Expos© GSM

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HistoriqueMinistre de lEnseignement Suprieur et de la Recherche ScientifiqueUniversit des Sciences et de la technologie Houari Boumediene (U.S.T.H.B) BAB EZZOUAR, AlgerL'histoire de la tlphonie mobile (numrique) dbute rellement en 1982. En effet, cette date, le Groupe Spcial Mobile, appel GSM2, est cr par la Confrence Europenne des administrations des Postes et Tlcommunications (CEPT) afin d'laborer les normes de communications mobiles pour l'Europe dans la bande de frquences de 890 915 [MHz] pour l'mission partir des stations mobiles et 935 960 [MHZ] pour l'mission partir de stations fixes. Il y eut bien des systmes de mobilophonie analogique (MOB1 et MOB2, arrt en 1999), mais le succs de ce rseau ne fut pas au rendez-vous. En 1990, l'initiative de la Communaut Europenne, le groupe GSM est cr. FTM lance en juillet 1992 le premier rseau GSM en France. En aot 1998, le rseau de FTM tombe en panne victime de son succs. Aujourd'hui un tlphone mobile s'achte dans n'importe quelle grande surface. Mais le march n'est pas pour autant satur: une croissance moyenne de 500 000 nouveaux abonns par mois en fait mme un march ultra porteur; les oprateurs tudient mme la possibilit d'quiper les enfants de 6 ans.

Etude du Rseau Cellulaires

Sommaire mmaire

GSM

Introduction Infrastructure du rseau cellulaire GSM La couche physique ou l'interface radio Les protocoles du rseau GSM La gestion de scurit dans GSM. Conclusion

Ralis par: Mr. Messaoud DOUDOU Mr. Mohamed Amine KAFI Mr. Allal TEBARKAK

2005/2006

Introduction

Infrastructure du rseau cellulaire

Infrastructure du rseau cellulaire GSM

Introduction1. Caractristiques techniquesLes rseaux de type GSM sont des rseaux compltement autonomes. Ils sont interconnectables aux RTCP (Rseaux Terrestres Commuts Publics) et utilisent le format numrique pour la transmission des informations, qu'elles soient de type voix, donnes ou signalisation. Les quipements spcifiques constituant le squelette matriel d'un rseau GSM (BTS, BSC, MSC, VLR et HLR dtaills plus loin) dialoguent entre eux en mettant en oeuvre les mmes principes que ceux utiliss dans le RNIS (Rseau Numrique Intgration de Services) :

Les principales caractristiques de la norme GSM sont donnes dans le tableau suivant : Frquence d'mission du terminal vers la station de base Frquence d'mission de la station de base vers le terminal Bande frquence disponible Mode d'accs Espacement des canaux radio Espacement du duplex Nombre de canaux radio par sens Nombre de canaux de parole plein dbit(slot) Type de transmission Dbit brut d'un canal radio Dbit brut d'un canal de phonie plain dbit Dbit d'un codec plein dbit Type de codage Type de modulation Puissance maximale d'une station de mobile Puissance maximale d'un portatif Rayon maximal d'une cellule Rayon minimal d'une cellule Dbit maximal de transmission de donnes Transfert automatique de cellule Itinrance Carte d'identit d'abonn Authentification Chiffrement de l'interface radio Contrle de la puissance d'mission 890-915 MHz 935-960 MHz 25+25 MHz TDMA/FDMA/ T-FDMA 200 kHz 45 MHz 124 8 Numrique 270 kbit/s 22.8 kbit/s 13 kbit/s RPE-LTP GSMK 8W 2W 30 km 200 m 9600 bit/s Oui Oui Oui Oui Oui Oui

Architecture en couche (couches 1 3 du modle OSI) ; Utilisation des liaisons smaphores (signalisation) ; Caractristiques des liaisons identiques : vitesse codage MIC (Modulation par Impulsion et Codage).

Services / Possibilits / LimitationsBien entendu, la tlphonie est le tlservice le plus important. Elle permet la communication entre deux postes mobiles et entre un mobile et un poste fixe, et ceci travers un nombre quelconque de rseaux. Type d'information Voix Donnes Textes courts Graphique Service offert tlphonie appels d'urgence Messagerie point point transmission de messages courts alphanumriques (max. 140 caractres) tlcopie groupe 3

D'autres services peuvent galement tre rpertoris dans une liste non exhaustive :

Identification de l'appelant ; Renvoi d'appel; Indication d'appel en instance ; Mise en garde d'appels ; Informations de taxations ; Restrictions d'appels : Dpart, Arriv, Dpart internationaux. Messagerie vocale ; Double numrotation, Numrotation abrge ; Transfert d'appel en cours ; Groupe ferm d'usagers ; Rappel sur occupation.

2. Architecture d'un rseau GSMComme on peut le voir sur la figure suivante, un PLMN (Public Land Mobile Network) de type GSM se prsente sous la forme d'une structure hirarchise compose de quatre segments.

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Infrastructure du rseau cellulaire Superviseur du rseau

Infrastructure du rseau cellulaire ncessitent aucune connexion vers les BSC. Idals pour couvrir les zones faible densit ou relief difficile.

TMN NSS

Gestion du routage et de la scurisation

Gestion de la ressource radio

BSSRestitution des donnes

MSStructure hirarchique dans GSM

1. le BSS (Base Station Subsystem) regroupe les quipements assurant toutes lesfonctions de gestion des aspects radio. Ce segment est compos de : 1) La Base Transceiver Station (BTS) ; Ce sous-systme est compos d'un ensemble d'metteurs / rcepteurs. Ce type d'quipement assure l'interface entre les mobiles et les structures fixes spcifiques au GSM. Il se charge :

2) Un BSC (Base Station Controller) : qui est le sous-systme intelligent du BSS (analyse de donnes et prise de dcision pour assurer la continuit de la communication dans la mobilit), cet quipement assure l'interface avec le segment NSS (Network Sub-System) avec lequel il dialogue au travers de liaisons de type MIC (Modulation par Impulsion et Codage). Il assure galement le contrle des BTS qui dpendent de lui. Ses fonctions principales sont :

L'allocation des canaux de communication ; Le traitement des mesures des niveaux d'mission BTS et mobiles ; La concentration de circuits routs vers le MSC ; La gestion des liaisons de communications.

De la gestion du multiplexage temporel (une porteuse est divise en 8 slots) ; Des mesures radio permettant de vrifier la qualit du service (mesures transmises directement au BSC) ; Des oprations de chiffrement ; De la gestion de la liaison de donnes au niveau 2 (donnes de trafic et signalisation) entre les mobiles et les structures fixes BTS (assur par le protocole LAPDm) ; De la gestion des liaisons de trafic et signalisation avec le BSC (assur par le protocole LAPD).

2. NSS (Network SubSystem) : regroupe les sous-systmes qui assurent des fonctionsdu niveau rseau (routage, interconnexion). Les quipements qui constituent ce segment sont : 1) Le Home Location Register (HLR) : Cet quipement intgre la base de donnes nominale d'un PLMN. Il regroupe toutes les informations permettant de localiser et d'identifier tout terminal (sous tension) dont il a la charge. Il s'interface avec l'ensemble des VLR du PLMN et l'EIR. Il assure les fonctions permettant :

Diffrents types de stations de base (BTS) Il existe diffrents types de BTS de puissance variable de manire viter les interfrences entre deux cellules: comme nous le verrons, il est important de rguler la puissance du portable de manire viter ces mmes interfrences. a. Les BTS rayonnantes : faible densit d'abonns (jusqu' 20 kms). b. Les BTS cibls : Elles couvrent des zones de plus forte densit d'abonns et permettent d'mettre suivant un angle trs prcis. c. Les micro BTS : Elles couvrent les microcellules o la densit d'abonns est importante installes dans centres villes d. Les amplificateurs de signal : ne sont pas des BTS. Les amplificateurs de signal captent le signal mis par les BTS, l'amplifient et le remettent. Ils permettent de couvrir une cellule moindre cot. De plus, ces amplificateurs ne 3

La fourniture, sur demande d'un VLR, des informations relatives un abonn dont il a la gestion ; L'acquisition d'informations (sur un abonn) issues d'un VLR, puis la mise jour de la base de donnes qu'il contient ; L'acquisition des informations de chiffrement alloues chaque abonn par l'AUC.

Les informations stockes sont :

L'identit internationale de l'abonn (IMSI) ; Le numro d'annuaire (MSISDN) ; La liste des services autoriss ; Le dernier numro de VLR o l'abonn s'est inscrit.

2) VLR (Visitor Location Register) : Ce sous-systme s'interface avec le HLR, un MSC, d'autres VLR et l'AUC. Il assure des fonctions de base de donnes temporaire contenant les informations relatives aux terminaux prsents et actifs (au moins en veille) dans son secteur de couverture. Il assure les fonctions permettant :

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Infrastructure du rseau cellulaire

Infrastructure du rseau cellulaire

L'acquisition des informations stockes au niveau du HLR lors de l'arrive d'un nouvel abonn dans sa zone de couverture ; La mise jour des informations de localisation contenue dans le HLR aprs contrle de la validit de l'IMEI (International Mobile Equipement Identity) identifiant tout terminal GSM ; L'enregistrement des terminaux de passage ; L'authentification du terminal par contrle du numro IMEI affect chaque combin.

La gestion de la liaison de donnes avec le BTS (protocole LAPDm) ; La surveillance priodique de l'environnement par des sries de mesure sur frquences "balises" stockes sur la carte SIM ; La restitution des donnes vocales ou non (messagerie) destines l'abonn ; Les oprations de chiffrement.RTC

MS

3) Le Mobile-services Switching Center (MSC) Ce sous-systme, que la norme couple un VLR, a une fonction d'interconnexion avec le le RTC (Rseau Tlphonique Commut). Il assure les fonctions permettant :

Liaison radio BTSLiaison MIC

GMSC BSCLiaison MIC

L'interconnexion avec le rseau fixe ; Le routage aprs consultation du VLR associ (profil d'abonnement) ; La gestion de la mobilit pendant une communication.

A bis BTS A bis

MSC A B