1 Chapitre 3: GPS &GSM

2 Sommaire 1 – Technologies de positionnement 2 – Communication mobile 3 – Applications de géo-positionnement

3 1 - Technologies de positionnement GPS : Global Positioning System  Historique  Structure et composantes GPS  Principe de positionnement  Fonctionnement : fréquence, codage, transmission…  Technologies complémentaires et alternatives

4 GPS : Historique  Étude lancé dans les années 70  Objectif : un système de repérage globale.  Février 1978 : premier satellite GPS.  1983 : Signaux GPS accessible aux civils.  1994 : GPS déclaré opérationnel.

5 GPS : Structure  Le segment spatial : 24 satellites à km.  Horloge atomique pour énergie et précision.  Transmet signaux horaires.  Le segment de contrôle : 5 stations terrestres.  Suivi des satellites.  Corrections des erreurs de position.  Le segment utilisateur : récepteur GPS  Mesure distance récepteur – satellite.  Calcul position utilisateur.

6 GPS : Principe de positionnement  Principe : Utilisation des coordonnées des satellites X2,Y2,Z2 et T2 X,Y,Z et T X1,Y1,Z1 et T1 X3,Y3,Z3 et T3 R1 R2 R3

7 GPS : Fréquence et codage  Fréquence de communication : 1783 MHz 2275 MHz Segment utilisateur : L MHz en BPSK L MHz en QPSK. Segment de contrôle  Codage de l’information (segment utilisateur) : Modulation BPSK ou QPSK Ou exclusif Données Code P Code C/A Chaque satellite a son propre code C/A (coarse acquisition ) et code P (protected).

8 GPS : Transmission et réception  Transmission :  5 trames de 30 bits (temps, position satellite, état satellite…) sont envoyées.  Les trames sont codées par des codes,  Réception :  Le récepteur civil connaît tous les codes C/A des 24 satellites  Auto corrélation entre le signal reçu et un signal interne généré par récepteur.  Ce signal interne est obtenu entre horloge récepteur et choix d’un code C/A.  Enfin, décodage et vérification de la cohérence des informations.

9 GPS : Conclusion  Très bonne précision si les conditions sont réunies :  plus de 3 satellites.  horloge synchronisé.  antenne récepteur en terrain découvert.  Mais :  Coût de l’ordre du milliard de dollar par an.  Ne fonctionne pas en environnement fermé (bâtiment)  Technologies contrôler par armée,

10 GPS : Les technologies alternatives  GLONASS : GLObal Navigation System  Premier satellite lancé en 1982,  Aide à la navigation aérienne :  But : accroître la précision et la fiabilité du GPS pour la navigation aérienne et maritime  Programme EGNOS (Europe) : Utilise les signaux du GPS et du GLONASS  Corrections par 3 satellites européens et des stations au sol

11 Le GPS européen : Galileo  Pourquoi un GPS européen :  problème de la couverture satellite (plus de 3 satellites nécessaires)  problème d’accès en cas de crise  indépendance de l’Europe (emploi, recherche)  Structure générale de Galileo (en 2005) :  30 satellites dont 3 de secours  2 centres de contrôles Galileo en Europe  20 stations de télémesures réparties sur la terre  L’utilisateur est en mesure de recevoir des données  d’au moins 2 satellites à tout instant

12 Le GPS européen : Galileo  Fréquence et type de signal :  4 fréquences : 1202 MHz, 1278 MHz, 1561 MHz et 1589 MHz.  Différents signaux accessibles :  signal d’intérêt général : accessible sans autorisation  signal commercial : accès payant, protégé par des clés d’accès  signal d’intérêt public : accès restreint à la navigation aérienne, aux militaires, aux péages routiers, aux sauvetages. La réception se fait par un récepteur spécifique.  Récupération des données :  Au format XML sur les récepteurs.

13 Plan 1 – Technologies de positionnement 2 – Communication mobile 3 – Applications de géo-positionnement

Communication mobile : le GSM  Objectif du GSM  Généralités : notion de cellule, itinérance…  Code de l’information : fréquence et sécurité  Architecture du système  Description des éléments du système

15 GSM : Objectif  GSM : Global System for Mobile Communication  Utilisation d’une liaison radio entre le téléphone et le réseau  Cette liaison radio doit permettre :  l’itinérance (roaming) de l’utilisateur à travers le réseau  la communication en tout point du réseau : nécessité de réaliser un transfert intercellulaire (handover)  Mais :  problème de confidentialité : diffusion des ondes radios  coût de la fréquence radio : ressource limitée  interférences du milieu de l’utilisateur  mobile : système embarqué : peu de puissance

16 GSM : Généralités  Nécessité d’une installation fixe pour gérer l’itinérance et le transfert  L’opérateur doit installer des antennes fixes  Chaque antenne définie une cellule  Toutes les antennes définissent une zone de couverture propre à l’opérateur  Les cellules sont de taille variable :  macro cellule : 1 à 35 Km  micro cellule : 100 m à 1 Km  pico cellule : 10 à 100 m

17 GSM : Généralités Source : Digitel Espagne. F1 F1 F1 F1 F1 F1 F2 F2 F2 F2 F3 F3 F3 F3Cellule  Les cellules :  chaque cellule a sa fréquence de communication  pour éviter de gaspiller les fréquences et d’interférer entre les cellules : technique SDMA  Space Division Multiple Access :  schéma d’attribution des fréquences  But : les cellules adjacentes ne doivent pas avoir la même fréquence de communication

18 GSM : Généralités  Gestion du transfert intercellulaire : Couverture radio des cellules MOBILE Zone de couverture de la cellule A C B Puissance en dB Temps Cellule A cellule B Cellule C Source : Digitel Espagne.

19 GSM : Codage de l’information  GSM utilise :  la bande 890 – 915 MHz pour antenne vers mobile  la bande 935 – 960 MHz pour mobile vers antenne  GSM partage l’accès aux fréquences :  FDMA (Frequency Division Multiple Access) 124 canaux de 200 KHz  TDMA (Time Division Multiple Access) 8 tranches de ms par canaux

20 GSM : Codage de l’information  Sécurité des transmissions assuré par :  un numéro secret pour l’authentification : International Mobile Subscriber Identity  un clé d’authentification Ki (128 bits)  une clé de chiffrement Kc (64 bits)  3 algorithmes de chiffrement sont utilisé dans le GSM : A3, A8 et A5  Les algorithmes sont secret !  But : éviter la fraude et l’écoute des communications  Mais :  chiffrement intervient pour la partie radio uniquement  Traçage de l’utilisateur par les numéros de session dans les bases de l’opérateur

21 GSM : Architecture  Le GSM est organisé de la façon suivante :  le système radio mobile (Mobile Station) : l’utilisateur  le système de gestion radio (Base Station Subsystem) : l’antenne  le sous système réseau (Network Switching Subsystem) interconnexion des antennes  le système de gestion réseau (Network Management Subsystem) : supervision du réseau  L’ensemble forme le Public Land Mobile Network

22 GSM : Architecture PLMN MSC BTS MSC BSS NSS MS NMS BSC BTS

23 GSM : la partie MS  la partie mobile du système :  un terminal  une carte à puce Subscriber Identity Module  liaison radio avec le réseau  La carte SIM contient :  les infos liées à la sécurité (IMSI, clé,…)  les infos personnelles de l’abonné (annuaire)  la carte SIM permet de changer de terminal  Un seul numéro connu de l’extérieur : numéro d’appel du mobile

24 GSM : la partie BBS  La partie BSS comprend :  Base Transceiver Station : L’antenne gère la liaison radio antenne – mobile gère la couche physique et liaison de donnée BSC BTS  Base Station Controler : Organe intelligent du BSS Allocation des canaux de communication Gestion itinérance et transfert communication

25 GSM : la partie NSS et NMS  Le sous système réseau NSS : le MSC  commutateur MSC : Mobile-services Switching Center  donne accès aux base de données du réseau  supervise plusieurs BSC  assure l’interconnexion des BSC, la mobilité, le transfert intercellulaires  peut servir de passerelle vers d’autres réseaux  Le système de gestion réseau NMS :  gestion et exploitation du réseau  regroupe les base de données des abonnés et des infos de sécurité (clé, numéro SIM…)

26 GSM : Conclusion  Le système GSM :  couvre les zones terrestres  nécessite une infrastructure lourde  permet d’envoyer/recevoir la voix et des messages court (SMS)  évolue vers des systèmes plus interactifs web, mail, agenda…  nouvelle norme : UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), WAP, GPRS (General Packet Radio Service)

27 Plan 1 – Technologies de positionnement 2 – Communication mobile 3 – Applications de géo-positionnement

28 Application GPS et GSM  GPS : application de positionnement :  Navigation civile : localisation navire, aide au positionnement des avions, assistance à la conduite, secours…  Relevé topologiques et étude des mouvements terrestres  Militaire : navigation, guidage d’armement, localisation des troupes…

29 Application GPS et GSM  Application GPS et GSM :  But de marier les 2 systèmes : Localisation (GPS) et envoie d’informations (GSM)  Gestion de flotte à distance (location de camion, parc de bus urbain…)  Traçabilité : gestion de stock à distance, de pièce détaché  mais problème de la couverture GSM…

30 FIN  Des remarques ?  Des questions ?