Soutenance mémoire
La localisation est l’un des sujets les plus importants dans la recherche et le développement des réseaux radio-mobile. La localisation d’une unité mobile ou d’un terminal peut être obtenue par satellites (par exemple en utilisant le GPS, Global Positioning System) ou par un système radio. Alors que dans le premier cas, un ou plusieurs dispositifs supplémentaires doivent être intégrés dans le terminal, ce qui le rend plus complexe et plus coûteux. Ce problème est surpassé depuis que le service des réseaux radios est utilisé. La radiolocalisation est la seule méthode appropriée dans les milieux internes où les signaux de satellites ne sont pas disponibles.
La localisation interne (indoor localization) est toujours un problème ouvert dans les communications sans fil, en particulier dans les réseaux de capteurs sans fil. Les techniques de localisation dans les environnements internes confrontent deux défis majeurs: (i) les trajets multiples dus à la diffusion, qui rendent la voie directe difficile à identifier, limitant ainsi l’utilisation des méthodes d’estimation de la distance basée sur Time Difference Of Arrival (TDOA), (ii) la perte de propagation (PL) due à plusieurs facteurs et phénomènes aux niveaux de transmission et des caractéristiques de l’environnement interne, limitant ainsi les méthodes d’estimation de la distance basé sur Received Signal Strength (RSS).
INFRASTRUCTURE DES RESEAUX MOBILES
Historique
Depuis plusieurs années les réseaux mobiles n’a cessé de s’améliorer en vue de fournir aux utilisateurs ses services de façons satisfaisantes. De la première génération, du second, de la troisième, et vers la nouvelle génération réseau, c’est en termes de débit qu’on a rencontré une évolution remarquable et exceptionnel, et aussi une bande passante de plus en plus large qui permet d’augmenter le nombre d’utilisateur pouvant être supportés. Les réseaux de la 1è génération (appelée aussi 1G) ont été intégrés au réseau de télécommunication dans les années 80. Ces systèmes ont cependant été abandonnés il y a quelques années laissant la place à la seconde génération, appelée 2G lancée en 1991 qui est encore active de nos jours. Nous pouvons distinguer deux autres types de générations au sein même 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 différence de la 1G, la seconde génération de normes permet d’accédé à divers services, comme l’utilisation du WAP permettant d’accéder à internet, tant dit que pour la 3ème génération connue sous le nom de 3G permet un haut débit pour l’accès internet et le transfert de données.
La première génération du réseau mobile
Les réseaux mobiles ont beaucoup évolué depuis leur apparition dans les années 1970 à nos jours. La première génération des réseaux cellulaires (1G) est apparue vers le début des années 1970, 1er radiotéléphones analogiques sans fils avec un mode de transmission analogique et des appareils de taille relativement volumineuse [1]. Ce réseau est caractérisé par une multitude de technologies introduites en parallèle à travers le monde. On peut citer les technologies suivantes:
●AMPS (Advanced Mobile Phone System) aux États-Unis ;
●TACS (Total Access Communication System) au Japon et au Royaume-Uni ;
●NMT (Nordic Mobile Telephone) dans les pays scandinaves ;
●Radiocom2000 en France .
Ces systèmes devaient offrir un service de téléphonie en mobilité mais ils ne parvinrent pas à réellement franchir les frontières de leurs pays d’origine et aucun de ces systèmes ne s’imposa en tant que véritable norme internationale. Leurs différences impliquait de fait l’incompatibilité entre systèmes et l’impossibilité d’itinérance internationale (aussi appelée roaming). Cet échec relatif fut primordial dans la reconnaissance par les différents pays de la nécessité de définir des normes de téléphonie mobile à l’échelle internationale. D’un point de vue technique, ces systèmes étaient basés sur une technologie de modulation radio est similaire à celle utilisée par les stations radio FM. Ils utilisaient une technique d’accès multiples appelée FDMA (Frequency Division Multiple Access), associant une fréquence à un utilisateur. La capacité de ces systèmes demeurait très limitée, de l’ordre de quelques appels voix simultanés par cellule. Cette contrainte de capacité, ainsi que les coûts élevés des terminaux et des tarifs de communication ont restreint l’utilisation de la 1G à un très faible nombre d’utilisateurs.
Par ailleurs, les dimensions importantes des terminaux limitaient significativement leur portabilité.
Le réseau de la seconde génération
C’était dans le réseau de la seconde génération ou réseau 2G (deuxième génération réseau) que le monde de la télécommunication a commencé à se développer. La norme GSM (Global System for Mobile Communication) est la standardisation du réseau 2G. Elle a largement amélioré les services de la téléphonie grâce à la commutation du circuit, suivi du réseau GPRS (General Packet Radio Service), ou encore réseau 2.5 G, qui a offert une service de type « donnée » en mode paquet. Le réseau EDGE (Enhanced Data GPRS Evolved) ou réseau 2.75 G a été ensuite établi pour accroitre le service nécessaire au client que la GPRS n’a pu fournir .
Le réseau GSM ou 2G
La définition de la norme GSM remonte au début des années 80, il s’agit de la norme 2G. Cette norme utilise une technique de commutation de circuit, spécialisé pour les sévices de la téléphonie dont laquelle un chemin physique qui est réservé par chaque connexion ou communication, avec un accès par liaison radio s’appuyant sur les transmissions numériques. Le réseau GSM a aussi une fonctionnalité de transfert de donnée utilisant les mêmes ressources que celle de la téléphonie.
Caractéristique du réseau GSM
Le GSM offre au public des services de télécommunication tel que le service de la téléphonie basée sur les communications entre abonnées mobiles (GSM) et abonnées du réseau téléphonique commuté (RTC réseau fixe), le service de messagerie ou SMS (Short Message Service), le service de transport de données en mode circuit (jusqu’à 9,6 kbps) avec une couverture continue sur un vaste territoire. Le service d’appel international est aussi possible.
● Les bandes de fréquences utilisées
L’accès au réseau est par une liaison radio et utilise deux types de réseaux cellulaires numériques de télécommunications pour abonnés mobiles :
➤ Le réseau GSM900 : il utilise des fréquences porteuses dans la gamme des 900 MHz
➤ Le réseau DCS1800 (Digital Cellular Télécommunications System) qui utilise des fréquences porteuses dans la gamme des 1800 MHz.
● La technique d’accès dans un réseau GSM
Pour gérer cette bande de fréquence, le réseau GSM combine deux techniques d’accès : FDMA (Frequency Division Multiple Access) ou AMRF (Accès Multiple à Répartition en Fréquence) et le TDMA (Time Division Multiple Access) ou AMRT (Accès Multiple à Répartition de Temps). Le FDMA est un multiplexage fréquentiel partageant la bande de fréquence 890-915 MHz en 124 canaux de 200 KHz (partagés aux opérateurs) pour les voies montantes et la bande 935-960 MHz en 124 canaux de 200 KHz pour les voies descendantes.
Pour augmenter la capacité des canaux, on a utilisé le TDMA qui consiste à diviser chaque canal de communication en 8 intervalles de temps appelés « time slots » et qui définit une trame TDMA. Une fois la communication établie, le canal de données dans la cellule du réseau GSM est monopolisé pour cette connexion.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 INFRASTRUCTURE DES RESEAUX MOBILES
1.1 Historique
1.2 La première génération du réseau mobile
1.3 Le réseau de la seconde génération
1.3.1 Le réseau GSM ou 2G
1.3.1.1 Caractéristique du réseau GSM
1.3.1.2 L’architecture du réseau GSM
1.3.1.3 La commutation de circuit
1.3.2 Le réseau GPRS ou 2.5 G
1.3.2.1 Caractéristique général du réseau GPRS
1.3.2.2 Technique d’accès dans le réseau GPRS
1.3.2.3 Architecture du réseau GPRS
1.3.3 EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution)
1.3.4 La qualité de service dans le réseau de la seconde génération
1.4 Le réseau de la troisième génération
1.4.1 UMTS
1.4.1.1 Caractéristique du réseau 3G
1.4.1.2 Architecture du réseau 3G
1.4.1.3 Mode de transmission dans le réseau 3G
1.4.1.4 La gestion de mobilité du réseau 3G
1.4.1.5 La qualité de service du réseau 3G
1.4.2 HSDPA
1.4.3 HSUPA
1.4.4 L’évolution du réseau 3G ou HSPA+
1.5 Conclusion
CHAPITRE 2 GESTION DES ITINERANCES DES APPELS
2.1 Introduction
2.2 Numérotation liée à la mobilité
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 œuvre des différentes identités d’abonné dans GSM
2.2.6 IMEI (International Mobile Equipment Identity)
2.3 Authentification et chiffrement
2.3.1 Confidentialité de l’identité de l’abonné
2.3.2 Principes généraux d’authentification et de chiffrement
2.3.3 Authentification de l’identité de l’abonné
2.3.4 Confidentialité des données transmises sur la voie radio
2.3.4.1 Etablissement de la clé
2.3.4.2 Activation du chiffrement
2.3.5 Gestion des données de sécurité au sein du réseau
2.3.5.1 Gestion de la clé d’authentification Ki
2.3.5.2 Procédure générale de gestion des données
2.3.5.3 Transmission de la clé d’authentification
2.3.5.4 Entités du réseau où sont enregistrées les données de sécurité
2.3.6 Autres mécanismes
2.4 Gestion de l’itinérance
2.4.1 Présentation générale
2.4.1.1 Systèmes sans localisation
2.4.1.2 Utilisation de zones de localisation
2.4.2 Gestion d’itinérance dans GSM
2.4.2.1 Gestion des bases de données (HLR, VLR)
2.4.2.2 Principes de gestion de l’itinérance dans GSM
2.4.3 Conclusions sur l’itinérance
2.5 Gestion des appels
2.5.1 Principales entités intervenant dans le contrôle d’appel
2.5.2 Appel sortant
2.5.2.1 Description
2.5.2.2 Utilisation du réseau commuté
2.5.3 Fin de communication
2.5.4 Appel entrant
2.5.4.1 Description
2.5.4.2 Intérêt des liaisons sémaphores
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 basée sur la puissance des signaux reçus (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 Précision et sources d’erreur
3.2.2 Localisation dans le réseau 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
