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Réseaux GSM, GPRS, UMTS. Architecture évolutive pour une stratégie services. Ju

Réseaux GSM, GPRS, UMTS. Architecture évolutive pour une stratégie services. Juin 2002 www.girodon.com Rapport de stage – DESS MTI – IAE Aix en Provence 1 Auteur – Stéphane GIRODON 2001-2002 Réseaux GSM, GPRS et UMTS Cette partie présente les différents éléments des 3 réseaux et montre comment les architectures télécoms des réseaux GSM, GRPRS et UMTS sont complémentaires. Cette partie montre enfin que la mise en place des réseaux GPRS et UMTS est une opération coûteuse au-delà des investissements liés à l’achat des licences. L’objectif de cette partie est de démontrer au lecteur que la mise en service des réseaux GPRS et UMTS doit s’accompagner par la commercialisation de nouveaux services afin de rentabiliser les investissements. Il apparaît clairement que les réseaux GSM, GPRS et UMTS sont complémentaires et qu’ils constituent une évolution des offres de services de l’opérateur télécoms, des services simples de type « Voix » vers les services évolués de type « Data ». Nous analyseront également les distinctions entre les architectures en mode circuits (GSM) et en mode paquet (GPRS et UMTS). Cette partie décrira le fonctionnement des trois architectures réseaux et démontrera que l’évolution des réseaux GSM vers l’UMTS correspond à une stratégie orientée services. Réseaux GSM, GPRS, UMTS. Architecture évolutive pour une stratégie services. Juin 2002 www.girodon.com Rapport de stage – DESS MTI – IAE Aix en Provence 2 Auteur – Stéphane GIRODON 2001-2002 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 abonnés mobiles (GSM) et abonnés du réseau téléphonique commuté (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 composé 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 parler du 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 Operation Sub-System) qui permet à l’opérateur d’exploiter son réseau. 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 l’accès à la mobilité tout en conservant un interfaçage avec le réseau fixe RTC existant. BTS BSC MSC OMC - NMC TMN HLR VLR Flux data interne Ondes radio Echanges de SMS OTA SMSC AUC RTCP RNIS ME / SIM GMSC BTS BSC MSC OMC - NMC TMN HLR VLR Flux data interne Ondes radio Echanges de SMS OTA SMSC AUC RTCP RNIS ME / SIM GMSC BTS BSC MSC OMC - NMC TMN HLR VLR Flux data interne Ondes radio Echanges de SMS OTA SMSC AUC RTCP RNIS ME / SIM BTS BTS BSC BSC MSC MSC OMC - NMC TMN OMC - NMC TMN HLR HLR VLR VLR Flux data interne Ondes radio Echanges de SMS OTA SMSC SMSC AUC AUC RTCP RNIS ME / SIM GMSC Réseaux GSM, GPRS, UMTS. Architecture évolutive pour une stratégie services. Juin 2002 www.girodon.com Rapport de stage – DESS MTI – IAE Aix en Provence 3 Auteur – Stéphane GIRODON 2001-2002 1.2 Les équipements d’un réseau GSM Nom Signification Fonction BTS Base Transceiver Station Station de base réceptionnant les appels entrant et sortant des ME. BSC Base Station Controller Contrôleur des stations de base. MSC Mobile Switching Centre Commutateur de réseau. HLR Home Location Register Base de données sur l’identité et la localisation des abonnés. AUC Authentification Center Centre d’authentification des terminaux sur le réseau. VLR Visitor Location Register Base de données sur les visiteurs du réseau. OMC Operation and Maintenance Centre Centre d’exploitation et de maintenance du réseau de l’opérateur. Ici nous avons regroupé l’ensemble des éléments de maintenance de la partie 1.5 OSS. ME Mobile Equipment Terminal de l’abonné. SIM Sim Identity Module Carte SIM identifiant l’abonné sur un réseau défini. Ce tableau décrit rapidement les différents composants du réseau. Les points 1.3 1.4 et 1.5 expliquent les fonctions des composants des trois sous-ensembles du réseau GSM. NB : On parle en réseau GSM de deux types de réseaux, les réseaux 900 et 1800 MHz. En France le réseau 900 est le réseau adopté par France Télécoms (Itinéris devenu Orange) et par SFR, on parle de GSM 900. le réseau 1800 est le réseau adopté par Bouygues Télécoms, on parle de DCS 1800. 1.3 Architecture matérielle du sous système radio BSS 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. La BTS a pour fonction la gestion des transmissions radios (modulation, démodulation, égalisation, codage et correcteur d’erreurs). La BTS gère la couche physique des réseaux. L’exploitation des données recueillies par la BTS est réalisée par le BSC. La BTS gère la couche liaison de données pour l’échange de signalisation entre les mobiles et l’infrastructure réseau de l’opérateur. La BTS gère ensuite la liaison de données avec le BSC. Réseaux GSM, GPRS, UMTS. Architecture évolutive pour une stratégie services. Juin 2002 www.girodon.com Rapport de stage – DESS MTI – IAE Aix en Provence 4 Auteur – Stéphane GIRODON 2001-2002 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 » 1 • Les micro-BTS 1 1 Sont ensuite distinguées différentes classes de BTS normales et micro, en fonction de la nature du réseau (GSM 900 ou DCS 1800) et de la puissance recherchée (puissance exprimée en W). Les BTS normales sont les stations de base classiques utilisées dans les systèmes cellulaires avec des équipements complémentaires installés dans des locaux techniques et des antennes sur les toits. Les micro-BTS sont utilisées pour couvrir les zones urbaines denses avec des micro cellules. Il 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 affluence. 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). 1.3.2 Fonctions du BSC 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. Il 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’abonné « 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 (voir partie 1.5) par le biais des BSC qui joue ce rôle de relais. Réseaux GSM, GPRS, UMTS. Architecture évolutive pour une stratégie services. Juin 2002 www.girodon.com Rapport de stage – DESS MTI – IAE Aix en Provence 5 Auteur – Stéphane GIRODON 2001-2002 OMC NMC TMN HLR AUC INFORMATIONS STATIQUES • Description abonnements • Options souscrites • Services • Détail de l’abonné • Droits INFORMATIONS DYNAMIQUES • Dernière localisation (cellule, ville) • Nature du terminal (téléphone) • Etat GMSC OMC NMC TMN HLR AUC INFORMATIONS STATIQUES • Description abonnements • Options souscrites • Services • Détail de l’abonné • Droits INFORMATIONS DYNAMIQUES • Dernière localisation (cellule, ville) • Nature du terminal (téléphone) • Etat GMSC OMC NMC TMN OMC NMC TMN HLR HLR AUC AUC INFORMATIONS STATIQUES • Description abonnements • Options souscrites • Services • Détail de l’abonné • Droits INFORMATIONS DYNAMIQUES • Dernière localisation (cellule, ville) • Nature du terminal (téléphone) • Etat GMSC 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 abonnés. 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 (voir partie 1.4.3) uploads/Ingenierie_Lourd/ partie-1-reseaux-gsm-gprs-et-umts-pdf.pdf