Les actions des pôles de compétitivité Images et Réseaux et Systematic préparant l'arrivée des systèmes de 4ème génération

26/08/2017
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2011-5:19579
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Les actions des pôles de compétitivité Images et Réseaux et Systematic préparant l'arrivée des systèmes de 4ème génération

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REE N°5/2011 ◗ 103 la quatrième génération des systèmes mobiles 1 Emmanuelle Garnaud Gamache, 1 Michel Corriou, 2 Thierry Houdoin, 2 Véronique Vèque, 2 Thierry Lestable, 2 Méhand Guiddir 1 Images et Réseaux, 2 Systematic 1. Introduction Le développement de réseaux de nouvelle génération nécessite pour être fructueux, des ac- tions de recherche et développement concernant les nouvelles applications qu'ils pourront porter, et les nouveaux usages qu'elles pourront engen- drer. C'est pourquoi, il nous est apparu intéressant de donner la parole aux pôles de compétitivité Images et Réseaux et Systematic pour qu'ils puis- sent présenter leurs actions dans le domaine des communications mobiles et en particulier celles qui concernent les réseaux de 4ème génération. 1.1. Le pôle de compétitivité Images & Réseaux Le pôle de compétitivité Images & Réseaux, basé en Bretagne et Pays de la Loire, regroupe 230 ac- teurs – PME, grands groupes, laboratoires – autour des filières Internet, réseaux, audiovisuel et télé- coms. Depuis sa création en 2005, près de 500 projets collaboratifs de R&D ont reçu son label pour leur caractère innovant et leurs retombées écono- miques potentielles : environ 200 d'entre eux ont été financés, cumulant un investissement global de 500 millions d’euros. Parmi ces projets, et depuis le début, beaucoup font appel directement à des terminaux mobiles tant pour la présentation d’information que pour la production de contenus. Certains s'appuient unique- ment sur des terminaux fixes en raison des limita- tionsdudébitdanslesréseauxmobilesd'aujourd'hui. Cette contrainte sera demain levée avec l'arrivée des réseaux mobiles de 4ème génération. La liste des projets est trop longue pour les citer tous. Quelques noms : • Gamme (visite de musées, réalité augmentée, réalité virtuelle, géolocalisation) • APOGEE (l'après 3G) • CRM mobile (mise en relation clients/commer- çants) • Immersion (objets réels, virtuels, réalité aug- mentée, mélange 2D/3D pour mobile) • Zewall (contenus auto-produits à partir de mobile et autres équipements et consultation sur mobile). 1.2. Le pôle de compétitivité Systematic Depuis 2006 et la création de sa première feuille de route, le pôle Systematic a identifié les nouveaux systèmes radios comme un axe de dé- veloppement majeur des télécommunications. Le succès exceptionnel des applications mobiles sur smartphone et la croissance très forte des usages “data mobile” ont montré la pertinence de ce positionnement. Pour le futur, nous pen- sons que la croissance très forte du trafic mobile va se poursuivre, et ce dans le monde entier. Les actions des pôles de compétitivité Images et Réseaux et Systematic préparant l'arrivée des systèmes de 4ème génération This paper describes some research topics of French competiveness clusters in the domain of new generation of mobile networks. They cover new usages and provide LTE testbeds. abstract 104 ◗ REE N°5/2011 la quatrième génération des systèmes mobiles Cette croissance sera même sans doute plus soute- nue dans les pays émergents, car l'accès mobile est souvent utilisé comme seul moyen d'accès à l'Internet, les réseaux fixes étant généralement peu développés dans ces pays. Les prévisions de croissance de 90 % par an annoncées dans de nombreuses études nous semblent donc réalistes et ce pour les 5 ans à venir. Le succès des tablettes, des applications vidéo sur mobile vont entrainer une demande très forte de la part des utilisateurs, qui va faire que la capacité des réseaux LTE devra rapidement être augmentée. Pour le futur proche, grâce à la disponibilité courante de bornes personnelles Wi-Fi (au moins en Europe), une entraide entre diffé- rents types de réseau, transparente pour l'utilisateur, est une solution séduisante pour donner à l'utilisateur une bonne expérience client sans déployer trop de stations de base, surtout en zone urbaine. Un premier pas a déjà été fait avec la disponibilité d'interface Wi-Fi et 3G sur les terminaux, mais les algorithmes de sélection de réseau restent très simples et l'impact sur l'expérience utilisateur non négligeable. 2. ImaginLab : une plateforme unique en Europe pour tester la 4G/LTE1 Dans le cadre de sa stratégie d'accélérateur de l’inno- vation, Images et Réseaux a mis en place ImaginLab : c'est l'une des plateformes ouvertes de référence en Eu- rope pour les tests d'interopérabilité et d'usage sur des réseaux fixes et mobiles. Lancé dès 2007, ce projet té- moigne bien de la vision et de l’expertise bretonne dans le domaine des réseaux et des télécommunications. ImaginLab est le fruit d'un partenariat avec l’UEB Université Européenne de Bretagne (via Telecom Bre- tagne). Le projet bénéficie du soutien de l'Europe (Fe- der), de l'Etat (FUI), et de la Région Bretagne, ainsi que des collectivités locales concernées. Imaginlab, ce sont 3 infrastructures interconnectées : 1 Comme on l'a vu dans les articles précédents, formellement, la mise en œuvre de LTE faite dans ImaginLab est conforme à la version 8 des spé- cifications de LTE, la version LTE advanced complètement conforme aux exigences de la 4G n'étant pas encore disponible chez les fournisseurs d'équipements. On utilisera cependant dans cet article la terminologie 4G-LTE pour désigner le réseau mis en œuvre par ImaginLab. Figure 1 : Les déploiements LTE dans le monde (Source GSA). REE N°5/2011 ◗ 105 Les actions de recherche et développement des pôles de compétitivité Images et Réseaux et Systematic préparant l'arrivée des systèmes de 4ème génération • à Lannion, un réseau Internet Très Haut Débit, doté d'une technologie Internet Multi-media Subsystem, mis à disposition de testeurs dans leur environnement quo- tidien (les « imagineurs ») raccordés par fibre optique à 100 Mbit/s ; • à Brest, une infrastructure sans fil à Très Haut Débit (4G/LTE, 100 Mbit/s en mobilité) ; • à Rennes, une infrastructure dédiée à la Télévision Numérique Terrestre du futur. ImaginLab est la première plateforme ouverte de tests pour LTE en France : elle a accueilli ses premiers clients dès le mois de mai 2011. Elle a été inaugurée officiellement le 4 octobre 2011 à Brest dans le cadre du colloque scientifique international WPMC2011 (Wi- reless Personal Multimedia Communication). 2.1. 4G LTE : une progression rapide mais inégale à travers le monde Comme on l'a vu dans les articles précédents, LTE est la technologie émergente pour répondre au besoin toujours croissant de débit pour l'Internet mobile. Tous les équipementiers télécom (Ericsson, NSN, Huawei, Alcatel-Lucent, NEC, ZTE,) sont présents sur le marché. Au niveau des opérateurs, en Europe, quelques ré- seaux sont ouverts depuis 2009 en Europe du nord, mais les ouvertures devraient se multiplier en 2012- 2013, si l'on en croit les annonces publiées à ce jour. En matière de terminaux, le Consumer Electronic Show à Las Vegas en janvier puis le MWC en février à Barcelone ont vu se multiplier les annonces de clés et smartphones compatibles LTE. Leur disponibilité com- merciale reste néanmoins pour le moment limitée aux fréquences utilisées aux Etats-Unis (700 MHz), les ma- nufacturiers de terminaux attendant un premier marché de masse pour les bandes 800 MHz et 2,6 GHz. L'intérêt de la plateforme d'expérimentation Imagin- Lab est donc de fournir 2 ans avant l'ouverture des pre- miers réseaux LTE commerciaux en France les moyens d'imaginer et tester les services de demain. ImaginLab répond à un double besoin : la réalisation de tests tech- nologiques (par exemple des tests d'interopérabilité de terminaux avec le réseau) d'une part ; et de tests d'usa- ges impliquant de vrais utilisateurs, d'autre part. 2.2. Les caractéristiques techniques du déploiement ImaginLab à Brest est un réseau d'accès 4G LTE qui se raccorde au cœur de réseau ImaginLab implanté à Lannion, siège d'Images & Réseaux. Le fournisseur de la solution est la société Alcatel-Lucent. Au début du pro- jet, en 2008, le déploiement d'une solution WiMAX était prévu : une étude de marchés a réorienté ImaginLab vers la technologie LTE. Le dispositif de la plaque brestoise s'articule autour des éléments clés suivants : • Un réseau radio composé de 4 points hauts principaux à l’est, l’ouest et au centre-ville • 2 déports d‘antennes sur des sites secondaires - Ifremer (déport d‘un secteur d‘antenne de Telecom Bretagne) - Mat rue Duquesne (déport d‘un secteur d‘antenne de la CCI) • Le cœur ePC du réseau LTE ImaginLab reste hébergé dans les locaux d‘Alcatel-Lucent à Vélizy • Les eNodeB sont reliés en fibre optique à un point de présence Renater à l‘université de Bretagne Occiden- tale (service fourni par Brest Métropole Océane) • L‘ePC (Vélizy) et le réseau radio de Brest (eUTRAN) sont reliés via une dorsale, portée par le réseau du GIP Renater (Réseau national de télécommunication pour la Technologie, l‘Enseignement et la Recherche) • Le réseau d‘accès LTE est également relié au cœur de réseau ImaginLab (Lannion) via une dorsale fournie par le GIP Renater. ImaginLab a obtenu des fréquences de la part de l‘Arcep (et l‘ANFR), dans les bandes de fréquences destinées à LTE (2,6 GHz), selon les procédures en vi- gueur pour les opérateurs. De plus, ImaginLab est aussi autorisé à utiliser des fréquences dans la bande 791- Figure 2 : Antenne LTE à Brest. 106 ◗ REE N°5/2011 la quatrième génération des systèmes mobiles 862 MHz pour réaliser des expérimentations techniques. Les antennes ont été installées d‘avril à juin 2011. 2.3. De la 4G LTE à tester dans un environne- ment riche ImaginLab visant à la fois les expérimentations techni- ques et les expérimentations d‘usages, une attention parti- culière a été apportée aux zones de couverture, en tentant de la maximiser à budget d‘investissement constant : • La zone de la technopole est couverte pour permet- tre d‘apporter du signal dans les laboratoires de re- cherche des écoles d‘ingénieurs (Telecom Bretagne, ENIB), des grands groupes (Thalès), mais aussi des PME (Satimo, DETI) • Le centre ville et la zone portuaire sont couverts pour des tests d‘usage de type privé ou professionnel • Enfin, la rade est largement couverte pour étudier la propagation en milieu maritime et répondre aussi aux enjeux du haut-débit mobile en zone côtière. En parallèle du déploiement du réseau d‘accès 4G LTE et en partenariat avec le Groupement d‘Intérêt Scientifique M@rsouin et Brest Métropole Océane, ImaginLab recrute un panel d‘une centaine d‘utilisateurs test (des « imagi- neurs ») qui seront équipés de terminaux prototypes et pourront participer aux expérimentations d‘usage. 2.4. Performances pratiques de LTE Un débit crête de 100 Mbit/s, c‘est souvent le chiffre mentionné à propos du LTE. Ce chiffre peut être trom- peur et la réalité est un peu plus complexe : • D’une part, LTE est un réseau cellulaire et le débit maximum est donc partagé entre tous les utilisateurs situés au sein de cette cellule. • En technologie MIMO 2x2 pour les antennes (ce qui est l‘état de l‘art actuellement chez les équipementiers télécom), pour une largeur de bande de 20 MHz, - Le débit descendant théorique maximum au niveau de l’interface S1-U est de 126,8 Mbit/s - Le débit montant théorique maximum au niveau de l’interface S1-U est de 42,11 Mbit/s - En attendant le MIMO 4x4 qui permettra de fran- chir les 300 Mbit/s descendant. • Au niveau des terminaux, avec des terminaux dits de catégorie 3 (les seuls présents sur le marché actuel- Figure 3 : Couverture LTE-4G d’ImaginLab. REE N°5/2011 ◗ 107 Les actions de recherche et développement des pôles de compétitivité Images et Réseaux et Systematic préparant l'arrivée des systèmes de 4ème génération lement), le débit descendant théorique maximum au niveau radio est de 102 Mbit/s. • Ce qui intéresse l‘utilisateur c‘est évidemment le ni- veau applicatif et donc le niveau IP, il faut retrancher entre 7 et 10 % du débit théorique pour avoir une idée des débits utiles. On atteint ainsi : - 90 Mbit/s dans le sens descendant - 40 Mbit/s dans le sens montant Deux autres paramètres importants sont la latence (RTT, Round-Trip Time ou delay) et la gigue (IPDV, IP Delay Variation) : LTE est le premier réseau mobile à of- frir une faible latence. Sur la partie radio elle est souvent évaluée à 10 ms (aller-retour). Le temps de réponse al- ler-et-retour Terminal/Serveur dépend ensuite du réseau de transport mais vise à être inférieur à 100 ms et même 50 ms. L‘impact de la latence et de la gigue sur les servi- ces est direct : avec ces valeurs il est possible de faire de la voix sur IP ainsi que des applications de jeux (sérieux ou non) interactifs en réseau et en temps réel. Dans des conditions radio optimales, les premiers tests effectués ont permis de rapidement atteindre les débits théoriques avec des clés 4G (terminaux de catégorie 3) : • 80 Mbit/s descendant au niveau IP (100 Mbit/s au niveau radio). • 40 Mbit/s montant au niveau IP (50 Mbit/s au niveau radio). La latence se situe elle un peu au dessus de 50 ms, avec une gigue inférieure à 0,5 ms. Des tests de Hand-Over intra et inter-eNB ont égale- ment été effectués avec succès. Après une phase d‘optimisation radio en septembre 2011, des tests en situation indoor, incar et outdoor vont se poursuivre. Ces tests se font actuellement dans une configuration “best effort”, sans mise en place de gestion de qualité de service spécifique. Ces fonction- nalités seront disponibles à partir de décembre 2011 avec le raccordement au cœur de réseau IMS et le sup- port de l‘interface Rx sur le PCRF. Ce raccordement per- mettra également de tester la téléphonie IP sur réseau mobile et notamment VoLTE (Voice over LTE). Imagin- Lab sera alors pleinement conforme à nos attentes de performance et de niveau fonctionnel. Au-delà de ces attentes, de nouveaux besoins émer- gent déjà : test du transfert (hand-over) 3G/4G pour tester la continuité de service entre ces deux types de réseaux, eMBMS (evolved Multimedia Broadcast Multicast Service) pour la diffusion de programmes multimédia. Les idées d‘évolution au-delà de 2011 ne manquent pas. 2.5. Les services d’ImaginLab Dans un écosystème peu mature, ImaginLab permet d‘effectuer un certain nombre de tests technologiques, même s‘il n‘a pas pour but premier de remplacer les centres de test d‘interopérabilité (IOT : InterOperability Testing). Offrant un terrain d‘expérimentation à l‘échelle d‘une ville, ImaginLab permet en effet de confronter les équipements à la réalité d‘un futur réseau commercial. Quelques exemples de champ d‘investigation qui vont être explorés : adaptation d‘un terminal 4G au milieu marin (projet FUI10 4SEA-TMS), support en condition réelle des largeurs de bande maximum (20 MHz), opti- misation de la gestion des phases de hand-over, …. Les tests d‘usage impliquant de vrais usagers consti- tuent le deuxième volet de l‘offre : comme men- tionné précédemment, ImaginLab recrute à partir de septembre 2011 une centaine d'« imagineurs » avec le GIS M@rsouin. Selon des processus déjà mis en place sur un réseau FTTH inauguré à Lannion en novembre 2011, ces utilisateurs pourront alors expérimenter les services mobiles de demain : Internet mobile très haut débit, voix sur IP Haute Définition, visiophonie pour un usage grand public, mais aussi des services profession- nels ou associatifs (comme par exemple le projet FUI11 ZeWall pour la mise en ligne en quasi-temps réel de contenus multimédia autoproduits). Ces panels d‘uti- lisateurs « grandeur nature », sélectionnés en fonction des populations ciblées par les clients, distinguent Ima- ImaginLab en chiffres Budget global = 8,559 M€, dont 6 M€ de fonds publics (moitié état, moitié Région Bretagne) Durée du projet : ➜ 3 ans ➜ Initié dès 2007 ➜ Déployé depuis début 2011 Les principaux partenaires sont : ➜ L’UEB (via Telecom Bretagne), ➜ Images & Réseaux, ➜ Le GIS M@rsouin. Panels « imagineurs » ➜ 100 foyers raccordés en FTTH à Lannion ➜ 100 expérimentateurs à recruter à Brest Pour voir le détail du projet Imaginlab en vidéo, visitez : http://imaginlab.fr/ 108 ◗ REE N°5/2011 la quatrième génération des systèmes mobiles ginLab des environnements de tests actuels. Sa neu- tralité et son ouverture sont aussi des caractéristiques différenciantes de la plateforme. Le 4 octobre 2011, l‘inauguration officielle a été l‘oc- casion de découvrir des démonstrations inédites, en ville comme en mer, de nouveaux usages amenés par la 4G LTE. 3. Les travaux de Systematic Les projets autour des technologies dites 4G et déve- loppés dans le cadre du pôle de compétitivité Systematic peuvent être classés en trois catégories : projets de dé- ploiement de plateforme, projets ciblés sur une application spécifique et enfin, projets européens de coopération. 3.1. Les projets de Plateforme 3.1.1. Le projet Poséïdon Le projet Poséïdon comportait 3 aspects  : un dé- ploiement WiMAX Mobile, un test LTE et un prototy- page d’algorithmes d’estimation du canal. Au début du projet en 2008, WiMAX était la seule technologie 4G disponible commercialement et des déploiements en mode centralisé étaient déjà faits à l‘étranger. L‘ob- jectif de Poséïdon était de déployer un réseau WiMAX 802.16e afin de tester les derniers développements du standard : la mobilité et l‘allocation de ressources, mais aussi la fourniture d'une plateforme de tests en vraie grandeur pour tester de nouvelles applications comme la vidéo adaptative. Ainsi, des équipements WiMAX ont été déployés et exploités pendant plus de 18 mois sur deux sites distincts, le site d‘Orsay de l‘université Paris Sud et Telecom Sud Paris à Evry. L‘infrastructure radio (RAN : Radio Access Network) comprend 6 stations de base (BS), 4 réparties entre la vallée et le plateau du site d‘Orsay, 2 ont été installées sur le site d‘Evry, un contrôleur d‘accès radio et un outil de supervision du réseau, le tout étant relié au réseau de l‘Université Paris Sud. L‘implantation des BS a été faite par Alcatel après une étude de planification radio afin de couvrir complètement le campus. L‘ARCEP a at- tribué au projet une licence temporaire dans la bande 2,6 GHz, bande alors expérimentale. L‘Université Paris- Sud a distribué plusieurs dizaines de terminaux WiMAX qui se présentaient sous forme de Dongle USB ou de cartes PCMCIA à des utilisateurs qui s‘engageaient dans une charte à utiliser le réseau et ainsi générer du trafic. Ce réseau expérimental a permis à plusieurs dizaines d‘utilisateurs d‘expérimenter les possibilités offertes par ces réseaux. Il a également permis de soutenir les tra- vaux de recherche et de développement, par la possibi- lité de réaliser des tests et mesures in situ. Figure 4 : Déploiement du réseau Poséïdon sur le site du Campus d'Orsay (Université Paris Sud). REE N°5/2011 ◗ 109 Les actions de recherche et développement des pôles de compétitivité Images et Réseaux et Systematic préparant l'arrivée des systèmes de 4ème génération Poséïdon représente une expérience réussie unique de mise en place et d‘exploitation de réseau expéri- mental sans-fil de génération pré-4G. 3.1.2. Neptune : NouvElle PlaTe forme pour les Usages Numériques Expérimentaux NEPTUNE est un projet de plateforme : il propose un réseau expérimental à très haut débit sans fil ouvert aux développeurs d'applications et de terminaux mobi- les. L’objectif du projet est de leur permettre de tester, en conditions réelles en Ile de France, et avant l'exis- tence de réseaux commerciaux, à la fois leurs déve- loppements auprès d'un panel d'utilisateurs, et ainsi d’affiner leur modèle économique et d’accélérer leur mise sur le marché. On a donc retenu pour les pre- miers déploiements la technologie LTE comme celle représentative des réseaux sans fil haut débit. à moyen terme les évolutions vers LTE Advanced pourront y être intégrées. La plateforme NEPTUNE a pour vocation de devenir un environnement de référence. A ce titre, elle se développe en coordination étroite avec d’autres ini- tiatives nationales telles qu'Im@g'in Lab du pôle Image & Réseaux ou THD du pôle Cap Digital. à terme, la plateforme deviendra un centre d'expérimentation à l'échelon européen en hébergeant les démonstrations de projets européens. Les utilisateurs de la plateforme sont les acteurs du tissu local du plateau de Saclay : PME, constructeurs, opérateurs, collectivités locales, écoles et universités, projets locaux, nationaux ou internationaux. Ils pourront l’utiliser pour y tester, valider et bénéficier d'un retour d'expérience sur de nouvelles technologies, de nou- veaux services et usages, avant l'ouverture commer- ciale de réseaux équivalents. Neptune leur offre : • des outils de mesures aux services des utilisateurs, • des outils de collecte mesurant la qualité des applications • et une mesure des retours d’usage grâce à un panel large et hétérogène de plus de 2 000 beta-utilisateurs. NEPTUNE est mis en œuvre par un ensemble de 13 partenaires sous le pilotage d’Altran réunissant diffé- rents acteurs du monde des télécommunications, cen- tres de recherche, opérateurs et industriels. Une entité juridique indépendante, en cours de création, pérennise- ra les investissements et assurera le fonctionnement de la plateforme ouverte afin de stimuler l'innovation dans les services mobiles, tout en faisant bénéficier la région Ile de France de l'attractivité d'une telle plateforme. 3.2. Les projets ciblés sur les forces de sécurité civile  3.2.1. Le projet RAF : Réseau Ad hoc à Forte efficacité Le projet RAF visait le déploiement rapide de ré- seaux radio de circonstance ou ad hoc, avec le souci d'efficacité pour les services de voix, données et vi- Figure 5 : Déploiement de la plateforme Neptune sur le Plateau de Saclay. 110 ◗ REE N°5/2011 la quatrième génération des systèmes mobiles déo. Les utilisateurs visés sont les forces de sécurité civile comme la police, les pompiers et les urgences médicales qui sont amenés à déployer des moyens de communication sur des scènes de catastrophe, où les infrastructures sont détruites ou inexistantes. Une première étape a consisté à recenser les besoins pour les applications de sécurité civile, de communication privée professionnelle (PMR) ou la couverture de zo- nes blanches. La technologie utilisée est fondée sur le standard 802.16 WiMAX : il a du être enrichi car les caractéristiques des différentes applications visées par le projet n'étaient pas complètement satisfaites par la norme : mode Ad hoc fixe pour le déploiement rapide, le mode Mesh pour la couverture de zones blanches et le mode Ad Hoc mobile avec des nouveaux terminaux optimisés pour les forces de sécurité civile. Afin de développer des terminaux adaptés à l'envi- ronnement Ad Hoc, des études de couches physiques avancées ont été menées : elles ont abouti au déve- loppement d'un module transposition de fréquence permettant au prototype de terminal ad hoc de fonc- tionner à des fréquences inférieures à 1 GHz en vue de déploiements en milieu urbain. La mise en œuvre des modes Ad Hoc et Mesh a nécessité le développement de protocoles MAC fondés sur une technologie OFDMA prenant en compte la synchronisation, l'allocation de ressources et la signalisation. Ces propositions ont été simulées et analysées grâce à un environnement de simulation propre au projet. Enfin, le dernier apport non négligeable du projet RAF est la démonstration des ré- seaux ad hoc à forte efficacité. Pour ce faire, trois pla- teformes ont été réalisées en 2009-10 : (1) un réseau ad hoc dit d'infrastructure, (2) un réseau ad hoc dit de terminaux et (3) un démonstrateur pour les zones blanches. Le projet RAF, piloté par Thalès Communication, comprenait 12 partenaires industriels et académiques et s'est déroulé sur 36 mois, d'octobre 2007 à septem- bre 2010. 3.2.2. Le projet SOAPS : Spectrum Opportunistic Access in a Public Safety network Comme le projet RAF, le projet SOAPS est destiné aux forces de sécurité civile mais là son objectif est de faire évoluer les réseaux radio mobiles professionnels PMR (Private Mobile Radiocommunications). Leurs ca- ractéristiques actuelles (bande à 400 MHz, nombre de porteuses limitées) ne leur permettent pas de prendre en charge de nouvelles applications comme la vidéo ou les communications de groupe. Afin de relever le défi d’offrir des services haut débit avec une bande de fréquences extrêmement limitée, le projet SOAPS se propose d’utiliser la technologie LTE qui offre des tech- niques efficaces de transmission, et de l’adapter aux contraintes de la PMR. Plusieurs axes de travail seront développés : • l’optimisation de la planification des fréquences en fonction du service demandé • l’adaptation des briques technologiques radio notam- ment sur les antennes dans la bande de fréquence à 400 MHz • et enfin, l’optimisation conjointe couche physique-ap- plicatifs pour la phonie et la vidéo. Les résultats des différents travaux feront l'objet d'un démonstrateur logiciel intégré dans la plateforme Nep- tune afin de tester les propositions et de démontrer leur pertinence. Le projet SOAPS a débuté au 1er octobre 2011 pour une durée de 3 ans sous le pilotage de CASSIDIAN. Il com- prend 12 partenaires, tant industriels qu'académiques. 3.2.3. Le projet RECOSS : Réseau de Communi- cation haut-débit pour les Services de Sécurité Le spectre radioélectrique est une ressource naturel- le stratégique de plus en plus sollicitée par l'émergence de nouveaux systèmes sans fil et par une utilisation massive des systèmes existants. Les pouvoirs publics doivent donc gérer au mieux cette ressource commune pour permettre l'arrivée de nouveaux systèmes de com- munication. Parmi ces nouveaux systèmes, on peut ci- ter les réseaux de transmission haut débit à destination des organismes de sécurité civile. En effet, les réseaux actuels PMR sont principalement utilisés pour des ap- plications de type phonie et évoluent pour permettre des transmissions de données haut débit (fichiers, ima- ges, vidéo) qui sont de plus en plus nécessaires lors de leurs interventions. L’augmentation de la performance (débit et nombre d’utilisateurs), le maintien d'une ban- de limitée à 400 Mhz et la nécessité de cohabiter avec les services bande étroite font que des technologies spécifiques sont nécessaires. L’accès opportuniste au spectre fait partie de ces technologies. Le projet ReCoSS vise à démontrer et à quantifier l’apport de la technologie d’accès opportuniste au REE N°5/2011 ◗ 111 Les actions de recherche et développement des pôles de compétitivité Images et Réseaux et Systematic préparant l'arrivée des systèmes de 4ème génération spectre dans un réseau de communication haut dé- bit. La démonstration s'appuie sur une application PMR haut-débit fondée sur LTE (plateforme STAR du parte- naire EADS) et sur un système de capteurs dissémi- nés permettant de mesurer l'activité radioélectrique. La méthode d'accès opportuniste vise à tirer profit des masquages naturels en réallouant dynamiquement le même plan de fréquence à différents usagers masqués d’une même cellule du réseau. Le projet RECOSS est piloté par Thalès Communica- tion en partenariat avec 8 partenaires industriels, PME ou académiques. Il a débuté en janvier 2011 pour une durée de 36 mois. 3.3. Les projets européens sur les technologies 4G 3.3.1. Le projet BeFEMTO : Broadband evolved FEMTO networks L’objectif principal du projet BeFEMTO est de pro- mouvoir le développement d'une nouvelle technologie dite “Femtocell” en prolongement du standard “LTE-Ad- vanced”, avec pour objectif de déployer partout et à un prix attrayant des services large bande et haut débit. L'objectif secondaire du projet est d'envisager de nou- veaux scénarios de déploiement tels que les femtocells en réseaux, mobile et relais. Le consortium BeFEMTO, piloté par Sagemcom, est constitué de 12 partenaires issus de 6 états membres européens, représentant un équilibre intéressant de cet écosystème, à savoir 3 opérateurs, 3 industriels (dont Sagemcom), 2 start-ups, 2 centres de recherche recon- nus (dont le CEA-LETI), ainsi que 2 universités. Les technologies mises en œuvre dans le projet Be- FEMTO servent de fondement aux futurs réseaux dits « multi-hétérogènes », impliquant des technologies radio diverses (ex. 3G, LTE, Wi-Fi,...), avec une densi- fication de couverture accrue par le biais de cellules de tailles variées (femto, metro, pico, macro…). Afin de mesurer et motiver ses innovations, le projet s'est fixé des objectifs ambitieux : • Efficacité spectrale au-delà de la 4G : 8bit/s/Hz/cell • Une puissance moyenne de transmission limitée : 10 mW (femtos indoor) • Définition de nouvelles applications et services s’ap- puyant sur la convergence et la continuité de services entre haut-débit fixe et haut-débit mobile. Par ses contributions à divers organismes de nor- malisation (e.g. 3GPP, ETSI), alliances industrielles (ex. Femto Forum), BeFEMTO améliore la compréhension des enjeux, et influence la normalisation des techno- logies clefs tout en favorisant l'émergence d'un nouvel Figure 6 : Vision et scénarios envisagés par BeFEMTO. 112 ◗ REE N°5/2011 la quatrième génération des systèmes mobiles écosystème à forte composante européenne et fran- çaise. 3.3.2. Le projet EXALTED Le projet européen EXALTED (EXpAnding LTE for Devices), débuté en septembre 2010, vise à propo- ser une nouvelle architecture adaptée et optimisée pour les communications dites “Machine-to-Machine” (M2M), desservant non seulement un nombre massif d'objets connectés, au moyen de solutions technologi- ques innovantes, sécurisées, de consommation réduite, à un prix abordable, et s’appuyant sur une infrastructure compatible 3GPP LTE. Les enjeux des communications M2M sont le nombre d'objets communiquant à travers le réseau ainsi que leur faible capacité énergétique plu- tôt que leur besoin en débit. Le domaine d'investigation du projet EXALTED se concentre plus particulièrement sur le développement d’une nouvelle architecture bout- en-bout dite “LTE-M” (figure 7), qui étend les spécifica- tions de LTE-Advanced (Rel.10), afin d’ouvrir la voie à l'Internet des Objets. Les différents objectifs du projet sont une architecture optimisée pour le M2M, une nou- velle technologie radio compatible LTE, et l'amélioration de l'efficacité énergétique des objets communicants tout en satisfaisant à des contraintes économiques, de fiabilité et de sécurité. Tout au long du projet, des scénarios, cas d'usage et démonstrateurs, ciblant notamment le secteur automo- bile et la télémédecine seront mis en œuvre. Le consortium EXALTED, est constitué de 13 par- tenaires (industriels, opérateurs, Start-ups, Centres de recherche, académiques) issus de 6 états membres européens, dont 2 partenaires associés de près aux activités du pôle Systematic, à savoir Sagemcom qui pi- lote le projet, et le CEA-LIST. Le projet EXALTED, de par ses innovations dans de multiples domaines, ainsi que ses contributions à la normalisation vise à influencer de manière notable le domaine des communications M2M et futurs réseaux cellulaires (LTE-A). 4. Conclusion Les projets présentés ici témoignent du dynamisme des acteurs du pôle Systématic sur les développements 4 G. Au-delà de la croissance des débits, le futur proche verra également très certainement une croissance très importante du nombre d'objets connectés, la plupart du temps sans fil. Les nouveaux systèmes radios de- vront donc être capables de servir de très nombreuses sources tout en conservant une bonne performance. La question de l'efficacité énergétique des systèmes radios va également devenir critique, ces nouveaux ob- Figure 7 : Architecture envisagée par EXALTED. REE N°5/2011 ◗ 113 Les actions de recherche et développement des pôles de compétitivité Images et Réseaux et Systematic préparant l'arrivée des systèmes de 4ème génération jets connectés ayant souvent des capacités très limi- tées au niveau des sources d'énergie. Références • http://www.systematic-paris-region.org/en/projets/ poseidon • http://www.neptune-network.net/http://www.projet-raf.fr/http://www.systematic-paris-region.org/fr/projets/recoss • http://www.systematic-paris-region.org/en/projets/ soaps-2 • www.ict-exalted.euwww.ict-befemto.eu Emmanuelle Garnaud-Gamache, diplômée MBA de l'uni- versité de DEUSTO (San Sebastian, Espagne ) et de l'ESC Tou- louse, a passé plus de 13 ans au Canada où elle a développé des expertises transversales dans l'industrie des médias et de la communication. Sa mission au pôle Images et Réseaux porte sur l'animation interne de la communauté d'adhérents et sur la stratégie de communication externe à déployer. Michel Corriou, diplômé de l'ENSTA (Paris) et de l'ESC Rennes (Executive MBA), a commencé sa carrière dans une société de services à Paris. Il l'a poursuivie à Rennes en dirigeant des projets dans les domaines télécoms (Alcatel) et télévision numérique (Teamlog, Thomson). Son champ d'action va de l'expertise technique au marketing produit, en passant par la gestion de plateformes. Au sein du pôle Images et Réseaux, il est chargé de développer l'offre de services notamment autour d'ImaginLab. Thierry Houdoin est diplômé de l'école Polytechnique et de l'école nationale supérieure des télécommunications. Il travaille depuis 1983 à France Telecom/Orange dans le do- maine des réseaux par paquets, tout d'abord sur les réseaux ATM, puis sur le réseau IP. Ses thèmes de recherche portent sur la métrologie dans les réseaux, le comportement des applications et les évolutions des usages. Il est président du groupe thématique Télécom de Systematic depuis 2009. Véronique Vèque a obtenu son Doctorat en Informatique à l'université Pierre et Marie Curie en 1989 sous la direction du Professeur Guy Pujolle. Depuis 2010, elle est Professeur des Universités à l'université Paris Sud et vient de rejoin- dre le Laboratoire des Signaux et Systèmes (UMR 8506). Ses thèmes de recherche portent sur les réseaux de com- munication mobile et haut débit avec un accent mis sur l'allocation de ressources, la qualité de service, le routage et l'évaluation de performance. Elle est responsable d'une équipe de 10 personnes et a supervisé 13 thèses. Elle a publié plus de 60 papiers dans des revues ou conférences internationales et est co-auteur d'un livre sur les réseaux haut débit. Impliquée dans de nombreux comités techni- ques des grandes conférences internationales de réseaux, elle est notamment Senior Member de l'IEEE, IEEE Commu- nications Society, et IEEE Vehicular Society. Elle est mem- bre du comité de pilotage du GT Télécoms de Systèmatic depuis 2007. Thierry Lestable est ingénieur Supélec (Gif-97), titulaire d’un Doctorat de Supélec/Orsay en 2003. Il a rejoint Sa- gemcom SAS fin 2008, en tant que Technology & Inno- vation Manager. A ce titre, il est en charge des nouvelles techiques de télécommunication, il participe au groupe de normalisation LTE et anime les relations avec les labora- toires de recherche académiques et industriels, en vue de partenariats collaboratifs (e.g. FP7, FUI). Thierry Lestable est expert auprès de la Commission Européenne, du pro- gramme Eureka/CELTIC, et membre du comité de pilotage Telecom de systematic depuis 2010. Il est auteur de plus de 40 publications internationales, plus de 25 brevets, co- auteur et éditeur de 3 livres chez Wiley & Sonde s, sur les thématiques liées aux systèmes cellulaires 3G/4G. Méhand Guiddir a rejoint Altran en 2006 en tant que Chief Technology Officer. Il est chargé de la coordination des ac- tivités de R&D innovantes pour les pôles de compétitivité français. Il est membre du comité de pilotage et en charge du développement international  du Groupe de travail Tele- com du pôle SYSTEMATIC. les auteurs 114 ◗ REE N°5/2011 la quatrième génération des systèmes mobiles 2G, 3G, 3G+, 4G : systèmes mobiles de 2ème , 3ème , 3ème génération améliorée ou 4ème génération 3GPP : 3rd Generation Partnership Program : entité assurant la gestion des spécifications des systèmes mobiles issus de la norme GSM 3GPP2 : 3rd Generation Partnership Program 2 : entité assurant la gestion des spécifications des systèmes mobiles nord-américains 802.11a, 8021.11b, 802.11g, 802.11n : normes Wi-Fi définies par l’IEEE 802.16m : norme WiMAX définie par l'IEEE ANRT : Automatic Neighbour Relationship Table ANSDF : Access Network Discovery and Selection Function- Fonction de découverte et de sélection du réseau d’accès Backhauling : réseau de collecte des stations de base radio BCH : Broadcast Channel, Canal de diffusion BS : station de base radio BTS : station de base des systèmes de 2ème génération CAMR : Conférence Administrative Mondiale des Radiocom- munications CCITT N°7 : Système de signalisation CCITT N°7 ou SS7 en anglais CDMA : Code Division Multiple Access CN : Core Network , cœur de réseau CPRI : Common Public Radio Interface CoMP : Coordinated Multiple Points CS : Circuit Switched CSI : Channel State Information DL : Downlink DLSCH : Downlink Shared Channel DMT : Discrete MultiTone DVB : Digital Video Broadcast DVB-S/S2 : Standard Digital Video Broadcast de diffusion numérique satellite de 1ère et 2ème génération DVB-SH : Standard Digital Video Broadcast de diffusion numérique satellite hybride DVB-T/T2 : Standard Digital Video Broadcast de diffusion numérique terrestre de 1ère et 2ème génération GW : Gateway Passerelle E1 : Lien de transmission E1 à 2 Mbit/s eCN : Evolved Core Network EDGE : Enhanced Data Rate for GSM Evolution: amélioration du système GPRS permettant d'accroître le débit offert en mode données dans le système GSM 2G eMBMS : Evolved Multimedia Broadcast Multicast Service eNB : Evolved Node B ePC : Evolved Packet Core EPON : Ethernet Passive Optical Network EPS : Evolved Packet System eUTRAN : Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network Femto : Cellule femto GGSN : Gateway GPRS Support Node G-PON : Gigabit Passive Optical Network GPRS : General Packet Radio Services GSM : Global System for Mobile communications HeNB : Home eNB HeNB Gateway : passerelle pour Home eNB HSS : Home Subscriber Server IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers IETF : Internet Engineering Task Force IMS : IP Multimedia Subsystem IMT : ITU global standard for international Mobile Telecommunications, norme globale de l'UIT applicable aux systèmes de communication avec les mobiles IMT-2000 : 3rd generation cellular technologies chosen by IMT : désigne les technologies de 3ème génération retenues par l’UIT IMT-A ou IMT Advanced : 4th generation cellular technologies chosen by IMT : désigne les technologies de 4ème génération retenues par l’UIT ITU : International Telecommunication Union, Union Interna- tionale des Télécommunications (UIT) IP : Internet Protocol LTE : Long Term Evolution LTE-A : Long Term Evolution Advanced Macro : cellule macro MCS : Modulation and Coding Scheme : schéma de modu- lation et de codage MIMO : Multiple Input Multiple Output MME : Mobility Management Entity MU : Multi User Network : Réseau OFDMA : Orthogonal Frequency-Division Multiple Access OMC : Operation and Maintenance Centre PCEF : Policy and Charging Enforcement Function PCRF : Policy Control and Charging Rules Functions PDN : Public Data Network PGW : PDN Gateway PCI : Physical Cell Identity Pico : cellule pico PMR : Private Mobile Radio, Réseau Radio Mobile Professionnel PON : Passive Optical Network, Réseau optique passif PRACH : Physical Random Access Channel GLOSSAIRE REE N°5/2011 ◗ 115 Les actions de recherche et développement des pôles de compétitivité Images et Réseaux et Systematic préparant l'arrivée des systèmes de 4ème génération R : Release RACH : Random Access Channel RAN : Radio Access Network, Réseau d'accès radio RB : Radio Bearer RRH : Remote Radio Header RRM : Radio Resources Management RTC : Réseau Téléphonique Commuté S1, S1-C, S1-U : interface S1 et ses composantes Scheduling : planification en temps réel des données effectuée par une station de base SCTP : Stream Control Transmission Protocol : protocole défini par l'IETF permettant d'émuler les couches inférieures du sys- tème N°7 sur un réseau IP SGSN : Serving GPRS Service Node SGW : Serving Gateway SIP : Session Initiation Protocol Smartphone : Téléphone mobile possédant des capacités de communication avec Internet évoluées SON : Self Organized Networks SS7 : Signalling System 7 SU : Single User TNT : Télévision Numérique Terrestre UE : User Equipment UIT : Union Internationale de Télécommunications UIT-R : Secteur des radiocommunications de l’UIT UL : Uplink ULSCH : UpLink Shared Channel UMTS : Universal Mobile Telephony System UTRAN : UMTS Terrestrial Radio Access Network VDSL : Very-high-bitrate digital subscriber line Wi-Fi : Wireless Fidelity WiMAX : Worldwide Interoperability for Microwave Access WRC : Wireless Radiocommunications Conference X2 : interface X2 xDSL : une des variantes de la technologie Digital Subscriber Line ZF : Zero Forcing GLOSSAIRE