G

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

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

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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.

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GPS Structure
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GPS Principe de positionnement

• Principe Utilisation des coordonnées des
  satellites

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GPS Fréquence et codage
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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.

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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)

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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.
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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 ?

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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)

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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.
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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.
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Plan
1 Technologies de positionnement
2 Communication mobile
3 Applications de géo-positionnement
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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

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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

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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

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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.
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GSM Généralités

• Gestion du transfert intercellulaire

Source Digitel Espagne.
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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

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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

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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

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GSM Architecture PLMN
NMS
NSS
BSS
BSC
BSC
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
MS
Source Digitel Espagne.
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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

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GSM la partie BBS
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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

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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)

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Plan
1 Technologies de positionnement
2 Communication mobile
3 Applications de géo-positionnement
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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

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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

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FIN

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• Des questions ?