Cours 2021
Cours 2021
Cours 2021
1678: Huygens mène les travaux sur le phénomènes de réflexion et de réfraction de la lumière
1865: Maxwell établit les célèbres formules unifiant phénomènes électriques, magnétiques et
lumineux
1901: Marconi met en place la première liaison transAtlantique entre l’Europe et les Etats-
Unis
1902: une station radio militaire pour le télégraphe était constitué d’un moteur à essence
pour tracter le système de communications consistant en un générateur de 1Kw monté sur
une remorque suivie d’une seconde remorque pour l’émetteur et le récepteur
3. Les systèmes mobiles pour le grand public
1979: AMPS (Advanced Mobile Phone Telephon System) est installé à Chicago
1980: HCMTS( High Capcity Mobile Telephone System est installé à Tokyo
1981: NMT (Nordic Mobile Telephone) est introduit dans les pays scandinaves
1985: Radiocom 2000 est mis en place en France et TACS (Total Access Communications
Services) en Angleterre
1986: l’Allemagne crée C450
Introduction (3)
Gestion du spectre et normalisation
Les accords bilatéraux et multilatéraux des liaisons des télécommunications ont été
constitués dès 1965 par l’Union Télégraphique Internationale (Europe), devenue par
la suite l’Union Internationale des Télécommunications. L’IUT, composé de plus de
150 membres, a divisé le monde en trois régions:
Région 1: Europe, Afrique et Moyen-Orient
Région 2: Amérique et Groenland
Région 3: Asie et Océanie
Introduction (4)
L’IUT comprend trois secteurs:
IUT-R chargée des radiocommunications. A ce titre, elle organise les activités des CMR/WRC
(International Frequency Registration Board). Elle traite les questions techniques opérationnelles
(les ondes radio); a ce titre, elle enregistre les fréquences radio et informe les membres.
I. Définition
II. Classification
I. Normes 802.15
I. Historique du WiMax
II. Norme
V. La trame WiMax
V. Évolution du GSM
I. Le spectre radioélectrique
Réduire 10% en
Présence 10 cas d’absence
Questions à
choix multiples
Examen et CC 40 &
Exercices
E
v + 10% au
a Discussion 10 meilleur
l
u Réduire 10% en
a
t
cas de remise
i
Devoirs 20 des devoirs en
o
n
retard
+10% au
Travaux Pratiques 20 participant
Conditions
Total 100 d’admission
Chapitre 1: Les réseaux sans fil
I- Définition
Qu’est ce qu’un réseau sans fil ?
• Un réseau sans fil (en anglais Wireless Network) est un réseau au sein duquel, au moins
deux terminaux peuvent communiquer sans liaison filaire
• Les réseaux sans fil sont basés sur une liaison utilisant des ondes radioélectriques ou
infrarouges
• Les technologies diffèrent par la fréquence d’émission utilisée, le débit et la portée des
transmissions
• Les réseaux sans fil permettent de relier très facilement des équipements distants
(quelques mètres à quelques kilomètres)
• L’installation des réseaux sans fil ne demande pas l’aménagement des infrastructures
existantes
I- Définition
II- Classification des systèmes mobiles
– Génération 1: un pays
– Génération 2: un continent
– Génération 3: le monde
Hexagone :
Placement optimal des stations de base, permet un recouvrement régulier,
Hexagone régulier : figure géométrique permettant un pavage facile, le plus
proche de la forme circulaire (forme idéale)
Représentation circulaire peu pratique : un pavage en disques fait apparaître
des zones de recouvrement irrégulières ou des trous de couverture
D’où le Motif hexagonal qui fait apparaitre nombre plus faible de cellules et
donc moins de sites (un système basé sur des cellules hexagonales coûte moins
cher qu’un système basé sur des cellules triangulaires ou carrées)
VI-1-2 Systèmes cellulaires
VI6163 Spécificités des systèmes
cellulaires
Communications interrompues
Concept cellulaire
•
VI-2-2 Principales fonctions d’un
système cellulaire
-Traitement d’appel
– Gestion de la localisation
– Maintien de la communication en cours de déplacement
– Authentification et sécurité des informations transmises
VI-2-3 Principe d’un système cellulaire
– Elle est prévue pour remplacer les câbles qui relient les périphériques entre eux. Ce type de
liaison est plutôt dédié aux connexions point à point. Elle peut permettre aussi l’interconnexion
de PDA ou téléphones.
– IEEE 802.15, un groupe de travail de l’IEEE, complète et prolonge les travaux autour de
Bluetooth et des réseaux personnels (WPAN)
• Sous-groupe 802.15.1 : traduire les spécifications Bluetooth en des spécifications de type 802.
– Il utilise la bande de fréquences des 2,4 GHz (la même que WiFi et les fours micro-
ondes) qui ne nécessite pas de licence.
Objectifs des spécifications Bluetooth
• Système de communication radio courte portée (qq m à qq dizaines de m) à bas
coût et moyen débit (< 1 Mbits/s)
• Technologie peu onéreuse (intégration de composants électroniques sur une puce
de 9mm sur 9mm)
• Domaine d’application : Interface radio entre deux équipements mobiles dans un
réseau personnel (WPAN)
• Fonctionnement dans la bande sans licence ISM des 2,4 GHz
• Utilisation d’une technique de saut de fréquence rapide
• Architecture système centralisée
• Définition de 3 classes d’équipements en fonction des puissances d’émission
– Classe 1 : puissance maximale de 100 mW pour une portée de qq dizaines de
mètres
– Classe 2 : puissance comprise entre 0,25 mW et 2,5 mW pour une portée de qq
mètres au plus
– Classe 3 : puissance de 1 mW pour une portée d’environ un mètre
Architecture de la technologie Bluetooth
(1)
Définition
données :
Il permet de mettre en place des réseaux personnels sans fil en étoile à très bas
coût.
• IEEE 802.15.4 qui permet de communiquer à 250 Kb/s jusqu’à 10 mètres pour relier
aux maximum 255 appareils (bande de fréquence des 2,4 GHz).
• IEEE 802.15.4a qui est limité à 20 Kb/s mais permet une portée de 75 mètres pour un
maximum de 65 000 appareils (bande de fréquence des 900 MHz).
Caractéristiques et objectif du zigbee (1)
débit.
– Un très faible coût qui devrait permettre son intégration dans un grand nombre
d’objets.
– Rayon d’action 10 à 80 m
ZigBee : caractéristiques générales (2)
• Adressage dynamique
• La taille des réseaux peut atteindre 65 536 noeuds (16 bits d’adresse)
Les réseaux sans fil ne sont pas originellement des réseaux d’opérateurs mais
des réseaux locaux
Monuments historiques
• Permettre des communications haut débit avec des usagers mobiles dans une zone de
couverture limitée (bâtiment, campus)
• Enjeu économique
Normes
IEEE802.11x de l’IEEE
HIPERLAN de l’ETSI
Pourquoi le recours aux réseaux locaux
sans fil ? (3)
Mobilité (nomadisme): assurer une liaison indépendante de l’emplacement des périphériques
informatiques qui composent le réseau et utilisant les ondes radio plutôt qu’une infrastructure câblée.
– Éliminer le besoin de tirer des câbles dans les murs et les plafonds
Topologie :
– Investissement matériel initial est plus élevé que pour un réseau filaire, mais à moyen
terme, ces coûts se réduiront
• Fiabilité :
– Une bonne conception d’un réseau local sans fil permet au signal radio d’être transmis
correctement et procure des performances similaires à celles d’un réseau local filaire
Contraintes des réseaux locaux sans fil (1)
- Éviter que les émissions des uns ne brouillent celles des autres
– Modem + AP intégrés
• Pont entre deux ou plusieurs réseaux locaux classiques dans des bâtiments séparés
d’une même entreprise.
Composantes d’un WLAN
• 5 GHz
• La bande UNII
- S-Band ISM
- C-Band ISM
NB: L’ensemble de stations à portée radio mutuelle est appelé IBSS (Independent Basic Service Set)
dans le mode Adhoc.
Un ESS a un ESSID qui est un identifiant ASCII formé de 2 à 32 caractères alphanumériques
Types de trames MAC
IEEE 802.11 supporte trois types de trames
Data
Null data
Data+CF+ACK
Synchronisation et authentification
Beacon
• Retry : ce bit spécifie que le fragment en cours est une retransmission d'un
fragment précédemment envoyé (et sûrement perdu)
Les différents champs
WEP : ce bit indique que l'algorithme de chiffrement WEP a été utilisé pour
chiffrer le corps de la trame.
Les différents champs
• Order (ordre) : indique que la trame a été envoyée en utilisant la classe de service
strictement ordonnée (Strictly-Ordered service class)
• Champs adresses : une trame peut contenir jusqu'à 3 adresses en plus de l'adresse de
48 bits
• Le numéro de fragment
• Le numéro de séquence
C’est une version améliorée du protocole CSMA/CA qui est une variante de CSMA.
Avec le CSMA/CA, lorsqu’une station émet un paquet, elle attend en retour un accusé
de réception (ACK) pour s’assurer que le paquet est bien arrivé à destination et
qu’aucune collision n’a eu lieu
La station réceptrice renvoie aussitôt alors un paquet CTS (Clear To Send) pour
donner son autorisation à la station émettrice . En répondant après un très bref
délai appelé SIFS (Short Interframe Space) bien inférieur au DIFS, on est assuré
qu’aucune autre station n’aura la mauvaise idée d’envoyer un paquet entre le
RTS et le CTS
le CTS contient lui aussi la durée estimée d’émission du paquet de données afin
de prévoir toutes les autres stations à proximité qu’un paquet de données va être
envoyé et qu’elles doivent donc attendre pendant la durée indiquée avant de
tenter de prendre la parole.
Modes de fonctionnement du Wifi
Une fois le CTS reçu, la station émettrice attend un bref délai SIFS et envoie son
paquet de données. Une fois le paquet correctement reçu et encore après un
délai SIFS, la station réceptrice envoie un ACK pour assurer l’émetteur que le
paquet est bien arrivé et qu’aucune collision n’a eu lieu.
Remarque: notons que ce mécanisme n’est valable que pour le trafic unicast. Le
trafic de broadcast ou de multicast sont envoyés sans RTS, sans CTS et sans ACK.
que de les détecter après qu’elles aient eu lieu. En contre partie, on perd une
part de la bande passante avec les paquets de contrôle RTS, CTS et ACK. C’est
Toutes les stations sont reliées sans fil à un AP qui se charge de distribuer la parole
à chacun. Puisqu’un AP s’occupe de distribuer la parole, il n’y a plus de collision
possible et le temps de latence est garanti. On dit que le système est en « content
free » (CF) c’est-à-dire libre de toute dispute. L’AP se tourne successivement vers
chacune de station plus ou moins lent et lui alloue « un temps de parole » grâce à
une requête CF-Poll (Interrogation).
Le mode PCF permet de diviser le temps de parole plus équitablement entre les
stations et surtout de façon plus fluide et déterministe: ce mode est donc
intéressant pour transférer les données synchrones telles que des
communications multimédia.
D’une part, chaque paquet Wifi peut être associé à une classe de trafic TC
(Traffic Class) particulière. Concrètement, cela signifie qu’un numéro lui sera
rajouté indiquant son niveau de priorité. On peut avoir jusqu’à 8 essais et un AP
doit mettre en œuvre au minimum 4.
Elle étend le principe du PCF en lui rajoutant la gestion des classes de trafic.
Dans une première phase, l’AP contrôle le temps de parole des stations, puis
dans une seconde phase, toutes les stations peuvent prendre la parole librement
selon le mode EDCF et ces deux phases alternent indéfiniment.
Processus d’association
Il est assuré par les trames balises. En effet, en mode infrastructure, chaque AP
émet à intervalles réguliers en général toutes les 100ms les trames particulières
appelées Beacon frames (trames balises).
Un autre rôle des trames balises est de garantir la synchronisation entre toutes
les stations rattachées à un AP; pour cela, elles contiennent un champ qui
indique avec précision le temps écoulé depuis l’initialisation de l’AP
Processus d’association
La diffusion ou broadcast du SSID dans les trames balises est une option de l’AP.
un équipement Wifi peut donc facilement établir « passivement » la liste des
SSID déclarés des réseaux sans fil situés à proximité, sans même avoir à émettre
le moindre signal. L’utilisateur pourra ainsi très simplement sélectionner le SSID
de son choix dans cette liste.
Il est également possible de faire une recherche « active » des points d’accès
présents: un périphérique peut en effet envoyer des requêtes de sondage (Probe
Request) sur chaque canal qui l’intéresse contenant le SSID souhaité et le débit
que le périphérique est capable de supporter. Si l’AP vérifie la requête et qu’elle
lui est destinée, l’AP répond avec les paquets « Probe Response »
Scénarii d’acheminement des paquets WiFi
Adresse 4 : elle n’est utilisée qu’en mode WDS. Il s’agit alors de l’adresse MAC de la
station source du paquet
Récapitulatif de l’acheminement des
paquets Wifi
To Ds From Ds Mode Cas de figure
0 0 AdHoc Un paquet est envoyé
directement d’une station à une
autre
1 0 Infrastructure Un paquet envoyé par une
station vers un AP pour être
relayé vers une autre station
0 1 Infrastructure Un paquet relayé par un AP vers
la station de destination
• Système de communication radio haut débit (23,5 Mbits/s) à courte portée (en
moyenne 50 m)
Système de communication radio haut débit (> 54 Mbits/s) à courte portée (50
m-100m)
• Fonctionnement centralisé
– Le mode centralisé : tous les paquets d’un terminal sont transmis au point
d’accès indépendamment de la destination du paquet
• 2 types d’applications :
Le WiMAX peut être utilisé sur plusieurs bandes de fréquence dont certaines
nécessitent une licence.
Historique
WiMAX Forum crée en 2001 : Ensemble CrossSpan, Harris and Nokia.
Objectif : faciliter le déploiement des réseaux sans fil à large bande passante
basés sur le standard IEEE 802.16 en aidant à assurer la compatibilité et
l'interopérabilité des équipements d'accès sans fil à large bande passante.
– IEEE 802.16 pour les fréquences entre 10 et 66 GHz, avec IEEE802.16c qui
propose plusieurs profils (choix d’options) pour ce standard.
– IEEE 802.16d (802.16-2004) est une évolution de la norme 802.16a qui intègre la
gestion des bornes fixes à l’intérieur.
Normes du WiMax
Une extension mobile (IEEE 802.16e)
– Elle est adaptée à la mobilité urbaine mais non à la mobilité dans n’importe quel
véhicule comme un train, etc.
• Une deuxième extension qui est en concurrence avec le standard LTE et même LTE-
Advanced : IEEE 802.16m
En plus du 802.16-2004 (d) qui représente le WiMAX du début d'année 2005, figure
également le 802.16.2, un standard qui définit l'interopérabilité entre toutes les
solutions 802.16 et les solutions (comme le Wi-Fi) qui sont présentes sur les mêmes
bandes de fréquences.
Évolutions WiMax
2001 : première version IEEE 802.16, fonctionnement dans la bande 10-66 GHz.
Nécessite le LOS.
• 2003 : amélioration avec le IEEE 802.16a, extension dans la bande des 2-11
GHz, permettant les liaisons NLOS.
– ASN-GateWays (ASN-GW)
– L’ASN implémente des tâches dont les principales sont les suivantes :
• Coordination avec AAA pour la gestion des autorisations et des mobilités inter-ASN
• Transmission de données
CSN : Connectivity Service Network : est à la charge des Network Service Providers (NSP).
Il fournit la connexion IP aux équipements radio WiMAX, ainsi que l’accès à tous les services
IP.
– AAA: Authentication, Authorization and Accounting Server: serveur qui gère l’accès de
l’utilisateur au réseau à travers son profil, ainsi que ses autorisations de services.
– Serveur DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) : gère les attributions d’adresses IP.
– R3 : met en oeuvre le tunnel entre ASN et CSN ; il agit avec le serveur AAA dans ses attributions et
renforce les capacités de gestion de mobilité.
– R4 : situé entre deux ASN, il permet la gestion de mobilité de la MS entre les deux structures.
– R5 : situé entre deux CSN, utilisé pour interconnecter le Home et le Visited Network de la MS.
– R6 : point de référence entre BS et ASN ; il met en oeuvre des tunnels intra- ASN, et est utilisé pour
la signalisation des plans de contrôle.
– R7 : interface entre les données et le plan de contrôle dans l’ASN-GW, permettant d’assurer une
coordination.
– R8 : interface entre deux BS, utilisé pour assurer les Handovers rapides et sans coupure de la MS.
Structure interne d’un réseau WiMax
Structure interne d’un réseau WiMax
Les profils :
– La couche PHY est basée sur la propagation en LOS: les stations communicantes
doivent être en visibilité directe l’une de l’autre, sans obstacle. C’est dans ces
fréquences que les performances sont les meilleures. La couche physique utilisée
est appelée «WirelessMan-SC».
– WirelessMan-SCa : la transmission se fait sur une seule porteuse (un seul canal de
fréquence) ;
cette version est destinée à l’opération dans les fréquences sans licence. Elle peut opérer
dans les fréquences entre 5 et 6 GHz. Cette version applique les fonctionnalités des versions
Antenne WiMax
Exemple d’un déploiement WiMax:
Matrix
Conclusion
Déploiement WiMAX profitable dans les zones urbaines denses et dans les zones
rurales sans autres alternatives pour l’accès aux réseaux.
• Faible rentabilité dans les zones urbaines et suburbaines avec des densités de
population moyennes ou élevées et en présence d’autres technologies d’accès
aux réseaux.
• Tous les déploiements indoor ne sont pas rentables du fait des investissements
initiaux très importants.
Chapitre 5: Les générations des réseaux mobiles
V. Évolution du GSM
Il sert à l’identification unique d’une cellule dans le monde. Son format est
LAI+CI.
CI: Cell Identity (2 octets hexadécimaux pour identifier les cellules dans un LAI)
Exemple 460-00-0011-0001
Planification des numéros et limites des zones
réseaux (3)
BSIC = NCC+BCC
NCC: PLMN Network Color Code. Il est formé de 3 bits. Il permet de distinguer
plusieurs réseaux mobiles voisins
BCC: BTS Color Code. Formé par 3 bits, il sert à distinguer les cellules ayant les
mêmes fréquences
Planification des numéros et limites des zones réseaux (4)
Exemple les NDC de Chine Telecom sont 139, 138, 137, 136, 135
Exemple 86-139-0666-1234
MCC Mobile Country Code (3 digits). Exemple le MCC de la Chine est « 460 »
MNC: Mobile Network Code (2digits). Exemple le MNC de la Chine est « 00 »
Exemple 460-00-666-9777001
Planification des numéros et limites des zones
réseaux (6)
TMSI Temporary Mobile Subscriber Identification
TMSI est utilisé pour garder secret l’identité du demandeur à l’interface air
TMSI est formé par 4 octets (8 nombres hexadécimaux) choisis par l’opérateur
Planification des numéros et limites des zones réseaux
(7)
TAC: Type Approval Code (6 bits) est déterminé par le centre de certification
Définitions
du mobile.
Phases du handover
Phase de mesure;
d2
BTS 1 BTS 2
d1
MS
Phases du handover
Le BSC déclenche le handover. Plus, on s’éloigne du BTS, le niveau du signal
diminue. Le MS, pour compenser cette puissance est obligé de maximiser le
niveau de batterie. Ceci cause aussi une interférence sur les autres BTS
Ligne monopolisée dans tout le réseau pour un trafic de données de nature très
sporadique
HSCSD (2)
Services multimédia
-permettre une économie des ressources radio par partage de celles-ci entre les
utilisateurs selon les flux de données à transmettre et la qualité requise, de
façon dynamique.
Apports du réseau GPRS
GPRS : fonctionnalités rajoutées au GSM
Évolution du GSM vers GPRS
Évolution du BSS :
Évolution du NSS :
Un GSS ou NSS dédié au GPRS : réseau utilisant IP, nœuds réseaux paquet
(SGSN, GGSN), équipements Internet (routeurs, serveurs DNS, Firewalls,…)
Classe B : Ecoute du réseau GSM + GPRS mais communication avec un seul mode à
la fois
• Gestion des sessions : à chaque session, le SGSN active un contexte PDP (Packet Data
Protocol).
• Sécurité : inclus des firewalls pour le filtrage des paquets provenant des
réseaux IP extérieurs.
• Gestion de mobilité : permet le routage des paquets vers les SGSNs des
utilisateurs, en fonction de leur mobilité.
Gestion de l’ARQ,
Gp : (via BG) interface entre deux GSN de deux PLMN différents : mêmes
caractéristiques que Gn avec en plus des fonctions de sécurité inter-
opérateur.
GPRS : système complexe qui apporte une réelle avancée dans le monde de
l’Internet mobile.
Flexible et paramétrable.
Dans la première phase, débits limités (débit réel observé est très inférieur à
celui annoncé dans les spécifications du protocole)
EDGE
Enhanced Data Rates for GSM Évolution
• Objectifs
Modulation à plus forte efficacité spectrale et pour la transmission de données à haut débit 8-PSK
Technique d’adaptation de lien pour optimiser le taux de codage en fonction des conditions de
propagation
Application : trafic GPRS (E-GPRS : Enhanced-General Packet Radio Service) et HSCSD (ECSD :
Augmentation des débits avec impact limité sur un réseau GSM/GPRS existant
HARQ=ARQ+FEC