Introduction aux réseaux mobiles

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1 Introduction aux réseaux mobiles
Retour sur un Mooc MGDB - JM2015 Bures/Yvette

2 PLAN Les différentes générations et les fréquences
L’architecture GSM : les composants et les protocoles Une approche analytique simplifiée des réseaux cellulaires La notion de motif Le débit et le rapport signal sur bruit Le rapport sur interférence Les différentes zones de fonctionnement L’identité cellulaire et la gestion de la mobilité L’appel téléphonique Le handover PLAN

3 Les différentes générations et les fréquences
Services principaux Noms (1) Type (2) Périodes 1 Téléphonie R2000, NMT,.. FDMA 2 Téléphonie, SMS GSM TDMA 1995- 2.5 Accès IP à 100 kb/s GPRS-EDGE + accès paquet et nouvelle modulation 2000- 3 Accès IP à 1 Mb/s UMTS CDMA 2002- 3.9 Accès IP à 10 Mb/s HSDPA CDMA + accès paquet + nlle modulation 2008- 4 Accès IP à 100 Mb/s Avec faible latence LTE, LTE advanced OFDMA 2010- Nom de la technologie en Europe Type d’accès sur la voie radio Les différentes générations et les fréquences

4 Les différentes générations et les fréquences
La technologie est différente de la gamme de fréquence 800MHg <= f <= 3GHz (1) Possession des fréquences : l’Etat Attribution des fréquences : l’ARCEP (Autorité de Régulation des Communications Electroniques et des Postes f = La fréquence Les différentes générations et les fréquences

5 L’architecture GSM : les composants et les protocoles
Le terminal mobile (Mobile Station) L Les stations de base BTS (Base Tranceiver Station ) Les commutateurs BSC (Base Station Controler ) MSC (Mobile-services Switching Center) Les bases de données HLR (Home Location Register) VLR (Visitor Location Register) L’architecture GSM : les composants et les protocoles

6 L’architecture GSM : les composants et les protocoles
SS7 (Signalisation Semaphore 7) : réseau de signalisation qui permet le dialogue entre commutateurs lors d’un appel téléphonique (ISUP) sémaphore n°7 qui repose sur la commutation par paquets MTP (Message Transfert Part) : pile de protocoles ISUP (ISDM User Part) : protocole de téléphonie MAP (Mobile Application Part) : gestion de la mobilité des terminaux SCCP (Signalisation Connection Control Part) : l’interconnexion de différents réseaux au niveau international TCAP (Transaction Capabilities Application Protocol) : gestion des transactions avec les bases de données. L’architecture GSM : les composants et les protocoles

7 L’architecture GSM : les composants et les protocoles
Pile du protocole SS7 MSC/VLR HLR MAP ISUP TCAP SCCP MTP3(réseaux) MTP2(liaison) MTP1(physique) MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 MTP1 L’architecture GSM : les composants et les protocoles

8 L’architecture GSM : les composants et les protocoles

9 L’approche analytique des réseaux cellulaires
Je dispose d’un fréquence W Où dois-je disposer mes stations de base ? Comment optimiser mon débit pour une couverture maximum dans un environnement non homogène ? Résultat espéré : Couvrir en continue un territoire très large par un découpage invisible Utiliser le débit adapté aux services à fournir avec une faible latence Optimiser mon réseau pour un moindre coût L’approche analytique des réseaux cellulaires

10 L’approche analytique des réseaux cellulaires La notion de motif
Le coût du réseau est proportionnel aux sites installés : location + liaison réseau + maintenance. Utiliser une antenne tri-sectorisée va permettre de couvrir 3 cellules avec un site et donc de diviser par 3 le coût du réseau. L’approche analytique des réseaux cellulaires La notion de motif

11 Il y a rarement de visibilité directe entre l’émetteur et le récepteur
Le bruit : N = WkT k = 1.38 * 10 ^-23 J/k , T = température en Kelvin, W = largeur de bande en Hz pour GSM, N-1.1 * 10^-15 = ^-15Watt soit -119dBm W=270kHz, T=293K, L’amplificateur GSM possède un bruit de 5dB Le niveau de bruit du terminal GSM : N = -119dBM + 5 dB = -114dBm Si un terminal reçoit une puissance de -100dBm alors SNR = (-114) = 14dB C’est le principal indicateur de la qualité d’une liaison. Le débit maximal (bit/s/Hz) que l’on peut atteindre se calcule avec le théorème de Shannon-Hartley : R = W log2 ( 1 + S/R) ou bien R/W = log2(1+S/N) appelé aussi la capacité de Shannon L’approche analytique des réseaux cellulaires Débit et rapport signal sur bruit

12 L’approche analytique des réseaux cellulaires Rapport sur interférence
Le rapport signal sur interférence : C/I = 1/Σj(r/rj)^α Si le nombre de motif (K) augmente, la distance rj augmente car les distances des cellules sont de plus en plus distantes. C/I  quand r  car si le terminal s’éloigne de la BTS le signal C  et le terminal se rapproche d’une autre BTS et l’interférence I . Si K  alors C/I  L’interférence peut être plus importante que le signal utile L’approche analytique des réseaux cellulaires Rapport sur interférence

13 1G 2G 3G 4G LTE Type analogique numérique CDMA(3) OFDM(4) Seuil C/I 18dB 12dB (1) - 12dB (2) -5, -3dB Motif K 21 12 1 Introduction de codes correcteurs Utilisation d’un étalement de spectre qui permet de recevoir un signal alors qu’il est noyé dans le bruit. CDMA : Code Division Multiple Access , abandonné avec la 4G OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiple. Utilise une large bande, des codes correcteurs. Gestion dynamique de l’interférence. L’approche analytique des réseaux cellulaires Les différentes zones de fonctionnement

14 L’identité cellulaire et gestion de la mobilité
 MSISDN Number (1) IMSI (2) est stocké dans la carte SIM(3) du téléphone. 15 chiffres maximum CC : Country Code NDC : National Destination Code SN : Subscriber Number 15 chiffres maximum MCC : Mobile Country Code MNC : Mobile Network Code MSIN : Mobile Subscriber Identification Number MSISDN Number (Mobile Subscriber ISDN Number) IMSI International Mobile Subscriber Identity SIM Subscriber Identity Module L’identité cellulaire et gestion de la mobilité

15 L’identité cellulaire et gestion de la mobilité
Authentification par secret partagé sur 128bits entre le terminal (carte Sim) et de l’AuC (1) : algorithme A3 et génération d’une clé de session sur 64bits avec l’algorithme A8 Chiffrement des données et de la signalisation avec la clé de session et utilisation de l’algorithme A5 pour chiffrer les trames de communication entre le mobile et le réseau Allocation dynamique d’une identité temporaire, TMSI (2) pour préserver la confidentialité de l’abonné. AuC Authentification Center TIMSI Temporary Mobile Subscriber Identity (4 octets) L’identité cellulaire et gestion de la mobilité

16 L’identité cellulaire et gestion de la mobilité

17 L’identité cellulaire et gestion de la mobilité
Mise sous tension du teminal mobile L’identité cellulaire et gestion de la mobilité

18 L’identité cellulaire et gestion de la mobilité
Changement de zone de localisation Mise hors tension du terminal mobile L’identité cellulaire et gestion de la mobilité

19 Appel sortant entre un terminal mobile et un téléphone fixe
L’appel téléphonique

20 Le handover Pourquoi un handover ? Les phases : Changement de cellule
Décision de l’opérateur pour un équilibre de charge d’une station de base à une autre Les phases : Les mesures : du Terminal  BTS  BSC  décision de Handover La préparation : BSC (choix de la BTS cible et le canal à activer) L’exécution : le terminal reçoit les caractéristiques du handover est est prêt à l’exécuter et envoie un signal à la BTS cible pour vérification La finalisation : l’ancien canal est acquitté et la communication va s’établir entre le terminal et la nouvelle BTS Le handover

21 Le MOOC https://www.france-universite-numerique-mooc.fr/cours/
L'ensemble du cours est sous licence creative common. Xavier Lagrange : Alexander Pelov : Gwendal Simon : Valérie Vergez : Coordonnatrice du MOOC. Le MOOC

22 Merci de n’avoir pas raccroché !!