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LES CHAÎNES VSAT D’ENTREPRISE AÉRONAUTIQUE
Préambule
La transmission des données aéronautiques tient un rôle prépondérant dans l’entreprise aéronautique. Elle requiert divers supports physiques, à savoir : le câble (filaire) et le faisceau hertzien dont la technologie satellite.
Ce chapitre aura pour vocation de présenter les concepts et les éléments clés dans l’appréhension des technologies satellites, et plus particulièrement la technologie VSAT dans le monde de la télécommunication aéronautique. Il montrera également les problématiques apportées par ces solutions satellites dans le domaine aéronautique.
Notions sur les satellites
Un satellite de télécommunication peut être considéré comme une sorte de relais hertzien. Il ne s’occupe pas de la compréhension des données : ce n’est qu’un simple miroir. Son rôle est de régénérer le signal qu’il a reçu et de le retransmettre amplifié en fréquence à la station réceptrice. Le satellite offre également une capacité de diffusion, c’est-à-dire qu’il peut retransmettre les signaux captés depuis la terre vers plusieurs stations. La démarche inverse peut être aussi effectuée ; il peut récolter des informations venant de plusieurs stations différentes et les retransmettre vers une station particulière. De plus, il est possible d’établir des liaisons directes entre satellites. [18]
Afin d’assumer son rôle cité précédemment, le satellite se sert de la force gravitationnelle de notre planète afin de se maintenir à une position et à un e distance déterminées de la terre. Il est ainsi possible de définir à tout moment quelles sont les caractéristiques du satellite pour établir des transmissions. Il existe plusieurs types d’orbites mais la plus répandue et la plus exploitée aujourd’hui est l’orbite géostationnaire. Pour cette dernière, le satellite se déplace en même temps que la terre ; il fait donc le tour de la terre en 24h (durée qui correspond au temps de rotation de la terre) et paraît immobile dans le ciel. De ce fait, les antennes fixes au sol peuvent être utilisées. Dans cette orbite, le satellite est placé à une altitude de 35 786 km de la terre, ce qui induit un délai de propagation aller-retour de l’ordre de 270 ms et un débit allant jusqu’à 155 Mbit/s. [18]
La modulation numérique
En télécommunications, le signal transportant une nformation doit passer par un moyen de transmission entre un émetteur et un récepteur. Lesignal est rarement adapté à la transmission directe par le canal de communication choisi, hertzien, filaire, ou optique.
La modulation peut être définie comme le processuspar lequel le signal est transformé de sa forme originale en une forme adaptée au canal de transmission (démodulation est l’opération inverse).
La modulation numérique consiste à faire varier un ou plusieurs paramètres de la porteuse Haute Fréquence (HF) tels que l’amplitude A, la fréquencef ou la phase φ , en fonction du signal Basse Fréquence (BF) modulant.[19]
La technologie VSAT
Définition
VSAT signifie « terminal à très petite ouverture ». Il s’agit d’une technique de transmission de données qui utilise des satellites en orbite géostationnaire autour de la terre. Cette technologie a recours à des antennes paraboliques de réception et de transmission de petites tailles qui varient en fonction des fréquences. Pour les communications aéronautiques, c’est la bande C qui est la bande de fréquences généralement utilisée : 6 GHz dans lesens montant et 4 GHz dans le sens descendant. Les diamètres d’antenne varient de 1,1 m à 4,2 m.
Topologies des réseaux VSAT
Un réseau de type VSAT est constitué d’une multitude de points distants dits stations VSAT permettant de connecter un ensemble de ressources au réseau, et d’un site central appelé hub ayant un diamètre supérieur à celui des VSAT (5 à 11 m). [18][21]
La plupart des réseaux VSAT sont généralement configurés selon une de ces topologies : la topologie en étoile et la topologie maillée. Néanmoins, il existe une autre configuration qui est la combinaison de ces deux types de topologie : la topologie mixte ou hybride. [22]
La topologie en étoile
C’est l’architecture la plus exploitée. Elle utilise un hub pour relier les VSAT entre eux à travers l e satellite. Le hub est le point le plus important du réseau, c’est par lui que transitent toutes les données qui circulent sur le réseau. L’ensemble dela voie montante et la voie descendante allant du VSAT émetteur vers le hub est appelé inbound link tandis que l’ensemble de la voie montante et la voie descendante allant du hub vers le VSAT récepteur est appelée outbound link. La figure 2.03 suivante nous montre cette architecture. [18][21]
La topologie maillée
Dans la topologie maillée représentée sur la figure2.04, chaque VSAT est directement connecté à un autre VSAT en passant par le satellite, mais pas par le hub. Il n’existe pas, dans ce cas, de point central. [21]
Les méthodes d’accès au satellite
Les méthodes d’accès permettent de gérer le trafic,les problèmes de surcharges et de collisions ainsi que le gaspillage de bande passante dans le cas des liaisons par satellite. On distingue trois types de méthodes d’accès : le FDMA (Frequency Division Multiple Access), le TDMA (Time Division Multiple Access), et le CDMA (Code Division Multiple Access).
Le FDMA
Dans cette méthode, la fréquence est découpée en usso-fréquences de même taillei f(i=1, 2, 3). Chaque station émettrice possèdera sa sous-fréquence, et pourra émettre de façon indépendante, sans avoir besoin de tenir compte des autres stations. La figure 2.05 ci-après illustre cette méthode d’accès. [23]
Le TDMA
Avec la méthode d’accès TDMA représentée sur la figure 2.06, on découpe des tranches horaires ti (i=1, 2, 3) qui sont allouées, dans un ordre bien précis, à chacune des stations émettrices. De cette façon, elles vont avoir la possibilité d’émettre toutes sur la même fréquence, et de disposer de toute la bande passante de la fréquence au moment qui leur est alloué. Elles émettront ainsi successivement dans l’ordre qui est déterminé préablement. Il est dès lors facile de reconstituer le signal d’origine. [21]
Le CDMA
Temps
Dans cette méthode, toutes les stations émettrices,utilisent la même fréquence. Un signal particulier, accompagne l’émission. Ce signal permet d’identifier la station et ainsi de reconstituer le message initialement émis. Les paquets sont transmis dans l’ordre d’arrivée et reconstruits selon les normes de cette méthode. Les stations émettrices se partagent donc la bande passante à un moment donné. La figure 2.07 suivante montre cetteméthode d’accès.[23]
Les méthodes d’assignation
Les méthodes d’assignation déterminent les méthodesd’attribution de fréquences porteuses et de bandes passantes aux stations émettrices. Il en existe deux types : PAMA (Pre Assigned Multiple Access) et DAMA (Demand Assigned Multiple Access). PAMA consiste à définir à l’avance les fréquences porteuses et les bandes passantes tandis que pour DAMA, elles sont définies à la demande en fonction du trafic et allouées dynamiquement. [22]
La partie utilisatrice
Les équipements utilisés dans une transmission desdonnées aéronautiques sont : le commutateur de messages, le commutateur de paquets et le switch Ethernet.
Le commutateur de messages
C’est un équipement destiné pour la commutation desmessages. Il permet la gestion des messages aéroportuaires (asynchrones, synchrones, IP) selonles normes OACI.
Rappelons que la commutation de messages est le processus d’acheminement de messages dans un réseau de télécommunication. Les messages qui riventar dans le nœud de commutation sont traités selon l’ordre d’arrivée : file FIFO (FirstIn First Out). S’il y a trop de trafic, il y a attente dans la file. Donc, le temps de traversée du réseaun’est pas constant et dépend des temps d’attente qui est fonction du trafic. La technique utilisée est le « store and forward » ou mise en mémoire et retransmission des messages. [24]
Il est à noter que ce commutateur de messages est s eulement implémenté au niveau du site central de données, c’est-à-dire le hub pour la configuration en étoile. Pour les sites distants, les données sont tout de suite redirigées vers le commutateur de paquets ou le switch.
Le commutateur de paquets
C’est un équipement utilisé dans la commutation despaquets, il est multiprotocole et peut fonctionner en X25, en V24, en Frame Relay, etc. Pour notre part, cet équipement va gérer les flux synchrones (X25) et asynchrones (V24).
La commutation des paquets est l’amélioration de la commutation des messages, c’est-à-dire que les messages sont découpés en unité de données appelées paquets. La même technique (store and forward) est utilisée avec quelques avantages. Le commutateur transmet le paquet dès que possible sans attendre les prochains paquets, permettant ainsi d’éviter de monopoliser la ligne. Le destinataire recombine les paquets reçus pour obten ir le message. [24]
Le switch Ethernet
Le switch Ethernet désigne un commutateur réseau Ethernet. Il est constitué de ponts qui relient chaque port à tous les autres. C’est pourquoi on le nomme pont multiports (possédant un certain nombre de ports, généralement, 4, 8, 16, 24 ou 32).Un paquet IP encapsulé dans une trame Ethernet, ressort sur le port où le destinataire est connecté. Tous les clients sont connectés aux serveurs à travers ce switch Ethernet.
Les techniques de transmission varient suivant le type de switch Ethernet utilisé. On distingue :
– le « store and forward » qui est la plus courante,
– le « cut through » où le commutateur réseau analyseuniquement l’adresse de destination placée en en-tête de chaque trame, puis redirige leflot de données,
– le « fragment free » qui est dérivé du cut through.Lorsqu’une collision se produit sur le réseau, une trame incomplète appelée runt est réceptionnée par le switch. Dans ce mode, le switch analyse les premiers bits de trames avant de les envoyer au destinataire. Si la trame est assez longue, elle est envoyée. Dans le cas contraire, elle est ignorée.[34]
La station terrienne
La station terrienne recouvre divers équipements qui effectuent les liaisons satellites avec les autres stations au sol. C’est un local qui abrite les modules de communication par satellite tels que : le multiplexeur, le modem satellite, et les convertisseurs de fréquences.
Le multiplexeur
Le multiplexage est un procédé par lequel s’effectu la transmission sur un seul support physique (voie haute vitesse) des données provenant de plusieurs paires d’équipements (voie basse vitesse). C’est donc une liaison composite qui est un mélange de toutes les informations passant au niveau du multiplexeur (à la réception, l’équipement est appelé démultiplexeur). Notons que le multiplexeur emploie le Relais de Trames. Toutes les données sont encapsulées dans les trames FR, puis routées dans le nuage FR. Un schéma synoptique du multiplexage est représenté sur la figure 2.10. [25]
Le modem satellite
Les données binaires doivent ensuite être transformées pour pouvoir être transmises sur un faisceau hertzien. Dès lors, le multiplexeur sera directement connecté au modem satellite situé à proximité. C’est un dispositif qui effectue la modulation/démodulation.[26]
Un modulateur se charge de transformer les données arrivant en entrée. Les modems satellites utilisent notamment les modulations de phase (BPSK, QPSK, etc.) choisies en fonction de la bande passante et/ou de la puissance désirées. Le hoixc du modem est évidemment conditionné par les besoins du client.
Les convertisseurs de fréquences
Cette partie du système va se charger d’une part, d’amplifier le signal pour pouvoir être traité par les équipements, et d’autre part, de convertir les fréquences de travail du satellite en Fréquences Intermédiaires (FI) et vice-versa.
Sur les équipements de type VSAT, les convertisseur élévateurs de fréquences(up-converter) sont généralement employés en même temps que les nvertisseursco de fréquences à faible bruit (down-converter). Le convertisseur élévateur de fréquences, étant undispositif d’émission de la liaison montante, et le convertisseur de fréquencesà faible bruit, celui de la liaison descendante.
L’ up-converter est un système qui amplifie et convertit un large bloc (ou bande) de fréquences basses (FI) vers des fréquences plus élevées. Il interfaces’ avec la parabole en bande C, permettant à un modem d’émettre sur la liaison montante vers un satellite donné. On rencontre souvent le BUC (Block Up Converter), l’ANACOM, le CODAN, IRISA, etc. [35]
Contrairement à ce type de convertisseur, le but du down-converter est de prendre un large bloc (ou bande) de fréquences relativement élevées, lesamplifier et les convertir en signaux similaires réalisées à une fréquence beaucoup plus faible (FI).Ces fréquences inférieures voyagent à travers les câbles avec beaucoup d’atténuation du signal. Il est également beaucoup plus facile et moins coûteux de concevoir des circuits électroniques defonctionner à ces fréquences plus basses, plutôt que les très hautes fréquences de transmission par satellite. On trouve principalement les convertisseurs de fréquences à faible bruit suivants : le LNB (Low-Noise Block), parfois le LNC (Low-Noise Converter), ou, plus rarement, le LND (Low-Noise Downconverter). [36]
Problématiques des solutions satellites
Le délai élevé de propagation du signal VSAT n’estpas celui requis par la norme de la télécommunication aéronautique. En effet, Il est tdiprécédemment que le délai d’un système par satellite géostationnaire est d’environ 270 ms : c’est le temps que prend un signal pour parcourir 35 786 km dans l’espace et revenir. En ajoutant à c ette durée le temps requis pour le traitement des signaux par le matériel du satellite et de la bande de base, les atténuations, on obtient un délai total de près de 320 ms. Avec l’arrivée des technologies de pointe dans la télécommunication aéronautique, certaines applications de par leur nature, notamment les applications interactives (vidéoconférence,…), ne pourront donc pas être supportées par toutes les structures satellites ou du moins avec les mêmes performances. La figure 2.1 ci-dessous manifeste nettement ces limitations de performances. [18]
D’après la figure 2.11, le délai de parcours d’un signal depuis le site A vers le site B est d’environ 640 ms. Ce temps n’est pas acceptable même pour uneconversation téléphonique. La norme de l’OACI exige au moins un délai minimum de 500 ms pour traverser deux bonds satellitaires.
Aussi, la transmission des données aéronautiques requiert une liaison continue et sans coupure pour la sécurité des usagers de l’espace aérien. Cependant, lors des perturbations solaires telles que l’équinoxe et le solstice, on rencontre souvent une coupure de liaison de 4 à 10 minutes.
Effectivement, les antennes satellitaires, le satellite et le soleil sont alignés, entraînant ainsi le masquage des signaux satellites. Ces problèmes de perturbations sont représentés sur la figure 2.12 qui suit.
Table des matières
INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE 1 LA TRANSMISSION DES DONNÉES AÉRONAUTIQUES À TRAVERS LE RÉSEAU
1.1 Préambule
1.2 Le réseau RSFTA
1.2.1 Définition
1.2.2 Les différents types de données RSFTA
1.2.2.1 Les données asynchrones
1.2.2.2 Les données synchrones
1.2.2.3 Les données IP
1.3 Les protocoles de communication
1.3.1 Définition
1.3.2 Les catégories de protocole
1.3.2.1 Les protocoles orientés connexion
1.3.2.2 Les protocoles non orientés connexion
1.3.3 Les protocoles associés aux données aéronautiques
1.3.3.1 Le protocole V24
1.3.3.2 Le protocole X25
1.3.3.3 La pile TCP/IP over Ethernet
1.4 L’encapsulation des données
1.4.1 Définition
1.4.2 Principe
1.5 Le réseau de transport
1.5.1 Définition
1.5.2 Le réseau Frame Relay
1.5.2.1 Principe
1.5.2.2 Normalisation
1.5.2.3 Avantages
1.6 Conclusion
CHAPITRE 2 LES CHAÎNES VSAT D’ENTREPRISE AÉRONAUTIQUE
2.1 Préambule
2.2 Notions sur les satellites
2.3 La modulation numérique
2.3.1 La modulation BPSK
2.3.2 La modulation QPSK
2.4 La technologie VSAT
2.4.1 Définition
2.4.2 Topologies des réseaux VSAT
2.4.2.1 La topologie en étoile
2.4.2.2 La topologie maillée
2.4.3 Les méthodes d’accès au satellite
2.4.3.1 Le FDMA
2.4.3.2 Le TDMA
2.4.3.3 Le CDMA
2.4.4 Les méthodes d’assignation
2.5 Structure et fonctionnement des modules VSAT d’entreprise aéronautique
2.5.2 La partie utilisatrice
2.5.2.1 Le commutateur de messages
2.5.2.2 Le commutateur de paquets
2.5.2.3 Le switch Ethernet
2.5.3 La station terrienne
2.5.3.1 Le multiplexeur
2.5.3.2 Le modem satellite
2.5.3.3 Les convertisseurs de fréquences
2.6 Problématiques des solutions satellites
2.7 Conclusion
CHAPITRE 3 LA FIBRE OPTIQUE
3.1 Préambule
3.2 Historique
3.3 Définition
3.4 Principes de base
3.4.1 Propagation de la lumière
3.4.2 Propagation dans la fibre optique
3.5 Fabrication d’une fibre optique en silice
3.6 Caractéristiques
3.6.1 Dispersion chromatique et dispersion intermodale
3.6.2 Atténuation
3.6.3 Perte par effet de courbure
3.6.4 Perte par microcourbure
3.6.5 Les effets non linéaires
3.6.6 Fiabilité de la fibre optique
3.6.7 Vieillissement de la fibre optique
3.7 Les différents types de fibres
3.7.1 Fibres multimodes
3.7.1.1 Fibre à saut d’indice
3.7.1.2 Fibre à gradient d’indice
3.7.2 Fibres monomodes
3.8 Transmission sur fibre optique
3.9 Câblage et raccordement
3.9.1 Câblage
3.9.2 Raccordement
3.10 Avantages
3.11 Applications
3.12 Conclusion
CHAPITRE 4 ÉTUDES RÉALISÉES ET INFRASTRUCTURES EXISTANTES AU SEIN D’UNE ENTREPRISE AÉRONAUTIQUE À MADAGASCAR
4.1 Préambule
4.2 Le réseau RSFTA existant
4.3 L’organisation du système VSAT
4.4 Structure et fonctionnement des chaînes VSAT
4.4.2 La partie utilisatrice
4.4.2.1 Le commutateur de messages AMS 1500
4.4.2.2 Le commutateur de paquets Megapac
4.4.2.3 Le switch Ethernet Cisco
4.4.3 La station terrienne
4.4.3.1 Les multiplexeurs : MOL2P et Memotec
4.4.3.2 Les modems satellites Datum Systems
4.4.3.3 Les convertisseurs de fréquences : BUC et LNB
4.5 Exemple de transmission de données aéronautiques : cas d’un plan de vol
4.6 Devis approximatif des infrastructures existantes
4.7 Les contraintes des infrastructures existantes
4.8 Conclusion
CHAPITRE 5 ÉTUDE DE L’IMPLÉMENTATION DES DONNÉES AÉRONAUTIQUES SUR LE BACKBONE NATIONAL EN FIBRE OPTIQUE
5.1 Préambule
5.2 Notions sur le backbone
5.3 Le backbone national en fibre optique à Madagascar
vii
5.4 Description des besoins
5.4.1 Le périmètre d’intervention
5.4.2 Les fonctionnalités attendues
5.4.2.1 La technique ADSL
5.4.2.2 L’ADM
5.4.2.3 Modification des existants de l’entreprise et déploiement de la future infrastructure
5.4.3 Les qualités de services
5.4.3.1 Le débit de liaison
5.4.3.2 Le temps de réponse
5.4.3.3 Le taux de perte des paquets
5.4.3.4 La disponibilité de liaison
5.4.3.5 La sécurité et la confidentialité des données
5.4.4 Le système back-up ou système de secours
5.5 Architecture des nouveaux supports de transmission de données aéronautiques
5.6 Exemples de transmission de données aéronautiques
5.6.1 Liaison Mahajanga – Toamasina
5.6.2 Liaison Mananjary – Toamasina
5.7 Devis approximatif du nouveau projet
5.8 Synthèse et avantages du nouveau projet par rapport aux existants
5.9 Conclusion
CHAPITRE 6 SIMULATION DE LA NOUVELLE INFRASTRUCTURE AVEC CISCO PACKET TRACER 5.3
6.1 Préambule
6.2 Contexte
6.3 Étapes de la simulation
6.3.1 Étape 1 : Lancement de Cisco Packet Tracer 5.3 et disposition des équipements dans chaque site
6.3.2 Étape 2 : Câblage et raccordement des équipements
6.3.3 Étape 3 : Configuration IP des équipements
6.3.4 Étape 4 : Configuration des tables de routage
6.3.5 Étape 5 : Envoi de messages depuis Mahajanga jusqu’à Toamasina
6.4 Conclusion
CONCLUSION GÉNÉRALE
ANNEXE 1 : PRÉSENTATION DE L’ENTREPRISE AÉRONAUTIQUE
ANNEXE 2 : ADMINISTRATION DE L’ENTREPRISE AÉRONAUTIQUE
ANNEXE 3 : MISSIONS DE BASE DE L’ENTREPRISE AÉRONAUTIQUE
ANNEXE 4 : LES ADRESSES RSFTA
ANNEXE 5 : EXEMPLE DE DONNÉES AÉRONAUTIQUES : UN PLAN DE VOL
GLOSSAIRE
BIBLIOGRAPHIE
FICHE DE RENSEIGNEMENTS
RÉSUMÉ
ABSTRACT
