Download - 2-Cours GSM Reseau Et Entites
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Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Le réseau GSMPartie 2.Le réseau
22Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Vue générale
BTS
BSC
BSC
MSC
EIRHLR
VLR
AuC
G-MSC
NMC
RTCP
Réseau GSM d’un autre opérateur
G-MSC
Interface radio
MS (Mobile Station)
PLMN (Public Land Mobile Network)
23Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Réseau dédié aux mobiles (PLMN)
BTS
BSC
BSC
MSC
HLR
VLR
AuC
NMC
EIR
G-MSCVLR
BSS (Base Station Sub-system)Gestion transmission et ressource radio
OSS (Operation Sub-System)Gestion de l’administration du réseau
NSS (Network SwitchingSub-system)Gestion de l’acheminement des appels
OMC-S
OMC-R
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Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Le GSMPartie 2 : Le réseau
I. La station mobile (MS)
25Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
MS (Mobile Station)
MS : ensemble de deux éléments physiques
=> Mobilité personnelle : un abonné = une SIM
+
Terminal(ME: Mobile Equipment)
fournit les capacités radio et logicielles nécessaires à la communicationInutilisable tel quel
Carte à puce(SIM : Subscriber Identity Module)
contient les informations de l'abonné :Identité de l’abonnéCaractéristiques de l’abonnement
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Codage voix• Codage canal• Entrelacement• Générations de bursts
Chiffrement Modulation Amplification
Décodagevoix
• Mise en forme données• Désentrelacement• Décodage canal
Déchiffrement Démodulation
Processeur, horloge, carte mère, bus, …
MS (Mobile Station)
Diagramme d’une Station mobile
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Carte SIMFonction : contient les informations nécessaires au bon fonctionnement du mobile
IdentitésIMSI (International Mobile Suscriber Identity), unique et universelNuméro d’appel MSISDNTMSI (Temporal Mobile Suscriber Identity), temporaire => itinérance(valable uniquement au sein d’un VLR)
SécuritéCode d’accès personnel (PIN)Clés de chiffrement Kc (cryptage) Clés d’authentification Kiles algorithmes associés
Carte SIM ID-1
Carte SIM Plug-in
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IMSI (International Mobile Suscriber Identity)
Numéro d’appel MSISDN (Mobile Station ISDN Number)
Carte SIM
MCC(3 chiffres)
MNC(2 chiffres)
MSIN (10 chiffres max)
CC(2 chiffres)
NDC(3 chiffres)
SN(variable)
[ [ h1 h2 ] [8 chiffres] ]
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Fonctionassure la connexion radioélectrique avec le PLMN
Identification : IMEI (International Mobile Equipment Identity)
Propre au constructeur (alcatel, sagem…)Permet de détecter les terminaux indésirables (volés, non homologués, perturbant le réseau…)
Puissance maximale d’émission GSM 900 : 2 W soit 33 dBm (la majorité, Classe 4)DCS 1800 : 1 W soit 30 dBm (la majorité Classe 1)
Terminal (ME)
Numéro d’homologation
Numéro d’usine
Numéro spécifique
30Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Relation entre puissance et portéePortée variable selon l’environnement (plus faible en milieu urbain)Ordre de grandeur (GSM 900) : 2 W quelques kilomètres
Sensibilité minimale63pW (-102dBm) en GSM 900100pW (-100dBm) en DCS 1800
Contrôle de puissancePossibilité de réduire la puissance d’émission sur demande de réseau (par pas de 2dB)Niveau minimal : 3mW (5dBm) en GSM 900 et 1mW (0dBm) en DCS 1800
Terminal (ME)
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Contrôle de puissance
FonctionFaire varier la puissance d'émission du mobile et de la BTS en cours de communication afin d'utiliser la puissance la plus faible possible sans altérer la qualité de la communication.
PrincipeMesures effectuées au niveau de la MS et des BTS (tous les 60 ms)Selon les mesures, la BTS réduit sa puissance ou réduit la puissance du mobile par pas de ±2 dB (paramétrables).
IntérêtEconomie de batteries (mobiles).Réduction du taux moyen d'interférences sur le réseau (BTS).
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Le GSMPartie 2 : Le réseau
II. Le Sous-système radio (BSS)
33Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Réseau dédié aux mobiles (PLMN)
BTS
BSC
BSC
BSS (Base Station Sub-system)Gestion transmission et ressource radio
MSC
HLR
VLR
G-MSCVLR
NSS (Network SwitchingSub-system)Gestion de l’acheminement des appels
AuC
NMC
EIR
OSS (Operation Sub-System)Gestion de l’administration du réseau
OMC-S
OMC-R
34Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Sous-système radio (BSS)
BTS (Base Transceiver Station)Ensemble d’émetteurs/récepteurs (TRX)
BSC (Base Station Controller)Gère les ressources radio d’un ensemble de BTS
BSC MSC
BTS
Interface radio
MS NNS
Interface Abis
Abis
Abis
Interface A
BSS
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Station de base (BTS)
FonctionGestion de l’émission/réception sur une cellule donnéeallocation des canaux, modulation/démodulation, codage, …Contrôle de la liaison radiomesure la puissance et la qualité des signaux, puis transmet au BSC.
CapacitéVariable selon les zonesInitialement : 16 TrX maximum (+ de 100 communications)
1 TrX 1 paire de fréquences porteuses ( fm ; fd )TDMA ~8 communications simultanées
Pratique : 2 TrX en zone rurale, jusqu’à 6 TrX en zone urbaine
36Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Station de base (BTS)2 Typologies
1. Les BTS normales
37Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Architecture des BTS normales
Emission : dispositifs de couplage superposant les ondes générées par différents TrX (à ≠ fréquences) sur une même antenne
La réception se fait sur la même antenne grâce à des dispositifs de duplexage
Remarque : en pratique d’autres architectures sont possibles, afin de réduire les pertes
TrX 1 TrX 2TX TXRX RX
Coupleur Diviseur
DuplexeurE R
Antenne E / R
Station de base (BTS)
38Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Ajout d’une antenne de réception (diversité spatiale)
Principerecevoir 2 copies différentes du signal émis pour palier le problème des évanouissements.
2 techniques de combinaison (une fois les deux signaux reçus)
SWC (SWitching Combining) : sélection du meilleur signalEGC (Equal Gain Combining) : addition des signaux reçus après remise en phase
=> Gain de diversité de l’ordre de 4 à 5 dB en ville.
Station de base (BTS)
39Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Classification selon la puissance max d’émission
Sensibilité : 40 pW (-104 dBm)
Numéro de classe GSM 900 DCS 1800
1 320 W / 55 dBm 20 W / 43 dBm2 160 W / 52 dBm 10 W / 40 dBm3 80 W / 49 dBm 5 W / 37 dBm4 40 W / 46 dBm 2,5 W / 34 dBm5 20 W / 43 dBm6 10 W / 40 dBm7 5 W / 37 dBm8 2,5 W / 34 dBm
Station de base (BTS)
40Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Station de base (BTS)2. Les Micro-BTS : pour les zones à fortes densités de
trafic. Elles définissent des micro-cellules
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Station de base (BTS)2. Les Micro-BTS : pour les zones à fortes densités de
trafic. Elles définissent des micro-cellules
42Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Station de base (BTS)
Architecture des micro-BTS
On souhaite limiter les antennes dans les zones à forte densité. => Diversité de polarisation
Puissance d’émission plus faible qu’une BTS normale afin de limiter la portée (quelques centaines de mètres)
Sensibilité moins bonne pour équilibrer la liaison dans le sens montant.
=> Gain de diversité d’environ 2,5 dB
43Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Classification des Micro-BTS (puissance max d’émission)
Sensibilité des Micro-BTS
Station de base (BTS)
Numéro de classe GSM 900 DCS 1800
M1 80 mW / 19 dBm 500 mW / 27 dBmM2 30 mW / 14 dBm 160 mW / 22 dBmM3 10 mW / 10 dBm 50 mW / 17 dBm
Numéro de classe GSM 900 DCS 1800
M1 -97 dBm / 0,2 nW -102 dBm / 0,06 nWM2 -92 dBm / 0,6 nW -97 dBm / 0,2 nWM3 -87 dBm / 2 nW -92 dBm / 0,6 nW
44Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Station de base (BTS)
Configurations diverses
1. Configuration standard :
une antenne omnidirectionnelle par cellule (et donc par site)
=> Zones peu denses
Très utilisée au début du GSM, mais de plus en plus rare
45Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Station de base (BTS)
2. Configuration Sectorisée
2 ou 3 BTS donc 2 ou 3 cellules pour couvrir un site
=> Zones très denses
Avantages : Plus de gain dans tous les
azimuts
46Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Station de base (BTS)
3. Configuration « parapluie »
Micro-cellules couvrant les zones d’habitation et de bureaux Une Macro-cellule couvre le reste
Trous entre micro-cellulesAutoroute
=> Zones périphériques
Autoroute
47Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Sous-système radio (BSS)
BTS (Base Transceiver Station)Ensemble d’émetteurs/récepteurs (TrX)
BSC (Base Station Controller)Gère les ressources radio d’un ensemble de BTS
BSC MSC
BTS
Interface radio
MS NNS
Interface Abis
Abis
Abis
Interface A
BSS
48Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Contrôleur de station de base (BSC)
FonctionGestion des ressources radio des BTS associées.
établissement des appels, libération des ressources à la fin des appels…
Gère les fonctions propres aux communications contrôle de puissance gère l’exécution d’un éventuel handover.
Concentre les liaisons vers le centre de commutation mobile (MSC)
CapacitéBSC de faible capacité (peu de BTS)=> minimise les distances BTS-BSC : zones rurales peu peuplées
BSC de forte capacité (beaucoup de BTS)=> zones urbaines à forte densité de trafic
BSC
49Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Contrôleur de station de base (BSC)
Configurations
BSC
BSC BSC
1. En étoile
+ : connexions indépendantes
- : coûts élevés, capacité des liens est sous-exploitée
2. Chaînée
+ : réduction des coûts, optimisation de la capacité des liens- : en cas de problèmes, perte de connexion avec toutes les BTS
50Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Contrôleur de station de base (BSC)
Configurations
BSC
BSC
BSC
3. Hybride
+ : réduction des coûts
4. En boucle
+ : meilleure sécurisation du réseau, possibilité de re-routage en cas de problèmes
Nœud de concentration
51Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Réseau dédié aux mobiles (PLMN)
MSC
HLR
VLR
G-MSCVLR
NSS (Network SwitchingSub-system)Gestion de l’acheminement des appels
BTS
BSC
BSC
AuC
NMC
EIR
BSS (Base Station Sub-system)Gestion transmission et ressource radio
OSS (Operation Sub-System)Gestion de l’administration du réseau
OMC-S
OMC-R
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Le GSMPartie 2 : Le réseau
III. Le Sous-système réseau (NSS)
53Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Sous-système réseau (NSS)
BSC
MSC
Interface A
BSS
BSC
HLR
VLR
HLR : Home Local Registerbase de données qui gère les abonnés d’un plmn
VLR : Visitor Local Registerbase de données qui mémorise les données des abonnés présents dans une certaine zone géographique
MSC : Mobile-services Switching Centergère la commutation des appels
54Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Registre de localisation nominale (HLR)
HLR
Fonction
Base de données qui mémorise les caractéristiques des abonnés :
IMSI (identité internationale)MSISDN (numéro de téléphone)Profil de l’abonnement (services souscrits, …)
Mémorise la localisation de chaque abonné.Le numéro de VLR de la zone géographique où est situé l’abonné
55Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Centre de commutation des mobiles (MSC)
Fonction
Établit les communications entre les MS présents dans sa zone de couverture et un autre MSCGère l’exécution d’un handover si une MS change de zone de couvertureSe charge de dialoguer avec le VLR pour gérer la mobilité des abonnés :
vérification du profil des abonnés visiteurs lors d’un appel, transfert des informations de localisation…
Certains MSC sont spécialisés : G-MSC, SM-MSC
MSC
56Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Registre de localisation des visiteurs (VLR)
Fonction
Mémorise les données d’abonnement des abonnés présents dans une zone géographique
Mêmes données que dans le HLRLe TMSI valable dans la zone couverte par le VLR
Implantation
Dans la norme : séparation matérielle entre VLR et MSC,Plusieurs MSC peuvent etre liés à un seul VLR
En pratique : VLR intégré dans le MSCSimplification des échanges (pour l’établissement des appels)
VLR
57Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Réseau dédié aux mobiles (PLMN)
AuC
NMC
EIR
OSS (Operation Sub-System)Gestion de l’administration du réseau
OMC-S
OMC-R
BTS
BSC
BSC
MSC
HLR
VLR
G-MSCVLR
BSS (Base Station Sub-system)Gestion transmission et ressource radio
NSS (Network SwitchingSub-system)Gestion de l’acheminement des appels
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Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Le GSMPartie 2 : Le réseau
IV. Le Sous-système d’exploitation et de maintenance
(OSS)
59Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Sous-système d’exploitation et de maintenance (OSS)
AuC
NMC
EIR
OMC (Operations and Maintenance Centre)Supervisation locale des équipements
OMC-SOMC-R
MSCBSSNSS
HLR
NMC (Network Management Centre)Administration générale de l’ensemble du réseau
EIR (Equipment IdentityRegister)BdD annexe contenant les IMEI
AuC (Authentification Centre)BdD annexe contenant les informations de sécurité
60Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Registre d’identités des équipements (EIR)
EIR
Fonction
Base de données (BdD) contenant les IMEI.Consultée lors d’une demande de services d’un abonné pour vérifier si un terminal est autorisé sur le réseau.
Cette BdD contient 3 listes :Liste blanche : équipements homologués.Liste grise : équipements perturbant « légèrement » le réseauListe noire : équipements interdits et volés. Possibilité de relever l’IMSI de l’abonné utilisant ce terminal interdit.
61Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Centre d’authentification(AuC)
Fonction
BdD contenant les informations utiles pour la sécurité.une clé (secrète) d’authentification Ki pour chaque abonné, utilisée pour authentifier les demandes de service, et chiffrer les communications.Les algorithmes d’authentification et de chiffrement utilisés sur le réseau.
Implantation
Un Auc est associé à un HLR, généralement couplé dans un seul équipement (securité optimale)
AuC
62Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Centre d’administration du réseau (NMC)
Fonction
Administration générale du réseau
L’administration commerciale (déclaration des abonnés, des terminaux, la facturation).La gestion de la sécurité (intrusion dans le réseau)L’exploitation et la gestion des performances (observation du trafic : qualité, charge…)Le contrôle de la configuration du système (amélioration des logiciels et des systèmes, ajout de nouveaux équipements…)La maintenance (tests des équipements).
63Frédéric Payan - Département R&T - IUT de Nice Côte d'Azur
Centre d’opération et de maintenance (OMC)
Fonction
Supervision locale des équipementsMédiation entre Réseau et NMC.
OMC-R (Radio) : Supervision des données relatives à l’exploitation et la maintenance du BSS : remontée des alarmes, des statistiques…Gère le paramétrage des équipements du BSSContrôle le trafic et la qualité de service
OMC-S (Switch) : Supervision des données relatives à l’exploitation et la maintenance du NSSDétecte et corrige les anomalies