Informatique mobile et sans fil

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INFORMATIQUE

MOBILE ET SANS FIL

Cheikh Bamba Gueye

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Avant-propos

L’Université Virtuelle Africaine (UVA) est fière de participer à accès à l’éducation dans les pays africains en produisant du matériel d’apprentissage de qualité. Nous sommes également fiers de contribuer à la connaissance globale, pour nos ressources éducatives sont principalement accessibles de l’extérieur du continent africain.

Ce module a été développé dans le cadre d’un programme de diplôme et diplôme en

informatique appliquée, en collaboration avec 18 institutions partenaires dans 16 pays africains.

Un total de 156 modules ont été développés ou traduits pour assurer la disponibilité en anglais, français et portugais. Ces modules sont également disponibles en tant que ressources éducatives ouvertes (OER) à oer.avu.org.

Au nom de l’Université Virtuelle Africaine et notre patron, nos institutions partenaires, la Banque africaine de développement, je vous invite à utiliser ce module dans votre

établissement, pour leur propre éducation, partager aussi largement que possible et participer activement aux communautés AVU de pratique d’intérêt. Nous nous engageons à être à l’avant-garde du développement et de partage ouvert de ressources pédagogiques.

L’Université Virtuelle Africaine (UVA) est une organisation intergouvernementale

panafricaine mis en place par lettre recommandée avec un mandat d’augmenter l’accès à l’enseignement supérieur et de formation de qualité grâce à l’utilisation novatrice des technologies de communication de l’information. Une charte instituant la UVA Organisation intergouvernementale, signée à ce jour par dix-neuf (19) Les gouvernements africains - Kenya, Sénégal, Mauritanie, Mali, Côte d’Ivoire, Tanzanie, Mozambique, République démocratique du Congo, Bénin, Ghana, République de Guinée, le Burkina Faso, le Niger, le Soudan du Sud, le Soudan, la Gambie, la Guinée-Bissau, l’Ethiopie et le Cap-Vert.

Les institutions suivantes ont participé au programme informatique appliquée: (1) Université d’Abomey Calavi au Bénin; (2) University of Ougagadougou au Burkina Faso; (3) Université Lumière Bujumbura Burundi; (4) Université de Douala au Cameroun; (5) Université de

Nouakchott en Mauritanie; (6) Université Gaston Berger Sénégal; (7) Université des Sciences, Techniques et Technologies de Bamako au Mali (8) Institut de la gestion et de l’administration

publique du Ghana; (9) Université des sciences et de la technologie Kwame Nkrumah au Ghana; (10) Université Kenyatta au Kenya; (11) Université Egerton au Kenya; (12) Université d’Addis-Abeba en Ethiopie (13) Université du Rwanda; (14) University of Salaam en Tanzanie Dar; (15) Université Abdou Moumouni Niamey Niger; (16) Université Cheikh Anta Diop au Sénégal; (17) Université pédagogique au Mozambique; E (18) L’Université de la Gambie en Gambie.

Bakary Diallo le Recteur

Université Virtuelle Africaine

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Auteur

Cheikh Bamba Gueye

Pair Réviseur

Maissa Mbaye

UVA – Coordination Académique

Dr. Marilena Cabral

Coordinateur global Sciences Informatiques Apliquées

Prof Tim Mwololo Waema

Coordinateur du module

Victor Odumuyiwa

Concepteurs pédagogiques

Elizabeth Mbasu Benta Ochola Diana Tuel

Equipe Média

Sidney McGregor Michal Abigael Koyier

Barry Savala Mercy Tabi Ojwang

Edwin Kiprono Josiah Mutsogu

Kelvin Muriithi Kefa Murimi

Victor Oluoch Otieno Gerisson Mulongo

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Droits d’auteur

Ce document est publié dans les conditions de la Creative Commons Http://fr.wikipedia.org/wiki/Creative_Commons

Attribution http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/

Le gabarit est copyright African Virtual University sous licence Creative Commons Attribution- ShareAlike 4.0 International License. CC-BY, SA

Supporté par

Projet Multinational II de l’UVA financé par la Banque africaine de développement.

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Avant-propos 2

Crédits de production 3

Copyright Remarquer 4

Supporté par 4

Prérequis . . . 5

Matériaux . . . . 5

Objectifs du cours . . . . 6

Unités . . . . 6

Évaluation . . . . 6

Plan . . . . 7

Lectures et autres ressources . . . . 8

Unité 0. Évaluation diagnostique 11

Introduction à l’unité . . . . 11

Objectifs de l’unité . . . . 11

Termes clés . . . . 11

Évaluation de l’unité . . . . 12

Unité 1. Introduction à l’Informatique mobile 16

Termes clés . . . . 16

Activités d’apprentissage . . . . 18

Rétroaction . . . . 23

Conclusion . . . . 31

Résumé de l’unité . . . . 32

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Unité 2. Techniques d’accès au média dans un environnement sans fil 35

Termes clés . . . . 35

Unité 3. Systèmes et normes des réseaux sans fil 60

Termes clés . . . . 60

Unité 4. Sécurité mobile et sans fil 88

Introduction à l’unité . . . 88

Termes clés . . . . 88

Références . . . . 103

Résumé de l’unité . . . 103

Lectures et autres ressources . . . 104

Résumé de l’unité . . . 105

Références du cours . . . 108

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Bienvenue à Informatique mobile et sans fil

Les progrès des communications au cours des dernières années ont permis l’émergence de diverses technologies, qui depuis tentent de répondre aux besoins réels de ses utilisateurs avec la meilleure qualité possible. La communication sans fil a gagné une place considérable dans les technologies de transmission de données et à cesser d’être considéré comme étant uniquement dédiée aux communications longues distances (faites par satellite). Avec ce module, vous apprendrez comment les communications mobiles cellulaires et les réseaux ont évolué dans le temps et comment ils s’intègrent aux réseaux IP.

Prérequis

• Avant de suivre ce module, l’apprenant devrait avoir :

1. Une connaissance des concepts généraux de l’informatique, de l’outil informatique et des logiciels de base de bureautique sont nécessaires. Vous devez aussi être à l’aise avec le fonctionnement d’Internet.

2. Une connaissance des principes fondamentaux des systèmes d’exploitation (SE), de sa structure, et de son fonctionnement (Windows, Linux, etc). En outre, l’installation des SE et leur maintenance doivent aussi être aussi maitrisées.

3. Une connaissance du modèle OSI, maitriser les différents protocoles de routage de la couche réseau qui permettent l’interconnexion des machines, et enfin maîtriser les protocoles de la couche liaison de données qui permettent le contrôle d’accès dans mes réseaux LAN.

Ces quelques modules disponibles dans les cours de l’UVA vous permettent d’acquérir ces différents prérequis :

• Introduction à l’informatique appliquée (BJ01)

• Introduction aux systèmes d’exploitation (FJ04)

• Communication de données et réseaux informatiques (G12)

Matériaux

Les matériaux nécessaires pour compléter ce cours comprennent:

• Point d’accès mobile;

• Logiciels de simulation (GNS3, Cisco Packet Tracer, Scanner de fréquence Wifi);

• Kit antennes sur la fréquence des 5Ghz.

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Objectifs du cours

À la fin de ce cours, l’étudiant devrait être en mesure de :

• Décrire les concepts fondamentaux des réseaux mobiles;

• Décrire les différents techniques d’accès au media dans un environnement sans fil;

• Décrire les différentes technologies afférentes aux différentes générations de réseaux mobiles et de réseaux sans fil;

• Analyser les différents mécanismes pour sécuriser un réseau sans fil.

Unités

Unité 1 Introduction à l’Informatique mobile et sans fil

Cette unité permet d’acquérir des connaissances sur l’évolution des communications radio.

Elle fournit une bonne compréhension des ondes radio et permet de faire les bons choix lors du déploiement.

Unité 2: Techniques d’accès au media dans un environnement sans fil

Cette unité aborde la couche de contrôle d’accès au média (Medium Access Control, MAC) qui permet de réglementer l’accès au support dans environnement sans fil multipoint dans un réseau sans fil.

Unité 3: Systèmes et normes des réseaux sans fil

Cette unité permet d’acquérir des connaissances sur les générations de réseaux mobiles de la première à la quatrième et les réseaux téléphoniques sans fil.

Unité 4: Sécurité mobile et sans fil

Cette unité introduit les notions de bases sur la sécurité et les différents types d’attaque. Elle aborde aussi les meilleures solutions de sécurité Wi-Fi comme le WPA.

Évaluation

Les évaluations formatives (vérification de progrès) sont incluses dans chaque unité.

Les évaluations sommatives (tests et travaux finaux) sont fournies à la fin de chaque module et traitent des connaissances et compétences du module.

Les évaluations sommatives sont gérées à la discrétion de l’établissement qui offre le cours. Le plan d’évaluation proposé est le suivant:

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(évaluation sommative)

Cette évaluation peut être de préférence un projet pour évaluer les compétences en développement acquise.

2 Evaluation unité 1 (évaluations formatives)

15% Note sur 20 ou 100. Ils peuvent composés avec les évaluations données dans le cours.

15% Note sur 20 ou 100. Ils peuvent être composés avec les évaluations données dans le cours

15% Note sur 20 ou 100. Ils peuvent être des projets en ligne ou composés avec les évaluations données dans le cours

15% Note sur 20 ou 100. Elles peuvent être des projets en ligne ou composées avec les évaluations données dans le cours

Plan

Unité Sujets et Activités Durée estimée

1 : Introduction à l’Informatique mobile et sans fil

Activité 1.1 Contexte et évolution des communications radio

Activité 1.2 Couverture radio

Activité 1.3 Evolutions et tendances des systèmes cellulaires

Activité 1.4 Evaluation de l’Unité

6 heures

6 heures 6 heures

3 heures

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2 : Techniques d’accès au média dans un environnement sans fil

Activité 2.1 Les réseaux sans fil

Activité 2.2 La norme 802.11 : couche MAC Activité 2.3 Le déploiement d’un réseau sans fil 802.11

Activité 2.4 Evaluation de l’Unité

10 heures 12 heures 9 heures 3 heures

3 : Systèmes et normes des réseaux sans fil

Activité 3.1 Les réseaux mobiles et de téléphonies sans fil

Activité 3.2 De la deuxième génération (2G) à la deuxième génération et demie (2.5G) des réseaux mobile

Activité 3.3 Les technologies de la troisième génération (3G) à la quatrième génération (4G) des réseaux mobile

Activité 3.4 Evaluation de l’unité

15 heures

8 heures

3 heures

4 : Sécurité mobile et sans fil

Activité 4.1 Introduction à la sécurité

Activité 4.2Types d’attaques dans les réseaux Wi-Fi

Activité 4.3 Les solutions de sécurité Wi-Fi Activité 4.4 Evaluation de l’unité

6 heures 7 heures 15 heures

3 heures

Lectures et autres ressources

Les lectures et autres ressources dans ce cours sont indiquées ci-dessous.

Unité 0

Lectures et autres ressources optionnelles:

• Le support de cours du module “Introduction à l’informatique appliquée – BJ01”

• Le support de cours du module “Introduction aux systèmes d’exploitation - FJ04”

• Le support de cours du module “Communication de données et réseaux - G12”

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Unité 1

Lectures et autres ressources suggérées :

• Les Réseaux, Guy Pujolle, Editions 2008, Edition Eyrolles, 2008.

• Lexique de Termes et Acronymes Reseaux & Telecom, Hervé Frenot,Edition 09/2015http://lexique.reseaux.free.fr/Fichiers/Lexique%20de%20Termes%20 et%20Acronymes%20Reseaux%20&%20Telecom.pdf

• Les réseaux sans fil, Jean-François PILLOU,http://www.commentcamarche.net/

contents/1309-reseaux-sans-fil-wireless-networks

Unité 2

• Les Réseaux, Guy Pujolle, Editions 2008, Edition Eyrolles, 2008.

• Lexique de Termes et Acronymes Reseaux & Telecom, Hervé Frenot,Edition 2015,http://lexique.reseaux.free.fr/Fichiers/Lexique%20de%20Termes%20et%20 Acronymes%20Reseaux%20&%20Telecom.pdf

• Les réseaux sans fil, Jean-François PILLOU,http://www.commentcamarche.net/

contents/1309-reseaux-sans-fil-wireless-networks

• Réseaux Locaux Sans-Fil, Bamba Gueye, Université Cheikh Anta Diop, Edition 2016,https://drive.google.com/open?id=0B_Z2d7wJeWPlMWliQ2dpVmhKZGM

Unité 3

• Les Réseaux, Guy Pujolle, Editions 2008, Edition Eyrolles, 2008

• Réseaux GSM et les différents, L. A. Steffenel, Université Reims Champagne Ardenne,http://cosy.univ-reims.fr/~lsteffenel/cours/Master2/0708-RMHD/

RezoMob-Cours6-Cellulaires-GSM.pdf

• Lexique de Termes et Acronymes Reseaux & Telecom, Hervé Frenot, Edition 09/2015http://lexique.reseaux.free.fr/Fichiers/Lexique%20de%20Termes%20 et%20Acronymes%20Reseaux%20&%20Telecom.pdf,

• GPRS : Principes et Architecture, Tutorial de Simon ZNATY EFORT,http://www.

efort.com/r_tutoriels/GPRS_EFORT.pdf Lectures et autres ressources optionnelles:

• 3GPP R6 (release 6), http://www.3gpp.org/specifications/releases/74-release-6

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Unité 4

• Introduction à la sécurité, Openclassrooms.com,https://openclassrooms.com/

courses/les-reseaux-de-zero/introduction-a-la-securite-2

• Introduction à la sécurité des réseaux, Pascal Urien, Telecom ParisTech, http://

perso.telecom-paristech.fr/~urien/intro_securite_novembre_2014.pdf

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Unité 0. Évaluation diagnostique

Introduction à l’unité

Cette unité permet de vérifier si les connaissances que vous devez avoir avant de commencer le cours sont acquises. Vous devez faire les évaluations de cette unité avant de démarrer les activités d’apprentissage pour aider à rafraîchir vos connaissances.

Objectifs de l’unité

À la fin de cette unité, vous devriez prouver votre connaissance des pré requis :

• utiliser un système d’exploitation ;

• décrire le fonctionnement d’Internet ;

• décrire le rôle et le fonctionnement du modèle référence OSI et ses dérivées ;

• décrire le rôle de la couche réseau et les protocoles de routage ;

• décrire le rôle de la couche liaison de données et les techniques d’accès qui sont utilisées dans un LAN ;

• décrire le fonctionnement de la technologie Ethernet.

Termes clés

CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance OSI: Open System Interconnexion

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol): protocole de transport utilisé sur Internet pour échanger et transmettre des données.

TCP est un protocole de transport fiable orienté connexion et le protocole IP assure le routage et l’acheminement des paquets.

Réseau local: ensemble d’ordinateurs reliés entre eux par une connexion filaire ou sans fil et pouvant échanger des données. Lors de l’usage d’Internet, votre box ADSL et votre ordinateur sont situés sur le même réseau local CIDR: Classless Interdomain Routing

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) : permet le transport à haut débit asymétrique de données (sens montant, sens descendant) sur les fils de cuivre classique du téléphone de manière permanente

SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line) : permet le transport à haut débit symétrique de données sur les fils de cuivre classique du téléphone de

manière permanente

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Firewall ou pare feu: outil de sécurisation de l’ordinateur lorsque celui-ci est connecté à Internet. Son objectif est de vérifier les ports IP ouverts et de bloquer toute émission ou réception de données sur des ports IP non autorisés par l’utilisateur.

ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) créée en octobre 1998, l’ICANN intervient principalement dans la définition des règles de création des adresses Internet. L’attribution de ces adresses est confiée à ses représentants locaux qui gérent scrupuleusement les adresses IP disponibles afin de garantir qu’une même adresse publique n’est pas utilisée deux fois. En cas de doublons d’adresses, Internet devient instable et ses capacités à transmettre des datagrammes (bloc d’information échangés) sur le réseau sont compromises. En outre, il gère les numéros de ports et il est l’autorité de régulation des noms de domaine.

Évaluation de l’unité

Vérifiez votre compréhension!

Test auto-évaluation de connaissances Directives

Ce test est sous forme de questions et d’actions à réaliser pour évaluer votre bonne connaissance de la mise en place de réseaux locaux d’entreprise. Il est constitué de 20 questions/actions.

Système de notation

Chaque bonne réponse ou action réalisée avec succès rapporte 5%. Le système de notation est décrit par le tableau suivant :

Note sur 100 Commentaire

[80,100] Succès

[0,79[ Echec. Nécessite une action de remédiation (lecture des liens supplémentaires).

Évaluation

1. Sur la base de 3 critères que vous définirez faites un tableau comparatif du modèle OSI et du modèle TCP/IP.

2. A quoi sert l’algorithme de Backoff du CSMA/CD ? Comment la détection de collision se passe avec cet algorithme CSMA/CD.

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3. Sur la base de trois critères que vous définirez, faites un tableau comparatif des adresses IPv4 de classe A, B, et C.

4. Est-ce que deux machines appartenant à deux réseaux distincts peuvent avoir une même adresse IPv4 privée identique? Qu’en est-il s’il agit d’adresses IPv4 publiques.

5. De quoi a besoin une machine ayant une adresse IP privée pour se connecter au réseau Internet ?

6. Quelle est le rôle des adresses Ipv4 privées ?

7. Donner les différences qui existent entre les types adressages VLSM et CIDR.

8. Donner les différences qui existent entre liaisons spécialisées et les accès par ADSL.

9. Pourquoi avec une ligne ADSL on peut simultanément téléphoner et naviguer sur Internet contrairement à l’accès RTC.

10. Quelles sont les différences qui existent entre une liaison spécialisée, SDSL et ADSL. Dans quels cas est-il préférable de les utiliser. Avec les nouveaux services proposés dans l’Internet, est-il préférable pour une connexion Internet à domicile d’avoir une connexion SDSL ou ADSL

? Justifiez votre réponse.

11. Expliquer le rôle du service DNS dans l’Internet. L’Internet peut-il se passer du service DNS

? Justifiez votre réponse.

12. Quel est le protocole de transport utilisé par les applications ci-dessous : (5 points) a. FTP

b. DNS

c. Courrier électronique d. Le WEB

e. Telnet f. Skype

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13. Nous disposons d’une plage d’adresses IP allant de 190.195.0.0 à 190.251.0.0. Nous avons besoin de créer des sous réseaux de 300000 machines utilisables.

a. Calculer le nouveau masque de sous-réseau à considérer pour les sous réseaux;

b. Donner les toutes les adresses des sous-réseaux utilisables qu’on peut créer;

c. Fournir l’adresse de réseau du deuxième sous réseau de même la première machine utilisable, la dernière machine utilisable et l’adresse de diffusion (broadcast).

14. Consulter la ressource ci-dessous et sur la base de 4 critères que vous définirez, faites un tableau comparatif des différents modes de connexions à Internet.

a. www.awt.be/contenu/tel/res/res,fr,fic,090,000.pdf

15. Faites la comparaison entre systèmes d’exploitation temps réels et intégrés.

16. De nos jours, quelle est la norme technologie la plus utilisée dans la téléphonie mobile a. FDMA

b. GSM c. IDEN

17. A quoi sert le SSID ?

18. Les communications sans fil exigent-elles le passage par un point d’accès ? 19. Que signifie la 3G ?

a. Trois fois plus de espaces pour stocker des données b. La technologie de troisième génération

c. Trois personnes qui parlent en même temps

20. La technologie CDMA présente une approche différente par rapport aux autres techniques : a. Elle est basée sur l’utilisation d’un ordinateur

b. Elle est basée sur un changement de fréquence c. Elle est basée sur une utilisation de codes

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Lectures et autres ressources

Les lectures et ressources de cette unité sont se trouvent au niveau des lectures et autres ressources du cours.

Si vous n’avez pas réussi le test vous pouvez réviser en lisant les liens ci-dessous :

• Introduction à l’informatique appliquée (BJ01)

• Introduction aux systèmes d’exploitation (FJ04)

• Communication de données et réseaux informatiques (G12)

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Unité 1. Introduction à l’Informatique mobile

Introduction à l’unité

Cette unité permet d’acquérir des connaissances sur l’évolution des communications radio.et une bonne compréhension des ondes radio. En outre, la propagation des ondes radio et les problèmes rencontrés lors de leur transmission vont être illustré. Les techniques de mise en place de cellules de communications tenant compte de la distance et du nombre d’utilisateurs vont être abordées.

Objectifs de l’unité

À la fin de cette unité, vous devriez être capable de:

• décrire l’évolution des communications radio ;

• décrire les stratégies d’affectation et de réutilisation de fréquence radio ;

• décrire les différentes stratégies d’amélioration de la capacité des systèmes cellulaires.

Termes clés

ETSI: (European Telecommunications Standards Institute), c’est-à-dire l’Institut européen des normes de télécommunications, est l’organisme de normalisa- tion européen du domaine des télécommunications.

SRD : (Standard Radar Definitions) l’organisme international de régulation des bandes de fréquences.

CDMA (Code Division Multiplexing Access) – Étalement en spectre (division par code)

Réseau AMPS: (Advanced Mobile Phone Service) aux USA (Chicago, AT&T, 1979) ; 1er système mondial en nombre d’abonnés jusqu’en 1997

Réseau NMT: (Nordic Mobile Phone) en Suède (Ericsson, 1981)

Réseau TACS: (Total Access Coverage System adapté du système AMPS

au 900MHz) en UK (Vodafone, ex-Racal Telecoms, 1985)

Réseau RADIOCOM 2000: (450MHz) en France (France Télécom, 1985)

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DECT : (Digital European Cordless Telecommunications) - Norme européenne pour une radiocommunication vocale numérisée point à point entre un téléphone ou un terminal portable léger et une station de base. La norme DECT prévoit le transfert inter cellule = roaming).

IS95 : système de 2ème génération américain PDC: système de 2ème génération japonais

PHS: Personal Handset System (se substitue au pager ; pas cellulaire ; 1995) Tarif faible à vitesse élevée (64kbits/s) et mobilité limitée.

CT2 : Norme de radiotéléphone numérique sans fil. Le CT2 définit de petits terminaux de poche permettant d’appeler en communiquant par l’intermédi- aires de bornes situées à quelques centaines de mètres, mais pas de recevoir.

GSM: Global System for Mobile Communications : TDMA-based , standard originé en Europe mais utilisé mondialement

GSM/IS-54: téléphones mobiles de 2ème génération.

PCS : (Personal Communication System)

UMB : (Ultra Mobile Broadband) proposé par la société Qualcomm pour améliorer le CDMA2000 mais fut abandonné novembre 2008 au profit en du LTE.

GPRS : C’est une évolution du GSM qui permet la commutation de paquets..

MS: (Mobile Station) Une station mobile GPRS (MS, peut fonctionner dans l’une des classes suivantes.

EDGE: (Enhanced Data rate for GSM Evolution) c’est une évolution de la technologie GPRS (débits jusqu’à 230 kbits/s).

UMTS: (Universal Mobile Telecommunications System) est l’évolution du GSM pour offrir des services 3G.

HSPA : (High Speed Packet Access). Il permet d’accéder aux services mobiles avec un haut débit.

HSDPA : (High-Speed Downlink Packet Access) Evolution de l’UMTS qui fait évoluer les débits en réception (dans le sens réseau vers le terminal) à 2 Mbit/

seconde (puis, si l’on croit les fournisseurs de terminaux ; 3 Mbits et jusqu’à

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HSDPA : (High-Speed Downlink Packet Access) Evolution de l’UMTS qui fait évoluer les débits en réception (dans le sens réseau vers le terminal) à 2 Mbit/seconde (puis, si l’on croit les fournisseurs de terminaux ; 3 Mbits et jusqu’à 14Mbit/s.

LTE: (Long Term Evolution) c’est une évolution de HSPA.

IMSI : (International Mobile Subscriber Identity) est un numéro unique stocké dans la carte SIM et qui permet d’identifier un usager dans les réseaux GSM, UMTS ou LTE.

carte SIM : (Subscriber Identity Module)

MSISDN : (Mobile Station ISDN Number) est le numéro de téléphone « connu du public » de l’usager GSM ou UMTS par opposition au numéro IMSI.

Seul le Home Location Register connaît la correspondance entre le MSISDN et le numéro IMSI contenu dans la carte SIM de l’abonné.

IP : Internet Protocol

VSAT : Very Small Aperture Terminal USAT : Ultra Small Aperture Terminal LAN: Local Area Network

MAN: Metropolitan Area Network WAN: Wide Area Network

WLAN: Wireless Local Area Network

WMAN: Wireless Metropolitan Area Network

WWAN: Wireless Wiide Area Network

Activités d’apprentissage

Activité 1.1 - Contexte et évolution des communications radio Introduction

La communication sans fil est le transfert d’information sur une distance sans l’utilisation d’un conducteur électrique ou filaire. Les distances peuvent être très courte (à l’image d’une télécommande de télévision) ou très longue (environ de 1000 km ou des milliers de km pour

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la radio communication). Toutefois, le terme “sans-fil” est utilisé dans les deux situations. Les communications sans fil sont considérées comme une branche des télécommunications.

Le terme “sans fil” est utilisé pour décrire les télécommunications dans lesquelles les ondes électromagnétiques sont utilisées pour transporter le signal sur une partie ou de bout en bout de la communication. Comme exemple nous pouvons citer :

• Les téléphones portables : leur but est de fournir une voix pour les applications portables et mobiles à la fois personnelle et professionnelle

• Le GPS (Global Positioning System) : permet aux conducteurs de voitures et de camions, les capitaines de bateaux et navires, et les pilotes d’avions de déterminer leur emplacement n’importe où sur terre.

1. Histoire des communications mobiles

Le terme « télécommunication » est un préfixe qui vient du grec « tele » signifiant « loin » et du latin « communicare » qui signifie «partager». Dans l’antiquité, la communication fut apparue en modulant la lumière en mode ON et OFF. Durant les années 150 avant JC, les grecs ont eu à utiliser la fumée pour communiquer entre eux. Ceci montre que l’humain a eu tout le temps besoin de communiquer sans l’utilisation d’un support physique. La chronologie ci-dessous montre les tournants de la communication radio :

• 1794, Claude Shape invente la télégraphie optique pour la communication sans fil à longue distance

• 1834-1874, Philip Reis découvre les principes de la téléphonie

• 1835, le code Morse est inventé par Samuel Morse pour la télégraphie

• 1886, Heinrich Rudolf Hertz découvre les ondes électromagnétiques dans l’air

• 1906, Robert Von Lieben invente le tube à vide

• 1937, Guglielmo Marconi invente la télégraphie sans fil

• 1958, mise en place en Allemagne du premier réseau “A.Netz” qui était analogique avec une fréquence porteuse 160 MHz.

• 1972, le réseau B.Netz va suivre toujours en Allemagne en utilisant la même fréquence 160 MHz. Ici la position actuelle du récepteur mobile doit être connue.

• 1981, le Mobile Telephone System Nordic (NMT) a été développé avec la bande 450 MHz comme porteuse

• 1982, Inmarsat qui est un satellite fut lancé

• 1984, Le Cordeless Téléphone (CT1) à la suite de son prédécesseur, le CT0 de 1980, fut lancé. C’est la naissance des premières générations de réseaux

• 1987, CT2 a été développé et il utilise le spectre à 864MHz et offre un canal de données avec un débit de 32 Kbit/s

• 1991, ETSI a adopté la norme numérique européenne Cordless Telephone (DECT) pour la téléphonie numérique sans fil avec un spectre de 1880-1900 MHz. A cette époque la technique d’accès Code Division Multiple Access (CDMA) a également

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• 1992, le Global System for Mobile communication (GSM) a été normalisé

• 1994, les réseaux GSM-1800 en Europe également connus comme DCS 1800 (Digital Cellular System) ont commencé avec une meilleure qualité

• 1996, HiperLAN (High Performance Radio LAN) est normalisée par l’ETSI

• 1998, les systèmes mobiles de télécommunications universelles (UMTS) furent développés par les Européens

• 1999, le Bluetooth a été normalisé

• 2000, General Packet Radio Service (GPRS) a a été développé.

• 2001, IMT-2000 (International Mobile Telecommunications for the year 2000) c’est le sigle choisi par l’UIT pour désigner les cinq technologies d’accès radio des systèmes cellulaires de la troisième génération

• 2007, la 4G basé sur un cœur de réseau “Tout-IP” a vu le jour.

2. Et le téléphone portable ?

Il est appelé téléphone portable, ou téléphone mobile, ou téléphone cellulaire et il a

révolutionné notre quotidien. Il nous permettait de téléphoner dans sa première version mais aujourd’hui il nous permet de téléphoner, d’envoyer et de recevoir des données.

Le téléphone portable est né à partir de plusieurs technologies dont certaines étaient déjà connues à la fin des années 1940. Cependant, la paternité est attribuée à Martin Cooper et Joel Engel qui étaient des ingénieurs dans les laboratoires de la firme Motorola. Le premier

appel téléphonique fut réalisé en avril 1973 par eux-mêmes.

En 1983, Motorola lança le portable DynaTAC 8000X qui avait 25 cm de longueur (sans compter l’antenne) pour un poids de 783 grammes. Même si les dimensions sont énormes de nos jours, il s’agit à l’époque du plus petit téléphone.

Figure A.1.1.1 : Le Motorola Dynatac 8000X dit BRICK PHONESource : http://

simplyknowledge.com/uploads/script/martincooper/Martin-Cooper-here-bg.jpg Le boom de la téléphonie mobile est arrivé avec la deuxième génération (2G) de réseau vers les années 1990 (norme GSM, Global System for Mobile Communications). Actuellement, nous assistons à l’avènement de téléphones de troisième génération (3G) et même de quatrième génération (4G). Il y a aussi une interopérabilité des systèmes de communications mobiles.

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Les téléphones intègrent de nombreuses innovations qui permettent d’envoyer des sons, des vidéos, de faire la vidéoconférence, de regarder la télévision, de naviguer sur Internet, porte-monnaie électronique, etc. Les utilisateurs peuvent accéder aux différents services n’importe où, n’importe quand. Nous sommes à l’ère de l’ubiquité. Ceci est possible grâce à l’interopérabilité

3. Les types de réseaux sans fil

• Les réseaux personnels sans fil (WPAN) :

• le WPAN est utilisé pour les courtes distances entre équipements proches. Nous pouvons citer les technologies suivantes:

• Bluetooth (IEEE 802.15.1) proposé par Ericsson en 1994 avec un débit théorique de 1 Mbps et une portée maximale d’environ 30 mètres pour des fréquences entre 2,4 et 2,483 Ghz.

• HomeRF (Home Radio Frequency), qui fut abandonné en 2003 proposait un débit théorique de 10 Mbps. Il faut noter que la portée et de 50 à 100 mètres sans amplificateur.

• La technologie ZigBee (IEEE 802.15.4) est adéquate pour la domotique et les petits appareils électroniques.

• Les liaisons infrarouges avec des débits quelques mégabits permettent de créer des liaisons sans fils de quelques. C’est une technologie très souvent utilisée dans la domotique.

• Les réseaux locaux sans fil (WLAN) :

• Son application principale est dans les lieux publics (universités, aéroports, entreprises, privé). Le principal problème avec ce type de réseau est souvent un temps de fonctionnement de 2,4 GHz (802.11b) peut conduire à des interférences des téléphones sans fil. Nous avons comme technologies :

• Le WiFi (ou IEEE 802.11), offre des débits théoriques de 200 Mbit/s et est soutenu par WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance).

• hiperLAN2 (High Performance Radio LAN 2.0) permet d’obtenir un débit théorique de 54 Mbit/s sur distance de 30 mètres et avec des fréquences comprises entre 5 150 et 5 300 MHz.

• DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) représente la norme des téléphones sans fils domestiques.

• Les Réseaux métropolitains sans fils (WMAN)

• Les WMAN (IEEE 802.16) qui désignent la Boucle Locale Radio (BLR) sont utilisés pour desservir les villes.

• La phase 3 de WiMAX offre des débits de l’ordre du Gbit/s. Cette version de WiMax qui peut être vu comme le WiMAX fixe est une alternative à l’ADSL pour les zones rurales.

• Réseaux étendus sans fils (WWAN)

• Les réseaux WAN représentent les technologies traditionnelles de transport de voix et des données. Nous pouvons citer :

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• GSM : elle utilisait uniquement la bande de fréquence radio autour des 900 MHz. Elle a été étendue à deux autres bandes autour des 1800 (DCS 1800) et 1900 MHz (DCS 1900) (norme utilisée principalement aux États Unis).

• GPRS (General Packet Radio Service) est une technique de commutation sur les bandes de fréquences de 900 MHz et 1 800 MHz.

• UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) utilise une plage de fréquences voisines des 2 GHz. La couverture de l’UMTS est divisée en plusieurs cellules de taille variable. Chaque cellule est conçue en fonction de la densité de population à servir et de la vitesse de la mobilité.

• EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution) est une technologie intermédiaire entre le GSM et l’UMTS disponible depuis 2003. Elle offre un accès rapide à l’internet à une vitesse de 200 Kbits/s pour un utilisateur stationnaire.

• HSPA (High Speed Packet Access). Il désigne les améliorations apportées à la fois au flux descendant (HSDPA) et au flux ascendant (HSUPA). Il permet d’augmenter la vitesse de transfert des données, d’accroître la capacité des systèmes des opérateurs et de renforcer l’efficacité spectrale.

• La 4G est fondée sur un cœur de réseau IP, est à la convergence de plusieurs réseaux, et ne provoque pas de rupture technologique avec le réseau 3G (UMTS). Il fournit un accès haut débit aux données, permettant un passage sans interruption de service entre plusieurs points d’accès radio.

La Figure A.1.1.2 ci-dessous montre l’évolution des technologies WWAN

Figure A.1.1.2 : Les technologies WWAN Source : Felix Singo, OS12 Module

Par ailleurs, il faut noter les réseaux satellites:

• Avec Spoutnik qui a été lancé e 4 Octobre 1957

• Le 11 Juillet 1962 a été lancé le Telstar I (AT & T) qui fut le premier satellite de communications

(25)

Conclusion

L’évolution des systèmes de télécommunications mobiles a été abordée dans cette section sans trop rentrer dans les détails. Les détails supplémentaires vous seront fournis dans les unités suivantes. Nous avons eu à positionner les découvertes en fonction du temps mais aussi les inventeurs. Avec l’informatique mobile, les gens peuvent travailler dans le confort de l’endroit qu’ils souhaitent. Dans la même optique, la présence de connexions à haute vitesse a également encouragé l’utilisation de l’informatique mobile.

Évaluation

Il faudra lire les notes ci-dessus et maitriser l’ensemble des définitions et les architectures de réseaux qui y ont été élaborées. Par ailleurs, l’apprenant devra consulter les lectures suggérées pour compléter sa documentation.

Questions de cours :

1. Q1. L’une des tendances actuelles en matière de communications mobiles est la libre con- currence, où le concept de mobilité et d’interopérabilité sont la clé. Décrire les caractéristiques de ces concepts. (2 points)

2. Q2. Quelles sont les normes les plus couramment utilisées dans les réseaux WWAN? (5 points)

3. Q3. Quand est ce que la téléphonie mobile a été introduit dans votre pays ? (2 points) 4. Q4. Quand est-ce que avez vous utilisé la téléphonie mobile la première fois ? (1 point) 5. Q5. Décrire les différents types de réseaux WPAN. (2 points)

6. Q6. Expliquer le concept d’interopérabilité des communications mobiles. (2 points) 7. Q7. Décrire la technologie 3G. (2 points)

Rétroaction

1. Q1. A titre d’exemple, il y a la communication des téléphones mobiles.

2. Q2. La capacité de prendre en charge la communication avec les réseaux d’autres types.

3. Q7. 3G est juste un acronyme qui représente la troisième génération de normes et de technologies de téléphonie mobile (3G d’où le nom). La technologie 3G améliore la transmission de données et de la voix.

(26)

Activité 1.2 - Couverture radio 1. Introduction

La voie hertzienne est utilisée par les terminaux pour communiquer. Ces terminaux peuvent se déplacer et forment ainsi des réseaux de mobiles. La communication mobile peut se faire entre plusieurs entités communicantes. Par exemple entre:

• Les avions

• Les avions et le système basé au sol

• Les véhicules

• Les téléphones mobiles

• Les équipements informatiques mobiles

• Certaines classes de systèmes de télémétrie, etc.

Il faut noter qu’une communication mobile (par exemple une liaison hyperfréquence entre une station de base et un centre de commutation et de contrôle d’un système de téléphonie cellulaire) peut avoir une partie de la transmission qui se fait en filaire, mais l’architecture système dans sa globalité est définie comme un système de communication mobile. Les canaux associés à des systèmes de communication mobiles peuvent être regroupés en deux types: canal satellite et autre voie terrestre.

2. Les systèmes de communication mobile par satellite

Les années 1990 ont coïncidés avec l’essor important des réseaux satellites. Toutefois avec l’agressivité des opérateurs de réseaux terrestres qui pratiquaient des bas tarifs vers les années 2000, ils ont subi une grave crise de croissance.

Il faut noter que le canal de communication par satellite est un canal AWGN (Additive White Gaussian Noise) c’est-à-dire dominé par une forte atténuation et souvent de grands retards de propagation du signal. Il existe trois catégories de systèmes satellitaires:

• Satellites en orbite géostationnaire (GEO - Geostationary Earth Orbit) : Ils sont à une distance de 36000 km de la terre d’où le trajet aller-retour entre la terre et le satellite qui vaut environ 0,27 seconde. Les GEO doivent respecter les contraintes suivantes :

• Si l’antenne n’a pas un diamètre important, la puissance d’émission des terminaux et du satellite doit être forte.

• Pour émettre à forte puissance, le satellite doit disposer de batteries de grande capacité. Par conséquent, il doit disposer de grands capteurs solaires.

• Avec la forte diffusion des ondes, il est difficile de réutiliser les fréquences. Il faut noter que les ondes hertziennes utilisées sont inférieures à 20GHz.

• Si des mobiles communicants ne se trouvent pas dans la même zone de couverture, il faut passer par un réseau terrestre car les communications entre satellites géostationnaires sont très complexes.

(27)

• Satellites en orbite moyenne (MEO -Medium Earth Orbit) : Ils sont à une distance qui se situe entre 1000 et 35 700 km de la terre. Il faut 11 heures à ces satellites pour faire le tour de la planète. Il faut noter que les satellites GPS sont à une distance de 20000 km et les satellites MEA sont assez souvent entre 13000 et 20000 km d’altitude.

• Satellites en orbite basse (LEO -Low Earth Orbit) qui se situent à des distances de 1000km, voire de 700 km permettent de réaliser des cellules plus petites que celles des GEO. Il est possible de réutiliser jusqu’à 20 000 fois une même fréquence si on a des cellules de 50 km de diamètre. Les LEOS ont pris de lancement très abordable du fait de la proximité avec la terre. Cependant, l’inconvénient majeur est qu’ils ne sont pas stationnaires. Ainsi, il faut des handovers pour garantir la communication comme dans les réseaux de mobiles terrestres.

La figure A.1.2.1 illustre les différentes catégories de satellites GEO, MEO, et LE en fonction de leur altitude par rapport à la terre.

Figure A.1.2.1 : Les catégories de satellites Source: Wikipedia

3. Les fréquences Radio et les services offerts

Le groupe de travail SRD (Standard Radar Definitions) de l’IEEE divise les fréquences radio en bandes. La figure A.1.2.2 montre les bandes de fréquences destinées aux systèmes satellitaires.

Les services offerts par les communications mobiles par satellite et certains des systèmes correspondants peuvent être regroupés en catégories:

• Gamme restreinte de services - téléphonie et / ou de la transmission de données:

Iridium, VSAT, Inmarsat Mini-M, ICO, Globalstar, Odyssey, Bélier, Ellipso, super-GEO.

• Services à large bande - Multimedia: Teledesic, M-Star, SATIVOD, Spaceway, Astrolink, Cyberstar, Kastar.

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• Services de messages (store and forward) : Orbcomm, GE Starsys, LEO One, KITComm.

• Services de navigation: GPS, GLONASS, GNSS-2.

Il faut remarquer que les systèmes VSAT (Very Small Aperture Terminal), Inmarsat (International Marine Satellite Organization), Iridium et GPS sont les plus populaires.

Figure A.1.2.2 Les bandes de fréquences allouées aux systèmes satellitaires.

Source : Guy Pujolle, Les Réseaux, Editions 2008, Edition Eyrolles, 2008 4. Les effets du canal radio

Le signal radio est atténué lorsqu’il se propage d’où une diminution de la force du signal. Nous notons une interférence avec d’autres sources: les fréquences normalisées pour les réseaux sans-fil (ex., 2.4 GHz) sont partagées avec d’autres appareils (ex., téléphones); d’autres dispositifs (moteurs, micro-onde) interférent aussi. En outre, le signal radio est réfléchi par des objets terrestres, et les signaux arrivent à destination à des temps différents d’où la notion de propagation par trajets multiples (multipath). A ces problèmes s’ajoute l’effet Doppler.

L’effet Doppler est la perception d’une fréquence différente de celle qui est transmise par une source particulière. Cet effet est dû au mouvement relatif entre la source et le récepteur. Plus la vitesse de déplacement du récepteur comparée à la direction de propagation de l’onde radio est grande, plus la fréquence perçue est compensée.

Conclusion

Nous avons exploré dans cette section la couverture radio au niveau des communications mobiles. Les différentes catégories de satellites ont été étudiées. Nous avons eu à montrer que la transmission par satellite souffrait des concepts de trajets multiples et l’effet Doppler. Vous pouvez continuer à voir les concepts étudiés dans cette section en profondeur à travers les ressources suggérées.

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Évaluation

1. Q1. Les techniques d’accès dans les réseaux satellites sont classées en 4 catégories.

Lesquelles ? Quel est leur principe de fonctionnement. (5 Points)

2. Q2. Par exemple Iridium fait référence à des constellations de satellites. Quelles sont les services offerts par les constellations de satellites ? A quoi servent-elles ? Quels sont les incon- vénients ? (5 points)

3. Q3. Quelles sont les applications qui ont besoin de recourir aux services des satellites? (3 points)

4. Q4. Sur la base de trois critères que vous définirez faites un tableau comparatif des catégories de satellites GEO, MEO, LEO. (5 points)

5. Q5. Donner les différences qui existent entre les fréquences radio suivantes : (2 points) a. UHF

b. VHF

6. Q6 Dans quelles bandes se trouvent les fréquences utilisées par le GSM, le GPRS, et l’UMTS.

Rétroaction

1. Q1 : Par exemple Il y a les méthodes de réservation fixe, les méthodes d’accès aléatoires, les méthodes de réservation par paquet, et les méthodes de réservation dynamique. Par exemple les techniques TDMA, FDMA, et CDMA forment les protocoles de la réservation fixe.

2. Q2 : Les constellations d’être joint à tout moment et à tout endroit. La latence avec les LEOS est peu importante vu leur proximité de même que la puissance de transmission requise est faible. Toutefois, il faut un nombre important de LEOS pour couvrir la terre et on note comme inconvénient la possibilité d’avoir des zones d’ombre et une aussi une augmentation de l’effet Doppler.

3. Q3 : Les applications où la communication par satellite est la plus appropriée sont ceux dans lesquels:

a. Il est souhaitable de diffuser les mêmes informations vers une destination se trouvant à une très grande zone géographique, par exemple, pour la télévision et l’Internet.

b. Vous voulez atteindre des endroits éloignés, par exemple, les camps miniers, l’exploitation forestière, les zones rurales et suburbaines et couvrir les autoroutes

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4. Q6 : Chercher sur quelles fréquences opèrent le GSM, le GPRS, et l’UMTS et vérifier la bande correspondante au niveau de la Figure A.1.2.2.

Activité 1.3 - Evolutions et tendances des systèmes cellulaires Introduction

Le combiné est par essence un équipement émetteur / récepteur, car il reçoit et transmet des signaux radio. Les communications radio entre un émetteur et un récepteur peuvent être de type simplex (un seul sens de communication), semi-duplex (communication à l’alternat) ou full- duplex (communication dans les deux sens simultanément).

Les transmissions simplex ou semi-duplex nécessitent seulement un ensemble de fréquences qui seront communs pour la transmission et la réception. Alors qu’un canal duplex requiert deux ensembles de fréquences (une en émission et une en réception). Le sens émetteur de communication - récepteur est appelé liaison descendante et le sens récepteur de communication - émetteur appelé liaison montante. Pour améliorer les débits de

communication dans les deux sens de communications, plusieurs générations de technologies se sont succédées de la 1G à la 5G.

Figure A1.3.1 : Duplexage fréquentiel avec le GSM Source : Alain Roussel, IUT d’Annecy, Dep. R&T

1. Plan de fréquence

Les systèmes de communication mobiles utilisent des fréquences radio pour transmettre et recevoir des informations en duplex. Par exemple le GSM utilise [890-935 MHz] en uplink (UL, montant) et la bande [935-960 MHz] en downlink (DL, descendant). La Figure A1.3.1 illustre le concept de duplexage fréquentiel. En effet, une partie de la bande passante « montante » est réservée à la liaison entre le mobile et le BTS (UpLink). L’autre partie « descendante » est réservée à la liaison entre le BTS et le mobile (DownLink). Il faut noter que la bande GSM 900 a ensuite été étendue à [880MHz-890 MHz] et [925MHz- 935 MHz].

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La fréquence de liaison montante est toujours inférieure à la liaison descendante car les basses fréquences subissent une atténuation moins importante dans la propagation et qui compense le fait que le mobile utilise une puissance beaucoup plus faible par rapport à la station de base à laquelle il se connecte. Le concept cellulaire breveté en 1972 par Bell Laboratories (USA), a été la clé qui a révolutionné les communications mobiles. Au lieu d’utiliser un émetteur de grande puissance pour couvrir une zone, il est fait usage de différents émetteurs de faible puissance pour se trouve dans la même zone et qui n’interfère pas entre eux.

Les antennes ne doivent pas être installées très haut et la même fréquence peut être réutilisée.

Ce qui permet une plus grande couverture permettant ainsi plus d’abonnés. La contrepartie de ces avantages est la nécessité d’installer des antennes et des équipements de plus en plus nombreux d’où une augmentation du coût de l’infrastructure.

1.1 Mise en place de cellule de communication

Ce concept mobile permet donc la réutilisation des fréquences et de l’augmentation

substantielle de la capacité de la circulation dans la même zone. Essentiellement chacune de ces cellules peuvent avoir le format que vous voulez, mais le format plus intuitif serait circulaire parce que l’antenne de la cellule, si elle est une antenne de type isotrope, va transmettre dans toutes les directions. Cependant, dans le cadre des réseaux mobiles, la cellule hexagonale est plus proche de la réalité pratique.

Figure A1.3.2 : Les formats de cellule Source : Felix Singo, Module OS12

Par conséquent, une cellule représente la zone géographique couverte par le signal radio émis par le (s) antenne (s) communiquant avec des téléphones mobiles. Lors de la conception d’un système cellulaire, on suppose qu’il y a une zone (cellulaire) entièrement couverte par le signal radio et qui n’interfère avec les cellules voisines qui sont à proximité.

Figure A1.3.3 : Conception d’une cellule Source : Felix Singo, OS12 Module

(32)

1.2 Notion de cluster

Les cellules sont regroupées en clusters. Un cluster représente l’ensemble des cellules, avec toutes les fréquences disponibles, de l’opérateur sans fréquences de répétition.

Figure A1.3.4 : Mise en place de clusters Source : Felix Singo, Module OS12

Dans cet exemple, la taille de cluster est de 7 cellules pour n = 7, mais n’importe qu’elle valeur aurait pu être choisie. Les valeurs les plus couramment utilisées sont les 3, 4 et 7.

Pour rendre viable le projet d’un réseau de communication mobile, la distance entre les centres de clusters est l’un des principaux facteurs à gérer. Plusieurs facteurs, dont la puissance d’émission, la forme du terrain / obstacles et le volume de trafic attendu doivent être pris en compte. Pour cette raison, la taille des cellules ne doit pas être définie de manière aléatoire.

Les cellules plus grandes (macro cellules) sont utilisées dans les zones à faible trafic (quelques utilisateurs) et réparties sur une plus grande surface (par exemple les zones rurales). Ces macro cellules peuvent avoir des diamètres de 3 à 35 km, bien que dans la pratique elles ne dépassent rarement 10km. Dans les zones les plus densément peuplés, les microcellules habituelles sont utilisées et elles couvrent des domaines des rues et des blocs (300m à 3 km).

Figure A1.3.2 : Mise en place de Macro, micro et Pico cellules Source : Felix Singo, OS12 Module

Dans les grands bâtiments ou dans les centres commerciaux, les pico cellules métropolitaines sont utilisés et elles couvrent des distances de 30m à 300m. La portée de la transmission est

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limitée dans les murs intérieurs des bâtiments et au niveau des cellules voisines. Toutefois, les nanocelulles, exceptionnellement peuvent être utilisées sur des distances de 3m à 30m.

Par ailleurs un brouillage co-canal peut avoir lieu. Elle se produit à la suite d’une réutilisation par les cellules, le même ensemble de fréquences dans une couverture donnée.

1.3 Notion de secteurs

Les cellules sont divisées assez souvent en secteurs ce qui les rend plus efficaces. En effet, ce procédé permet une plus grande réutilisation des fréquences d’où un plus grand nombre d’appels simultanés. Les antennes transmettent la cellule dans les secteurs et les cellules divisées ne couvrent qu’une partie de la cellule pas la totalité de la cellule. Il dépend de l’emplacement de l’antenne par rapport à la cellule. Les antennes peuvent être situées dans le milieu de cellules (3) trois secteurs, au milieu de deux cellules (2) ou les secteurs du centre de la cellule.

Conclusion

La conception d’un réseau mobile comme illustré dans cette section présente de grands avantages qui peuvent être résumés suivant la capacité de :

• réduire la puissance d’émission ;

• décentraliser toutes les informations ;

• traiter les problèmes de chaque cellule séparément ;

• permettre un plus grand nombre d’utilisateurs grâce à la réutilisation des fréquences déjà allouées.

Évaluation

Avant de réaliser les évaluations, il faudra lire les notes ci-dessus et maitriser l’ensemble des définitions et les techniques de déploiement de réseaux mobiles qui y ont été élaborées. Par ailleurs, l’apprenant devra consulter les lectures suggérées pour compléter sa documentation.

1. Q1. Quelles sont les différences qui existent entre transmission simplex, semi-duplex, et full duplex? (2 points)

2. Q2. Sur la base de trois critères que vous définirez faites un tableau comparatif entre macro-cellule, micro-cellule, et pico-cellules (5 points)

3. Q3. Quelles sont les bandes de fréquences utilisées par les communications mobiles dans votre pays? (3 points)

4. Q4. Qu’est ce qu’un cluster ? (2 points)

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5. Q5. Qu’entendez-vous par le concept de “cellule” dans le contexte des communications mobiles? (2 points)

6. Q6. Qu’est-ce que l’itinérance? (2 points)

7. Q7. Qu’est-ce qu’un BTS (Base Transceiver Station) et quelle est sa fonction? (2 points) 8. Q8. Expliquer c’est l’interférence co-canal ? (2 points)

Rétroaction

• Q2 Par exemple la taille, la zone de déploiement, le nombre d’utilisateurs peuvent être utilisé comme critère de comparaison

• Q3. Réponse libre

• Q4. Un cluster représente toutes les fréquences disponibles par l’opérateur sans fréquence de répétition

• Q6 Roaming ou itinérance est un terme utilisé dans la téléphonie mobile, mais aussi applicable à d’autres technologies sans fil. Il se réfère à la capacité d’un utilisateur d’un réseau d’avoir la connectivité dans d’autres zones différentes du lieu géographique où il est inscrit.

• Q7. La fonction de la BTS est de fournir une connexion radio à la station mobile (cellulaire). Il est essentiellement composé d’émetteurs et récepteurs radio TRX.

Il traite le signal envoyé par le mobile, c’est un équipement de contrôle, etc.

On peut dire qu’une BTS est une cellule à l’intérieur de la structure du réseau géographique.

• Q8. Le brouillage cocanal se produit à la suite d’une réutilisation par les cellules, d’un ensemble de fréquences déjà alloué dans une zone de couverture donnée.

Résumé de l’unité

Cette unité a permis de montrer l’évolution des communications radio depuis l’invention de la télégraphie optique par Claude Shape jusqu’à la mise en place du premier téléphone portable par Martin Cooper. Depuis, l’invention de ce premier téléphone portable jusqu’à nos jours des téléphones plus performants capable d’envoyer et de recevoir des données ont vu le jour. Ceci est possible grâce à l’avènement de nouvelles générations de réseau comme la 3G et la 4G. En outre la propagation des ondes radio et les problèmes rencontrés lors de leur transmission ont été montrés. Les techniques de mise en place de cellules de communications tenant compte de la distance et du nombre d’utilisateurs ont été aussi abordées.

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Évaluation de l’Unité 1 Vérifiez votre compréhension!

Test de connaissances Directives

1. Lire les notes de cours associées à l’Unité 1.

2. Lire les lectures et ressources suggérées.

3. Valider toutes les activités des apprentissages de l’Unité 1.

Système de notation Question 1 : (5 points) Question 2 : (5 points) Question 3 : (5 points) Question 4 : (5 points) Évaluation

Question 1 : A quelle génération appartiennent-elles les technologies suivantes : GSM, GPRS, EDGE, UTMS, HSDPA, HSUPA. De manière succincte décrire les différences que l’on peut observer dans ces technologies.

Question 2 : Sur la base de trois critères que vous définirez faites un tableau comparatif des types de réseaux suivants : WPAN, WLAN, WWAN.

Question 3: Décrire les différences qui existent entre les trois catégories de systèmes satellitaires.

Question 4 : Expliquer les notions de cellules, de cluster, et de secteurs.

Lectures et autres ressources

Les lectures et autres ressources de cette unité se trouvent au niveau des lectures et autres ressources du cours.

Liste des lectures suggérées :

Lecture #1 : Guy Pujolle, Les Réseaux, Editions 2008, Edition Eyrolles, 2008

Justification: La consultation du chapitre 26 intitulé les réseaux satellites permet de connaitre les catégories de satellites, les fréquences radio utilisées et les services offerts.

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Lecture #2 : Lexique de Termes et Acronymes Reseaux & Telecom

http://lexique.reseaux.free.fr/Fichiers/Lexique%20de%20Termes%20et%20Acronymes%20 Reseaux%20&%20Telecom.pdf

Site visité le 22 Février 2016, Licence: BY, NC, SA

Justification : La lecture de ce document permet de mieux comprendre les définitions des acronymes et sigles abordés au niveau de cette unité de même que l’évolution des systèmes de télécommunications.

Résumé: Ce document fournit une explication sur les termes ou les expressions utilisées dans le milieu des réseaux informatiques, de la télématique et des télécommunications.

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Unité 2. Techniques d’accès au

média dans un environnement sans fil

Introduction à l’unité

Cette unité aborde la couche de contrôle d’accès au média qui joue un rôle très prépondérant dans un environnement sans fil. Elle définit comment différents utilisateurs doivent accéder au support de communication et comment gérer la qualité de service. En outre, les différences entre réseaux avec infrastructure et sans infrastructure, et la création de réseaux sans fil sont aussi abordées.

Objectifs de l’unité

À la fin de cette unité, l’apprenant doit être capable de:

• décrire les réseaux avec infrastructure et sans infrastructure ;

• décrire le fonctionnement des différentes techniques d’accès au média à contention ou déterministe ;

• déployer un réseau sans fil 802.11.

Termes clés

IEEE: (Institute of Electrical and Electronics Engineers) L’organisation a pour but de promouvoir la connaissance dans le domaine de l’ingénierie électrique électricité et électronique). Juridiquement, l’IEEE est une organisation à but non lucratif de droit américain

LAN: (Local Area Network) MAN: Metropolitan Area Network WAN: Wide Area Network WLAN: Wireless Local Area Network

WMAN: Wireless Metropolitan Area Network WWAN: Wireless Wiide Area Network

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802.11x: Désigne l’ensemble des spécifications du groupe de travail IEEE 802 dans le domaine des réseaux LAN/MAN sans fil.

irDA (infrared data association) BSS : Basic Service Set ESS : Extended Service Set

IBSS : Independent Basic Service Set SSID : Service set ID

BSA : Basic Service Area

FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum DSSS : Direct Sequence Spread Spectrum

OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing SISO : Single Input Single Output

SIMO : Single Input Multiple Output MISO : Multiple Input Single Output MIMO : Multiple Input Multiple Output

CSMA/CD : Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSMA/CA : Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance MAC : Medium Access Control

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Activités d’apprentissage

Activité 2.1 - Les réseaux sans fil

Introduction

Dans les années1990, il y a eu le lancement le premier réseau local sans fil ou WLAN (Wireless Local Area Network) qui fut mis sur pied. Le but était de permettre à des stations fixes et mobiles d’avoir une connectivité rapidement dans une zone déterminée. Ainsi, le premier standard international pour les WLAN fut publié en 2001. La Figure A.1.1.1 illustre les différents standards des réseaux sans fil. Nous pouvons voir les principaux standards des WLAN tels que 802.11b, 802.11a, g et 802.11n mais aussi le 802.15.4 qui fait référence au WPAN.

Figure A.1.1.1 : Standards de certains liens sans-fil Extraite de: Computer Networking A Top Down Approach, Kurose et Ross, 6th Edition,PEARSON, 2013.

2. Quelques applications de réseaux sans fils

Nous assistons actuellement à l’avènement de téléphones mobiles intelligents, des bureaux et maisons intelligents. Grace aux réseaux sans fil nous sommes à l’aire de la domotique. La technologie sans fil remplace les câbles. Comme services disponibles : découvertes de services, maison qui reconnait l’arrivant, régulation de la température suivant la personne dans la pièce.

2.1 Les réseaux de capteurs

Les réseaux de capteurs sans fils (RCSF) ou Wireless Sensor Networks (WSN) représentent un très grand nombre de nœuds interconnectés et qui peuvent être déployés dans des zones hostiles. Ces nœuds capteurs permettent de collecter des données et de les transmettre vers une station de traitement appelée “Station de Base”. Ces nœuds capteurs peuvent s’auto-

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aux pannes et leur faible coût. Les informations sont relayées par saut entre capteurs jusqu’à la station de base grâce à des protocoles de routage réactifs, proactifs, ou hybrides. Il faut noter que la station de peut transmettre les données à des collecteurs se trouvant dans d’autres réseaux par le biais des réseaux GSM, 3G, 4G, ou satellite (Figure A.1.1.2).

Figure A.1.1.2 : Architecture d’un réseau de capteurs sans fil

Parmi les domaines d’application où la technologie des réseaux de capteurs est la plus intéressante et efficace, nous pouvons citer : le domaine militaire, le domaine de la santé, l’agriculture de précision, le domaine du génie civil, la sécurité, etc. Les capteurs pour communiquer entre eux peuvent utiliser la technologie ZigBee qui permet une faible consommation d’énergie, et ainsi, une augmentation de la durée de vie des batteries. La Figure A.1.1.3 décrit un environnement dédié à la domotique et qui utilise ZigBee. La technologie ZigBee peut avoir les débits suivants :

• 20 Kbit/s pour la bande des 868 MHz (Europe) ;

• 40 Kbit/s pour la bande des 915 MHz (Amérique du Nord).

• 250 Kbit/s pour la bande des 2,4 GHz ;

Figure A.1.1.3 : Réseau ZigBee pour la domotique

Extraite de : Guy Pujolle, Les Réseaux, Editions 2008, Edition Eyrolles, 2008

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2.2 Les technologies RFID (Radio-Frequency Identification)

La RFID (Radio-Frequency Identification permet de réaliser une identification des objets par l’utilisation d’étiquette électronique. Pour récupérer l’information d’identification au niveau des étiquettes électroniques (appelés aussi tag), on utilise des lecteurs. Plusieurs applications peuvent utiliser ces étiquettes : suivi d’animaux, suivi de marchandises, parking automobile, péage autoroutier, etc. Les étiquettes peuvent être classées en deux catégories : les étiquettes passives et les étiquettes actives.

Les étiquettes passives ne nécessitent pas une source d’énergie. C’est le lecteur qui génère le courant électrique nécessaire pour la récupération des informations disponibles sur le tag.

Dans les tags actifs, une source d’alimentation électrique est insérée dans le composant. Nous avons une meilleure qualité de transmission et le tag actif peut initier une communication vers le lecteur si un problème est détecté. Cette possibilité n’est pas envisageable avec les tags passifs car ne possédant pas de source d’énergie en leur sein. La distance de transmission des tags actifs est plus importante (plusieurs mètres) comparée au tag passifs (quelques centimètres ou mètres).

Fréquence pour les RFID Commentaire

125 kHz (LF) Nous avons une portée relativement

importante pour les tags RFID passifs. Ce fut la première solution proposée.

13,56 MHz (HF) Fréquences standardisées.

400 MHz Destinées à des cas spécifiques d’utilisations

(détection des voitures volées par exemple) 865-868 MHz (UHF) Bande de fréquences normalisées en Europe

902-928 MHz (UHF) Bande de fréquences normalisée pour

l’Amérique du Nord

2,4-2,483 5 GHz Bande de fréquence libre pour l’Industrie, la Science, et la Médecine (bande ISM).

Tableau A.1.1.1 : Fréquences de transmission des RFID 3. Techniques de transmission dans les réseaux sans fil

Nous avons :

• Transmission par les ondes infrarouges (IR) : utilisation de diode IR et de la lumière diffuse. L’infrarouge est utilisé pour créer de petits réseaux de quelques mètres (télécommande de : télévision, les jouets, etc). Il peut y avoir de multiples réflexions dues aux murs, bureaux, etc. Nous avons une meilleure utilisation lorsque les deux équipements qui communiquent n’ont pas d’obstacle entre