne. Dans ces deux cas de resélection, les pertes de trames peuvent être reprises au niveau TCP.

Dans le cas où un mécanisme de retransmission au niveau R-LLC est utilisé, la trans- mission reste bloquée sur la fenêtre : seules les trames de la fenêtre d'émission sont réel- lement perdues. Cependant, toutes les 5 secondes, les trames non acquittées sont ré- émises, ce qui entraîne un profil de pertes en escalier. Ces ré-émissions engorgent inuti- lement l'interface radio du point d'accès initial, mais permettent une reprise de la trans- mission plus rapide sur la nouvelle cellule.

Les figures 2.5.1.2 présentent les pertes de trames au niveau R-LLC : différence entre les trames qui devait être transmises et celles qui ont été correctement délivrées. On re- trouve les même pertes que sur la figure 2.5.1.1, mis à part le cas où on utilise un mé- canisme de retransmission au niveau R-LLC qui conduit à ce qu'il n'y ait aucune perte. Les courbes des pertes au niveau LLC (couche LLC localisée dans le SGSN) et au ni- veau TCP (mesures effectuée au niveau du SGSN) présentent exactement le même pro- fil.

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Délais de transmission au niveau R-LLC

Les figures 2.5.1.3 présentent les temps moyens de transmission des trames R-LLC. Dans le sens montant, les différentes stratégies se démarquent peu. Les transmissions sont rapidement suspendues, ce qui n'entraîne pas de délais particuliers sur le temps de remise des trames. Dans le sens descendant, par contre, la situation est toute autre. Les stratégies de handover, de resélection ou de resélection avec détection – qui entraînent la suspension de la transmission – ont des performances assez proches. Seule la stratégie de resélection couplée à un système de fiabilisation au niveau LLC entraîne une aug- mentation importante des délais de transmission. On distingue d'ailleurs assez bien les périodes d'augmentation des délais de transmission au moment où le temporisateur LLC s'annule. Les paquets R-LLC perdus sont alors délivrés au moment de leur retransmis- sion – et quand le mobile a effectivement basculé vers la cellule cible.

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Figure 2.5.1.3. Temps de transmission des trames R-LLC

Figure 2.5.1.2. Nombre de trames R-LLC perdues au cours d'un transfert WIFI vers GPRS (différence générés/transmis)

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Délais de transmission au niveau « application »

Les figures 2.5.1.4 présentent les temps moyens de transmission des objets au niveau application.

Que l'on considère le sens montant ou le sens descendant, le même classement peut être établit entre les performances des différentes stratégies. Le handover est la stratégie la plus avantageuse en terme de délais. Cela s'explique naturellement par le plus faible temps nécessaire au basculement. Les stratégies de « resélection » et de « resélection avec détection du départ du mobile » sont assez proches. Dans les deux cas, les pertes liées au basculement sont reprises au niveau TCP-IP. La principale différence réside dans le fait que, dans le cas de la resélection simple, il faut parfois attendre que le pa- quet TCP soit retransmis plusieurs fois avant qu'il ne soit délivré. Dans le cas où le dé- part du mobile est détecté, les paquets TCP retransmis seront tous délivrés. D'où un lé- ger avantage, dans le sens montant, à la stratégie de resélection avec détection. C'est en- core une fois la stratégie de resélection avec mécanisme de retransmission au niveau LLC qui offre les performances les plus faibles en terme de délais.

Nombre de paquets TCP correctement transmis

Les courbes 2.5.1.5 présentent le nombre moyens de paquets TCP correctement trans- mis au cours d'une session. Comme on peut le voir, les stratégies sans couche de re- transmission LLC sont, de loin, les meilleures. Le mécanisme de retransmission mis en place au niveau LLC a tendance à pénaliser la transmission : d'une part parce que la transmission peut se bloquer plus rapidement et, d'autre part, parce qu'une partie de la bande passante est alors utilisée pour la transmission des acquittements.

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2.5.2. Impact des caractéristiques de la couche R-LLC

Le but de cette partie est d'étudier l'impact de certains paramètres de la couche R-LLC sur les performances de la transmission. Nous avons jusqu'ici considéré une couche R- LLC dont la taille maximale de la fenêtre d'émission était de 20 trames et les temporisa- teurs de retransmission de 5 secondes. Dans cette section, nous comparons les perfor- mances R-LLC pour quatre configurations de la couche R-LLC pour lesquels on consi- dère deux tailles de fenêtres anticipation (10 ou 20 trames) et deux valeurs de tempori- sateur pour la retransmission (3 ou 5 secondes).

Pertes au niveau R-LLC

Les figures 2.5.2.1 représentent le nombre moyen de paquets R-LLC perdus au cours d'un handover. Dans le sens descendant, tous les blocs LLC émis par le BSC après que le mobile ait déclenché le basculement sont perdus, jusqu'à ce que le mobile rétablisse la communication dans la cellule cible. Des temps de retransmission courts (3s) conduisent donc à des retransmissions et donc des pertes plus importantes que pour des temporisa- teurs de retransmission plus longs (5s). De même, de faibles fenêtres d'émission (10 trames) conduisent à des pertes plus faibles. En cas de perte, la transmission se bloque plus rapidement et un plus faible nombre de trames est périodiquement retransmis. Cela revêt une certaine importance dans le cas où l'on souhaite optimiser l'utilisation des res- sources radio.

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Délais de transmission au niveau R-LLC

Les figures 2.5.2.2 présentent les temps moyens de transmission des paquets R-LLC. Ces temps sont légèrement plus faibles dans le cas où la fenêtre de transmission est de petite taille. En effet, dans ce cas, les fenêtres de transmission se bloquent plus rapide- ment, ce qui conduit à un engorgement moindre de l'interface radio. Des délais de re- transmission plus importants (5s) conduisent également à un moindre engorgement de l'interface radio. Il y a alors moins de retransmissions. Cependant, le temps moyen de blocage de la transmission – en cas de perte – ou de reprise après basculement est alors plus important. Cela vient contrebalancer les gains de temps ainsi obtenus. Ainsi, si on souhaite optimiser l'utilisation des ressources radio, on préférera un délai de retransmis- sion important. Si on souhaite limiter le temps de blocage de la transmission, on choisi- ra des temporisateurs de transmission plus faibles.

Figure 2.5.2.2. Temps moyen de transmission des paquets R-LLC Figure 2.5.2.1. Nombre moyen de paquets R-LLC perdus par mobile

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Nombre de paquets TCP transmis

La figure 2.5.2.3 présente le nombre de paquets TCP transmis par mobile. On constate que moins de paquets sont transmis dans le cas où la fenêtre d'émission est petite. En ef- fet, dans ce cas, on atteint plus rapidement l'état de blocage, ce qui vient interrompre la transmission. Cela est d'autant plus vrai quand les trames LLC à transmettre sont petites et que l'acquittement qui leur correspond tarde à être correctement transmis. A ce ni- veau, on ne distingue pas les délais de retransmission au niveau LLC.

Délais de transmission au niveau applicatif

La figure 2.5.2.4 présente les temps moyens de transmission des objets au niveau appli- cation. La encore, on constate que de petites fenêtres de transmission sont plus pénali- santes en terme de délais. La transmission se bloquant plus rapidement au niveau R- LLC, cela retarde la transmission des données de bout en bout. Il faut donc faire un choix entre « optimiser les ressources sur l'interface radio » (et utiliser des fenêtres de transmission plus faibles) et « optimiser les délais de transmission de bout en bout » (et utiliser des fenêtres de transmission plus larges). On notera ici que la couche R-LLC a été activé tout au long de la simulation. Le blocage intempestif de la transmission ne se- rait pas aussi pénalisant en cas d'activation sélective du mécanisme de retransmission R- LLC : en cas de conditions radio particulièrement mauvaises ou de coupure importantes durant la phase de handover.

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