Retour aux actualités
Article suivant Article précédent

Revue 174 - LTE pour les réseaux mission critique

Articles Revue TELECOM

-

15/10/2014




LTE pour les réseaux 

mission critique




Par Christophe Mathieu dans la revue TELECOM n° 174


L’introduction à court terme de services large-bande est un besoin fort des réseaux mobiles mission critique. La technologie LTE, en cours de déploiement commercial, semble un bon candidat pour bâtir la prochaine génération des réseaux mission critique. Quels sont les verrous technologiques et opérationnels et les évolutions à apporter à cette technologie pour atteindre ce but ?


Un besoin bien particulier

Les réseaux mobiles dits mission critique, sont impliqués dans les situations où les opérations de secours et le respect des lois sont en jeu. Ils sont utilisés par des organisations comme la police, les pompiers, les premiers secours. On les retrouve dans les organisations militaires principalement hors du périmètre de combat et auprès des opérateurs de transport ou d’infrastructure critiques.

A ce jour principalement orientés vers des services voix, ils se différencient des réseaux commerciaux sur plusieurs points :

• des services spécifiques axés sur les appels de groupe avec prise de parole à l’alternat (Push-To-Talk) et des fonctions de priorité-préemption,

• des performances spécifiques comme un temps de prise de parole très faible et une latence minimale,

• un niveau de sécurité accru avec des mécanismes de bout en bout laissant la possibilité aux organisations d’implémenter leurs algorithmes.

Les technologies P25 (Etats-Unis) et Tetra (Europe, Asie) se partagent les déploiements dans le monde depuis une vingtaine d’années et offrent principalement à ce jour des services de voix et de transmission de données bas débit permettant notamment la géolocalisation.

Les nouveaux besoins sont clairement orientés vers des services de données, tout en gardant la composante mission critique pour la plupart de ces nouveaux services.

On voit ainsi apparaître, en complément des services de voix, des besoins de transferts sécurisés de données (fichiers, cartes,…), de vidéo et photos en temps réel ou non, toujours sous la forme de communications de groupe.

Ces besoins de communications large-bande en mobilité ont ciblé la technologie LTE (dite 4G). Les déploiements des réseaux commerciaux se multiplient dans le monde entier, gage d’une maturité sans pareille.

Les instances de standardisation et la communauté des réseaux mission critique se sont naturellement tournées vers LTE pour définir la prochaine génération de ces réseaux, dont le marché estimé avoisine les 9 Mds $ à l’horizon 2020.
 

Les points forts de LTE

La technologie LTE est le fruit de l’effort de standardisation l’échelle mondiale. On dispose ainsi d’un standard utilisable par des milliards d’usagers. On devine alors les premiers bénéfices que l’on peut tirer de cette technologie

• une interopérabilité inter-organisationnelle et à l’échelle mondiale : cela n’avait pas été le cas aupravant pour les services mission critique de voix, des évènements tragiques (11 Septembre 2001) ont rappelé ce besoin primordial ,

• un marché adressable suffisamment vaste pour amortir les coûts R&D importants dans un marché ultra concurrentiel.

Il est ainsi apparu évident que la prochaine génération des réseaux mission critique large bande devait puiser dans le vaste panel de technologies développées autour de l’éco-système LTE.

C’est le cas de la technologie radio (forme d’onde LTE), du cœur de réseau tout IP (Evolved Packet Core) conjointement développés mais aussi des services multimédia développés dans le cadre de l’IMS (IP Multimedia Sub-system).

Néanmoins, un réseau mission critique se différencie sensiblement d’un réseau commercial. Il faut donc analyser en détail les verrous technologiques et opérationnels et les réponses que le marché et les standards apportent pour promouvoir le LTE en tant que technologie de référence pour les futurs réseaux mission critique large bande.















 

L’architecture du réseau LTE mission critique


Problématiques de fréquences et d’architecture

Le spectre radioélectrique fait partie de ce patrimoine immatériel dont les états tentent de tirer le meilleur parti. En temps de crise et avec le formidable succès des services de mobilité large-bande, les états ne résistent pas à la manne financière que représente l’allocation du spectre de fréquences.

Envisagée un temps, la réallocation du spectre des technologies Tetra et P25 s’avère complexe à mettre en place en raison de la granularité respective des technologies (25 kHz en Tetra versus 1.4, 5 et 10 Mhz en LTE).

Pour répondre à la pression des utilisateurs souhaitant démarrer une offre de service large-bande, on se dirige dans de nombreux pays vers une architecture de réseau s’appuyant sur des réseaux d’opérateurs. La figure ci-dessus illustre les grandes lignes de l’architecture.

Le réseau mission critique s’appuie sur un ou plusieurs réseaux d’opérateurs suivant un modèle dit full MVNO (Mobile Virtual Network Operator) dont les grands principes sont que le réseau mission critique :

• maîtrise la gestion de ses abonnés (profils, SIM,…) grâce à une base de données des abonnés (HSS) gérée en propre,

• maîtrise la qualité de service de bout en bout au travers du couple passerelle réseau PGw/ PCRF gérés en propre et de mécanisme inhérent à la technologie LTE tels que la gestion de la priorité et de la préemption,

• apporte les services large-bande de communication de groupe non déployés,

• apporte des compléments de couverture aux réseaux d’opérateurs via des plaques locales ou régionales de stations de base (eNodeB) fixes ou rapidement déployables connectées à leur propre cœur de réseau.
 

Améliorer la disponibilité des réseaux

Les compléments de couverture se justifient par un besoin d’accroissement ponctuel ou permanent de bande passante et/ou de résilience accrue du réseau. Ce dernier point peut être adressé par des évolutions fonctionnelles de l’architecture standard du cœur de réseau LTE.

LTE propose des mécanismes de réplication qui correspondent aux exigences de fiabilité des réseaux commerciaux et qui peuvent s’avérer insuffisants pour les réseaux mission critique. Typiquement, disposer d’une architecture de cœur de réseau sans dégradant de sécurité ou services en cas de pannes multiples simultanées et massives est une capacité recherchée pour les réseaux mission critique.

Les architectures actuelles, centralisées, ne proposent que des mécanismes de réplication ponctuels ou de dégradation des services et performances. Une approche consiste à s’orienter vers une architecture massivement distribuée garantissant la disponibilité de l’ensemble des fonctions du réseau dans chacun des sites radio (ou groupe de sites radio) comme illustré dans la figure page suivante.

Le principe consiste à répliquer de petites instances à la fois du cœur de réseau LTE et des serveurs d’application des services mission critique. Ainsi quelque soient le nombre de pannes simultanées, le réseau dispose de mécanismes de résilience permettant aux sites d’accéder à 100% des services.

De plus, ce type d’architecture offre une bonne optimisation de la bande passante d’interconnexion des sites radio puisque le trafic ne remonte pas systématiquement vers un site central comme dans l’architecture LTE standard.

Ce type d’architecture est également favorable aux performances globales des services, en particulier sur des paramètres critiques comme le temps d’établissement des communications.
















 







Vers une architecture distribuée du réseau
 

Services et Sécurité des réseaux

Les services de communication spécifiques aux réseaux mission critique sont orientés autour des communications de groupe, immédiatement accessibles via des boutons dédiés sur les téléphones.

On peut mentionner quelques fonctions clefs nécessaires à tout déploiement de type mission critique :

• appels de groupe avec prise de parole à l’alternat et appels individuels full ou half duplex avec de hauts niveaux de performances en termes de temps d’établissement (400 ms) et de latence des communications (200 ms),

• gestion de la priorité et de la préemption d’appels respectant les procédures opérationnelles et les hiérarchies des organisations utilisant les réseaux,

• communications directes entre terminaux en l’absence de l’infrastructure réseau.

L’introduction des services large-bande (vidéo, données) doit strictement respecter ces modes de fonctionnement.

Ces dernières années, les instances de normalisation des réseaux mission critique ont œuvré à promouvoir la prise en compte de leurs besoins par les instances de standardisation des réseaux LTE (3GPP). Les releases 12 et 13, disponibles chez les constructeurs à l’horizon 2016, prendront en compte les besoins spécifiques et permettront les premiers déploiements des réseaux mission critique large-bande.

Il en est de même pour la sécurité : le standard LTE apporte des mécanismes de sécurité à la pointe de la technologie ; on peut citer :

• des mécanismes d’authentification mutuelle terminaux/réseau

• des mécanismes de cryptage des données sur l’interface air et entre les éléments du cœur de réseau

• des mécanismes de cryptage du plan de contrôle de l’ensemble de la solution

Il manque à ce jour des mécanismes de cryptage de bout en bout et la possibilité pour le client final d’implémenter ses propres algorithmes.

Ce besoin sera intégré dans les releases à venir de LTE, en même temps que les évolutions fonctionnelles précédemment mentionnées.
 

Une solution crédible qui prend forme

On constate ainsi que la technologie LTE, enrichie par les spécifications venant des organismes de standardisation des réseaux mission critique, apporte une réponse crédible aux besoins des utilisateurs concernant l’évolution de leurs réseaux vers le large-bande.

Les briques technologiques sont disponibles à un coût raisonnable car s’appuyant sur les développements des réseaux commerciaux LTE, une infrastructure correspondant aux attentes des clients finaux et prête à intégrer les ultimes fonctionnalités mission critiqueque le standard LTE aura développé.

Ainsi étendue, la technologie LTE peut également servir utilement les réseaux militaires, en complément des radios de combat, dans les contextes où le brouillage n’est pas d’une impérieuse nécessité (opérations de maintien de la paix, bases arrière,....).


L’auteur


Christophe Mathieuest actuellement responsable des développements de la solution PMR chez Thales.

 

963 vues Visites

J'aime

Commentaires0

Veuillez vous connecter pour lire ou ajouter un commentaire

Articles suggérés

Articles Revue TELECOM

Quels rôles jouent les technologies numériques dans l’évolution de la médecine du travail ? Groupe Santé#196

photo de profil d'un membre

Rédaction Revue TELECOM

01 avril

Articles Revue TELECOM

Le numérique au service de la décarbonisation #196

photo de profil d'un membre

Rédaction Revue TELECOM

01 avril

Articles Revue TELECOM

DC Brain nommé au prix de la croissance #196

photo de profil d'un membre

Rédaction Revue TELECOM

01 avril