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Chapitre 1 Introduction sur les réseaux mobiles Introduction Un réseau téléphon

Chapitre 1 Introduction sur les réseaux mobiles Introduction Un réseau téléphonique public est un réseau de communications électroniques utilisé pour fournir des services téléphoniques au public ; il permet la transmission entre les points de terminaison du réseau, principalement de la parole, mais aussi d'autres formes de communication telles que la transmission de données (vidéo, musique, texte, etc.). Le développement des réseaux mobiles ne s'est pas arrêté depuis leur apparition, plusieurs générations ont vu le jour à partir de la première génération (1G) qui consistait en des transmissions analogiques. Plusieurs générations de réseaux cellulaires se sont succédées, à savoir la 2G (GSM/GPRS/EDGE), qui a marqué le passage de l’analogique au numérique, la 3G (UMTS/HSPA/HSPA+/DC-HSPA+), qui est la première norme qui permet l'échange simultané de la voix et des données avec un débit suffisant pour répondre aux besoins des applications multimédia légères, la 4G (LTE) dont l’intérêt est son très haut débit, bien supérieur à celui de la 3G, et prochainement la 5G qui n’est pas encore mis en œuvre en Algérie. Dans ce chapitre nous allons présenter les différentes générations de réseaux cellulaires, leurs architectures ainsi que d’autres services pouvant être utilisés par chacune de ces générations cellulaires. 1.1 Principe de base d’un réseau mobiles Le principe de fonctionnement du réseau mobile est basé sur un concept cellulaire, c'est- à dire que la région couverte est divisée en petites zones appelées cellules (généralement considérées de forme hexagonale), et de partager les fréquences radio entre celle-ci. Ainsi, chaque cellule est constituée d'une station de base à laquelle on associe un certain nombre de canaux de fréquences. Ces fréquences ne peuvent pas être utilisées dans des cellules adjacentes afin d'éviter les interférences mais elles seront utilisées par des cellules suffisamment éloignées. Le nombre de communications simultanées que peut écouler une station de base est limité à cause du nombre de porteuses (fréquences) disponibles. L'opérateur utilise des microcellules de quelques centaines de mètres de rayon pour écouler un trafic important par unité de surface dans les zones urbaines, souvent ces zones ont une couverture assurée par des Page 3 Chapitre 1 Introduction sur les réseaux mobiles antennes sectorielles de gains élevées (11 dB), par rapport aux antennes (9 dB), tandis que dans les zones rurales peu peuplées, les cellules sont de grandes tailles (allant jusqu'à 30 km de diamètre) et elles sont alors appelées « macro-cellules ». [1] Figure 1.1 : Concept Cellulaire. 1.2 Les différentes générations des réseaux mobiles 1.2.1 La première génération (1G) La première génération de téléphonie mobile (notée 1G) a vu le jour dans les années 80. Elle est basée sur une transmission analogique avec une modulation de fréquence. Elle est constituée d’appareils relativement volumineux, utilisant une faible bande passante. Cette norme ne permet que la transmission de la parole. La zone de couverture est divisée en cellules de tailles différentes. 1.2.2 La deuxième génération (2G) La deuxième génération (2G) de systèmes cellulaires repose sur une technologie numérique et a été développée à la fin des années 1980. Ces systèmes cellulaires utilisent une technologie numérique pour la liaison ainsi que pour le signal vocal. Ce système apporte une meilleure qualité ainsi qu’une plus grande capacité à moindre coût pour l’utilisateur. La deuxième génération de systèmes cellulaires (2G) utilise essentiellement les standards suivants : 1.2.2.1 Le réseau GSM Le GSM (Global System for Mobile communications), est le standard le plus utilise dans les années 1990 en Europe et supporte aux Etats-Unis. Le réseau radiotéléphonie a pour Page 4 Chapitre 1 Introduction sur les réseaux mobiles premier rôle de permettre la transmission de la voix et des données entre des abonnés mobiles et des abonnés du réseau téléphonique commuté (RTC).  GSM 900 : système radio mobile à vocation urbaine et rurale (macro cellule) et utilisant la fréquence des 900MHz avec des sous bandes de largeur 25MHz : (890- 915) MHz et (935-960) MHz. [2]  DCS 1800 : exploite la fréquence 1800 Mhz avec des sous bandes de largeurs 75 Mhz, destiné pour les réseaux mobiles spécialement dans les zones urbaines (microcellule). [2] 1.2.2.2 Architecture du GSM Un réseau GSM compte une (ou plusieurs) station(s) de base par cellule. La station mobile choisit la cellule selon la puissance du signal. Une communication en cours peut passer d’une cellule à l’autre permettant ainsi la mobilité des utilisateurs. Figure 1.2 : Architecture du GSM. a) Le sous-système radio BSS (Base Station Sub-system) C’est un sous-système qui assure les transmissions radioélectriques et gère la ressource radio. Il est constitué de plusieurs entités dont le mobile, la station de base (BTS, Base Transceiver Station) et un contrôleur de station de base (BSC, Base Station Controller). Cet ensemble administre les canaux radio d’un motif du réseau. [1] Page 5 Chapitre 1 Introduction sur les réseaux mobiles On distingue dans le BSS :  Station mobile (MS – Mobile Station) : La station mobile est composée d’une part du terminal mobile, et d’autre part du module d’identité d’abonné (SIM – Subscriber Identity Module). Le terminal mobile est l’appareil utilisé par l’abonné. Chaque terminal mobile est identifié par un code unique IMEI (International Mobile Equipment Identity). Ce code est vérifié à chaque utilisation et permet la détection et l’interdiction de terminaux volés. Le SIM est une carte à puces qui contient dans sa mémoire le code IMSI (International Mobile Subscriber Identity) qui identifie l’abonné de même que les renseignements relatifs à l’abonnement (services auxquels l’abonné a droit). Cette carte peut être utilisée sur plusieurs appareils. Il est à noter que l’usager ne connaît pas son IMSI mais il peut protéger sa carte à puce à l’aide d’un numéro d’identification personnel à 4 chiffres. [3]  Station de base (BTS - Base Transceiver Station) : Elle consiste en un ou plusieurs d’émetteurs-récepteurs ainsi que leur(s) antenne(s). Généralement, une BTS est associée à une cellule et est située au centre de celle-ci. La communication entre la station mobile et la station de base est réalisée par l’interface Um, appelée aussi interface air ou lien radio.  Le contrôleur de station de base (BSC – Base Station Controller) : Il gère les ressources radio (configuration des canaux, transfert intercellulaire) d’une ou plusieurs stations de base (BTS), en plus d’établir le lien physique entre les BTS et le commutateur de service mobile (MSC - Mobile Switching Center), que nous verrons dans la section suivante. b) Le sous-système réseau NSS (Network Switching Sub-system) : Il joue un rôle essentiel dans un réseau mobile. Alors que le sous-réseau radio gère l'accès radio, les éléments du NSS prennent en charge toutes les fonctions de contrôle et d'analyse d'informations contenues dans des bases de données nécessaires à l'établissement de connexions. Le NSS est constitué de :  Commutateur de service mobile (MSC - Mobile Switching Center) : Cet élément peut être considéré comme le cœur d’un système cellulaire puisqu’il fait la gestion des appels et de tout ce qui est lié à l’identité des abonnés, à leur enregistrement et à leur localisation.  Registre des abonnés locaux (HLR – Home Location Register) : Page 6 Chapitre 1 Introduction sur les réseaux mobiles Il s’agit d’une base de données contenant les informations sur les abonnés appartenant à la région desservie par le commutateur de services mobiles (MSC). Cette base de données contient également la position courante de ses abonnés.  Registre des abonnés visiteurs (VLR – Visitor Location Register) : Cette base de données contient temporairement des informations sur les abonnés qui visitent une région desservie par un MSC autre que celui auquel ils sont abonnés. Ces informations proviennent du HLR auquel l’abonné est enregistré et indiquent les services auxquels l’abonné a droit. Ce transfert d’informations ne se fait qu’une seule fois et n’est effacé que lorsque l’abonné éteint son appareil ou quitte la région du MSC courant. En procédant ainsi, le VLR n’a pas à interroger le HLR à chaque fois qu’une communication est demandée par ou pour l’abonné visiteur. Il est à noter que le VLR est toujours associé à un MSC. [3]  Centre d’authenticitfication (AuC – Authentication Center) : Le Centre d'authentification est une fonction du système qui a pour but de mémoriser pour chaque abonné une clé secrète utilisée pour authentifier les demandes de services et pour chiffrer (crypter) les communications. Le mécanisme d’authentification vérifie la légitimité de la SIM sans transmettre, pour autant, sur le canal radio les informations personnelles de l'abonné. [3]  Registre d’identification d’équipement (EIR – Equipement Identity Register) : Comme nous l’avons vu précédemment, chaque terminal mobile est identifié par un code IMEI. Le registre EIR contient la liste de tous les terminaux validés. Une consultation de ce registre permet de refuser l’accès au réseau à un terminal qui a été déclaré perdu ou volé. c) Le sous-système opération OSS ( Operation Sub-System) : Ce sous-système est branché aux différents éléments du sous-système réseau de même qu’au contrôleur de station de base (BSC). Par une vue d’ensemble du réseau le OSS contrôle et gère le trafic au niveau du BSS. 1.2.2.3 GPRS (General Packet Radio Service) uploads/Ingenierie_Lourd/ chapitre-1.pdf