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Evolution des réseaux télécoms

Evolution des réseaux télécoms

L’évolution technologique vers le tout IP amorcée au début des années 2000 a poussé les opérateurs télécoms à investir tout d’abord dans l’architecture appelée NGN (Next Generation Network), puis dans l’architecture dite IMS (IP Multimedia Subsystem) à partir de 2007. Au côté de l’IMS, certains opérateurs télécoms ont adopté en plus le SDN (Software Defined Network), particulièrement pour contrôler les routeurs d’une manière centralisée comme on le verra par la suite.

Le réseau NGN, dit de nouvelle génération, a connu son expansion jusqu’en 2007. Ce réseau est destiné aux opérateurs télécoms dont l’architecture repose sur un plan de transfert en mode paquet, réseau capable de se substituer au réseau téléphonique commuté fonctionnant avec la signalisation CCITT N°7. Le NGN dispose d’un cœur de réseau unique qui lui permet de fournir aux abonnés de multiples services sur des technologies d’accès différentes.

L’architecture IMS, qui a succédé à celle du NGN depuis 2007, s’adapte aux nouveaux besoins des usagers en leur offrant des services multimédias comme la téléphonie sur IP, la télévision en mode IPTV, la gestion de la présence et la messagerie instantanée. Dans la suite de l’article on ne parlera pas de l’architecture NGN du fait qu’elle n’est plus d’actualité. Selon le cabinet américain ABI Research, les opérateurs au niveau mondial vont investir jusqu’à 4 milliards de dollars en 2017 pour mettre à niveau leurs réseaux 4G LTE conformément à l’architecture IMS, afin d’introduire entre autres la voix sur LTE (VoLTE). Pour plus de détail sur la VoLTE, veuillez-vous referez à l’article consacré à la 4G sur le numéro 1 de LTE Magazine publié en juillet 2015.

A côté de l’architecture IMS, un nouveau concept s’impose de plus en plus dans les réseaux télécoms et qui aura certainement un grand impact sur la manière d’envisager le fonctionnement des réseaux télécoms, mais aussi une manière alternative d’offrir les services aux usages. Il s’agit de la SDN (Soft Defined Network), réseau qui vise, comme on examinera plus en détail par la suite, à découpler le plan de données du plan de contrôle sur les réseaux télécoms. Le marché mondial du SDN qui a été de 816 millions d’euros en 2014, est estimé à 7 milliards d’euros en 2019. Concernant le réseau d’accès, il y a également de grandes évolutions comme l’avènement de la FTTH (Fiber To The Home) ou l’évolution de la boucle radio mobile grâce à l’utilisation de l’OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) pour la 4G. Pour éclaircissement, l’OFDM offre plusieurs avantages pour des systèmes radio-mobiles spécialement une gestion plus simple des largeurs de bande variables et potentiellement plus grandes. L’OFDMA a été en grande partie derrière l’avènement de la technologie LTE.

Le but de cet article est d’établir une vision d’ensemble des nouvelles architectures IMS et SDN. Le contenu de cet article en ce qui concerne l’IMS a fait l’objet d’une présentation sur l’évolution des réseaux IP que j’ai récemment exposé au Moyen Orient avec l’UIT. Concernant le SDN,  ma participation à l’exposé, en mai 2015 à l’INPT, du Professeur à l’Université du Québec à Montréal (UQAM), Omar Cherkaoui, l’un des grands expert en la matière dans le monde, m’a été d’une grande utilité. A cet effet une présentation (vidéo) de d’un de ses élèves est insérée dans médiathèque sur le SDN dans le présent numéro de Lte Magazine. Si les opérateurs télécoms au Maroc ont déjà adoptés l’IMS, ils doivent désormais se préparer à s’accoutumer avec la technologie SDN. En effet, la SDN va permettre d’offrir une bande passante aux clients en fonction de la charge journalière dans un premier temps. Dans un deuxième temps et à travers l’intégration des applications Big data au SDN, les opérateurs télécoms auront la possibilité d’offrir aux clients premiums des services de façon automatique selon leur rentabilité, donnée remontée par les algorithmes du Big Data.

L’architecture IMS 

L’IP Multimedia Subsystem (IMS), ayant une architecture normalisée, est de plus en plus utilisée par les opérateurs télécoms, en vue de fournir des services multimédias fixes et mobiles. L’architecture IMS repose sur le protocole SIP (Session Initiation Protocole).

La technologie IMS, solution pour la convergence des réseaux et services télécoms vers le tout IP, est utilisée notamment pour assurer la visioconférence et la voix sur IP.  L’IMS est adapté aussi bien aux réseaux fixes qu’aux réseaux mobiles. Relativement au NGN, l’IMS à l’avantage de permettre la convergence fixe-mobile et la gestion de la présence. Par ailleurs, l’IMS assure l’interfonctionnement avec les réseaux existants et particulièrement ceux fonctionnant avec la SS7. Avec la technologie IMS, un seul terminal serait en mesure d’être utilisé pour accéder à internet, regarder la télévision et offrir la téléphonie, tout cela en utilisant un seul et unique protocole de communication.

Architecture des réseaux IMS

Architecture des réseaux IMS

L’IMS est une architecture centralisée divisée en plusieurs couches. Avant de pouvoir accéder aux plateformes de services, l’utilisateur doit s’authentifier auprès de l’opérateur. Pour cela le HSS (Home Subscriber Server) assure les fonctions d’authentification et de de localisation. On y trouve aussi les MGW (Medias Gateways) et les MGCF (Medias Gateways de Contrôle) qui vont permettre l’interconnexion avec des réseaux ISDN existants fonctionnant sous la signalisation CCITT N°7. La couche d’accès permet l’interopérabilité entre les différentes technologies d’accès et le cœur du réseau IMS. La couche « Session Control » gère toutes les sessions du protocole SIP établies à travers l’architecture IMS. Elle contrôle en particulier, l’ouverture des sessions SIP et l’établissement des appels. La couche « Service » met à disposition pour la couche application les services fonctionnant sous le protocole SIP. La couche « Application » fourni quant à elle l’ensemble des applications disponibles dans une architecture IMS telle que la présence ou la visio-conférence.

Des passerelles sont prévues pour passer des réseaux RTC  à base SS7 à réseau IMS à base SIP

Des passerelles sont prévues pour passer des réseaux RTC
à base SS7 à réseau IMS à base SIP

L’architecture SDN

Le SDN (Software Defined Network) a été développée par l’Open Networking Fondation (ONF). Devenu opérationnel à partir de 2011, il vise à découpler dans les réseaux télécoms la partie plan de données de la partie plan de contrôle. Certains spécialistes ont déclaré que le SDN était une arme contre les fabricants de routeurs, car ces derniers vont perdre de leur pouvoir face aux opérateurs télécoms en terme de contrôle. Pour illustration, Cisco fournirait des routeurs sans la fonction contrôle et c’est aux opérateurs que revient désormais la gestion de la fonction contrôle des routeurs et cela d’une manière centralisée. En effet sans SDN, le contrôle était réalisé au niveau de chaque routeur. Le SDN va ainsi reléguer au second plan les fabricants de routeurs.  La fonction contrôle sera assurée par les opérateurs pour piloter des équipements de différentes marques tant qu’ils respectent les normes de l’ONF. En d’autres termes, le SDN ne laisse aux routeurs que l’aiguillage des paquets. Les fonctions intelligentes de contrôle comme l’affectation des priorités ou les décisions de routage seront décidés dans un contrôleur commun à plusieurs équipements.

Plusieurs experts indiquent que la majorité des opérateurs de télécommunications mobiles pense à introduire dans les trois ans à venir des solutions de connectivité reposant sur le SDN. On estime à 7 milliards d’euros l’investissement des opérateurs dans le SDN pour l’année 2019.

Dans un réseau sans SDN, à l’arrivé d’un paquet sur le port d’un routeur, ce dernier applique les règles de routage ou de commutation qui sont programmés dans son système d’exploitation. Mais cette programmation ne peut être modifiée ou adaptées que manuellement, par l’administrateur.
Avec le SDN, ces règles de routage peuvent être modifiées à distance d’une manière programmable. L’administrateur définit les règles dans le contrôleur central pour qu’ils soient instantanément diffusées dans les équipements réseaux. A titre d’exemple, on peut offrir plus de bande passante durant la journée (ou durant la nuit) à une entreprise selon ses besoins. Ainsi le SDN permet l’automatisation de ces configurations dans un contrôleur centralisé sans intervention sur chaque routeur.

Le contrôleur est en fait un système logiciel qui remplace les logiciels de commande se trouvant au niveau de chaque nœud réseau. Il devient donc possible de contrôler entièrement le réseau d’un opérateur, hétérogène ou non, sans avoir à intervenir sur chaque routeur. Lors du congrès mondial des mobiles de Barcelone en 2016, les représentants d’un opérateur de la Corée du Sud m’ont précisé qu’en Corée déjà il envisage la possibilité d’offrir une qualité de service selon le profil de l’usager grâce à l’application du Big data et l’architecture SDN.

En conclusion

Avant 2002, l’IP n’a pas connu d’évolutions significatives sur les réseaux télécoms à cause de la complexité des serveurs existants à l’époque, le coût de la bande passante et la faible pénétration du haut débit dans les entreprises. Tous les acteurs de l’écosystème télécom misaient sur le développement de la technologie ATM (Asynchronous Transfer Mode) au cours des années 90 et début des années 2000. La technologie ATM a été justement conçue pour être un réseau qui pourrait supporter un trafic synchrone aussi bien qu’un trafic utilisant des paquets. Cependant la technologie ATM a échoué à se répandre sur ses réseaux. Sa grande complexité et l’investissement qu’elle exige ont été des obstacles à son développement, ce qui a permis en conséquence à l’IP de s’imposer.

A partir de 2002, l’IP a connu une réelle accélération surtout avec l’émergence de nouveaux protocoles tels que le protocole SIP. L’architecture IMS est une architecture standardisée de type NGN utilisée par les opérateurs de téléphonie, permettant de fournir des services multimédias fixes et mobiles. Cette architecture permet, entre autres, d’utiliser la technologie VoIP, ainsi qu’une implémentation standardisée, par le 3GPP, du protocole SIP, protocole compatible sur les protocoles standards IP (IPv4 et IPv6). L’objectif de l’introduction de l’IMS est de fournir d’autres services en plus de celles offertes par le NGN comme la présence et la convergence. En effet l’IMS permet de faire confluer l’Internet et le monde de la téléphonie, qu’elle soit fixe ou mobile. Sur les réseaux SDN, le mécanisme de découplage entre l’aspect matérielle et l’aspect logicielle n’est pas sans rappeler l’architecture IMS (IP Multimedia Subsystem), qui introduisit sur les équipements télécoms deux plans distincts, l’un pour les données et l’autre pour le contrôle.

 

Par Ahmed Khaouja Consultant Télécoms et en TICs et expert de l’UIT.

 

 

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