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Introduction aux Rseaux Mobiles

Prsent par: Samuel Pierre, ing., Ph.D.Max Maurice, ing.

Geninov Inc., 2008

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Prsentation de Gninov, Inc. Firme de gnie-conseil uvrant dans des domaines cibls de lingnierie

Tlcommunications et rseaux

Informatique et technologie de linformation

Gnie civil et nergie renouvelable Gestion de projets, Formation et transfert de comptences

Recherche et Dveloppement (R&D) en soutien linnovation

Leader mondial en devenir offrant une gamme tendue de services

Intgration et gestion de systmes, planification et conception, consultation tude de faisabilit, suivi et gestion de projets, amnagement du territoire

Assurance qualit, chane de production et contrle, distribution lectrique et nergie renouvelable

Plan stratgique de formation, formation sur mesure dans les domaines dexpertise, recrutement

Planification de rseaux, scurit informatique, services et applications mobiles, base de donnes Missions et valeurs

Innovation dans la pratique du gnie en misant sur loptimisation des ressources

thique, engagements corporatifs, intgrit, qualit et excellence, support la collectivit

Clientle: Canada, Qubec, tats-Unis, Afrique, Europe, Amrique Latine et Carabes

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Plan Concepts de base

Types de mobilit

Architecture cellulaire Techniques daccs aux systmes cellulaires

volution des systmes cellulaires (1G, 2G, 3G, 4G, etc.)

Gestion de mobilit Normes et protocoles pour la gestion de localisation

Rseaux mobiles ad hoc

Rseaux locaux sans fil Rseaux mtropolitains sans fil et technologie WiMAX

Conclusion

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Concepts de base

Mobilit dans les rseaux de communication est dfinie comme lacapacit daccder, partir de nimporte o, lensemble des services disponibles

normalement dans un environnement fixe et cbl.4 www.geninov.com

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Concepts de base (Suite)Informatique mobile:

Possibilit pour des usagers munis de priphriques portables ou

dordinateurs mobiles daccder des services et des applicationsvolues, travers une infrastructure partage de rseau,indpendamment de la localisation physique ou du mouvement de cesusagers.

Nomadisme: permet aux utilisateurs de se connecter des pointsdaccs diffrents en ayant recours ventuellement des liaisons sans fil.

Ubiquit: permet aux utilisateurs de rester connects lorsquils sonten mouvement, en subissant ventuellement des dconnexionsintermittentes.

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Types de mobilitMobilit terminale (mobilit des units)

capacit de localiser et didentifier un terminal mobile, en lui permettant daccderaux services de rseau partir de nimporte quelle position o se trouverait ce

terminal. lie laccs radio

Mobilit personnelle

labonn est muni dun numro didentification personnel et peut tre ainsi joint

partir de nimporte quel terminal. implique lidentification des usagers qui peuvent non seulement recevoir et initier

des appels, mais aussi accder aux services en utilisant nimporte quelpriphrique ou unit mobile.

Mobilit des services - rfre la capacit du rseau permet didentifier les usagers en mouvement, permet aux usagers dinitier et de recevoir des appels, permet de fournir les services souscrits ces usagers mobiles ou la localisation

que ces derniers ont dsigne.

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Architecture cellulaire

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Dans un rseau cellulaire, le territoire couvert ou la zone de couverturedesservie est gnralement dcoup en de petites surfaces gographiquement

limites et communment appeles cellules.

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Picocellule: dsigne un espace de desserte de quelques mtresde diamtres.

Microcellule: rfre une surface gographique de quelquesdizaines de mtres de diamtre.

Cellule: correspond une superficie dont le diamtre varie de

quelques centaines de mtres quelques kilomtres.Macrocellule: correspond une tendue gographique de

lordre de quelques dizaines de kilomtres de diamtre.

Cellule parapluie: dfinit une rgion de quelques centaines dekilomtres de diamtre.

Architecture Cellulaire: taille de cellules

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Architecture cellulaire

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Architecture cellulaire

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Le sous-systme radio:

Station de base (BS)/BTS (Base Transceiver Station): intgrelquipement radio/antenne assurant la transmission radio et lasignalisation lintrieur de cette cellule.

Contrleurs de station de base/BSC (Base Station Controller): grent

les ressources radio et les bandes passantes des stations de baseassocies.

Le sous-systme radio sert dinterface radio entre chaque unitmobile et le rseau lui-mme.

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Architecture Cellulaire

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Le sous-systme rseau:Commutateurs/MSC (Mobile service Switching Center) installs

lintrieur de quelques-unes des cellules choisies de manire stratgique.Rseau central/rseau cur (Core Network): les commutateursinterconnectent les diffrentes stations de base entre elles et avecdautres lments fixes de rseau; relis entre eux, ils constituent lapartie fixe de linfrastructure rseau.

Le sous-systme rseau intgre deux types de donnes delocalisation :HLR (Home Location Register): base de donnes nominale qui gre les

abonns rattachs au MSC ;VLR (Visitor Location Register): base de donnes des visiteurs qui sert

localiser les units mobiles en transit dans la zone contrle par le MSC,donc dynamique.

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Architecture cellulaire

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Techniques daccs aux systmes: TDMA

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Accs Multiple par Rpartition dans le Temps (AMRT/TDMA)La bande de frquence disponible est divise en sous-bandes ou canaux de

frquence (comme dans le FDMA), qui sont leur tour diviss en un certainnombre de tranches de temps.

chaque utilisateur est affecte une tranche de temps qui permet laccs aucanal de frquence pour la dure de cette tranche de temps.

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Techniques daccs aux systmes: CDMA

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Accs Multiple par Rpartition en Code (AMRC/CDMA)Les units mobiles dune mme cellule partagent un mme canal radio en

utilisant une part importante de la bande passante rserve linterfaceair.

La technique dtalement de spectre est utilise pour affecter chaqueutilisateur un code unique qui dtermine les frquences et la puissance

utilises.Ce code dtalement, appel un code PN (Pseudo-random Noise), est

utilis pour permettre aux multiples utilisateurs de partager une mmebande de frquences. En affectant chaque client ce code unique, cette

technique permet dmettre simultanment sur la totalit de la bandepassante, mais en ayant recours une rpartition par code entre les unitsmobiles.

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Techniques daccs aux systmes: CDMA

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volution des systmes cellulaires: 1G

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1978, AMPS (Advanced Mobile Phone System) dessai, bande de800MHz, Chicago

1979, AMPS commercial, bande de 800MHz, Japon

1981, NMT (Nordic Mobile Telephone), bande de 450MHz, Sude,Norvge, Danemark et Finlande

1983, AMPS commercial, bande de 800MHz, Chicago

1985, TACS (Total Access Communication System), bande de 900 MHz,Britanniques

1986, NMT-900, bande de 900 MHz, Pays scandinaves

Problmes: Capacit limite, car systme bas sur FDMA

Mobilit limite particulirement entre rseaux de fournisseurs diffrents

Fraude, absence de mcanismes de scurit

Analogique (canal de contrle et de la voix)

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volution des systmes cellulaires: 2G

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1990, IS-54B (AMPS digital), bande de 800MHz, Amrique (Canalanalogique pour le contrle et numrique pour la voix, TDMA)

1991, GSM, bande de 900MHz, ETSI pour lEurope (TDMA)

1993, GSM1800/DCS1800, bande de 1800MHz, Royaume-Uni(TDMA)

1993, IS-95 CDMA, bande de 800 MHz, tats-Unis et Core

1994, IS-136, volu de IS-54B, bande de 800/1900MHz, Amrique(Canal de contrle et de la voix numrique pour les deux, TDMA)

1995, J-STD-008, bande de 1900 MHz, Amrique-du-Nord

Avantages et limitations:

Capacit augmente, sur TDMA et CDMA Scuritaire contre la fraude

Numrique (canal de contrle et de la voix)

Services plus volus, mais toujours orients voix, pas de donnes

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volution des systmes cellulaires: 3G

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Pourquoi 3G?

Communications de donnes: Internet Commerce lectronique

Communications multimdia

Faon de communiquer Courriel lectronique

Web lchelle mondiale

Messagerie instantane Services plus volus

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Exigences du march de tlcom pour 3G

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Donnes informatiques: Donnes informatiques Courriel lectronique

Transfert dimage en temps rel Multimdia Informatiques mobiles

Tlcommunications: Mobilit Vido confrence Vido tlphonie Services de donnes large bande

Contenu audio-vido: Vido sur demande Services de vido interactive Journal lectronique Tl-achat Services internet valeur ajoute

Contributions de la tlvision et de la radio

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Normes de 3G

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En 1999, UIT slectionne 5 technologies pour service terrestre: CDMA large bande (WCDMA) CDMA2000 (volu de IS-95 CDMA)TDD-CDMA (rpartition dans le temps) & TD-SCDMA (rpartition dans

le temps et synchrone) UWC-136 (volu de IS-136) DECT

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Classe de services pour 3G (suite)

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Classe C (interactive): dfinit tous les services dans lesquels un usager entretient undialogue interactif avec un serveur dapplications ou de donnes regroupant, entreautres, la navigation sur Internet, le transfert de fichiers par FTP, le transfert de

messages lectroniques ou toutes les applications de commerce lectronique. Cetteclasse ne requiert pas de performances en temps rel particulires.

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volution de 3GPP

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3GPPRelease

99

3GPPRelease

5

3GPPRelease 6

3GPPRelease

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Dbitdescendant

384 kbps

Dbit

montant

128 kbps

RTT=150 ms

DbitDescendant

14 Mbps

RTT=100 ms

Dbit MT5.7 Mbps

RTT=50

ms

Dbit DC100 Mbps

Dbit MT

50 Mbps

RTT=10

ms

UMTS HSPDA HSUPA LTE

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volution des systmes cellulaires: 4G

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Dbit de donnes de plus en pluslev

Couverture des donnes omniprsenteInteroprabilitAppareil mobile avec de multiples

interfaces radioBas sur la technologie tout-IPMobilit sans coupureUtilisation OFDM: OFDMA, TD-

CDMA, TD-SCDMAInterfac sans coupure avec WLAN,

WiMAX, WiMAN

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volution des systmes cellulaires: 4G

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Architecture de rseaux: 3G/UMTS

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Architecture de rseaux: 3G/CDMA2000

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volution du 3G/UMTS 4G LTE/SAE

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volution du systme darchitecture LTE/SAE

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Gestion de mobilit: objectifs et problmes

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Objectifs de la gestion de mobilit: Assurer la continuit de la session en cours Rduire les dlais et le trafic de signalisation Fournir une meilleure qualit de service Optimiser lutilisation des ressources

Problmes de gestion de mobilit:Utilisateurs sont de plus en plus mobilesGarantir la continuit de la session en coursRduire le dlai de relve, le dlai de bout-en-bout, la gigue et laperte de paquetsFournir une bonne qualit de service aux usagersMinimiser le cot de signalisationOptimiser lutilisation des ressources du rseau

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Gestion de mobilit: niveaux de gestion

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Gestion de la mobilit radioRadiorecherche (paging): dtermine la cellule exacte de

lunit mobile appele.Relve (handoff): gre le dplacement de lunit mobile

ayant un appel en cours entre les cellules.

Gestion de la mobilit rseauSlection/re-slection de cellules: permettre lunit mobile

de choisir une cellule particulire dans la zone delocalisation.

Gestion de localisation: consiste essentiellement diviser lazone de couverture du systme en plusieurs zonesgographiques appeles zone de localisation.

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Gestion de la mobilit radio

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Gestion de la mobilit rseau (Suite)

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Gestion de localisation: Consiste essentiellement diviser la zone de couverture du systme

en plusieurs zones gographiques (zone de localisation)

Chaque zone de localisation est compose dune ou de plusieurscellules et desservie par un serveur de localisation

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Gestion de localisation

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Recherche de localisation

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Normes et protocoles pour la gestion de localisation

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Deux normes internationales:

EIA/TIA IS-41 en Amrique du NordGSM en Europe

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Normes et protocoles pour la gestion de localisation

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Procdure de mise jour selon la norme IS-41

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Normes et protocoles pour la gestion de localisation

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Procdure recherche de localisation selon la norme IS-41

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Rseaux mobiles ad-hoc

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Un ensemble de terminaux mobiles formant un rseau temporaire oprantsans linstallation dinfrastructures quelconques

Peut tre rapidement mis en place

Aucun administrateur pour la gestion et pour la configuration de tels rseaux

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Rseaux mobiles ad-hoc

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Caractristiques: La topologie change alatoirement de faon rapide car les nuds mobiles

sont libres de se dplacer arbitrairement ne sappuient sur aucune infrastructure prexistante et ne requirent aucune

administration centralise les terminaux mobiles combinent les rles de routeur et de station hte,

permettant ainsi dacheminer de faon autonome, les paquets dun usager un autre

le fait que les htes mobiles sont aliments par des sources dnergieautonomes engendrent des contraintes dnergie importantes

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Rseaux mobiles ad-hoc

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Routage dans les rseaux mobiles ad-hoc: Protocoles de routage pro-actifs: tablissement de tables de routage

rgulirement mises jour grce des messages de contrle diffuss parchaque nud du rseau. (tablissement de routes lavance) Protocole DSDV (Distance Sequence Distance Vector) Protocole OLSR (Optimized Link State Routing)

Protocoles de routage ractifs: recherche des routes la demande.Lorsque le rseau a besoin d'une route, une procdure de dcouverteglobale de routes est lance, et cela dans le but d'obtenir une informationspcifie, inconnue au pralable.

Protocole DSR (Dynamic Source Routing) Protocole AODV (Ad-hoc on Demand Vector Distance)

A hit t d WLAN

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Architecture de rseaux: WLAN

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Deux modes dexploitation du WLAN:

Mode ad hoc Mode infrastructure

Caractristiques du rseau WLAN

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Caractristiques du rseau WLAN

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Rseau informatique sans fil mise en place pour fonctionner enrseau interne et, depuis, devenu un moyen daccs haut dbit Internet.

Bas sur la norme IEEE 802.11, mieux connue sous le nom de Wi-Fi.

11Mbps thoriques ou 6Mbps rels avec 802.11b

54Mbps thoriques ou environ 25Mbps rels avec 802.11a/802.11g 300 Mbit/s thoriques avec 802.11n

Rayon de plusieurs dizaines de mtres en intrieur (de 20 50mtres)

La norme 802.11 sattache dfinir les couches basses du modleOSI : couche physique et couche liaison

Architecture de rseaux: WiMAX

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Architecture de rseaux: WiMAX

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SS/MS: Station dabonn/station mobile ASN: rseau de services daccsBS: Station de Base NSP: fournisseur de services rseauCSN: rseau de services de connectivit NAP: fournisseur du rseau daccsASN-GW: Passerelle du rseau de services daccs, relie deux stations de base

Caractristiques du rseau WiMAX

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Caractristiques du rseau WiMAX

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Worldwide Interoperability for Microwave Access Une technologie de tlcommunications qui permet la transmission de

donnes sans fil de diverses faons, allant de point point laccs de

type cellulaire mobile. Bas sur la norme IEEE 802.16 802.16-2004, aussi appel 802.16d, une norme pour WiMAX fixe 802.16-2005, aussi appel 802.16e, une norme pour WIMAX mobile En thorie, WiMAX offre 70Mbps en rayon de 50,000 mtres. En pratique, WiMAX offre 10Mbps en rayon de 10,000 mtres dans un

environnement de visibilit directe; 10Mbps en rayon de 2,000 mtresdans un environnement urbain.

Deux modes de WiMAX: Point--point et point-multipoint (Full mesh

mode) Bas sur IP , idal pour les zones rurales et les zones daccs difficile

Architecture de rseaux: WiMAX

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Architecture de rseaux: WiMAX

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MS: Station mobile PSTN: rseau tlphonique public commutBS: Station de base MIP-HA: Mobile IP Home AgentOSS: Systme de support oprationnel ASP: fournisseur de services dapplicationASN-GW: Passerelle du rseau de services daccs, relie deux stations de baseAAA: Authentification, Authorization & comptabilit

Architecture de rseaux: WiMAX

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Architecture de rseaux: WiMAX

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March de tlcom

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March de tlcom

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Distribution mondiale des abonns cellulaires

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Distribution mondiale des abonns cellulaires

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Prvision des abonns cellulaires

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Prvision des abonns cellulaires

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Prvision dabonnement large bande mobile

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Prvision d abonnement large bande mobile

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Prvision dabonnement large bande mobile

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Prvision d abonnement large bande mobile

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Conclusion

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Conclusion

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Types de mobilit

Architecture cellulaire

Techniques daccs aux systmes cellulaires: FDMA, TDMA, CDMA

volution des systmes cellulaires (1G, 2G, 3G, 4G, etc.)

Gestion de mobilit : radio et rseau

Gestion de localisation

Rseau mobiles ad hoc

Rseaux locaux sans fil (WLAN)

Rseaux mtropolitains sans fil et technologie WiMAX

March de tlcoms

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