Le GSM et son évolution vers le GPRS pour la transmission de données GSM et GPRS Le GSM et son évolution vers le GPRS pour la transmission de données Habira walid Djoumia med rabià Amamra Fatima Zahera

GSM et GPRS: Plan de la présentation Historique de la radiotéléphonie (1G) Le GSM La technologie GPRS Conclusion

Historique de la radiotéléphonie (1/3) Systèmes pré-cellulaires analogiques :  Detroit, 1921 : services de police  Saint-Louis, 1946 : réseau AT&T  1950s : réseau allemand «A-Netz» Inconvénients :  Saturation rapide des ressources radio  Aucune gestion de la mobilité Concept de partage des ressources (~1964) :  Allocation dynamique des canaux radio  Permet d’avoir plus d’abonnés que de ressources

Historique de la radiotéléphonie (2/3) 1971 : Bell Téléphone «présente» le concept cellulaire 1978 : AMPS (Advanced Mobile Phone Service) : premier système cellulaire «moderne» :  Gestion des ressources radio  Sélection de la meilleure fréquence  Réalisation des transferts inter-cellulaires (handover) 1982 : l’AMPS devient le standard unique en Amérique du Nord Systèmes de première génération

Historique de la radiotéléphonie (3/3) 1990s : passage au mode numérique :  Meilleure restitution de la parole  Optimisation des ressources radio  Nouveaux services (données)  Cryptage de l’information  … Systèmes de seconde génération  GSM  IS-95  PDC

II. Le système GSM Définition Les origines de la norme Pour quoi le GSM? Principale caractéristiques Les services du système GSM Architecture générale et équipements GSM spécifications Limites du GSM

Définition de GSM: GSM(global system for mobile communication) est une abréviation en anglais du système international pour les téléphones mobiles, un standard pour les connexions cellulaires numériques actuellement utilisés partout dans le monde. Le système GSM est le premier et le meilleur niveau connexion numérique dans le monde.

Les origines de la norme GSM Un standard européen sous l’égide de la CEPT 1982 : naissance du Groupe Spécial Mobile  Définir système de communication pour réseaux de mobiles dans la bande des 900 MHz 1989 : fondation de l’ Institut Européen de Standardisation (ETSI)  Le GSM devient le Global System for Mobile Communication 1990 : spécifications GSM900 gelées 1992 : Le GSM est utilisé dans 7 pays européens

Le GSM dans le monde Plus de 747 millions d’ utilisateurs dans plus de 180 pays : Amérique du nord : Canada, États-Unis, Mexique. Amérique du sud : Argentine, Bolivie, Brésil, Chili, Paraguay, Pérou… Afrique : Afrique du Sud, Cameroun, Éthiopie, Maroc, Sénégal, Zaïre… Asie : Arabie Saoudite, Chine, Corée, Hong-Kong, Inde, Indonésie, Koweït, Malaisie, Pakistan, Russie, Thaïlande… Océanie : Australie, Nouvelle-Zélande…

pourquoi le GSM ? Le début des années 1980 fut marque en France par l’ouverture du réseau radio analogique de 1ere génération (1G) radiocom 2000. celui-ci offrait un service de radio téléphonique mobile avec des terminaux lourds et encombrants. Le temps de connexion vers les abonnes filaire était long. L’abonnement et les terminaux étaient chers. De plus, franco-français, radiocom 2000 n’était utilisable qu’à l’intérieur de nos frontières. La situation dans les autre pays était la même avec partout des réseaux nationaux incompatibles. Donc, il fut décidé d’aller plus loin en ouvrant un service de téléphonie mobile numérique qui répondrait à différents objectifs:

-Service de télécommunication compatible -Compatibilité d’accès dans tout pays -Localisation automatique des usagers -Grande variété des terminaux -Couts des terminaux et des abonnements -Évolutivité -La sécurité (Chiffrement de l’information) -Station portables de poche

Les caractéristiques principales : - Uniforme système - Utiliser la technologie numérique - Utiliser le système FDMA/TDMA - La sécurité de système - Supporté – international roaming- - Un carte SIM pour un abonné (pouvoir de changer le mobile sans perdu la line d’abonnement)

Les services du système GSM : Les services du système GSM : * Télé services : - envoyer de courts message (SMS) - la transmission de données en mode circuit à 9,6 Kbits/s. * Services : - renvoi d’appel - présentation d’appel en instance - conférence à 3 - mise en attente (en garde) d’un appel - présentation du numéro de l’appelant - appels privés - roaming - handover

Architecture générale d’un réseau GSM: L’architecture d’un réseau GSM peut être divisée en quatre systèmes : 1. la station mobile (mobile+SIM) 2. Le sous-système radio contenant la station de base et son contrôleur. 3. Le sous-système réseau ou d’acheminement. 4. Le sous-système opérationnel ou d’exploitation et de maintenance. Les éléments de l’architecture d’un réseau GSM sont repris sur le schéma de la figure suivante :

La station mobile (mobile+SIM): Le téléphone et la carte SIM(Subscriber Identity Module) sont les deux éléments suffisent à réaliser l’ensemble des fonctionnalités nécessaires à la transmission et à la gestion des déplacements. La principale fonction de la carte SIM est de contenir et de gérer une série d’informations.et aussi joue le rôle d’identification (PIN,IMSI …)

Le sous système radio BSS (Base Station Subsystem)  Gérer l’accès au réseau via l’interface air Base Station Subsystem Network SubSystem BTS: Base Transceiver Station MSC (contrôleur) MS: Mobile Station BSC: Base Station Controller

Le sous système radio BSS: la station de base (BTS) BTS (Base Transceiver Station): station de base d’émission et de réception Assure couverture radio d’une cellule (rayon de 200m à ~30 km) 1 à 8 porteuse(s) radio, 8 canaux plein débit par porteuse Prend en charge: modulation/démodulation, correction des erreurs, cryptage des communications, mesure qualité et puissance de réception

Le sous système radio BSS: le contrôleur de station de base (BSC) BSC (Base Station Controller) pilote un ensemble de station de base (typiquement ~60) C’est un carrefour de communication:  concentrateur de BTS  aiguillage vers BTS destinataire Gestion des ressources radio: affectation des fréquences, contrôle de puissance… Gestion des appels: établissement, supervision, libération des communications, etc. Gestion des transferts intercellulaires (handover) Mission d’exploitation

L’interface radio Technique de multiplexage : F-TDMA Multiplexage fréquentiel : plages de 200 kHz  890-915 MHz : terminal  station de base  935-960 MHz : station de base  terminal  124 voies de communication duplex en parallèle Multiplexage temporel d’ordre 8 :  optimiser l’utilisation de la capacité de transmission  8*577 s = 4,615 ms  une trame GSM  1,25 kbit Canal physique : 270 kbit/s Canaux logiques :  13 kbit/s pour la parole  9,6 kbit/s pour la transmission de données

Le sous système réseau NSS (Network SubSystem) Sous système radio Sous système réseau VLR: Visitor Location Register MSC: Mobile Switching Center BSC HLR: Home Location Register BSC AUC: Authentifica- tion Center EIR: Equipment Id. Register Réseau téléphonique Commuté (RTC) MSC distant VLR

Le sous système réseau: le MSC MSC (Mobile Switching Center) commutateur numérique en mode circuit  Oriente les signaux vers les BSC  Établi la communication en s’appuyant sur les BD Assure l’interconnexion avec les réseaux téléphoniques fixes (RTC, RNIS), les réseaux de données ou les autres PLMN Assure la cohésion des BD du réseau (HLR, VLR) Participe à la gestion de la mobilité et à la fourniture des téléservices Fournit 3 types de services:  services de support (transmission données, commutation…)  téléservices (téléphonie, télécopie…)  compléments de services (renvoi/restriction d’appels…)

Le sous système réseau: le HLR HLR (Home Location Register): base de données contenant les informations relatives aux abonnés  données statiques: IMSI, no d’appel, type abonnement…  données dynamiques: localisation, état du terminal… Un HLR logique par PLMN. En pratique, plusieurs bases de données redondantes Le HLR sert de référence pour tout le réseau Dialogue permanent entre le HLR et les VLR

Le sous système réseau: le VLR VLR (Visitor Location Register) : base de données locale  En général, un VLR par commutateur MSC Contient les informations relatives aux abonnés présents dans la Location Area (LA) associée  Même info que dans HLR + identité temporaire (TMSI) + localisation VLR mis à jour à chaque changement de cellule d’un abonné

Le sous système réseau: le AUC AUC (AUthentification Center) contrôle l’identité des abonnés et assure les fonctions de cryptage Authentification de l’abonné:  Subscriber Identity Module (carte SIM) contient plusieurs clés secrètes Cryptage des données au niveau du terminal

Le sous système réseau: le EIR EIR (Equipment Identity Register) empêche l’accès au réseau aux terminaux non autorisés (terminaux volés) A chaque terminal correspond un numéro d’identification: le IMEI (International Mobile Equipment Identity) A chaque appel, le MSC contacte le EIR et vérifie la validité du IMEI

Le sous- système opérationnel ou d’exploitation et de maintenance:

Le NMC permet l’administration générale de l’ensemble du réseau par un contrôle centralisé. Les OMC permettent une supervision locale des équipements (BSC /MSC / VLR) et transmettent au NMC les incidents majeurs survenus sur le réseau. Les différents OMC assurent une fonction de médiation.

La gestion des connexions Appel mobile vers fixe Appel fixe vers mobile Mise en route mobile  parcours des fréquences  sélection d’une cellule MSC vérifie les droits via AUC et EIR Demande d’appel arrive au MSC MSC transmet demande et ordonne au BSC de réserver un canal Demande acheminée au GMSC (Gateway MSC) GMSC interroge le HLR  VLR courant Interrogation VLR  BSC et cellule BSC fait diffuser un avis d’appel Le mobile écoute le réseau et reconnaît son numéro Établissement appel similaire Commutation de circuits

GSM Spécifications :

La suite de GSM : Vedette de la fin du 20eme siècle. Le GSM a rapidement trouvé ses truites et évolué vers des Technologies voix et données en mode paquet, avec des débits accrus pour faire face à l'explosion des services internet. Le GSM dériva au début des années 2000 vers le GPRS (General Packet Radio Service) qui par agglomération de plusieurs IT permit d'accéder a un débit théorique de 144 Kbits/s (bien moins dans la réalité) et en mode paquet, pour accéder internet. A cette époque, on réfléchissait à la conception de réseaux de 3eme génération pour des débits encore plus élevés et le GPRS, Situé entre la 2eme et la 3eme génération, prit naturellement le qualificatif de 2,5G.

III. La technologie GPRS Introduction Avantages du GPRS Un support pour des nouveaux services De quoi auront-nous besoin pour exploiter GPRS ? Architecture matérielle Acheminement des paquet Comparaison GSM/GPRS Limites conclusion

Introduction GPRS: General Packet Radio Service Basé sur GSM Données en mode non connecté, par paquets Objectif: accès mobile aux réseaux IP 2.5 Génération

Avantages du GPRS Débit théorique 160 kbit/s En pratique plutôt 30 kbit/s Facturation à la donnée Connexion permanente possible GPRS utilise les mêmes fréquences attribuées au GSM.

Un support pour de nouveaux services : La navigation sur Internet à partir d’un portable L’envoi et la réception de photos, cartes postales , séquences vidéo… Chat Le partage des données Etc…

De quoi auront-nous besoin pour exploiter GPRS ? Un téléphone mobile compatible avec la norme GPRS. D’un abonnement a un opérateur de téléphonie mobile supportant la norme GPRS. Une destination pour émettre et/ou recevoir de l'information.

Architecture: entités et interfaces: Le réseau GPRS et le réseau GSM fonctionnent en parallèle : le premier est utilisé pour le transport des données, et le second pour les services classiques de voix. L’architecture générale est donnée par la figure suivante :

Source: Radcom Inc.

La carte SIM : La carte SIM utilisée pour l’accès au réseau GPRS est une carte SIM similaire à celle requise pour accéder au réseau GSM classique. Quelques fichiers sont simplement ajoutés lors de la phase de personnalisation chez le fabricant de cartes

Les terminaux Trois classes de terminaux GPRS: A: Voix et données B: Voix ou données C: Données Le nombre de time slots utilisables est limité. Débit entrant effectif: 3*13.4=40.2 kbit/s

SGSN : L’entité SGSN (Service GPRS Support Node) se charge dans son aire de service des transmissions de données entre les stations mobiles et le réseau mobile. Le SGSN est relié par des liens Frame Relay au sous-système radio GSM. Le SGSN est connecté à plusieurs BSC et présent dans le site d’un MSC. PCU : Pour déployer le GPRS dans les réseaux d'accès, on réutilise les infrastructures et les systèmes existants. Il faut leur rajouter une entité responsable du partage des ressources et de la retransmission des données erronées, l'unité de contrôle de paquets (PCU, Packet Control Unit) par une mise à jour matérielle et logicielle dans les BSCs.

GGSN : L’entité GGSN (Gateway GPRS Support Node) joue le rôle d’interface à des réseaux de données externes (e.g., X.25, IP). Elle décapsule des paquets GPRS provenant du SGSN les paquets de données émis par le mobile et les envoie au réseau externe correspondant. Egalement, le GGSN permet d’acheminer les paquets provenant des réseaux de données externes vers le SGSN du mobile destinataire. CGF : La passerelle de taxation (CGF, Charging Gateway Function) permet le transfert des informations de taxation du SGSN et du GGSN au système de facturation (BS, Billing System). L'entité CGF peut être implantée de façon centralisée ou de manière distribuée en étant intégrée aux nœuds SGSN et GGSN.

BG pour la sécurité : Les recommandations introduisent le concept de BG (Border Gateway) qui permettent de connecter les réseaux GPRS via un réseau fédérateur et qui assurent les fonctions de sécurité pour la connexion entre ces réseaux. Ces BG ne sont néanmoins pas spécifiées par les recommandations mais elles jouent le rôle d’interface avec les autres PLMN (Public Land Mobile Network) permettant ainsi de gérer les niveaux de sécurité entre les réseaux.

L’acheminement en mode paquet : Lorsque le mobile transmet des données vers un terminal fixe, les données sont transmises via le BSS (BTS + BSC) au SGSN qui envoie ensuite les données vers le GGSN qui les route vers le destinataire. Le routage vers des terminaux (terminal mobile vers terminal mobile ou terminal fixe vers terminalmobile) utilise le principe de l’encapsulation et des protocoles tunnels (figures orange sur le dessin). Les données reçues par le GSSN sont transmises au SGSN dont dépend le mobile destinataire.

Comparatif GSM/GPRS :

Limites : Cependant, bien que GPRS apporte une réelle avancée dans le monde de l’Internet mobile, il existe des limites : * le débit réel observé est très inférieur à celui annoncé dans les spécifications du protocole. En effet, on peut constater qu’en moyenne, le débit est d’environ 50 kbit/s, et l’on peut atteindre un débit d’environ 115 kbit/s dans des conditions optimales. * le coût de la mise en place de l’infrastructure GPRS, bien que GPRS utilise une partie de l’architecture GSM, la mise en place des équipements GPRS est coûteuse. * avec l’arrivée des nouvelles technologies (3G par exemple), les opérateurs de téléphonie mobile peuvent hésiter à investir dans une technologie qui va être dépassée prochainement

Conclusion GPRS : une bonne solution d’attente pour les opérateurs Faible coût d’installation sur le réseau GSM Pas de licence à payer Bonne performances On attend toujours l’application décisive Pour l’instant un marché minuscule comparé à celui de la voix.

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