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LES RESEAUX MOBILES

DOMINIQUE ANGOA

Les rseaux Mobiles1

Le rseau GSM2

PLAN

Le rseau GPRS3

Les rseaux 3G et 4G4

LES RESEAUX MOBILES: une infrastructure volutive pour une stratgie oriente services

Plusieurs types de rseau se sont succds dans le monde de la tlphonie, chacun apportant des amliorations dans la qualit de service par rapport son prdcesseur.

LE RESEAUX MOBILES

service par rapport son prdcesseur.Nous allons dcrire dans cette section les principaux rseaux qui ont marqu la tlphonie et mettre en vidence l'amlioration du dbit mobile travers leur succession.

Le rseau GSM (Global System for Mobile communications) constitue au dbut du 21me sicle le standard de tlphonie mobile le plus utilis. Il s'agit d'un standard de tlphonie dit de seconde gnration (2G) car, contrairement la premire gnration de rseau de tlphones portables, les communications fonctionnent selon un mode entirement numrique.

LE RESEAU GSM

INTRODUCTION

Baptis Groupe Spcial Mobile l'origine de sa normalisation en 1982, le GSM est devenu une norme internationale nomme Global System for Mobile communications en 1991. Il utilise les bandes de frquences 900 MHz et 1800 MHz. On parle alors de GSM 900 ou GSM 1800 (appel aussi DCS 1800) suivant la bande utilise. La norme GSM autorise un dbit maximal de 9,6 kbps, ce qui permet de transmettre la voix ainsi que des donnes numriques de faible volume, par exemple des messages textes (SMS, pour Short Message Service) ou des messages multimdias (MMS, pour Multimedia Message Service).

LE RESEAU GSM

PRINCIPE DACHEMINEMENT DE LINFORMATION

Un systme de radiotlphonie a pour premier objectif de permettre laccs au rseau tlphonique partir dun terminal portatif sur un territoire tendu, en utilisant une liaison radiolectrique entre le terminal et le rseau. Selon les systmes, plusieurs bandes de frquences sont utilises : parmi les principales, on compte les bandes 450 MHz, 900 MHz,1800 MHz.principales, on compte les bandes 450 MHz, 900 MHz,1800 MHz.

Pour que le service soit disponible, il faut que la liaison radio entre le terminal et le rseau soit de qualit suffisante, ce qui peut ncessiter une puissance importante des metteurs.

Afin de limiter cette puissance, loprateur place un ensemble de stations de base (BTS ou Base Station) sur le territoire couvrir pour que le terminal soit toujours moins de quelques kilomtres de lune dentre elles.

LE RESEAU GSM


La surface sur laquelle un terminal peut tablir une liaison avec une station de base dtermine sappelle une cellule. Le territoire est donc couvert par un ensemble de cellules, qui ne peuvent accueillir quun nombre limit dusagers. Cest pourquoi les cellules sont toutes petites en ville, et beaucoup plus vastes en pleine campagne.beaucoup plus vastes en pleine campagne.

Pour conomiser le spectre hertzien, loprateur rutilise les mmesfrquences sur des cellules suffisamment loignes pour que deux communications utilisant les mmes frquences ne se brouillent pas.

LE RESEAU GSM


Lusager dun rseau de radiotlphonie, qui se dplace en diffrents points, y compris en dehors du territoire national, doit pouvoir appeler et tre appel : cest la notion ditinrance, ou roaming.Pendant une communication, le terminal est en liaison radio avec une station de base dtermine. Si lutilisateur se dplace, il est ncessaire dassurer la continuation du Si lutilisateur se dplace, il est ncessaire dassurer la continuation du service, cest--dire de changer de station de base tout en maintenant la communication : cest la notion de transfert inter-cellulaire ou handover. Ce processus doit pouvoir tre effectu avec des mobiles se dplaant jusqu 300 km/h !La gestion du handover et de litinrance ncessite des quipements particuliers qui ne sont pas prsents dans les rseaux tlphoniques classiques. Ces quipements, ainsi que les stations de base, sont organiss en un rseau particulier appel PLMN (Public Land Mobile Network).

LE RESEAU GSM

STRUCTURE DU RESEAU

Architecture du rseau

Introduction de 2 nouveaux lments larchitecture GSM dj existante : le SGSN et le GGSN.

DEROULEMENT DUNE CONNEXION

LE RESEAU GSM

Une BTS plusieurs canaux (multiplexage en frquence) dont un rserv la signalisation Lorsque quon allume un portable, il parcourt les canaux de signalisation possibles pour trouver une ou plusieurs BTS

Sil en trouve plusieurs, il slectionne celle quil reoit le mieux Sil en trouve plusieurs, il slectionne celle quil reoit le mieux ou la moins occupe

Sil n en trouve aucune, il ressaie priodiquement (watch dog)

Une fois la BTS slectionne, il effectue une requte de connexion sur celle-ci.

Pb daccs !


LE RESEAU GSM

Pour se connecter, le portable donne son identifiant stocker dans la carte SIM (carte microprocesseur) + ventuellement l identifiant du portable (lutte contre le vol de

portables)

La BTS vrifie si elle peut prendre la connexion pour viter la surcharge d une BTS si elle ne peut pas, elle envoie un message ALERT pour que le

portable cherche une autre BTS

La BTS transmet la demande de connexion la BSC qui transmet auMSC auquel elle est associe


LE RESEAU GSM

Le MSC enregistre la localisation du portale et transmet au VLR le VLR enregistre la localisation du portable (MSC et zone de

localisation associe) Une zone de localisation est dfinie par un ensemble de

MSC (cf. plus loin)MSC (cf. plus loin)le VLR transmet au HLR (unique ou dupliqu pour le rseau complet)

le HLR possde une table de tous les identifiants des abonnes ainsi que leur dernire localisation et leur cl secrte

le HLR demande au VLR de la dernire localisation d annuler lenregistrement (pb. si l abonn est actif dans le VLR en question)


LE RESEAU GSM

Une fois la connexion autorise et la cl de session (CS) reue, la BTSattribue un canal au portable

Toutes les communications seront dornavant cryptes avec la cl desessionsession

C est la BTS qui dcrypte Les communications entre BTS et MSC, entre MSC et RTC sont cbles donc cryptage interdit...

APPEL VERS UN PORTABLE

LE RESEAU GSM

Le MSC (ou son quivalent pour le RTC) demande au HLR laconfirmation que l abonn existe et sa dernire localisationOn interroge le MSC en question pour savoir si le portable est toujoursconnect une de ses BTS si oui, on tablit la communication BTS-BSC-MSC-RTC pour un appel si oui, on tablit la communication BTS-BSC-MSC-RTC pour un appel mis d un tlphone fixe ou BTS-BSC-MSC-MSC-BSC-BTS (voire BTS-BSCMSC-RTC-MSC-BSC-BTS ou BTS-BSC-MSC-BSC-BTS :-) si non, on effectue la mme recherche sur les autres MSC de la zone deLocalisation si chec, on essaie les zones adjacentes... si encore chec, recherche exhaustive (choix stratgique : la dfinition des zones de localisation)

GESTION DE LA MOBILITE

LE RESEAU GSM

Deux cas : en-ligne ou hors-ligne en-ligne est prioritaire, il ne faut pas que la communication soit

coupeQuand faut-il changer de BTS ? (cest le hand-over)

GESTION DE LA MOBILITE

LE RESEAU GSM

Condition de hand-over : Quand la qualit de connexion passe en dessous d un seuil Qualit du connexion = fonction qualit du signal, nergie du portable (handover=coteux en nergie), surcharge de la BTS, date du dernier hand-overdernier hand-over seuil est diffrent si l on est en-ligne ou hors-ligne

-- lorsque lon est en-ligne, il vaut mieux dclencher le hand-over le plus tt possible pour pouvoir pr-router

Quand on reoit un message ALERT de la BTS signifie que la BTS est surcharge et que la communication risque de couper

(-- choix de positionnement des BTS est capitale zone urbaine plus maille que zone rurale)

GESTION DE LA MOBILITE EN COURS DE CONNEXION

LE RESEAU GSM

Choix de la BTS cible : fonction de la qualit du signal (canal de signalisation), de la

surcharge et de l appartenance ou non au mme MSC (cf. plus loin) si la BTS cible appartient au mme MSC

simple re-routage interne, la MSC valide la redirection en interrogeant la BTScible et enregistre la nouvelle localisationNB : les algos de hand-over sont confidentiels

GESTION DE LA MOBILITE EN COURS DE CONNEXION

LE RESEAU GSM

si la BTS cible appartient un autre MSC le MSC associ la BTS cible doit valider la redirection. aprs validation le MSC cible met jour la localisation vis--vis de la VLR qui lui associe (si diffrente de celle de la MSC source, il faut aussi annuler l enregistrement prcdent)annuler l enregistrement prcdent) mise jour dans la HLRChoix du regroupement des BTS et BSC puis MSC est important

sil y a frquemment des hand-over entre deux BTS (exemple le longd une voie rapide), il vaut mieux quelles appartiennent la mme MSC

LE RESEAU GPRS

INTRODUCTION

Le standard GPRS (General Packet Radio Service) est une volution de la norme GSM, ce qui lui vaut parfois l'appellation GSM++ (ou GMS 2+). Etant donn qu'il s'agit d'une norme de tlphonie de seconde gnration permettant de faire la transition vers la troisime gnration (3G), on parle gnralement de 2.5G pour classifier le standard GPRS.

Le GPRS permet d'tendre l'architecture du standard GSM, afin d'autoriser le transfert de donnes par paquets, avec des dbits thoriques maximums de l'ordre de 171,2 kbit/s (en pratique jusqu' 114 kbit/s). Il vient ajouter un certain nombre de modules sur le rseau GSM sans changer le rseau existant.

LE RESEAU GPRS

INTRODUCTION

Grce au mode de transfert par paquets, les transmissions de donnes n'utilisent le rseau que lorsque c'est ncessaire. Le standard GPRS permet donc de facturer l'utilisateur au volume chang plutt qu' la dure de connexion, ce qui signifie notamment qu'il peut rester connect sans surcot.

Aussi le standard GPRS utilise l'architecture du rseau GSM pour le transport de la voix, et propose d'accder des rseaux de donnes (notamment internet) utilisant le protocole IP ou le protocole X.25. Le rseau est donc constitu de routeurs IP.

LE RESEAU GPRS

ARCHITECTURE DU RESEAU GPRS

L'intgration du GPRS dans une architecture GSM ncessite l'adjonction de nouveaux nuds rseau appels GSN(GPRS Support Nodes) situs sur un rseau fdrateur (backbone) :

le SGSN (Serving GPRS Support Node, soit en franais Noeud de support le SGSN (Serving GPRS Support Node, soit en franais Noeud de support GPRS de service), routeur permettant de grer les coordonnes des terminaux de la zone et de raliser l'interface de transit des paquets avec la passerelle GGSN.

le GGSN (Gateway GPRS Support Node, soit en franais Noeud de support GPRS passerelle), passerelle s'interfaant avec les autres rseaux de donnes (internet). Le GGSN est notamment charg de fournir une adresse IP aux terminaux mobiles pendant toute la dure de la connexion.

LE RESEAU GPRS

ARCHITECTURE DU RESEAU GPRS

Introduction de 2 nouveaux lments larchitecture GSM dj existante : le SGSN et le GGSN.

LE RESEAU GPRS

QoS

Le GPRS intgre la notion de Qualit de Service (not QoS pour Quality of Service), c'est--dire la capacit adapter le service aux besoins d'une application. Les critres de qualit de service sont les suivants : priorit, fiabilit, dlai, dbit.

LE RESEAU GPRS

ACHEMINEMENT EN MODE PAQUET

Lorsque le mobile transmet des donnes vers un terminal fixe, les donnes sont transmises via le BSS (BTS + BSC) au SGSN qui envoie ensuite les donnes vers le GGSN qui les route vers le destinataire.Le routage vers des terminaux (terminal mobile vers terminal mobile ou terminal fixe vers terminal mobile) utilise le principe d'encapsulation et des terminal fixe vers terminal mobile) utilise le principe d'encapsulation et des protocoles tunnels.

Les donnes reues par le GGSN sont transmises au SGSN dont dpend le mobile destinataire.

LES RESEAUX 3G ET 4G

EDGE: Le standard EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution.) est une volution de la norme GSM, modifiant le type de modulation. Tout comme la norme GPRS, le standard EDGE est utilis comme transition vers la troisime gnration de tlphonie mobile (3G). On parle ainsi de 2.75G pour dsigner le standard EDGE.

EDGE utilise une modulation diffrente de la modulation utilise par GSM EDGE utilise une modulation diffrente de la modulation utilise par GSM (EDGE utilise la modulation 8-PSK), ce qui implique une modification des stations de base et des terminaux mobiles.

L'EDGE permet ainsi de multiplier par un facteur 3 le dbit des donnes avec une couverture plus rduite. Dans la thorie EDGE permet d'atteindre des dbits allant jusqu 384 kbit/s pour les stations fixes (pitons et vhicules lents) et jusqu 144 kbit/s pour les stations mobiles (vhicules rapides).


UMTSL'expression "Universal Mobile Telecommunications System" (UMTS)dsigne une norme cellulaire numrique de troisime gnration en coursd'laboration.

Atteignant 2 Mb/s dans certaines conditions, les vitesses de transmissionsoffertes par les rseaux UMTS seront nettement plus leves, que cellesoffertes par les rseaux UMTS seront nettement plus leves, que cellesdes rseaux GSM, de seconde gnration, qui plafonneront vers 150kbits/s avec GPRS.

Alors que l'introduction de la norme GSM a ncessit une mutationcomplte des rseaux mobiles, le passage de GSM UMTS sera marqupar une volution progressive facilite par l'existence de terminaux mobilesbi-modes GSM/UMTS.


HSDPA: Ce sont des accs grande vitesse de donnes pour des terminaux UMTS. HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) reprsente pour les technologies WCDMA et UMTS ce que la technologie EDGE reprsente pour le GSM en termes de vitesse de transmission et de capacit.

Les dbits 3G actuels en flux descendant (environ 384 Kbps, et jusqu' 2 Mbps selon les normes) seront ports 14 Mbps (dbit maximal selon les normes) sur les systmes HSDPA de premire gnration.

Les oprateurs pourront ainsi prendre en charge un nombre beaucoup plus important d'abonns haut dbit sur la mme frquence radio (porteuse), et garantir ces derniers une utilisation optimale des services multimdias existants ou venir.

LTE: Evolution de la 3G, considr par certains comme ultime tape avant la 4G et par dautres comme la future norme 4G, le LTE pour Long Term Evolution exploite les frquences OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) et MIMO (Multiple Inputs Multiple Outputs) qui permet le transfert de donnes plus longue porte et plus grande vitesse grce lutilisation simultane de multiples liens de transmission radio.


Alors que la 3G+ plafonne thoriquement 42 Mb/s en download, le LTE permet un dbit descendant thorique de 100 Mb/s et montant de 50 Mb/s. Il permet en outre une diminution du dlai de latence, un point critique pour la qualit des services IP en temps rel et le support de bien plus dutilisateurs par cellule.

Le LTE permettra donc de gnraliser des usages tels que la Tlvision mobile personnelle, le tlchargement haute vitesse, le streaming, la vidoconfrence.La 4G est pertinente car lapptit en dbit des utilisateurs ne cesse de progresser. En clair, on va assister une saturation des rseaux dans les marchs mtures.


MERCIMERCI

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