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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
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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.
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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.
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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.
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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
Projet PFE OULD ELHASSEN
6
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
Projet PFE OULD ELHASSEN
7
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
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Liste de figures SUPCOM
Projet PFE OULD ELHASSEN
8
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
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Liste de tableaux SUPCOM
Projet PFE OULD ELHASSEN
9
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
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Introduction gnrale SUPCOM
Projet PFE OULD ELHASSEN
10
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
Projet PFE OULD ELHASSEN
11
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.
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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.
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Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
supports par les rseaux GSM/GPRS SUPCOM
Projet PFE OULD ELHASSEN 13
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.
-
Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
supports par les rseaux GSM/GPRS SUPCOM
Projet PFE OULD ELHASSEN 14
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
-
Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
supports par les rseaux GSM/GPRS SUPCOM
Projet PFE OULD ELHASSEN 15
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.
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Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
supports par les rseaux GSM/GPRS SUPCOM
Projet PFE OULD ELHASSEN 16
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.
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Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
supports par les rseaux GSM/GPRS SUPCOM
Projet PFE OULD ELHASSEN 17
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
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Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
supports par les rseaux GSM/GPRS SUPCOM
Projet PFE OULD ELHASSEN 18
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.
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Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
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Projet PFE OULD ELHASSEN 19
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.
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Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
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Projet PFE OULD ELHASSEN 20
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
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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,
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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
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Projet PFE OULD ELHASSEN 23
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
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Projet PFE OULD ELHASSEN 24
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.
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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
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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
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Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
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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
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Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
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Projet PFE OULD ELHASSEN 28
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.
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Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
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Projet PFE OULD ELHASSEN 29
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.
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Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
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Projet PFE OULD ELHASSEN 30
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
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Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
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Projet PFE OULD ELHASSEN 31
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.
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Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
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Projet PFE OULD ELHASSEN 32
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.
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Chapitre I Etude du mode de fonctionnement et des services
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Projet PFE OULD ELHASSEN 33
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
Projet PFE OULD ELHASSEN
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.
-
Chapitre II Etude du systme de gestion de flotte LaTrace et
services supports SUPCOM
Projet PFE OULD ELHASSEN
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
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Chapitre II Etude du systme de gestion de flotte LaTrace et
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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.
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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
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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.
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Chapitre II Etude du systme de gestion de flotte LaTrace et
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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,
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Chapitre II Etude du systme de gestion de flotte LaTrace et
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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
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Chapitre II Etude du systme de gestion de flotte LaTrace et
services supports SUPCOM
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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
-
Chapitre II Etude du systme de gestion de flotte LaTrace et
services supports SUPCOM
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42
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.
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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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43
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].
-
Chapitre III Caractrisation de linteraction entre la qualit de
service GSM et la robustesse du transfert de SUPCOM donnes du
systme LaTrace
Projet PFE OULD ELHASSEN
44
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].
-
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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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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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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46
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