Rappel GSM GPRS Adressage GPRS chapitre 1 Rappel GSM GPRS Adressage GPRS

Réseaux mobiles et sans fil Réseaux de mobiles et réseaux sans fil – Réseaux de mobiles : • Donner la capacité à un utilisateur mobile de communiquer à l’extérieur de son réseau d’origine en conservant son adresse (GSM, IP-mobile) Problèmes de compatibilité de signalisation – Réseaux sans fil : lié au support de transmission • Support hertzien (pas de prise murale) Exp : téléphone sans cordon de résidentiel

Generalite sur GSM

Infrastructure • BSS - Base Station System : • BTS - Base Transmission Station • BSC - Base Station Controler entre la BTS et la BSC : liaison fixe MIC 2Mb/S ou faisceau hertzien • NSS - Network Switching System: • MSC - Mobil Switching Controler: concentrateur régional, gère 30000 communications simultanées, injecte les communications dans le réseau fixe (RTC/PSTN) ou vers un autre MSC • HLR - Home Location Register: registre des abonnées attachées à cette region • VLR - Visitor Location Register: registre des abonnés “visiteurs” ayant activé leur mobile dans la région (ayant accroché un BTS raccordé à ce MSC) • OSS Operation Sub-System • AUC - Authentification User Center: possède la clé

Le sous-système réseau NSS : interconnexion avec les réseaux fixes • Gère l’établissement des appels / mobilité • Trois éléments : – MSC (Mobile-services Switching center) – HLR (Home Location Register) – VLR (Visitor Location Register) • Il utilise deux bases de données : EIR (Equipment Identity Register) et AUC (AUthentication Center). Le EIR est une base de donnée ou sont stockées les identités des terminaux mobiles. Elle permet par exemple d’établir des listes noires contenant les numéro des terminaux volés.

Le GPRS (General Packet Radio Service) + Taux de transfert : 112 KBit/s + Infrastructures peu coûteuses sur les stations + Terminaux abonnés peu coûteux + Mode paquets : + Connexion permanente + Tarification au volume de données – Réseau en IP chez les opérateurs (coûteux) – Mise en place tardive face à l’UMTS

Spécificité du GPRS Deux nœuds à ajouter essentiellement: SGSN : Serving GPRS Support : Entités associées à des zones de routage. Les SGSN communiquent d'un côté avec les terminaux mobiles et d'un autre côté avec le "backbone" du réseau GPRS. Les SGSN gardent trace de la localisation des MS et assurent les fonctions de sécurité et de contrôle d'accès sur la voie radio. Connexion avec la station de base (relais de trames), semblable au MSC GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Passerelles entre le backbone du réseau GPRS et un réseau fixe de transmissions de données. (PDN Public Data Network). Elles sont les points d'accès principaux au réseau GPRS. Connexion avec les réseaux de type paquet (Internet) Encapsulation des paquets avec le protocole GPRS(tunneling)

Les composants du GPRS

Fonctions nouvelles PCU (Packet Control Unit) Entité responsable du partage des ressources radio et de la transmission des données erronées sur la radio Responsable des procédures suivantes du protocole RLC/MAC : Segmentation des trames LLC dans les blocs RLC Correction d'erreur et acquittement des blocs RLC/MAC Gestion des files d'attente downlink SGSN (Serving GPRS Support Node) Équipement permettant de gère la mobilité de l'abonné Authentification GSM (basé sur l'IMSI) Contrôle de l'état du mobile (idle/standby/ready) Gestion du PDP context (session de données utilisateur) Chiffrement de la voix radio Collecte les informations de taxation Choix du GGSN qui permet d'accéder aux services data demandés GGSN (Gateway GPRS Support Node) Passerelle d'interconnexion du GPRS vers les réseaux extérieurs Identification du réseau demandé (APN : Access Point Name) Authentification IP (si demandé) Allocation dynamique d'adresse IP au mobile Raccordement au réseau demandé

Canaux physiques Les canaux physiques GPRS sont nommés : PDCH : Packet Data Channel Un mobile peut utiliser de 1 à 8 slots dans la même trame Flexibilité de l’allocation de canaux Le nombre de slots alloués à la voie montante et descendante peut être différent Traitement efficace des transmissions asymétriques GSM : allocation permanente durant toute la durée de l’appel Gaspillage de ressources si aucune donnée transmise GPRS : allocation des canaux que pendant la transmission des données Plusieurs utilisateurs peuvent partager le même canal Partage des ressources efficace

Les interfaces du réseau GPRS IP SMS-GMSC SMS-IWMSC MSC/VLR TE MT BSS SGSN GGSN HLR EIR GPRS BG E C D Gd A R Um Gb Gn Gr Gc Gf Gp Gi Gs SMS-SC Pour la transmission des SMS: SMS-GMSC (Short Message Service-Gateway Mobile Services Switching Center) IWMSC (InterWorking MSC). SC: Service Center.

Interface Gb (BSS—SGSN) BSSGP: BSS GPRS Protocole Fournit les informations de QoS et de routage permettant la transmission des données GPRS (transport des trames LLC, gestion de mobilité) LLC: Logic Link Control: fournir un lien logique stable entre la MS et le SGSN. (chiffrement, contrôle de flux, contrôle de séquence.) RLC: Radio Link Control Correction d'erreurs basée sur la retransmission sélective des blocs de données erronées Couche MAC (Medium Acces Control) Allocation des ressources radio GPRS pour envoi data vers BSS Gb RELAY RLC BSSGP MAC Network Phy L1 LLC BSSGP Network L1 BSS SGSN

Interface Gs (SGSN--MSC/VLR) BSSAP+ SCCP MTP3 MTP2 L1 BSSAP+ SCCP MTP3 MTP2 L1 Cet interface met en commun les fonctionnalité semblables GSM et GPRS: Paging, IMSI attach et GPRS attach… BSSAP+:BSS Management Application Part + (ex: mise a jour de localisation) MTP: Message Transfer Part. SCCP: Signaling Connection Control Part. MSC/VLR SGSN Gs

Interface Gn (GSN—GSN) Mise à jours des tunnels. GTP: GPRS Tunneling Protocol: C’est un protocole de transport entre GSN definit sur deux plans: Signalisation. (path management, tunnel management..) Transmission (tunneling). GTP UDP/TCP IP L2 L1 GTP UDP/TCP IP L2 L1 Gn

Interface Gp (PLMN—PLMN) Pour sécuriser l’interconnexion des PLMN on utilise des BG. GTP UDP/TCP IP L2 L1 Tunneling Security L1/L2 Réseau Inter PLMN Réseau intra-PLMN Visité d’abonnement BG: Border Gateway visité BG

La transmission des données Sur le plan de transmission on a l’architecture: SNDCP (Subnetwork Dependent Convergence Protocol): permet l’adaptation entre LLC et IP/X.25 Ce protocole assure le respect de la séquence des messages. Le protocole SNDCP assure aussi la segmentation LLC (Logical Link Control). BSSGP (Base Station System GPRS Protocol).

Les nouveaux équipements en GPRS Les BG: Border Gateway. CG: Charging Gateway. Le SGSN (Serving GPRS Support Node): supporter des services GPRS. localisation, sécurité… routage vers GGSN. Le GGSN (Gateway GPRS Support Node): passerelle entre GPRS et réseau externe. informations de routage vers le mobile. Le DNS (Domain Name Server) pour trouver l’adresse IP des GGSN connectés au réseau de donnée externe. Ceci via APN ( Access Point Name). C’est le SGSN qui demande la résolution d’adresse au DNS.

Réseau de donnée par paquet Le BG Réseau de donnée par paquet Réseau inter-PLMN GGSN BG SGSN Réseau intra-PLMN PLMN A PLMN B Gi Gp Un BG peut contenir Un Firewall.

Le roaming en GPRS Trois solutions de roaming: la connexion directe entre opérateurs mobiles ; la connexion indirecte par l’intermédiaire de l’Internet La connexion indirecte par raccordement aux GRX (GPRS Roaming eXchange). Qui est la meilleure solution.

Le CG SGSN CG GGSN Système de facturation De l’opérateur Le CG collecte les informations de SGSN et GGSN et les transfert vers le système de taxation de l’opérateur. On a deux architectures possibles: centralise et distribue. SGSN GGSN CG Système de facturation De l’opérateur SGSN ou GGSN Intégrant une fonction CG distribuée Système de facturation De l’opérateur

Identités GPRS APN : Access Point Name: Dans un réseau GPRS, un Access Point Name (APN) est une référence à un GGSN. Pour supporter le roaming inter-réseau GPRS, la fonctionnalité DNS est utilisée afin de traduire l’APN en une adresse IP de GGSN. L’APN est composée de deux parties comme suit L’ “APN Network Identifier” qui définit le réseau externe auquel est connecté le GGSN. Il consiste en trois labels. Cette partie de l’APN est obligatoire. Exemples : internet.orange.fr et mms.orange.fr. L’ ”APN Operator Identifier” qui définit le réseau GPRS du GGSN. Il consiste en trois labels : Le code MNC (Mobile Network Code) qui identifie le code du réseau mobile, le code MCC (Mobile Country Code) qui correspond au code du pays du réseau GPRS, et “gprs” : “mnc<MNC>.mcc<MCC>.gprs”. Cette partie de l’APN est optionnelle. Elle devient obligatoire lorsque l’usager est en roaming dans des réseaux visités. Ex: mnc01.mcc208.gprs. P-TMSI: De manière à conserver la confidentialité de l'identité de l'IMSI, le SGSN alloue un numéro temporaire unique à chaque mobile se localisant dans sa zone de couverture : P-TMSI (Packet Temporary Mobile Subscriber Identity). Le SGSN est capable de corréler le P-TMSI avec l'IMSI. Lorsqu'un mobile reçoit un P-TMSI de son SGSN courant, il stocke cette identité sur sa carte SIM et l’utilise pour s’identifier. RAI: Une zone de routage (RA, Routing Area) représente un ensemble de cellules dans un réseau GPRS. Un SGSN contrôle une aire de service contenant un ensemble de RAs.

Identités GPRS Adresse PDP: Un souscripteur GPRS identifié par un IMSI, doit disposer d’une ou plusieurs adresses de réseau, i.e., adresses PDP (Packet Data Protocol), associées temporairement et / ou de façon permanente à la MS. Parmi les types d’adresse supportés figurent : Adresse IPv4. Adresse IPv6. Les adresses PDP sont activées et désactivées par les procédures de gestion de session SM, Session Management) : Activation de Contexte PDP, Désactivation de Contexte PDP et Modification de Contexte PDP. Adresse GSN: Chaque SGSN et GGSN doivent avoir une adresse IP, de type IPv4 ou IPv6 pour les communications entre GSNs. Numéro GSN: Chaque SGSN doit avoir une adresse SS7 de type Global Title (appelée SGSN number) pour la communication avec le HLR ou l’EIR en utilisant le protocole MAP. NSAPI: Network service Access Point Identier choisi par le MS pour identifier une session unique dans ce MS (entre 0 et 15) TID: Afin que la station mobile puisse envoyer et recevoir des données, elle doit activer un contexte PDP qui se matérialise entre le SGSN et le GGSN par un tunnel. Un identificateur de tunnel (Tunnel Identifier, TID) est utilisé par le protocole GTP (GPRS Tunneling Protocol) entre GSNs afin d’identifier un contexte PDP. Un TID consiste en l'IMSI et un NSAPI. Cette combinaison de l’IMSI et du NSAPI identifie de façon unique un contexte PDP.

GPRS : Protocoles & procédures Un MM Context est crée quand un mobile s'enregistre au SGSN (contient la localisation du mobile et les infos de l'abonnement) PDP (Packet Data Protocol) Context est une association entre le mobile et le réseau de données : Doit être actif avant de transférer des données Un mobile peut avoir plusieurs PDP Context actifs Un PDP Context contient l'adresse PDP du mobile, l'adresse du GGSN, les paramètres de connexion (Classes QoS) Deux procédures importantes : GPRS Mobility Management -> MM Context Session Management -> PDP Contexts

La gestion de mobilité dans GPRS GPRS attach IDLE READY STANDBY GPRS Detach Ready timer expiry or Force to standby PDU transmission Timer expiry GPRS attach IDLE READY STANDBY GPRS Detach Or Cancel location Ready timer expiry or Force to standby PDU transmission Timer expiry Cancel Location Dans le mobile Dans SGSN Dans le mobile: L’état ready est utilisé pour que le terminal ne monopolise pas le canal. Il lâche les ressources a l’expiration d’un timer ou par obligation du réseau. Dans le SGSN on ajoute l’état de changement de zone.

Attachement au réseau Attachement : établir un lien logique entre le mobile et le SGSN Un mobile attaché est connu du réseau Détachement : opération effectuée, lorsque le mobile ne souhaite plus utiliser les services GPRS Un mobile détaché équivaut à un mobile éteint Le réseaux cœur GSM et GPRS sont séparé : Trois type attachements : Attachement GSM classique : associé à l’IMSI un numéro TMSI au sein du VLR Attachement GPRS : associé au mobile une identité temporaire au sein du SGSN PTMSI Attachement Commun au GSM et GPRS : le mobile se manifeste auprès des réseaux GSM et GPRS non accessible aux mobiles de classe C

Attachement au réseau GPRS

Établissement d’une session

Etablissement d ’un PDP context

Le Réseau GPRS total DNS/DHCP

Allocation d’adresse IP Deux mode d’allocation d’adresse PDP Statique Association permanente d’une ou plusieurs adresses PDP au terminal Possibilité de stocker les adresses dans la carte SIM Dynamique Allocation à chaque demande d’activation d’un contexte PDP L’attribution d’adresse IP peut se faire directement par le fournisseur d’accès extérieur du réseau de l’opérateur mobile service Économie d’adresses IP (IPv4) Exemples: n Adressage public pour l ’infrastructure publique du réseau de transport et de l ’accès vers l ’Internet n Adressage privé pour l ’infrastructure du réseau Interne et de plates formes de services ADRESSES POUR LES TELEPHONES MOBILES GPRS: Il s ’agit dans l ’immédiat d ’adresses privées. Les fonctions de NAT sont donc nécessaires.

Les deux niveaux d ’adressage

Architecture protocolaire

Transmission vers un mobile Terminal fixe transmet vers un mobile GPRS Routage vers le GGSN du réseau nominal Si pas de contexte PDP activé Activation d’un contexte PDP par le réseau Le GGSN trouve : le SGSN où se trouve l’abonné, IMSI et NSAPI Le GGSN forme un PDU GTP avec : IMSI et NSAPI Le PDU GTP est transporté par TCP ou UDP vers le SGSN (PDU TCP ou PDU UDP) Le PDU TCP ou UDP est encapsulé dans un datagramme IP Le datagramme IP à comme adresse IP le SGSN du mobile Le SGSN décapsule le datagramme et identifie grâce au (IMSI NSAPI) Transfère vers le mobile à travers la liaison de données (SNDCP) Selon l’état du mobile : recherche dans la zone de routage

Exemple d’envoie d’un paquet BTS BSC SGSN MSC VLR Intra-PLMN GGSN IP/X25 Routeur LAN HLR B A 1 2 3 4 5 6 7 8 14 9 10 12 13 11

Description IPMS Quand un ordinateur connecté à Internet souhaite envoyer un paquet IP à un abonné GPRS, il l'envoie comme n'importe quel paquet. Ce paquet est routé vers un GGSN du réseau GPRS parce qu'il contient une adresse IP qui le destine à ce réseau. Quand le GGSN reçoit le paquet en question, il peut s'adresser au HLR pour connaître la zone de routage actuelle de l'abonné qui possède l'adresse IP. Quand le GGSN dispose de cette information, il va envoyer le message PDP encapsulé dans un paquet IP au SGSN qui gère cette zone de routage. Ce SGSN peut alors contacter la MS en faisant du paging pour savoir exactement où il se trouve. Il va ensuite lui signaler quand et sur quelle fréquence écouter. Au moment convenu, le mobile va se mettre à l'écoute et le SGSN va lui transmettre le paquet IP.

Exemple de routage entre un hôte fixe et un mobil GPRS dans son opérateur puis dans un opérateur visite 2