Pr

1
DRT Génie informatique
Géo-positionnement et Systèmes dinformation
géographique - Baptiste Burles -
2
Sommaire
1 Technologies de positionnement
2 Communication mobile
3 Applications de géo-positionnement
3
1 - Technologies de positionnement

• Historique
• Structure et composantes GPS
• Principe de positionnement
• Fonctionnement fréquence, codage,
  transmission
• Technologies complémentaires et alternatives

4
GPS Historique

• Étude lancé dans les années 70 par le DoD.
• Objectif un système de repérage globale.
• Février 1978 premier satellite GPS.
• 1983 Signaux GPS accessible aux civils.
• 1990 Précision dégradé.
• 1994 GPS déclaré opérationnel.
• 2000 Les restrictions daccès sont supprimées.

5
GPS Structure
6
GPS Principe de positionnement

• Principe Utilisation des coordonnées des
  satellites

7
GPS Fréquence et codage
8
GPS Transmission et réception

• Transmission
• 5 trames de 30 bits (temps UTC, position
  satellite, état satellite) sont envoyées.
• Les trames sont codées par le code C/A et le
  code P.

• Réception
• Le récepteur civil connaît tous les codes C/A
  des 24 satellites
• Auto corrélation entre le signal reçu et un
  signal interne généré par récepteur.
• Ce signal interne est obtenu entre horloge
  récepteur et choix dun code C/A.
• Enfin, décodage et vérification de la cohérence
  des informations.

9
GPS Sécurité

• Dégradation du signal
• Par envoi de position satellites erronés pour
  une région donnée
• Par désynchronisation des horloges des satellites

• Codage de linformation par des codes permet
• de limiter laccès aux alliés (OTAN)
• déviter le brouillage de linformation anti
  spoffing
• mais des brouilleurs existent phrack

• Depuis 2000, code P est connu
• Précision de /- 3 mètres pour les civils sans
  restriction.
• Militaires ont introduit un nouveau code pour
  une meilleure précision (code Y)

10
GPS NMEA

• NMEA National Marine Electronic Association.
• Récupération des données standard NMEA 0183
• Format textuel envoi sur liaison série.
• Exemple de trame NMEA

ID
MSG

,D1,D2,D3,Dn
CS
CRLF
Message id
terminateur
Débutdu msg
delimiter
Talker id (GP pour GPS)
Ckecksum 2 hexa for 8 bits
Msg data fields
Source IUT Valence. Denis Genon Catalot.
11
GPS Conclusion

• Très bonne précision si les conditions sont
  réunies
• plus de 3 satellites.
• horloge synchronisé.
• antenne récepteur en terrain découvert.

• Mais
• Coût de lordre du milliard de dollar par an.
• Ne fonctionne pas en environnement fermé
  (bâtiment)
• Technologies contrôler par armée américaine.
• En cas de crise quel peut être laccès ?

12
GPS Les technologies alternatives

• GLONASS GLObal Navigation System
• Premier satellite lancé en 1982 par URSS
• Similaire au GPS américain
• Aucune détérioration du signal civil
• Mais système à labandon depuis la fin de lURSS
  (6 satellites)
• Aide à la navigation aérienne
• But accroître la précision et la fiabilité du
  GPS pour la navigation aérienne et maritime
• Programme EGNOS (Europe) Utilise les signaux
  du GPS et du GLONASS
• Corrections par 3 satellites européens et des
  stations au sol
• Programme similaire WAAS américains (Wide Area
  Augmentation System) et MSAS japonais (MT Sat -
  Based Augmentation System)

13
Le GPS européen Galileo

• Pourquoi un GPS européen
• problème de la couverture satellite (plus de 3
  satellites nécessaires)
• problème daccès en cas de crise
• indépendance de lEurope (emploi, recherche)

• Structure générale de Galileo (en 2005)
• 30 satellites dont 3 de secours
• 2 centres de contrôles Galileo en Europe
• 20 stations de télémesures réparties sur la
  terre
• Lutilisateur est en mesure de recevoir des
  données dau moins 2 satellites à tout instant

Source European Space Agency.
14
Le GPS européen Galileo

• Fréquence et type de signal
• 4 fréquences 1202 MHz, 1278 MHz, 1561 MHz et
  1589 MHz.
• Différents signaux accessibles
• signal dintérêt général accessible sans
  autorisation
• signal commercial accès payant, protégé par
  des clés daccès
• signal dintérêt public accès restreint à la
  navigation aérienne, aux militaires, aux péages
  routiers, aux sauvetages. La réception se fait
  par un récepteur spécifique.

• Récupération des données
• Au format XML sur les récepteurs.
• Ground Segment Data Model Data Standard (GXML)

Source European Space Agency.
15
Plan
1 Technologies de positionnement
2 Communication mobile
3 Applications de géo-positionnement
16
2 - Communication mobile le GSM

• Objectif du GSM
• Généralités notion de cellule, itinérance
• Code de linformation fréquence et sécurité
• Architecture du système
• Description des éléments du système

17
GSM Objectif

• Cette liaison radio doit permettre
• litinérance (roaming) de lutilisateur à
  travers le réseau
• la communication en tout point du réseau
  nécessité de réaliser un transfert
  intercellulaire (handover)

• Mais
• problème de confidentialité diffusion des
  ondes radios
• coût de la fréquence radio ressource limitée
• interférences du milieu de lutilisateur
• mobile système embarqué peu de puissance

18
GSM Généralités

• Nécessité dune installation fixe pour gérer
  litinérance et le transfert
• Lopérateur doit installer des antennes fixes
• Chaque antenne définie une cellule
• Toutes les antennes définissent une zone de
  couverture propre à lopérateur
• Les cellules sont de taille variable
• macro cellule 1 à 35 Km
• micro cellule 100 m à 1 Km
• pico cellule 10 à 100 m

19
GSM Généralités

• Les cellules
• chaque cellule a sa fréquence de communication
• pour éviter de gaspiller les fréquences et
  dinterférer entre les cellules technique SDMA

• Space Division Multiple Access
• schéma dattribution des fréquences
• But les cellules adjacentes ne doivent
• pas avoir la même fréquence de communication

Source Digitel Espagne.
20
GSM Généralités

• Gestion du transfert intercellulaire

Source Digitel Espagne.
21
GSM Codage de linformation

• GSM utilise
• la bande 890 915 MHz pour antenne vers mobile
• la bande 935 960 MHz pour mobile vers antenne

• GSM partage laccès aux fréquences
• FDMA (Frequency Division Multiple Access) 124
  canaux de 200 KHz
• TDMA (Time Division Multiple Access) 8 tranches
  de 0.576 ms par canaux

22
GSM Codage de linformation

• Sécurité des transmissions assuré par
• un numéro secret pour lauthentification
  International Mobile Subscriber Identity
• un clé dauthentification Ki (128 bits)
• une clé de chiffrement Kc (64 bits)
• 3 algorithmes de chiffrement sont utilisé dans
  le GSM A3, A8 et A5
• Les algorithmes sont secret !

• But éviter la fraude et lécoute des
  communications

• Mais
• chiffrement intervient pour la partie radio
  uniquement
• Traçage de lutilisateur par les numéros de
  session dans les bases de lopérateur

23
GSM Architecture

• Le GSM est organisé de la façon suivante
• le système radio mobile (Mobile Station)
  lutilisateur
• le système de gestion radio (Base Station
  Subsystem) lantenne
• le sous système réseau (Network Switching
  Subsystem) interconnexion des antennes
• le système de gestion réseau (Network Management
  Subsystem) supervision du réseau
• Lensemble forme le Public Land Mobile Network

24
GSM Architecture PLMN
NMS
NSS
BSS
BSC
BSC
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
MS
Source Digitel Espagne.
25
GSM la partie MS

• La carte SIM contient
• les infos liées à la sécurité (IMSI, clé,)
• les infos personnelles de labonné (annuaire)

• la carte SIM permet de changer de terminal
• Un seul numéro connu de lextérieur numéro
  dappel du mobile

26
GSM la partie BBS
27
GSM la partie NSS et NMS

• Le sous système réseau NSS le MSC
• commutateur MSC Mobile-services Switching
  Center
• donne accès aux base de données du réseau
• supervise plusieurs BSC
• assure linterconnexion des BSC, la mobilité, le
  transfert intercellulaires
• peut servir de passerelle vers dautres réseaux

28
GSM Conclusion

• Le système GSM
• couvre les zones terrestres
• nécessite une infrastructure lourde
• permet denvoyer/recevoir la voix et des
  messages court (SMS)
• évolue vers des systèmes plus interactifs web,
  mail, agenda
• nouvelle norme UMTS (Universal Mobile
  Telecommunication System) , WAP, GPRS (General
  Packet Radio Service)

29
Plan
1 Technologies de positionnement
2 Communication mobile
3 Applications de géo-positionnement
30
Application GPS et GSM

• GPS application de positionnement

• Navigation civile localisation navire, aide au
  positionnement des avions, assistance à la
  conduite, secours
• Relevé topologiques et étude des mouvements
  terrestres
• Militaire navigation, guidage darmement,
  localisation des troupes

31
Application GPS et GSM

• Application GPS et GSM

• But de marier les 2 systèmes Localisation
  (GPS) et envoie dinformations (GSM)
• Gestion de flotte à distance (location de
  camion, parc de bus urbain)
• Traçabilité gestion de stock à distance, de
  pièce détaché
• mais problème de la couverture GSM

32
FIN

• Des remarques ?
• Des questions ?