GSM : Global System for Mobile Communications Architecture, Interfaces et Identités EFORT http://vmw. efort. com La définition de la norme GSM remonte au début des années 80. A l’origine, la prlse de conscience par les opérateurs que le marché du radiotéléphone en Europe était morcelé du fait de la multiplicité des systèmes analogiques alors en place et des bandes de fréquence correspondantes. La conséquence était l’impossibilité pour l’usager d’utiliser son terminal ailleurs que dans son concept de système or21 radiotéléphonie euro eli Sv. ge to View réseau et de constitu véritable marché eur et de terminaux. onstat est né le ir les frontières du ents d’infrastructure En 1982, le CEPT (Conférence Européenne des Postes et Télécommunications) décide alors de constituer le Groupe Spécial Mobile (dont est issu le nom GSM) avec pour mission de développer un standard paneuropéen pour les communicatlons mobiles. L’acronyme GSM correspond à Global System for Mobile Communications.
D’ailleurs, le réseau radiomobile GSM représente le premier système standardisé qui utilise une technique de transmission numérique pour le canal radio: Ce point représente une caractéristique particulière du réseau, parce que tous les ystèmes radio cellulaires précédents utilisaient des techniques de transmission l’extérieur de la zone de couverture de son réseau de souscription, en tant qu’utilisateur visiteur. Le GSM acquiert une influence majeure dans le monde des télécommunications : de nombreux pays européens et non-européens l’ont adopté.
Le GSM constitue pour l’utilisateur européen la première pierre de la future Europe des télécommunications. Aujourd’hui, il existe plus de 690 opérateurs GSM répartis dans 213 pays. Le paragraphe 1 présente l’architecture GSM à travers ses entités et ses interfaces. Le paragraphe 2. ntrodult les interfaces de l’architecture GSM et le paragraphe 3 présente les identités utilisées dans un réseau GSM pour une meilleure compréhension des procédures de gestion de la mobilité, de transfert intercellulaire et de contrôle d’appel.
Ces trois procédures sont présentées dans le tutoriel EFORT « Mobilité et Contrôle d’appel dans le réseau GSM 1 . Architecture GSM L ‘appellation GSM (Global System for Mobile Communications) regroupe deux types de réseaux cellulaires numériques de télécommunications pour abonnés mobiles : • Le réseau GSM9ûO : il utilise des fréquences porteuses dans la gamme des 900 MHz et l a été le premier type de réseau mobile cellulaire numérique europeen, • e réseau DCS1800 (Digital Cellular Telecommunications System) qui utilise des fréquences porteuses dans la gamme des 1800 MHz.
Les réseaux GSM/DCS permettent d’offrir au public des services de télécommunication av PAGF 91 station mobile et par des accords d’itinérance (roaming) entre opérateurs. L’offre de services est comparable à celle du RNIS grâce ? l’utilisation d’une norme proche de la recommandation Q. 931 de l’ITU-T pour le contrôle de l’appel. Copyright EFORT 2008 Pour que le système puisse offrir les services prévus, un nsemble de fonctions a été défini.
Ces fonctions sont celles requises dans tout réseau mobile comme la numérotation, l’acheminement vers un usager mobile, le transfert de cellules, etc. Ces fonctions sont regroupées en entités fonctionnelles. Le système GSM est constitué des entités suivantes (Figure 1): La station mobile (MS) : La station mobile est l’équipement physique utilisé par l’usager du réseau GSM pour accéder aux services de télécommunication offerts.
Le sous-système radio (BSS, Base Station Subsystem) : il assure la couverture de zones géographiques données appelées cellules et qui ontiennent les matériels et loeiciels nécessaires pour avec les stations bases de données et des commutateurs : • Les MSC (Mobile Switching Center), commutateurs mobiles associés en général aux bases de données VI_R (Vlsitor Location Register), fichier des abonnés visiteurs, • le HIR (Home Location Register), base de données de localisation et de caractérisation des abonnés, • l’AUC (Authentication Centre), base de données qui génère des parametres sur demande du HLR pour protéger le réseau des utilisateurs frauduleux. • LEIR (Equipment Identity’ Register) qui vérifie l’identification de ‘équipement mobile. L’OMC peut être scindé en deux parties : • L’OMC-R (Operations and Maintenance Centre Radio), qui a pour fonction de gérer les éléments du BSS, • l’OMC-S (OMC Switching), qui a pour fonction de gérer les éléments du NSS. opynght EFORT 2008 2 BTS BSC MS SS7 : Signaling System 7 MS : Mobile Station BTS : Base Transceiver Station BSC : Base Station Controller MSC : Mobile switchine ce 1 l’abonné mobile utilise une station mobile (MS, Mobile Station) qui constituée de deux éléments séparables : • un équipement mobile qui fournit les capacités radio et logicielles nécessaires au ialogue avec le réseau et demeure indépendant de l’abonné utilisateur. • Une carte SIM (Subscriber Identification Module) qui contient les caractéristiques de l’abonné et de ses droits. Lorsque la carte n’est pas présente dans le terminal, le seul service que peut accepter le réseau de la part de l’abonné mobile est le service d’urgence. Sous-système Radio (BSS, Base Station Subsystem) 1. 2. 1 .
Base Transceiver Station (BTS) La BTS (Base Transceiver Station) relie les stations mobiles ? l’infrastructure fixe du réseau. La BTS est composée d un ensemble d’émetteur / récepteurs. Elle assure : ?? La gestion du multiplexage temporel (une porteuse est divisée en 8 slots dont 7 sont alloués aux utilisateurs), et la gestion des sauts de fréquence. • Des opérations de chiffrement. • Des mesures radio permettant de vérifier la qualité de service ; ces mesures sont transmises directement au BSC. • La gestion de la liaison de données (données de trafic et de signalisation) entre les mobiles et la BTS. • La gestion de la liaison de trafic et de signalisation avec le BSC. opyneht EFORT 2008 PAGF s 1 Controller (BTS) Un BSC gère un ou plusieurs BTS et n’est relié qu’à un seul MSC. Pour le trafic abonné enant des BTS, le BSC joue le rôle de concentrateur. pour le trafic venant du commutateur, il joue le rôle d’aiguilleur vers la BTS dont dépend le destinataire. Un BSC utilise les mesures radio des BTS pour gérer la signalisation des « Handoveri’ entre les cellules dont il a la responsabilité. 1. 3. Sous-système réseau (NS’ Network Subsystem) 1. 3. 1 . Mobile switching center (MSC) Un MSC (Mobile Switching Center) est un commutateur qui réalise les fonctions de connexion et de signalisation pour les mobiles localisés dans une zone géographique appelée zone de localisation du MSC.
La différence principale ntre un MSC et un commutateur d’un réseau fixe est qu’un MSC doit prendre en compte l’impact de l’allocation des ressources rad10 aux mobiles et la mobilité des mobiles. Il doit posséder des ressources suffisantes pour réaliser au moins les procédures suivantes • Procédures pour l’enregistrement des localisations. Procédures requises pour les handovers. un MSC constitue l’interface entre le système radio et les réseaux fixes. Il réalise toutes les fonctions nécessaires à la mise en œuvre des appels de et vers les mobiles. Dans la pratique, un MSC intè re les fonctionnalités d’un VLR. PAGF 1 ême MSC). Un MSC qui reçoit un appel d’un autre réseau et qui assure le routage de cet appel vers la position de localisation d’un mobile est appelé Gateway MSC (GMSC). 1. 3. 3.
Home Location Register (HLR) Le HLR (Home Location Register) contient les informations relatives aux abonnés du réseau. Un réseau peut posséder plusieurs bases pour mettre en œuvre le HLR en fonction des capacités de ces bases de données. Dans un HLR, chaque abonné est décrit par un enreglstrement contenant le détail des options d’abonnement et des services complémentaires accessibles à l’abonné. A ces informations tatiques se rajoutent des informations dynamiques telles que la dernière localisation connue du mobile (localisation permettant la taxation et le routage des appels vers le MSC sous lequel le mobile est localisé) et son état.
Le HLR contient par ailleurs la clé secrète de l’abonné qui permet au seraice d’authentifier l’abonné. Cette clé est inscrite sous un format codé que seul l’Al_JC (Authentication Center) peut décrypter. 1. 3. 4. Visitor Location Register (VLR) Le VLR (Visitar Location Register) est une base de données généralement associée à un commutateur MSC. Il est aussi possible de considérer un VLR artagé par plusieurs MSCs. Sa mission est d’enregistrer des informations dynamiques relatives aux abonnés actuellement connectés. Le réseau doit connaître à chaque instant la localisation des PAGF 7 1 réseau est apte à acheminer un appel vers un abonné mobile.
A chaque changement de zone de localisation d’un abonné, le VLR du MSC auquel est rattaché le mobile doit être mis à jour ainsi que l’enregistrement de cet abonné dans le HI_R. Lorsqu’un appel doit être délivré, c’est le HLR qui est le premier interrogé afin de connaître la dernière localisation connue de l’abonné. 1. 3. 5. Authentication Center (AUC) L’AUC (Authentication Center) est associé à un HLR et sauvegarde une clé d’identification pour chaque abonné mobile enregistré dans ce HIR. Cette clé est utilisée pour fabriquer : Les données nécessaires pour authentifier l’abonné dans le réseau GSM. Une clé de chiffrement de la parole (KC) sur le canal radio entre le mobile et la partie fixe du réseau GSM.
L’AuC est une fonctionnalité généralement intégrée dans le HLR. 1. 3. 6. Equipment Identity Register (ER) Un ÉIR sauvegarde toutes les identités des équipements mobiles utilisés dans un réseau GSM. Cette fonctionnalité peut être intégrée dans le HLR. Chaque poste mobile est enregistré dans l’ElR dans une liste • Liste « blanche » : poste utilisable sans restriction. Liste « grise » : poste sous surveillance traçage d’appels). Liste « noire » : poste volé o actéristiques techniques entités fonctionnelles permettant ? l’opérateur du réseau de contrôler son système. Un OMC-R (OMC- Radio) prend en charge la supervision et le contrôle d’un ensemble de BSC et BTS.
Un OMC- S (OMC-SWitChing) permet de superviser et contrôler un ensemble de MSC/VLR. Au delà des OMC. R et OMC-S, on peut trouver, si l’importance du réseau le justifie, un NMC (Network Management Centre) ui assure l’administration générale centralisée du réseau. Les fonctions suivantes peuvent être spécifiquement identifiées : • Fonctions liées à la gestlon commerciale ou administrative du réseau . • Gestion de la sécurité, • Gestion des performances, • Gestion de la configuration, • Maintenance, gestion des alarmes. Réseau Sémaphore Numéro 7 appliqué au GSM Le mode associé est utilisé entre les BSCs et les MSCs.
Le protocole de signalisation utilisé est BSSAP (Base Station Subsystem Application Part). Le mode quasi-associé s’applique au sous-système réseau (NSS, Network Subsystem). Les MSCs, GMSCs, HLR et EIR sont considérés comme des SPS (Signaling Point) rattachés ? des STPs (Signaling Transfer Point). Les protocoles de signalisation considérés sont ISUP, MAP (Mobile Application part), INAP (Intelligent Network Application part) et CAP (CAMEL Application Part. liaisons numériques à 2Mbit/s qui supportent le trafic ainsi que la signalisation nécessaire. L’interface A est définie à la sortie du MSC et le débit du canal de parole y est égal à 64 kbit/s.
Or, le débit correspondant sur l’interface radio est égal au plus à 16 kbit/s. Une fonction de transcodage (TRAU, Transcoder / Rate Adaptar Unit) pour la arole ou de conversion de débit pour les canaux de données est donc nécessaire. L’interface A permet que ces fonctions soient géographiquement situées près du MSC ou du BSC ; cependant, fonctionnellement, le transcodeur est considéré comme faisant partie du BSS. Le protocole de signalisation sur l’interface A est BSSAP (Base Station Subsystem Application Part) qu’ s’appuie sur un transport SS7. Cette interface est parfaitement spécifiée et permet un réel interfonctionnement entre des MSC et des BSC provenant de différents fournisseurs.
Le BSC et la BTS partagent une interface Abis qui utilise au niveau hysique des liens à 2 Mbit/s. le protocole LAPD (Link Access Protocol for the D channel) du RNIS est utilisé pour le transport de la signalisation. Cette interface devait à l’origine faire l’objet d’une spécification technique très stricte, afin de permettre l’interfonctionnement entre des BTS et des BSC de différents fournisseurs. En pratique, l’ouverture de cette interface s’est heurtée ? la réticence des industriels et au peu d’intérêt des opérateurs mobiles qui préfèrent souvent acheter des solutions clé en main. La station mobile (MS) communi ue avec la BTS par le biais de l’interface radio Um qui ut
