gsm ould elhassen mohamed

Cycle de formation des ingnieurs en Tlcommunications Option :

Rseaux et Services Mobiles

Thme :

Ralis par :

OULD ELHASSEN Mohamed

Encadrant (s): M. Mohamed Taher Missaoui, M. Sahbi Baccar

M. Adel Ghazel

Travail propos et ralis en collaboration avec

Anne universitaire : 2005/2006

Ddicace

Je ddie ce modeste travail la famille Ehl Aweiliyin, ma mre la source damour

celle que jaime de tout mon cur, mon pre qui na cess de me soutenir, mon grand

frre le grand Abdellah qui grce ses conseils prcieux jai pu dpasser les obstacles et

mes frres : Mokhtar, Yahya, Feyti, Oumama et bourass Sidigh sans oublier Cheikh et la

petite Binta que Dieu les protge.

A tous mes parents : mes tantes maternelles et paternelles en particulier Aminetou et

mes oncles en particulier Boubeccar.

A mes amis Ahmed ould Bousweiva, Senad, Meimine.

A tous ceux qui maiment.

Rsum

Les systmes de gestion de localisation par GPS de flotte de vhicules mobiles se sont bien dvelopps ces dernires annes grce lexpansion des rseaux radiocommunication mobile. Nanmoins, la fiabilit de positionnement des flottes mobiles sest retrouve trs dpendante de la qualit de service des rseaux de communications qui prsentent des limitations parfois trs marques dans le cas des rseaux mobiles.

Cest pour tudier et apporter des solutions cette problmatique particulire que sinscrit notre projet de fin dtudes. Le travail prsent dans ce rapport concerne la caractrisation et limpact de la qualit de service (QoS) du rseau GSM sur les performances du protocole de communication du systme de gestion de flotte par GPS LaTrace dvelopp par la socit Tunav. Aprs une tude dtaille du rseau GSM/GPRS en insistant sur les services SMS et Data utiliss par le protocole LaTrace , nous avons identifi les diffrents indicateurs de QoS GSM afin de comprendre les mcanismes dinteraction avec le systme LaTrace . En dfinissant une mthode danalyse exprimentale base sur le Drive test nous avons relev des mesures sur site des paramtres QoS GSM que nous avons exploit pour tablir une corrlation avec les indicateurs de performances du systme LaTrace . Ces rsultats de corrlation ont t exploits pour proposer des solutions de limitation des imperfections du GSM sur le systme LaTrace . La solution propose et dveloppe a permis dobtenir de bons rsultats vrifis sur Network Simulator.

Mots cls : GSM, GPRS, GPS, Gestion de flotte, RxLev, RxQual, QoS, Commandes AT, Modem GSM, Drive Test, Network Simulator.

Avant propos

Ce travail sinscrit dans le cadre de mon projet de fin dtudes dingnieurs en tlcommunication lEcole Suprieure de Communications de Tunis (SupCom). Il a t ralis en collaboration avec la socit TUNAV spcialiste dans la conception dapplications et de solutions la fois matrielles et logicielles de gestion de flotte par GPS.

Je tiens remercier, plus particulirement, Monsieur Adel Ghazel, Matre de Confrences SUPCOM, qui ma aid avoir cette opportunit de projet, pour ses conseils, sa comprhension, sa gentillesse, sa sagesse et son soutien.

Je tiens aussi remercier Monsieur Mohamed Taher Missaoui Matre assistant SupCom pour ses conseils prcieux et sa disponibilit durant toute la priode mon projet.

Jadresse mes remerciements Monsieur Sahbi Baccar ingnieur dapplication de Tunav pour lencadrement technique de mes travaux.

Je voudrais galement remercier tout le personnel de la socit TUNAV, en particulier son Prsident Directeur Gnral, Monsieur Anis Kallel, pour lopportunit quils mont offert deffectuer mon projet de fin dtudes au sein du service Intgration Systme et Pilotage Produit (ISPP) de Tunav.

Sommaire SUPCOM

Projet PFE OULD ELHASSEN

5

Sommaire

Rsum ....................................................................................................................................... 3 Mots cls : .................................................................................................................................. 3 Avant propos .............................................................................................................................. 4 Sommaire ................................................................................................................................... 5 Liste de figures ........................................................................................................................... 8 Liste de tableaux......................................................................................................................... 9 Introduction gnrale................................................................................................................ 10 Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services supports par les rseaux GSM/GPRS............................................................................................................................. 12 I.1 Introduction......................................................................................................................... 12 I.2 Organisation des rseaux GSM........................................................................................... 13

I.2.1 Dfinition et architecture dun rseau GSM ................................................................ 13 I.2.2 Caractristiques de linterface radio ............................................................................ 14 I.2.3 la pile de protocoles et canaux logiques ...................................................................... 18

I.3 Mcanismes des services donnes sur le GSM................................................................... 20 I.3.1 Classification des services supports par le rseau GSM ............................................ 20 I.3.2 Mode de fonctionnement du service GSM-Data ......................................................... 21 I.3.2 Mode de fonctionnement du service GSM-SMS ......................................................... 22

I.4 Organisation des rseaux GPRS ......................................................................................... 27 I.4.1 Dfinition et architecture dun rseau GPRS............................................................... 27 I.4.2 Caractristiques de linterface radio ............................................................................ 29 I.4.3 Pile de protocoles grs par MS................................................................................... 30

I.5 Conclusion .......................................................................................................................... 33 Chapitre II Etude du systme de gestion de flotte LaTrace et services supports ...... 34 II.1 Introduction ....................................................................................................................... 34 II.2 Description du systme LaTrace ................................................................................. 34

II.2.1 Dfinition et fonctionnalits ....................................................................................... 34 II.2.2 Architecture du systme ............................................................................................. 35 II.2.3 Dfinition de sous-systme......................................................................................... 36

II.3 Composants logiciels du systme de gestion de flotte ...................................................... 38 II.3.1 Module Interface Modem (MIM) ............................................................................... 38

Sommaire SUPCOM


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II.3.2 Module Suivi Flotte (MSF) ........................................................................................ 38 II.3.3 Modules de gestion des donnes de suivit de flotte.................................................... 39

II.4 Protocoles dchange de donnes ...................................................................................... 39 II.4.1 Flux de donnes chang entre lunit mobile et le serveur....................................... 39 II.4.3 Etapes dtablissement dune session Data par le systme LaTrace .......................... 41

II.6 Conclusion ......................................................................................................................... 42 Chapitre III Caractrisation de linteraction entre la qualit de service du rseau GSM et la robustesse du transfert de donnes du systme LaTrace ........................................... 43 III.1 Introduction ...................................................................................................................... 43 III.2 Dfinition des indicateurs de qualit de service............................................................... 43

III.2.1 Indicateurs de qualit de service dans l rseau GSM ................................................ 43 a. Indicateurs globaux .......................................................................................................... 44 b. Indicateurs intermdiaires ................................................................................................ 44 III.2.2 Etude des indicateurs de qualit de service dans le rseau GPRS ............................ 45

III.2.3 Indicateurs de qualit de service du systme LaTrace .................................................. 47 III.3 Techniques de caractrisation de la qualit de service GSM ........................................... 47

III.3.1 Intrt et principe de caractrisation ......................................................................... 47 III.3.2 Mesure sur terrain ou Drive test :........................................................................ 48 III.3.3 Mesures systme : ..................................................................................................... 49

III.4 Prdiction des interactions QoS (GSM/LaTrace)............................................................. 50 III.4.1. Condition de bon tablissement dune session data ................................................. 51 III.4.2 Scnarios de dfauts dans les sessions data ............................................................. 52 III.4.3 Identification des causes de dfaut de sessions ......................................................... 52 a. Dfauts causes par la qualit du rseau GSM................................................................. 52 b. Dfauts lis au protocole LaTrace.................................................................................... 53

III.5 Conclusion........................................................................................................................ 53 Chapitre IV Mesure sur sites et analyse des rsultats de test .............................................. 54 IV.1 Introduction...................................................................................................................... 54 IV.2 Description de lenvironnement de test ........................................................................... 54

IV.2.1 Plate-forme de mesure .............................................................................................. 54 IV.2.2 Description de protocole de mesure.......................................................................... 56

IV.3 Description des rsultats des mesures en zone urbaine.................................................... 57 IV.3.1 dlimitation de la zone de mesure............................................................................. 57 IV.3.2 Etablissement du tableau de corrlation des mesures ............................................... 58 IV.3.3 Analyse des rsultats dtablissement de session ..................................................... 60

IV.4 Description et exploitation des rsultats des mesure sur autoroute ................................. 61 IV.4.1 dlimitation de la zone de mesure............................................................................. 61 IV.4.2 Etablissement du tableau de corrlation des mesures ............................................... 62 IV.4.3 Analyse des rsultats dtablissement de session ..................................................... 64

IV.5 Conclusion ....................................................................................................................... 64 Chapitre V Mise en uvre de nouvelles techniques damlioration de performances du systme LaTrace..................................................................................................................... 65 V.1 Introduction ....................................................................................................................... 65

Sommaire SUPCOM


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V.2 Dfinition dune plate-forme de validation de protocole .................................................. 65 V.2.1 Prsentation du logiciel Network Simulator .............................................................. 65

V .3 Proposition damlioration du protocole LaTrace ...................................................... 68 V.3.1 Utilisation dun compteur de contrle de session ...................................................... 68 V.3.2 Evaluation de QoS du lien GSM avant la transmission ............................................. 69 V.3.3 Intgration dans LaTrace dun systme dvaluation QoS du rseau GSM............... 70

V.4 Analyse des performances du protocole LaTrace ............................................................. 71 V.4.1 Configuration des paramtres du rseau GSM........................................................... 71 V.4.2 Simulation des effets des indicateurs QoS du GSM/GPRS ....................................... 72

V.5 Dveloppement dune interface de mesure de la qualit de service GSM sur le systme LaTrace..................................................................................................................................... 75

V.5.1 Description de lenvironnement utilis ...................................................................... 75 V.5.2 Description de lapplication ....................................................................................... 76 V.5.3 Test de lapplication ................................................................................................... 77

V.6 Conclusion......................................................................................................................... 80 Conclusion gnrale ................................................................................................................. 81 Annexe ..................................................................................................................................... 83 Principe de rception et prcision dun rcepteur GPS............................................................ 83 Bibliographie............................................................................................................................ 88

Liste de figures SUPCOM


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Liste de figures

Figure 1 Architecture de rseau GSM...................................................................................... 13 Figure 2 Diagramme TDMA avec saut de frquence .............................................................. 16 Figure 3 Structuration logique de Slot ..................................................................................... 17 Figure 4 La pile des protocoles grs par le MS...................................................................... 18 Figure 5 Schma de transfert de donnes................................................................................. 20 Figure 6 Principe de la transmission de donnes GSM en mode circuit................................. 22 Figure 7 Les protocoles de la couche 2 .................................................................................... 23 Figure 8 Architecture du rseau pour le transfert des SMS ..................................................... 23 Figure 9 Envoi dun SMS-MO et SMS-MT............................................................................. 24 Figure 10 Format d'un SMS-PDU de SMSC vers le mobile.................................................... 25 Figure 11 Format d'un SMS-PDU de mobile vers le SMSC................................................... 25 Figure 12 Architecture de rseau GPRS .................................................................................. 28 Figure 13 Pile de protocoles dans le plan de donnes.............................................................. 30 Figure 14 Pile de protocoles dans le plan de signalisation....................................................... 31 Figure 15 Composants Matriels du systme de contrle de flotte.......................................... 35 Figure 16Format de trame des donnes transmettre sur une session Data ............................ 40 Figure 17 Architecture en couche de systme LaTrace ........................................................... 40 Figure 18 Etablissement d'une session data ............................................................................. 41 Figure 19 Processus global d'analyse ....................................................................................... 48 Figure 20 Terminal mobile Sagem OT 75M , Rcepteur GPS Trimble Placer GPS 455

.......................................................................................................................................... 55 Figure 21 Un mobile connect au PC et contrl par Agilent E74xx ...................................... 55 Figure 22 Ecran d'accueil d'agilent E74xx ............................................................................... 56 Figure 23 Parcours de Drive test en zone urbaine (Ariana) ..................................................... 58 Figure 24 Parcours Drive test entre Tunis Monastir ................................................................ 62 Figure 25 Schma de composants du Network Simulator ....................................................... 66 Figure 26 Modlisation de la liaison entre LaTrace et le Rseau GSM................................... 67 Figure 27 Mcanisme de fonctionnement du compteur ........................................................... 68 Figure 28 Mcanisme de transmission avec valuation de la qualit de service du lien radio 70 Figure 29 Liaison d'valuation de qualit de service par le systme LaTrace ......................... 70 Figure 30 Perte en paquets en fonction du TEB dans le cas de GSM...................................... 73 Figure 31 Perte en paquets en fonction du TEB dans le cas du GPRS .................................... 74 Figure 32 modem GSM Siemens MC 35i................................................................................ 75 Figure 33 Module d'valuation de la qualit du lien radio....................................................... 76 Figure 34 Page de prsentation de lapplication GSM-LaTrace .............................................. 76 Figure 35 Interface principale d'valuation de la qualit du lien radio .................................... 77 Figure 36 Evaluation de performances du systme LaTrace ................................................... 78 Figure 37 Exemple d'valuation du lien radio.......................................................................... 79 Figure 38 Exemple d'un canal bruit........................................................................................ 80

Liste de tableaux SUPCOM


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Liste de tableaux

Tableau 1 Description des champs dun SMS PDU ................................................................ 26 Tableau 2 Principaux indicateurs de qualit d service ............................................................. 44 Tableau 3 Classification des indicateurs de qualit de service ................................................ 45 Tableau 4 Signification des indicateurs ................................................................................... 50 Tableau 5 Evaluation de l'tat du lien radio ............................................................................. 59 Tableau 6 Evaluation de l'tat du lien radio ............................................................................. 64 Tableau 7 les valeurs possibles du paramtre ............................................................... 69 Tableau 8 les valeurs possibles du paramtre ................................................................ 69

Introduction gnrale SUPCOM


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Introduction gnrale De nos jours, chaque personne cherche se localiser o connatre sa position et

localiser ses objets importants dans lobjectif de gagner du temps pour fiabiliser une activit ou la superviser. Ceci est rendu possible grce lexistence dun rseau de satellites accessible par le public, offrant une prcision importante, gratuit et facile exploiter. Cest dans cette optique que le service de gestion de flotte par GPS a t dvelopp.

Le systme de gestion de flotte est un systme de localisation par GPS. Il a connu une grande croissance grce lexpansion du rseau de communication en gnrale et du rseau mobile en particulier. Depuis les annes 90, les rseaux de transmission de donnes connaissaient un dveloppement rapide ce qui a permit aux systmes de gestion de flotte de se dvelopper en sadaptant avec les diffrents moyens de transmission pour garantir un meilleur service lutilisateur.

Lutilisation de diffrents moyens de transmission, qui sont dans ce cas les diffrents types de rseaux de communication, a t exig dune part par lenvironnement comme dans les zones inaccessibles par le rseau GSM o le systme doit obligatoirement choisir comme moyen de transmission un rseau satellitaire, dautre part par lexistence de plusieurs moyens de transmission mais le systme de gestion de flotte est oblig de garantir une certaine qualit ce qui loblige choisir le moyen de transmission qui garantit la qualit de localisation demande.

Lutilisation de ces diffrents moyens de transmission de donnes dans les systmes de gestion de flotte ne garantie pas une transmission scurise et fiable mais une transmission tributaire des paramtres de la qualit de service de chaque moyen de transmission. En effet, chaque systme de transmission dispose de plusieurs paramtres qui sont responsables de sa qualit de service. Ainsi, chaque activit qui utilise ce systme est influence par ces paramtres de qualit. Cest dans ce contexte que sinscrit notre travail.

En effet, Dans ce projet, nous tudions linfluence de la qualit de service des rseaux GSM/GPRS sur la transmission de donnes du systme de gestion de flotte LaTrace dvelopp par Tunav. Pour ce faire, nous avons commenc par identifier les paramtres de la qualit de service du rseau GSM/GPRS qui influent la qualit de gestion de flotte du systme LaTrace , puis nous avons procd une mesure sur terrain pour identifier les problmes qui dgradent la qualit de gestion de flotte et ainsi proposer des solutions permettant de palier ces problmes.

Introduction gnrale SUPCOM


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Enfin, nous avons ralis une simulation sur Network Simulator pour tudier linfluence des indicateurs de la qualit de service sur la qualit de transmission de donnes via le rseau GSM/GPRS. Nous avons aussi dvelopp une application informatique permettant lvaluation de la qualit de service du systme de gestion de flotte par rapport la qualit de service radio.

Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services supports par les rseaux GSM/GPRS SUPCOM

Projet PFE OULD ELHASSEN 12

Chapitre I

Etude du mode de fonctionnement et des services supports par les rseaux GSM/GPRS

I.1 Introduction Lobjectif de ce chapitre est dintroduire le fonctionnement des rseaux GSM/GPRS en

insistant sur les techniques employes sur la voie radio. Nous prsentons tout d'abord quelques concepts utiles, puis nous prsentons l'architecture d'un rseau GSM classique pour ensuite introduire celle d'un rseau GPRS. Un systme de radiotlphonie a pour but de permettre un terminal d'accder au rseau tlphonique sur un territoire d'une assez grande tendue (par exemple, un pays, voire un continent). Ce service utilise une liaison radiolectrique entre le terminal et le rseau.

La tlphonie cellulaire est un cas particulier de la radiotlphonie. Un rseau est dit cellulaire s'il comprend une srie de stations de base (Base Transceiver Station, BTS) tel que chacune offre le service sur un petit territoire appel cellule. Cette architecture se justifie de deux faons. Elle permet premirement de limiter la consommation lectrique des stations mobiles (MS, Mobile Station) en leur vitant de devoir dployer une grande puissance d'mission.

Limportance des services supports par les rseaux GSM et GPRS nous mne leur consacrer une tude complte. Par ailleurs, avant dintroduire la notion de la qualit de service dans le rseau GSM et GPRS nous tudions les diffrentes architectures de ces rseaux ainsi que linteraction entre ces rseaux et les services quils supportent.



I.2 Organisation des rseaux GSM

I.2.1 Dfinition et architecture dun rseau GSM Le systme de tlphonie cellulaire GSM (Global System for Mobile communications)

est largement utilis travers le monde. Il est pass par un long processus de normalisation gr par l'ETSI (European Telecommunication Standards Institute) pour arriver aujourd'hui une certaine maturit. Ses limitations commencent se faire sentir. Ses performances en

tlphonie sont tout fait satisfaisantes. Par contre en terme de transfert de donnes, en comparaison avec les rseaux fixes, il reste beaucoup de chemin parcourir. Les deux dfauts principaux sont les suivants :

Les dbits sont limits 14,4 kbps (voire 9,6kbps dans la plupart des rseaux oprationnels).

La transmission de donnes exige l'tablissement d'une connexion et la rservation de ressources qui sont en gnral loin d'tre utilises pleinement tout au long de la connexion.

Figure 1 Architecture de rseau GSM

Larchitecture d'un rseau GSM est spcifie dans la norme de l'ETSI. Ceci permet l'interaction, ncessaire l'itinrance, de plusieurs rseaux installs par des oprateurs diffrents mais aussi l'achat des diffrents composants d'un rseau auprs de diffrents fournisseurs. Plusieurs entits sont dfinies dans la norme. Ce qu'on entend par entit, c'est un quipement physique, dot d'une certaine intelligence, d'une capacit traiter de l'information.



On trouvera la figure I.3 une reprsentation de cette architecture. Voici un cours descriptif fonctionnel de ces entits :

BTS (Base Transceiver Station) metteur-rcepteur grant une cellule. Gre la couche physique sur la voie radio : modulation, dmodulation, CRC's, multiplexage, saut de frquence, chiffrage. Il gre galement la couche liaison de donne avec le mobile (protocole LAPDm).

BSC (Base Station Controller) commutateur qui ralise un premire concentration de circuit. S'occupe de la gestion de la ressource radio (allocation des canaux, dcision du handover...).

MSC (Mobile-services Switching Center) commutateur pour des entits mobiles. Gre l'tablissement de circuits travers le rseau, les SMS et l'excution du handover.

Certains MSC peuvent tre des GMSC (Gateway MSC), et servent alors de passerelle avec un autre rseau de tlphonie.

HLR (Home Location Register) base de donne centralisant les informations d'identification et de localisation de chaque abonn du rseau.

VLR (Visitor Location Register) base de donnes agissant la fois comme un tampon vitant des accs trop frquent au HLR et comme lment d'une base de donne distribue dans tous les VLR et HLR GSM. Gnralement plac proximit d'un MSC (souvent dans le mme quipement). Contiennent les donnes d'abonnement des abonns prsent dans une zone gographique.

EIC (Equipement Identity Register) : base de donnes annexe contenant les identits de terminaux IMEI (International Mobile Equipement Identity).

AUC (Authentification Center) : mmorise pour chaque abonn une clef secrte utilise pour authentifier les demandes de services et pour chiffrer les communications.

I.2.2 Caractristiques de linterface radio Un rseau de tlphonie mobile a plusieurs contraintes propres et la manire dont sont

gres ces contraintes est trs caractristique des rseaux GSM. On va surtout insister ici sur l'interface radio qui occupe le centre de ce mmoire. Tout d'abord, quelles sont les contraintes principales de la liaison radio :

Il est possible pour un tiers de pratiquer des coutes indiscrtes

Il y a beaucoup d'interfrences



Comme sur un vieux rseau Ethernet, le mdium de transmission est partag

Les bandes de frquences sont limites et doivent donc tre utilise au mieux Pour grer ces contraintes, le GSM a opt pour un systme TDMA saut de frquence

et duplexage frquentiel. La technique de multiplexage temporel, dite TDMA (Time Division Multiple Access),

est frquemment utilise dans le domaine des rseaux. Nous n'en expliquerons le fonctionnement que dans le cas particulier de la voie radio GSM : tant donn qu'une bande de frquence dans le GSM peut vhiculer huit fois le dbit d'une conversation tlphonique, on va segmenter le temps d'mission/rception en 8 intervalles de temps rpts l'infini, qu'on appellera slots. Chacun sera allou une conversation diffrente o de la signalisation. Une de ces squences de 8 slots est appel une trame. On optimise ainsi l'utilisation de la voie radio.

Le saut de frquence consiste pour un mobile changer de frquence pour chaque slot temporel qu'il utilise. La suite de frquences peut-tre cyclique ou pseudo-alatoire. On utilise cette technique parce que les interfrences ne sont pas rparties quitablement entre les frquences et que de cette faon, les erreurs sont rparties entre un maximum de flux utilisateurs.

On amliore ainsi l'efficacit des codes correcteurs d'erreur. La figure 1 illustre les concepts de trames et de slot. Les flches reprsentent le saut de frquence. Le duplexage frquentiel consiste sparer en frquence la voie montante et la voie descendante d'une connexion. Pour le GSM dans la bande 900MHz, l'cart entre la voie montante et la voie descendante est fix 45MHz. Comme expliqu plus haut, 8 communications peuvent tre multiplexes sur chaque couple de frquence. Nous n'insistons pas sur les notions de saut de frquence et de duplexage frquentiel qui ne sont pas indispensables la comprhension de la suite. Nous considrerons d'ailleurs par la suite qu'il n'y a pas de saut de frquence et que donc un mobile reste sur une seule frquence pendant une communication, ce qui facilitera grandement la comprhension sans nuire la gnralit du propos.



Figure 2 Diagramme TDMA avec saut de frquence

Pour grer la complexit, les diffrents flux de donnes qui peuvent transiter par la voie radio sont classs en fonction du type de donnes transportes. En fonction de ce type, ils seront transmis dans diffrents canaux logiques.

Un canal logique est une suite de slots qui vhiculent un flux particulier. La caractristique qui les dsigne est la fois physique, correspondant une squence de slots bien dfinie, et logique, relative aux fonctions qu'ils servent. Par exemple, le ct logique du canal logique BCCH (Broadcast Control CHannel) est qu'il sert transmettre aux mobiles situs porte de l'mission d'une BTS des informations sur la cellule et le ct physqiue est sa position dans les trames, dans le slot 0 des trames de la voie balise. Les canaux logiques sont spars en deux types : les canaux de donnes et les canaux de signalisation. On distingue aussi les canaux communs, utiliss par plusieurs mobiles simultanment, des canaux ddis, rservs un seul mobile.

Afin de reprer physiquement les canaux logiques dans les slots et les trames, la norme utilise le notions de multitrame, supertrame et hypertrame.

Une multitrame 51 regroupe 51 slots situs la mme place dans 51 trames conscutives.

Les multitrames se succdent l'infini. La norme utilise cette structure pour dfinir o doivent se situer les diffrents canaux logiques dans le flux de trames. Par exemple, elle prcise que le canal logique SCH (Synchronisation CHannel) occupe toujours les slots 0,10, 20, 30, 40 et 50 d'une multitrame 51. Il faut bien comprendre qu'il y a une double numrotation, une dans la structure de trame et une autre dans la structure de multitrame.



Autrement dit, un slot porte un numro compris entre 0 et 7 qui le situe dans une trame et un autre numro compris entre 0 et 50 qui le situe dans une multitrame. Le contexte indiquera en gnral lequel de ces deux numros on utilise. Quand on parlait des slots 0, 10..., on citait leur numrotation dans la structure de multitrame.

Pour certains canaux ddis, on utilise une structure de multitrame 26. Les deux structures de multitrames peuvent tre utilises pour se reprer dans la mme bande de frquence mais pour des slots diffrents. On peut utiliser par exemple la multitrame 51 pour se reprer les slots numrots 0 dans chaque trame et la multitrame 26 pour les autres.

La structure suprieure est la supertrame. Elle se constitue de soit 26 multitrames 51 soit 51 multitrames 26. Cette structure de supertrame sert juste agrger les diffrents types de multitrames. Ici aussi, les supertrames se succdent l'infini. Enfin, une hypertrame se constitue de 2048 supertrames. Un structure d'hypertrame est donc constitue de 2048 56 21 trames. C'est en rfrence cette structure que la norme dfinit le Frame Number de chaque trame : c'est sa position dans la structure d'hypertrame courante. Une hypertrame dure 3h 28min 53s et 760ms. Aprs l'coulement de ce temps, toute une srie de valeurs voluant cycliquement dans le rseau vont reprendre leur valeur initiale [2].

Figure 3 Structuration logique de Slot



I.2.3 la pile de protocoles et canaux logiques

a. Pile de protocoles gre par le MS

Figure 4 La pile des protocoles grs par le MS

La complexit des fonctionnalits que l'on dsire obtenir au niveau de la MS (Mobile Station) est classiquement gre par une pile de protocoles.

On trouvera la figure I.4 une reprsentation de la pile de protocole gre par la MS. La couche liaison de donnes est gre par le protocole LAPDm qui est de la famille de

HDLC. Ses caractristiques principales sont : taille fixe des paquets, codes dtecteurs d'erreur, numrotation des trames, correction par retransmission slective (mcanisme ARQ, Automatic Repeat Query). Le protocole LAPDm permet aussi bien un mode avec connexion qu'un mode sans connexion pour le transfert de donnes. Il est possible de multiplexer diffrents flux sur le mme canal physique. La distinction des flux se fait grce au SAPI (Service Access Point Identifier).

La couche 3 comprend trois sous-couches. Si la norme les prsente comme une pile, dans les fait, ces trois couches agissent en parallle. Autrement dit, il n'y a pas d'encapsulation entre les couches. Ces trois couches sont :

RR (Radio Ressource) Cette couche gre la connexion radio et principalement l'tablissement (ou le rtablissement) d'un canal ddi lors de la procdure de Handover. L'entit RR de la MS dialogue avec un BSC.



MM (Mobility Management) Cette couche gre la gestion de la mobilit, principalement, les mises jours de localisation, et assure les fonctions de scurit.

CM (Connection Management) Cette couche est trs semblable ce qui existe sur les rseaux tlphoniques fixes pour grer les appels entre abonns. Les problmes lis la mobilit en ont en effet t autant que possible supprims pour tre dplacs vers la couche MM.

b. Canaux logiques

Les diffrents canaux logiques GSM sont spars en deux classes : Les canaux ddis un mobile :

TCH (Traffic CHannel) : Rserv au transfert de la voix (ou des donnes en mode circuit).

SDCCH (Stand-alone Dedicated Control CHannel) : Permet au mobile de transfrer de la signalisation sur la voie montante quand une conversation n'est pas en cours. C'est sur cette voie que transite les SMS.

SACCH (Slow Associated Control CHannel) : Durant une conversation, c'est cette voie qui est utilise pour remonter au rseau les mesures e_ectues par le mobile ainsi que d'autres lments de signalisation. Sert assurer le bon droulement de la conversation.

FACCH (Fast Associated Control CHannel) : Lorsqu'en cours de conversation, en phase de handover, le besoin se fait sentir d'un dbit lev pour la signalisation, on cre un FACCH. Les ressources radio sont "voles" au TCH, pour transmettre ce surplus de signalisation.

Les canaux communs plusieurs mobiles :

BCCH (Broadcast Control CHannel) : diffuse les informations systmes PCH (Paging CHannel) : diffuse les recherches d'utilisateurs par paging RACH (Random Access CHannel) : utilis pour les accs alatoires que ralise un

mobile pour demander l'allocation de canaux ddis. C'est le seul canal commun sur la voie montante.

AGCH (Access Grant CHannel) : canal de la voie descendante par lequel se ralise l'allocation de canaux ddis.



I.3 Mcanismes des services donnes sur le GSM

I.3.1 Classification des services supports par le rseau GSM La mise en place du rseau GSM, qui a pris sa place rapidement parmi les rseaux de

communications les plus rpandues dans le monde, a cri une course de dveloppement de nouveaux services grce la cration de nouveaux besoins, ce qui rsulte lapparition de multitude de services supports par la plus part de rseau GSM travers le monde, parmi lesquels :

Transmission de voie (phonie) Transmission de donnes via des sessions data

Transmission des messages courts SMS

Le terme GSM-Data correspond une technique consistant faire passer des donnes via le rseau GSM.

Le GSM a normalis ds ses premires phases de dveloppement des interfaces pour les donnes. Ces interfaces se prsentent comme des sortes de modems permettant dadapter le passage dun flux de donnes dans le terminal et entre le rseau public, cette fonction est ralise ct mobile par lment appel TAF (Terminal Adaptation Function) et ct rseau par IWF (InterWorking Function).

La transmission de donnes via le rseau GSM, se fait travers plusieurs entits sont dcrites dans la figure suivante :

Figure 5 Schma de transfert de donnes

MDTE MS BS IWF

PSTN

ISDN

Interface radio

Terminal mobile de donnes

TAF TAF : Terminal Adaptation Function MDTE : terminal mobile de donnes

NSS



I.3.2 Mode de fonctionnement du service GSM-Data

Le GSM a normalis ds ses premires phases de dveloppement des interfaces pour les donnes, ces interfaces se prsentent comme des sortes de modems permettant dadapter le passage dun flux de donnes dans le terminal et entre le rseau public, cette fonction est ralise ct mobile par lment appel TAF (Terminal Adaptation Function) et ct rseau par IWF (InterWorking Function).Pour fiabiliser la connexion, un protocole de reprise sur erreur, RLP (Radio Link Protocol) est mis en uvre entre TAF et IWF.

Pour protger les donnes sur linterface radio, lentrelacement est plus profond que celui utilis pour la parole et seffectue sur 22 trames au lieu de 8, les vanouissements du canal sont de la sorte statiquement moyenns, et le codeur convolutif est plus performent, comme le transfert de donnes en GSM sutilise plutt pour des applications sans contrainte de temps rel que le transfert de fichiers, par exemple, le dlai induit par cet entrelacement plus profond nest pas critique.

Tout comme un signal de parole, les donnes sont traites par un bloc de 20 ms, pour la transmission des donnes 9.6 Kbps, la taille du bloc est de 192 bits en mode transparent (192 bits/20 ms = 9.6 Kbps) ces bits, on ajoute 48 bits de signalisation, essentiellement pour grer ladaptation du dbit dans le TAF et IWF, le paquet est ensuite cod par le mme code convolutif que celui utilis pour la parole, enfin, un poinonnage lger est appliqu pour

diminuer le nombre de bits en sotie du codeur, et les 456 bits restant sont repartis dans 8 demi burst repartis sur 22 trames [3].

En mode non transparent, c'est--dire lorsque le protocole RLP est utilis , le bloc lmentaire dinformation contient 200 bits, auxquels sont ajouts 40 bits de signalisation (16 bits dentte, contenant le numro et le type du paquet, ainsi que des informations sur les paquets retransmettre, et 24 bits de CRC (Cyclic Redundancy Chek) pour dtecter les paquets errons, sil ny avait aucune retransmission, le dbit vu par lutilisateur serait de 200 bits/20 ms, soit 10 Kbit/s, en ralit les retransmissions font baisser ce dbit, le protocole RLP est fond sur le principe du selective repeat ARQ (Automatic Repeat reQuest), et ne retransmettre que les paquets errons, un dbit utilisateur de 9.6 Kbps correspond un taux derreur paquet moyen de 4/1000.

Lorsque le canal de propagation est favorable- bon rapport signal sur bruit-, le GSM peut offrir des dbits suprieurs en poinonnant la sortie de codeur cinvolutif, sur les 588 bits en sortie du codeur, seuls 456 sont transmis, sachant que le codeur traite des blocs de 290 bits, le taux de codage tenant compte de poinonnage est de lordre de 0.64, en mode transparent,



les 290 bits sont constitus de 2 bits de signalisation et de 288 bits dinformation, et ce toutes les 20 ms, do un dbit utilisateur de 14.4 Kbit/s.

En mode non transparent, le paquet RLP dure 40 ms, il contient 536 bits, auxquels sajoutent les 40 bits de signalisation RLP, soit len-tte sur 16 bits et le CRC sur 24 bits, ce paquet est alors transmis comme deux paquets du mode transparent [3].

Figure 6 Principe de la transmission de donnes GSM en mode circuit

I.3.2 Mode de fonctionnement du service GSM-SMS

Le service de message a pour objectif le transfert de message court entre le mobile et le centre SMSC, est un service bidirectionnel, le message court est limit 160 caractres, le message est transfrer travers linterface radio simultanment avec la signalisation, par le biais de terme SAPI (Service Access Point Identifier), lusage de ce terme est hrit de lISDN, SAPI=0 identifie la partie signalisation et SAPI=3 identifie la partie SMS.

Le flux de donnes est vhicul sur le canal logique TCH/8 [5].

Codage Taux 1/2

Poinonnage -32

Codage Taux 1/2

Poinonnage -132

200 40

240

Mode NT

488 456

192 48

Mode T

536 40 240

288 2

Mode T

Mode NT

Signalisation

Signalisation

Signalisation

Signalisation

4 bits de trane

588 456

Bits de donnes 9.6 Kbps

Bits de donnes 14.4 Kbps

2 * 288



Figure 7 Les protocoles de la couche 2

La figure 8 prsente larchitecture du rseau pour la transmission des SMS.

Figure 8 Architecture du rseau pour le transfert des SMS

a. Le centre SM-SC :

Le Centre Service Messages (SMSC = Short Message Service Centre) est un appareil de type Store & Forward (mmorise et envoi), qui accepte des messages de provenances diverses (modem, autres terminaux digitaux, autres SMSC, Internet) et les garde en mmoire jusqu'au moment o il arrive les transmettre aux terminaux mobiles digitaux rcepteurs.

Le temps maximum, pendant lequel les messages vont tre gards en mmoire, si le SMSC n'est pas en mesure de les envoyer immdiatement (parce que le terminal est teint ou parce qu'il est hors couverture), dpend de l'oprateur de rseau, mais il peut tre aussi prprogramm comme un paramtre spcial au moment de l'envoi du mme message, et en plus, il peut reprsenter des valeurs partir d'une heure, jusqu' quelques semaines,au-del de cette limite, les messages sont automatiquement carts par le SMSC et ne seront plus consigns au mobile.

SM-SC SMS-GMSC SMS-IWMSC

SMS-GMSC MS

HLR VLR



b. Lenvoi dun SMS :

Figure 9 Envoi dun SMS-MO et SMS-MT

Lavertissement par SMS sous GSM offre notre avis la meilleure solution, ceci pour plusieurs raisons: Le SMS est dfini par la norme GSM est donc tous les tlphones mobiles l'offre, il est dj implment et fonctionne parfaitement, permet datteindre directement le mobile, gre tous les problmes lis aux mobiles non accessible (teint). Le mobile recevra le SMS lorsqu'il se reconnectera au rseau. De plus GSM prend en charge litinrance (roaming), cela signifie quun client se trouvant momentanment sur un autre rseau GSM recevra quand mme le SMS qui lui est destin.

c. Dfinition des modes SMS

Il existe deux types de SMS, le type Text et le type PDU, l'un utilise un codage contrairement lautre.

c.1 SMS mode TEXT

Le type Text, comme son nom l'indique permet, d'envoyer des SMS sans codage, il suffit dexcuter quelques commandes AT, pour raliser l'envoi d'un SMS. Ces quelques commandes sont dcrite dans ce qui suit : AT+CMGF=1 dfinit le format du SMS, ici format Text AT+CMGS=+216 xx xxx xxx indique le destinataire du SMS >Taper le SMS a envoyer et finir par un Ctrl Z dfinit le SMS envoyer.



c.2 SMS en mode PDU

La chane de caractres de PDU contient non seulement le message, mais galement des informations au sujet de l'expditeur, son centre de messagerie, le timbre horaire, etc. Tout est sous forme d'octets hexadcimaux ou de semi-octets dcimaux. Le format d'une trame PDU diffre lorsquil sagit de lenvoi dun SMS ou de sa rception.

Dans ce qui suit on va dcrire les SMS-DELIVER et SMS-SUBMIT :

SCA PDU OA PID DCS SCTS UDL UD

RP UDHI SRI MMS MTI

Figure 10 Format d'un SMS-PDU de SMSC vers le mobile

SCA PDU MR DA PID DCS VP UDL UD

RP UDHI SRR VPF RD MTI

Figure 11 Format d'un SMS-PDU de mobile vers le SMSC

1-10 octets 2-12 octets

1 1 7 octets 1 0 140 octets

7 6 5 4 3 2 1 0

1 1 0,1 ou 7 octets 0 140 octets

7 6 5 4 3 2 1 0

1-10 octets 2-12 octets

1 1



Le tableau 1 d crit les diffrents champs de paquet PDU :

SCA Adresse du centre de service N Tl du centre de service

PDU Type Protocol Data Unit Type Protocole de transfert de donnes

MR Refrnement du message Succession de numro

OA Adresse source Adresse source

DA Adresse destination Adresse destination

PID Identifiant du protocole Identifiant du protocole

DCS Schma de codage de donnes

Dfinit entre les UD (user data)

SCTS Marqueur du temps du SC Marque la linstant ou le SMSC reoit le message

VP Priode de validit

UDL User Data Length Indique la longueur de donnes

UD User Data Champ de donnes

RP Reply Path Paramtre indique quil y a un chemin de retransmission

UDHI User Data Header Indicator Indique si les donnes contient une entte

SRI Statut Report Indicator Indique si le terminal demande le statut report

SRR Statut Report Request

VPF Validity Period Format Indique si le champ VP est prsent ou non

MMS More Message to Send Indique sil de message qui suivent

RD Reject Duplicate MTI Message Type Indicator Dcrit le type de message :

00 signifier SMS-DELIVER 01 signifier SMS-SUBMIT

Tableau 1 Description des champs dun SMS PDU



I.4 Organisation des rseaux GPRS

I.4.1 Dfinition et architecture dun rseau GPRS Tout d'abord, nous allons procder une petite mise au point terminologique. Etant

donn que GPRS (General Packet Radio Service) est partie intgrante de GSM, pour diffrencier les services offerts par GPRS de ceux offerts par la norme GSM "classique" on parlera non pas de GPRS et GSM, mais de GPRS et GSM-Circuit (ou GSM-C). De plus, il faut noter qu'on dsigne le protocole rseau utilis au dessus de GPRS par le terme gnrique PDP (Packet Data Protocol). Et par extension, un rseau interagissant avec un mobile travers l'architecture GPRS est appel rseau PDP. Dans la plupart des cas, il s'agira d'un rseau IP.

GPRS n'apporte pas vrai dire de nouveaux services l'utilisateur, puisque le transfert de donnes est dj disponible au moyen d'un terminal la norme GSM. Ce que GPRS apporte, c'est une augmentation des dbits et une plus grande souplesse d'utilisation : connexion quasi-instantane et facturation au temps de transmission rel, voire au volume rellement transmis. Pour bien comprendre, il faut voir qu'aussi bien GSM-C que GPRS ne fournissent pour les donnes que les deux premires couches du modle OSI : les couches physique et liaison de donnes. Les diffrences se trouvent dans la faon dont sont assures les fonctions de ces deux couches :

Dans GSM-C pour raliser un transfert de donnes, on tablit un circuit physique virtuel entre deux points, au moyen duquel seront transmises les donnes. Les ressources sont rserves pour toute la dure de l'change, mme si elles ne sont utilises en fait que pendant une infime portion du temps de connexion. Ceci est trs courant pour de nombreuses applications classiques, par exemple, la consultation de documents html.

Ensuite, on utilise un protocole point point pour fiabiliser le transfert le long de ce circuit. Par exemple pour un utilisateur voulant accder un rseau datagrammes comme Internet, GSM-C tablit un circuit entre la MS et une passerelle appartenant un fournisseur d'accs. On utilise ensuite le protocole PPP (ou SLIP) pour faire communiquer la MS et cette passerelle. Le tout (circuit + PPP) fournit les couches 1 et 2 du modle OSI.

Dans GPRS ce n'est plus un circuit qui permet la communication entre le terminal mobile et la passerelle mais bien un rseau commutation de paquets avec concurrence d'accs aux ressources et possibilit d'associer des qualits de services par



flux. Sur la voie radio, l'allocation de ressources se fait la demande du mobile pour transmettre un volume de donnes fix au pralable. Les ressources alloues sont donc adaptes au volume transmettre.

Pour conclure, s'il est juste de dire que GPRS n'est qu'une amlioration de services dj disponibles, il faut se rendre compte de l'importance de l'volution qui doit tre faite au sein du rseau GSM pour assurer ces amliorations. C'est une refonte trs complexe du rseau [2].

Figure 12 Architecture de rseau GPRS

La mise en place du service GPRS sur le rseau GSM actuel ncessite le rajout l'architecture envisage dans le cas de GSM de nouvelles entits de rseau ddies l'acheminement des paquets :

SGSN (Serving GPRS Support Node) : Entits associes des zones de routage. Les SGSN communiquent d'un ct avec les terminaux mobiles et d'un autre ct avec le "backbone" du rseau GPRS. Les SGSN gardent trace de la localisation des MS et assurent les fonctions de scurit et de contrle d'accs sur la voie radio.

GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Passerelles entre le backbone du rseau GPRS et un rseau fixe de transmissions de donnes. (PDN Public Data Network). Elles sont les points d'accs principaux au rseau GPRS.



On trouvera une illustration de l'architecture d'un rseau GPRS la figure 12. La norme spcifie que le rseau qui relie tous les SGSN et GGSN doit tre un rseau IP. Comme on peut le voir la figure 12, GSM-C et GPRS partagent l'infrastructure radio, c.--d. l'ensemble des BTS et des BSC. Pour le reste de leur parcours, les flux GSM-C et GPRS sont spars.

Dans GPRS, partir du SGSN, les messages PDP envoys par une MS sont encapsuls dans des paquet IP et transfrs un GGSN. C'est la technique de tunneling dj voque.

Le GGSN choisi dpend du type de message encapsul. En effet, un GGSN ne gre l'accs qu' un seul type de rseau PDP. Le deuxime critre de choix du GGSN est sa proximit avec la zone de routage de la MS.

Le GGSN qui reoit le paquet IP va dcapsuler le message PDP de la MS qui y est contenu et l'envoyer sur le rseau PDP.

En plus de ces deux entits, on va rajouter de l'information dans le HLR pour grer GPRS. On rajoute au HLR les informations d'abonnement GPRS, la zone de routage des abonns, quand on la connat, et une table de correspondance entre adresses PDP et identifiants de MS.

I.4.2 Caractristiques de linterface radio GPRS utilise les mmes bandes de frquence que GSM-C. La cohabitation des deux

services se fait sur base des structures de slots et de trames et la figure 1. Pour augmenter les dbits disponibles pour l'utilisateur, on utilise principalement deux

techniques finalement trs simples :

la diminution de la protection des donnes utilisateurs (moins d'overhead) Lutilisation pour transporter des donnes de plusieurs slots sur une trame TDMA, au

lieu d'un seul dans GSM. La deuxime de ces techniques repose sur le principe du multiplexage statistique : par

multiplexage statistique, on entend permettre un utilisateur de se voir allouer ponctuellement bien plus que les autres utilisateurs, sils n'utilisent pas leur portion de bande passante. Dans ce cas, notre utilisateur rcupre les ressources inutilises par les autres. La norme dfinit de nouveaux canaux logiques GPRS dont l'allocation est flexible : sur une frquence, le rseau peut choisir de leur allouer la totalit ou seulement une partie des 8 slots de chaque trame. Autrement dit, l'utilisation d'une frquence peut tre partag entre la parole et les donnes. La rpartition de ces slots consacr GPRS entre les utilisateurs actifs se fait sparment sur les voies montante et descendante.



Plusieurs schmas de codage sont dfinis pour permettre des taux de transfert de 8 Kbps plus de 150 Kbps (inaccessibles dans les faits). Chaque schma de codage offre une protection des donnes plus ou moins importante.

La norme dfinit l'interaction entre rseaux GPRS et rseaux IP, et entre rseaux GPRS et rseaux X.25. Les donnes utilisateurs sont transfres de manire transparente entre le terminal mobile et les rseaux de donnes externes par une technique de "tunneling". Le tunneling consiste encapsuler les messages transmis par la MS dans des paquets d'un autre protocole. Le rseau n'utilise pas les informations du paquet utilisateur pour le router jusqu' une passerelle. Cette dernire va, en rception du message, dcapsuler le message de la MS et le transmettre sur un rseau PDP correspondant. Ceci permet au rseau GPRS de ne grer qu'un seul protocole dans son backbone et facilite l'utilisation du rseau GPRS avec de nouveaux protocoles de donnes dans le futur.

Pour grer les problmes de mobilit, GPRS utilise le mme systme de paging que GSM-C mais dfinit des sous-ensembles de cellules plus petits que ceux de GSM-C. On appelle ces sous-ensembles des zones de routage. Une zone de routage est toujours totalement incluse dans une zone de localisation.

Les intrts principaux de GPRS sont les temps d'accs, de l'ordre d'une seconde pour commencer un transfert de donnes, et la possibilit de facturer en fonction du volume de donnes transfr, plutt qu'en fonction du temps de connexion.

I.4.3 Pile de protocoles grs par MS

Figure 13 Pile de protocoles dans le plan de donnes



Figure 14 Pile de protocoles dans le plan de signalisation

En fait, dans GPRS, une MS ne gre pas une mais des piles de protocoles situs dans deux plans diffrents : le plan de signalisation et le plan de transmission. Le plan de transmission sert transfrer toutes les donnes utilisateurs. Le plan de signalisation sert quant lui assurer la gestion de la mobilit (MM : Mobility Management), mais aussi la transmission de messages courts.

Mais en fait, seul les sommets de ces deux piles diffrent. Dans le plan de signalisation on trouve au sommet la couche GMM (GPRS Mobility Management) surmonte des couches SM (Session Management) et GSMS (GPRS SMS). Dans le plan de transmission, on trouve au sommet de la pile le protocole SNDCP surmont de diffrents PDP (Packet Data Protocol). On trouvera une illustration de ces deux piles aux figures I.6.

a. Couche physique

La structuration du temps sur une frquence en slots et en trames est reprise GSM-C, ce qui permet de faire cohabiter les deux types de flux sur une mme bande de frquence.

Par contre, une nouvelle structure du niveau des multitrames de GSM-C est dfini : la multitrame 52 slots3.



b. Couche RLC

Le protocole RLC assure la segmentation des paquets LLC en blocs RLC/MAC et effectue les retransmissions ncessaires quand un paquet s'est perdu (mcanisme de type ARQ Automatic Repeat Query). Ce protocole est troitement li l'interface radio utilise.

c. Couche MAC

Le protocole MAC gre l'accs concurrent aux diffrents canaux physiques. Un mobile peut se voir allouer plusieurs intervalles de temps d'une trame TDMA s'il est capable de les grer (terminaux multislots). Les en-ttes des protocoles RLC et MAC sont mlanges. La sparation est donc assez factice d'autant plus que les deux protocoles sont dfinis dans le mme document. On parlera donc souvent de la couche RLC/MAC.

d. Couche LLC

Le protocole LLC doit :

Fournir un lien logique fiable entre la MS et le SGSN.

tre indpendant des protocoles sous-jacents l'interface radio pour permettre l'introduction de nouvelles solutions radio pour GPRS avec un minimum de changement au NSS (Network Sub-System).

Supporter des paquets d'information de taille variable

Supporter un mode avec acquittement et un autre sans

Permettre de faire une distinction de qualit de service entre les diffrents types d'utilisateur

Prserver la confidentialit des identits des utilisateurs

e. Couche SNDCP

SNDCP gre le multiplexage de plusieurs connexions PDP, la compression/dcompression des en-ttes et la compression/dcompression des donnes. Ce protocole assure le respect de la squence des messages. Le protocole SNDCP assure aussi la segmentation (et la reconstitution) des paquets de donnes pour fournir des blocs de donnes de taille acceptable pour le protocole LLC.



f. Couche GMM

La couche GMM (GPRS Mobility Management) va grer, comme son nom l'indique, l'itinrance du terminal dans le rseau. Cette couche n'est pas vraiment en-dessous de SM tant donn qu'il n'y a pas d'encapsulation entre les couches. GPRS reprend le principe de groupement en zone des cellules de GSM-C, mais ces zones sont plus petites : elles sont appeles zone de routage (ou routing area, RA).

g. Couche SM

La couche SM permet au mobile de demander au rseau la mmorisation d'un contexte, appel contexte PDP, dans le SGSN et le GGSN. Ce contexte va servir ces deux entits router les paquets en provenance du mobile ou destins celui-ci sans devoir consulter les bases de donnes de localisation. Il comprend principalement :

le type de rseau utilis (X.25, IP...) l'adresse PDP du mobile (adresse IP par exemple) l'adresse IP du SGSN grant la cellule o se trouve l'abonn

le point d'accs au service rseau utilis (NSAPI, Network Service Access Point) la qualit de service ngocie

Un abonnement GPRS contient la souscription d'une ou plusieurs adresses PDP. Chaque adresse PDP, si elle est actuellement en usage, est dcrite par un contexte PDP individuel dans la MS, dans le SGSN et dans le GGSN. Chaque contexte PDP peut tre individuellement actif ou inactif.

Les adresses PDP peuvent tre alloues dynamiquement ou statiquement. Dans le cas dynamique, ce peut-tre le rseau o l'abonn a souscrit l'abonnement qui va attribuer l'adresse ou ce peut tre un autre rseau auquel le mobile est attach pour le moment.

I.5 Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons parl de rseau GSM et le rseau GPRS et les services supports par chaque rseau entre eux, nous avons focalis ltude de ces rseaux sur les services de transfert de donnes dans loptique dintroduire lobjectif de ce projet qui se manifeste dans linteraction entre ces rseaux de transmission de donnes et le systme de gestion de flotte de Tunav LaTrace qui sera trait dans le chapitre suivant.

Chapitre II Etude du systme de gestion de flotte LaTrace et services supports SUPCOM


34

Chapitre II

Etude du systme de gestion de flotte LaTrace et services supports

II.1 Introduction Lobjectif de ce chapitre est dtudi afin de comprendre le principe de fonctionnement

du systme de gestion de flotte par GPS qui fait lobjet des travaux de notre projet de fin dtude. Le systme objet de cette tude a t dvelopp et mis au point par la socit Tunav et il porte la domination commerciale LaTrace . Ainsi, dans ce chapitre nous allons commencer par la prsentation de larchitecture gnrale du systme LaTrace puis nous allons dtailler les caractristiques de ses diffrents sous-systmes ainsi que le protocole utilis pour la transmission de donnes via le rseau GSM.

II.2 Description du systme LaTrace

II.2.1 Dfinition et fonctionnalits Le produit LaTrace, est un quipement lectronique embarqu pour des applications de

positionnement, de communication et de gestion de flotte. Cet quipement est dot dun rcepteur GPS, un calculateur numrique embarqu, une mmoire pour le stockage des donnes de suivi du mobile et un module de communication radio. Cet quipement permet la localisation en temps rel des mobiles grer et le transfert de ces informations un site distant de suivi et de gestion. Grce ses fonctionnalits avances de gestion et de traitement rapide des donnes GPS.



35

En associant LaTrace au logiciel de gestion des flottes l-trace de Tunav, les gestionnaires de flottes disposent dun ensemble doutils performants de visualisation des mouvements des vhicules terrestres sur cartes gographiques et de gnration dune multitude de rapports dexploitation, configurables selon les besoins spcifiques de lutilisateur. Le systme de gestion de flotte LaTrace couvre une large gamme dapplications :

Transport et distribution de marchandises

Transport de matires dangereuses

Transport de fonds

Suivi de flottes de bateaux

Suivi de vhicules

Suivi de remorques et de contenaires

Services de livraison

Coordination logistique

II.2.2 Architecture du systme

Centre de suivi et de gestion

Rseau Radio Mobile

Flotte de vhicules sur terrain

Figure 15 Composants Matriels du systme de contrle de flotte



36

Comme le montre le schma de la figure 1, le systme de gestion de flotte comporte les trois parties suivantes :

Units de suivi embarques TMU (Tracking Mobile Unit) : LaTrace2525 Serveur de gestion de flotte MSS (Management Station Server) : l-Trace Rseau de communication radio (GSM/GPRS)

II.2.3 Dfinition de sous-systme Lunit de suivi mobile (LaTrace), permet dassurer en temps rel la collecte des

informations GPS relatives au mobile, le traitement de ces donnes et leur envoie par GSM au centre de gestion de flottes. Larchitecture interne de LaTrace comporte les sous-systmes suivants :

a. Sous-systme GPS : cest moteur GPS intgr le TNV25 dvelopp et fabriqu par Tunav. Cest un rcepteur caractris par une grande sensibilit, une prcision de positionnement infrieur 10 mtres et des temps de synchronisation trs courts. Ce sous-systme permet lacquisition avec prcision des paramtres de positionnement suivants :

Date et heure

Position gomtrique (altitude, longitude, latitude) Vitesse et direction

b. Sous-systme de traitement numrique: cest un calculateur embarqu dvelopp autour dun processeur numrique des signaux (DSP) : disposant de grandes capacits de calcul et de gestion des entres/sorties avec une multitude dinterfaces intgrs. Ce sous-systme offre les fonctionnalits suivantes :

Programmabilit, flexibilit et volutivit des fonctions de traitement numrique grce limplantation logicielle de toutes les fonctions supportes par lquipement LaTrace2525.

Enregistrement sans pertes des donnes de suivi du vhicule dans un bloc de mmoires non volatiles. La priode maximale de stockage des donnes est programmable en fonction des priodes de suivi et de la taille de la mmoire de lunit.



37

Traitement en temps rel des donnes de positionnement du vhicule pour assurer des fonctions de navigation programmables (arrt, vitesse, distance parcourue, enregistrement dvnements prdfinis par lexploitant,)

Gestion prioritaire des changes dinformations avec les priphriques de scurit (bouton SOS,)

Gestion des changes dinformations avec linterface utilisateur (change des communications tlphoniques via le rseau GSM, signaux sonores dindication des tats de lunit,)

Pilotage du module de communication radio mobile (GSM/GPRS): formatage des donnes, synchronisation des communications, activation et interprtation des commandes AT des modules de communication intgrs.

Supervision de la continuit de fonctionnement de lunit : ensemble de fonctions logicielles implantes pour dtecter tout tat anormal et prvoir les corrections ncessaires.

c. Sous-systme de communication: Tunav a intgr dans son unit LaTrace un module de communication GSM/GPRS compltement pilot par le calculateur numrique et destin assurer les types de communications bidirectionnelles suivantes:

Tlphonie (voie) et fax Messagerie courte (SMS) Donnes avec un dbit configurable selon les exigences de lapplication

d. Sous-systme dinterface utilisateur: En plus des fonctions de suivi automatique lunit LaTrace permet aussi dassurer une interactivit entre le chauffeur et le centre de gestion grce une interface utilisateur (Panel Board) qui supporte les fonctionnalits suivantes :

Indication sonore de configuration distance de lunit

Bouton dappel durgence (SOS) Bouton dappel du centre de gestion (CS) Kit main libre pour les communications tlphoniques



38

II.3 Composants logiciels du systme de gestion de flotte

Les composantes logicielles du systme de contrle de flotte, que nous appelons tout simplement, application de contrle, comporte au moins quatre modules principaux.

II.3.1 Module Interface Modem (MIM) Ce module assure les traitements suivants :

Initialisation du suivi qui consiste entre autre ouvrir une session avec le serveur de donnes.

Configuration et saisie des paramtres de contrle du port srie.

Activation du processus dcoute du rcepteur GPS. Ce processus commence par envoyer les ordres de pilotages et les paramtres de configuration vers lquipement embarqu dans un vhicule donn. Il se met ensuite lcoute du modem pour rcuprer les informations GPS (latitude, longitude, vitesse, distance cumulative, temps, etc).

Ecoute et rception des donnes de positionnement (rfrences gographiques) et met jour la base de donnes.

Reoit du serveur de donnes lidentificateur du type de lalarme devant tre gnre et envoye, via le modem, lquipement embarqu en question.

Arrt du suivi qui consiste entre autre la fermeture de la session avec le serveur de donnes.

II.3.2 Module Suivi Flotte (MSF) Ce module assure les traitements suivants.

Initialisation.

Saisie des donnes didentification de la flotte et appel du module SIG pour la visualisation sur la carte.

Saisie les tronons de litinraire que doit suivre un vhicule durant un voyage donn. Dans cette tche, le Module Suivi Flotte interagit avec le Module SIG.



39

II.3.3 Modules de gestion des donnes de suivit de flotte a. Module SIG : ce module assure les traitements suivants.

Initialisation.

Chargement de la carte.

Lecture des donnes de positionnement partir de la base de donnes.

Appel de la fonction de traage sur la carte.

Rafrachissement.

Lors de la dfinition des itinraires dun voyage donne, permet de calculer les coordonnes dun point sur la carte.

b. Module Gestion Ressources : ce module assure les traitements suivants.

Initialisation.

Met jour les donnes mtiers c'est--dire les informations concernant les chauffeurs, les vhicules, les quipements embarqus, les marchandises transportes, ventuellement les dpt partir desquels seront transports les marchandises, les clients et les voyages programms et rgulirement assurs par la socit.

Edite la liste des vhicules devant faire lobjet de rvision. Saisie les rapports de rvision des vhicules.

II.4 Protocoles dchange de donnes Le systme LaTrace utilise un protocole de transmission de donnes adapt au rseau

GSM, permettant aux flux de donnes dtre transmis selon des formats supports par le rseau GSM dans ce qui suit nous prsentons les diffrents flux de donnes changs dans le systme LaTrace.

II.4.1 Flux de donnes chang entre lunit mobile et le serveur Le flux de donnes transmis par le systme de gestion de flotte travers le rseau GSM

est compos de :

Paramtres de contrle (configuration), qui sont : o Start_tracking : dmarrer le suivit, o Stop_tracking : arrter le suivit,

o Demande de position actuelle,



40

o Change_track_setting : pour permettre le changement de paramtres de configuration courante.

Donnes relatives aux positions de lunit en cours de suivi. Ces donnes sont structures dans un format de trame, qui assure la meilleure robustesse aux changes de donnes.

Start_data_send ID nombre de position

14 octets donnes 0 1 2 .

.

.

255 0

.

.

.

x

Close_data_send

Figure 16Format de trame des donnes transmettre sur une session Data

Le schma de la figure 17, prsente larchitecture en couche du protocole LaTrace

Figure 17 Architecture en couche de systme LaTrace

Applicatif

Protocole LaTrace

GSM

Applicatif

Protocole LaTrace

GSM

Couche de transport



41

Larchitecture en couche du systme LaTrace se compose de trois couches :

Couche applicative : interagit avec le GPS de cot unit mobile ou lapplication qui permet le suivit de flotte et laffichage sur les cartes numrise.

Couche protocole LaTrace : contient la partie de formatage de trame vhiculer via le rseau GSM.

Couche GSM : contient lmetteur/rcepteur GSM, qui permet linteraction avec le

rseau GSM.

La compatibilit entre les diffrentes couches dans une architecture, oblige le protocole LaTrace davoir une certaine interoprabilit, donc il doit tre conforme la norme GSM, tre robuste contre les dfauts du rseau GSM et avoir la capacit de sadapter avec les vnements qui se produisent au niveau du rseau GSM.

II.4.3 Etapes dtablissement dune session Data par le systme LaTrace

Figure 18 Etablissement d'une session data

La premire tape faire est la configuration, par lenvoi dun SMS Start-tracking , qui contient les paramtres de configuration : Mode denvoi, frquence dchantillonnage et la

Unit mobile Serveur

Ring : demande douverture dune session

ATA

Session data

Ack

SMS : Start tracking -Mode -Frq. chant -Priode denvoi

Start tracking Ack Collecte de donnes



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priode denvoi. Lunit mobile rpond par un acquittement confirmant la prise en considration de ces paramtres.

Pour que lunit mobile puisse ouvrir une session data avec le serveur, la commande Ring est envoye par lunit mobile, puis la rponse favorable sera la commande ATA, aprs cette commande lunit mobile commence envoyer les donnes travers le rseau GSM en envoyant dabord le bloc start_data_send et la session est ouverte, aprs que lunit mobile remplis une certaine condition, le serveur sait que lunit mobile a fini de transmettre les donnes par lenvoi du bloc Close_data_send et il envoie un acquittement pour dire que la session est ferme pour que lunit mobile se deconnecte.

II.6 Conclusion

Dans ce chapitre nous avons dcrit le systme de gestion de flotte par GPS LaTrace, nous avons parl de diffrents composants du systme afin de donner le protocole de transfert de donnes et le services supports par ce systme.

Chapitre III Caractrisation de linteraction entre la qualit de service GSM et la robustesse du transfert de SUPCOM donnes du systme LaTrace


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Chapitre III

Caractrisation de linteraction entre la qualit de service du rseau GSM et la robustesse du transfert de donnes du systme LaTrace

III.1 Introduction Lobjectif de ce chapitre est de dcrire les indicateurs de qualit de service GSM. Afin

danalyser leur influence sur la qualit de service de gestion de flotte par le systme LaTrace. Nous proposons de donner dans ce chapitre une description des techniques de caractrisation de ces indicateurs.

III.2 Dfinition des indicateurs de qualit de service

III.2.1 Indicateurs de qualit de service dans l rseau GSM Dans le rseau de deuxime gnration, les services de donnes ne reprsentent quune

part marginale du trafic global. Ils ont, entre autre, t optimiss pour prserver lisochronisme de la voix. Les critres de qualit de service concernent donc les services vocaux et se basent essentiellement sur la probabilit de blocage lheure de pointe, le taux de coupure de communication et la qualit vocale subjective. Quant la transmission de donnes, les pertes sont viter mais le dlai de transmission de bout en bout ou la gigue sont moins importants que dans le cas de la voix.

Un indicateur est obtenu par la combinaison de plusieurs compteurs -les compteurs sont rcolts travers des processus de mesure ralises sur des intervalles du temps et lis des vnements survenus sur un quipement du rseau traduit la performance du systme [1].



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Les indicateurs de qualit de service peuvent tre classs en deux catgories :

a. Indicateurs globaux

Ils permettent de dterminer lefficacit dune procdure particulire (par exemple taux de blocage, taux dinterruption de communication..), ils sont utiliss pour quantifier la qualit globale du rseau, estimer limpact de la qualit sur les usagers ou bien comparer les rseaux entre eux.

b. Indicateurs intermdiaires Ils permettent de dterminer lefficacit dune sous-procedure (nombre dappels satisfait,

taux de Handover sur qualit...), ils permettent de dtecter, didentifier et de localiser un problme dans le rseau et den dterminer la cause ventuelle [1].

Indicateur de qualit de service Mode dvaluation paramtres dvaluation Couverture Mesures radio Niveau du champ

RxLev

Taux dappels russis Mesures systme Taux de blocage

Qualit de la communication pendant lappel Niveau du signal /interfrence

Mesures radio Analyseurs de qualit vocale

Qualit du signal RxQual C/I

Taux de coupure dappel Mesures systme Pourcentage de coupure

Tableau 2 Principaux indicateurs de qualit d service

Les services de transmission de donnes, notamment avec limportance grandissante de lInternet ncessitent la mise en uvre de rseaux optimiss pour le transport de type Internet et voix les services de transmission sont trs sensibles aux pertes dinformations (sous la forme des paquets ou messages typiquement). Ils sont beaucoup moins sensibles aux dlais de transmission bout-en-bout ou la gigue [1].



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Indicateur Taux acceptable

Coupure dappels sur cause matrielle 1% Coupure dappel sur cause radio 2% Coupure de Handover 1% Blocage TCH 2% Blocage SDCCH 0.5% Succs dtablissement dappel 95% HO sur meilleure cellule 50% HO sur qualit 30% HO sur niveau de champ 20% HO sur interfrence 1% Succs de HO 90% C/I suprieur 9 dB Coupure dappels 2%

Tableau 3 Classification des indicateurs de qualit de service

Limitations du rseau GSM pour le transfert des donnes

dbit de transmission limit 9 kbps.

Temps dtablissement long : 20 25 s.

Facturation selon le temps de connexion et non pas en fonction du volume de donnes comme cest le cas du rseau GPRS.

III.2.2 Etude des indicateurs de qualit de service dans le rseau GPRS Les indicateurs de qualit de service dans le rseau GPRS sont les mme que pour le

rseau GSM au niveau de linterface radio, la diffrence entre les deux rseau vient de diffrents services offerts par le rseau GPRS au niveau de couches suprieure. Autrement dit grce loffre de service de transfert de donnes comme laccs Web et le tlchargement.

Les indicateurs de qualit de service dans le rseau GSM peuvent tre donn comme suit :

a. Accs au rseau GPRS

Taux dindisponibilit de la couverture GPRS : nombre de points de mesure ou le service est indisponible/ nombre de points de mesure

Taux dchec ltablissement de la connexion GPRS : nombre dchec de tentatives dactivation de PDP Context / Nombre de tentatives dactivation du PDP Context.



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Dure moyenne de ltablissement de la connexion GPRS : la dure de ltablissement de la connexion GPRS est la mesure de lintervalle de temps entre le clic de composer aprs le lancement de la connexion modem et laffichage de connexion tablie.

Dure moyenne de dconnexion : la dure de dconnexion GPRS est la mesure de lintervalle de temps entre le clic sur le bouton Dconnecter et la disparition de la boite de dialogue de la connexion du modem GPR

gsm ould elhassen mohamed

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