1.2. Caractéristiques
Partage des ressources
a) Partage en fréquence
La bande dédiée au système GSM est
divisée en canaux fréquentiels de largeur 200 kHz. Sur une bande
de fréquence sont émis des signaux modulés autour d'une
fréquence porteuse qui siège au centre de la bande. Les
fréquences sont allouées d'une manière statique aux
différentes BTS et sont souvent désignées par le terme de
porteuses ou ARFC (Absolute Radio Frequency Channel). Il faut veiller à
ce que deux BTS voisines n'utilisent pas des porteuses identiques ou
adjacentes. Chaque porteuse est identifiée par son ARFCN codé sur
10 bits où la fréquence de la voie descendante est f (en MHz).
Pour le GSM on a :
b) Partage en temps
Chaque porteuse est divisée en intervalles de temps
(IT) appelés Time Slots. La durée d'un time slot a
été fixée pour GSM à : Tslot = (75/130) *
10-3s, soit environ 0.5769 ms. Le slot accueille un
élément radioélectrique le burst. Le TDMA permet à
différents utilisateurs de partager la même fréquence. Par
porteuse les times slots sont regroupés par paquets de 8 (multiplexage
de 8 canaux physiques) :
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A chaque utilisateur en communication est alloué un
slot par trame TDMA. Les slots sont numérotés de 0 à 7.
Un canal physique est équivalent à (numéro
de slot, numéro de porteuse). Voir figure :
Figure 1:structure d'un canal physique
Les trames générées par une BTS dans le
sens descendant sont synchronisées et les trames du sens montant ont un
retard de 3 slots. Cela permet au mobile d'émettre et de recevoir sur le
même slot distinctement.
1.3. Architecture
Figure 2:architecture du GSM [5]
L'architecture d'un réseau GSM est
spécifiée dans la norme de l'ETSI. Ceci permet l'interaction
nécessaire à l'itinérance, de plusieurs réseaux
installés par des opérateurs différents mais aussi l'achat
des différents composants d'un réseau auprès de
différents
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fournisseurs. Plusieurs entités sont définies
dans la norme. Ce qu'on entend par entité, c'est un équipement
physique doté d'une certaine intelligence, d'une capacité
à traiter de l'information. La figure 2 ci-dessus est une
représentation de cette architecture.
Le système est partagé en 3 sous-systèmes
:
> Le BSS (Base Station Subsystem) ;
> Le NSS (Network Subsystem);
> L'OSS (Operations Support
System).
c) Le BSS (Base Station
Subsystem)
Le BSS gère toute la partie radiocommunication avec les
postes mobiles (MS). Il est composé du BSC (Base Station Controller), de
la BTS (Base Transceiver Station) et du TC (Transcoding Unit).
Le BSC est un noeud intelligent capable de gérer
plusieurs BTS et de dialoguer avec le MSC au travers de l'interface A.
L'interface avec la BTS est appelé Abis et transporte physiquement des
canaux « full-rate » de 16 Kbits/s. Les principales fonctions
assurées par le BSC sont :
L'allocation des canaux de trafic et de signalisation
dans les cellules ; Contrôle du handover ;
Commande de connexion vers les mobiles en relation
avec le MSC ; Paging vers un mobile appelé.
Le TC assure le transcodage des canaux full-rate 16 Kbit/s sur
l'interface Ater avec les canaux 64Kbit/s sur l'interface A. Pour des raisons
de planification de réseau (économie en systèmes 2
Mbit/s), il peut être physiquement distinct du BSC et situé
près du MSC.
Grâce à la séparation BSC/BTS, la
conception des BTS peut être simplifiée et il est possible
d'installer économiquement de petites cellules. Les principales
fonctions de la BTS sont :
V' La supervision des liaisons avec les mobiles
;
V' La mesure des signaux sur le lien montant (uplink)
;
V' Le chiffrement et le déchiffrement
;
V' Le contrôle des sauts de fréquence
(frequency hopping).
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d) Le NSS (Network Subsystem)
Il est composé des entités fonctionnelles suivantes
:
? Le MSC (Mobile Switching Center) ; ?
Le HLR (Home Location Register) ; ? Le VLR (Visitor
Location Register) ; ? L'AUC (Authentication Center) ; ?
L'EIR (Equipment Identity Register).
? Le MSC (Mobile Switching Center)
Le MSC s'interconnecte au BSS via l'interface A (physiquement
au moyen de système 2Mbit/s) ; le protocole (GSM 8.58) est une
application spécifique de la signalisation No.7.
Il s'interconnecte également avec les autres
réseaux PSTN, ISDN, PLMN, CSPDN et PSPDN via les interfaces habituelles
du réseau fixe.
? Le HLR (Home Location Register)
Le HLR d'un opérateur GSM contient les données
de ses abonnés, c'est-à-dire essentiellement les services de base
et les services supplémentaires qui ont été souscrits, le
couplage entre le numéro ISDN et l'identité mobile (IMSI). Il
contient aussi des informations sur la localisation du mobile qui sont mises
à jour régulièrement par la procédure de «
location updating » de telle sorte que lorsqu'un appel est destiné
à un mobile, le réseau puisse acheminer l'appel vers le MSC
desservant la cellule où se trouve le mobile.
? L'AUC (Authentication Center)
L'AUC contient les données clés permettant
d'authentifier l'abonné et d'assurer la confidentialité
(algorithme de chiffrement). Le HLR consulte l'AUC pour obtenir ces
informations lors de la procédure d'authentification. L'AUC est souvent
intégré physiquement au HLR.
? Le VLR (Visitor Location Register)
Le VLR est la base de données dans laquelle le MSC peut
trouver les données relatives aux abonnés situés dans son
aire de service. Chaque fois qu'un abonné se localise dans cette aire de
service, les données sont copiées du VLR dans le HLR.
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? L'EIR (Equipment Identity
Register)
L'EIR est une base de données qui contient les
caractéristiques des postes mobiles. Le MSC interroge l'EIR pour, par
exemple, vérifier le type de poste (est-il approuvé ?),
vérifier si le poste n'a pas été volé (liste
noire).
e) L'OSS (Operations and Support
System)
Tout réseau GSM est sous le contrôle d'un centre
d'opérations et de maintenance (OMC) qui
est subdivisé en deux sous-systèmes :
> OMC-R pour le BSS ;
> OMC-S pour le NSS.
L'OMC réalise de multiples fonctions telles que :
> La détection des fautes ;
> Configuration du réseau sur le plan matériel
et logiciel ;
> Pilotage et paramétrage du réseau ;
> Observation du trafic et de la qualité de service.
Les interfaces du réseau GSM
Les interfaces sont aussi des composants importants d'un
réseau GSM, elles supportent le dialogue entre les équipements et
permettent leur inter fonctionnement. En GSM, on distingue les principales
interfaces :
> L'interface radio Um : il est
localisé entre la station mobile (MS) et la station de base (BTS) c'est
l'interface la plus importante du réseau. Au niveau physique l'interface
Um est la seule qui n'utilise pas la transmission de données à 64
Kbits/s, que le canal radio ne peut véhiculer. Au deuxième niveau
(liaison), il se singularise également par l'emploi d'un protocole
adapté au traitement d'un canal à fort taux d'erreurs : le
LAPD.
> L'interface Abis : Cette interface relie
la station de base à son contrôleur, la couche physique est
définie par une liaison MIC à 2Mbit/s, la couche liaison de
données est le protocole LAPD. Dans une station de base, sur l'interface
radio de phonie possède un débit de 13 Kbit/s, mais le
débit d'un canal d'une liaison MIC est de 64Kbit/s. Pour régler
cette différence de débit on utilise le multiplexage de quatre
canaux de phonie dans un canal MIC. Cette différence offre l'avantage de
réduire les besoins et les coûts des supports de transmission
entre les stations de bases et la station contrôleur.
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> L'interface A : l'interface A relie le
sous système radio au sous système réseau, sa couche
physique est définit par une ou plusieurs liaisons à 2 Mbit/s
ainsi sa couche liaison de données. Les voies GSM sont restituées
en voies MIC en utilisant des transcodeurs qui sont généralement
installés entre le BSC et le sous système réseau. Les
transcodeurs de parole adaptent le format de codage bat débit de la
parole GSM utilisé sur les canaux radio à celui de réseau
fixe. Pour exploiter de façon optimum les possibilités offertes
par le codage bat débit de la parole de GSM, les transcodeurs sont les
plus souvent installés sur les sites de commutation, mais parfois ils
peuvent être sur les sites de BSC.
> L'interface X25 : c'est l'interface qui
relie d'une part l'OMC_N au système réseau à travers le
réseau de données, d'autre part il relie le système OMC_R
au sous système radio.
Identifiants
Enfin, il sera utile de savoir qu'un mobile a plusieurs
identifiants :
> IMSI (International Mobile Subscriber
Identity). Cet identifiant est celui d'un abonnement, il est stocké dans
la carte SIM du mobile. Il est transmis aussi rarement que possible sur la voie
radio pour préserver l'anonymat de l'utilisateur.
> TMSI (Temporary Mobile Subscriber
Identity). Cet identifiant est utilisé sur la voie radio autant que
possible en lieu et place de l'IMSI pour compliquer la tâche
d'éventuelles écoutes indiscrètes. Il est défini au
début de l'interaction du mobile avec le réseau et
régulièrement mis à jour pour compliquer toute tentative
de repérage de l'utilisateur.
> IMEI (International Mobile Equipment
Identity). Cet identifiant est celui de l'appareil (sans carte SIM). Il est peu
utilisé à l'heure actuelle mais devrait permettre d'interdire
l'accès au réseau à du matériel volé ou
fonctionnant mal.
> MSISDN (Mobile Station ISDN Number). Cet
identifiant est le numéro de téléphone correspondant
à l'abonnement. Une table de correspondance IMSI/MSISDN est
stockée dans le HLR et le MSISDN n'est jamais transmis sur la voie
radio. Cette profusion d'identifiants sert principalement à
éviter le repérage d'un utilisateur par des écoutes
indiscrètes.
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Canaux logiques
Les différents canaux logiques GSM sont
séparés en deux classes :
Les canaux dédiés à un mobile :
> TCH (Trafic Channel) :
Réservé au transfert de la voix (ou des données en mode
circuit).
> SDCCH (Stand-alone Dedicated control
Channel) : Permet au mobile de transférer de la signalisation sur la
voie montante quand une conversation n'est pas en cours. C'est sur cette que
transite le SMS.
> SACCH (Slow Associated Control Channel)
: Durant une conversation, c'est cette voie qui est utilisée pour
remonter au réseau les mesures effectuées par le mobile ainsi que
d'autres éléments de signalisation. Sert à assurer le bon
déroulement de la conversation.
> FACCH (Fast Associated Control Channel)
: Lorsqu'en cours de conversation, en phase de handover, le besoin se fait
sentir d'un débit élevé pour la signalisation, on
crée un FACCH. Les ressources radio sont « volées » au
TCH, pour transmettre ce surplus de signalisation.
Les canaux communs à plusieurs mobiles :
> BCCH (Broadcast Control Channel): diffuse
les informations systèmes.
> PCH (Paging Channel): diffuse les
recherché d'utilisateurs par paging.
> RACH (Random Access Channel) :
utilisé pour les accès aléatoires que réalise un
mobile pour demander l'allocation de canaux dédiés. C'est le seul
canal commun sur la voie montante.
> AGCH (Access Grant Channel) : canal de
la voie descendante par lequel se réalise l'allocation de canaux
dédiés.
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