base gsm

RADIOCOMMUNICATIONS RADIOCOMMUNICATIONS

MOBILESMOBILES

GSMGSM

OBJECTIF DU COURSOBJECTIF DU COURS• A l’issu de ce cours l’étudiant sera capable de comprendre le

fonctionnement d ’un réseau GSM

• Objectifs intermédiaires• L ’étudiant doit être capable de:

– Décrire les performances de la norme GSM: Roaming, Handover, Qualité des communications

– Définir le concept cellulaire et ses caractéristiques– Citer les différentes composantes de l ’architecture d ’un

réseau GSM– Citer les services et les caractéristiques d ’abonnement du

GSM– Traiter les différents types d ’appel – Décrire les procédures d ’accès au réseau GSM– Connaître les caractéristiques des interfaces (A, Ater, Abis,….)

GSM: GGSM: Global lobal SSystemystem forfor MMobileobile communicationscommunications

C’est le standard de Radiotéléphonie Cellulaire développé par l’ETSI

(European Telecommunication Standards Institute).

HISTORIQUE DES RADIO COMMUNICATIONS(1)

• 1876 : Découverte du Téléphone par BELL (Transmission Elect)• 1887 : HERTZ découvre les Ondes Radio• 1897: MARCONI: Premières transmissions Radio (Navire) • 1934 : Police US adopte AM Communication Systems

• WWII: FM Modulation Radio• Années 1940 découverte du CONCEPT CELLULAIRE• 1940-50: Systèmes de diffusion (Radio, TV): Problème de

congestion de fréquences– Emetteurs pour des couvertures de plusieurs dizaines de kilomètre:

• puissants

• Sur des sites élevés

• Premiers systèmes semi-cellulaires: Pas handover, grande cellules, faible capacité,….

• => Génération « O »

HISTORIQUE DES RADIO COMMUNICATIONS(2)

• 1960-70: Augmentation de la demande=>Densification– Utilisation poussée du concept cellulaire– Introduction du handover

• => Système première génération(AMPS, NMT,R2000.)• 1980-90: Evolutions technologiques et demande

exponentielle– => Miniaturisation - Services plus évolués

• => Système Numérique de deuxième génération (GSM 900, GSM 1800, PCS 1900,…..)

• 2000: Service universel: anyone, anywhere, anytime• => Système de troisième génération (UMTS, ….)

NORMES DE RADIOCOMMUNICATION MOBILE

Année NORMES SYSTEME MOBILE TECHNOLOGIE MARKETS 1981 NMT 450 Nordic Mobile Telephony Analogue Europe 1983 AMPS Advanced Mobile Phone System Analogue Amérique

du nord 1985 TACS Total Access Communication System Analogue Europe 1986 NMT 900 Nordic Mobile Telephony Analogue Europe du

nord 1991 GSM Global System Mobile

Communications Digital Europe

Mondiale 1991 D-AMPS Digital-AMPS Digital Amérique

du nord 1992 GSM 1800 Global System Mobile Communication Digital Europe 1994 PDC Personal Digital Cellular Digital Japan 1996 PCS 1900 Personal Communication Services Digital North

America 2000 UMTS Universal Mobile Telecommunications

System Digital Europe

A Mobile Phone could also be…

• Cash/Credit Card• Watch/Calculator• Diary/Address Book• Radio/Personal Stereo• Electronic Games• Camera/Photo Album• Newspaper/Magazine• Keys/ID Badge• Encyclopedia/Dictionary• Translator

Mobile Phone Becomes a Network ComputerMobile Phone Becomes a Network Computer

The Swiss Army knife concept

Chaque pays a sa propre norme Les réseaux sont incompatibles Les petits réseaux demandent des frais d’entretien

plus élevés.

Les réseaux existants sont analogiques Sensibles aux interférences Peu de protection contre l’écoute. Appels coupés Appels sont souvent difficile à obtenir

Beaucoup de réseaux sont saturés

La Mobilophonie avant le GSM

C450

NMT450

NMT900

NMT450/NMT900

TACS/ETACS

Radiocom 2000

Mobilophonie avant le GSM

GSM : Aperçu des objectifsGSM : Aperçu des objectifs

Pan-European Roaming (déplacement) Compatibilité avec la technologie moderne

tel que :( RNIS / PSDN ) Haute qualité dans la transmission Haute capacité de traitement du trafic par la

réutilisation des cellules et des radiocanaux Haute sécurité et fiabilité Grande rentabilité

-Un réseau numérique, avec un systéme de Un réseau numérique, avec un systéme de radiocommunication à structure cellulaireradiocommunication à structure cellulaire :

GSM : les résultats de l’étude

GSMGlobal System for Mobile Communications

SYSTEMES DE 3ème GENERATION

Wireless versus Wired

0

400

800

1200

1600

2000

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005 20

06

2007

2008

2009

2010

lines

(m

illio

n)Mobility

Fixed

After 2005, wireless access will overtake fixed access

1 Billion

Mobile in Africa

0

10 000 000

20 000 000

30 000 000

40 000 000

50 000 000

1 998 1 999 2 000 2 001 2 002 2 003 2 004

0,00%

1,00%

2,00%

3,00%

4,00%

5,00%

6,00%

7,00%

8,00%

number of subscribers

Penetration rate

GSM : la présentation du principe Système de radiocommunication Système de radiocommunication cellulairecellulaire

LES RESEAUX MOBILES

PERFORMANCES DU RESEAU GSM

- EVERGURE MONDIALE

- CONTINUITE DE LA COMMUNICATION (handover)

- DISSOCIATION ABONNEMENTS/MOBILES

- PROTECTION DES ABONNEMENTS

LOCALISATION

LOCALISATION

BANDE DE FREQUENCE GSM 900• UP LINK : MS————> BTS• 890 + 0,2 n < 915

• 124 FREQUENCES• DOWN LINK: BTS————> MS• 935 + 0,2 n < 960• 124 FREQUENCES

• ESPACE DUPLEX: 45 MHz– CANAL RADIO: COUPLE DE FREQUENCES DE 45 MHZ

D ’ECART

• BANDE SPECTRALE: 2 X 25 MHz• PORTEUSES ESPACEES DE 200 KHz

BANDES DE FREQUENCES

SYSTEM GSM 900 E-GSM 900 GSM 1800 GSM 1900

Fréquences Uplink

Dowlink

Bande Spectrale

(Bandwidth)

Espace Duplex

Espace entre porteuses (Carrier separation)

Canal Radio (Radio Channel)

890-915 MHz

935-960 MHz

25 MHz

45 MHz

200 KHz

125

880-915 MHZ

925-960 MHz

35 MHz

45 MHz

200 KHz

175

1710-1785MHz

1805-1880 MHz

75 MHz

95 MHz

200 KHz

375

1850-1910 MHZ

1930- 1990 MHz

60 MHz

80 MHz

200 KHz

300

ANTENNES SECTORIELLES

TRI BIOmni

HANDOVER

PAGING

TYPES DE TRANSMISSIONS

TYPES DESCRIPTION EXEMPLES

SIMPLEX Une seule voie Radio FM, TV

HALF DUPLEX Deux voies alternativement Radio amateur

FULL DUPLEX Deux voies simultanées SystèmeMobile

FDMA

TDMA

COMBINAISON FDMA/TDMA

CDMA

TECHNIQUE DE MULTIPLEXAGE: AMRT• GSM UTILISE COMBINAISON DE MULTIPLEXAGE

NUMERIQUE A REPARTITION DANS LE TEMPS ET EN FREQUENCE

• AMRT => DECOUPAGE DE L ’ESPACE TEMPS EN INTERVALLES REGULIERS

• UNE COMMUNICATION EMPRUNTE PERIODIQUEMENT LE MEME INTERVALLE DE TEMPS (TIME SLOT)

• UNE FREQUENCE PORTEUSE VEHICULE NON PLUS UNE SEULE MAIS PLUSIEURS COMMUNICATIONS REPARTIES DANS LE TEMPS SELON UNE STRUCTURE DE TRAMES

• => SYNCHRONISATION EN EMISSION ET EN RECEPTION DES MOBILES EMPRUNTANT LA MEME TRAME

• LA TRAME AMRT (TDMA) DU GSM DURE 4,6ms ET COMPORTE 8 TS DE 577 µs

• BURST: LE CONTENU D ’UN TS

LE CONCEPTE CELLULAIRE

• C ’EST LA REPARTTION RIGOUREUSE DE FREQUENCES SUR LES ZONES (CELLULES)

• COUVERTURE RADIO => REPRODUCTION DE L ’ENSEMBLE DES CELLULES (MOTIF CELLULAIRE)

• TECHNIQUE DE REUTILISATION DES FREQUENCES • CELLULES DE TAILLE VARIABLE

– ZONE FAIBLE TRAFIC: GRANDES CELLULES (10-15 Km) DESSERVIES PAR DES ANTENNES OMNIDIRECTIONNELLES

– PLUS LE TRAFIC AUGMENTE PLUS ON MULTIPLIE LE NOMBRE DE CELLULES DE PETITES TAILLES (400 m). ON UTILISE DES ANTENNES SECTORIELLES

Cellular technologiesCellular technologies

micro cellsurban

macro cellsdistricts

internationalsatellite

(offices, business centers)pico cells

Cells : frequency re-use

City centre

Suburbs

Rural

SAUT DE FREQUENCE• LES TRAJETS MULTIPLES ENGENDRES PAR LES

ENVIROMENTS URBANISES ET MONTAGNEUX

• => PHENOMENE D ’INTERFERENCES (FADING DE RAYLEIGH) => EXTINCTION D ’UNE FREQUENCE EN UN POINT

• SOLUTION: SAUT DE FREQUENCE AMRF (ACCES MULTIPLE A REPARTITION EN FREQUENCE)– UNE COMMUNICATION TRANSITERA

SUCCESSIVEMENT PAR PLUSIEURS CANAUX RADIO (FREQUENCES) SELON UNE REPARTION DANS LE TEMPS

– LE SAUT DE FREQUENCE PERMET DE MAINTENIR UNE COMMUNICATION DANS DES CONDITIONS ACCEPTABLES

LES INTERFERENCESSi l'on réduit le diamètre des cellules, la capacité du système s'en trouve augmentée, même si une conséquence de ce choix est la diminution de la distance de réutilisation des fréquences, autrement dit de la distance entre deux cellules du même canal ce qui implique l'augmentation de l'interférence co-canal.

LES INTERFERENCES• UN DES PROBLEMES A RESOUDRE SUR L ’INTERFACE

RADIO EST CELUI DES INTERFERENCES

• INTERFERENCE COCANAL– C ’EST LORSQUE DEUX SIGNAUX SONT TRANSMIS AU

MOBILES ET SE SUPERPOSENT

• DISTANCE DE REUTILISATION DES FREQUENCES

• INTERFERENCE CANAL ADJACENT– C ’EST L ’INTERFERENCE CAUSEE PAR LE CANAL A

COTE• ECART DE FREQUENCE 200 KHz

• INTERFERENCE DU FADING DE RAYLEIG– EVANOUISSEMENT DU SIGNAL DU AUX TRAJETS

MULTIPLES DES ONDES • SAUT DE FREQUENCE, DIVERSITE D ’ESPACE

ETABLISSEMENT RAPIDE DES COMMUNICATIONS

• ETABLISSEMENT D ’1 COM => ECHANGE DE SIGNALISATION ENTRE COMMUTATEURS

• LES TACHES DE GESTION DE LA SIGNALISATION SONT DISSOCIEES DES TACHES DE GESTION DES APPELS => TRAITEMENT SIMULTANE DES DEUX PROCEDURES AVEC L ’UTILISATION D ’UN RÉSEAU DEDIE A LA SIGNALISATION (SEMAPHORE)

• RÉSEAU GMS RATTACHE AU RTCP ET AU RÉSEAU SEMAPHORE

• LA LOCALISATION DES MOBILES DU GSM EST CENTRALISEE DANS UNE BASES DE DONNES ACCESSIBLE EN CODE 7

• ARCHITECTURE D ’UN RÉSEAU GSMARCHITECTURE D ’UN RÉSEAU GSM• LE RESEAU GSM EST COMPOSE D ’ENTITES

FONCTIONNELLLES REGROUPEES EN SOUS SYSTEMES

• LE SOUS-SYSTEME RADIO BSS (Base Station Sub-system) – Assure les transmissions radioélectriques et gère les ressources radio

• LE SOUS-SYSTEME RESEAU NSS (Network Sub-System)– comprend l ’ensembles des fonctions nécessaires à l’établissement des appels et à la

mobilité

• LE SOUS-SYSTEME EXPLOITATION ET MAINTENANCE OSS (Operation Sub-System)– Permet à l ’exploitant d ’administrer le réseau

– OMC-S (Operation and Maintenance Center- Switching)– OMC-R (Operation and Maintenance Center- Radio)

•

ARCHITECTURE RESEAUX GSMARCHITECTURE RESEAUX GSMGSM : les entités RSS /SSS

BTS

BTS

BTS

BTSBTS

BTSBTS

BTS

BSC BSC BSC

MSCMSC

PSTN PSTN : Public Switched Telephone NetworkMSC : Mobile Switching CenterBSC : Base Station ControllerBTS : Base Tranceiver Station

BSS

NSS

GSM : basic terms

BSS - Base Station SystemConsists of one BSC and several BTSs.

BSC - Base Station ControllerControls BTSs

BTS - Base Tranceiver StationHandles radio traffic towards and from the MSs

MS - Mobile StationFor example, a hand-held cellular phone

SIM - Subscriber Identity Module A smart card identifing a mobile subscriber

GSM : basic terms (2)PLMN - Public Land Mobile Network

A GSM network of a network operator MSC - Mobile service Switching Centre

Provides connections from GSM to other network HLR - Home Location Register

Contains information of all the subscribers of the network operator

VLR - Visitor Location Register Contains information of all the roaming subscribers currently in

MSC's area. 'Roaming' is using MS elsewhere that its 'home' MSC area

AUC - AUthentification Center

EIR - Equipment Identification Register

OMC- Operation and Maintenance Center NMC - Network Management Center

GSM architecture

PSTN

OMC-R

OMC-S

Operationssystem

HLR/AC EIR

MSC/VLR

Autre MSC Centre VMS, SMS

Autres Réseaux

BSC/TRAUBTS

BTS

Radio Cell

BSC/TRAU

MS

MS

Base SubSystem (BSS)

PRESENTATION D’UN RESEAU GSM

O&M SubSystem (OMS)

Network SubSystem (NSS)

ARCHITECTURE BSSARCHITECTURE BSSLA MSLA MS

• LA MS ASSURE LES FONCTIONS DE:

• PROTECTION DE L ’ABONNEMENT (SRES)• MESURE DE SIGNAUX (POUR LE CONTRÔLE DE

PUISSANCE ET LE HANDOVER)• CONVERSION ANALOGIQUE NUMERIQUE DE LA PAROLE

• CODAGE / DECODAGE DES SIGNAUX NUMERIQUE

• ENTRELACEMENT• CHIFFREMENT/DECHIFFREMENT• SAUTS DE FREQUENCE (AMRF)• MUTIPLEXAGE A REPARTION DANS LE TEMPS (AMRT)• INSERTION ET PRELEVEMENT DES BURSTS DE LA

COMMUNICATION SUR LA TRAMES TDMA

– LA SYNCHRONISATION DES MOBILESLA SYNCHRONISATION DES MOBILES– TIMING ADVANCETIMING ADVANCE

• TIMING ADVANCE (COMPENSATION DU TEMPS DE PROPAGATION): POUR RECEVOIR CORRECTEMENT LE BURST EMIS PAR LA MS DANS LA PLAGE DU TS QUI LUI EST IMPARTI IL EST NECESSAIRE DE LUI COMMANDER D ’EMETTRE AVEC PLUS OU MOINS D ’AVANCE

– Les différents utilisateurs d ’un système cellulaire sont à des distances variables de la BTS et endurent des délais de propagation variables. Dans le contexte de la TDMA, il faut veiller à ce que deux mobiles qui utilisent deux slots consécutifs n ’envoient pas des bursts qui se chevauchent au niveau de la BTS

– Solution: Le mobile éloigné doit avancer l ’émission de chacun de ses slots d ’une durée σ par rapport à l ’instant nominal de début de slot

ARCHITECTURE BSSARCHITECTURE BSSDESCRIPTION DE LA BTSDESCRIPTION DE LA BTS

• SYSTEME DE COUPLAGE– DUPLEXEUR: sépare les voies montantes des voies descendantes

– COUPLEUR: superpose les signaux des différents TX sur un même conducteur

– D ’UNE OU PLUSIEURS ANTENNES

• UNE OU PLUSIEURS TRX– Composé de deux parties

• DRX Radio: Avec les Modules Récepteur (RX) , Emetteur (TX), Référence Fref (Oscillateurs locaux)

• DRX Logique: Avec les modules AMNU (Traitement TDMA), SPU (Processeur radio), BDT( Base de temps)

• FONCTION DE BASE COMMUNE BCF– Concentration de signalisation (Carte DSC)

– Gestion des Mic (Carte PCMI)

– Synchronisation (Carte Sync)

– Collecte des alarmes (carte ALCO)

CONFIGURATION DES BTS• LA CONFIGURATION GENERALE D ’UNE

BTS EST: • Ox: BTS Omnidirectionnelle d ’une seul baie et de x TRX

• Sxy: BTS Bisectorielle (2 secteurs) ayant respectivement x TRX et y TRX

• Sxyz: BTS trisectorielle (3 secteurs) ayant respectivement x TRX, y TRX, et z TRX

• EXEMPLE:– O2: BTS omnidirectionnelle d ’une baie et de 2RTX

– 2S444: BTS Trisectorielle composée de 2 baies, 3 secteurs ayant chacun 4TRX

– 3 S888 (maxi), O1(mini)

ARCHITECTURE BSSARCHITECTURE BSSLA BSCLA BSC

• Assure le lien entre les sites radio composés des BTS et le sous système réseau NSS. C ’est l ’organe intelligent de la BSS

• En zone urbaine, le BSC est installé dans les locaux qui abrite le MSC

• En Zone rurale le BSC est situé entre le MSC et les BTS (économie des liaisons Mic)

• Un BSC peut gérer plusieurs BTS (1 à 150) et plusieurs BSC peuvent être raccorder à un MSC (Mobile Switching Center)

• FONCTIONS DU BSC:– Gestion des BTS: supervision des BTS,reconfiguration des BTS (mise à jour

des paramètres, allocation et gestion des ressources radio)

– Concentration des liaisons numériques

– Transcodage de la parole de 13 à 64 Kbit/s (par le TCU ou TRAU)

– Traitement des communications

– Procédures de maintien des communications (traitement des mesures, contrôle de puissance d ’émission du mobile et/ou de la BTS, l ’exécution du handover)

– La mémorisation des configurations et des logiciels du BSS et leur distribution

– La défense : détection des pannes ou anomalies, l ’isolement d ’équipements défectueux, la reconfiguration et la mise en œuvre d ’équipements redondants

TRANSCODAGE DE LA PAROLE • Sur l ’interface radio, la voie est codée sur 13 kbit/s, le réseau fixe

gère des circuits de parole à 64 kbit/s. Il faut donc réaliser dans le réseau le transcodage 13 kbit/s-64 kbit/s. Les éléments supportant cette fonction sont appelés transcodeur (TCU) ou TRAU (Transcoder/ Rate Adaptor Unit). La norme GSM n ’impose pas d ’implanter les transcodeurs en un endroit particulier mais les place forcément dans la BSS. Il est donc logique de transcoder le plus tard possible, c ’est à dire le plus près possible du MSC pour économiser les circuits de parole.

• Les transcodeurs sont en général placés physiquement à côté du MSC mais font fonctionnellement partie du BSC.

• Quatre communications codées à 13 kbit/s peuvent être transportées sur une voie MIC à 64 kbit/s. En réalité, le débit de 13 kbit/s est complété par des bits de bourrage pour obtenir le 16 kbit/s. Quatre voies à 16 Kbit/s sont multiplexées ensemble.

ARCHITECTURE BSSLIENS BTS- BSC

• SELON LE TYPE DE CONSTRUCTEUR UNE BSC PEUT GERER JUSQU ’A 150 BTS

• LES BTS SONT CONNECTEES A LEUR CONTROLER BSC PAR DES LIAISONS MIC SUIVANTS LES CONFIGURATIONS:

• EN ETOILE (STAR CONNECTION)

– 1 MIC POUR CHAQUE LIAISON

• EN CHAINE (CHAIN CONNECTION OU SINGLE MULTI-DROP)

– 1 MIC PARTAGE PAR PLUSIEURS BTS

• EN BOUCLE (LOOP CONNECTION OU FULL MULTI-DROP)

– PERMET DE SECURISER LES CONNEXIONS BTS - BSC ET DE REDUIRE LE NOMBRE DE MIC SUR L ’INTERFACE A BIS.

– UN MIC EN FAUTE N ’ISOLE PAS LA BTS

• ARCHITECTURE DU NSSARCHITECTURE DU NSS

• Le sous-système réseau NSS regroupe toutes les fonctions de commutation et de routage.

• Le GSM suppose préalablement à l'établissement d'une communication vers un mobile, de déterminer le routage à effectuer en fonction de la localisation du mobile.

• Le centre de commutation de services mobiles MSC (Mobile Services Switching Center) assure les fonctions de commutation

• Les données de références propres à chaque abonné, sont enregistrées dans une base de données répartie sur des enregistreurs de localisations nominaux HLR (Home Location Register).

• Afin de minimiser les accès aux HLR ,le MSC utilise un enregistreur de localisation temporaire VLR (Visitor Location Register) qui contient les données de travail relatives aux abonnés présents (visiteurs) dans la zone d'influence du MSC.

• Les fonctions de sécurité et de contrôle d'accès au réseau sont assurées par le centre d'authentification AUC (Authentication, Center) et l'enregistreur des identités des équipements EIR (Equipment Identity Register).

• Centre de commutation des services mobiles MSCCentre de commutation des services mobiles MSC• Le MSC constitue l'interface entre les réseaux PSTN et

PLMN ; il constitue le central de commutation téléphonique, pour le trafic émanant ou aboutissant au mobile. Chaque MSC fournit les services aux mobiles se trouvant à l'intérieur de sa zone de couverture.

• Le MSC dirige les procédures d'établissement et d'acheminement des communications, mais aussi la traduction des numéros, l’affectation des lignes de départ, l ’établissement du chemin du circuit.

• Le MSC recueille les informations pour facturer les communications, les enregistre et les transmet au centre de facturation. Le MSC établit aussi des statistiques de trafic pour la gestion de performance.

• Centre de commutation des services mobiles MSCCentre de commutation des services mobiles MSC

• En plus des fonctions de contrôle de communication assurées par commutateur de réseau terrestre, le MSC assure d'autres fonctions propres à l'environnement mobile. Le MSC assure aussi les procédures de sécurité servant à contrôler l'accès aux voies radio. Ces procédures comprennent la validation de l'identité du MS et le cryptage des données transmises sur la voie radio.

• Le MSC assure les procédures d'établissement de communication, il dirige les procédures d'enregistrement de positions et les procédures de transfert, à l'exception des transferts à l'intérieur du BSS.

• Grâce à l'enregistrement des positions, les MS peuvent faire connaître les changements de position dans leur zone, de manière à permettre au MSC de basculer automatiquement la communication dans la zone de localisation du MS.

L ’enregistreur de localisations nominal HLR (Home Location Register).

• Le registre HLR est la base de données de référence des abonnés. Divers numéros d'identification et diverses adresses sont mémorisées, en même temps que des paramètres d ' authentification, des informations sur les abonnements au service, et des informations spéciales concernent l'acheminement.

• Il tient à jour l'état des abonnés, notamment le numéro temporaire d'identification d'un abonné hors secteur, et le VLR correspondant dans ce cas.

L ’enregistreur de localisations nominal HLR (Home Location Register).

• Le HLR contient la base de données principale de tous les abonnés à un réseau GSM PLMN. Les données qu'il contient peuvent être appelées à distance par tous les MSC et les VLR dans le réseau; bien que le réseau puisse contenir plusieurs registre HLR, il y a un seul enregistrement par abonné dans la base de données. Chaque registre HLR gère donc seulement une partie de la base de données totale concernant les abonnés.

• Les données concernant un abonné sont appelées par le numéro IMSI

• Les données mémorisées dans le registre HLR contiennent les services de base et les services complémentaires qu'un abonné particulier peut utiliser.

LE REGISTRE DES POSITIONS VISITEES VLR

• Le registre VLR contient une copie de la plupart des données mémorisées dans le registre HLR. Mais ce registre contient des informations temporaires qui n' existent que pendant qu'un abonné particulier se déplace dans la zone contrôlée par le VLR.

• Les cellules dans le réseau PLMN sont regroupées par zone géographique, et un numéro LAI (identification de position ou d'emplacement) est affecté à chacune. Chaque VLR contrôle un certain nombre de LAI. Lorsqu'un abonné mobile se déplace d'un LAI à un autre, sa position actuelle est automatiquement mise à jour dans le VLR.

LE REGISTRE DES POSITIONS VISITEES VLR

• Si les LAI anciens et nouveaux sont contrôlés par deux VLR différents, l'information sur le VLR ancien est supprimée et une nouvelle information est crée dans le nouveau registre VLR, en copiant les données de base à partir des informations dans le registre HLR. L ' adresse actuelle VLR de l'abonné, mémorisée dans le registre HLR, est aussi mise à jour, pour disposer des informations nécessaires afin de d'assurer les communications vers des mobiles en déplacement.

Le Registre d'Identité des Le Registre d'Identité des Equipements -EIREquipements -EIR

• Le registre EIR est une base de données centralisée pour valider les numéros IMEI (Identité d'Equipement de la Station Mobile Internationale ). Cette base de données ne concerne que les équipements MS provenant de l ’opérateur et non l ’ensemble des équipements dans le réseau.

• La base de données EIR comprend une liste des numéros IMEI, organisée de la manière suivante :

• LISTE BLANCHE: elle contient les numéros IMEI qui ont été affectés à des stations mobiles autorisées

• LISTE NOIRE: elle contient les numéros IMEI des mobiles qui ont été signalés comme étant volés

Le Registre d'Identité des Equipements -EIR

• La base de données EIR peut être interrogée à distance par le MSC dans le réseau, et elle peut être aussi interrogée par un MSC d ’un réseau PLMN différent.

• Comme dans le cas du registre HLR, un réseau peut contenir plusieurs EIR, chaque EIR contrôlant certains blocs de numéros IMEI.

• Le MSC dispose d'une fonction de traduction qui, pour un numéro donné IMEI, renvoie l'adresse du EIR contrôlant la section appropriée de la base de données des équipements.

Centre d'Authentification -AUCCentre d'Authentification -AUC• Le registre HLR est aussi chargé d'authentifier l'abonné,

chaque fois qu'il émet ou reçoit une communication.

• Le Centre d'Authentification AUC qui assure réellement cette fonction. C ’est une entité GSM distincte qui sera souvent incorporée physiquement avec le registre HLR. Comme il s'agit d'une entité distincte, elle utilisera un équipement distinct de traitement pour les fonctions AUC de la base de données.

• Fondamentalement le centre AUC gère toutes les mesures de sécurité concernant l'abonné. Par exemple, pour avoir accès au système, le mobile doit fournir la réponse signée correcte (SRES) en réponse à un numéro aléatoire (RAND) généré par le centre AUC

LA CARTE LA CARTE SIMSIM ET LE ET LE TERMINALTERMINAL

= CARTE SIM +

Equipement (IMEI)IMEI: International Mobile Equipement Identity

Carte SIM contient:- Info permanentes non modifiables: IMSI, Ki,…..- Info permanentes modifiables : répertoire, messages courts,…...- Info temporaires: zone de localisation LAI, liste de fréquences,……..

IMSI: International Mobile Subscriber IdentityIMSI: International Mobile Subscriber Identity SIM: Subscriber Identity ModuleSIM: Subscriber Identity ModuleKi: clé d ’authentificationKi: clé d ’authentification IMEI: International Mobile Equipement IdentityIMEI: International Mobile Equipement IdentityLAI: Location Area IdentificationLAI: Location Area Identification

SIM: Subscriber Identity Module

ETATS DE LA MSETATS DE LA MS

• IDLE: MS EST ONON MAIS PAS D ’APPEL

• ACTIVE: MS EST ONON ET UN APPEL EN COURS

• DETACHED: MS EST OFF OFF

ETATS DU MOBILE

. Mobile Station

ME + SIM = MS

La Mobile Station est composée du Mobile Equipment(le terminal GSM) et du Subscriber Identity Module(SIM), une petite carte douée de mémoire et demicroprocesseur, qui sert à identifier l'abonnéindépendamment du terminal employé; il est doncpossible de continuer à recevoir et à émettre desappels et d'utiliser tous ces services simplement grâceà l'insertion de la carte SIM dans un terminalquelconque.

Mobile Equipment• Le Mobile Equipment est identifié (exclusivement) à l'intérieur

de n'importe quel réseau GSM par l'International Mobile Equipment Identity (IMEI).

• C’est un numéro propre à chaque MS. Il sert à l’identification d’un Mobile.Il peut aussi servir à retrouver un mobile volé. Il est

enregistré au niveau de l’EIR.• L'IMEI est un numéro à 15 chiffres qui présente la structure

suivante:

• IMEI = TAC / FAC / SNR / sp

• Où:– TAC = Type Approval Code, (6 chiffres)

FAC = Final Assembly Code, identifie le constructeur (2 chiffres)SNR = Serial Number (6 chiffres)sp = Spare bit :Chiffre supplémentaire de réserve (1 chiffre)

Mobile Equipment

• Les terminaux GSM sont divisés en cinq classes en fonction de leur puissance maximale de transmission sur le canal radio, qui varie entre un maximum de 20 Watt et un minimum de 0.8 Watt. Le tableau suivant résume les caractéristiques de ces cinq classes.

– CLASSECLASSE PUISSANCE MAXIMALEPUISSANCE MAXIMALE– 1 20 – 2 8– 3 5– 4 2– 5 0.8

LA CARTE SIMLA CARTE SIM• La carte SIM n’est pas liée à un terminal . Elle peut être

utilisée sur n’importe quel terminal répondant aux normes du GSM.

• La carte SIM contient l'l'International Mobile Subscriber International Mobile Subscriber IdentityIdentity (IMSI): – qui sert à identifier l'abonné dans n'importe lequel des systèmes GSM, – mais aussi pour les procédures de cryptographie qui sauvegardent le

secret de l'information de l'utilisateur – La carte contient d'autres données telles que, la mémoire

alphanumérique (agenda) du téléphone et la mémoire relative aux messages de texte (SMS)

– elle contient les mots de passe qui empêchent l'utilisation interdite de la carte et l'accès à d'autres fonctions supplémentaires.

LA CARTE SIMLA CARTE SIM• L’IMSI est un numéro de 15 chiffres . Il est associé à un numéro

d’appel du MS qui est son numéro téléphonique.

• Ce numéro IMSI comporte une partie dédicacée au pays et une partie dédicacée au réseau.

• L'IMSI présente la structure suivante: MCC / MNC / MSIN

• Où:MCC = Mobile Country Code (2 ou 3 chiffres, pour la France 33)MNC = Mobile Network Code (2 chiffres, en France 06)MSIN = Mobile Station Identification Number (maximum 10 chiffres)

• RQ: L ’usage de la carte SIM est protégé par un code personnel d ’identité (PIN). En cas de perte du MS équipé de la carte SIM, on utilise l’IMSI pour bloquer l’abonnement du client.

Enregistrement d’une MS

Une MS une fois dans le réseau a besoin de s’enregistrer. C’est leLocation update

Ceci permet au réseau de faire une mise à jour. Pour s’enregistrer,la MS tape un code PIN (Personnal Identification Number) qui est uncode à quatre chiffres . Ce code n’est répétitive que trois fois s’il estfaux. Au delà, la carte est bloquée par le Système. Le déblocage est possible par un code à huit chiffres qui est lecode PUK. A noter donc que l’enregistrement est une fonction de laMS

TERMES CLES

MODE TERMES DSECRIPTIONIDLE

ACTIVE

REGISTRATIONEnregistrement

ROAMING

INTERNATIONALROAMNG

LOCATIONUPDATE

Mise à jour delocalisation

PAGING

HANDOVER

Processus lorsque la MS informe le réseau qu’elle estattachée

Lorsque la MS est en mouvement dans le réseau en modeIdle

Lorsque la MS est en mouvement dans un réseau d’unautre pays. Cela suppose un accord préalable entreopérateurs et souscription à ce service

La MS en mouvement dans le réseau doit informer cedernier lorsqu’elle entre dans une nouvelle zone deLocalisation LA

C’est le processus de recherche du mobile par le réseau.Ce dernier envoie un message de diffusion à l’ensembledes mobiles contenant l’identité de la MS recherchée

C’est le processus de contrôle de l’appel lorsque la MS esten communication en changeant de celluleLa communication est maintenue alors qu’on a changé deressources pour la MS

PROTECTION DES ABONNEMENTS: L ’AUTHENTIFICATION

• SENSIBILITE DES SYSTEMES SANS FIL AUX AGRESSIONS EXTERNES => PUISSANTS MECANISMES D ’AUTHENTIFICATION DES ABONNEMENTS

• A CHAQUE REQUET LA MS EST AUTHENTIFIEE A L ’AIDE D ’UNE SIGNATURE

• SRES (Signed Response) EST CALCULEE COTE RÉSEAU ET DANS LA MS A PARTIR DE:

• DONNEES CONSTANTES: Ki, ALGORITHME DE CALCUL A3, STOCKES COTE RÉSEAU AU SUR LA CARTE SIM

• D ’UNE DONNEES ALEATOIRE RAND (RANDom number) DETERNINEE COTE RÉSEAU ET TRANSMISE A LA MS

• L ’AUTHENTIFICATION EST ASSUREE DANS LE RÉSEAU PAR COMPARAISON DES SRES CALCULES

AUTHENTIFICATION

PROTECTION DE LA TRANSMISSION RADIO:LE CHIFFREMENT

• CHAQUE COMMUNICATION FAIT L ’OBJET D ’UNE PROTECTION CONTRE LES ECOUTES SUR LE SEGMENT RADIOELECTRIQUE (INTERFACE RADIO)

• APRES AUTHENTIFICATION => CHIFFREMENT/DECHIFREMENT DU SIGNAL

• LES DIFFÉRENTES COMBINAISONS DE CHIFFREMENT SONT FONCTION DE LA CLE DE CHIFFREMENT Kc (ciphering Kev) ET DE L ’ALGORIHME DE CHIFFREMENT A5

– Kc déterminée à partir de :• données constantes Ki, algorithme de Calcul A8 stockées sur SIM et réseau

• donnée RAND utilisée lors de l ’authentification

• RAND, SRES ET Kc CONSTITUENT UN ENSEMBLE APPELE TRIPLET

TRANSFERT SMS

TRANSFERT SMS

CANAUX LOGIQUES

MULTILEXAGE DES CANAUX

SLOT

HANDOVER

1998 1999 2000 2001 2002 2003

Mobile Mobile UsersUsers

Internet Internet UsersUsers

Mobile Mobile Internet UsersInternet Users

Mobility and Internet similar growthMobile data penetration to increase

from 2% in 98 to 20% in 2003

Mobile Data PenetrationMobile Data Penetration

% Data Subs. 2% % Data Subs. 2% 3% 3% 5% 8% 5% 8% 12% 12% 20% 20%

GPRS

Cellule4.jpg