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Les réseaux GSM Les réseaux GSM/DCS. Les réseaux GSM Les réseaux GSM : Plan r Introduction et Historique r Services r Architecture r Interface Radio r.

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1 Les réseaux GSM Les réseaux GSM/DCS

2 Les réseaux GSM Les réseaux GSM : Plan r Introduction et Historique r Services r Architecture r Interface Radio r Protocoles

3 Les réseaux GSM GSM: Le vrai départ de la mobilité r Avant le GSM, en Europe : m Des services tel que le téléphone de voiture (coût, poids) m Technologies analogiques nationales et mal normalisées (avec un coût élevés) r Le GSM: une conception très visionnaire m Tout inventer et construire m Une réponse aux demandes du marché professionnel et privé de la mobilité m Partant d'un parc très limité, il n'y a pas eu de problème de migration (contrairement aux USA avec L'AMPS)

4 Les réseaux GSM GSM: Une réussite Européenne r Initiative essentiellement européenne, exploite au mieux les technologies internationales du moment r Norme adoptée en Europe, Asie (sauf Japon), Afrique partiellement aux US et Amérique Latine r Une vraie normalisation (européenne étendue) qui spécifie : m Fréquences (versions : 900 Mhz et 1800 Mhz) m Architecture et protocoles (fixe et radio ) m Services génériques m Equipements terminaux

5 Les réseaux GSM Objectifs r Les objectifs affichés du projet GSM sont: m Système entièrement numérique m Bonne qualité de signal m Faible coût des téléphones portables m Possibilité de roaming (étendre le réseau à toute lEurope) m Confidentialité des transmissions m Portabilité : possibilité de changer de téléphone en conservant ses données personnelles (grâce à la carte à puce SIM) m Réduction des fraudes : détection de tout usage frauduleux (téléphone, carte SIM) ! ? m Fonctionnalités et services avancés

6 Les réseaux GSM Déploiement du réseau r Evolution du nombre dabonnés aux différents réseaux cellulaires r Evolution du nombre dabonnés au réseau GSM r Les dernières statistiques peuvent être trouvées sur le site

7 Les réseaux GSM Historique du GSM r 1979 : la WRC (World Radio Conference) réserve 2 * 25 Mhz dans la bande 900 Mhz pour les communications mobiles en Europe r 1982 : la CEPT (Conférence Européenne des postes et Télécommunications) crée le Groupe Spéciale Mobile GSM r 1987 : 13 pays européens signent un accord pour louverture dun réseau de type GSM en 1991 r 1990 : première spécification. Réservation de 2*75 Mhz à 1800 Mhz pour DCS r 1992 : GSM devient Global System for Mobile communication exploitation commerciale : Itenéris et SFR en France r 1994 : licence DCS 1800 à Bouygues

8 Les réseaux GSM Historique du GSM r 1995 spécification phase 2 : Europe, Asie, Moyen-Orient, Afrique : 69 … … … r 2000 : m 30 millions dabonnées en France m 400 millions dans le monde m Couverture quasi mondiale m Etendu à la bande de fréquences de 1900 Mhz

9 Les réseaux GSM Structure de la normalisation r Structure de la normalisation : m European Telecomminication Standards (ETSI) r Structuré en comités techniques : Special Mobile Group (SMG) SMG1 définition de service SMG2 interface radio SMG3 réseau fixe SMG4 services de données SMG5 Universal Mobile Telecommunication System SMG6 administration des réseaux SMG7 et 8 tests pour la station mobile et sous-system radio SMG9 Carte SIM

10 Les réseaux GSM GSM : Caractéristiques r Système numérique r Naccepte pas le dual-mode avec un système analogique r Beaucoup dinterfaces spécifiées (1 seule pour CDMA et TDMA américains) r Roaming international r Interconnexion efficace avec ISDN r Qualité du signal systèmes existants r Capacité du trafic systèmes existants r Coût dabonnement systèmes existants r Services non voix r 2 phases de spécification m phase 1 : système (5000 pages) m phase 2 : services supplémentaires r Innovations reprises par les autres systèmes m Localisation m Handoff assisté par la station mobile

11 Les réseaux GSM Les réseaux GSM : Plan r Introduction et Historique r Services r Architecture r Interface Radio r Protocoles

12 Les réseaux GSM Classification des services r service support ( bearer services) m offre d une capacité de transmission entre interface utilisateur ( caractéristiques techniques de débit, de taux derreur, de mode de transmission sync/assync r téléservices m offre de communication incluant les terminaux r services supplémentaires m toutes facilités d utilisation en complément

13 Les réseaux GSM Téléservices

14 Les réseaux GSM Services supplémentaires r Identification de numéro (appelant/appelé) r Renvoi dappel r Double appel r Appel en conférence r Groupe fermé dusagers (virtuel privé) r Facturation (coût de la communication) r Restriction dappel (pour les envois et réception) r Blocage des appels sortants/entrants r Indication de ligne transférée r Indication de coût

15 Les réseaux GSM Fonctions de sécurité r Aspects confidentialité et sécurité m des communications, des données, m Algorithme de chiffrement (activé par lopérateur) r Transmission de lidentité du mobile m localisation, réception en claire pour que le mobile la décode (Suivre à la trace...) m Temporary Mobile Subscriber Identity m Changer après 1+ utilisation r Clé daccès au réseau sur la carte SIM

16 Les réseaux GSM Les réseaux GSM : Plan r Introduction et Historique r Services r Architecture r Interface Radio r Protocoles

17 Les réseaux GSM Architecture Générale r PLMN (Public Land Mobile Network) m Réseau mobile public terrestre relié au RTCP m Réseau GSM opéré par un opérateur particulier sur un territoire (ex : PLMN SFR, Orange,..) m Se décompose en 3 sous-systèmes: radio (BSS Base Station Subsystem) réseau (NSS Network SubSystem) gestion et de maintenance (OSS Operation Support Subsystem) r RTCP = RTC = PSTN m Réseaux téléphonique commuté

18 Les réseaux GSM Architecture générale BSS NSS... MS BTS BSC RTCPRTCP PLMN MSC VLR HLR GMSCGMSC EIR AUC

19 Les réseaux GSM Glossaire r MS : Mobile Station r BTS : Base Transceiver Station r BSC : Base Station Controller r MSC : Mobile-services Switching Center r HLR : Home Location Register r VLR : Visitor Location Register r GMSC : Gateway MSC r EIR : Equipment Identity Register r AUC : Authentification Center

20 Les réseaux GSM Découpage géographico-administratif r Cellule (Cell) m aire géographique couverte par une antenne radio r Zone de localisation (Location Area) m ensemble de cellules dans lequel labonné est localisé r Zone de commutation (Communication Area) m ensemble de zones de localisation qui dépendent dun même centre de commutation r Réseau terrestre mobile (Public Land Mobile Network PLMN) m ensemble des zones de commutation sous la responsabilité dun opérateur r une BTS par cellule r 1 à n BSC par zone de localisation et 1 à p zones de localisation par BSC r un MSC par zone de commutation

21 Les réseaux GSM Les identités dans le GSM r IMSI (International Mobile Subscriber Identity) m Identité invariante de labonné (15 chiffres), stocké dans la carte SIM et dans le HLR m Elle doit rester secrète autant que possible recours au TMSI r TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) m Identité temporaire propre à un VLR m Utilisée pour identifier le mobile lors des interactions Mobile/Réseau r MSISDN (Mobile Station International ISDN Number) m Numéro de labonné (ex ) m Seul identifiant de labonné connu dans le monde téléphonique r MSRN (Mobile Station Roaming Number) m Numéro attribué lors dun établissement dun appel m Permet lacheminement des appels par les commutateurs MSC et GMSC (contient des informations de localisation : MSC courant) m Compréhensible par le réseau fixe (même structure que MSISDN : pays, PLMN, numéro abonné) r IMEI (International Mobile station Equipment Identity) m Identificateur du terminal (15 chiffres)

22 Les réseaux GSM Identifiants de localisation r LAI (Localisation Area Identification) m utilisée pour localiser les abonnés m structure : Code du pays (208 pour la France) + Code du réseau dans le pays (10 pour SFR) + Code de la zone de localisation dans le réseau r CGI (Cell Global Identification) m identification globale de cellule m structure : LAI + Identification de cellule r BSIC (Base Station Identity Code) m code couleur permettant au MS de distinguer deux BTS utilisant la même fréquence de voie balise localement m Le couple (fréquence, BSIC) permet de déterminer une cellule m Possibilité davoir des couples identiques dans le même PLMN sur des zones éloignées m structure : Code couleur du PLMN + Code couleur de la BTS r + HLR Number, VLR Number, MSC Number

23 Les réseaux GSM La carte SIM (Subscriber Identity Module) RAM ROM (SIM OS) EEPROM IMSI, Ki,...) CPU Secure Access r Accès aux service GSM carte SIM r Sortie dusine, la carte SIM contient : m Contient différentes clés de protection m Contient lalgorithme dauthentification r Pour la personnaliser attribution : m Clé dauthentification Ki m IMSI

24 Les réseaux GSM Le sous-système radio (BSS) r MS : terminal mobile m De plus en plus performants et légers m Abonnement séparé du terminal Blocage par certain opérateurs m Carte à puce SIM ( Subscriber Identity Module) Caractéristiques de labonnement, identités IMSI et le TMSI, et les algorithmes de chiffrement m Identité propre au terminal : IMEI m Puissance maximale démission de 0.8 à 8 W... MS BTS BSC

25 Les réseaux GSM Le sous-système radio (BSS)... MS BTS BSC r BTS : station de base m Emetteurs-récepteur m Chargée de la transmission radio : modulation, démodulation, égalisation,codage correcteur derreur m Gère toute la couche physique : multiplexage TDMA, chiffrement, saut de fréquence… m Réalise lensemble des mesures radio nécessaires pour vérifier quune communication se déroule normalement m gère la couche liaison de données pour léchange de signalisation entre les mobiles et linfrastructure m Plusieurs puissances possibles m capacité maximale : 16 porteuses (~100 communications simultanées

26 Les réseaux GSM Exemples de BTS

27 Les réseaux GSM Le sous-système radio (BSS) r BSC : Contrôleur de BTS m le BSC contrôle plusieurs BTS m organe intelligent du BSS m Gère : lallocation des fréquences, le contrôle de puissance, le contrôle dadmission, le handover : décision et exécution les mesures reçues par les BTS m liaison BTS-BSC similaire au RNIS m Paris intra-muros 150 BTS et 12 BSC... MS BTS BSC

28 Les réseaux GSM Le sous-système réseau (NSS) r MSC : commutateur du service mobiles r gère les communications des mobiles sous sa couverture : m gère létablissement des communications entre un mobile et un autre MSC m transmission des messages courts m exécution du handover si hors BSC m dialogue avec le VLR pour gérer la mobilité des usagers (vérification, transfert dinformation de localisation …) r sert de passerelle active lors dappels dabonné fixe vers un mobile GMSC (Gateway MSC) MSC VLR HLR GMSCGMSC EIR AUC

29 Les réseaux GSM Le sous-système réseau (NSS) r HLR : BD de localisation nominale r gère les abonnés dun PLMN donné r mémorise le profile de labonné : m MSISDN : numéro de téléphone m IMSI : identité nationale de labonné m Informations chiffrement m Localisation courante m … MSC VLR HLR GMSCGMSC EIR AUC

30 Les réseaux GSM Le sous-système réseau (NSS) r VLR : BD de localisation locale r mémorise les informations concernant les abonnés présents dans une zone r données identiques au HLR avec TMSI (identité temporaire) en plus r Les informations suivent le mobile lors de ses déplacements r séparation matérielle entre MSC et VLR rarement respectée MSC VLR HLR GMSCGMSC EIR AUC

31 Les réseaux GSM Le sous-système réseau (NSS) r EIR m BD annexe contenant les identités des terminaux IMEI m peut refuser laccès au réseau parce que le terminal nest pas homologué ou quil a fait lobjet dune déclaration de vol r AUC m mémorise pour chaque abonné une clé secrète utilisée pour authentifier les demandes de services et pour chiffrer les communications r EIR et AUC sont souvent considérés dans le sous-système dexploitation et de maintenance OSS MSC VLR HLR GMSCGMSC EIR AUC

32 Les réseaux GSM Echanges lors dun appel GMSC MSC HLR VLR... MSISDN 1. Le MSISDN est numéroté. Le réseau fixe transmet au MSC le plus proche qui agit en GMSC MSISDN 2. GMSC interroge le HLR pour connaître le MSC courant du mobile IMSI 3. HLR traduit MSISDN en IMSI et interroge le VLR MSRN 4. VLR attribue un MSRN au mobile et le transmet au HLR MSRN 5. HLR le retransmet au GMSC MSRN 6. GMSC établit lappel vers le MSC courant comme un appel tel normal (num est MSRN) 7. MSC va enfin appeler le mobile en utilisant lid temporaire TMSI TMSI / IMSI

33 Les réseaux GSM Interfaces GSM

34 Les réseaux GSM Interfaces GSM r La norme GSM définis les différentes interfaces r Le respect de linterface D (impératif) permet à un MSC/VLR de dialoguer avec le HLR de tout autre réseau r Le respect de linterface A permet aux opérateurs davoir différents fournisseurs pour le NSS et le BSS

35 Les réseaux GSM Les réseaux GSM : Plan r Introduction et Historique r Services r Architecture r Interface Radio r Protocoles

36 Les réseaux GSM Interface radio r La transmission Radio est assurée par linterface Radio Um, partie la plus complexe et sophistiquée dans le système, elle définit : m méthode daccès multiple m largeur des canaux fréquentiels m nombre dutilisateurs par porteuse m éléments de la chaîne de transmission (modulation, codage, entrelacement…) GSMDCS 1800 Bandes de Fréquences (Mhz) Largeur simplex 2*25 Mhz2*75 Mhz Ecart duplex45 Mhz95 Mhz Fréquences utilisées

37 Les réseaux GSM Interface radio GSM r MHz25 Mhz r 935 – 960 MHz25 Mhz r Technique d'accès : FDMA/TDMA (avec saut de fréquence) m FDMA : 124 canaux radio de 200 kHz par voie m TDMA : découpage temporelle des canaux en 8 slots ou IT (intervalle de temps) élémentaire r Un canal physique = 1 slot / trame TDMA r Possibilité de nallouer quun slot toutes les 2 trames TDMA (canal physique demi-débit pour la parole) 100 Khz 200 KHz 100 KHz slots TDMA (temps) FDMA (Fréq) 25 Mhz / 124 canaux de 200kHz + 2* 100 kHz

38 Les réseaux GSM Canaux physiques sans saut de fréquence

39 Les réseaux GSM Canaux physiques avec saut de fréquences

40 Les réseaux GSM Canal physique duplex r Un canal physique simplex : 1 slot par trame TDMA (sans saut de fréquence) r Un canal physique duplex : 2 canaux physique simplex r Le duplexage se fait en fréquence FDD (Frequency Division Duplex) m Les fréquences up et down différentes r Numérotation des porteuses (fréquences) m Les fréquences sont identifiées dune manière unique par un numéro ARFCN sur 10 bits r GSM : pour 1 n 124 Fdown = 935 +(0,2 x n) (??? + 0,1) m GSM 124 paires de porteuses r DCS : pour 512 n 885 Fdown = 1805,2 +(0,2 x (n - 512)) m DCS " 374 paires de porteuses r La numérotation des canaux est commune dans GSM 900 et DCS 1800 Possibilité de réseaux mixtes avec des terminaux bi-bande

41 Les réseaux GSM Transmission/Réception 1 trame = 1250 bits = 4,6 ms f t 1 slot = 156,25 bits = 577 μs DOWN UP 200 kHz 45 MHz 1.73 ms r Les voies montante et descendante sont séparées par lécart duplex: m Fdown = Fuplink + 45 Mhz r Emission et réception décalée dans le temps de 3 slots (sinon terminal plus cher)

42 Les réseaux GSM Organisation dun burst r Unité de transmission est le burst (slot) Plusieurs structures r Burst normal : trame TDMA = 1250 bits (4.615 ms) 58 bits de données chiffrés et encodées 8.25 bits (période de garde) 33 1 slot = 156,25 bits (577 s) 58 bits de données chiffrés et encodées 26 bits Séquence Dapprentissage r 3 bits début et fin : augmenter et diminuer la puissance de lémetteur r Séquence dapprentissage : synchronisation (minimise lapparition derreurs) r Délais de garde : protège le slot suivant des inexactitude dalignement temporel r 2 * 58 bits de données utilisateurs ou de signalisation (1er bit indique la présence éventuelle de signalisation)

43 Les réseaux GSM Exemple de transmission : codage de la parole

44 Les réseaux GSM Exemple de transmission : codage de la parole

45 Les réseaux GSM Exemple de transmission : codage de la parole

46 Les réseaux GSM Organisation des trames Hypertrame = 2048 supertrames Supertrame = 51 multitrames de trafic = 26 multitrames de controle multitrame Trafic = 26 trames multitrames Contrôle = 51 trames Trame = 8 slots Slot = bits Bit = 3.69 s 577 s ms ms 120 ms 6.12 s 3 h 25 m s 3.69 s

47 Les réseaux GSM Les canaux logiques r Les canaux de contrôle ne sont pas acheminés sur un canal physique dédié par souci déconomie mais de temps en temps r Plusieurs types de canaux : m Canaux dédiés échanges dinformation (TCH) + signalisation téléphonique m Canaux de contrôle (SACCH) Contrôle de présence mobile, puissance, mesures … m Canaux contrôle diffusés : voie balise

48 Les réseaux GSM Les canaux logiques CatégorieNomSensRôle Diffusion (commun) BCCH (Broadcast Control CHannel)DescendantDiffusion dinfo. système spécifique à la cellule FCCH (Frequency Correction CHannel)DescendantSynchronisation fréquentielle SCH (Synchronization CHannel)DescendantSynchronisation temporelle et identification de la cellule ContrôleAGCH (Access Grant CHannel)DescendantRéponse du réseau à laccès initial (commun)CBCH (Cell Broadcast CHannel)DescendantDiffusion de messages courts PCH (Paging CHannel)DescendantAppel du mobile RACH (Random Access CHannel)MontantAccès initial du mobile ContrôleFACCH (Fast Associated Control CHannel)BidirectionnelSignalisation rapide (dédié)SACCH (Slow Associated Control CHannel)BidirectionnelContrôle de transmission SDCCH (Stand-alone Dedicated Control CHannel)BidirectionnelSignalisation Trafic (dédié)TCH (Traffic CHannel)BidirectionnelTransmission de données

49 Les réseaux GSM Les réseaux GSM : Plan r Introduction et Historique r Services r Architecture r Interface Radio r Protocoles

50 Les réseaux GSM Architecture de protocole Interface A-bis Interface A MSBTSMSC BSC Interface Um Couche 3 Couche 2 Couche 1 CM MM RR MM CM RR LAPDm LAPD Physique BTSM BSSAP SCCP MPT MTP Physique r CM : Connection Management r MM : Mobility Management r RR : Radio Ressource Management r LAPD : Link Access Protocol / canal D r MTP : Message Transfer Part r SCCP : Signaling Connection Part r BSSAP : BSS Application part

51 Les réseaux GSM Architecture de protocole r La couche 1 : définit lensemble des moyens de transmission et de réception physique de linformation (A bis : MIC, Um gestion du multiplexage, codage correcteur derreur, mesures radio) r Couche 2 : fiabilise la transmission entre deux équipement par un protocole LAPD et LAP mobile r Couche 3 : établit, maintient et libère des circuits commutés avec un abonné du réseau fixe et est divisée en 3 sous-couches m Radio ressource mangement RR m Mobility Management MM m Connection Management CM

52 Les réseaux GSM La couche 3 r RR : Gestion des ressources Radio m Sélection de cellule (choix de la porteuse), ouverture dune connexion, contrôle en cours de communication, handover, terminaison r MM : Gestion de la mobilité MM m Gestion de litinérance, procédure de mise à jour de zone de localisation m Gestion de la sécurité Protéger lutilisateur et le réseau usurpations didentité, écoutes frauduleuses, utilisations abusives Authentification Cryptage r CM : Gestion des connexions m Établissement et relâchement des appels

53 Les réseaux GSM RR : Sélection dune cellule r Écoute des fréquences r Détection des infos sur le canal BCCH r Inscription à la cellule r Effectuer régulièrement des mesures des fréquences des cellules voisines r Se caler sur la meilleure cellule

54 Les réseaux GSM RR : Contrôle durant un appel r Garantir une bonne qualité de la liaison r Contrôle de puissance (via SACCH) r Le BSS détermine les niveaux de puissance adéquats (grâce aux mesures) r Utilisation du SACCH pour la compensation temporelle (ou timing advance) m Compenser les différences de temps de propagation suivant la position du mobile dans la cellule m Compensation coder sur 6 bits valeurs de 0 à 63 * 3,7 μs (233 μs ). m La valeur max correspond à une cellule de max de 35 Km

55 Les réseaux GSM RR : Le handover (HO) r Changement du lien radio r Les causes : m Transfert cellulaire (mobilité de lutilisateur) m Éviter la rupture du lien m Équilibrer le trafic m Minimiser la consommation dénergie r Pas dalgorithme imposé dans la norme GSM m Le HO est décidé par le réseau m Chaque opérateur établit une liste de critères

56 Les réseaux GSM RR : Le handover (HO) r Pendant la communication Le lien radio est mesuré Si la qualité passe sous un seuil : déclenchement r Après la décision deffectuer le HO m Lancienne station transmet à la nouvelle les paramètres de transmission (clé de chiffrement, débit,…) m Réservation (éventuelle) des ressources sur les liens BSC-BTS et MSC-BSC m Le réseau transmet au mobile un message (référence sur le nouveau canal de transmission) m Lancien canal est libéré m Si pas de ressources disponible : échec de handover (call dropped) Réservation

57 Les réseaux GSM RR : Hard Handover r Si déclenchement m Etablissement du nouveau canal m Transfert de la connexion vers le nouveau lien m Libération de lancien... MSC... MSC... MSC Le MS ne gère quun seul canal

58 Les réseaux GSM Le handover r Différents type de HO vus du réseau MSC BSC MSC PSTN Réseau mobile 1Réseau mobile : HO intra-cellulaire 2 : HO intra-BSC 3 : HO intra-MSC 4 : HO inter-MSC 5 : HO inter-réseau

59 Les réseaux GSM Déroulement dun Ho type Mobile BTS 1 BTS 2 BSC A MSC BSC B Measurement report SACCH Measurement Result [Measurement report] Measurement report SACCH Measurement Result [Measurement report] Handover Required Handover Request Channel Activation Acknowledge Handover Request Acknowledge [Handover Command] Handover Command Data Request [Handover Command] Handover Command FACCH Handover Access TCH Handover Detection Handover Detect Physical Information FACCH Establish Indication Data Indication [Handover Complete] Handover Complete FACCH Handover Complete Clear Command RF Channel Release Acknowledge Mobile

60 Les réseaux GSM Déroulement dun Ho type 1. Phase préliminaire dobservation (remontée des mesures) et décision dexécution du HO : le BSC A remonte au MSC lidentité de la cellule cible : le MSC informe le BSC dont dépend la cellule cible (BSC B) et lui demande la permission dexécuter un HO 2. Réservation des ressources du côté de la cellule cible (BTS 2), après quoi le BSC cible informe le MSC que lexécution du HO est possible 3. Exécution du HO : Ce message redescend du MSC jusquau mobile et contient les informations essentielles suivantes : fréquences et BSIC de la voie balise BCCH de la cellule cible, description du nouveau canal dédié (signalisation SDCCH/trafic TCH, n° timeslot, fréquence), n° de référence du HO et puissance daccès 4. Arrivée du mobile dans la cellule cible : Le mobile envoie à la BTS 2 le n° de référence de son HO et reçoit en échange la valeur du timing advance : le mobile est détecté dans la nouvelle cellule. La BTS envoie ensuite un message dinitialisation, comme sil sagissait dun début de communication classique 5. Réussite du HO : Le lien est bien établi 6. Libération des ressources sur la BTS1 pour pouvoir les allouer à une autre communication

61 Les réseaux GSM MM : Gestion de la mobilité r Gestion de litinérance et de la sécurité r États dun mobile m Éteint mémorisation de la dernière localisation connue Commutation sur la messagerie m Idle Informe régulièrement le réseau de ses changements de localisation (IMSI-attached) m actif r Procédure dattachement m pour indiquer le retour du mobile dans le réseau Éteint Actif Idle Mise en route du mobile Demande de connexion (trafic ou signalisation) Extinction du mobile ou panne batterie Fin de la connexion (trafic ou signalisation)

62 Les réseaux GSM MM : Mise à jour de la localisation r Permet de connaître la localisation dun abonné r Deux mécanismes de base : m Localisation à la cellule prés Connaître la position exacte du mobile Lourde charge de signalisation Coût de localisation important mais pas de recherche (rapidité) m Localisation vaste Localisation sur un vaste ensemble de cellules Recherche avec paging : émettre des messages davis de recherche dans les cellules visitées dernièrement Coût de recherche élevé (signalisation élevée) mais coût de localisation faible r Remarque : un VLR peut gérer plusieurs zones de localisation

63 Les réseaux GSM MM : Mise à jour de la localisation La procédure de mise à jour de localisation : r Elle est à linitiative du mobile r Elle est périodique r Elle est activée également quand le mobile se déplace et entre dans une cellule appartenant à une nouvelle zone de localisation r Résumée par : m Le mobile sait quil change de zone de localisation grâce au canal BCCH qui contient la référence de la zone de localisation m Il transmet son TMSI au nouveau VLR m Le nouveau VLR, qui peut être lancien, récupère auprès de lancien le profil du mobile m Le VLR informe le HLR de la nouvelle zone de localisation du mobile m Le HLR demande à lancien VLR deffacer les infos relatives au mobile (si VLR différent)

64 Les réseaux GSM MM : Sécurité r Sécurité : protection de lutilisateur et du réseau m Usurpations didentité, écoutes frauduleuses, utilisations abusives r Authentification du terminal m Grâce au numéro IMEI m EIR : contient la liste des terminaux volés ou impropres à lutilisation r Authentification de labonné r Cryptage de la communication

65 Les réseaux GSM MM : Authentification r Authentification m A linitiative du réseau m Permet de vérifier que lutilisateur (SIM) est bien celui quil prétend être m La vérification peut être faite à nimporte quel moment m Principe : poser une question dont la réponse est connue que de labonné visé (sa carte SIM)

66 Les réseaux GSM MM : Principe dauthentification r Authentification m LAuC (Authentification Center) transmet un nombre aléatoire Rand (128 bits) m Calcul : mobile et réseau m Transmission du résultat SRES m Ki secrète nest connu que du réseau et de la carte SIM (jamais transmise) Algorithme A3 Carte SIM Réseau (AuC) Rand Ki SRES

67 Les réseaux GSM MM : Principe de cryptage r Cryptage m Protection contre les écoutes inopportunes m De Ki + Rand + A8 est calculée la clé Kc m Kc : 64 bits m Séquence générée par A5 : Kc,numéro de trame m Combinaison avec la séquence à émettre m Kc est stockée par le mobile et par la station de base lors de la procédure dauthentification, mais il est utilisé plus tard lors de communication

68 Les réseaux GSM MM : Sécurité RAND 128 bits Ki up to 128 bits A3, A8 SRES 32 bits Kc 64 bits Frame number 22 bits A5 Encryption mask 114 bits Data 114 bits Ciphered data 114 bits

69 Les réseaux GSM CM : Gestion des connexions r CM gère létablissement et le relâchement des connexions r Utilise les standard des réseaux fixes et signalisation SS7 r Létablissement dun appel diffère suivant son origine r Appel issu du mobile m Allumer le portable m Parcourt des fréquences m Sélectionne la cellule et le PLMN m État Idle m Signalisation périodique pour la localisation m Composition dun numéro m Envoi dune demande de connexion via RACH m Allocation dun canal dédié de signalisation SDCCH via AGCH m Procédures dauthentification et dautorisation dappel m Le réseau route la demande vers le RTCP (SS7)

70 Les réseaux GSM CM : Gestion des connexions r Appel vers un mobile m Appel en utilisant le MSISDN m Appel acheminé jusquau GMSC le plus proche m Le HLR du mobile est interrogé pour trouver le VLR courant vérifier les caractéristiques de labonnement traduction du MSISDN en IMSI m Le VLR diffuse le message de paging PCH dans la zone de localisation m Réponse du mobile (demande douverture de canal (via RACH, réponse paging) m Établissement comme précédemment (entre GMSC et le mobile via VLR-MSC)

71 Les réseaux GSM Appel type vers le mobile (1) 1. Recherche de labonné, décidée par le MSC et diffusée par toutes les BTS de la zone de localisation sur leur canal de paging PCH. 2. Réponse du mobile sur le canal RACH réservé à cet effet. La BTS informe le BSC d un nouvel arrivant ; en réponse, elle reçoit lordre de réserver pour ce mobile un canal de signalisation dont toutes les caractéristiques sont précisées dans le message : fréquence, numéro de timeslot et type de l activation. 3. Basculement sur un canal dédié de signalisation : le mobile est informé sur un canal AGCH commun à tous les mobiles de la cellule quil doit basculer vers le canal SDCCH qui lui a été réservé lors de létape précédente. 4. Etablissement de la connexion sur le canal dédié et transmission de la raison de la connexion : réponse à un appel entrant.

72 Les réseaux GSM Appel type vers le mobile (2) 5. Procédures dauthentification, de chiffrement et éventuellement didentification.

73 Les réseaux GSM Appel type vers le mobile (3) 6. Acheminement du numéro jusquà lappelé (et éventuellement de tous les services supplémentaires : numéro de lappelant, etc.) et confirmation par le mobile. 7. Basculement sur un canal dédié de trafic TCH+SACCH.

74 Les réseaux GSM Appel type vers le mobile (4) 8. Libération du lien SDCCH. 9. Avertissement de la sonnerie jusquau décrochage par l appelé. La conversation se déroule ensuite normalement jusquà la déconnexion des interlocuteurs, avec éventuellement un ou plusieurs handovers. 10. Fin de connexion au niveau des couches hautes du protocole.

75 Les réseaux GSM Appel type vers le mobile (5) 11. Fin de connexion du lien radio entre le mobile et le réseau : désactivation du canal de trafic par basculement sur un canal SDCCH, puis relâchement de ce dernier canal. 12. Fin de connexion au niveau des couches basses du protocole.

76 Les réseaux GSM Le GSM (bis) r AGCH : Access Grant CHannel r BSC : Base Station Controller r BTS : Base Transceiver Station r FACCH : Fast Associated Control CHannel r MSC : Mobile-services Switching Center r PCH : Paging CHannel r RACH : Random Access CHannel r RF : Radio Frequency r RR : Radio Resource management r SACCH : Slow Associated Control CHannel r SDCCH : Slow Dedicated Control CHannel


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