Sécurité des réseaux mobiles (1).pdf

Sécurité des réseaux mobiles CHAPITRE 1 RÉSEAU MOBILE Maha Cherif 2022/2023  Introduction ❖ Un réseau mobile est composé d’un réseau d’Antennes-Relais ou stations de base (SB), couvrant chacune une portion de territoire délimité (cellule) e...

Sécurité des réseaux mobiles CHAPITRE 1 RÉSEAU MOBILE Maha Cherif 2022/2023  Introduction ❖ Un réseau mobile est composé d’un réseau d’Antennes-Relais ou stations de base (SB), couvrant chacune une portion de territoire délimité (cellule) et acheminant les communications sous-forme d’ondes radio vers et aussi depuis les terminaux des utilisateurs en « uplink or downlink ». ❖ Le terminal d’un utilisateur ou encore équipement mobile d’un utilisateur communique par la voie des airs « espace libre » avec une antenne-relais, qui elle-même communique avec le commutateur centralisé de l’opérateur : un ordinateur. Celui-ci achemine la communication vers le correspondant sur le réseau fixe ou via d’autres antennes relais. ❖ Pour couvrir un maximum de territoire et faire en sorte que les utilisateurs soient toujours en mesure de communiquer, les opérateurs déploient des milliers de cellules, chacune d’elles étant équipée d’antennes en faisant en sorte que leurs cellules se chevauchent, de façon à ne jamais perdre le positionnement des utilisateurs. SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 2  Environnement radio-mobile (1) Phénomène de transmission ❖ Les mécanismes derrière la propagation d'ondes sont divers, généralement attribués aux réflexions, diffraction et diffusion. ❖ Les systèmes radio cellulaires fonctionnent dans un environnement urbain où il n'y a pas de chemin direct entre 1' émetteur et le récepteur et où la présence des grands bâtiments engendre une perte de diffraction sévère. ❖ Dues aux réflexions multi-trajets de différents objets, les ondes se propagent le long des différents trajets de différentes longueurs. L'interaction entre ces ondes cause un évanouissement multi-trajets à un endroit spécifique et le niveau de 1' onde diminue en s'éloignant de l'émetteur. ❖ L'atténuation dans la propagation radio mobile inclut la perte du trajet et l'effet de masque (Shadowing). SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 3  Environnement radio-mobile (2) Propriétés du canal Radio-Mobile Les modèles de propagation sont basés sur la prédiction du niveau moyen du signal reçu à une distance donnée de l'émetteur. On distingue 3 types de variation du canal radio- mobile : ❖ Grande échelle : Fonction de la distance émetteur-récepteur. Path loss (perte de chemin) ou affaiblissement de parcours. ❖ Moyenne échelle : Shadowing (ombrage) ou effet de masque. Echelle de la taille des obstacles (quelques dizaines de mètres en  Profile d’évanouissement réel milieu urbain et quelques mètres en indoor).  Composition de tous les composants de fading ❖ Petite échelle : Fading rapide ou évanouissement. Liés aux trajets multiples. Echelle de l'ordre de la demi-longueur d'onde. SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 4  Environnement radio-mobile (3) Dégradation de l’onde ❖ Atténuation ou affaiblissement de l’onde due à la distance parcourue (path loss), est la diminution relative de la puissance d'un signal au cours de sa transmission tout au long de la trajectoire. ❖ Effets de masques (shadowing effects), le masquage provient de la présence d'obstacles des variations lentes dues aux atténuations successives produites par des gros obstacles locaux qui causent la diffraction. ❖ Evanouissements (fadings) par propagation multi-trajet, des variations rapides causées par les trajets due à l'addition constructive ou destructive des signaux qui ne peut pas être déterministe. ❖ Brouillages causés par d'autres émissions : - Interférences (co-canal ou canal adjacent), dues aux signaux émis par d’autres stations de base utilisant la même fréquence, - Bruit ambiant. SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 5  Environnement radio-mobile (4) Caractéristique de la propagation ❖ Les caractéristiques de propagation dépendent de la nature du milieu dans lequel l'onde se propage et également de la température : - Morphologie du terrain, - Densité de végétation, - Hauteur, combinaison, nature et densité des bâtiments, - Conditions météo, - Etc. SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 6  Environnement radio-mobile (5) Canal multi trajets (1) ❖ Origine : Réflexions multiples sur les obstacles rencontrés par l'onde, provoquant deux effets : - Positif - Négatif ❖ L’effets positifs du multi-trajet => Communications réussies même en présence de masque : contournement des obstacles. Chemin réfléchi (signal peut atteindre le mobile situé derrière les bâtiments) Direction de chemin bloqué Station de base Station mobile SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 7  Environnement radio-mobile (6) Canal multi trajets (2) ❖ L’effets négatifs du multi-trajet 𝑐ℎ𝑒𝑚𝑖𝑛 𝑝𝑙𝑢𝑠 𝑙𝑜𝑛𝑔−𝑐ℎ𝑒𝑚𝑖𝑛 𝑝𝑙𝑢𝑠 𝑐𝑜𝑢𝑟𝑡 => Propagation par trajets multiples = , 𝐶 où 𝐶 désigne la vitesse de la lumière. Signal transmis ❖ Dépendance : Direction, réflectivité et distance entre les objets. Signal reçu Time SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 8  Environnement radio-mobile (7) Interférences « fréquences adjacentes » ❖ Les signaux émis sur des fréquences adjacentes entrainent généralement des interférences non négligeables. ❖ D’autres mobiles, où d’autres types de transmission Deux canaux adjacents (ex : TV) peuvent utiliser des bandes de fréquences Puissance voisines de celle utilisée par une communication mobile. Zone d’interférence ❖ Si la puissance émise déborde sur d’autres canaux, la communication peut être brouillée. 𝑓1 𝑓2 Fréquence SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 9  Environnement radio-mobile (8) Interférences co-canal ❖ Les interférences co-canal sont dues aux signaux émis par les autres stations de base utilisant la même fréquence. ❖ Un mobile plus ou moins lointain, dans le cadre de réseaux cellulaires peut utiliser la même fréquence porteuse qu’un autre mobile. ❖ Dans ce cas, les deux mobiles peuvent se brouiller mutuellement. SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 10  Environnement radio-mobile (9) Interface radio-mobile ❖ Parmi les caractéristiques citées pour l’interface radio-mobile : - La complexité, - La diffusion. ❖ L’environnement de transmission : - milieu changeant, - distance entre Emetteurs/Récepteurs mobiles, - présence du multi-trajets, - limitation du spectre. SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 11  Concept cellulaire (1) Architecture cellulaire ❖ L’architecture de la cellule est interprétée par la réutilisation des fréquences : si la bande de fréquence est réutilisée dans 10 autres cellules, alors on peut offrir 100 × 10 communications simultanées !! ❖ Ainsi, on cherche à : => Réduire la puissance de la transmission => Augmenter la capacité. => Etaler la couverture par autant de cellules que nécessaire. => Augmenter le nombre des utilisateurs accédant aux réseaux. SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 12  Concept cellulaire (2) Spécificité des systèmes cellulaires ❖ Une cellule est la surface avec laquelle une station de base peut établir une liaison avec un téléphone mobile. ❖ Gestion de la mobilité des abonnés : - fonctionnalité qui facilite les opérations des appareils mobiles dans les réseaux, - utilisée pour tracer les emplacements physiques des utilisateurs et des abonnés afin de fournir des services de téléphonie mobile, comme les appels et le service de messages courts (SMS). ❖ Gestion de l’interface radio : - l'interface entre les deux sous-systèmes station mobile (SM) et la station de base (SB). ➔ "interface radio" ou "interface air". - l'interface entre les deux composants de sous-systèmes de station de base (BSS Base Station Sub System) : SB et le contrôleur de station de base (BSC Base Station Controler). - l'interface entre les deux sous-systèmes BSS et le Sous-système réseau (NSS Network Sub System). SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 13  Concept cellulaire (3) Concepts cellulaires ❖ Problème qui se pose est : => Comment desservir une région de taille importante (pays, continent) ? - Avec une bande de fréquences limitée, - Avec une densité de trafic importante, qui varie dans le temps et dans l’espace et pouvant augmenter, - Offrir des services téléphoniques et autres à des usagers fixes et mobiles ❖ Concept cellulaire ou le mécanisme de la réutilisation des fréquences repose sur : - la propriété d’atténuation des signaux avec la distance, - le nombre des cellules utilisant la même fréquence. SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 14  Concept cellulaire (4) Réutilisation de la fréquence ❖ Le nombre de fréquences accordées étant restreint, l'opérateur est obligé de réutiliser les mêmes fréquences sur des cellules suffisamment éloignées de telle sorte que deux communications utilisant la même fréquence ne se brouillent pas. ❖ Le principe se repose sur l’utilisation des mêmes fréquences porteuses pour couvrir des zones différentes séparées par des distances suffisantes pour que l’interférence co-canal ne soit pas importante. C=signal utile 𝐼 : signal d’interférence co canal SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 15  Concept cellulaire (5) Notion de motif Concept cellulaire : Spectre de fréquences disponible est limité par l’opérateur et le système => réutiliser les mêmes fréquences à une distance 𝐷 suffisante et bien étudié pour éviter les interférences. 𝐷: Distance inter motif. “Réutiliser” F1,F2,F3 si C > seuil (e.g. 7 dB) 𝐼 C=signal utile 𝐼 : signal d’interférence ( Interférence co-canal) SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 16  Concept cellulaire (6) Structure interne d’une cellule ❖ Zone de service => partie où tout mobile ne peut être connecté qu’à cette cellule, ❖ Zone interne de la zone de service => assure la couverture des mobiles proches de la station, avec fréquences utilisées moins protégées, ❖ Zones de transfert => transport intercellulaire (handover). Zone de recouvrement Zone de service Brouillages co-canal SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 17  Concept cellulaire (6) Capacité et couverture ❖ Découpage du territoire en cellules Chaque cellule est desservie par une station de base La division en cellules n’est pas distincte par l’usager ─ Passage d’une cellule à l’autre idéalement faible La capacité d’une cellule en Mbit/s ne dépend pas de la taille de la cellule ❖ Zone rurale = faible densité d’utilisateurs Les stations de base sont déployées pour assurer une couverture Déployer suffisamment de stations de base pour qu’en tout point du territoire un terminal soit sous la portée d’une station de base et puisse l’atteindre ❖ Zone urbaine = forte densité d’utilisateurs Les stations de base sont déployées pour fournir une capacité suffisante Déployer suffisamment de stations de base pour que la capacité en Mbit/s par km2 soit supérieure au trafic engendré par les clients SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 18  Concept cellulaire (7) Cellule Contrainte sur la taille des cellules Surface géographique dont les limites sont Contraintes différentes selon fixées par : l’environnement : ❖ Puissance transmise et la sensibilité des ❖ Milieu rural (espace semi naturel habité) : récepteurs, - Grandes cellules (3 –30 km), C ❖ Rapport fixé par le système, - Facteurs dimensionnant : puissance, 𝐼 ❖ Capacité à gérer le maximum de sensibilité, communications possibles sur la surface allouée avec la QoS demandée, ❖ Milieu urbain : ❖ Intégration de la cellule dans l’environnement (compatibilité - Cellules de tailles réduites (300 m à 3 km), électromagnétique (CEM), supports C - Facteur limitant : rapport. matériels, …) 𝐼 SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 19  Concept cellulaire (8) Architecture cellulaire Macrocellules Haut Pico cellules Vers le bas En haut Petites cellules Bas Microcellules SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 20  Concept cellulaire (9) Architecture réseau cellulaire ❖ Les réseaux de communication cellulaires comportent trois niveaux de hiérarchie: - Au premier niveau se trouve le sous-réseau qui a la charge d’enregistrer le profil utilisateur. - Le deuxième niveau est constitué par la zone de localisation qui regroupe l’ensemble des cellules. - Le dernier niveau est constitué de la station de base qui dessert la cellule. ❖ La station de base assurera le rôle de relais radio. ❖ Le commutateur gère un ensemble de station de base et réalise un maximum de procédures pour garantir une connexion: établissement d’appel, gestion du passage intercellulaire, authentification et cryptage, etc. SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 21  Concept cellulaire (10) Composantes d’un réseau cellulaire ❖ Au centre de chaque cellule se trouve une Station de Base ou BS (Base Station), comprenant une antenne, un contrôleur et un certain nombre d’émetteurs- récepteurs. ❖ Chaque station de base est connectée à un centre de commutation de mobiles ou au central téléphonique mobile (MTSO pour Mobile Telephone Switching Office), gérant plusieurs stations via le contrôleur de station de base (BSC pour Base Station Controller) ou le contrôleur du réseau radio (RNC pour Radio Network Controller) (pour 2G et 3G). ❖ L’opérateur affecte une ou plusieurs fréquences à chaque station de base. ❖ Les mêmes canaux de fréquence sont réutilisés dans plusieurs cellules selon la capacité du système à résister aux interférences. SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 22  Concept cellulaire (11) Handover ou handoff (transport intercellulaire) ❖ Lorsque l’utilisateur mobile quitte sa cellule pour entrer dans une autre, il peut être amené à s’approcher d’une station de base voisine. ❖ Pour poursuivre sa communication, l’utilisateur doit effectuer un transfert intercellulaire ou handover qui consiste à établir une nouvelle connexion radio vers la nouvelle cellule. SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 23  Concept cellulaire (13) Couverture Indoor et Outdoor SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 24  Concept cellulaire (14) Conclusion ❖ Environnement radio-mobile : complexe et en fluctuation constante,. ❖ Environnement cellulaire : contraintes de réutilisation (QoS et capacité). ❖ Planification, optimisation et exploitation complexes. SÉCURITÉ DES RÉSEAUX MOBILES 25