ARM-1_histor

Stéphane Ubéda & Fabrice Valois
pré[email protected]
INSA Lyon
Département Télécommunications
Services & Usages
&
INSA Lyon
Département Télécommunications
Services & Usages
X
&
INSA Lyon
Département Télécommunications
Services & Usages
Importance des réseaux mobiles
• Technologie relativement « ancienne »
• Technologie en évolution permanente
– Développement des systèmes de 3G
– Apparition des systèmes de 4G
• Enjeu économique
– Potentiel énorme, croissance exponentielle
• Enjeu social
– Nomadisme, télétravail, zone non rentable
• Quels services ?
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ARM Chapitre 1
4
Plan du cours
• Introduction et principes fondamentaux
– Historique
– Technologies alternatives
– Gestion des ressources
– Synoptique de la mobilité
• Illustration à l’aide de GSM
– Canaux logiques, sous-réseaux mobile & fixe,
suivi d'appel, etc.
– Vision paquet
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5
Modalités 4TC-ARM
• 2 séances de TD
• 2 séances de TP
– Norme TETRA (compte-rendu)
– Mobile-traceurs (compte-rendu)
• Note finale = 0.75*DS + 0.25*CC
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6
En savoir plus...
• Réseaux radiomobiles, Tabbane, Ed. Hermès
• Wireless communications, Rappaport, Ed. Prentice Hall
• GSM Switching, Services and Protocoles, Eberspächer
& Vögel, Ed. John Wiley & Sons
• Réseaux GSM-DCS, Lagrange, Godlewski & Tabbane,
Ed. Hermès
• Mobile Radio Networks, Networking & Protocols,
Walke, Ed. Wiley
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ARM Chapitre 1
7
Chapitre 1
Introduction & Historique
Stéphane Ubéda
INSA Lyon
Département Télécommunication
Services & Usages
Agenda
• Des origines à nos jours
• Organismes internationaux/nationaux
• Quelques technologies alternatives
I. Des origines à nos jours
• Les grandes phases
• Évolution du marché
• Évolution des équipements
La mobilité
• Révolution des années 1980
– Technologie
– Sociologique
• Part de marché de plus en plus importante
– Vers les 50% pour le grand public
• La demande précède l’offre
– Objet plus simple qu’un micro-ordinateur
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ARM Chapitre 1
11
Les grandes phases
• Phase I : fondements théoriques
– Cf. cours signal (4TC-COH)
– 1898, Marconi, première communication
mobile entre une île et un bateau
• Phase II : développement des applications
• Phase III : systèmes pour le grand public
• Evolution actuelle
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Phase II : applications
• 1902 : première station mobile de
télécommunication
– US Army, 1 kW, 2 chariots
• 1920 : communication radiomobile
professionnelle
– Taxis, pompiers, services maritimes
• 1950 : explosion des communications
mobiles professionnelles
– 1950 US 100.000 1960 US 10 Millions
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Phase II (suite)
• Premier réseau mobile public cellulaire
– 1958 en Allemagne
– A-Netz
• Systèmes Trunk
– PMR (Professional Mobile Radio)
– ou encore 3RP (Réseaux Radio à Ressources
Partagées)
– Explosion dans les années 70...
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Réseaux Radio-électriques à
Ressources Partagées
• Réseaux privés de radiotéléphonie
– Fermés avec parfois une autorisation de
connexion aux réseaux public
• Partage dynamique de fréquences
– attribution à tour de rôle
– communications courtes et half-duplex
– Bande 150-400 MHz
• France télécom : Praxiphone et Héliophone
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Phase II (suite)
• Nécessité d’une organisation internationale
– 1906 : première World Admistration Radio
Conférence (qui deviendra WRC/CMR)
– 1912 : réglementation de la bande de fréquence
en dessous de 3 MHz
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ARM Chapitre 1
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Phase III : les systèmes grand public
• Systèmes cellulaires
– 1970, développement des systèmes analogiques
• Systèmes sans cordon (Cordless)
– Débute dans les année 80, dépasse le téléphone
fixe
• Messagerie unilatérale (ERMES)
– Débute dans les années 1990, en cours de
disparition
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Les systèmes cellulaires
• AMPS : Advanced Mobile Phone Service
• HCMTS : High Capacity Mobile Telephone System
– Japon
• NMT : Nordic Mobile Telephone system
– Pays scandinaves
• TACS : Total Access
Communications Systems
• Radiocom 2000
– France
Etc...
– Angleterre
• C450
ANALOGIQUE
– USA
– Allemangne
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Exemple de réseaux cellulaires
analogiques
C 450
Pays
Allemagne
Organisme de standardisation DBP Telekom
Année d'introduction
1985
UpLink (MHz)
450.3-454.74
DownLink (MHz)
461.3-465.74
Channel spacing (KHz)
20
Duplex range (MHz)
11
Méthode d'accès
FDMA
Modulation
FSK
Mobile Assited Handover
oui
Fréquences
222
Débits données
2.4
MNT 450
Scandinavi
1981
453-457.5
463-467.5
25
10
FDMA
FFSK
non
180
-
NMT 900
TACS
Scandinavi
UK
CRAG
1986
890-915
935-915
935-960
935-960
25
45
FDMA
FDMA
FFSK
PSK
non
non
1000
-
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ARM Chapitre 1
E-TACS
UK
CRAG
1984 872-905
917-950
25
45
FDMA
PSK
non
1000
-
AMPS
USA
FCC
1983
824-849
869-894
25
45
30
45
FDMA
PSK
non
1320
833
2.4
19
Les systèmes cellulaires
• GSM, DCS, IS95, IS98... UMTS
• TETRA/TETRAPOL
• CT2, DECT, PHS
– Professionnel
– Sans cordon
• MOBITEX
• IEEE 802.11,
– WAN
HIPERLAN
NUMERIQUE
– Grand public
– LAN
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20
Exemples de réseaux cellulaires
numériques
GSM
Pays
Europe
Organisme de standardisation ETSI
Année d'introduction
1992
UpLink (MHz)
890-915
DownLink (MHz)
935-960
Channel spacing (kHz)
200
Duplex Range (MHz)
45
Méthode d'accès
FTDMA
Modulation
GMSK
C/I min (dB)
9
Codec voix
RPE-LPC-LTP
Débit voix
13
Fréquences
124
Time slots/freq
8
Débits données
9.6
Vitesse max mobile
250
DCS 1800
Europe
ETSI
1993
1710-1785
1805-1855
200
95
FTDMA
GMSK
9
RPE-LPC-LTP
13
374
8
9.6
250
D-AMPS
USA
TIA 54
CDMA
USA, Korea
TIA 95
1991
1995
824-849
824-849
869-849
869-894
10
1230
45
45
FTDMA
CDMA
PI/4 PQJPSK QPSK/DQPSK
12
VSELP
ADPCM
7.25
8.55
832
10
38?
100
100
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PDC
Japon
MPT
810-826
940-956
25
130
FTDMA
PI/4 PQJPSK
13
VSELP
6.7
1600
3
9.6-14.4
100
21
Evolution des marchés
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ARM Chapitre 1
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Nombre d’abonnés à la téléphonie mobile (maj de 01/06)
Téléphonie Mobile
Déc. 1997 Déc. 1998 Déc. 1999 Déc. 2000 Déc. 2001 Déc. 2002 Déc. 2003 Déc. 2004 Juin 2005
5'692'400 11'210'100 20'619'000 26'681'300 36'997'400 38'585'300 41'683'100 44'551'800 45'382'800
Dont cartes prépayées
Dont analogique
7'279'489
124'900
47'200
ε
13'257'000 18'060'600 17'105'500 17'146'500 17'131'800 16'848'500
ε
ε
ε
ε
ε
ε
Pour information : nombre de lignes fixes en france = autour de 35 millions
Source : ARCEP (Autorité de Régulation des Communications électroniques et des Postes) = http://www.art-telecom.fr
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23
Marché mondial
1,00
0
Source :
Voix sur réseau Fixe
(millions)
800
600
Voix sur réseau
Mobile
400
Internet
200
0
1996
1998
2000
2002
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ARM Chapitre 1
2004
24
Evolution des équipements
• Avant 1930, tubes à cavités
– Seul le récepteur est mobile
• 1930, émetteur-récepteur VHF sur véhicule
• 1950, circuits intégrés
– communication portable (domaine militaire)
• 1957, transistor
– Réduction du poids et de la consommation
– Equipements portables civils
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25
Equipements modernes
• 1970, VLSI partout (processeur)
– Réduction du volume
• Ex GSM : 350 cc en 92, 100 cc en 1997
– Allongement de l’autonomie
– Réduction du prix
• Nombre de composants 1000 en 1992 à 500 en 1997
• Prix des composants chutent
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ARM Chapitre 1
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II. Acteurs internationaux/nationaux
• International Telecommunication Union
• ETSI
• ARCEP
• ANFR
International Telecommunication Union
• Divisée en 3 régions
– Europe/Afrique/Moyen orient
– Amériques/Groendland
– Asie/Océanie
• Divisée en 3 secteurs
– ITU-R : radiocommunications
– ITU-T : normalisation
– ITU-D : développement des télécommunications
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ARM Chapitre 1
28
ITU-R
• Traite les questions
– techniques, opérationnelles, réglementaires
– Exception : interconnexion avec les réseaux
publics
• Supervise
– International Frequency Registration Board
• Organise
– World Radiocommunications Conference
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ARM Chapitre 1
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Organismes européens
• ETSI
– European Telecommunication Standard Institute
– Publication des normes
– Organisée en comités techniques
• CEPT
– Conférence Européenne des Postes et
Télécommunications
– Partie radio : ERC, European Radio Committee
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ARM Chapitre 1
30
ARCEP
• Autorité de Régulation des Communications
électroniques et des Postes
http://www.art-telecom.fr
• Missions :
– Arbitrage sur les questions de réglementation
– Audit et suivi du marché
– Chef d'orchestre de la déreglementation
– Coordination européenne
ANFR
• Agence nationale des fréquences
http://www.anfr.fr
• Cartographie des antennes
relais
http://www.cartoradio.fr/
III. Technologies alternatives
• ERMES : système de radio-messagerie
• Systèmes sans cordon
– CT2
– DECT
•
•
•
•
Réseaux PMR : MODACOM
Satellites
Boucle locale radio : WiMax
....
Objectifs des réseaux mobiles
• Offrir une large couverture et tenir compte
de la mobilité
– 1G : voix, sans localisation et sans mobilité
– 2G : voix, localisation / mobilité
– 3G : id. + paquets
– 4G : id + inter-technologie
• Offrir un service à de nombreux usagers
• Intégrer de plus en plus de services
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ARM Chapitre 1
34
Radio-messagerie
• Transmission de messages (jusqu'à 4000 octets)
• Pas d'infos de localisation nécessaire
• Terminal = récepteur uniquement (petit, léger, forte
autonomie, bon marché)
• 4 types d'appels : individuel/collectif/groupe/cible
• Pas de garantie de temps
pour délivrer un message
Radio-messagerie : ERMES
•
•
•
•
European Radio Messaging System
Développé par le CEPT en 1986
Normalisé par l'ETSI en 1992
Même bande de fréquences utilisée en Europe :
– 16 canaux de 25kHz dans 169.4125-168.8125MHz
• Gestion de la ressource radio :
– Time Division Network (TDN)
– Frequency Division Network (FDN)
• Implémentation : Tatoo, Kobby, Alphapage...
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ARM Chapitre 1
36
ERMES : applications
• Message jusqu'à 400 caractères
• Débit jusqu'à 64kbit/s (pour applications spécifiques :
surveillance, télémétrie, ...)
• Roaming européen
• Services supplémentaires :
– Pilotage possible via DTFM (dual-tone multiple
frequency)
– Messages prioritaires
– Codage données utilisateurs
– etc.
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ARM Chapitre 1
37
ERMES : architecture
Système sans cordon (CT2)
• Exemple : Bi-Bop (FT)
• Portées : 50m. - indoor / 300m. - outdoor
• Usage : communications mobiles pour
– Réseaux cellulaires d'entreprises
– Réseaux cellulaires régionaux ou locaux
• Pas de gestion de la mobilité
(ni handoff ni roaming)
• Faible coût mais...
• Peu de services...
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ARM Chapitre 1
39
Système sans cordon (CT2) (cont'd)
• Transmission de la voix (numérique)
– Eventuellement des données
• Communication full-duplex
– Mais, connexion manuelle au réseau
– Obligation de se rapprocher d’une borne
– Mouvement limité à la zone de service de la borne
• Faible consommation d’énergie
– Intégration sur ordinateur (Mac PowerBop)
Système sans cordon : DECT
• Digital European/Enhanced Cordless
Telecommunications
• Normalisé par l'ETSI en 1992
• Réseau numérique privé micro-cellulaire conçu pour
les environnements indoor et à forte densité
• Support de la voix et des données
• Appels DECT <-> DECT possible
• Interconnexions via passerelle IWU vers autres
réseaux (PLMN, PSTN, ISDN, etc.)
• Interface GSM, DECT mais utilisé ?
DECT (cont'd) : données
Fréquence
Nbre de fréquences
Canaux/porteuse
Assignation canal
Technologie
Portée
Séparation porteuse
Transmission
Puissance porteuse
Puissance canal
Débit maximal
Longueur de trame
1,8-1,9 GHz
10
12 Duplex
Dynamique
Numérique
50-500 m
1,728 MHz
TDMA
250 mW
10 mW
1,5 Mbits/s
10 ms
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ARM Chapitre 1
42
DECT (cont'd)
• Mobilité (roaming & handoff)
• d(mobile, BS) ~50m. indoor
d(mobile, BS) ~300m. outdoor
• Maximum 1000 utilisateurs/location area (LA)
• Chaque utilisateur possède sa propre DECT fixed
station (DFS) et son propre identifiant au sein de LA
DECT (cont'd) : topologies réseaux
• Private home base stations : 1 BS, x MS
• Wireless private branch exchanges : x BS, x MS
• Public Telepoint systems : couverture ouverte au
public (aéroports, gares, etc.). Mise en place de
facturation.
• Wireless local rings : sorte de boucle locale radio
• Neighbourhood Telepoint : idem mais chaque réseau
privé ne gère sa propre DFS
• Extensions pour supporter plusieurs utilisateurs :
service de localisation avec base de données
DECT (cont'd) : archi. type
RTC, RNIS, GSM
Unité
d’interfonctionnement
Radio Fixed Part
Système
central
Mobile
Controlled
Handover
RPF
RPF
RPF
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ARM Chapitre 1
45
Les réseaux Modacom
• Objectif : accès sans fil/mobile à des réseaux X.25
• Interconnexion native à X.25 (type Transpac) mais
aussi IP, etc.
• Réseau de type PMR (comme TETRA...)
• Technologies :
– Commutation de paquet
– Système trunk
• Facturation au volume
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ARM Chapitre 1
46
PMR ?
• En fait PTMR : Private Trunked Mobile Radio
• Réseaux cellulaires dédiés à des compagnies (taxi,
aéroport, services de sécurité, etc.)
• Caractéristique des systèmes PTMR : mode trunk
– 1 seul canal radio partagé par les utilisateurs
– Et alors ?
Les réseaux Mobicom
• Mis en œuvre aux US, Scandinavie, Angleterre
• Mobitex d’Ericsson - Data Tac de Motorola
Les réseaux Mobitex
• Développé par Ericsson
– Utilisé en Suède depuis 1986
• Standard international de fait
– Transmission 8kbits/s
– Taille des paquets 512 octets
• Réseaux hiérarchiques (type GSM)
– Station de base, commutateurs régionaux et
commutateur principal
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ARM Chapitre 1
49
Réseaux Mobitex (suite)
• Accès aux commutateurs par les réseaux
fixes : X25, TCP/IP, SNA, IBM AS400,
DECNET, RNIS etc...
• Communication 80, 400, 800 ou 900MHz
• La couche transport
– Standard (acquittement, paquétisation, diffusion)
– ou au soin de l’utilisateur du réseau
• Plusieurs protocoles (MASC, AT, X28...)
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ARM Chapitre 1
50
Réseaux Mobitex (Suite)
• Une communauté encore active !
– http://www.mobitex.org
• Dans le monde (2006)
– 30 réseaux, dans 17 pays
– Public : USA, Canada, Belgique, Suède etc...
• En France
– Un seul réseau privé : RATP
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ARM Chapitre 1
51
Mobitex : exemple
• Opérateur américain : Cingular Interactive
• Services grands public :
– Email + messagerie dédiée
– Connexion Palm VII
– Diffusion d ’informations : bourses, stock alerts
• Services entreprises :
– Email + messagerie dédiée + sécurité
– Applications B2C et B2B
– Diffusion d ’informations : bourses, stock alerts
Stéphane Ubéda et Fabrice Valois
ARM Chapitre 1
52
Cingular interactive
Stéphane Ubéda et Fabrice Valois
ARM Chapitre 1
53
Les réseaux VSAT
• Very Small Aperture Terminal
• Trois éléments
– Station principale ou hub
• Concentrateur d’information
• Alimenté par un réseau haut-débit
– Satellite
• Géostationnaire, liaison intersatellite
– Micro-stations
• Antennes parabolique 1.2 à 3.7 mètres
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ARM Chapitre 1
54
Avantages de VSAT
• Tarification insensible
– à la distance,
– aux nombres de communication simultanées
• Diffusion simultanée à plusieurs centaines
de micro-stations
• Souplesse d'utilisation
– installation en deux heures
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ARM Chapitre 1
55
Un réel succès
• Dans le domaine du transport
• Dans le domaine de la sécurité
– Ajout de la fonction GPS
• Global Positionnement System
• Entre 10 et 20 offres de services VSAT
• Performances liés aux nombres de satellites
• Projet Iridium, Motorola (orbite basse 750km)
– 77 satellites : téléphones, messagerie, localisations
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ARM Chapitre 1
56
Usage des VSAT
• Le faible débit de communication limite
l’usage à deux cas de figures
– Pays ayant une infrastructure au sol très pauvre
– Connexion terrestre impossible pour cause
d’éloignement ou de réglementation
internationale
• Principaux clients : les multinationales
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ARM Chapitre 1
57
Antenne VSAT
Info sur le
VSAT forum
http://www.gvf.org
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ARM Chapitre 1
58
Satellite à orbite basse
• LEO = Low Earth Orbit
• Objectif : constellation de
satellites
• Une seule : Irridium
• En cours : Télédésic,
globalstar
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ARM Chapitre 1
59
Télédésic
• Projet de Bill Gates
– Emissions dans la gamme 20-30 GHz
• 840 satellites
– 21 orbites quasi-polaire, 700 km
• Pas de vente directe aux usagers finaux
– Mobile en véhicule
– Mode DAB
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ARM Chapitre 1
60
Télédésic
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ARM Chapitre 1
61
Télédésic
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ARM Chapitre 1
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Irridium
• Consortium piloté par Motorola
• 66 satellites, sur 6 orbites polaires
• Objectif : téléphonie grand public
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ARM Chapitre 1
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Irridium
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ARM Chapitre 1
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Irridium
Stéphane Ubéda et Fabrice Valois
ARM Chapitre 1
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Globalstar
• Loral & Qualcom
– Mais aussi Alcatel...
• 48 satellites, 8 orbites inclinées
– Deux satellites visbles à tout instant
– (handover)
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ARM Chapitre 1
66
Globalstar
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ARM Chapitre 1
67
Globalstar
Stéphane Ubéda et Fabrice Valois
ARM Chapitre 1
68
Beaucoup de projets...
•
•
•
•
Ellipsat
Orbcomm
Odyssey
Aries
Stéphane Ubéda et Fabrice Valois
ARM Chapitre 1
69
Autres technologies radio
• Boucle locale radio, WiMAX
• Ricochet
• IP cellulaire...