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Architecture d'un réseau radio mobile GSM

 

Un réseau GSM est constitué de trois sous-systèmes :

Ainsi, on peut ainsi représenter schématiquement un réseau radiomobile de la manière suivante :

représenter schématiquement un réseau radiomobile

2.1 Mobile Station

La Mobile Station (MS)est composée du Mobile Equipment (le terminal GSM) et du Subscriber Identity Module (SIM), une petite carte douée de mémoire et de microprocesseur, qui sert  à identifier l'abonné indépendamment du terminal employé; il est donc possible de continuer  à recevoir et à émettre des appels et d'utiliser tous ces services simplement grâce à l'insertion de la carte SIM dans un terminal quelconque.

Mobile Equipment

Le Mobile Equipment est identifié (exclusivement) à l'intérieur de n'importe quel réseau GSM par l'International Mobile Equipment Identity (IMEI).

L'IMEI est un numéro à 15 chiffres qui présente la structure suivante: IMEI = TAC / FAC / SNR / sp

Où:

·    TAC = Type Approval Code, déterminé par le corps central du GSM (6 chiffres)

·    FAC = Final Assembly Code, identifie le constructeur (2 chiffres)

·    SNR = Serial Number (6 chiffres)

·    sp = Chiffre supplémentaire de réserve (1 chiffre)

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.

les caractéristiques de ces cinq classes MS

La  puissance  de  la  MS  détermine  la  capacité  de  cette  dernière  de  s'éloigner  des  stations émetteurs/récepteurs (BTS) du réseau tout en continuant d'utiliser le service.

Une particularité de la MS consiste en la capacité de changer la puissance d'émission du signal sur le canal radio de façon dynamique sur 18 niveaux et ceci pour pouvoir conserver à tout instant la puissance  de  transmission  optimale,  en  réduisant  ainsi  les  interférences  entre  canaux,  qui interviennent sur les cellules adjacentes, et les dépenses du terminal. Ces deux derniers aspects sont  potentialisés  par  le  Discontinuous  Transmit  (DTX)  qui  bloque  la  transmission  lorsque l'utilisateur n'est pas en conversation grâce à la fonction Voice Activity Detection (VAD), qui vérifie la présence ou l'absence d'activité vocale. L'augmentation ou la diminution de la puissance du signal est transmise à la MS par la BSS qui fait de façon constante le monitorage de la qualité de la communication.

SIM

La carte SIM contient l'International Mobile Subscriber Identity (IMSI), qui sert  à  identifier l'abonné  dans  n'importe  lequel  des  systèmes  GSM,  et  les  procédures  de  cryptographie  qui sauvegardent le secret de l'information de l'utilisateur ainsi que d'autres données telles que, par

exemple, la mémoire alphanumérique du téléphone et la mémoire relative aux messages de texte

(SMS) et enfin les mots de passe qui empêchent l'utilisation interdite de la carte et l'accès  à d'autres fonctions supplémentaires.

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)

2.1 Le sous-système radio BSS (Base Station Sub-system)

Sa fonction principale est la gestion de l'attribution des  ressources radio, indépendamment des abonnés, de leur identité ou de leur communication. On distingue dans le BSS :

La station de base BTS (Base Transceiver Station)

La Base Transceiver Station contient tous les émetteurs-récepteurs appelés TRX reliés à la cellule et dont la fonction est de transmettre et recevoir des informations sur le canal radio en proposant une interface physique entre la Mobile Station et le BSC. La BTS exerce une série de fonctions décrites ci-après :

Le contrôleur de station de n Controller gère les ressources radio pour une ou plusieurs BTS, à travers le monitorage de la connexion entre la BTS et les MSC (il s'agit de centrales de commutation qui offrent la liaison au réseau fixe ou à d'autres réseaux), et,  aussi, à travers les canaux radio, le codage, le frequency hopping et les handovers. Il permet plus précisément :

2.2 Le sous-système réseau NSS (Network Station Sub-system)

Il assure principalement les fonctions de commutation et de routage. C'est donc lui qui permet l'accès au réseau public RTCP ou RNIS. En plus des fonctions indispensables de commutation, on y retrouve les fonctions de gestion de la mobilité, de la sécurité et de la confidentialité qui sont implantées dans la norme GSM.

Le MSC (Mobile Services Switching Center)

Le Mobile Switching Centre (MSC) est l'élément central du NSS. Il gère grâce aux informations reçues par le HLR et le VLR, la mise en route et la gestion du codage de tous les appels directs et en provenance de différents types de réseau tels que PSTN, ISDN, PLMN et PDN. Il développe aussi la fonctionnalité du gateway face aux autres composants du système et de la gestion des processus de handover, et il assure la commutation des appels en cours entre des BSC différents ou vers un autre MSC.

A l'intérieur de la surface de service on peut retrouver plusieurs MSC et chacun d'entre eux est responsable de la gestion du trafic d'un ou de plusieurs BSS et à partir du moment ou les usagers se déplacent sur toute la surface de couverture, les MSC doivent être capables de gérer un nombre d'utilisateurs variables quant à la typologie et à la quantité et être capables d'assurer à chacun un niveau de service constant.

D'autres fonctions fondamentales du MSC sont décrites ci-après :

et le IMSI et lorsque le mobile se déplace sur l'aire de location contrôlée par un autre MSC, il doit lui attribuer un nouveau TMSI.

1.   La MS se déplace dans une cellule contrôlée toujours par le même MSC; dans ce cas le processus de handover est géré par le même MSC.

2.   La nouvelle  cellule dans laquelle la MS évolue, est sous le contrôle d'un autre MSC; dans le cas présent le processus de handover est effectué par deux MSC sur la base des relevés du signal effectués par les BTS récepteurs de la MS.

Le HLR (Home Location Register)

Lorsqu'un utilisateur souscrit à un nouvel abonnement au réseau GSM, toutes les informations qui concernent son identification sont mémorisées sur le HLR. Il a pour mission de communiquer au VLR quelques données relatives aux abonnés, à partir du moment où  ces derniers se déplacent d'une location area à une autre. A l'intérieur du HLR les abonnés sont identifiés comme suit : MSISDN = CC / NDC / SN

Où :

L'Home Location Register (HLR) est une base de données qui peut être soit unique pour tout le réseau soit distribuée dans le système; il peut ainsi y avoir des MSC privés de HLR, mais connectés à celle d'autres MSC. Dans le cas où il existe plusieurs HLR, chacun d'eux se voit attribuer une aire de numérotation c'est à dire un ensemble de  Mobile Station ISDN Number

(MSISDN). Le MSISDN identifie exclusivement un abonnement d'un téléphone mobile sur le plan de numérotation du réseau public international commuté.

Le HLR, comme toutes les autres bases des données que l'on va examiner par la suite, est inséré dans des stations de travail dont les services (mémoire, processeurs, capacité des disques) peuvent être mis à jour au fur et à mesure de l'augmentation du nombre d'abonnés. Il contient toutes les données relatives aux abonnés et ses informations détaillées :

Les informations de type permanent :

Les informations de type dynamique :

Si l'on veut résumer, les fonctions exercées par le HLR sont :

-     La sécurité : dialogue avec l'AUC et le VLR.

-     L'enregistrement de la position : dialogue avec le VL ue avec le MSC.

-     La gestion des données relatives à l'abonné : dialogue avec l'OMC et le VLR.

Le VLR (Visitor Location Register)

Le Visitor Location Register (VLR) est une base de données qui mémorise de façon temporaire les données concernant tous les abonnés qui appartiennent à la surface géographique qu'elle contrôle. Ces données sont réclamées à l'HLR auquel l'abonné appartient. Généralement pour simplifier les données réclamées et ainsi la structure du système, les constructeurs installent le VLR et le MSC côte à côte, de telle sorte que la surface géographique contrôlée par le MSC et celle contrôlée par le VLR correspondent.

Plus précisément il contient les informations suivantes :

L'AuC (Authentication Center)

Le Centre d'authentification est une fonction du système qui a pour but de vérifier si le service est demandé par un abonné autorisé, et ceci en fournissant soit les codes pour l'authentification que pour le chiffrage.

Le mécanisme d' authentification vérifie la légitimité de la SIM sans transmettre, pour autant, sur le canal radio les informations personnelles de l'abonné, telles le IMSI et la clef de chiffrage dans le but de vérifier si l'abonné qui essaye  d'accéder au service est autorisé et n'est pas abusif; le chiffrage par contre génère quelques codes secrets qui serviront pour cryptographier tous les échanges qui ont lieu sur le canal radio. Les codes d'authentification et de chiffrage sont obtenus par hasard pour chaque abonné grâce à quelques ensembles d'algorithmes définis par le standard et sont mémorisés soit sur l'AUC que sur la SIM.

L'authentification se fait de façon systématique chaque fois que la MS se connecte au réseau et plus précisément dans les cas suivants :

L'AUC peut être installé aussi comme une application différente dans la même station de travail qui contient l'HLR, qui est le seul élément du système avec lequel il est relié et peut échanger, et qui plus est, il ne peut pas être géré de loin pour de raisons de sécurité.

2.3 Le sous-système opérationnel OSS (Operating Sub-System)

Il assure la gestion et la supervision du réseau. C'est la fonction dont l'implémentation est laissée avec le plus de liberté dans la norme GSM. La supervision du réseau intervient à de nombreux niveaux :

Dans les OMC (Operation and Maintenance Center), on distingue l'OMC/R (Radio) qui est relié à toutes les entités du BSS, à travers les BSC, l'OMC/S (System) qui est relié au sous système NSS à travers les MSC. Enfin l'OMC/M (Maintenance) contrôle l'OMC/R et l'OMC/S.

2.4 Les interfaces

L'interface Um

C'est l'interface entre les deux sous systèmes MS et la BTS. On la nomme couramment "interface radio" ou "interface air".

L'interface Abis

C'est  l'interface  entre  les  deux  composants  du  sous  système  BSS  :  la  BTS  (Base  Station

Transceiver) et le BSC (Base Station Controler).

L'interface A

C'est l'interface entre les deux sous systèmes BSS (Base Station Sub System) et le NSS (Network

Sub System).

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Tags: cours, GSM, resaux, communication, transmission, satellite, BSS, modele, numerique, telecommunication, Architecture, réseau radio, mobile GSM

Révisé le :29-Sep-2010 | ©2010 www.technologuepro.com