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Les réseaux mobiles etsans fil
Réseaux Cellulaires
Hakim BadisIGM, Université de Paris-Est Marne-la-Vallée
H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Introduction
• Les termes mobile et sans fil sont souvent utilisés pourdécrire les systèmes existants.
• Il est important de distinguer les deux catégories deréseaux.
• Dans les réseaux sans fil, le support de communicationutilise l’interface radio : sans cordon, GSM, IS95, UMTS,etc.
• Un utilisateur mobile est défini théoriquement comme unutilisateur capable de communiquer à l’extérieur de sonréseau d’abonnement tout en conservant une même
adresse : IP Mobile, etc.H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Bluetooth
HiperLAN
Wi−FiGSM
IMT−2000
HomeRF
WWANWLANWPAN
100 Kbit/s à 2 Mbit/s< 1 Mbit/s
Faible cout Faible cout Cout élevé
Jusqu’à 3 KmJusqu’à 60 m
de 11 à 54 Mbit/s
Quelques mètre
Réseaux cellulairesRéseaux locaux sans fil
GPRS
Classification des réseaux sans fil
Une classification selon l’étendue géographique, la topologie et l’infrastructure utilisée.
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Les réseaux cellulaires
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Plan de la présentation
Le concept cellulaire
• Partager une zone géographique relativement grande,généralement appelée réseau sans fil large (WWAN, pourWireless Wide Area Network) en un certain nombre desous-zones appelées cellules.
• Affecter une bande de fréquences à chacune des cellules.
• Réutiliser chaque bande de fréquences de trafic
suffisamment éloignées. Cet éloignement minimum secalcule en fonction du diamètre de chaque cellule
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Plan de la présentation
Le concept cellulaire
• La taille de la cellule est variable suivant le relief, la densitéd’abonnés, …
• Les cellules peuvent être hiérarchiques (macro-cellules,micro-cellules, …).
• Chaque cellule possède un émetteur-récepteur
• Les techniques de multiplexage utilisées sont : FrequencyDivision Multiple Access, Time DMA, Code DMA, etc.
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Plan de la présentation
Le concept cellulaire
• On appelle "motif" le plus petit groupe de cellules contenantune et une seule fois l'ensemble des canaux radio.
• Ce motif est répété sur toute la surface à couvrir.
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Plan de la présentation
Le concept cellulaire
• Voici un exemple d'allocation de bande de fréquences, dansle sens Mobile-Antenne, sur un motif à 4 :
La bande de 25 MHz est divisée en 4 sous-bandes (B1 à B4) de 6,25 MHzchacune ;
La distance de réutilisation est D = racine carrée(12) * R soir environ 4R ;
Chaque bande est découpée en 31 porteuses espacées de 200 kHz ;
La capacité instantanée de chaque cellule est de 31 porteuses espacées de 200kHz ;
La capacité instantanée de chaque cellule est de 31 * 7 = 217 communicationssimultanées ; si le motif est répété 10 fois, la capacité du système devient 217 *4 * 10 = 9680 communications simultanées.
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Plan de la présentation
Affectation des canaux
• L’allocation fixe des canaux (FCA : Fixed Channel Allocation)
• L’allocation dynamique des canaux (DCA : Dynamic ChannelAllocation)
• L’allocation hybride des canaux (HCA : Hybrid ChannelAllocation)
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Plan de la présentation
Affectation des canaux
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Technique FCA DCA HCA
Avantages - Gestion simple
- Allocation des canauxavec une distance de
réutilisation optimale
- Très bonne performance
quand le trafic est uniforme
- Allocation
dynamique selon la
demande
-Très bonne
performance quand letrafic est non uniforme
- Allie les
performances de
FCA et DCA
Inconvénients
- Pa s de possibilité
d’utilisation d’au tres canaux
qu’à la su ite d’une
replanification
- Mauvaise performance sitrafic non-uniforme
- C omplexité (calcul
des interférences à
l’arrivée de chaque
appel)
- Mauvaiseperformance lorsque
la charge de trafic estélevée
- Trouver la bonne
valeur du seuil (entre
les canaux fixes et
dynamiques)
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Plan de la présentation
Les problèmes de transmission radio
Débit plus faible que celui du filaire.
Les brouillages dus aux interférences : co-canal et adjacent.
Les brouillages dus au bruit ambiant.
les évanouissements (ou fadings) dans la puissance du signal dus aux
nombreux effets induits par le phénomène de multitrajets.
Erreurs de transmission.
La puissance du signal diminue avec la distance, et la puissance utilisée estsévèrement réglementée par les autorités compétentes des pays ;
Les atténuations de puissance du signal dues aux effets de masques
(shadowing) provoqués par les obstacles rencontrés par le signal sur le trajetparcouru entre l’émetteur et le récepteur.H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Les problèmes de transmission radio
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Base Station (BS) Mobile Station (MS)
multi-path propagation
Path Delay
P o w
e r
path-2
path-2path-3
path-3
path-1
path-1
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Plan de la présentation
Les problèmes de transmission radio
H. Badis. 2007/2008
Transmitted signal:
Received Signals:Line-of-sight:
Reflected:
Delays
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Plan de la présentation
Panorama et génération
CDMA2000
W-CDMA
2G 2G+ 3G 3G+H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Le système GSM
Un standard européen sous l’égide de la CEPT (Conference ofEuropean Posts and Telecommunications Administrations)
1982 : naissance du Groupe Spécial Mobile ν Définir système de communication pour réseaux de mobiles dans la
bande des 900 MHz
1989 : fondation de l’ Institut Européen de Standardisation (ETSI) ν Le GSM devient le Global System for Mobile Communication
1990 : spécifications GSM900 figées
1992 : Le GSM est utilisé dans 7 pays européensH. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Architecture générale d’un réseau
GSMPLMN: Public Land Mobile Network
PSTN: Public Switched Telephone Network PLMN
BSS: Base Station Subsystem
BTS: Base Transceiver StationBSC: Base Station Controller
NSS: Network SubSystem
MSC: Mobile services SwitchedCenter
VLR : Visitor Location RegisterHLR : Home Location RegisterAUC: Authentification CenterEIR : Equipment Identity RegisterMS:Mobile Station
OMC: Operation and maintenance Center
Radio Access Network Core Network
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Architecture vue par le grand public
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Plan de la présentation
MS : Mobile Station
De plus en plus performants : taille, poids et les services radiotéléphonie
Abonnement séparé du terminal
Carte à puce SIM ( Subscriber Identity Module) : – Caractéristiques de l’abonnement – MSISDN (Mobile Station International ISDN Number ) : Numéro international
d’un abonné suivant le plan de numérotation E.164. C’est par ce numéroqu’il peut appeler ou être appelé.
– Identité IMSI (International Mobile Subscriber Identity ) : Identité permanentedu mobile auprès du réseau. Elle n’est pas connue par l'utilisateur.
– Identité TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity ) : Identité temporairedu mobile auprès du MSC.
– Les algorithmes de chiffrement Identité propre au terminal : IMEI (International Mobile Equipment
Identity), allouée lors de sa fabrication
Puissance maximale d’émission de 0.8 à 8 WH. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
MS : Mobile Station
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Numéro d'identification del'abonné dans le réseau
34567890
HLR 1111
Bouygues Telecom20
France208
Numéro d'identification del'abonné attribué par l’opérateur
0618196578
Orange79
France+33
MSISDNIMSI
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Plan de la présentation
MS : Mobile Station
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Plan de la présentation
Le sous système radio BSS
ν νν ν Gérer l’accès au réseau via l’interface air
Base Station Subsystem Network SubSystem
BSC: Base StationController
BTS: Base Transceiver
Station
MSC(contrôleur)
MS: MobileStation
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Plan de la présentation
Le sous système radio BSS : BTS
Un BTS (Base Transceiver Station): station de base d’émission et deréception
Assure couverture radio d’une cellule (rayon de 200m à ~30 km)
1 à 8 porteuse(s) radio, 8 canaux plein débit par porteuse
Prend en charge: modulation/démodulation, correction des erreurs,cryptage des communications, mesure qualité et puissance de réception
H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Le sous système radio BSS : BSC
Un BSC (Base Station Controller) pilote un ensemble de station de base(typiquement ~60).
C’est un carrefour de communication: concentrateur de BTS etaiguillage vers BTS destinataire.
Gestion des ressources radio: affectation des fréquences, contrôle de
puissance… gestion des appels: établissement, supervision, libération des
communications, etc.
Gestion des transferts intercellulaires (handover).
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Plan de la présentation
Le sous système radio NSS
Sous systèmeradio
BSC
BSC
Réseautéléphonique
Commuté (RTC)
Sous système réseau
MSC: Mobile SwitchingCenter
MSC distant VLR
VLR: VisitorLocation Register
HLR: HomeLocation Register
AUC: Authentifica-tion Center
EIR: Equipment Id.Register
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Plan de la présentation
Le sous système radio NSS: MSC
Un MSC (Mobile Switching Center) commutateur numérique en modecircuit
ν Oriente les signaux vers les BSC ν Établi la communication en s’appuyant sur les BD
Assure l’interconnexion avec les réseaux téléphoniques fixes (RTC,RNIS), les réseaux de données ou les autres PLMN.
Assure la cohésion des BD du réseau (HLR, VLR).
Participe à la gestion de la mobilité et à la fourniture des téléservices.
Fournit 3 types de services: ν services de support (transmission données, commutation…) ν téléservices (téléphonie, télécopie…) ν compléments de services (renvoi/restriction d’appels…)
H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Le sous système radio NSS: HLR
HLR (Home Location Register): base de données contenant lesinformations relatives aux abonnés
ν données statiques: IMSI, MSISDN, type abonnement… ν données dynamiques: localisation, état du terminal…
Un HLR logique par PLMN. En pratique, plusieurs bases de donnéesredondantes.
Le HLR sert de référence pour tout le réseau.
Dialogue permanent entre le HLR et les VLR.
H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Le sous système radio NSS: VLR
VLR (Visitor Location Register) : base de données locale ν En général, un VLR par commutateur MSC
Contient les informations relatives aux abonnés présents dans laLocation Area (LA) associée
ν Même info que dans HLR + identité temporaire (TMSI) + localisation
VLR mis à jour à chaque changement de cellule d’un abonné.
H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Le sous système radio NSS: AUC
AUC (AUthentification Center) contrôle l’identité des abonnés et assureles fonctions de cryptage.
Authentification de l’abonné: ν Subscriber Identity Module (carte SIM) contient plusieurs cléssecrètes.
Le HLR consulte l'AUC pour obtenir ces informations lors de la procédured'authentification.
L'AUC est souvent intégré physiquement avec le HLR..
H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Le sous système radio NSS: EIR
EIR (Equipment Identity Register) empêche l’accès au réseau auxterminaux non autorisés (terminaux volés).
A chaque terminal correspond un numéro d’identification: le IMEI(International Mobile Equipment Identity).
A chaque appel, le MSC contacte le EIR et vérifie la validité du IMEI.
H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Identités
• IMSI : identité invariante de l’abonné (intérieur au net)
• TMSI : identité temporaire (mobile-BTS)
• MSISDN : numéro d’abonné (extérieur)
• MSRN : attribué lors d’un appel (acheminement)
H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Identités
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Plan de la présentation
L’interface radio
Technique de multiplexage : F-TDMA
Multiplexage fréquentiel :
Multiplexage temporel d’ordre 8
0 1 2 3 4 5 6 74.62 ms
577 µs
156.25 bit270 kbit/sH. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
L’interface radio
H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
L’interface radio
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
Canal 5
Canal 18
2
34
56
7 3
1
2
5
74
6
H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
L’interface radio
577µs
Frequence(MHz)
4.62ms
Trame TDMA
0 1 2 3 4 5 6 7890.4
890.6
890.8
891.0
Temps
H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
L’interface radio
GSM : 890 MHz à 915MHz, 935 MHz à 960 MHz
DCS 1800 : 1710 MHz à 1785MHz, 1805 MHZ à 1880 MHz
890 905 915
Voie montante GSM
Operateur 1 Operateur 2 Operateur 3
895
H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Timing Advance (TA)
Chevauchement au niveau de la BTS
Compensation de temps de propagation, TA = 2tp
30km == > tp ~ 100 µs
H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Burst : paquet transmis pendant 1 slot
0 1 2 3 4 5 6 7
Données
encryptées
Données
encryptées
3 bits 57 bits 1 26 1 57 bits 3 bits
Durée du paquet 546 µs
Sequence d’apprentissage00100 10111 000010 00100 10111
BS
4,62 ms
Intervalle de garde30,4µs ~ 8,25bits
H. Badis. 2007/2008
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Plan de la présentation
Les canaux logiques
2 grandes classes de canaux logiques : – les canaux dédiés
– les canaux communs Un canal logique dédié fournit une ressource réservée à un seul mobile(point à point). On lui attribue une paire de slots (montant et descendant)où il est le seul à recevoir et à émettre dans la structure de multitrame.Les canaux dédiés sont duplex.
Un canal logique commun est simplex (attribué sur une voie seulementsuivant les cas) et partagé par un ensemble de mobiles. Dans le sens
descendant, les informations sont diffusées et plusieurs mobiles sont àl'écoute. Ces données peuvent concerner le système dans son ensembleou un mobile en particulier qui, par exemple, peut recevoir un appelentrant. Dans le sens montant, la fonction d'accès multiple est remplie.Chacun peut émettre et les collisions sont résolues par les méthodesclassiques de résolution de contention (Aloha slotté).
H. Badis. 2007/2008
L l i
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40
Plan de la présentation
Les canaux logiques
H. Badis. 2007/2008
L l i TCH
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Plan de la présentation
Les canaux logiques: TCH
Les canaux de trafic TCH transportent les données utilisateurs.
Le TCH permet de transmettre la parole à: –13 kbps en Full Rate, –12 kbps en EFR et –5.6 kbps en HR
et des données jusqu’à12 kbps mais en grande partie à9 kbps.
H. Badis. 2007/2008
L l i SDCCH
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42
Plan de la présentation
Les canaux logiques: SDCCH
Des canaux de signalisation SDCCH transportent les données utilisateurs(SMS) et provenant des couches hautes du système : HO, MOC, MTC,location update.
Le débit du canal SDCCH est plus faible, de l'ordre de 800 bps soit1/12ème de la capacité d'un TCH.
Sur un canal physique, on peut placer soit un TCH et son SACCHassocié, soit 8 canaux SDCCH (SDC) et leurs SACCH associés.
H. Badis. 2007/2008
L l i SACCH
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Plan de la présentationLes canaux logiques: SACCH
Les canaux TCH et SDCCH possèdent chacun un canal associé à faibledébit SACCH. Il faut 480 ms pour avoir une mesure SACCH (456 bits)valable.
Il supporte :- compensation du délai de propagation aller-retour par le
mécanisme de TA (timing advance)- contrôle de la puissance d'émission du mobile- contrôle de qualité du lien radio
H. Badis. 2007/2008
L l i FACCH
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Plan de la présentationLes canaux logiques: FACCH
Son intérêt vient du fait que le SACCH est trop lent et induit un retard del’ordre de la demi-seconde impropre à traiter les actions rapides commel’exécution d’un handover.
Si le canal alloué est un TCH, on suspend dans ce cas d’urgence lesinformations usagers et on vole la capacité ainsi libérée afin d’écouler dela signalisation.
Si le canal dédié est un SDCCH, la FACCH est inutile
H. Badis. 2007/2008
Initialisation du terminal
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Plan de la présentationInitialisation du terminal
Scanne les fréquences disponibles (reçues via FCCH)
Mémorise les 30 plus forts signaux, se synchronise (grâce au
canal SCH) et analyse les infos du réseau (reçues via BCCH) Stocké dans la SIM pour un redémarrage plus rapide. Signalisation périodique pour la localisation (PCH et SDCCH)).
935 960
H. Badis. 2007/2008
Procédures de sécurisation des appels
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Plan de la présentation
ppen GSM
Elles sont mises en place : – lors de l’inscription initiale au réseau. – lors d’un changement de LA. – lors d’une demande de connexion générée par la MS. – lors d’une réponse à un message de paging.
Authentification : Permettent d’assurer la confidentialité et l’authenticitédes échanges entre la MS et le réseau.
Chiffrement : Utilisé pour préserver la confidentialité de la voix, des
données et de la signalisation transférées sur le canal radio.
H. Badis. 2007/2008
Processus d’authentification
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47
Plan de la présentationProcessus d authentification
H. Badis. 2007/2008
Processus de chiffrement
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Plan de la présentationProcessus de chiffrement
H. Badis. 2007/2008
Appel sortant (1/3)
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Plan de la présentationAppel sortant (1/3)
Composition d’un numéro Envoi d’une demande de connexion (via RACH) Allocation d’un canal dédié de signalisation SDCCH (via AGCH) Procédures d’authentification et d’autorisation d’appel Le réseau route la demande vers la destination
H. Badis. 2007/2008
Appel sortant (2/3)
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50
Plan de la présentationAppel sortant (2/3)
PSTN
BTS
1BSC1
MSC
VLR1
MSC
VLR2
LAI 1
MS
A
B
MSISDN
MSISDN (A)CC+ NDC + SN63 2 5113580HLR
H. Badis. 2007/2008
Appel sortant (3/3)
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51
Plan de la présentationAppel sortant (3/3)
VLR DBIMSI MSRN Services
Speech
BTS1
BTS2BSC
2
BSC1
MSCVLR1
MSCVLR2
HLR
HLR Enquiry
MS
MS
B
IMSI
B
C
MSISDN
MSISDN (C)CC+ NDC + SN63 918 9499247
IMSI = MCC+MNC+MSIN MSISDN
HLR DBMSISDN IMSI VLR Address Sub. Data63+918+9499247 310+02+1234567890 vlr1 services
H. Badis. 2007/2008
Appel entrant
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52
Plan de la présentationAppel entrant
H. Badis. 2007/2008
Handover
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53
Plan de la présentationHandover
Processus qui permet de basculer une communication en cours d’uncanal physique à un autre sans que la qualité du service ne soitdégradée. Le but est d’allouer un autre canal dédié à une MS déjà en
mode dédié Un handover peut se produire pour deux raisons : les mesures ou le
trafic. Différents cas de handover :
- Allocation Intracellulaire (changement de time slot)- Intercellulaire (changement de cellule sur le même BSC)- Intra MSC (changement de cellule sur un BSC différent mais
dans le même MSC)- Inter MSC (changement de cellule sur un MSC différent)- Inter réseau (changement de réseau)
H. Badis. 2007/2008
Handover
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54
Plan de la présentationHandover
H. Badis. 2007/2008
Limitations de GSM pour le transfertd d é
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55
Plan de la présentationde données
Débit de transmission limité à 9 kbps.
Temps d’établissement long : 20 ~ 25 s.
Facturation selon le temps de connexion et non pas en fonction duvolume de données transférées.
Pas de souplesse dans l’adaptation du débit.
Interconnexion complexe avec les réseaux paquet.
H. Badis. 2007/2008
é
Solutions proposées pour faireé l l GSM
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56
Plan de la présentationévoluer le GSM
H. Badis. 2007/2008
Pl d l é i
Le transfert de données en GSM
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57
Plan de la présentationLe transfert de données en GSM
BSS NSS
Réseau dedonnéesBTS MSC IWF
InterWorkingFunction
IWF (InterWorking Function) : Interface entre réseau GSM et réseauextérieur.
2 modes de fonctionnement :(a) Mode transparent (pas de correction d’erreurs) : conditions favorables (bon
SNR, mobilité restreinte), débit utilisateur théorique : 14,4 kbit/s
(b) Mode non transparent : utilisation d’un protocole de reprise sur erreur RLP(Radio Link Protocol), débit utilisateur théorique : 9,6 kbit/s (taux d’erreur :4/1000)
H. Badis. 2007/2008
Pl d l é t ti
HSCSD : High Speed Circuit SwitchedD t
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
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58
Plan de la présentationData
HSCSD : High Speed Circuit Switched Data
Évolution essentiellement logicielle du GSM
Repose sur la possibilité d’allouer simultanément plusieurs canauxphysiques
• Jusqu’à 4 canaux par trame ie 57,6 kbit/s en mode transparent
Peu de succès : seulement utilisé dans ~15 pays
• Allemagne, Autriche, Danemark, Grande Bretagne, Hongrie, Luxembourg,
Suisse
H. Badis. 2007/2008
Pl d l é t ti
HSCSD : High Speed Circuit SwitchedData
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59
Plan de la présentationData
HSCSD : High Speed Circuit Switched Data
Évolution essentiellement logicielle du GSM
Repose sur la possibilité d’allouer simultanément plusieurs canauxphysiques
• Jusqu’à 4 canaux par trame ie 57,6 kbit/s en mode transparent
Peu de succès : seulement utilisé dans ~15 pays
• Allemagne, Autriche, Danemark, Grande Bretagne, Hongrie, Luxembourg,
Suisse
H. Badis. 2007/2008
Pl d l é t ti
La technologie GPRS
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60
Plan de la présentationg
GPRS : General Packet Radio Service
Basé sur GSM
Données en mode non connecté, par paquets
Objectif : accès mobile aux réseaux IP
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
Avantages du GPRS
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61
Plan de la présentationg
Débit théorique 171, 2 kbit/s
En pratique plutôt 30 kbit/s
Facturation à la donnée
Connexion permanente possible
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
Réseau GPRS
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62
Plan de la présentation
BTS
BSC MSCInfrarouge
Bluetooth
SGSN
GGSN
SGSN
Réseau IP
Serving GPRS Support Node
Gateway Gprs Support NodeUne connexion IP est allouée de bout en bout
entre le PC et le SGSN. L’adresse IP reste
la même en cas de handoverH. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
Réseau GPRS
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63
Plan de la présentation
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
Exemple de routage
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
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64
Plan de la présentation
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
Caractéristiques de la technologieGPRS
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65
Plan de la présentationGPRS
La principale nouveauté est l’allocation dynamique de canal; ce quiautorise des transferts à débit variable.
Le GPRS est capable d’allouer :
– le même time slot à plusieurs utilisateurs
• partage des ressources lors des périodes chargées – plusieurs time slots à un seul utilisateur (maximum 8)
• atteinte de hauts débits (maximum théorique 171,2 kbits/s )
Les canaux UL et DL sont réservés séparément et il est possible que lesservices GPRS et GSM utilisent alternativement le même time slot.
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
Modes de codage
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
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66
Plan de la présentation
La norme prévoit quatre formats de codage (Coding Scheme) de tramessur la voie radio : CS1, CS2, CS3 et CS4.
Plus un format de codage est résistant aux interférences plus son débitinstantané est faible.
Les phases d’évolution du GPRS – Phase 1: introduction de CS1 et CS2
– Phase 2: introduction de CS3 et CS4
125.6 kb/s15.7 kb/sCS3
171.2 kb/s21.4 kb/sCS4
108.8 kb/s13.6 kb/sCS272.4 kb/s9.05 kb/sCS1
8 slots1 slotCode
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
Modes de codage
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 67/110
67
Plan de la présentation
Débit utilisateur par format de codage, en fonction du rapport signal/bruit
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
GPRS et QoS
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 68/110
68
Plan de la présentation
Le GPRS supporte différents niveaux de qualité de service (QoS). Cettecaractéristique permet aux opérateurs de facturer les services GPRSselon le profil de QoS souscrit à l’abonnement.
Quatre paramètres définissent la qualité de service :
– Classe de priorité – Classe de fiabilité – Classe de délai / retard – Classe de débit
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
Terminaux GPRS
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
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69
Plan de la présentation Les terminaux GPRS sont groupés en trois classes dont les
caractéristiques sont les suivantes:
Mobile de classe A - Attachement au GSM et au GPRS.
• Signalisation/connexion GPRS et GSM simultanément
• Données simultanées de Voix et de Paquets• Deux canaux radio sont nécessaires.
Mobile de classe B - Attachement au GSM et au GPRS.
• Signalisation GSM et GPRS simultanément; Connexion GSM ou GPRS
exclusif (Lors d’un appel téléphonique, la connexion GPRS passe à l’état«Busy or Held»)
• Mode Voix et Paquets à l’alternat
• Implémentation complexe Mobile de classe C - Attachement au GSM ou au GPRS.
• Signalisation/connexion GPRS OU Signalisation/connexion GSM
• La commutation entre les deux services est manuelle
• Implémentation simpleH. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
Terminaux GPRS
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 70/110
70
Plan de la présentation
L’usage attendu du GPRS est la consultation interactive de serveurs, ellenécessite un débit plus important sur la voie descendante que sur la voiemontante.
La norme spécifie donc sur la voie descendante des contraintes égalesou plus importantes que sur la voie montante. On rencontre donc pluscouramment des classes de type : «2+1», «3+1»ou «4+1».
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
Terminaux GPRS
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 71/110
71
Plan de la présentation
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
Applications GPRS
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 72/110
72
Plan de la présentation
Accès au Web
Messagerie électronique
Transfert de fichier
Commerce électronique
Services d’information – météo,
– résultats sportifs, – trafic routier.
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
Applications GPRS
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 73/110
73
Plan de la présentation
Accès au Web
Messagerie électronique
Transfert de fichier
Commerce électronique
Services d’information – météo,
– résultats sportifs, – trafic routier.
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
Manque de succès commercial
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 74/110
74
p
Pas d’applications décisives pour le grand public
Réseaux GSM déjà saturés
Stratégie marketing souvent floue
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
EDGE
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 75/110
75
p
EDGE : Enhanced Data for GSM Evolution
HSCSD et GPRS augmentent le débit GSM
EDGE est utilisé comme complément avec HSCSD et GPRS.
EDGE + HSCSD = ECSD
EDGE + GPRS = E-GPRS
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
EDGE
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 76/110
76
p
Introduction d’une nouvelle modulation : 8-Phase Shift Keying (8-PSK)
Débit maximum brut théorique : 300 kbps (E-CSD) et 380 kbps (E-GPRS)
I
1 bit par symbole
1
GMSK Modulation
Q
I
3 bits par symbole
(0,1,0)
(0,0,0) (0,1,1)
(1,1,1)
(1,1,0)
(1,0,0)
(1,0,1)
(0,0,1)
EDGE Modulation
0
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
EDGE
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 77/110
77
p
182,4kbps553,6kbpsDébit utile dans 8 slot (théorique)22,8kbps69,6 kbpsDébit utile par slot
116348Bits par slot
13Bits par symbole
GMSK8-PSK
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
3G
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 78/110
78
p
Transport de données sans fil (voix, multimédia, autres) à haut débit surla même connexion
Possibilité de roaming au niveau mondial, et donc compatibilité entretous les réseaux.
Coexistence avec les réseaux préexistants, en particulier le GSM (du
moins pendant les premières années de l’exploitation).
Un réseau cœur IP (v4, v6).
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
3G : les standards
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 79/110
79
Les technologies 3G suivent les recommandations IMT2000 de l’ITU(International Telecommunication Union)
En Europe : UMTS
En Amérique : CDMA-2000 qui est une évolution de CDMAOne
Au Japon et en Corée : W-CDMA
En Chine : TD-SCDMA
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
3G : Interfaces radios
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 80/110
80H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 81/110
81
UMTS : Universal Mobile Telecommunication System
Les spécifications techniques sont développées au sein du 3GPPP
UMTS est basé sur la technologie W-CDMA (Wideband Code DivisionMultiple Access, multiplexage par code à large bande)
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : performance
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 82/110
82H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
Couverture de l’UMTS
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 83/110
83
Satellite
MacrocellMicrocell
UrbanIn-Building
Picocell
Global
Suburban
Macro-cellule , 144 kbps, pour 500 km/h
Micro-cellule , 384 kbps, pour 120 km/h
Pico-cellule , 2 Mbps, pour 10 km/h.
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : Accés radio
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 84/110
84
Deux technologies d’accès radio (UTRA –Universal Terrestrial RadioAccess) sont proposées dans l’UMTS
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : les modes UTRA
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 85/110
85
MSS
DL
FDD
DL
TDD
UL/DL
MSS
UL
FDD
UL
TDD
UL/DL
1900 19801920 2010 2025 2110 22002170
4 porteusesde 5MHZ 12 porteusesde 5MHZ 6 porteusesde 5MHZ 3 porteusesde 5MHZ 12 porteusesde 5MHZ 6 porteusesde 5MHZ
UTRA/FDD (Frequency Division Duplex) : – En France, l’ART a attribué 3 porteuses FDD à chaque opérateur ayant acquis une
licence UMTS – Bien adaptée à des trafics symétriques sur les voies montante et descendante
(transmission de la parole) et à des environnements outdoor avec une grande mobilité. – La technique d’accès multiples utilisée est le W-CDMA
UTRA/TDD (Time Division Duplex) : – En France chaque licence UMTS comprend une porteuse TDD – Bien adaptée à des trafics asymétriques surles voies montante et descendante (services
orientés multimédias) et à des environnements indoor avec une mobilité restreinte. – La technique d’accès multiples utilisées sont : TD/CDMA et TD/SCDMA
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : les modes UTRA
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86H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : présentation du CDMA
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 87/110
87
Plusieurs utilisateurs sur une même onde porteuse
Répartition de l’information radioélectrique émise sur une bande defréquences plus large que l’originelle.
L'intérêt de l’étalement est d'obtenir une meilleure diversité fréquentielle etune sensibilité moindre aux brouilleurs.
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : présentation du CDMA
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 88/110
88
DataSignal Spreading
Data
SpreadingCode
TransmittedSignal
SpreadingCode
TransmittedSignal
S(f)
f
S(f)
f
TSymbol
TChip
On appelle gain d'étalement ou Spreading Factor SF la longueur L du code
(= nombre de chips de la séquence de code utilisée) Débit Bit * Longueur du code = Débit Chip L’information résultante est étalée sur une bande passante plus large
(5MHZ)
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : présentation du CDMA
5/8/2018 Wireless Networks IR3 - slidepdf.com
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89
Le récepteur multiplie la totalité du signal large bande par le même code, ilextrait ainsi du bruit uniquement l’information initiale qui retrouve son débitoriginel
Les données des autres utilisateurs restent étalés.
Plus l’étalement est important, plus les interférences diminuent
De-SpreadSignal
Signal De-Spreading
SpreadingCode
De-SpreadSignal
SpreadingCode at Rx
ReceivedSignal
S(f)
f
S(f)
f
TSymbol
TChip
ReceivedSignal TChip
SpreadingCode at Tx
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : présentation du CDMA
S(f)
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90
De-Spread
Signal
Signal De-Spreading
SpreadingCode
De-SpreadSignal
SpreadingCode at Rx
ReceivedSignal
S(f)
S(f)
f
TSymbol
TChip
ReceivedSignal
Spreading
Code at Tx f
Brouilleur
Signal étalé
signal
De-spreading Brouilleur
Signal étalé
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : présentation du CDMA
R i f U 1
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http://slidepdf.com/reader/full/wireless-networks-ir3 91/110
91
m1(t)
c1(t)
m1(t)c1(t)
m2(t)
c2(t)
m2(t)c2(t)
Transmitter for User 1
Transmitter for User 2
SymbolT
0∫ ∫∫ ∫
Receiver for User 1
WirelessChannel
m1(t)c1(t)+m2(t)c2(t)
SymbolT
0
∫ ∫∫ ∫
Receiver for User 2
c1(t)
c2(t)
m1(t)+m2(t)c1(t)c2(t)
m2(t)+m1(t)c1(t)c2(t)
m1(t)+e1(t)
m2(t)+e2(t)
m’ 1(t)
m’ 2(t)
mi(t): Information Message of User ici(t): Spreading code of user iei(t): Interference sensed at receiver of user I
m’ i(t): Message detected at receiver
La valeur de ei(t) depend de la correlationcroisée entre c1 & c2
ei(t)=0 if c1 & c2 sont orthogonals
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : présentation du CDMA
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92
Corrélation : mesure la manière dont deux variables varient simultanément.Une forte corrélation implique une grande ressemblance.
Auto-corrélation :
Cross-corrélation
Orthogonalité
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : présentation du CDMA
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93
Codes orthogonaux peuvent être calculé par la matrice Walsh-Hadamard
n n
2n 1n n
H HH where H 1
H H
= == == == =
−−−−
2
1 1
H 1 1
==== −−−−
4
1 1 1 1
1 1 1 1H
1 1 1 1
1 1 1 1
− −− −− −− − ==== − −− −− −− −
− −− −− −− −
c1
c2
c1
c2
c3
c4
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : présentation du CDMA
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94
Codes orthogonaux peuvent être calculé par l’arbre OVSF (OrthogonalVariable Spreading Factor)
Les codes sont générés selon un arbre
Une modulation avec des codes de longueur variable est possible
1
1,1
1,-1
1,1,1,1
1,1,-1,-1
1,-1,1,-1
1,-1,-1,1
SF=1 SF=2 SF=4 SF=8
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : présentation du CDMA
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95
Les codes orthogonaux ne sont pas auto-corrélés
Les codes orthogonaux ne sont pas cross-corrélés
Les codes orthogonaux considèrent une synchronisation parfaite !!!
Les codes orthogonaux disponibles sont limités
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : présentation du CDMA
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96
Théoriquement, les séquences aléatoires ont une meilleure auto-corrélation
L’aléatoire parfait n’existe pas!!!!!!!!!!
Les séquences pseudo aléatoires peuvent être générées par des registres
à décalage. Dans ce cas les séquences sont nommées : séquences Gold
La cross-corrélation des séquences Gold n’est pas nulle mais reste limitée
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : présentation du CDMA
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97
Chaque séquence possède 2n -1 d’un et 2n -1-1 de zéros
Séquence 1: 1111100011011101010000100101100
Séquence 2: 1111100100110000101101010001110Séquence 30: 1000010001000101000110001101011
1 2 3 4 5
54321
31
12
=
−=
N
N n
n=5
H. Badis. 2007/2008
Plan de la présentation
UMTS : W-CDMA
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98H. Badis. 2007/2008
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UMTS : architecture
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UMTS et GSM : architecture
Other nets
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100
Node B Node B
RNC
PSTN
BSC
GSMBTS
GSMBTS
PCU
Other nets
GGSN
SGSN
GGSN
SGSNMSCu u
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3,5G : HSDPA
HSDPA pour High Speed Downlink Packet Access
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HSDPA pour High Speed Downlink Packet Access
HSDPA est un protocole réseau basé sur la couche Internet (IP)permettant d'atteindre des débits de 10-20 Mbits/s, contre pas plus de 2
Mbit/s pour l'UMTS et une latence de 60ms.
Contrairement à l’UMTS, HSDPA fait transiter les flux descendants parpaquet, en s'appuyant directement sur les mécanismes de la couche
Internet (IP).
HSDPA exploite trois grandes méthodes : la modélisation et le codageadaptables (MCA), l'algorithme de communication multi-entrées et multi-sorties (MIMO) et la requête automatique hybride (HARQ).
La prochaine technologie : HSOPA (pour high-speed OFDM packet accesstechnology) ===> 40 Mbits/s et 20ms de latence.
H. Badis. 2007/2008
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4G : interopérabilité entre les réseaux
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4G : interopérabilité entre les réseaux
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4G : interopérabilité entre les réseaux
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véhicule> > 100ms4,8Kbps> 50KmSatellite0
Mobili.LatenceDébitDiam.Classifi.Niv.
Piéton/véhicule100ms100Kbps500mMicrocellules2
Mobili.LatenceDébitDiam.Classifi.Niv.
véhicule>100ms19,2Kbps50KmMacrocellules0
Mobili.LatenceDébitDiam.Classifi.Niv.
Bureau/étage
Bâtiment/Campus
Métropolitain
Region
Piéton<<10ms1-50Mbps10mPicocellules0
Piéton<10ms1-2Mbps100mNanoocellules1
Mobili.LatenceDébitDiam.Classifi.Niv.
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4G : interopérabilité entre les réseaux
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Handover VerticalHandover horizontal
UMTS
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Les réseaux locaux sans fil
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Introduction
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107
Les réseaux locaux sans fil se sont des réseaux géographiquement limités,dans lesquels les terminaux se trouvent tous dans un milieu restreint entaille.
Plusieurs possibilités peuvent être envisagées pour la réalisation de cesréseaux : soit la communication hertzienne s’effectue sur l’ensemble dusite, soit les communications s’effectuent à l’intérieur de petites cellules
reliées entre elles.
Les communications entre les équipements terminaux peuvent s’effectuerdirectement ou par le biais d’une borne intermédiaire.
Les communications entre bornes de concentrations, elles peuvents’effectuer de façon hertzienne ou par câble.
H. Badis. 2007/2008
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Introduction
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Les réseaux locaux sans fil connaissent actuellement d’importantdéveloppement.
Plusieurs gammes de produits sont actuellement commercialisées, etplusieurs tendances se dégagent :
Ceux qui desservent les équipements d’un seul utilisateur (les réseauxpersonnels, ou PAN : Personal Area Network),
ceux qui desservent une entreprise (WLAN) ceux qui connecte des utilisateurs sur une distance métropolitaine (WMAN)
Ces réseaux peuvent atteindre des débits de plusieurs mégabits parseconde, voire de plusieurs dizaines de mégabits par seconde.
H. Badis. 2007/2008
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Introduction
C d d bil d i d
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Ces standards permettent aux mobiles de communiquer entre eux dans unmême réseau d’accès.
Ils ne sont pas prévus généralement pour permettre de passer d’un réseaud’accès à un autre comme les systèmes mobiles cellulaires.
Intérêt principal : offrir par le sans fil les services habituellementaccessibles par voie filaire (Ethernet)
Le câblage n’est plus nécessaire : mise en place d’un réseau dans un bâtimentclassé « monument historique », de courte durée (chantiers, expositions, locaux
loués, formation) Confort d’utilisation : tous les participants d’une réunion sont automatiquement
connectés
Gain en coût pour la mise en place d’un réseau pour tout bâtiment nonpréalablement câblé
H. Badis. 2007/2008
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Questions??
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