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Téléphonie Mobile Frédéric Payan [email protected] www.i3s.unice.fr/~fpayan/ LP R&T RSFS - Département R&T IUT Nice Côte d’Azur

LP 1 Telephonie Mobile GSM

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gsm

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  • Tlphonie Mobile Frdric Payan

    [email protected]

    www.i3s.unice.fr/~fpayan/

    LP R&T RSFS - Dpartement R&T

    IUT Nice Cte dAzur

  • Plan gnral du cours

    Le GSM (2G) 1. Introduction 2. Le rseau 3. Les protocoles 4. Gestion de la scurit 5. Gestion de litinrance et des appels 6. LInterface Radio 7. volutions logicielles du GSM

    Le GPRS (2.5G)

    LUMTS (3G)

    2 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le rseau GSM Partie 1.Introduction

    I. Gnralits

  • Introduction au rseau GSM : contexte Tlphonie 1re Gnration (1G)

    Transmission analogique (Modulation FM + FDMA)

    Occupation spectrale importante

    Pas de cryptage (aucune confidentialit)

    Couverture nationale (Incompatibilit des rseaux europens)

    Volumineux

    Qualit de services mdiocre et peu de services

    En France 2 oprateurs : Radiocom2000 (FT, 1986) et SFR (1987) 1994 : 460 000 abonns (Tx de pntration : 0,83%)

    4 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Introduction au rseau GSM : contexte

    => Ncessit dune nouvelle norme

    Compatibilit europenne

    Utilisation efficace de la ressource radio

    Confidentialit des communications et protection du rseau

    Grande capacit en abonns

    Services comparables ceux du RNIS (Numeris)

    => Le GSM

    5 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • GSM Phase 1 (1979/1990)

    1979 : Attribution dune gamme de frquences pour lEurope : la gamme des 900 MHz (UHF).

    1982 : Allocation de bandes de frquences prcises

    Introduction au rseau GSM : Les grandes tapes

    Voie montante : 890-915 MHz

    Voie descendante : 935-960 MHz

    6 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • GSM Phase 1 (1979/1990)

    1982 : Cration du groupe franco-allemand GSM (Groupe Spcial Mobile).

    1984/1986 : Recommandations techniques retenues

    1987 : Protocole daccords entre 13 pays europens.

    1989 : Cration de lETSI Sophia Antipolis ! (European Telecommmunications Standards Institute)

    1991 : 1re communication par GSM => Le sigle GSM devient Global System for Mobile communications

    Introduction au rseau GSM : Les grandes tapes

    En France Mars 1991 - SFR et France Tlcom autoriss dployer leur rseau Juillet 1992 - Ouverture commerciale de ces 2 rseaux.

    7 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • GSM Phase 2 (1991/1995)

    1991 : Adaptation des spcifications GSM (~900 Mhz) pour dvelopper le systme DCS 1800 (Digital Cellular System) dans la gamme des 1800 MHz

    1995: Unification GSM 900 - DCS 1800

    1995 - Ajout de nombreux services non vocaux : fax, messages courts (SMS), double appel, facturation, etc.

    GSM Phase 2+ (Depuis 1995)

    Spcification des terminaux bi-modes permettant une compatibilit totale GSM 900 - DCS 1800

    Amliorations diverses (techniques et services) : HSCSD, GPRS, EDGE(voir la partie Evolutions ).

    Introduction au rseau GSM : Les grandes tapes

    8 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • 1re norme de tlphonie cellulaire au monde

    Plus de 2 milliards dabonns sur plus de 200 pays (2006)

    +80% des communications mobiles au monde

    Hormis en Europe, en concurrence (pour la 2G) avec : IS-95 (EU) PDC (Personal Digital Cellular, Japon)

    Introduction au rseau GSM : Le GSM aujourdhui

    En France 1,3 Millions de portables en 95 (au dbut du gsm) plus de 56 Millions fin 2008 !

    9 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le rseau GSM Partie 1.Introduction

    II. Le concept cellulaire

  • Radiotlphonie : voix transmise par ondes radios

    Tlphonie 1G :

    une antenne / zone (50km de rayon)

    Puissance importante dmission des mobiles (8W)

    Nombre dutilisateurs limites

    Fortes interfrences entre rgions

    Pas de mobilit possible d'une zone de couverture l'autre

    Introduction au rseau GSM : Le concept cellulaire

    11 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Notion de cellules

    Division du territoire en cellules => Puissance dmission plus faible

    Dcoupage de la bande de frquences => Rduction des interfrences entre cellules voisines

    Mais le spectre tant limit, il faut rutiliser les mmes frquences sur des cellules suffisamment loignes

    Notion de motifs

    Ensemble de cellules contenant tous les frquences une fois seulement

    f1

    f2

    f3

    Introduction au rseau GSM : Le concept cellulaire

    12 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Notion ditinrance (roaming)

    Labonn doit pouvoir appeler et tre appel de nimporte quel endroit du territoire couvert par le rseau.

    Notion de transfert intercellulaire (handover) Le systme doit assurer le maintien

    dune communication lorsque labonn passe dune cellule lautre

    Introduction au rseau GSM : Le concept cellulaire

    13 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le rseau GSM Partie 2.Le rseau

  • Le rseau GSM : Architecture

    BTS

    BSC

    BSC

    MSC

    EIR HLR

    VLR

    AuC

    G-MSC

    NMC

    RTCP

    Rseau GSM dun autre oprateur

    G-MSC

    Interface radio

    MS (Mobile Station)

    PLMN (Public Land Mobile Network)

    15 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le rseau GSM : Architecture

    BTS

    BSC

    BSC

    MSC

    HLR

    VLR

    AuC

    NMC

    EIR

    G-MSC

    VLR

    BSS (Base Station Sub-system) Gestion transmission et ressource radio

    OSS (Operation Sub-System) Gestion de ladministration du rseau

    NSS (Network Switching Sub-system) Gestion de lacheminement des appels

    OMC-S

    OMC-R

    16 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le GSM Partie 2 : Le rseau

    I. La station mobile (MS)

  • Station mobile (MS) : Dfinition

    MS : ensemble de deux lments physiques

    => Mobilit personnelle : un abonn = une SIM

    + Terminal (ME: Mobile Equipment) fournit les capacits radio et

    logicielles ncessaires la communication

    Inutilisable tel quel

    Carte puce (SIM : Subscriber Identity Module) contient les informations de l'abonn :

    Identit de labonn Caractristiques de labonnement

    18 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Codage voix

    Codage canal Entrelacement Gnrations de bursts

    Chiffrement Modulation Amplification

    Dcodage voix

    Mise en forme donnes Dsentrelacement Dcodage canal

    Dchiffrement Dmodulation

    Processeur, horloge, carte mre, bus,

    MS (Mobile Station) Diagramme dune Station mobile

    19 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Station mobile (MS) : La carte SIM Fonction : contient les informations ncessaires au bon

    fonctionnement du mobile

    Identits IMSI (International Mobile Suscriber Identity), unique et universel Numro dappel MSISDN TMSI (Temporal Mobile Suscriber Identity), temporaire => itinrance

    (valable uniquement au sein dun VLR)

    Scurit Code daccs personnel (PIN) Cls de chiffrement Kc (cryptage) Cls dauthentification Ki les algorithmes associs

    Carte SIM ID-1

    Carte SIM Plug-in

    20 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • IMSI (International Mobile Suscriber Identity)

    Numro dappel MSISDN (Mobile Station ISDN Number)

    MCC (3 chiffres)

    MNC (2 chiffres)

    MSIN (10 chiffres max)

    CC (2 chiffres)

    NDC (3 chiffres)

    SN (variable)

    [ [ h1 h2 ] [8 chiffres] ]

    Station mobile (MS) : La carte SIM

    21 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Fonction assure la connexion radiolectrique avec le PLMN

    Identification : IMEI (International Mobile Equipment Identity)

    Propre au constructeur (alcatel, sagem) Permet de dtecter les terminaux indsirables (vols, non

    homologus, perturbant le rseau)

    Puissance maximale dmission GSM 900 : 2 W soit 33 dBm (la majorit, Classe 4) DCS 1800 : 1 W soit 30 dBm (la majorit Classe 1)

    Station mobile (MS) : Le Terminal (ME)

    Numro dhomologation

    Numro dusine

    Numro spcifique

    22 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Relation entre puissance et porte Porte variable selon lenvironnement (plus faible en milieu urbain) Ordre de grandeur (GSM 900) : 2 W quelques kilomtres

    Sensibilit minimale 63pW (-102dBm) en GSM 900 100pW (-100dBm) en DCS 1800

    Contrle de puissance Possibilit de rduire la puissance dmission sur demande de

    rseau (par pas de 2dB) Niveau minimal : 3mW (5dBm) en GSM 900 et 1mW (0dBm) en DCS

    1800

    Station mobile (MS) : Le Terminal (ME)

    23 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Station mobile (MS) : Le contrle de puissance Fonction

    Faire varier la puissance d'mission du mobile et de la BTS en cours de communication afin d'utiliser la puissance la plus faible possible sans altrer la qualit de la communication.

    Principe Mesures effectues au niveau de la MS et des BTS (tous les 60 ms) Selon les mesures, la BTS rduit sa puissance ou rduit la

    puissance du mobile par pas de 2 dB (paramtrables).

    Intrt Economie de batteries (mobiles). Rduction du taux moyen d'interfrences sur le rseau (BTS).

    24 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le GSM Partie 2 : Le rseau

    II. Le Sous-systme radio (BSS)

  • Le rseau GSM : Architecture

    BTS

    BSC

    BSC

    BSS (Base Station Sub-system) Gestion transmission et ressource radio

    MSC

    HLR

    VLR

    G-MSC

    VLR

    NSS (Network Switching Sub-system) Gestion de lacheminement des appels

    AuC

    NMC

    EIR

    OSS (Operation Sub-System) Gestion de ladministration du rseau

    OMC-S

    OMC-R

    26 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Sous-systme radio (BSS)

    BTS (Base Transceiver Station) Ensemble

    dmetteurs/rcepteurs (TRX)

    BSC (Base Station Controller) Gre les ressources radio dun ensemble de BTS

    BSC

    MSC

    BTS

    Interface radio

    MS NSS

    Interface Abis

    Abis

    Abis

    Interface A

    BSS

    27 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Sous-systme radio (BSS) : Station de base (BTS) Fonction

    Emission/rception allocation des canaux, modulation/dmodulation, codage,

    Contrle de la liaison radio mesure la puissance et la qualit des signaux, puis transmet au BSC.

    Capacit Variable selon les zones Initialement : 16 TrX maximum (+ de 100 communications)

    1 TrX 1 paire de frquences porteuses ( fm ; fd ) TDMA ~8 communications simultanes

    Pratique : 2 TrX en zone rurale, jusqu 6 TrX en zone urbaine

    28 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Les BTS normales

    Sensibilit : 40 pW (-104 dBm)

    Classification (puissance max dmission)

    Sous-systme radio (BSS) : Station de base (BTS)

    Numro de

    classe GSM 900 DCS 1800

    1 320 W / 55 dBm 20 W / 43 dBm

    2 160 W / 52 dBm 10 W / 40 dBm

    3 80 W / 49 dBm 5 W / 37 dBm

    4 40 W / 46 dBm 2,5 W / 34 dBm

    5 20 W / 43 dBm

    6 10 W / 40 dBm

    7 5 W / 37 dBm

    8 2,5 W / 34 dBm 29 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Les Micro-BTS : pour les zones fortes densits de trafic. Elles dfinissent des micro-cellules

    Sous-systme radio (BSS) : Station de base (BTS)

    30 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Classification des Micro-BTS (puissance max dmission)

    Sensibilit des Micro-BTS

    Numro de classe GSM 900 DCS 1800

    M1 80 mW / 19 dBm 500 mW / 27 dBm M2 30 mW / 14 dBm 160 mW / 22 dBm M3 10 mW / 10 dBm 50 mW / 17 dBm

    Numro de classe GSM 900 DCS 1800

    M1 -97 dBm / 0,2 nW -102 dBm / 0,06 nW M2 -92 dBm / 0,6 nW -97 dBm / 0,2 nW M3 -87 dBm / 2 nW -92 dBm / 0,6 nW

    Sous-systme radio (BSS) : Station de base (BTS)

    31 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Configurations diverses

    1. Configuration standard :

    une antenne omnidirectionnelle par cellule (et donc par site)

    => Zones peu denses Trs utilise au dbut du GSM,

    mais de plus en plus rare

    Sous-systme radio (BSS) : Station de base (BTS)

    32 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • 2. Configuration Sectorise

    2 ou 3 BTS donc 2 ou 3 cellules pour couvrir un site

    => Zones trs denses

    Avantages : Plus de gain dans tous les

    azimuts

    Sous-systme radio (BSS) : Station de base (BTS)

    33 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • 3. Configuration parapluie

    Micro-cellules couvrant les zones dhabitation et de bureaux

    Une Macro-cellule couvre le reste

    Trous entre micro-cellules Autoroute

    => Zones priphriques

    Sous-systme radio (BSS) : Station de base (BTS)

    34 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Sous-systme radio (BSS)

    BTS (Base Transceiver Station) Ensemble

    dmetteurs/rcepteurs (TRX)

    BSC (Base Station Controller) Gre les ressources radio dun ensemble de BTS

    BSC

    MSC

    BTS

    Interface radio

    MS NNS

    Interface Abis

    Abis

    Abis

    Interface A

    BSS

    35 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Sous-systme radio (BSS) : Contrleur de station de base (BSC)

    Fonction

    Gestion de la Commutation MSC BTS

    Gestion des ressources radio des BTS associes. tablissement des appels, libration des ressources la fin

    des appels

    Gestion du contrle de puissance

    Gestion de certains handovers.

    Capacit Variable selon densit population

    BSC

    36 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Contrleur de station de base (BSC) Configurations

    BSC

    BSC BSC

    1. En toile

    + : connexions indpendantes

    - : cots levs, capacit des liens est sous-exploite

    2. Chane

    + : rduction des cots, optimisation de la capacit des liens - : en cas de problmes, perte de connexion avec toutes les BTS

    37 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Contrleur de station de base (BSC) Configurations

    BSC

    BSC

    BSC

    3. Hybride

    + : rduction des cots

    4. En boucle

    + : meilleure scurisation du rseau, possibilit de re-routage en cas de problmes

    Nud de concentration

    38 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le GSM Partie 2 : Le rseau

    III. Le Sous-systme rseau (NSS)

  • MSC

    HLR

    VLR

    G-MSC

    VLR

    NSS (Network Switching Sub-system) Gestion de lacheminement des appels

    BTS

    BSC

    BSC

    AuC

    NMC

    EIR

    BSS (Base Station Sub-system) Gestion transmission et ressource radio

    OSS (Operation Sub-System) Gestion de ladministration du rseau

    OMC-S

    OMC-R

    Le rseau GSM : Architecture

    40 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Sous-systme rseau (NSS) : Vue gnrale

    BSC

    MSC

    Interface A

    BSS

    BSC

    HLR

    VLR

    HLR : Home Local Register base de donnes qui gre les abonns dun plmn

    VLR : Visitor Local Register base de donnes qui mmorise les donnes des abonns prsents dans une certaine zone gographique

    MSC : Mobile-services Switching Center gre la commutation des appels

    41 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Sous-systme rseau (NSS) : Centre de commutation des mobiles (MSC)

    Fonction

    tablit les communications entre les MS prsents dans sa zone de couverture et un autre MSC

    Gre lexcution de certains handovers si une MS change de zone de couverture

    Se charge de dialoguer avec le VLR pour grer la mobilit des abonns : vrification du profil des abonns visiteurs lors dun appel, transfert des informations de localisation

    Certains MSC sont spcialiss : G-MSC, SM-MSC

    MSC

    42 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Sous-systme rseau (NSS) : Registre de localisation nominale (HLR)

    HLR

    Fonction

    Base de donnes qui mmorise les caractristiques des abonns : IMSI (identit internationale) MSISDN (numro de tlphone) Profil de labonnement (services souscrits, )

    Mmorise la localisation de chaque abonn. Le numro de VLR de la zone gographique o est situ labonn

    43 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Sous-systme rseau (NSS) : Registre de localisation des visiteurs (VLR)

    VLR

    Fonction

    Mmorise temporairement les donnes dabonnement des abonns prsents dans une zone gographique Mmes donnes que dans le HLR Le TMSI valable dans la zone couverte par le VLR

    Implantation

    En pratique : VLR intgr dans le MSC Simplification des changes (pour ltablissement des

    appels)

    44 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le rseau GSM : Architecture

    AuC

    NMC

    EIR

    OSS (Operation Sub-System) Gestion de ladministration du rseau

    OMC-S

    OMC-R

    BTS

    BSC

    BSC

    MSC

    HLR

    VLR

    G-MSC

    VLR

    BSS (Base Station Sub-system) Gestion transmission et ressource radio

    NSS (Network Switching Sub-system) Gestion de lacheminement des appels

    45 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le GSM Partie 2 : Le rseau

    IV. Le Sous-systme dexploitation et de maintenance

    (OSS)

  • Sous-systme dexploitation (OSS) : Vue gnrale

    AuC

    NMC

    EIR

    OMC (Operations and Maintenance Centre) Supervision locale des quipements

    OMC-S OMC-R

    MSC BSS

    NSS

    HLR

    NMC (Network Management Centre) Administration gnrale de lensemble du rseau

    EIR (Equipment Identity Register) BdD annexe contenant les IMEI

    AuC (Authentification Centre) BdD annexe contenant les informations de scurit

    47 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Sous-systme dexploitation (OSS) : Registre didentits des quipements (EIR) EIR

    Fonction

    Base de donnes (BdD) contenant les IMEI. Consulte lors dune demande de services dun abonn pour

    vrifier si un terminal est autoris sur le rseau.

    Cette BdD contient 3 listes : Liste blanche : quipements homologus. Liste grise : quipements perturbant lgrement le

    rseau Liste noire : quipements interdits et vols. Possibilit de

    relever lIMSI de labonn utilisant ce terminal interdit.

    48 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Sous-systme dexploitation (OSS) : Centre dauthentification (AuC) Fonction

    BdD contenant les informations utiles pour la scurit. une cl (secrte) dauthentification Ki pour chaque abonn,

    utilise pour authentifier les demandes de service, et chiffrer les communications.

    Les algorithmes dauthentification et de chiffrement utiliss sur le rseau.

    Implantation

    Un Auc est associ un HLR, gnralement coupl dans un seul quipement (securit optimale)

    AuC

    49 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le GSM Partie 2 : Le rseau

    V. Les interfaces

  • Dfinition Lien entre deux entits du rseau, sur lequel transitent des

    informations particulires. Chaque interface est dsign par une lettre (norme GSM). Physiquement, la plupart sont des liaisons MIC.

    Les interfaces : Introduction

    BSC

    MSC

    BTS

    Interface radio (Um)

    MS NSS

    Interface Abis

    Interface A

    BSS

    51 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Ces interfaces sont dfinies par deux types de canaux (bas sur le protocole de signalisation tlphonique SS7) :

    Canaux de trafic (voix ou donnes des utilisateurs) Canaux de signalisation (dialogue entre diffrentes entits du

    rseau).

    A B

    Canaux de trafic (circuits de parole)

    Canal smaphore (signalisation)

    C

    Les interfaces : Introduction

    52 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Les interfaces : Introduction Avantage de la sparation signalisation donnes

    Transfert de signalisation sans allocation de circuit Transfert de signalisation durant une communication Allocation des circuits uniquement si le correspondant est joignable

    A B

    Canaux de trafic (circuits de parole)

    Canal smaphore (signalisation)

    C

    53 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Les interfaces : Les liaisons MIC Dfinition

    Ligne de transmission numrique 2 Mbits/s utilise pour transmettre de la parole code selon la mthode MIC.

    Attention : ne pas confondre codage MIC et liaison MIC !

    Rappels : Codage MIC (Modulation par Impulsion et Codage) ou PCM (Pulse Code Modulation)

    parole tlphonique => signal numrique Voix chantillonne 8kHz Quantification logarithmique sur 8 bits.

    => Dbit source de 64 kbits/s. 54 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Les interfaces : Les liaisons MIC Principe

    Liaison 2 Mbits/s compose de 32 voies 64 kbits/s multiplexes temporellement.

    IT1 IT0 IT3 IT2 IT31 Trame MIC

    32 intervalles de temps (IT)

    Voies rserves la transmission

    Voie rserve la synchronisation

    Nature filaire (paire de fils cuivrs, coaxial, fibre optique), ou

    radiolctrique (faisceaux hertziens, ou laser sur courte distance)

    circuits de parole

    Canal de signalisation

    55 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Les interfaces : Interfaces du BSS

    Deux types de supports physiques :

    Liaison radio (entre MS et BTS) : Interface Um (ou Air) Liaisons MIC pour les autres interfaces

    Transcoder/Rate Adaptator Unit : 16kbits/s64kbits/s

    BSC

    MSC

    Interface Um (liaison radio GSM)

    Interface Abis (liaison MIC)

    Interface A (liaison MIC)

    TRAU : Transcoder/rate Adaptator Unit

    Interface Ater (liaison MIC)

    56 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Les interfaces : Interfaces du NSS

    B : diverses utilisations, souvent interne (MSC/VLR) C : interrogation du HLR pour appels (ou messages courts) entrants D : gestion de la localisation des abonns, services

    complmentaires (doit respecter imprativement la norme GSM) E : excution de certains handovers, transport de SMS G : gestion de la localisation des abonns

    MSC

    HLR

    VLR

    (G-,SM-)MSC

    VLR

    Interface B Interface C

    Interface D

    Interface G

    Interface E

    Liaisons MIC

    57 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Interfaces NSS/OSS

    F : vrification du statut dun terminal (IMEI) H : procdure dauthentification.

    AuC EIR

    OSS

    MSC NSS

    HLR Interface F

    Interface H

    58 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Les interfaces : Rsum Nom Localisation Utilisation

    Um MS-BTS Interface radio

    Abis BTS-BSC Divers

    A BSC-MSC Divers

    C

    GMSC-HLR Interrogation HLR pour appel entrant

    SM/GMSC-HLR Interrogation HLR pour message court entrant

    D

    VLR-HLR Gestion des informations d'abonns et de localisation

    HLR-VLR Services supplmentaires

    E

    MSC-SM/GMSC Transport des messages courts

    MSC-MSC Excution des handovers

    G VLR-VLR Gestion des informations d'abonns

    F MSC-EIR Vrification de l'identit du terminal

    B MSC-VLR Divers

    H HLR-AUC Echange des donnes d'authentification

    59 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le GSM Partie 3 : Architecture des

    protocoles

  • Architecture de protocoles: Introduction Rseau GSM : structuration en couches

    Rpartition des protocoles sur divers quipements

    Respect de la philosophie gnrale du modle de rfrence OSI, avec certaines particularits dues la mobilit

    3 couches: Physical layer, Data Link layer, Message layer

    De nombreux principes du RNIS ont t repris pour la norme GSM Exemple : protocole du rseau SS7

    => rduction des cots de dveloppement

    61 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Rseau GSM : 3 couches

    Physical Layer (layer 1)

    Procdures ncessaires pour le transport des informations sur le support physique (codage, modulation,)

    Data Link Layer (layer 2)

    Fiabilise la transmission entre deux entits du rseau directement connectes entre elles (trame)

    Message Layer (layer 3)

    Assure le dialogue entre toutes les entits du rseau, via les messages de signalisation

    Architecture de protocoles: Structure

    62 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Physical layer Layer 1 Physical layer

    LAPDm Layer 2 LAPDm

    MS BSS (BTS + BSC)

    Layer 3

    RR RR

    Interface Um

    Architecture de protocoles: Interface Um

    Layer 1 : physical layer transmission radio (codage, modulation, bursts, multiplexage, ) et mesures radio.

    Layer 2 : LAPDm assure une transmission fiable des donnes (code correcteur derreur, mcanisme ARQ)

    Layer 3 : RR (Radio Resource):

    tablissement, maintien et abandon des connexions radio

    MM (Mobility Management): mise jour de la localisation, authentification et identification abonns

    CM (Connection Management) tablissement, maintien et abandon des communications (entre la MS et le MSC)

    MM

    CM

    63 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Physical layer Layer 1 Physical layer

    LAPDm Layer 2 LAPDm

    MS

    Layer 3

    RR RR

    Interface Um

    Architecture de protocoles: Interface Um

    La couche CM (Connection Management) contient 3 lments : CC (Call Control)

    gestion des connexions pour les appels (tablissement, maintien et fin des appels)

    SMS (Short Message Service) gestion de la transmission et la rception des messages courts

    SS (Supplementary Services) gestion des services supplmentaires

    MM

    CM

    BSS (BTS + BSC)

    64 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • MSC

    MTP1

    MTP2

    MTP3

    SCCP

    BSSAP

    MM

    CM

    BSS(BSC)

    MTP1

    MTP2

    MTP3

    SCCP

    BSSAP

    Interface A

    Protocole MTP (Message Transfert Part) assure un transfert fiable des messages de signalisation (rparti sur 3 couches)

    MTP1 (Level 1) transmission physique des messages de signalisation sur une liaison smaphore (MIC)

    MTP2 (Level 2) fiabilise la transmission des messages de signalisation

    MTP3 (Level 3) dfinit et gre les fonctions de routage au sein du rseau national

    Architecture de protocoles: Interface A

    65 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • MSC

    MTP1

    MTP2

    MTP3

    SCCP

    BSSAP

    MM

    CM

    BSS(BSC)

    MTP1

    MTP2

    MTP3

    SCCP

    BSSAP

    Interface A

    SCCP (Signalling Connection Control Part) Utilis pour offrir litinrance internationale et lchange de signalisation non lie ltablissement de circuits

    BSSAP (BSS Application Part)

    BSSMAP gestion des changes de signalisation entre BSC et MSC

    DTAP gre lchange des messages des couches MM et CM entre la MS et le MSC par encapsulation (transparent au BSS)

    Architecture de protocoles: Interface A

    66 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • MSC

    MTP1

    MTP2

    MTP3

    SCCP

    BSSAP

    MM

    CM

    BSS(BSC)

    MTP1

    MTP2

    MTP3

    SCCP

    BSSAP

    Interface A

    Protocole MAP (Mobile Application Part)

    Spcifique au GSM offre toutes les fonctions de

    signalisation pour la gestion de litinrance

    Applications associes : BSSAP MTP (SS7) SCCP (SS7)

    Architecture de protocoles: Interface A

    67 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Physical layer

    LAPDm

    MS MSC

    RR

    MTP1

    MTP2

    MM

    CM

    MTP3

    SCCP

    BSSAP

    MM

    CM

    Layer 1

    Layer 2

    Message Layer

    (Layer 3)

    Architecture de protocoles: Rsum

    Physical layer

    LAPDm

    BSS

    RR

    MTP1

    MTP2

    MTP3

    SCCP

    BSSAP

    Interface Um Interface A

    68 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le GSM Partie 4 : Gestion de la scurit

  • Scurit du rseau GSM : Introduction

    Problme dune transmission radio (Interface Um)

    Ecoute des communications Accs frauduleux par des mobiles pirates en utilisant des

    donnes dabonns existantes

    Solutions

    1. Confidentialit de lidentifiant personnel IMSI de labonn par utilisation dun autre indentifiant

    2. Cryptage (ou chiffrement) des communications 3. Authentification de chaque abonn avant tout accs un

    service

    70 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Scurit du rseau GSM : 1. Confidentialit de lIMSI

    Objectif Eviter au maximum sa transmission sur la voie radio

    Solution Utilisation dun identifiant temporaire : le TMSI

    Principe

    1. A la mise sous tension, lIMSI est transmis au rseau 2. On y associe un TMSI qui sera ensuite utilis sa place 3. Le TMSI sera modifi chaque changement de zone (VLR)

    71 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Scurit du rseau GSM : 1. Confidentialit de lIMSI

    Procd

    Attribution dun nouveau TMSI chaque changement de zone

    Seul le VLR connait le TMSI !

    BSC MSC

    VLR

    IMSI

    IMSI IMSI IMSI

    IMSI TMSI

    TMSI

    TMSI

    72 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Scurit du rseau GSM : 2. Authentification des abonns

    Objectif Empcher les accs frauduleux

    Solution Vrifier lidentit (IMSI ou TMSI) transmise par labonn sur

    linterface Um En cas dchec, accs interdit Procdure effectue lors dune mise jour de localisation ou lors de

    ltablissement dun appel.

    Donnes utilises

    Cl dauthentification Ki propre chaque abonn attribue lors de labonnement avec lIMSI

    Algorithme dauthentification A3 (commun tous les abonns) 73 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Scurit du rseau GSM : 2. Authentification des abonns

    Principe Rseau

    Algorithme A3 dauthentification

    Algorithme A3 dauthentification

    = SRES

    Tirage dun nombre alatoire (Rand)

    Cl Ki Cl Ki

    AuC HLR

    Abonn authentifi

    Abonn refus

    74 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Scurit du rseau GSM : 2. Authentification des abonns

    Procdure

    BSC

    MSC VLR HLR AuC

    MAP_Send_Authentification_Info (IMSI)

    MAP_Send_Authentification_Info _ack( (Kc, Rand, SRES))

    MM_Authentification_Request (Rand)

    MM_Authentification_Response (SRES)

    Le calcul des donnes de scurit ne sont pas calcules en temps rel. LAuC en calcule lavance et sont stockes dans le HLR sous forme de

    triplets (5 triplets la fois): (Rand, SRES=A3(Ki,Rand), Kc=A8(Ki,Rand)

    75 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Scurit du rseau GSM : 3. confidentialit des communications

    Objectif Empcher linterception et dcodage des informations par des personnes

    non autorises (en particulier : IMSI, IMEI, le numro dappel ou dappelant)

    Solution Cryptage ou chiffrement des communications sur linterface radio (entre MS

    et BTS)

    Donnes utilises

    Cl dauthentification Ki Cl de chiffrement Kc (tablie par lalgorithme A8) Algorithme de cryptage/dcryptage A5 des trames (en

    utilisant la cl A5)

    76 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Principe (I) Rseau

    Algorithme A8 de dtermination de la cl

    Algorithme A8 de dtermination de la cl

    Tirage dun nombre alatoire (Rand)

    Cl Ki Cl Ki

    AuC HLR

    Scurit du rseau GSM : 3. confidentialit des communications

    Cl Kc Cl Kc

    77 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Principe (II) Rseau

    Algorithme A5 de chiffrement

    Cl Kc

    AuC HLR

    Scurit du rseau GSM : 3. confidentialit des communications

    Squence de chiffrement (114 bits)

    Trame crypte /dcrypte

    Trame

    N trame

    Algorithme A5 de chiffrement

    Cl Kc

    Squence de chiffrement

    N trame

    Trame Trame crypte /dcrypte

    78 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Scurit du rseau GSM : 3. Confidentialit des communications

    Procdure dactivation du cryptage

    BSC

    MSC VLR

    BSSMAP_Cypher_Mode_Command (Kc) BTSM_Encryption_Command [ Cipher_... ( Kc )

    RR_Ciphering_Mode_Command

    RR_Ciphering_Mode_Complete

    BTSM_Ciphering_Mode_Complete

    BSSMAP_Cypher_Mode_Complete

    79 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le GSM Partie 5 : Gestion de

    litinrance

  • Notion ditinrance (roaming) un abonn peut appeler et tre appel de nimporte quel endroit

    => Localisation des abonns

    2 mcanismes de base

    1. La mise jour de la localisation (par zones) le systme doit connatre la position de labonn tout instant

    2. La recherche dabonn (paging) consiste mettre des messages davis de recherche dans les cellules o est situ labonn

    Gestion de litinrance : introduction

    81 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Regroupement de cellules dpendant dun mme VLR

    Identifie par une LAI (Location Area Identification)

    Gestion de litinrance : zones de localisation

    Zone 1 Zone 2

    Composition dune LAI

    MCC : indicatif du pays (12 bits) MNC : indicatif du PLMN (8 bits) LAC (Location Area Code) : code de la zone (16 bits max.)

    MCC

    MNC

    LAC

    82 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le rseau connat la Zone de Localisation (ZL) de chaque abonn (LAI) mais pas la cellule exacte

    Lors de la rception dun appel, envoi de messages de paging dans toutes les cellules de la ZL

    Cot de gestion trs important valu par le nombre de messages de signalisation transmis

    sur la liaison radio Loprateur cherche minimiser ce cot : cela revient

    optimiser le compromis entre cot de recherche et cot de mise jour => nombre de cellules par zone

    Gestion de litinrance : zones de localisation

    83 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Gestion de litinrance : zones de localisation

    BSC

    MSC

    VLR

    IMSI TMSI

    BSC

    AuC HLR

    LAI

    MSISDN IMSI VLR Id

    IMSI TMSI LAI

    Zone 1

    84 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Plusieurs types de mise jour de localisation (Localisation Update)

    1. la mise sous tension (IMSI Attach)

    2. Lors dun changement de zone Une BTS envoie rgulirement sur une voie balise son LAI Une MS scrute rgulirement la voie balise des BTS Si diffrence entre la LAI mise et la LAI stocke dans la SIM => mise

    jour (Localisation Updating Request)

    3. Priodiquement Une MS envoie sa position (LAI) au rseau rgulirement Intrt : corriger les ventuelles informations errones de localisation

    au sein du rseau

    Gestion de litinrance : 1. mise jour de la localisation

    85 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Lors dun appel entrant, mission de messages de paging (contenant la TMSI) sur toutes les BTS de la zone de localisation concern.

    Un mobile scanne rgulirement la voie balise de la BTS. Dtection dun message de paging => mise en route de procdures pour la

    communication Sinon, labonn est considr injoignable

    Remarque : le paging est inutile si la MS est hors tension. Pour viter une consommation inutile des ressources radio, il existe 2 protocoles (MSC/VLR)

    IMSI Detach IMSI Attach

    Gestion de litinrance : 2. recherche dabonn (paging)

    86 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • IMSI Detach 1. Explicite

    Lors de la mise hors tension du mobile, envoi dun message IMSI Detach au MSC/VLR

    Procdure non systmatique car pas toujours intressante

    2. Implicite Un mobile est considr injoignable par le rseau si injoignable

    durant une certaine dure

    IMSI Attach Lors de la mise sous tension du mobile, envoi dun message au

    MSC/VLR (suivi dune mise jour de la localisation)

    Gestion de litinrance : 2. recherche dabonn (paging)

    87 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Gestion de litinrance : 3. procdures de mise jour 2 cas de figure

    1. Mise jour de localisation intra-VLR 2. Mise jour de localisation inter-VLR

    Principe gnral 1. La MS demande lallocation dun canal de signalisation 2. Allocation dun canal ddi 3. tablissement de connexions : MS => MSC grant la

    nouvelle zone 4. change des messages ncessaires 5. Libration du canal ddi et des connexions

    88 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • BSC

    Allocation canal de signalisation ddi

    Libration connexions Libration du canal ddi

    Authentification

    Activation du chiffrement

    MSC

    VLR

    MM_Location_Updating_Request ( TMSI, LAI-1 )

    BSSMAP_Complete_L3_Info [ Loc._Upd._Req., LAI-2 ]

    MM_Location_Updating_Accept

    Gestion de litinrance : 3. a) mise jour intra-VLR

    89 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • BSC

    Allocation canal

    Libration connexions Libration du canal ddi

    Authentification

    Activation du chiffrement

    MSC VLR-2

    MM_TMSI_Reallocation_Command(new TMSI)

    MAP_Send_Identification (TMSI)

    MAP_Send_Identification_ack(IMSI, Kc, RAND, SRES)

    VLR-1 HLR

    MAP_Update_Location (IMSI, VLR2) MAP_Cancel_Location (IMSI)

    MAP_Cancel_Location_ack

    MAP_Insert_Suscriber_Data (ss_data)

    MAP_Insert_Suscriber_Dat_ack

    MAP_Update_Location_ack

    MM_TMSI_Reallocation_Complete

    MM_Location_Updating_Request (TMSI, LAI-1)

    BSSMAP_Complete_L3_Info [Loc._Upd._Req., LAI-2]

    MM_Location_Updating_Accept

    Gestion de litinrance : 3. b) mise jour inter-VLR

    90 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le GSM Partie 6 : Gestion des appels

  • Gestion des appels : appel sortant

    BSC

    Authentification

    Activation du chiffrement

    MSC VLR

    CC_Set_Up ( Call_number ) SSUTR2_MIF (Called number)

    BSSMAP_Complete_L3_Info [CM_Serv._Req.]

    CAA

    Allocation canal de signalisation

    CM_Service_Request ( IMSI, TMSI )

    CC_Call_Proceeding

    Allocation canal de trafic

    Sonnerie SSUTR2_ACF

    CC_Alerting Retour de Sonnerie SSUTR2_RIU

    Dcroch

    CC_Connect

    CC_Connect_Acknowledge

    C o n v e r s a t i o n 92 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Gestion des appels : appel entrant

    Composition du

    MSISDN

    Adresse VLR actuel

    HLR

    MSRN

    VLR

    MSNR (Mobile station roaming number) : numro attribu par le VLR pour assurer le routage dun appel entrant, vers le MSC dont dpend lappel.

    93 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • BSC

    MSC VLR

    SSUTR2_MIF(MSISDN)

    CAA HLR

    G-MSC

    MAP_Send_Routing_Info

    MAP_Provide_Roaming_Number

    MAP_Provide_Roaming_Number_Ack (MSRN) MAP_Send_Routing_Info_Ack (MSRN)

    SSUTR2_MIF( MSRN )

    BSSMAP_Paging (TMSI/IMSI)

    RR_Paging_Request (TMSI/IMSI)

    Allocation canal signal.

    RR_Paging_Response (TMSI/IMSI) BSSMAP_Complete_L3_Info [RR_Pag._Res.]

    Authentification Activation du chiffrement

    CC_Set_Up CC_Call_Confirmed

    Allocation canal trafic

    CC_Alerting SSUTR2_ACF SSUTR2_ACF Sonnerie

    Dcroch CC_Connect SSUTR2_RIU SSUTR2_RIU

    CC_Connect_Acknowledge

    C o n v e r s a t i o n

    Gestion des appels : appel entrant

    94 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Appel entre mobiles Les phases prcdentes sont utilises (le G-MSC est remplac par

    le MSC de labonn qui appelle)

    Fin de communication Raccroch du mobile

    MS : envoi dun message au MSC MSC : Libration du circuit de parole et envoi dun message de fin de

    communication au MSC (ou au CAA si fixe) Envoi dun message dacquittement en retour : fin de communication Libration des ressources : canal ddi au trafic et connexions tablies

    jusquau MSC/VLR

    Raccroch de labonn fixe : procdure similaire.

    Gestion des appels

    95 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le GSM Partie 7 : Etude de la liaison

    Radio

  • Le GSM Partie 7 : Etude de la liaison

    Radio I. Rpartition des ressources

  • Liaison radio : Caractristiques du GSM Duplexage

    Partage de la ressource radio entre mission et rception (voies montantes/descendantes)

    Accs multiple (Multiplexage)

    Partage de la ressource radio entre diffrents utilisateurs (plusieurs MS sur une mme cellule) Partage en temps Partage en frquence

    Voie montante

    Voie descendante

    98 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Liaison radio : Duplexage en frquence 2 sous-bandes frquentielles spares => Canaux duplex Dbit identique en mission et rception Ecart constant : facilite la sparation des voies

    Voie montante (Uplink - UL)

    Voie descendante (Downlink - DL)

    Uplink : mission du MS Rception de la BTS

    cart Duplex 45 MHz

    canal 1 canal 1 Frquence

    (MHz) 890 915 935 960 canal i canal i

    GSM 900

    Downlink : mission de la BTS Rception du mobile

    99 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Liaison radio : Duplexage en frquence

    GSM 900 (1982)

    DCS 1800 (1990)

    E-GSM (1995)

    Bande de frquences (MHz)

    890-915 () 935-960 ()

    1710-1785 () 1805-1880 ()

    880-890 () 925-935 ()

    Largeur de bande 2 x 25 MhZ 2 x 75 MhZ 2 x 10 MhZ

    Ecart duplex 45 MHz 95 MHz 45 MHz

    Largeur des canaux 200 kHz Numros des canaux

    (n = ARFCN) 1 n 124 512 n 885 975 n 1024

    frquence dl (MHz) 935+0.2*n 1805.2+0.2*(n-512) 935+0.2*(n-1024) frquence ul (MHz) ul =dl - 45 ul =dl - 95 ul =dl - 45

    100 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Partage en frquence : FDMA (Frequency Division Multiple Access)

    La bande alloue est spare en sous-bandes de 200 KHz : les Canaux.

    Liaison radio : Accs multiple (FDMA)

    200 KHz Porteuse

    temps

    Frquence

    101 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Partage en temps : TDMA (Temporal Division Multiple Access)

    Chaque sous-bande frquentielle (ou porteuse) est divise en intervalles de temps (Timeslots)

    Un timeslot accueille un burst (156 bits moduls)

    Liaison radio : Accs multiple (TDMA)

    200 KHz

    temps

    Frquence

    577 s Time slot

    102 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Trame TDMA = 8 timeslots (numrote de 0 7) dure dune trame : 4,615 ms Trame TDMA : 1,25 kbit

    Chaque utilisateur utilise un slot par trame

    Liaison radio : Accs multiple (TDMA)

    200

    KH

    z

    Trame TDMA

    Port

    euse

    F

    DM

    A

    1 0 3 2 5 4 7 6 1 0 3 2 5 4 7 6 1 0 3 2 5 4 7 6

    . . .

    Canal physique

    103 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • 1 communication = 1 canal duplex

    Liaison radio : Canal duplex

    . . .

    3 timeslots

    Ecar

    t dup

    lex

    temps

    Frquence

    BTS => MS MS => BTS

    104 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • 1 canal physique sert de support 2 types de canaux logiques Les canaux de trafic (voix) Les canaux de signalisation

    multiplexage de canaux logiques sur un canal physique => notion de multitrame

    Liaison radio : des canaux physiques aux canaux logiques

    . . .

    Trame TDMA 4 4 4 4

    . . . multitrame 105 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Liaison radio : organisation des trames 4.615ms

    0 1 2 3 4 5 6 7 Trame GSM=8 TS

    Multitrames 51 = 51 trames Multitrames 26 = 26 trames

    120ms 235,4ms

    Hypertrames = 2048 Supertrames

    3h 28mn 53s

    Supertrame de 26 multitrames 51 = 2651 trames

    6,12s Supertrame de 51 multitrames 26 = 5126 trames

    106 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le GSM Partie 7 : Etude de la liaison

    Radio II. Les canaux logiques

  • Les canaux logiques : introduction

    Canaux ddis

    TCH SACCH SDCCH FACCH

    FCCH

    Canaux non-ddis

    Ddis (duplex) un mobile Communication Signalisation

    Non ddis (simplex) partags par tous les mobiles Voie descendante : diffusion

    dinformations Voie montante : canaux

    disponibles en accs alatoire

    108 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Diffusion de donnes relatives une cellule permettant chaque mobile d'accrocher au systme local en rcuprant les paramtres ncessaires.

    Ils occupent gnralement le TS(0) de la porteuse C0 (voie balise)

    Les canaux logiques 1. Les canaux de diffusion (BCH)

    0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 1 2 3 4 5 6 7 1 0 2 Down

    CANAL Nom Complet Slot possible Multitrame Dbit Fonction

    FCCH Frequency Correction Channel

    0 51 146bit toutes les 50 ms Calage du mobile sur la frquence

    porteuse

    SCH Synchronisation Channel 0 51 146bit toutes

    les 50 ms Identification de la BTS et

    synchronisation du mobile sur celle-ci

    BCCH Broadcast

    Control Channel

    0 51 782 bit/s Canal de diffusion des informations spcifique de la BTS de la cellule et

    des BTS voisines.

    109 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Ils sont rservs pour les oprations de gestion des communications (tablissement, allocation de canaux de trafic).

    Les canaux logiques 2. Les canaux communs de contrle (CCCH)

    CANAL Nom Complet Slot

    possible Multitrame Dbit Fonction

    RACH (UpLink)

    Random Access

    Channel 0,2,4,6 51 36 bit

    Il permet au mobile de signaler la BTS qu'il dsire effectuer une opration sur le

    rseau

    PCH (DownLink)

    Paging Channel 0,2,4,6 51 456 bit

    Il permet de diffuser les messages de paging lorsque le rseau veut

    communiquer avec un mobile.

    AGCH (DownLink)

    Access Grant

    Channel 0,2,4,6 51 456 bit

    Il est utilis pour l'allocation d'un canal ddi un mobile. Il contient la

    description complte du canal utilis: numro de porteuse, du slot utilis

    (contient galement le paramtre TA).

    CBCH (DownLink)

    Cell Broadcast Channel

    0,1,2,3 51 variable Il offre aux usagers prsents dans la cellule des informations spcifiques

    (informations routires, mto).

    110 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Ils fournissent une ressource rserve un mobile. Le mobile se voit attribuer une paire de slots o il est seul mettre et recevoir.

    Les canaux logiques 3. Les canaux ddis(signalisation)

    CANAL Nom Complet

    Slot possible

    Multitrame Dbit Fonction

    SACCH Slow associated

    Control Channel

    0 7 51 ou 26 304 bit/s Canal de supervision dune liaison : control de la puissance, qualit, remont

    des mesures

    SDCCH Stand Alone Dedicated

    control channel

    0 7

    51 782 bit/s Canal allou aux phases d'tablissement de la communications : signalisation et

    mise jour de la localisation.

    FACCH Fast Associated

    Control Channel

    0 7 26 9,2 Kbit/s Canal servant excuter les hand-over , il prend momentanment le slot rserv

    au canal TCH.

    0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 1 2 3 4 5 6 7 1 0 2 Down

    0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 1 2 3 4 5 Up

    111 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Transport des donnes utilisateurs (mission en slot i f2, rception en slot i f2 + cart_duplex)

    Voix plein dbit TCH/FS (Full Speed) 13 kbits/s Voix demi dbit TCH/HS (Half Speed) 5,6 kbits/s Donnes jusqu 12 kbits/s

    Paralllement cette activit principale, il coute priodiquement les voies balises de la cellule et des cellules voisines pour dtecter une variation de niveau lui indiquant un handover.

    Les canaux logiques 3. Les canaux ddis de trafic (TCH)

    CANAL Nom Complet Slot

    possible Multitrame Dbit Fonction

    TCH Traffic channel 0 7 26 13 Kbit/s Canal supportant le trafic voix ou data

    (DCH)

    112 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Les canaux logiques 3. Multiplexage des canaux ddis

    Multiplex des canaux ddis

    (multitrame 26)

    TCHTCHTCHTCHTCHTCH24TCHTCHTCHTCHTCHTCH23TCHTCHTCHTCHTCHTCH22TCHTCHTCHTCHTCHTCH21TCHTCHTCHTCHTCHTCH20TCHTCHTCHTCHTCHTCH19TCHTCHTCHTCHTCHTCH18TCHTCHTCHTCHTCHTCH17TCHTCHTCHTCHTCHTCH16TCHTCHTCHTCHTCHTCH15TCHTCHTCHTCHTCHTCH14TCHTCHTCHTCHTCHTCH13

    SACCHSACCHSACCHSACCHSACCHSACCH12TCHTCHTCHTCHTCHTCH11TCHTCHTCHTCHTCHTCH10TCHTCHTCHTCHTCHTCH9TCHTCHTCHTCHTCHTCH8TCHTCHTCHTCHTCHTCH7TCHTCHTCHTCHTCHTCH6TCHTCHTCHTCHTCHTCH5TCHTCHTCHTCHTCHTCH4TCHTCHTCHTCHTCHTCH3TCHTCHTCHTCHTCHTCH2TCHTCHTCHTCHTCHTCH1TCHTCHTCHTCHTCHTCH0

    25TCHTCHTCHTCHTCHTCH24TCHTCHTCHTCHTCHTCH23TCHTCHTCHTCHTCHTCH22TCHTCHTCHTCHTCHTCH21TCHTCHTCHTCHTCHTCH20TCHTCHTCHTCHTCHTCH19TCHTCHTCHTCHTCHTCH18TCHTCHTCHTCHTCHTCH17TCHTCHTCHTCHTCHTCH16TCHTCHTCHTCHTCHTCH15TCHTCHTCHTCHTCHTCH14TCHTCHTCHTCHTCHTCH13

    SACCHSACCHSACCHSACCHSACCHSACCH12TCHTCHTCHTCHTCHTCH11TCHTCHTCHTCHTCHTCH10TCHTCHTCHTCHTCHTCH9TCHTCHTCHTCHTCHTCH8TCHTCHTCHTCHTCHTCH7TCHTCHTCHTCHTCHTCH6TCHTCHTCHTCHTCHTCH5TCHTCHTCHTCHTCHTCH4TCHTCHTCHTCHTCHTCH3TCHTCHTCHTCHTCHTCH2TCHTCHTCHTCHTCHTCH1TCHTCHTCHTCHTCHTCH0TS7TS6TS5TS4TS3TS2FN

    DOWNLINK

    TCHTCHTCHTCHTCHTCH24TCHTCHTCHTCHTCHTCH23TCHTCHTCHTCHTCHTCH22TCHTCHTCHTCHTCHTCH21TCHTCHTCHTCHTCHTCH20TCHTCHTCHTCHTCHTCH19TCHTCHTCHTCHTCHTCH18TCHTCHTCHTCHTCHTCH17TCHTCHTCHTCHTCHTCH16TCHTCHTCHTCHTCHTCH15TCHTCHTCHTCHTCHTCH14TCHTCHTCHTCHTCHTCH13

    SACCHSACCHSACCHSACCHSACCHSACCH12TCHTCHTCHTCHTCHTCH11TCHTCHTCHTCHTCHTCH10TCHTCHTCHTCHTCHTCH9TCHTCHTCHTCHTCHTCH8TCHTCHTCHTCHTCHTCH7TCHTCHTCHTCHTCHTCH6TCHTCHTCHTCHTCHTCH5TCHTCHTCHTCHTCHTCH4TCHTCHTCHTCHTCHTCH3TCHTCHTCHTCHTCHTCH2TCHTCHTCHTCHTCHTCH1TCHTCHTCHTCHTCHTCH0

    25TCHTCHTCHTCHTCHTCH24TCHTCHTCHTCHTCHTCH23TCHTCHTCHTCHTCHTCH22TCHTCHTCHTCHTCHTCH21TCHTCHTCHTCHTCHTCH20TCHTCHTCHTCHTCHTCH19TCHTCHTCHTCHTCHTCH18TCHTCHTCHTCHTCHTCH17TCHTCHTCHTCHTCHTCH16TCHTCHTCHTCHTCHTCH15TCHTCHTCHTCHTCHTCH14TCHTCHTCHTCHTCHTCH13

    SACCHSACCHSACCHSACCHSACCHSACCH12TCHTCHTCHTCHTCHTCH11TCHTCHTCHTCHTCHTCH10TCHTCHTCHTCHTCHTCH9TCHTCHTCHTCHTCHTCH8TCHTCHTCHTCHTCHTCH7TCHTCHTCHTCHTCHTCH6TCHTCHTCHTCHTCHTCH5TCHTCHTCHTCHTCHTCH4TCHTCHTCHTCHTCHTCH3TCHTCHTCHTCHTCHTCH2TCHTCHTCHTCHTCHTCH1TCHTCHTCHTCHTCHTCH0TS7TS6TS5TS4TS3TS2FN

    DOWNLINK

    TCHTCHTCHTCHTCHTCH24TCHTCHTCHTCHTCHTCH23TCHTCHTCHTCHTCHTCH22TCHTCHTCHTCHTCHTCH21TCHTCHTCHTCHTCHTCH20TCHTCHTCHTCHTCHTCH19TCHTCHTCHTCHTCHTCH18TCHTCHTCHTCHTCHTCH17TCHTCHTCHTCHTCHTCH16TCHTCHTCHTCHTCHTCH15TCHTCHTCHTCHTCHTCH14TCHTCHTCHTCHTCHTCH13

    SACCHSACCHSACCHSACCHSACCHSACCH12TCHTCHTCHTCHTCHTCH11TCHTCHTCHTCHTCHTCH10TCHTCHTCHTCHTCHTCH9TCHTCHTCHTCHTCHTCH8TCHTCHTCHTCHTCHTCH7TCHTCHTCHTCHTCHTCH6TCHTCHTCHTCHTCHTCH5TCHTCHTCHTCHTCHTCH4TCHTCHTCHTCHTCHTCH3TCHTCHTCHTCHTCHTCH2TCHTCHTCHTCHTCHTCH1TCHTCHTCHTCHTCHTCH0

    25TCHTCHTCHTCHTCHTCH24TCHTCHTCHTCHTCHTCH23TCHTCHTCHTCHTCHTCH22TCHTCHTCHTCHTCHTCH21TCHTCHTCHTCHTCHTCH20TCHTCHTCHTCHTCHTCH19TCHTCHTCHTCHTCHTCH18TCHTCHTCHTCHTCHTCH17TCHTCHTCHTCHTCHTCH16TCHTCHTCHTCHTCHTCH15TCHTCHTCHTCHTCHTCH14TCHTCHTCHTCHTCHTCH13

    SACCHSACCHSACCHSACCHSACCHSACCH12TCHTCHTCHTCHTCHTCH11TCHTCHTCHTCHTCHTCH10TCHTCHTCHTCHTCHTCH9TCHTCHTCHTCHTCHTCH8TCHTCHTCHTCHTCHTCH7TCHTCHTCHTCHTCHTCH6TCHTCHTCHTCHTCHTCH5TCHTCHTCHTCHTCHTCH4TCHTCHTCHTCHTCHTCH3TCHTCHTCHTCHTCHTCH2TCHTCHTCHTCHTCHTCH1TCHTCHTCHTCHTCHTCH0TS7TS6TS5TS4TS3TS2FN

    UPLINK

    TCHTCHTCHTCHTCHTCH24TCHTCHTCHTCHTCHTCH23TCHTCHTCHTCHTCHTCH22TCHTCHTCHTCHTCHTCH21TCHTCHTCHTCHTCHTCH20TCHTCHTCHTCHTCHTCH19TCHTCHTCHTCHTCHTCH18TCHTCHTCHTCHTCHTCH17TCHTCHTCHTCHTCHTCH16TCHTCHTCHTCHTCHTCH15TCHTCHTCHTCHTCHTCH14TCHTCHTCHTCHTCHTCH13

    SACCHSACCHSACCHSACCHSACCHSACCH12TCHTCHTCHTCHTCHTCH11TCHTCHTCHTCHTCHTCH10TCHTCHTCHTCHTCHTCH9TCHTCHTCHTCHTCHTCH8TCHTCHTCHTCHTCHTCH7TCHTCHTCHTCHTCHTCH6TCHTCHTCHTCHTCHTCH5TCHTCHTCHTCHTCHTCH4TCHTCHTCHTCHTCHTCH3TCHTCHTCHTCHTCHTCH2TCHTCHTCHTCHTCHTCH1TCHTCHTCHTCHTCHTCH0

    25TCHTCHTCHTCHTCHTCH24TCHTCHTCHTCHTCHTCH23TCHTCHTCHTCHTCHTCH22TCHTCHTCHTCHTCHTCH21TCHTCHTCHTCHTCHTCH20TCHTCHTCHTCHTCHTCH19TCHTCHTCHTCHTCHTCH18TCHTCHTCHTCHTCHTCH17TCHTCHTCHTCHTCHTCH16TCHTCHTCHTCHTCHTCH15TCHTCHTCHTCHTCHTCH14TCHTCHTCHTCHTCHTCH13

    SACCHSACCHSACCHSACCHSACCHSACCH12TCHTCHTCHTCHTCHTCH11TCHTCHTCHTCHTCHTCH10TCHTCHTCHTCHTCHTCH9TCHTCHTCHTCHTCHTCH8TCHTCHTCHTCHTCHTCH7TCHTCHTCHTCHTCHTCH6TCHTCHTCHTCHTCHTCH5TCHTCHTCHTCHTCHTCH4TCHTCHTCHTCHTCHTCH3TCHTCHTCHTCHTCHTCH2TCHTCHTCHTCHTCHTCH1TCHTCHTCHTCHTCHTCH0TS7TS6TS5TS4TS3TS2FN

    UPLINK

    113 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • Le GSM Partie 7 : Evolutions logicielles

  • Capacit de la norme insuffisante pour des services de donnes (Internet, messagerie,)

    => volution ncessaire de la norme 1re volution

    Canal radio de bonne qualit => Rduction de la redondance introduite lors du codage canal

    Transmission de blocs dinformation plus longs.

    => Augmentation du dbit utilisateur : jusqu 14,4 kbits/s

    Evolutions logicielles du GSM

    115 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • 2me volution

    Initialement, la MS ne transmet et ne reoit que sur un timeslot par trame TDMA

    Allocation simultane de plusieurs canaux physiques pour lmission/rception de donnes (Jusqu 4 Time Slots / trame TDMA)

    HSCSD : High Speed Circuit Switched Data

    => Augmentation du dbit utilisateur : jusqu 57,6 kbits/s

    3me volution

    Adaptation de la syntaxe XML (utilise pour le web) pour les mobiles Dveloppement de nouveaux protocoles adaptes la mobilit

    WAP : Wireless Application Protocol

    => Connexion Internet

    Evolutions logicielles du GSM

    116 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

  • GSM Rseau commutations de circuits

    Ligne monopolise dans tout le rseau pour un seul utilisateur, pour un transfert sporadique de donnes => gaspillage des ressources (radio)

    La taxation, base sur le temps de connexion (et pas sur la quantit de

    donnes) => Cot trop lev (payer tous les canaux utiliss ?)

    => Dveloppement dun rseau commutation de paquets : le GPRS

    Evolutions logicielles du GSM : Limitations

    Temps de lecture temps Envoi des donnes

    Session Web

    117 F. Payan Dpartement R&T IUT Nice Cte dAzur Universit de Nice Sophia Antipolis

    Tlphonie MobilePlan gnral du coursLe rseau GSMIntroduction au rseau GSM :contexteIntroduction au rseau GSM :contexteDiapositive numro 6Diapositive numro 7Diapositive numro 8Diapositive numro 9Le rseau GSMIntroduction au rseau GSM :Le concept cellulaireIntroduction au rseau GSM :Le concept cellulaireIntroduction au rseau GSM :Le concept cellulaireLe rseau GSMLe rseau GSM : ArchitectureLe rseau GSM : ArchitectureLe GSMStation mobile (MS) : DfinitionMS (Mobile Station)Station mobile (MS) : La carte SIMStation mobile (MS) : La carte SIMStation mobile (MS) : Le Terminal (ME)Station mobile (MS) : Le Terminal (ME)Station mobile (MS) : Le contrle de puissanceLe GSMLe rseau GSM : ArchitectureSous-systme radio (BSS)Sous-systme radio (BSS) : Station de base (BTS)Sous-systme radio (BSS) : Station de base (BTS)Sous-systme radio (BSS) : Station de base (BTS)Sous-systme radio (BSS) : Station de base (BTS)Sous-systme radio (BSS) : Station de base (BTS)Sous-systme radio (BSS) : Station de base (BTS)Sous-systme radio (BSS) : Station de base (BTS)Sous-systme radio (BSS)Sous-systme radio (BSS) : Contrleur de station de base (BSC)Contrleur de station de base (BSC)Contrleur de station de base (BSC)Le GSMLe rseau GSM : ArchitectureSous-systme rseau (NSS) :Vue gnraleSous-systme rseau (NSS) : Centre de commutation des mobiles (MSC)Sous-systme rseau (NSS) : Registre de localisation nominale (HLR)Sous-systme rseau (NSS) : Registre de localisation des visiteurs (VLR)Le rseau GSM : ArchitectureLe GSMSous-systme dexploitation (OSS) : Vue gnraleSous-systme dexploitation (OSS) : Registre didentits des quipements (EIR)Diapositive numro 49Le GSMLes interfaces :IntroductionLes interfaces :IntroductionLes interfaces :IntroductionLes interfaces : Les liaisons MIC Les interfaces : Les liaisons MICLes interfaces : Interfaces du BSSLes interfaces : Interfaces du NSSInterfaces NSS/OSSLes interfaces : RsumLe GSMArchitecture de protocoles: IntroductionArchitecture de protocoles: StructureArchitecture de protocoles: Interface UmArchitecture de protocoles: Interface UmArchitecture de protocoles: Interface AArchitecture de protocoles: Interface AArchitecture de protocoles: Interface AArchitecture de protocoles: RsumLe GSMScurit du rseau GSM : IntroductionScurit du rseau GSM :1. Confidentialit de lIMSIScurit du rseau GSM :1. Confidentialit de lIMSIScurit du rseau GSM :2. Authentification des abonns Scurit du rseau GSM :2. Authentification des abonnsScurit du rseau GSM :2. Authentification des abonnsScurit du rseau GSM :3. confidentialit des communicationsScurit du rseau GSM :3. confidentialit des communicationsScurit du rseau GSM :3. confidentialit des communicationsScurit du rseau GSM :3. Confidentialit des communicationsLe GSMGestion de litinrance : introductionGestion de litinrance : zones de localisationGestion de litinrance : zones de localisationGestion de litinrance : zones de localisationGestion de litinrance : 1. mise jour de la localisationGestion de litinrance : 2. recherche dabonn (paging)Gestion de litinrance : 2. recherche dabonn (paging)Gestion de litinrance : 3. procdures de mise jourGestion de litinrance : 3. a) mise jour intra-VLRGestion de litinrance : 3. b) mise jour inter-VLRLe GSMGestion des appels : appel sortantGestion des appels : appel entrantGestion des appels : appel entrantGestion des appelsLe GSMLe GSMLiaison radio : Caractristiques du GSMLiaison radio : Duplexage en frquenceLiaison radio : Duplexage en frquenceLiaison radio : Accs multiple (FDMA)Liaison radio : Accs multiple (TDMA)Liaison radio : Accs multiple (TDMA)Liaison radio : Canal duplexLiaison radio : des canaux physiques aux canaux logiquesLiaison radio : organisation des tramesLe GSMLes canaux logiques : introductionLes canaux logiques1. Les canaux de diffusion (BCH)Les canaux logiques2. Les canaux communs de contrle (CCCH)Les canaux logiques3. Les canaux ddis(signalisation)Les canaux logiques3. Les canaux ddis de trafic (TCH)Les canaux logiques3. Multiplexage des canaux ddisLe GSMEvolutions logicielles du GSMEvolutions logicielles du GSMEvolutions logicielles du GSM :Limitations