La localisation est l’un des sujets les plus importants dans la recherche et le dรฉveloppement des rรฉseaux radio-mobile. La localisation d’une unitรฉ mobile ou d’un terminal peut รชtre obtenue par satellites (par exemple en utilisant le GPS, Global Positioning System) ou par un systรจme radio. Alors que dans le premier cas, un ou plusieurs dispositifs supplรฉmentaires doivent รชtre intรฉgrรฉs dans le terminal, ce qui le rend plus complexe et plus coรปteux. Ce problรจme est surpassรฉ depuis que le service des rรฉseaux radios est utilisรฉ. La radiolocalisation est la seule mรฉthode appropriรฉe dans les milieux internes oรน les signaux de satellites ne sont pas disponibles.
La localisation interne (indoor localization) est toujours un problรจme ouvert dans les communications sans fil, en particulier dans les rรฉseaux de capteurs sans fil. Les techniques de localisation dans les environnements internes confrontent deux dรฉfis majeurs: (i) les trajets multiples dus ร la diffusion, qui rendent la voie directe difficile ร identifier, limitant ainsi l’utilisation des mรฉthodes d’estimation de la distance basรฉe sur Time Difference Of Arrival (TDOA), (ii) la perte de propagation (PL) due ร plusieurs facteurs et phรฉnomรจnes aux niveaux de transmission et des caractรฉristiques de l’environnement interne, limitant ainsi les mรฉthodes d’estimation de la distance basรฉ sur Received Signal Strength (RSS).
INFRASTRUCTURE DES RESEAUX MOBILESย
Historique
Depuis plusieurs annรฉes les rรฉseaux mobiles nโa cessรฉ de sโamรฉliorer en vue de fournir aux utilisateurs ses services de faรงons satisfaisantes. De la premiรจre gรฉnรฉration, du second, de la troisiรจme, et vers la nouvelle gรฉnรฉration rรฉseau, cโest en termes de dรฉbit quโon a rencontrรฉ une รฉvolution remarquable et exceptionnel, et aussi une bande passante de plus en plus large qui permet dโaugmenter le nombre dโutilisateur pouvant รชtre supportรฉs. Les rรฉseaux de la 1รจ gรฉnรฉration (appelรฉe aussi 1G) ont รฉtรฉ intรฉgrรฉs au rรฉseau de tรฉlรฉcommunication dans les annรฉes 80. Ces systรจmes ont cependant รฉtรฉ abandonnรฉs il y a quelques annรฉes laissant la place ร la seconde gรฉnรฉration, appelรฉe 2G lancรฉe en 1991 qui est encore active de nos jours. Nous pouvons distinguer deux autres types de gรฉnรฉrations au sein mรชme de la seconde : la 2.5 et la 2.75. Le principal standard utilisant la 2G est le Global System for Mobile Communications ou GSM. A la diffรฉrence de la 1G, la seconde gรฉnรฉration de normes permet dโaccรฉdรฉ ร divers services, comme lโutilisation du WAP permettant dโaccรฉder ร internet, tant dit que pour la 3รจme gรฉnรฉration connue sous le nom de 3G permet un haut dรฉbit pour lโaccรจs internet et le transfert de donnรฉes.
La premiรจre gรฉnรฉration du rรฉseau mobile
Les rรฉseaux mobiles ont beaucoup รฉvoluรฉ depuis leur apparition dans les annรฉes 1970 ร nos jours. La premiรจre gรฉnรฉration des rรฉseaux cellulaires (1G) est apparue vers le dรฉbut des annรฉes 1970, 1er radiotรฉlรฉphones analogiques sans fils avec un mode de transmission analogique et des appareils de taille relativement volumineuse [1]. Ce rรฉseau est caractรฉrisรฉ par une multitude de technologies introduites en parallรจle ร travers le monde. On peut citer les technologies suivantes:
โAMPS (Advanced Mobile Phone System) aux รtats-Unis ;
โTACS (Total Access Communication System) au Japon et au Royaume-Uni ;
โNMT (Nordic Mobile Telephone) dans les pays scandinaves ;
โRadiocom2000 en France .
Ces systรจmes devaient offrir un service de tรฉlรฉphonie en mobilitรฉ mais ils ne parvinrent pas ร rรฉellement franchir les frontiรจres de leurs pays dโorigine et aucun de ces systรจmes ne sโimposa en tant que vรฉritable norme internationale. Leurs diffรฉrences impliquait de fait lโincompatibilitรฉ entre systรจmes et lโimpossibilitรฉ dโitinรฉrance internationale (aussi appelรฉe roaming). Cet รฉchec relatif fut primordial dans la reconnaissance par les diffรฉrents pays de la nรฉcessitรฉ de dรฉfinir des normes de tรฉlรฉphonie mobile ร lโรฉchelle internationale. Dโun point de vue technique, ces systรจmes รฉtaient basรฉs sur une technologie de modulation radio est similaire ร celle utilisรฉe par les stations radio FM. Ils utilisaient une technique dโaccรจs multiples appelรฉe FDMA (Frequency Division Multiple Access), associant une frรฉquence ร un utilisateur. La capacitรฉ de ces systรจmes demeurait trรจs limitรฉe, de lโordre de quelques appels voix simultanรฉs par cellule. Cette contrainte de capacitรฉ, ainsi que les coรปts รฉlevรฉs des terminaux et des tarifs de communication ont restreint lโutilisation de la 1G ร un trรจs faible nombre dโutilisateurs.
Par ailleurs, les dimensions importantes des terminaux limitaient significativement leur portabilitรฉ.
Le rรฉseau de la seconde gรฉnรฉrationย
Cโรฉtait dans le rรฉseau de la seconde gรฉnรฉration ou rรฉseau 2G (deuxiรจme gรฉnรฉration rรฉseau) que le monde de la tรฉlรฉcommunication a commencรฉ ร se dรฉvelopper. La norme GSM (Global System for Mobile Communication) est la standardisation du rรฉseau 2G. Elle a largement amรฉliorรฉ les services de la tรฉlรฉphonie grรขce ร la commutation du circuit, suivi du rรฉseau GPRS (General Packet Radio Service), ou encore rรฉseau 2.5 G, qui a offert une service de type ยซ donnรฉe ยป en mode paquet. Le rรฉseau EDGE (Enhanced Data GPRS Evolved) ou rรฉseau 2.75 G a รฉtรฉ ensuite รฉtabli pour accroitre le service nรฉcessaire au client que la GPRS nโa pu fournir .
Le rรฉseau GSM ou 2Gย
La dรฉfinition de la norme GSM remonte au dรฉbut des annรฉes 80, il s’agit de la norme 2G. Cette norme utilise une technique de commutation de circuit, spรฉcialisรฉ pour les sรฉvices de la tรฉlรฉphonie dont laquelle un chemin physique qui est rรฉservรฉ par chaque connexion ou communication, avec un accรจs par liaison radio s’appuyant sur les transmissions numรฉriques. Le rรฉseau GSM a aussi une fonctionnalitรฉ de transfert de donnรฉe utilisant les mรชmes ressources que celle de la tรฉlรฉphonie.
Caractรฉristique du rรฉseau GSM
Le GSM offre au public des services de tรฉlรฉcommunication tel que le service de la tรฉlรฉphonie basรฉe sur les communications entre abonnรฉes mobiles (GSM) et abonnรฉes du rรฉseau tรฉlรฉphonique commutรฉ (RTC rรฉseau fixe), le service de messagerie ou SMS (Short Message Service), le service de transport de donnรฉes en mode circuit (jusquโร 9,6 kbps) avec une couverture continue sur un vaste territoire. Le service dโappel international est aussi possible.
โ Les bandes de frรฉquences utilisรฉes
Lโaccรจs au rรฉseau est par une liaison radio et utilise deux types de rรฉseaux cellulaires numรฉriques de tรฉlรฉcommunications pour abonnรฉs mobiles :
โค Le rรฉseau GSM900 : il utilise des frรฉquences porteuses dans la gamme des 900 MHz
โค Le rรฉseau DCS1800 (Digital Cellular Tรฉlรฉcommunications System) qui utilise des frรฉquences porteuses dans la gamme des 1800 MHz.
โ La technique dโaccรจs dans un rรฉseau GSM
Pour gรฉrer cette bande de frรฉquence, le rรฉseau GSM combine deux techniques dโaccรจs : FDMA (Frequency Division Multiple Access) ou AMRF (Accรจs Multiple ร Rรฉpartition en Frรฉquence) et le TDMA (Time Division Multiple Access) ou AMRT (Accรจs Multiple ร Rรฉpartition de Temps). Le FDMA est un multiplexage frรฉquentiel partageant la bande de frรฉquence 890-915 MHz en 124 canaux de 200 KHz (partagรฉs aux opรฉrateurs) pour les voies montantes et la bande 935-960 MHz en 124 canaux de 200 KHz pour les voies descendantes.
Pour augmenter la capacitรฉ des canaux, on a utilisรฉ le TDMA qui consiste ร diviser chaque canal de communication en 8 intervalles de temps appelรฉs ยซ time slots ยป et qui dรฉfinit une trame TDMA. Une fois la communication รฉtablie, le canal de donnรฉes dans la cellule du rรฉseau GSM est monopolisรฉ pour cette connexion.
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Table des matiรจres
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 INFRASTRUCTURE DES RESEAUX MOBILES
1.1 Historique
1.2 La premiรจre gรฉnรฉration du rรฉseau mobile
1.3 Le rรฉseau de la seconde gรฉnรฉration
1.3.1 Le rรฉseau GSM ou 2G
1.3.1.1 Caractรฉristique du rรฉseau GSM
1.3.1.2 Lโarchitecture du rรฉseau GSM
1.3.1.3 La commutation de circuit
1.3.2 Le rรฉseau GPRS ou 2.5 G
1.3.2.1 Caractรฉristique gรฉnรฉral du rรฉseau GPRS
1.3.2.2 Technique dโaccรจs dans le rรฉseau GPRS
1.3.2.3 Architecture du rรฉseau GPRS
1.3.3 EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution)
1.3.4 La qualitรฉ de service dans le rรฉseau de la seconde gรฉnรฉration
1.4 Le rรฉseau de la troisiรจme gรฉnรฉration
1.4.1 UMTS
1.4.1.1 Caractรฉristique du rรฉseau 3G
1.4.1.2 Architecture du rรฉseau 3G
1.4.1.3 Mode de transmission dans le rรฉseau 3G
1.4.1.4 La gestion de mobilitรฉ du rรฉseau 3G
1.4.1.5 La qualitรฉ de service du rรฉseau 3G
1.4.2 HSDPA
1.4.3 HSUPA
1.4.4 Lโรฉvolution du rรฉseau 3G ou HSPA+
1.5 Conclusion
CHAPITRE 2 GESTION DES ITINERANCES DES APPELS
2.1 Introduction
2.2 Numรฉrotation liรฉe ร la mobilitรฉ
2.2.1 IMSI (International Mobile Subscriber Identity)
2.2.2 TMSI (Temporary Mobile Station Identity)
2.2.3 MSISDN (Mobile Station ISDN Number)
2.2.4 MSRN (Mobile Station Roaming Number)
2.2.5 Exemple de mise en ลuvre des diffรฉrentes identitรฉs d’abonnรฉ dans GSM
2.2.6 IMEI (International Mobile Equipment Identity)
2.3 Authentification et chiffrement
2.3.1 Confidentialitรฉ de l’identitรฉ de l’abonnรฉ
2.3.2 Principes gรฉnรฉraux dโauthentification et de chiffrement
2.3.3 Authentification de lโidentitรฉ de l’abonnรฉ
2.3.4 Confidentialitรฉ des donnรฉes transmises sur la voie radio
2.3.4.1 Etablissement de la clรฉ
2.3.4.2 Activation du chiffrement
2.3.5 Gestion des donnรฉes de sรฉcuritรฉ au sein du rรฉseau
2.3.5.1 Gestion de la clรฉ d’authentification Ki
2.3.5.2 Procรฉdure gรฉnรฉrale de gestion des donnรฉes
2.3.5.3 Transmission de la clรฉ d’authentification
2.3.5.4 Entitรฉs du rรฉseau oรน sont enregistrรฉes les donnรฉes de sรฉcuritรฉ
2.3.6 Autres mรฉcanismes
2.4 Gestion de lโitinรฉrance
2.4.1 Prรฉsentation gรฉnรฉrale
2.4.1.1 Systรจmes sans localisation
2.4.1.2 Utilisation de zones de localisation
2.4.2 Gestion dโitinรฉrance dans GSM
2.4.2.1 Gestion des bases de donnรฉes (HLR, VLR)
2.4.2.2 Principes de gestion de lโitinรฉrance dans GSM
2.4.3 Conclusions sur l’itinรฉrance
2.5 Gestion des appels
2.5.1 Principales entitรฉs intervenant dans le contrรดle d’appel
2.5.2 Appel sortant
2.5.2.1 Description
2.5.2.2 Utilisation du rรฉseau commutรฉ
2.5.3 Fin de communication
2.5.4 Appel entrant
2.5.4.1 Description
2.5.4.2 Intรฉrรชt des liaisons sรฉmaphores
2.6 Conclusion
CHAPITRE 3 LOCALISATION DE LA TELEPHONE MOBILE
3.1 Histoire de la localisation
3.2 Technologies de localisation mobile
3.2.1 Fondements et technologies de base
3.2.1.1 Cell of Origin (COO) – Cell ID (CID)
3.2.1.2 Technique basรฉe sur la puissance des signaux reรงus (RSS)
3.2.1.3 Angle of Arrival (AOA)
3.2.1.4 Time of Arrival (TOA)
3.2.1.5 Time Difference of Arrival (TDOA)
3.2.1.6 Prรฉcision et sources dโerreur
3.2.2 Localisation dans le rรฉseau UMTS
3.2.2.1 Cell-ID combined avec Timing Advance
3.2.2.2 Enhanced Observed Time Difference (E-OTD)
3.3 Conclusion
CHAPITRE 4 SIMULATION DE LA TECHNIQUE TDOA
CONCLUSION GENERALE