Tetra Radio

TETRA, de son nom anglais Terrestrial Trunked Radio, est un appareil capable d'établir une communication radio bi-directionnelle (A l'image des talkie-walkies ) et est notamment utilisé dans les domaines professionnels liés à la sécurité ou aux urgences tels que les services de secours (ambulances et pompiers), la police ou l'armée. le réseau TETRA consisite en la mise en place d'un canal radio partagé et ouvert en permanence. Ce dernier regroupe un ensemble d'utilisateurs affiliés/connectés à ce réseau et qui pourront à tour de rôle parler via la radio et ainsi communiquer en broadcast à tous les autres membres du groupe. Ce système est donc assez intéressant lorsqu'il s'agit de partager une information cruciale à un certain nombre de personnes dans des délais courts d'où son utilisation dans les professions citées plus haut.

Description

Les appareils TETRA ont un fonctionnement assez similaire aux téléphones mobiles, en ce sens qu'ils sont directement raccordés à un réseau téléphonique style RTC (Réseau Téléphonique Commuté), mais à la différence près que sa zone de couverture est moins conséquente et que son mode de fonctionnement reste assez particulier. En effet, dans une utilisation normale, afin de pouvoir communiquer avec le reste du groupe (émission), il est requis d'appuyer une fois sur le bouton PTT (i.e Push to Talk). L'utilisateur sera de ce fait relié au dispatcher et à tous les autres utilisateurs dans ce groupe. Une radio TETRA est également munie d'un bouton de secours permettant à l'utilisateur de transmettre des signaux prioritaires au dispatcher (avec la possibilité d'interrompre toute autre communication en cours sur le réseau).

Au niveau technique, TETRA utilise quatre canaux utilisateurs multiplexés (plusieurs informations à travers un seul support de transmission) sur des porteuses radio et dont l'espacement entre elles sont de 25 kHz. TETRA effectue le cryptage à l'émission ainsi que le chiffrement des données de bout en bout durant les échanges. Elle adopte généralement 2 types de communications i.e le Point-à-Point (direct) et le Point-à-Multipoint (via le réseau à travers des stations de base TETRA) avec une possibilité de transmission de données numériques (à faible débit). Une communication directe reste avantageuse dans des situations où la couverture radio est faible voire inexistante (communication en sous-sol ou dans des secteurs avec une mauvaise couverture). Un terminal TETRA peut aussi être utilisé comme passerelle en relayant les signaux perçus à d'autres terminaux.

Ses Avantages et Inconvénients

Le Système TETRA comporte plusieurs avantages et inconvénients lorsqu'on le compare à d'autres techno existantes :

Les Avantages

• Une fréquence radio basse permettant ainsi une plus grande couverture géographique avec un petit nombre d'émetteurs et réduisant ainsi le coût d'infrastructure.
• La rapidité de l établissement d'un appel / communication qui est de l'ordre de 0,5s.
• Une infrastructure plus diverse et résiliente en ce sens que les stations de base TETRA peuvent être à une certaine distance du secteur couvert.
• Ses modes de communication de secours (appels locaux ou le mode direct) qui sont pratiques en l'absence de réseau (hors service) ou si ce dernier est hors de portée.
• Un mode "passerelle" - permettant à une radio TETRA, raccordée au réseau, d'agir en tant que relais pour d'autres radios voisines qui sont hors de portée de l'infrastructure.
• L'infrastructure TETRA fournit également une fonction de point-à-point que les systèmes radio analogiques traditionnels des services de secours ne peuvent pas fournir. Ceci permet aux utilisateurs d'avoir une liaison radio un–à-un entre mobiles sans devoir passer par un opérateur ou un dispatcher.
• La grande diversité des sens de communication possible avec TETRA, typiquement les communications un à un, un vers plusieurs et de plusieurs vers plusieurs.
• Le chiffrement des données circulant sur le réseau
• La possibilité (avec l'appel de secours) de s'attribuer une priorité par rapport aux autres radios pour avoir un acheminement direct en interrompant au passage toute autre communication en cours.
• Au niveau sécurité, le groupe communicant est restreint qu'aux utilisateurs qui ont effectué au préalable une inscription de leur radio au moment du démarrage.

Les Inconvénients

• Le transfert de données avec TETRA est lent (~ 7,2 kbits/s)
• La possibilité d' interference avec d'autres appareils electroniques ( certains, sensible car liés au domaine médical tels que le défribillateur cardiaque) d'ou le 3eme point:
• Il requiert un amplificateur linéaire. (circuit electronique utilisé sur des dispositifs radio) integré à la radio Tetra pour pouvoir l'utiliser en compagnie d autres dispositifs/services radios.

L'Interface Homme-Machine (IHM)

L interface de Tetra propose un "service d'acquisition" permettant à des agents d établir des canaux de communication sans avoir au préalable une connaissance totale du réseau environnant. Ce service est administré à travers des droits de service de communications centralisées interfacé au coeur meme de la conception du réseau Tetra. En plus clair, l'interface de TETRA vise à:

• Permettre à n' importe quel agent en exercice, d' exploiter son radio Tetra sans avoir de contraintes matérielles.
• Fournir des applications adaptées à chaque secteur où il est utilisé.

Selon le secteur où il est utilisé, l interface est à même de changer pour mieux s adapter au milieu. C est à cet effet que pour plus de flexibilité et de capacités évolutives, le département des transports public, par exemple, a choisi d'adopter le langage Java (open sources) afin de produire une application "boite à outils" avec des services plus spécifiques au monde du transport pour ses radios de fonction. Parmi ces services nous pouvons retrouver entre autre :

1. Le Service d'Acquisition (décrit plus haut) : donnant la possibilité de personnaliser son dispositif afin d'établir une connexion à n'importe quel autre terminal radio donnné sur le réseau TETRA (biensur tant que la couverture le permet) et ce pendant une bonne durée.
2. Le Statut SDS : fournissant une mécanisme pour générer une tonalité répétitive (~ 440 Hz à 880 Hz selon l'urgence) pour faire un signalement (de fraude ou d'agression) à tous les membres du réseau. L'avantage étant que chacun des utilisateurs peut se raccorder à des terminaux donnés sans la nécessité de reconfiguration majeure.
3. Les Paramètres : fournit à l'utilisateur un moyen de préconfigurer un numéro de destination cible. Avec ce numéro préprogrammé, l'utilisateur peut communiquer avec le terminal radio de destination voir à un groupe si l'on se trouve dans le contexte d'un serveur dédié dans lequel les demandes d'acquisition de service sont reçues, prétraitées et finalement distribuées via le réseau central TETRA. Cela simplifie le processus de configuration ou de recyclage.

Au niveau conformité , l'interface utilisateur de TETRA doit respecter les normes suivantes :

• JSR-118;
• Mobile Information Device Profile, JSR-37
• Wireless Messaging API, JSR120
• Connected Limited Device Configuration, JSR-139
• Technology for the Wireless Industry, JTWI-185

Les Détails Techniques

La Radio de TETRA

TETRA utilise une modulation numérique connue sous le nom de π/4 DQPSK, qui est une forme de codage en verrouillage de phase, ainsi que le TDMA (Time-division multiple access) permettant le partage d'une même fréquence entre plusieurs utilisateur.

Ces fréquences, dites fréquence de symboles, sont de l'ordre de 18000 symboles/s avec chaque symbole codé sur 2 bits (36,000 bit/s). Lors d'une émission, les données sont envoyées sous formes de multi-trames (comme des paquets en réseau) d'une durée d'environ 1s. Chaque multi-trame comporte/contient 18 trames simples et ces derniers se composent de 4 time-slot de 255 symboles chacun (1020 symboles/trames donc). Toutefois, parmi ces 18 trames/s envoyés, il n y a que 17 d'entre eux qui sont utilisés dans les canaux de trafic, le dernier trame étant affecté à la signalisation ou la synchronisation des différents équipements.

Le Down-Link (i.e le signal provenant de la station/dispatcher vers les terminaux mobiles TETRA) est une transmission en continue des communications et données de synchronisation vers tous les appareils membres du réseau et sa puissance d'émission reste constante en tout temps (verrouillage de phase).

Le Cryptage d'Interface

Pour assurer la confidentialité des échanges, l'interface radio TETRA est cryptée en utilisant l'algorithme de chiffrement TEA (TETRA Encryption Algorithm). Ce cryptage permet entre autre de se protéger contre l'écoute indiscrète ainsi que de préserver l' intégrité des signalisations (capture/deformation).

TEA opére sur 4 codes de chiffrement différents qui ont chacun une disponibilité qui leur est propre en raison des restrictions d'exportation et d'utilisation contenues dans ses clauses de conceptions. Il est mentionné dans les premiers documents de conception TETRA que le cryptage devait être fait avec un chiffrement de flux, et ce afin de respecter la propriété "de ne pas propager d'erreurs de transmission". C'est à cet effet que TEA fut mis en place sous le modèle d'un chiffrement de flux avec des clés de 80 bits. Des versions plus adaptées ont aussi vu le jour telles que, TEA1 et TEA4 qui offrent une sécurité de base et sont destinés à un usage commercial. Le chiffrement TEA2 est réservé aux organisations européennes de sécurité publique tandis que TEA3 s'applique aux situations où TEA2 est approprié mais non disponible.

La Sélection des Cellules

Cette phase représente une étape majeure dans le processus de communication de système TETRA et il peut etre scindée en 4 sous parties : PS: Une version imagée pour mieux comprendre : une cellule = un agent/utilisateur ou station de base

Le choix de la cellule initiale

La sélection de cellule initiale est effectuée par des procédures situées dans le MLE (Maximum Likelihood Estimation). Lorsque la sélection de cellule est faite, et qu'un enregistrement est effectué, la station mobile (MS) rentre dans un état d' attachement à la cellule. Le mobile est alors autorisé à sélectionner initialement n'importe quelle cellule appropriée qui a une valeur C1 positive. Cela implique que le niveau de signal reçu doit etre supérieur au niveau de réception minimum pour le paramètre d'accès.

La procédure de sélection de cellule initiale doit garantir que la station mobile puisse sélectionner une cellule dans laquelle elle peut décoder de manière fiable des données descendantes (c'est-à-dire sur un canal de commande principal) et qui a une probabilité élevée de communication montante (émission). L'accès au réseau ne doit être donné que lorsque la sélection d'une cellule initiale est réussie.

Au démarrage, le mobile effectue sa sélection initiale de cellule sur l'une des stations de base, qui lui indique en retour les paramétres d'échanges initiaux lors de l'activation. Parmi ces paramètres se trouve une information concernant le niveau d'accès de réception minimal (i.e niveau de signal de réception minimum requis dans une cellule pour pouvoir communiquer avec les autres cellules (serveuse/voisines)).

Les cellules dont on peut se servir

Une cellule voisine devient utilisable lorsque la cellule a une connexion radio Down-Link de qualité suffisante. Les conditions suivantes doivent être remplies pour déclarer qu'une cellule voisine est utilisable:

• La cellule voisine a un paramètre de perte de chemin (path-loss) C1 ou C2 qui est, pendant une période de 5 secondes, supérieur ( au seuil de resélection rapide + hysterisis de resélection rapide )
• Le niveau de service fourni par la cellule voisine possède une priorité supérieure à celui de la cellule serveuse actuelle.

D'autres conditions supplémentaires peuvent également pousser la station mobile(système) à préfèrer une cellule voisine à la cellule serveuse courante :

• La classe d'abonné de la station mobile est prise en charge sur la cellule voisine mais pas sur la cellule serveuse.
• La cellule voisine est une cellule prioritaire alors que la cellule serveuse ne l'est pas.
• La cellule voisine prend en charge un service (c'est-à-dire un langage standard TETRA, des données par paquets ou un cryptage) qui n'est pas pris en charge par la cellule serveuse.
• Lorsque la cellule voisine est moins chargée (au niveau trafic) que la cellule serveuse.

Les cellules pouvant être améliorées

Une cellule serveuse devient perfectible lorsque les conditions suivantes sont reunies :

• Sa valeur C1 est inférieure à la valeur définie dans les paramètres radio de resélection de cellule
• Le seuil temporel de resélection lente d'une cellule est compris entre 1~5 secondes.
• La valeur C1 ou C2 d'une cellule voisine dépasse la valeur C1 de la cellule serveuse (valeur par défaut définie dans les paramètres) avec un hystérisis lente de resélection d'une durée de 5 sec

NB : Si les resélections de cellules sont faite de facon automatique par le système, elles doivent espacés de 15s d'intervalles

Les cellules à ne pas garder

Une cellule serveuse peut être disposée/remplacée lorsque:

• Sa valeur C1 est inférieure à la valeur définie dans les paramètres radio de resélection de cellule
• Le seuil temporel de resélection rapide d une cellule est compris entre 1~5 secondes
• La valeur C1 ou C2 d'une cellule voisine dépasse la valeur C1 de la cellule serveuse (valeur par défaut définie dans les paramètres) avec un hystérisis rapide de resélection d'une durée de 5 sec

L'équipement radio mobile vérifie le critère d'abandon de la cellule serveuse aussi souvent qu'une cellule voisine est scannée ou surveillée et le remplacement de ces cellules doit être espacé de 15sec

Le Radio downlink failure ?

Lorsque le seuil FRT (seuil de reselection rapide) est dépassé (> 5sec), la station mobile se trouve dans une situation où il est essentiel de renoncer (ou d'abandonner) la cellule serveuse courante et d'en obtenir une autre de qualité ou au moins utilisable. En effet, la station mobile est capable de détecter si le signal radio connait un temps de latence anormale ce qui l'oblige à resélectionner une nouvelle cellule rapidement, avant que les communications ne soient interrompues en raison d'une défaillance de la liaison radio.

Lorsque le signal radio de la station mobile dépasse le niveau de réception minimum (C1 < 0), la radio n'est plus en mesure de maintenir des communications acceptables pour l'utilisateur, et la liaison radio est rompue. Les procédures de resélection de cellule sont ensuite activées afin de trouver une station de base radio appropriée.

Liens externes

• TETRA and Critical Communications Association (TCCA)
• What is TETRA ?
• ETSI - TETRA