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Architecture GSM, GPRS et UMTS Cette partie décrit le fonctionnement des trois

Architecture GSM, GPRS et UMTS Cette partie décrit le fonctionnement des trois architectures réseaux et montre que l’évolution des réseaux GSM vers I'UMTS correspond à une stratégie orientée services. Sommaire 1 Infrastructure d'un réseau GSM 1.1 Présentation de l'infrastructure d'un réseau 1.2 Les équipements d'un réseau GSM 1.3 Architecture matérielle du sous-système radio BSS 1.4 Architecture matérielle du sous-système fixe NSS 1.5 Sous système d'exploitation et de maintenance OSS 1.6 Présentation des interfaces 1.7 Architecture réseau en couches (module OSI) 1.8 La station mobile de l'utilisateur final 1.9 Architecture du RNIS 1.10 Conclusion sur le réseau GSM 2 Infrastructure d'un réseau GPRS 2.1 Présentation de l'infrastructure d'un réseau 2.2 Les équipements d'un réseau GPRS 2.3 Les équipements GSM utilisés 2.4 Les interfaces réseau GPRS 2.5 L'acheminement en mode paquet 2.6 Les apports du réseau GPRS 2.7 La gestion de l'itinérance 2.8 La gestion des sessions 2.9 Conclusion sur les réseaux GPRS Architecture GSM, GPRS et UMTS 1 3 Infrastructure d'un réseau UMTS 3.1 Présentation de ('infrastructure d'un réseau 3.2 Les équipements d'un réseau 3.3 Utilisation des architectures réseaux existantes 3.4 Les apports du réseau UMTS 3.5 Migration vers le tout IP 3.6 Partage des infrastructures UMTS 3.7 Conclusion sur le réseau UMTS 1 Infrastructure d'un réseau GSM 1.1 Présentation de l'infrastructure d'un réseau Le réseau GSM a pour premier rôle de permettre des communications entre abonnes mobiles (GSM) et abonnes du réseau téléphonique commute (RTC – réseau fixe). Le réseau GSM s'interface avec le réseau RTC et comprend des commutateurs. Le réseau GSM se distingue par un accès spécifique : la liaison radio. Le réseau GSM est compose de trois sous-ensembles : • Le sous-système radio – BSS Base Station Sub-system assure et gère les transmissions radios • Le sous-système d'acheminement – NSS Network Sub System (on parle aussi de SMSS (Switching and Management Sub-System pour sous-système d'acheminement).Le NSS comprend l'ensemble des fonctions nécessaires pour appels et gestion de la mobilité. • Le sous-système d'exploitation et de maintenance – OSS OperationSub-System) qui permet à l'opérateur d'exploiter son réseau. Architecture GSM, GPRS et UMTS 2 La mise en place d'un réseau GSM (en mode circuit) va permettre à un opérateur de proposer des services de type « Voix » à ses clients en donnant accès à la mobilité tout en conservant un interfaçage avec le réseau fixe RTC existant. 1.2 Les équipements d'un réseau GSM - BTS : Base Transceiver Station (Station de base) assure la réception les appels entrant et sortant des équipements mobiles. - BSC : Base Station Controller (Contrôleur station de base) assure le contrôle des stations de bases. - MSC : Mobile Switching Centre (Centre de commutation de mobile) assure la commutation dans le réseau - HLR : Home Location Register (Enregistrement de localisation normale). Base de données assurant le stockage des informations sur l'identité et la localisation des abonnées. - AUC : Authentification Center (centre d’authentification). Assure l’authentification des terminaux du réseau - VLR Visitor Location Register (Enregistrement de localisation pour visiteur). Base de données assurant le stockage des informations sur l'identité et la localisation des visiteurs du réseau. 1.3 Architecture matérielle du sous-système radio BSS Architecture GSM, GPRS et UMTS 3 Le BSS comprend les BTS qui sont des émetteurs-récepteurs ayant un minimum d'intelligence et les BSC qui contrôlent un ensemble de BTS et permettent une première concentration des circuits. 1.3.1 Fonctions de la BTS La BTS est un ensemble d'émetteurs-récepteurs appelés TRX. Elle a pour fonction la gestion : - des transmissions radios (modulation, démodulation, égalisation, codage et correcteur d'erreurs). - de la couche physique des réseaux. - de la couche liaison de données pour l'échange de signalisation entre les mobiles et l'infrastructure réseau de l'opérateur. - de la liaison de données avec le BSC L'exploitation des données recueillies par la BTS est réalisée par le BSC. La capacité maximale d'une BTS est de 16 porteuses (limite technique rarement atteinte pour des raisons de fiabilité). Ainsi une BTS peut gérer au maximum une centaine de communications simultanées. On distingue deux types de BTS : • Les BTS dites « normales » • Les micro-BTS On distingue différentes classes de BTS normales et micro, en fonction de la nature du réseau (GSM 900 ou DCS 1800) et de la puissance recherchée (exprimée en W). Les BTS normales sont les stations de base classiques utilisées dans les systèmes cellulaires avec des équipements complémentaires installes dans des locaux techniques et des antennes sur les toits. Les micro-BTS sont utilisées pour couvrir les zones urbaines denses avec des microcellules. II s'agit d'équipements de faible taille, de faible coût qui permettent de mieux couvrir un réseau dense comme le quartier d'une ville à forte densité de population. Le rayon d'une cellule varie entre 200m en milieu urbain et 30 km en milieu rural. Une cellule est au minimum couverte par la triangulation de trois BTS. L'exploitation de la BTS se fait soit en local soit par télécommande au travers de son contrôleur de station (BSC). 1. 3.2Fonctions du BSC Architecture GSM, GPRS et UMTS 4 Le BSC est l'organe intelligent du sous-système radio. Le contrôleur de stations de base gère une ou plusieurs stations et remplit différentes fonctions de communication et d'exploitation. Pour le trafic abonné venant des BTS, le BSC jour un rôle de concentrateur. II a un rôle de relais pour les alarmes et les statistiques émanant des BTS vers le centre d'exploitation et de maintenance Pour le trafic issu du concentrateur, le BSC joue le rôle d'aiguilleur vers la station de base destinataire. Le BSC est une banque de données pour les versions logicielles et les données de configuration téléchargées par l'opérateur sur les BTS. Le BSC pilote enfin les transferts entre deux cellules ; il avise d'une part la nouvelle BTS qui va prendre en charge l'abonne « mobile » tout en informant le back end system – ici le HLR – de la nouvelle localisation de l'abonné. Les BTS sont « contactées » par le centre de maintenance et d'exploitation par le biais des BSC qui jouent ce rôle de relais. 1.4 Architecture matérielle du sous-système fixe NSS Le NSS comprend des bases de données et des commutateurs. 1.4.1 Fonctions du HLR Le HLR est une base de données de localisation et de caractéristiques des abonnes. Un réseau peut posséder plusieurs HLR selon des critères de capacité de machines, de fiabilité et d'exploitation. Le HLR est l‘enregistreur de localisation nominale par opposition au VLR qui est l‘enregistreur de localisation des visiteurs. Le schéma ci-dessous décrit les informations gérées par le HLR. Une base de données qui conserve des données statiques sur l'abonne et qui administre des données d y n a m i q u e ss u r l e comportement de l'abonné. Les informations sont ensuite exploitées par l'OMC. L'AUC est une base de données associée au HLR. La carte SIM qui transmet deux informations importantes. L'IMSI (International Mobile SubscriberIdentity)qui est gère par le HLR (l'IMSI donne des Architecture GSM, GPRS et UMTS 5 informations sur le réseau d'origine et le pays entre autre) et le KI (clé de cryptage) qui est géré par la base de données AUC Prenons un exemple. IMSI + KI : Identification de l'abonné x MSISDN : Numéro de téléphone de x (Mobile Station ISDN Number) Le HLR vérifie que le couple IMSI + KI = MSISDN L’AUC vérifie que le couple IMSI + KI est valide Les informations dynamiques relatives à l'état et à la localisation d'un abonné sont actualisées en permanence. Ces informations sont particulièrement utiles lorsque le réseau achemine un appel vers l'abonné. Le réseau commence par interroger le HLR pour prendre connaissance de la dernière localisation connue, de l'état du terminal (On / Off) et de la date de ces données avant toute action. La mobilité constitue la différence essentielle entre le réseau filaire et le réseau de radiotéléphonie. Ainsi sur le réseau mobile, l'opérateur doit interroger les différentes bases de données (HLR) afin de localiser un abonné pour établir une connexion. 1.4.2 Fonction du MSC Les MSC sont des commutateurs de mobiles généralement associes aux bases de données VLR. Le MSC assure une interconnexion entre le réseau mobile et le réseau fixe public. Le MSC gère l'établissement des communications entre un mobile et un autre MSC, la transmission des messages courts et l'exécution du handover si le MSC concerné est impliqué. (Le handover est un mécanisme grâce auquel un mobile peut transférer sa connexion d'une BTS vers une autre (handover inter BTS) ou, sur la même BTS d'un canal radio vers un autre (handover intra BTS). On parle de transfert automatique inter/intra cellule Le commutateur est un nœud important du réseau, il donne un accès vers les bases de données du réseau et vers le centre d'authentification qui vérifie les droits des abonnes. En connexion avec le VLR le MSC contribue à la gestion de la mobilité des abonnés (à la localisation des abonnés sur le réseau) mais aussi à la fourniture de tous les téléservices offerts par le réseau : voix, uploads/Ingenierie_Lourd/ architecture-reseau-mobile-2.pdf