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Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Universit

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université des Sciences et de la technologie Houari Boumediene (U.S.T.H.B) BAB EZZOUAR, Alger Réalisé par: Mr. Messaoud DOUDOU Mr. Mohamed Amine KAFI Mr. Allal TEBARKAK 2005/2006 Etude du Réseau Cellulaires GSM Historique Historique Historique Historique L'histoire de la téléphonie mobile (numérique) débute réellement en 1982. En effet, à cette date, le Groupe Spécial Mobile, appelé GSM2, est créé par la Conférence Européenne des administrations des Postes et Télécommunications (CEPT) afin d'élaborer les normes de communications mobiles pour l'Europe dans la bande de fréquences de 890 à 915 [MHz] pour l'émission à partir des stations mobiles et 935 à 960 [MHZ] pour l'émission à partir de stations fixes. Il y eut bien des systèmes de mobilophonie analogique (MOB1 et MOB2, arrêté en 1999), mais le succès de ce réseau ne fut pas au rendez-vous. En 1990, à l'initiative de la Communauté Européenne, le groupe GSM est créé. FTM lance en juillet 1992 le premier réseau GSM en France. En août 1998, le réseau de FTM tombe en panne victime de son succès. Aujourd'hui un téléphone mobile s'achète dans n'importe quelle grande surface. Mais le marché n'est pas pour autant saturé: une croissance moyenne de 500 000 nouveaux abonnés par mois en fait même un marché ultra porteur; les opérateurs étudient même la possibilité d'équiper les enfants de 6 ans. S S S So o o omma mma mma mmaire ire ire ire • Introduction • Infrastructure du réseau cellulaire GSM • La couche physique ou l'interface radio • Les protocoles du réseau GSM • La gestion de sécurité dans GSM. • Conclusion Introduction 1 Les réseaux de type GSM sont des réseaux complètement autonomes. Ils sont interconnectables aux RTCP (Réseaux Terrestres Commutés Publics) et utilisent le format numérique pour la transmission des informations, qu'elles soient de type voix, données ou signalisation. Les équipements spécifiques constituant le squelette matériel d'un réseau GSM (BTS, BSC, MSC, VLR et HLR détaillés plus loin) dialoguent entre eux en mettant en oeuvre les mêmes principes que ceux utilisés dans le RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Services) : • Architecture en couche (couches 1 à 3 du modèle OSI) ; • Utilisation des liaisons sémaphores (signalisation) ; • Caractéristiques des liaisons identiques : vitesse codage MIC (Modulation par Impulsion et Codage). Services / Possibilités / Limitations Bien entendu, la téléphonie est le téléservice le plus important. Elle permet la communication entre deux postes mobiles et entre un mobile et un poste fixe, et ceci à travers un nombre quelconque de réseaux. Type d'information Service offert Voix téléphonie appels d'urgence Données Messagerie point à point Textes courts transmission de messages courts alphanumériques (max. 140 caractères) Graphique télécopie groupe 3 D'autres services peuvent également être répertoriés 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 : Départ, Arrivé, Départ internationaux. • Messagerie vocale ; • Double numérotation, Numérotation abrégée ; • Transfert d'appel en cours ; • Groupe fermé d'usagers ; • Rappel sur occupation. Introduction Infrastructure du réseau cellulaire 2 Infrastructure du réseau cellulaire GSM 1. Caractéristiques techniques Les principales caractéristiques de la norme GSM sont données dans le tableau suivant : Fréquence d'émission du terminal vers la station de base 890-915 MHz Fréquence d'émission de la station de base vers le terminal 935-960 MHz Bande fréquence disponible 25+25 MHz Mode d'accès TDMA/FDMA/ T-FDMA Espacement des canaux radio 200 kHz Espacement du duplex 45 MHz Nombre de canaux radio par sens 124 Nombre de canaux de parole plein débit(slot) 8 Type de transmission Numérique Débit brut d'un canal radio 270 kbit/s Débit brut d'un canal de phonie à plain débit 22.8 kbit/s Débit d'un codec à plein débit 13 kbit/s Type de codage RPE-LTP Type de modulation GSMK Puissance maximale d'une station de mobile 8W Puissance maximale d'un portatif 2W Rayon maximal d'une cellule 30 km Rayon minimal d'une cellule 200 m Débit maximal de transmission de données 9600 bit/s Transfert automatique de cellule Oui Itinérance Oui Carte d'identité d'abonné Oui Authentification Oui Chiffrement de l'interface radio Oui Contrôle de la puissance d'émission Oui 2. Architecture d'un réseau GSM Comme on peut le voir sur la figure suivante, un PLMN (Public Land Mobile Network) de type GSM se présente sous la forme d'une structure hiérarchisée composée de quatre segments. Infrastructure du réseau cellulaire 3 Structure hiérarchique dans GSM 1. le BSS (Base Station Subsystem) regroupe les équipements assurant toutes les fonctions de gestion des aspects radio. Ce segment est composé de : 1) La Base Transceiver Station (BTS) ; Ce sous-système est composé d'un ensemble d'émetteurs / récepteurs. Ce type d'équipement assure l'interface entre les mobiles et les structures fixes spécifiques au GSM. Il se charge : • De la gestion du multiplexage temporel (une porteuse est divisée en 8 slots) ; • Des mesures radio permettant de vérifier la qualité du service (mesures transmises directement au BSC) ; • Des opérations de chiffrement ; • De la gestion de la liaison de données au niveau 2 (données de trafic et signalisation) entre les mobiles et les structures fixes BTS (assuré par le protocole LAPDm) ; • De la gestion des liaisons de trafic et signalisation avec le BSC (assuré par le protocole LAPD). Différents types de stations de base (BTS) Il existe différents types de BTS de puissance variable de manière à éviter les interférences entre deux cellules: comme nous le verrons, il est important de réguler la puissance du portable de manière à éviter ces mêmes interférences. a. Les BTS rayonnantes : à faible densité d'abonnés (jusqu'à 20 kms). b. Les BTS ciblés : Elles couvrent des zones de plus forte densité d'abonnés et permettent d'émettre suivant un angle très précis. c. Les micro BTS : Elles couvrent les microcellules où la densité d'abonnés est importante installées dans centres villes d. Les amplificateurs de signal : ne sont pas des BTS. Les amplificateurs de signal captent le signal émis par les BTS, l'amplifient et le réemettent. Ils permettent de couvrir une cellule à moindre coût. De plus, ces amplificateurs ne TMN NSS BSS MS Superviseur du réseau Gestion du routage et de la sécurisation Gestion de la ressource radio Restitution des données Infrastructure du réseau cellulaire 4 nécessitent aucune connexion vers les BSC. Idéals pour couvrir les zones à faible densité ou à relief difficile. 2) Un BSC (Base Station Controller) : qui est le sous-système intelligent du BSS (analyse de données et prise de décision pour assurer la continuité de la communication dans la mobilité), cet équipement 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 également le contrôle des BTS qui dépendent de lui. Ses fonctions principales sont : • L'allocation des canaux de communication ; • Le traitement des mesures des niveaux d'émission BTS et mobiles ; • La concentration de circuits routés vers le MSC ; • La gestion des liaisons de communications. 2. NSS (Network SubSystem) : regroupe les sous-systèmes qui assurent des fonctions du niveau réseau (routage, interconnexion). Les équipements qui constituent ce segment sont : 1) Le Home Location Register (HLR) : Cet équipement intègre la base de données 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 : • La fourniture, sur demande d'un VLR, des informations relatives à un abonné dont il a la gestion ; • L'acquisition d'informations (sur un abonné) issues d'un VLR, puis la mise à jour de la base de données qu'il contient ; • L'acquisition des informations de chiffrement allouées à chaque abonné par l'AUC. Les informations stockées sont : • L'identité internationale de l'abonné (IMSI) ; • Le numéro d'annuaire (MSISDN) ; • La liste des services autorisés ; • Le dernier numéro de VLR où l'abonné s'est inscrit. 2) VLR (Visitor Location Register) : Ce sous-système s'interface avec le HLR, un MSC, d'autres VLR et l'AUC. Il assure des fonctions de base de données temporaire contenant les informations relatives aux terminaux présents et actifs (au moins en veille) dans son secteur de couverture. Il assure les fonctions permettant : Infrastructure du réseau cellulaire 5 • L'acquisition des informations stockées au niveau du HLR lors de l'arrivée d'un nouvel abonné dans sa zone de couverture ; • La mise à jour des informations de localisation contenue dans le HLR après contrôle de la validité de l'IMEI (International Mobile Equipement Identity) identifiant tout terminal GSM ; • L'enregistrement des terminaux de passage ; • L'authentification du terminal par contrôle du numéro IMEI affecté à chaque combiné. 3) Le Mobile-services Switching Center (MSC) Ce sous-système, que la norme couple à un VLR, a une fonction d'interconnexion avec le le RTC (Réseau Téléphonique Commuté). uploads/Ingenierie_Lourd/ expose-gsm.pdf