Les réseaux étendus sans fil ont connu un essor
sans précédent dans le monde de la technologie. Ils sont
basés sur le système cellulaire et concerne le
radiotélephone. Le système cellulaire subdivise la zone de
couverture du réseau en sous zone appelé cellule, Chaque cellule
est couverte par une station de base qui fait office d'intermédiaire
entre les terminaux de la cellule et reste du réseau. Les stations de
base utilisent les ondes hertziennes comme boucle local. De ce fait, deux
stations de base adjacentes doivent utiliser des fréquences
différentes pour parer au problème d'interférence.
La figure 1.5 [HYB05] illustre l'architecture cellulaire et la
réutilisation de la fréquence.
Il existe plusieurs générations selon
l'évolution du mode de communication et plusieurs normes.
F5 F2 F3 F7 F1 F4
F4 F6 F5
F7 F1
Figure 1.5: Réseaux cellulaires
Standards Européens
· GSM (Global System for Mobile
communication)
C'est en 1982, lors de la Conférence Européenne
des Postes et Télécommunications (CEPT) que fut
créé le Groupe Spécial Mobile (GSM). Celui-ci avait pour
objectif de spécifier un système de normes européennes
pour les radiocommunications. En 1992, le GSM est rebaptisé <<
Global System for Mobile communications >> ; ce changement de nom
symbolise le passage du concept de laboratoire au produit commercial.
Le GSM autorise l'envoi et la réception de messages
courts (SMS : Short Message Services), la transmission de données en
mode circuit, ainsi qu'un grand nombre de services supplémentaires
[Tis99].
La bande de fréquence de cette norme européenne
s'élève à l'origine à 900 MHz. Elle a
été ensuite mise en oeuvre avec des fréquences autour de
1800 MHz [Rah93] [AgF99]. La Figure 1.6 illustre les différents
composants constituants un réseaux GSM.
Figure 1.6 : Composants d'un réseau
GSM.
· les stations de base ou BTS (Base Transceiver Station)
: ce sont les antennes qui sont chargées de communiquer avec les
téléphones portables. La zone de communication couverte par une
station de base est appelée cellule - d'où le terme <<
réseau cellulaire >> ;
· les contrôleurs de station de base ou BSC (Base
Station Controller) : ces composants sont chargés de gérer un
ensemble de stations de base ;
· les centres de commutation de service mobile ou MSC
(Mobile-service Switching Centre) qui doivent organiser les communications dans
le réseau ;
· les enregistreurs de localisation de visiteurs ou VLR
(Visitor Location Register) : ces bases de données, associées aux
centres de commutation, stockent des informations de localisation
précises sur des utilisateurs mobiles ;
· l'enregistreur de localisation nominal ou HLR (Home
Location Register) qui est une base de données centrale -
éventuellement dupliquée - contenant les informations sur les
abonnés (dont une information de localisation comme la zone de
localisation) ;
· le centre d'authentification des abonnés ou AUC
(AUthentification Centre) qui est une base de données chargée
d'assurer l'authentification des utilisateurs.
· GPRS (General packet Radio Service)
Une évolution du GSM, le GPRS [Tis99]
est vu comme étant un conduit, permett ant aux applications
situées dans un terminal mobil de se connecter à des bases de
données. Il présente l'avantage de faire une taxation selon le
volume de donnée transmis et non pas sur la duré de la
communication. Ceci s'explique par la non utilisation de l'interface radio
durant toutes la duré de la communication grâce à la
commutation de paqué. Avec ce mode de transmission le GPRS offre des
débit variable compris entre 9,6 kbits/s et 17 1,2 kbits/s.
· UMTS (Universal Mobile Telecommunications
System)
Désigne une technologie retenue au niveau de la
normalisation internationale dans la famille dite "IMT 2000" comme norme pour
les systèmes de télécommunications mobiles de
troisième générat ion [BFM97] [AgF99].
L'UTMS permet des améliorations par rapport au GSM,
notamment :
· Un accès plus rapide à Internet depuis les
téléphones portables, par un accroissement significatif des
débits des réseaux de téléphonie mobile.
· Amélioration de la qualité des
communications en tendant vers une qualité d'audition proche de celle de
la téléphonie fixe.
· Etablissement d'une norme compatible à
l'échelle mondiale, contrairement aux technologies actuelles (les normes
utilisées aux Etats-Unis et au Japon ne sont pas toutes compatibles avec
le GSM).
· Tend à résoudre le problème
croissant de saturation des réseaux GSM, en particulier dans les grandes
villes.
· Utilisation du codage DS-CDMA (Direct Sequence -
Code Division Multiple Access) qui, outre un nombre important d'avantages,
permet la réutilisation de la même bande de fréquence pour
toutes les cellules voisines (avec GSM, les cellules voisines ne peuvent
utiliser les même bandes de fréquence car elles interfèrent
les unes avec les autres d'où un arrangement minutieux et
compliqué de bandes de fréquence des cellules).
Les technologies développées autour de la norme
UMTS conduiront à une amélioration significative des vitesses de
transmission avec des débits supérieurs à 3 84Kbp/s et
pouvant aller jusqu'à 2Mbp/s (en zone urbaine, avec une mobilité
réduite).
Une des grandes nouveautés réside dans le
fractionnement des cellules en zones (voir Figure 1.7) qui offrent des
débits variables en fonction de la mobilité [BFM97]: zone
intérieure et urbaine, zone urbaine, zone suburbaine et agricole, et
enfin zone globales.
Zone 1 intérieure et urbaine : communication
permanente, densité élevée d'utilisateurs, vitesse
maximale de déplacement jusqu'à 10 km/h et débit
assuré de 2 Mbp/s.
Zone 2 urbaine : micro-cellules utilisées pour les
lieux publiques, rayon de service de plusieurs centaines de mètres,
densité assez élevée d'utilisateurs, vitesse
jusqu'à 120 km/h et débit de 480 kbp/s.
Zone 3 suburbaine et agricole : macro-cellules pour
densités de population moyennes, rayon de service de plusieurs
kilomètres, mobilité moyenne assurée (jusqu'à 500
km/h et débits de 384 kbp/s pour les vitesses moyennes (120 km/h) ou 144
kbp/s pour les vitesses élevées. Zone 4 globales : tout ce qui
n'est pas couvert par les zones 1 à 3 à savoir, zones peu
peuplées, océans, déserts, montagnes, etc. Le MSS (Mobile
Satellite Systems) doivent couvrir ces zones. La mobilité atteint les
1000 km/h avec un débit de 144 kbp/s. En principe, les satellites
doivent assurer une couverture partout où l'infrastructure cellulaire
fait défaut.
Figure 1.7: Fractionnement des cellules en
zones dans la technologie UMTS
Standards Américains
· IS-54 et IS-136
L'IS-54 est basé sur la méthode d'accès
TDMA et a été implémenté par certains
opérateurs cellulaires aux côtés de leurs réseaux
analogiques en 800 MHz. Ce standard a également été retenu
pour être utilisé dans le cadre des réseaux PCS (Personal
Communication Services) large bande sous l'appellation IS-136 [HSJ98]
[Cou99].
· IS-95 ou N-CDMA
Qualcomm a développé une technologie
basée sur la technique d'accès CDMA (Code Division Multiple
Access) [AgF99]. L'IS-95 ou N-CDMA (Narrowband CDMA) est censé supporter
10 à 15 fois la capacité des réseaux AMPS (AMPS :
Advanced Mobile Phone System) contre un gain de 3 pour l'IS-54
[Gar00].
La norme IS-95 a commencé à être retenue
dans quelques pays en dehors des Etats-Unis en particulier en Asie et en
Amérique du Sud.
Un standard japonais PDC (Personal Digital Cellular
system)
Lancé par DoCoMo qui a rajouté une sur-couche
de communication par paquets appelée PDC-P. La norme japonaise de
radiotéléphonie cellulaire numérique s'appuie, comme le
GSM, sur le mode d'accès TDMA et fonctionne dans deux bandes de
fréquences : 800 MHz et 1,5 GHz. Cette norme est intéressante, et
commence à prendre place dans d'autres régions, car elle est le
support d'accès du service I-Mode qui est un service d'Internet mobile
utilisant le format des données cHTML (Compact HTML) qui est une
déclinaison allégée du HTML adaptée aux terminaux
mobiles. L'avantage du I-Mode par rapport à la technologie Wap, c'est
que l'i-mode permet de ne garder le terminal connecté que le temps
nécessaire aux transferts des données.
Les réseaux cellulaires peuvent être classés
en 3 générations suivant leurs développement chronologique
[GHJ99].
La première génération est analogique, nous
citons à titre d'exemple les systèmes :
- AMPS (Advanced Mobile Phone System): développé
par Bell Labs en 1970, la première
utilisation commerciale était au Etats Unis en 1983. Il
exploite la bonde de fréquence de
800 MHz.
- NMT 450 (Nordic Mobile Telephones/450):
développé par Ericsson et Nokia. Travail sur la bande de 450
MHz.
- NMT 900 (Nordic Mobile Telephones/900): l'utilisation de la
bande de 900 MHz au lieu de 450 MHz.
- TACS (Total Access Communications System) :
développé par Motorola. Il est similaire à AMPS. Il
utilise la bande de 900 MHz. Il a été utilise la première
fois au Royaume Uni en 1985.
- C-Netz : utilisé principalement en Allemagne et en
Australie, utilise la bande de 450 MHz.
- RC2000 (RadioCom 2000) : Un system Français
lancé en novembre 1985.
Les systèmes de radiotéléphonie
cellulaire ont vu, après une première génération
constituée uniquement de réseaux analogiques, l'arrivée
des technologies numériques au début des années 1990 en
Europe (GSM) et au Japon (PDC). Les Etats-Unis ont suivi quelques années
plus tard (IS-136 et IS-95).
Il existe une génération 2+ (dite aussi 2.5 G)
avec le GPRS, évolution du système GSM. Celui-ci permet la
commutation de paquets et des débits de 105 KBits/s. Dans ce cas, IPV4
est obligatoire.
La troisième génération permet d'utiliser
IP dans un contexte multimédia. Les terminaux peuvent avoir une adresse
fixe, certaines normes comme l'UMTS impose IPv6. Le nom générique
pour les différentes normes 3G est IMT-2000.
Tableau 1.3: Les Générations des
réseaux cellulaires.
