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ETUDE DES RESEAUX GSM/GPRS ANNEE
ACADEMIQUE 2009-2010
MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT REPUBLIQUE DE COTE D'IVOIRE SUPERIEURE ET DE LA RECHERCHE UNION-DISCIPLINE-TRAVAIL
SCIENTIFIQUE
ARCHITECTURE DES RESEAUX
THEME :
ETUDE DES RESEAUX GSM
2 ème ANNEE INGENIERIE TECHNOLOGIQUE
PRESENTE PAR : PROFESSEUR : SANOU ABDOUL AZIZ M .SILUE NIFO
LINA KARAKI
SAKA AKIMU KOLAWOLE
2A ING /TECHNOLOGIQUEPage 1 THEME :
ETUDE DES
RESEAUX
GSM/GPRS
ETUDE DES RESEAUX GSM/GPRS ANNEE
ACADEMIQUE 2009-2010
SOMMAIRE
PARTIE I : LE RESEAU GSM.......................................................6 A-ARCHITECTURE DU RESEAU GSM...............................7 I- NOTION DE RESEAU CELLULAIRE............................7 II- LA NORME GSM......................................................8 III- LES DIFFERENTS SOUS-SYSTEMES..........................8
1-Le sous système radio..................................................9
a) Le mobile..............................................................9 b) La station de base (BTS).........................................11 c) Le contrôleur de station de base (BSC)........................11
2- Le sous système réseau..............................................12
a) Le centre de commutation mobile (MSC)....................12 b) L'enregistreur de localisation nominale (HLR)............13 c) Le centre d'authentification (AuC)...........................13 d) L'enregistreur de localisation des visiteurs (VLR)........14 e) L'enregistreur des identités des équipements (EIR)......14 f) Gateway MSC....................................................15
3- Le centre d'exploitation et de maintenance....................15
4-les interfaces et protocoles..........................................16
a-avec les sous réseaux............................................16 b-Interface Q3......................................................20 c-Particularité de la couche liaison.............................20 d-Les piles de protocoles GSM...................................21 IV) CONCEPT DE MOBILITE........................................22
1-Le roaming.............................................................22
a) Généralité............................................................22 b) Les différents types de roaming.................................22
2-Le handover............................................................23
a) Nécessité d'un handover..........................................24 b) Types de handover................................................24 B) LES SERVICES OFFERTS PAR LE GSM.........................25
1-Les téléservices........................................................25
a) La téléphonie........................................................25 b) Le service de message court......................................25
2- Les services supports...............................................25
3-Les services supplémentaires......................................26
C- FONCTIONNEMENT PRATIQUE..................................26 I- L'accès au réseau.......................................................26
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1- Les méthodes d'accès...............................................26
a) Le FDMA (Frequency division multiple acess)..............27 b) Le TDMA (Time division multiple acess).....................27
2- Les canaux utilisés dans le GSM..................................28
II-PROCESSUS DE FONTIONNEMENT DU RESEAU GSM....30
1-Mise en route du mobile.............................................30
2- Les étapes pour l'emission d'un appel...........................30
D- SECURITE DANS LE RESEAU GSM...............................31 I-NUMEROTATION LIEE A LA MOBILITE.........................31 II- AUTHENTIFICATION ET CHIFFREMENT......................32
1-Confidentialité de l'identité de l'abonné............................32
2-Principes généraux d'authentification et de chiffrement........33
3-Authentification de l'identité d'abonné.............................33
4-Confidentialité des données transmises sur la voie radio........34
a) Activation du chiffrement..........................................34 b) Gestion de la clé d'authentification Ki..........................34 c) Entité du réseau ou sont enregistré les données de sécurité.34 PARTIE II : LE RESEAU FEDERATEUR GPRS..............................36 B-ARCHITECTURE DU GPRS................................................36
1-Les entités et interfaces.....................................................36
a-Les entités.................................................................36 b-Les interfaces.............................................................41
2-Les services et applications................................................43
PARTIE III : EVOLUTION DU GSM VERS LE GPRS.......................44
1-Avantages du GPRS.........................................................45
2-Impact du GPRS sur le GSM.............................................47
INTRODUCTION
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Durant des siècles l'homme su se contenter de la parole ou des écrits comme seuls moyens de communication entre deux personnes éloignées d'une distance importante. Effectivement soit on envoyait un messager restituant le message qu'on lui avait appris, soit il remettait le message écrit qu'on lui avait remis. En 1876 Graham Bell ne devait pas savoir qu'il révolutionnerait a ce point la vie de tout un chacun en inventant le téléphone. Le transport de la voix pouvait se faire grâce à une paire de fils reliant deux appareils. Rapidement, l'utilisation de son invention dans une petite ville du Canada ou il résidait, lui fit comprendre l'importance d'une centralisation des communications dans un central téléphonique et l'on vit alors apparaitre le premier réseau téléphonique. En 1887 Heinrich Hertz découvre les ondes radio. En 1896, à Bologne Gugliemo Marconi réalise la première transmission radio. En 1901, il réalise la première liaison radio transatlantique entre la
Cornouailles et Terre-Neuve.
Dès le début du XX eme Siècle les services de police se dotent de moyen de communication radio. Au début des années 50 aux Etats-Unis, la compagnie Bell Téléphone propose des services de Radiotéléphone à ses abonnés. En 1964 , on introduit la notion de partage des ressources dans les réseaux de radiocommunication pour satisfaire une demande grandissante qui avait fait planer une menace de saturation sur les réseaux.
1971 : Bell Téléphone fait apparaitre la notion de cellule dans le réseau.
Sa première mise en place se fera à Chicago en 1978 sur le système Advanced Mobile Phone Service qui y est toujours opérationnel. On a alors un changement de contrôle devenu dynamique, pour la prise en charge du récepteur par différents émetteurs, réalisable par zone, ou cellule. En 1982 normalisation de l'Advanced Mobile Phone Service pour tout l'Amérique du Nord. (IS54/IS95) En 1987 l'Europe adopte un standard européen pour mettre fin à la cacophonie qui règne en matière de réseau de radiotéléphone.
C'est à partir de là qu'est ne le GSM.
Le réseau GSM (Global System for Mobile communications) constitue au début du 21eme siècle le standard de téléphonie mobile le plus utilisé en Europe. Il s'agit d'un standard de téléphonie dit de seconde génération (2G) car, contrairement à la première génération de téléphones portables, Les communications fonctionnent selon un mode entièrement numérique.
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Baptisé Groupe Spécial Mobile à l' origine de sa normalisation en 1982, il est devenu une norme Internationale nommée Global System for Mobile communications en 1991. En Europe, le standard GSM utilise les bandes de fréquences 900 MHz et
1800 MHz. Aux Etats-Unis par contre, la bande de fréquence utilisée est la
bande 1900 MHz. Ainsi, on qualifie de tri-bande les téléphones portables pouvant fonctionner en Europe et aux Etats-Unis et de bi-bande ceux fonctionnant uniquement en Europe.
Les options techniques fixées alors sont :
-Transmission numérique -Multiplexage temporel des canaux radio -Cryptage des informations sur le canal radio -Une nouvelle loi sur le codage de la parole à débit réduit par rapport aux lois en vigueur dans les télécommunications.
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PARTIE I : LE RESEAU
GSM
A- ARCHITECTURE DU RESEAU GSM
I-NOTION DE RESEAU CELLULAIRE
2A ING /TECHNOLOGIQUEPage 6 PREMIERE PARTIE :
LE RESEAU GSM
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Les réseaux de téléphonie mobile sont bases sur la notion de cellules, c'est-à- dire des zones circulaires se chevauchant afin de couvrir une zone géographique. Les réseaux cellulaires reposent sur l'utilisation d'un émetteur-récepteur central au niveau de chaque cellule, appelée station de base (en anglais Base
Transceiver Station, notée BTS).
Plus le rayon d'une cellule est petit, plus la bande passante disponible est élevée. Ainsi, dans les zones urbaines fortement peuplées, des cellules d'une taille pouvant avoisiner quelques centaines de mètres seront présentes, tandis que de vastes cellules d'une trentaine de kilomètres permettront de
Couvrir les zones rurales.
Dans un réseau cellulaire, chaque cellule est entourée de 6 cellules voisines (c'est la raison pour laquelle on représente généralement une cellule par un hexagone) afin d'éviter les interférences. Des cellules adjacentes ne peuvent utiliser la même fréquence. En pratique, deux cellules possédant la même gamme de fréquences doivent être éloignées d'une distance représentant deux à trois fois le diamètre de la cellule.
II- LA NORME GSM
La norme GSM prévoit que la téléphonie mobile par GSM occupe deux bandes de fréquences aux alentours des 900 [MHz] : -La bande de fréquence 890 - 915 [MH z] pour les communications montantes (du mobile vers la station de base)
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-la bande de fréquence 935 - 960 [MHz] pour les communications descendantes (de la station de base vers le mobile). Comme chaque canal fréquentiel utilisé pour une communication à une largeur de bande de 200 [kHz], cela laisse la place pour 124 canaux fréquentiels à repartir entre les différents operateurs. Mais, le nombre d'utilisateurs augmentant, il s'est avéré nécessaire d'attribuer une bande supplémentaire aux alentours des 1800 [MHz]. On a donc porté la technologie GSM 900 [MHz] vers une bande ouverte à plus haute fréquence. C'est le système DCS-1800 (Digital Communication System) dont les caractéristiques sont quasi identiques au GSM en termes de protocoles et de services. Les communications montantes se faisant alors entre 1710 et 1785 [MHz] et les communications descendantes entre 1805 et 1880 [MHz].
III-LES DIFFERENTS SOUS SYSTEMES
Le réseau GSM est divise en 3 sous systèmes assurant chacun un rôle dans le transfert de l'information et respectant ainsi une hiérarchie bien organisée.
1. Le sous-système radio
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Le sous-système radio gère la transmission radio. Il est constitue de plusieurs entités dont le mobile, la station de base (BTS, Base Transceiver Station) et un contrôleur de station de base (BSC, Base Station Controller). a) Le mobile La Mobile Station (MS) est composée du Mobile Equipment (le terminal GSM) et du Subscriber Identity Module (SIM), une petite carte douée de mémoire et de microprocesseur, qui sert à identifier l'abonné indépendamment du terminal employé; il est donc possible de continuer à recevoir et à émettre des appels et d'utiliser tous ces services simplement grâce à l'insertion de la carte
SIM dans un terminal quelconque.iMobile Equipment
Le Mobile Equipment est identifié (exclusivement) à l'intérieur de n'importe quel réseau GSM par l'International Mobile Equipment Identity (IMEI). L'IMEI est un numéro à 15 chiffres qui présente la structure suivante: IMEI =
TAC / FAC / SNR / sp
Où:
· TAC = Type Approval Code, déterminé par le corps central du GSM (6 chiffres) · FAC = Final Assembly Code, identifie le constructeur (2 chiffres)
· SNR = Serial Number (6 chiffres)
· Sp = Chiffre supplémentaire de réserve (1 chiffre) Les terminaux GSM sont divisés en cinq classes en fonction de leur puissance maximale de transmission sur le canal radio, qui varie entre un maximum de 20 Watt et un minimum de 0.8 watt.
Le tableau suivant résume les
caractéristiques de ces cinq classes.
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La puissance de la MS détermine la capacité de cette dernière de s'éloigner des stations émetteurs/récepteurs (BTS) du réseau tout en continuant d'utiliser le service. Une particularité de la MS consiste en la capacité de changer la puissance d'émission du signal sur le canal radio de façon dynamique sur 18 niveaux et ceci pour pouvoir conserver à tout instant la puissance de transmission optimale, en réduisant ainsi les interférences entre canaux, qui interviennent sur les cellules adjacentes, et les dépenses du terminal. Ces deux derniers aspects sont potentialisés par le Discontinuous Transmit (DTX) qui bloque la transmission lorsque l'utilisateur n'est pas en conversation grâce à la fonction Voice Activity Detection (VAD), qui vérifie la présence ou l'absence d'activité vocale. L'augmentation ou la diminution de la puissance du signal est transmise à la MS par la BSS qui fait de façon constante le monitorage de la qualité de la communication.iSIM La carte SIM contient l'International Mobile Subscriber Identity (IMSI), qui sert à identifier l'abonné dans n'importe lequel des systèmes GSM, et les procédures de cryptographie qui sauvegardent le secret de l'information de l'utilisateur ainsi que d'autres données telles que, par exemple, la mémoire alphanumérique du téléphone et la mémoire relative aux messages de texte(SMS) et enfin les mots de passe qui empêchent l'utilisation interdite de la carte et l'accès à d'autres fonctions supplémentaires. L'IMSI présente la structure suivante: MCC / MNC / MSIN
Où:
· MCC = Mobile Country Code (2 ou 3 chiffres, pour la France 33) · MNC = Mobile Network Code (2 chiffres, en France 06) · MSIN = Mobile Station Identification Number (maximum 10 chiffres) b) La station de base (BTS) La station de base est l'élément central, que l'on pourrait définir comme un ensemble émetteur/récepteur pilotant une ou plusieurs cellules. Dans le réseau GSM, chaque cellule principale au centre de laquelle se situe une station base peut-être divisée, grâce à des antennes directionnelles, en plus petites cellules
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qui sont des portions de celle de départ et qui utilisent des fréquences porteuses différentes. Ces antennes ont l'allure de paires de segments verticaux, disposées en triangle. C'est la station de base qui fait le relais entre le mobile et le sous-système réseau. Comme le multiplexage temporel est limite à 8 intervalles de temps, une station de base peut gérer tout au plus huit connections simultanées par cellule. Elle réalise les fonctions de la couche physique et de la Couche liaison de données. En cas de besoin, on peut exploiter une station de base localement ou par télécommande à travers son contrôleur de station de base. c) Le contrôleur de station de base (BSC) Le contrôleur de station de base gère une ou plusieurs stations de base et communique avec elles par le biais de l'interface A-bis. Ce contrôleur remplit différentes fonctions tant au niveau de la Communication qu'au niveau de l'exploitation. Pour les fonctions des communications des signaux en provenance des stations de base, le BSC agit comme un concentrateur puisqu'il transfère les communications provenant des différentes stations de base vers une sortie unique. Dans l'autre sens, le contrôleur commute les données en les dirigeants vers la bonne station de base. Dans le même temps, le BSC remplit le rôle de relais pour les différents signaux d'alarme destines au centre d'exploitation et de maintenance. Il alimente aussi la base de données des stations de base. Enfin, une dernière fonctionnalité importante est la gestion des ressources radio pour la zone couverte par les différentes stations de base qui y sont connectées. En effet, le contrôleur gère les transferts intercellulaires des utilisateurs dans sa zone de couverture, c'est-a-dire quand une station Mobile passe d'une cellule dans une autre. Il doit alors communiquer avec la station de base qui va prendre en charge l'abonne et lui communiquer les informations nécessaires tout en avertissant la base de données locale VLR (Visitor Location Register) de la nouvelle localisation de l'abonne. C'est donc un maillon très important de la chaine de communication et il est, de plus, le seul équipement de ce sous système à être directement gérable (via l'interface X25 qui le relie au sous-système d'exploitation et de maintenance).
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2. Le sous-système réseau
Le sous-système réseau, appelé Network Switching Center (NSS), joue un rôle essentiel dans un réseau mobile. Alors que le sous-réseau radio gère l'accès radio, les éléments du NSS prennent en charge toutes les fonctions de contrôle et d'analyse d'informations contenues dans des bases de données nécessaires à l'établissement de connexions utilisant une ou plusieurs des fonctions suivantes:
Chiffrement, authentification ou Roaming.
Le NSS est constitué de:
-Mobile Switching Center (MSC) -Home Location Register (HLR) / Authentication Center (AuC) -Visitor Location Register (VLR) -Equipment Identity Register (EIR) a) Le centre de commutation mobile (MSC) Le centre de commutation mobile est relie au sous-système radio via l'interface A. Son rôle principal est d'assurer la commutation entre les abonnés du réseau mobile et ceux du réseau commute public (RTC) ou de son équivalent numérique, le réseau RNIS (ISDN en anglais). D'un point de vue fonctionnel, il est semblable à un commutateur de réseau ISDN, mis a part quelques modifications nécessaires pour un réseau mobile. De plus, il participe a la fourniture des différents services aux abonnes tels que la téléphonie, les services supplémentaires et les services de messagerie. Il permet encore de mettre à jour les différentes bases de données (HLR et VLR) qui donnent toutes les informations concernant les abonnés et leur localisation dans le réseau. Les commutateurs MSC d'un opérateur sont reliés entre eux pour la commutation interne des informations. Des MSC servant de passerelle (Gateway Mobile Switching Center, GMSC) sont placées en périphérie du réseau d'un operateur de manière à assurer une interopérabilité entre réseaux d'operateurs. b) L'enregistreur de localisation nominale (HLR) Il existe au moins un enregistreur de localisation (HLR) par réseau (PLMN).Il s'agit d'une base de données avec des informations essentielles pour
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les services de téléphonie mobile et avec un accès rapide de manière a garantir un temps d'établissement de connexion aussi court que possible. Le HLR contient toutes les informations relatives aux abonnés: le type d'abonnement, la clé d'authentification Ki ; cette clé est connue d'un seul HLR et d'une seule carte SIM, les services souscrits, le numéro de l'abonné (IMSI), etc. Ainsi qu'un certain nombre de données dynamiques telles que la position de l'abonne dans le réseau. En fait, son VLR, et l'état de son terminal (allumé, éteint, en communication, libre, ...). Les données dynamiques sont mises à jour par le MSC. Cette base de données est souvent unique pour un réseau GSM et seules quelques personnes yquotesdbs_dbs8.pdfusesText_14
Chapitre 14 Les rayons ligneux - FUN-MOOC