La Télécommunication mobile GSM

La Télécommunication mobile GSM
Stéphane VERA année 2003/2004 La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003
Plan du cours 1- Introduction aux réseaux GSM 2- La communication cellulaire 3- Architecture des réseaux GSM 4- Les services GSM 5- La carte SIM dans les réseaux GSM La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

1- Introduction aux réseaux GSM La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

1.1 Objectif d ’un système de radiotéléphonie public performant: Communiquer entre abonnés par transmission de la voix ou de données, Grande capacité de desserte d'abonnés, Compatibilité à l'échelle nationale, Large disponibilité, Adaptabilité à la densité du trafic, Qualité du service téléphonique permanence du service, fiabilité d’accès, rapidité, confidentialité, authentification (sécurité, facturation), Prix abordable, Proposer des services à valeur ajoutées renvoi d ’appel, call conf, présentation du numéro appelant, échange de photos, téléchargement (logos, fond d’écran, sonneries, ...), Information (météo, actualité, sport, bourse, ..), divertissement (jeux, musique, cinema, TV, horoscope,..) guide (RATP, SNCF,…) Utilisation efficace du spectre radioélectrique. La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

1.2 Historique de la téléphonie mobile 1er Génération : réseaux cellulaires analogiques 1970 : premier concept de radiotéléphonie mobile cellulaire : des zones distinctes dans lesquelles les mêmes canaux peuvent être réutilisés plusieurs fois l'AMPS: Advanced Mobile Phone System, est expérimenté à Chicago où il devient opérationnel en 1978, 1979 : une bande de fréquences autour 900 MHz est réservée pour les communications mobiles dans les années 80 Réactions Européennes : le NMT: Nordic Mobile Telephone, à 450 ou 900 (en 1986) MHz, développé en Scandinavie et très répandu en Europe (qui, après l'abandon de l'AMPS par les Américains, devient le premier service de radiotéléphonie cellulaire opérationnel dans le monde). puis le TACS: Total Access Cellular System, à 900 MHz, surtout utilisé en Grande-Bretagne, Radiocom & 900 MHz. Premier service de téléphonie mobile embarquée dans les voitures.. Inconvénients, elle utilise des fréquences très étalées, peu efficaces, qui, de surcroît, sont gênées par les réseaux hertziens des chaînes de télévision. plusieurs autres systèmes spécifiques (Japon, Allemagne, Italie,…) qui peuvent être considérés comme des variantes reposant sur les mêmes principes. => un grand nombre de standards incompatibles La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

2ième Génération : réseaux cellulaires numériques - commutation de circuit 1992 : exploitation commerciale du GSM incluant le DCS 1800 et DCS 1900, 1994 : lancement du Personal Digital Cellular (PDC), 1995 : lancement commercial de cdmaOne (IS-95) par l ’opérateur Hutchison Telecom, TDMA (ANSI-136) utilisé en Amérique et Asie Pacifique 2,5G : réseaux cellulaires numérique - commutation de circuit et de paquets 2002 : Orange France a ouvert la voie du GPRS 3G : réseaux cellulaires numériques - commutation de circuits et de paquets à fort taux de transfert UMTS EDGE CDMA2000 (extension de l’IS-95) La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

1.3 Panorama des réseaux mobiles Extérieur Paging ALPHAPAGE OPERATOR TAM-TAM KOBBY TATTOO Satellites TFTS, GPS LEOS GSM + Evolutions (GPRS/EDGE/UMTS) 2G  2,5G  3G BI-BOP POINTEL CT2 MOBIPAC TETRA GSM-Rail Grand Public PABX sans fil Wireless LANs Corporate-GSM Applications professionnelles Téléphonie sans fil Home-RF, Bluetooth, Swap Intérieur La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

GEOS: Geostationary Earth Orbit Satellites Réseaux Satellites Télécoms (orbite = 36000km) En France: Réseau Telecom 1 + 2 grande capacité de transmission capacité de diffusion a l'infini grande couverture (1/3 Terre) problèmes conditions atmosphériques délais de propagation (250ms) encombrement de fréquences Intelsat, Eutelsat, Immarsat LEOS: Low Earth Orbit satellites Orbite à 800km: des centaines de satellites nécessaires Futurs projets d’une multitude de petits satellites en orbite faible pour découvrir toute la surface terrestre Projet Teledesic (Bill Gates MICROSOFT, 840 satellites, à 800km d'altitude) Projet Irridium (MOTOROLA, FRANCE TELECOM), Projet Globakstar (ALCATEL) MEOS: Medium Earth Orbit satellites La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

1.4 Définition du GSM GSM « Global System for Mobile » (origine « Groupe Special Mobile »), Groupe de standard permettant d’établir une communication par téléphone mobile au travers d’une liaison radio, Qualités fondamentales : Gestion de l’errance (roaming) internationale, Distinction d’identification entre les usagers et les combinés, Excellente qualité de discussion, Possibilité d’adresser un fort volume d’utilisateurs, Coûts des terminaux et services associés le plus bas possible, Larges éventail de services, …. La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

1.5 Historique du GSM 1982 Création du « Groupe Spécial Mobile » pour la spécification d’un futur système de téléphonie mobile Réservation de deux plages de fréquences : Mhz : uplink : Mobile vers Station de Base Mhz : downlink : Station de Base vers mobile 1985 Choix de la transmission numérique AMRT (TDMA) : choix du type de modulation, du codage de canal et du codage de la parole 1987 Signature du MOU (Memorandum of Understanding) par les opérateurs telecom de 12 pays européens pour le déploiement du système GSM 1987 Création de SFR Validation du système GSM. La responsabilité des spécifications GSM est assumée par l ’ETSI (European Telecommunication Standardisation Institute) 1991 Première communication GSM entre un mobile et un abonné RTC, premiers mobiles (Alcatel, Matra, Motorola, Orbitel). La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Lancement commercial du GSM Premier SMS envoyé depuis un PC vers un mobile sur le réseau Vodafone Ouverture du réseau et première offre commerciale française : Itineris de France Telecom Mobile Première communication GSM entre un mobile et un abonné RTC, premiers mobiles 1994 Création de Bouygues Telecom La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

1.6 Les phases du GSM GSM phase 1 Principaux services de base + quelques services supplémentaires GSM Phase 2 Tous les services de bases + tous les services supplémentaires unification des systèmes GSM et DCS 1800 => le GSM fait référence aux 2 systèmes SMS (Short message service), … GSM Phase 2+ : disponible depuis , mets à jour et améliore les services existants SIM Enhancement (STK ou Sim Tool Kit) La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

1.6 Le GSM en quelques chiffres
Le marché Mondial de la téléphonie mobile en 2002 (source GSM World, décembre 2002) Nombre de pays équipés 169 Nombre de réseaux en exploitation 467 Nombre de réseaux supplémentaires prévus 118 Nombre d'abonnés (en millions) Répartition par zone géographique Zone Nombre de réseaux Moyen Orient 22 24,2 Asie Pacifique 62 303,2 Afrique 92 24,4 Asie Centrale 21 6,7 Europe 134 381,8 Inde 40 10,5 Amerique du Nord 41 17,6 Amérique du Sud 4,8 Russie 36 14,3 La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Les principaux opérateurs mondiaux de téléphonie mobile(en milliers)
Abonnés domestiques Abonnés internationaux Total China Mobile 96 614 Vodafone 12 799 82 815 95 614 T-Mobil 22 600 26 700 49 300 NTT DoCoMo 38 438 7 416 45 854 Orange 16 600 20 477 37 077 TIM 23 266 7 096 30 362 Verizon 15 791 9 690 25 481 Telefónica Moviles 15 620 9 694 25 314 AT&T Wireless 17 120 2 580 19 700 BellSouth 8 512 10 987 19 499 SBC 12 767 4 848 17 615 mmO2 10 968 5 816 16 784 Classement par nombre d'abonnés (Source Idate - septembre 2001) La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Marché des télécommunications : les volumes (en millions de minutes)
Marché des télécommunications en France : chiffres d'affaires (en millions d'euros) (Mis à jour le 19 sept 2002) Année 2000 1er trim. 2001 2è trim. 2001 3è trim. 2001 4è trim. 2001 Variation 2001/ 2000 fixe 14 631 3 658 3 603 3 529 3 646 -1,3% Internet 731 292 293 271 305 +58,8% mobile 7 789 2 324 2 490 2 537 2 525 +26,8% Total 23 151 6 274 6 386 6 337 6 477 +10,0% Marché des télécommunications : les volumes (en millions de minutes) 31 923 29 669 27 055 29 975 -2,7% 34 016 16 209 17 894 17 384 21 242 +113,8% 35 524 10 572 10 822 10 992 11 887 +24,6% 58 703 58 385 55 430 63 104 +23,0% La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Situation du marché français de la téléphonie mobile (31 dec 2002)
Nombre total de mobiles (métropole et dom tom) abonnés 64 % de la population Opérateurs français Nombre d’abonnés en millions Orange F (incluant La Réunion et Les Caraïbes FCM) 19.215 SFR (incluant La Réunion) 13.547 Bouygues 5.823 La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

2- La communication cellulaire La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

2.1 Les principes de mobilité Connexions terrestres CELLULE ANTENNE Liens de signalisation La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

2.2 La communication cellulaire Inconvénient des types de communication radio conventionnels La majorité des dispositifs radio (diffusion télévisuelle et radio) sont conçus pour une zone de couverture maximale d’où fonctionnement des émetteurs à la puissance maximale autorisée par les autorités des télécommunication (l’ART en France), Les zones couvertes dépendent de la puissance de l’émetteur et du relief, ceci engendre 2 problèmes : Si un émetteur souhaite utiliser une fréquence déjà utilisée par un autre émetteur, la distance les séparant doit être suffisamment grande pour que l’on ne rencontre pas de zone où les deux signaux se mélangent et deviennent inexploitables, A cause des obstacles naturels présents, il existe des zones qui ne font pas parties des zones couvertes par les émetteur. Atténuation de la puissance : avec Pr = Puissance Reçue Pe = Puissance Emise d = distance La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

L’approche cellulaire Le but est de maximiser le nombre de communications que l’on peut transmettre donc tenter de réutiliser le plus possible les fréquences. Les réseaux cellulaires (ceux utilisés pour le GSM) sont donc composés de nombreux émetteurs de puissance réduite disséminés sur toute la zone de service à couvrir. Cette zone est découpée en cellules, chacune d’elles contient un émetteur, L’avantage d’un tel système est de pouvoir contrôler la distance entre 2 émetteurs réutilisant la même fréquence. La réutilisation des fréquences de manière optimale, minimisant ainsi les coûts de design du réseau, n’est possible que si le motif de découpage en cellule est régulier. La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

motifs de réutilisation des fréquences N = 3 et N = 7
Il est alors possible de choisir plusieurs approches. On peut choisir de réutiliser plus ou moins les fréquences que l’on a à notre disposition. Lorsque le coefficient de réutilisation noté N varie, on peut obtenir différents découpages en cellules possibles. Les cellules marquées avec le même numéro utilisent les mêmes fréquences. motifs de réutilisation des fréquences N = 3 et N = 7 La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

2.3 Géométrie d’une cellule On considère que la cellule à une forme hexagonale. On obtient ainsi un découpage régulier qui va permettre de satisfaire aux besoins des calculs effectués ci-après. Soit R la distance entre le centre d’une cellule et un de ses points les plus excentré. Distance entre deux cellules On cherche à calculer la distance entre deux cellules. Si on se place dans une base orthonormale (ō, ū), on ne peut pas repérer facilement les différents cellules. Si on se place dans une base : (ā,ē) telle que ē = ū et ā = cos(30) ō + sin 30 ū , alors on peut repérer simplement les différentes cellules. Ce repérage s’effectue avec deux entiers i et j. La distance D entre deux cellules C1 de coordonnées (0,0) et C2 de coordonnées (i,j) est égale à : D=(i² + j² + ij)1/2 De plus en intégrant R à cette équation on obtient : D²=3R² (i² + j² + ij) La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Rapport avec N On a défini N comme le nombre de cellules différentes que l’on a sur un réseau. Les cellules vont être regroupées par N. A l’intérieur de ce regroupement, les cellules n’utilisent les mêmes fréquences deux à deux. L’intérêt de composer de tels regroupements est que l’on va pouvoir maximiser la distance entre deux cellules utilisant les même plages de fréquence, comme le montre les schémas de découpage. Si D est la longueur d’un coté de l’hexagone de coté D, on est donc en mesure pour un coefficient de réutilisation des fréquences donné d’obtenir le rapport D/R correspondant et vice vers çà. D/R=q=31/2 N avec N = (i² + j² + ij) On peut remarquer au passage que d’après la formule de N il n’existe pas de i et j tels que N = 2. Cela prouve donc que pour un N donné, il n’existe pas toujours un motif de placement de cellules qui correspond à cette situation. Dans le cas N = 2 c’est facilement vérifiable. La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

2.4 Les différentes cellules Macro Cellules Zones à population dispersée ( diamètre: 10-30km) Usage: voiture, train, etc…. Micro Cellules Zones à population très denses ( 100 à 300m); Usage: piétons L’utilisation de petites cellules permet l’optimisation des canaux de transmission et une meilleure précision dans la localisation. Pico Cellules Réservé aujourd’hui aux réseaux de proximité ( > 10m) Concept repris dans l’UMTS Cellules sélectives Les cellules n’ont pas toujours besoin d’une couverture de 360 degrés Cellules « parapluie » Pour éviter un nombre trop important de commutations entre cellules, il est possible de créer des regroupements de cellules. La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

2.5 Handover & Roaming Handover : Mécanisme permettant le transfert automatique d’une transaction en cours d’une cellule vers une cellule, sans perturber la communication. Roaming : Mécanisme permettant d’offrir les mêmes services de télécommunications mobiles à des clients (roamers) abonnés à d’autres réseaux ou dans d’autres pays. La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

3- L’architecture GSM La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

3.1 Overview BTS = Base Transceiver Station BSC = Base Station Controller MSC = Mobile Switching Center VLR = Visitor Location Register HLR = Home Location Register AuC = Authentification Center RTC = Réseau Téléphonique Commuté OMC = Operationing and Maintenance Center La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

HLR = Home Location Register VLR = Visitor Location Register MSC = Mobile Switching Center EIR = Equipment Identify Register BSS = Base Station Sub-System BSC = Base Station Controller BTS = Base Transceiver Station Chaque Mobile Station (MS) comprend: ME = Mobile Equipment SIM = Subscriber Identity Module La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

3.2 Architecture matérielle du sous-système fixe MSC Gère les communications et les échanges avec les utilisateurs Gère les échanges avec un autre MSC, Gère la transmission des messages courts Initialise l’établissement et la rupture des communications Initialise le mode de transmission, Gère les procédures pour les interactions entre BSCs. Il dialogue en permanence avec le VLR (Handover) En général: un opérateur gère un MSC par région La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

3.2 Architecture matérielle du sous-système fixe HLR Maintient et remet à jour les informations de localisation et de profils de services des clients abonnés chez un opérateur Gère les abonnés d’un PLMN, Mémorise les caractéristiques de l’abonné (IMSI, MSISDN, profil d’abonnement, id VLR) VLR Maintient et remet à jour ces mêmes informations de localisation et de profils de services pour des clients visiteurs en situation de roaming Cette fonctionnalité, bien qu’indépendante, est le plus souvent intégrée dans le switch (MSC) AuC = Autentication Center Réalise l’encryptage des informations radio. Equipment Identify Register EIR Base de données annexe contenant les identifications des terminaux – très peu utilisée La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

3.3 Architecture matérielle du sous-système radio Base Tansceiver Station (BTS) Composé d’émetteurs/récepteurs, Gère la modulation, démodulation, l’égalisation le codage et la correction d’erreurs de la transmission radio, Mesure la connexion et transmet les data à la BSC Limité à 16 porteuses (environ une centaine de communications simultanées), Gère la couche physique et liaison de données pour l’échange de signalisation entre le mobile et l’infrastructure. Base Station Controller (BSC) Organe intelligent du BSS, Gère les ressources radio, Gère l’allocation de canaux, Gère le mode de transmission radio, Maintient les connexions radio, Supervise et analyse les transferts inter-BSCs (handover), Lancement du handover en fonction des mesures de la communication réalisées par la BTS. La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

3.4 Sous-système d’exploitation et de maintenance La maintenance a pour but d’offrir un certain niveau de qualité aux usagers, Facturation, statistiques, gestion des abonnements, … Gestion de la sécurité, Gestion des performances, Configuration du système, Maintenance des équipements, Réalise l’encryptage des informations radio. OMC = Operation and Maintenance Center Proche du réseau, Supervise les BTS et BSC, Supervise les MSC et VLR, La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

3.5 La Station Mobile (MS) Les stations mobiles sont les téléphones portables Munie de carte(s) SIM, Fabriqués par Alcatel, AEG, Ericsson, Motorola, Nokia, Orbitel, Philips, Siemens,… La majorité des MS pour le GSM 900 sont de classe 4 => puissance 2W La majorité des MS pour le DCS 1800 sont de classe 1 => puissance 1W La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

3.6 Le codage de la voix Le GSM étant un moyen de communication numérique, et le son de la voix étant un phénomène ondulatoire, il est nécessaire de réaliser une numérisation du son de la voix pour pouvoir la transmettre. Les techniques utilisées pour le GSM Dans le cadre de la norme GSM on utilise des codages de type hybride. Il existe deux variantes autour de ce codage : le half rate et le full rate . Half rate Il s’agit d’un codage basé sur la famille des VSELP (Vector-Sum-Excited Linear Prediction). Le résultat produit une flux de 5.6kbps. Ce modèle est aussi basé sur un modèle mathématique de la voix. En plus d’utiliser des facteurs de prédiction à cours et à long terme de l’évolution du signal, on utilise des tables préétablies d’échantillons de voix. Full rate Le codage est basé sur le LPC-RPE. Ce codage produit un flux de 12-13kbps. La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

3.7 Partage de la ressource radio Le spectre radio a des ressources limitées, partagées entre tous les utilisateurs. La méthodologie de partage de bande-passante est une combinaison entre multiplexage temporel et multiplexage fréquentiel (TDMA/FDMA). FDMA (Frequency Division Multiple acces) utilise 124 fréquences de transmission dans la bande des 25 MHz. A chaque station de base (BS) sont associées une ou plusieurs fréquences. Dans le TDMA (Time Division Multiple Acces), chaque fréquence de transmission est découpée en canaux logiques. Chacun des 124 canaux est partagé en 8. Il est donc possible de faire passer 8 conversations simultanées sur une de ces canaux. On dispose de deux bandes de fréquences réservées pour le trafic : une pour les communications de la base vers le mobile et une pour les communication du mobile vers la base, Mhz : uplink : Mobile vers Station de Base Mhz : downlink : Station de Base vers mobile La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

On dispose donc de 124 canaux sur la liaison montante et de 124 canaux sur la liaison descendante. Pour établir une connexion en full-duplex, on utilisera les canaux qui portent les mêmes numéros sur la liaison montante et sur la liaison descendante, et sur ces canaux on utilisera les trames de TDMA qui portent le même numéro. Si on émet dans l’emplacement de TDMA numéro 1 sur la ligne montante, on fera de même sur la ligne descendante. Multiplexage temporel permettant à 8 utilisateurs de partager le même canal de fréquence : La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

3.8 Détail des interfaces dans un système GSM Echange des données d'authentification HLR -- AUC H Divers MSC -- VLR B Vérification de l'identité du terminal MSC -- EIR F Gestion des informations d'abonnés VLR -- VLR G Exécution des handover MSC -- MSC E Transport des messages courts MSC -- SM-GSMC Services supplémentaires VLR -- HLR D Gestion des informations d'abonnés et de localisation Interrogation HLR pour message court entrant SM-GMSC -- HLR C Interrogation HLR pour appel entrant GMSC -- HLR BSC -- MSC A BTS -- BSC Abis Interface radio MS -- BTS UM Utilisation Localisation Nom La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

3.8 Etablissement d’une communication entre 2 utilisateurs La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Le Téléphone mobile se connecte au BTS La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Connexion au BSC (gestion de la ressource radio, peut gérer plusieurs BTS, analyse de puissance d’émission du mobile) La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Connexion au MSC (responsable de l’établissement de la communication) La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Le MSC récupère des données des 3 bases HLR (info de l’utilisateur), AuC (clef d ’authentification) EIR (n° de série du mobile) La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Le MSC se connecte (si besoin) a un autre MSC La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Le MSC cible va chercher les informations du destinataire dans le VLR Le VLR reçoit des HLR les informations concernant tous les abonnés mobiles qui pénètrent dans son secteur et fournit aux MSC les données nécessaires au traitement de l’appel La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Connaissant la localisation de l’abonné recherché, on établit la connexion La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

.... Wireline Network GSM Home Network GSM Visited Network
Mobility: Le « roamer » est appelé par un téléphone fixe HPLMN VPLMN Wireline Network GSM Home Network GSM Visited Network Le HLR en recevant le MSRN le transmet au MSC BTS BSC VLR L’MSISDN est numéroté par l’appeleant. L’appel est routé vers le MSC le plus proche MSC .... HLR SCCP Gateway BTS SCCP Gateway MSC BSC Le HLR traduit le MSISDN en IMSI et intérroge le VLR du mobile en utilisant l’IMSI VLR Le VLR attribue un MSRN et transmet ce numéro au HLR La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Le MSC établit l’appel vers le MSC courant du mobile
Mobility: La communication est établie Wireline Network GSM Home Network GSM Visited Network Le MSC appelle le mobile en utilisant un id temporaire le TMSI (attribué lors de la MAJ de la localisation ou de l’inscription) Le MSC établit l’appel vers le MSC courant du mobile BTS Call Set-up BSC VLR MSC .... HLR SCCP Gateway BTS SCCP Gateway MSC BSC VLR La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Numérotation liée à la mobilité : Le GSM utilise 4 types d’adressages liés à l’abonné : L’IMSI (identité invariante de l’abonnée) : n’est connu qu’à l’intérieur du réseau GSM. Cette identité doit rester secrète autant que possible Le MSISDN est le numéro de l’abonné, c’est le seul identifiant de l’abonné connu à l’extérieur du réseau GSM, L’exemple français: AB PQ MCDU 33 = CC 06 regroupe tt les abonnés mobile AB (07, 08 et 04 pour France Telecom; 09 et 04 pour SFR, 60, 61 et 18 pour bouygues Telecom) PQ numéro du HLR du réseau GSM MCDU numéro de l’abonnée dans le HLR MCC (Mobile Country Code) 208 pour la France MNC (Mobile Network Code) Id du PLMN 1 pour France Telecom 10 pour SFR MSIN (Mobule Subscriber Identifier) Numéro abonnée dans son réseau GSM CC (Country Code) 33 pour la France NDC (National Destination Code) déterminant le PLMN SN(attribué librement par l’opérateur) La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Le TMSI est une entité temporaire utilisée pour identifier le mobile lors des interactions Station Mobile-Réseau, Le MSRN est un numéro attribué lors de l’établissement de l’appel. Sa principale fonction est de permettre l’acheminement des appels par les commutateurs (MSC). La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

4- Les services GSM Les services GSM sont classés en 3 catégories : Les services support ou « Bearer services » : comprennent l'offre d'une capacité de transmission entre des interfaces utilisateurs définis. L'offre d'un service support par un opérateur consiste à fournir une capacité de transmission avec des caractéristiques techniques de débit, de taux d'erreur, de mode de transmission (synchrone/asynchrone). La mise à disposition d'une liaison point à point numérique à 9,6 kbit/s constitue un exemple de simple de service support. Le « Bearer services » offre le transfert de voix et de données au travers de l ’interface radio vers le mobile (MS). Le CSD (Circuit Switched Data) service : Dans les GSM classique, le seul service de data disponible est le « Circuit switched Data » . CSD fonctionne en assignant un canal de transmission dédié à un mobile durant toute une session. Le canal CSD permet les taux de transfert réseau suivants : 2.4, 4.8, 9.6, et 14.4 kbit/s. La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Les téléservices regroupent les services support et les services offerts par les terminaux. Ils représentent les services proposés par la globalité du processus. Les principaux téléservices offerts par GSM sont la téléphonie, la transmission de messages courts (SMS) et la transmission de télécopies. Téléphonie Le premier service offert par un PLMN est bien évidemment la transmission de la voix pour pouvoir effectuer des communications téléphoniques. Afin de disposer de services déjà offerts dans le réseau fixe (par exemple la consultation d'une boîte vocale ou d'un répondeur-enregistreur), les tonalités DTMF doivent pouvoir être transmises par un abonné GSM vers le réseau fixe. Elles sont transmises en numérique au sein du PLMN et converties ensuite en analogique. La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Messages courts SMS (Short Message Service) Permet au téléphone mobile de type GSM d’envoyer (MO Mobile Originating) et recevoir (MT Mobile Terminating) des messages courts d’une une longueur maximale de 140 octets (au plus 160 caractères codés en ASCII sur 7 bits), 2 types de messages courts sont disponibles : SMS Text SMS Biniare C’est sans contexte la killer Application du GSM Les services de messages courts nécessitent la présence d'un serveur de messages courts, le SM-SC ou SC. Celui-ci agit comme intermédiaire, entre le terminal fixe et le mobile, capable de stocker et de retransmettre des messages (Store and Forward). Le PLMN ne s'occupe que des échanges de messages entre le SC et un abonné mobile. L'autre partie n'est pas à sa charge. Les messages courts sont horodatés et font l'objet d’acquittement(s) (SMSC Ack, SIM Ack) selon leur mode d’émission) (MT, SMSC, Trans). Si le destinataire n'est pas accessible, le message est gardé en mémoire et remis dès que le destinataire se manifeste à nouveau si la validité du message n’a pas expirée. L'opérateur peut utiliser les messages courts pour la gestion de certains services (informations pour les utilisateurs, administration de son parc de carte SIM, ...). La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Envoi de messages vers les mobiles (SMS-MT) Une application envoie un SMS (par exemple les numéros du loto) vers un utilisateur. Le SMS est reçu par le SMSC et mis dans une file d’attente. Le SMSC interroge un équipement du réseau (HLR) pour savoir où est localisé l’utilisateur et s’il peut recevoir le SMS. Si c'est le cas, le SMSC envoie alors le SMS vers l’utilisateur. La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Envoi de messages depuis les mobiles (SMS-MO) Émission d’un SMS par un mobile. Le SMS est reçu par le SMSC et mis en file d’attente. Suivant l’adresse du destinataire, le SMS est transmis vers un serveur privé ou un mobile (suivant la même procédure que précédemment). La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Address TLV (optional)
Structure d’un SMS BER tag (1) Length (1 or 2) Device Identity TLV (4) Address TLV (optional) (4-13) SMS TPDU TLV (15-166) Tag (1) Length (1) Source (1) Destination (1) Tag (1) Length (1) TON/NPI (1) SCA (1-10) Tag (1) Length (1 or 2) SMS TPDU (13-163) 176 bytes TP-MTI, TP-UDHI... (1) Address Length (1) TON/NPI (1) Address Value (0-10) TP-PID (1) TP-DCS (1) TP-SCTS (7) TP-UDL (1) TP-UD (0-140) TP-OA 03.40header La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Broadcast La diffusion des messages courts permet à un fournisseur d'informations d'envoyer à l'ensemble des mobiles présents dans une zone géographique des messages non acquittés d'au plus 93 caractères. Les terminaux GSM fonctionnent alors comme des pagers (récepteurs de messages). Enfin, il est possible de concaténer jusqu'à 15 messages pour en diffuser des plus longs. Fax La transmission de fax via un PLMN est possible en groupe 3 (9600 bit/s) suivant 2 modes. Le mode manuel permet de passer alternativement de la transmission de la voix à la transmission fax; le mode automatique permet un appel et une réception d'appel sans intervention humaine, mais n'autorise aucun passage en mode voix. L'accès prévu par la norme sur le mobile est de type analogique 2 fils, semblable à un accès standard au réseau téléphonique. La transmission de fax peut se faire en mode transparent ou non transparent au sein du PLMN. Fax mail Appel d’urgence (112) Voice mail La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Les services supplémentaires regroupent toutes les facilités d'utilisation qui peuvent être offerts en complément des services précédents. On peut distinguer deux catégories : les services dits "essentiels" qui doivent être offerts dans tous les PLMNs et les services dits "additionnels" qui peuvent être disponibles uniquement au plan national et faire l'objet d'accords bilatéraux entre opérateurs pour élargir leurs disponibilités. Description rapide des principaux services supplémentaires : identification du numéro (services différents suivant qu'il implique l'appelé ou l'appelant), renvoi d'appel : ré-aiguillage des appels qui arrivent sur un poste vers un autre poste et selon différents critères (sur occupation du mobile, non-réponse...), double-appel : permet de communiquer avec 2 intervenants, un seul intervenant étant actif à un moment donné, l'appel en conférence : permet d'adjoindre à une communication en cours, un ou plusieurs autres correspondants, le groupe fermé d'usager : permet de restreindre les appels sortants ou/et entrants, les services supplémentaires de facturation : permet d'avoir connaissance du coût d'un appel (en cours ou à la fin). La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Plan du cours 1- Introduction aux réseaux GSM 2- Architecture des réseaux GSM 3- Les services GSM 4- La carte SIM dans les réseaux GSM 5- Introduction à GPRS 6- L ’offre GSM Gemplus 7- Conclusion mettre le nombre d ’utilisateurs du GSM / CDMA TDMA... La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

5- La carte SIM dans le réseau GSM La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

5.1 carte à puce overview Il existe deux catégories de carte à puce : à mémoire Ces simples cartes enregistrent des données et donc peuvent être vues comme de petites disquettes avec une sécurité optionnelle, À microprocesseur Ces cartes peuvent ajouter, effacer et manipuler des informations dans leur propre mémoire interne. Elles ressemblent à des mini ordinateurs avec des port d’E/S, un système d’exploitation et un disque dur avec des fonctionnalités de sécurité. Deux interfaces de cartes à puce sont disponibles : Carte à puce avec contact : elles doivent être insérées dans un lecteur de carte, Carte à puce sans contact : elles embarquent une puce électronique et une antenne permettant l’échange de données avec un lecteur sans contact. La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Les cartes à puce utilisées dans le GSM sont des cartes SIM (Subscriber Identification Module), Dans les communications « sans contact », la carte à puce fournit une authentification d’utilisateur sécurisée, un roaming sécurisé, et une plate-forme à services à valeur ajoutée. Initialement, la carte SIM était spécifiée comme une partie du standard GSM pour sécuriser pour accéder au réseau mobile et stocker des informations réseau. Avec les années, le rôle de la carte SIM devient de plus en plus important dans la chaîne de services sans contacts. Carte SIM ID – conforme aux normes ISO 7810 & 7811 Carte SIM plug-in La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

5.2 Standardisation Organisation / Institution : ETSI : European Telecommunications Standards Institute 3GPP : 3rd Generation Partenership Project ISO : International Organisation of Standard Principaux Standard GSM : ISO 7816, GSM (Specification of SIM-ME interface), GSM (SIM Application Tool Kit), GSM 3.40 et 3.48 (SMS et Sécurité). La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

5.3 Architecture d’une carte SIM La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

5.4 Les états du mobile La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

5.4 Etapes fonctionnelles lors de la mise en route du mobile Etape 1 : Identification de l ’abonné La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Etape 2 : Scan des fréquences radio La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Deux cas sont possibles quand la station mobile scanne les fréquences radios : 1- sélection normale est faite quand la station mobile n ’a plus d ’information, est faite sur l ’ensemble des fréquences porteuses possibles sur le GSM et/ou DCS 1800, génère une liste des meilleures fréquences porteuses stockée sur la Carte SIM 2- sélection depuis liste Ces informations, liste des fréquences stockées sur la carte SIM dans le fichier « BCCH list », correspondent à la dernière connexion sur le réseau. La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Etape 3 : PLMN et Sélection de cellule La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Etape 4 : Contrôle d’accès Géré par la BTS et donnant un accès ou non à un utilisateur. La classe est donné par le fichier ACC : 10 classe pour utilisateurs « normaux » 5 classes pour des utilisateurs prioritaires La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Etape 5 : Authentification de l ’utilisateur La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Etape 6 : Localisation de l ’abonné La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Etape 7 : Cryptage de la communication La télécommunication mobile - Stéphane VERA - sept 2003

Merci de votre attention
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