(¯`'·.¸(¯`'·.¸_.·´`·._.·´`·.(¯`'·.¸ ¸.·'´¯).·´`·._.·´`·._¸.·'´¯)¸.·'´¯) ) Le réseau GSM ) 2.10 ( vatoo ( (_¸.·'´(_¸.·'´`·._.·´`·._.·´(_¸.·'´¯`'·.¸_)`·._.·´`·._.·´`'·.¸_)`'·.¸_) GSM, standard europeen de la telephonie mobile Le systeme GSM (Global System for Mobile communications) a ete defini a la fin des annees 80 par des operateurs et des industriels reunis par l' Etsi (European Telecommunications Standard Institute). L' objectif etait de creer une norme eyropeenne de telephonie cellulaire numerique palliant les lacunes des systemes de telephonie cellulaire analogique (taille importante des mobiles, incompatibilite entre les pays, non confidentialite des communications, et efficacite spectrale faible). L' evolution rapide du marche a favorise la creation de portables de petite taille, offrant une bonne qualite d' ecoute, et utilisables partout en Europe. La norme GSM constitue aujourd' hui une reference mondiale, sauf aux Etast-Unis, ou les technologies CDMA-TDMA dominent. En France, 3 operateurs ont obtenu une licence permettant de developper un reseau GSM. Ainsi, Bouygues Telecom, France Telecom Mobiles et SFR developpent constamment l' infrastrucutre de leur reseau, c' est a dire les equipements qui raccordent les telephones mobiles au RTC (Reseau telephonique commute, voir CRYPTEL #1). La liaison entre telephones mobiles s' effectue via des stations relais radio. Chacune d' elles assure la communication radio avec les mobiles dans une zone geographique precise, appelee cellule. La qualite et la disponibilte du service etant liees a la qualite des communications radio, il est necessaire soit d' augmenter la puissance des mobiles (ce qui en augmente la taille), soit de multiplier le nombre de ces stations relais radio. Ainsi se sont installees sur le toit des immeubles des antennes assurant la communication avec les mobiles. La repartition geographique des relais radio depend de la densite de trafic estimee. A la campagne, les cellules, moins nombreuses, se deploient dans un rayon large (35 km environ). En revanche, en ville, ou le trafic est beaucoup plus important, les cellules couvrent une superficie reduite (300m de rayon environ). On parle alors de microcellules. L' ensemble des cellules du reseau d' un operateur forme le PLMN, auquel est attribue un ensemble distinct de frequences. Cela permet aux reseaux Bouygues Telecom, Itineris et SFR de couvrir la France, sans que les interfaces ne viennent parasiter les communications. Le PLMN, une architecture complexe L' utilisateur peut appeler un correspondant (et etre appele) quelle que soit la cellule dans laquelle il se trouve. S' il est impossible d' affecter de maniere fixe les canaux radio aux differents abonnes, il est necessaire d' allouer dynamiquement les differentes ressources physiques aux echanges logiques relatifs aux abonnes presents dans les cellules. Cette fonction, appelee la gestion des ressources radio (RR), fournit une meilleure efficacite spectrale que ne le faisaient les anciens systemes analogiques de telephonie mobile. Elle acroit la capacite de trafic et le nombre d' utilisateurs du reseau de telephonie mobile. La gestion de la mobilite est une autre fonction essentielle de ce type de reseau, qui inclut la localisation des mobiles en veille ainsi que l' etablissement et la maintien des comms pendant un deplacement (hand-over). L' infrastructure d' un reseau de telephonie mobile, ou PLMN, est composee de trois sous-systemes: le sous-systeme radio (BSS), le sous-systeme d' acheminement dans le reseau (NSS), et, enfin, le sous-systeme d' exploitation (OSS). Le premier est un modem qui assure la gestion des ressources radio indispensables aux echanges avec les mobiles, et le transfert des comms entre les mobiles et le NSS. L' interface mobile-NSS est appelee interface Air. Elle offre une bonne qualite de service grace a la transmission numerique et au codage de la voix. La confidentialite des communications est assuree par le chiffrement des echanges. L' interface Air est caracterisee par un schema d' acces multiple a la fois frequentiel et temporel, qui a pour nom TDMA. Sur chaque frequence emise par un relais radio, on obtient une decoupe des trames en 8 intervalles de temps. Les couples (frequence et intervalle de temps) constituent les ressources radio physiques qui sont attribuees par configuration aux differents canaux logiques de controle, de signalisation et de trafics necessaires aux echanges entre les mobiles et les BSS, sous-systeme radio constitue de plusieurs types d' equipements, dont les BTS. Les BTS sont les stations de base qui assurent le couplage radio avec les mobiles sur l' interface Air. Ils effectuent egalement le multiplexage des trames TDMA, le traitement du signal de parole (modulation, demodulation, codage canal, chiffrement et transcodage GSM-MIC, modulation par impulsion et codage) ainsi que les mesures de puissance des mobiles pour assurer une bonne qualite de communication. Les BTS sont pilotes par le controleur de station de base (BSC). Cet organe intelligent du BSS concentre les circuits de parole et de donnees vers le sous-syteme d' acheminement dans le reseau NSS. Il gere les ressources radio physique et les canaux logiques, et alloue ces derniers aux appels qu' il traite. Le BSC administre la mobilite des abonnes entre les cellules qu' il pilote. Enfin, il realise le controle des mobiles, tant en matiere de puissance d' emission que de synchronisation temporelle. Les BTS d' un BSS sont relies aux BSC par des liaisons MIC a 2 Mbit/s. Sur ces liens transitent les comms vocales ou de donnees, ainsi que la signalisation BTS-BSC, MS-BSC et MS-MSC. La signalisation utilise le protocole LAPD (Link Access Protocol Digital) pour la couche de liaison de donnees. Le commutateur, lien entre le fixe et le mobile La deuxieme partie d' un reseau de telephonie mobile comprend le NSS, sous-systeme en charge du traitement d' appel, de la connexion au reseau telephonique, et de la gestion des abonnes. Il est interface avec plusieurs BSS, et a un role de concentration et de commutation des comms. Un NSS se compose des enormes bases de donnees relatives aux abonnes (HLR) et a la localisation des mobiles (VLR). Les commutateurs, baptises MSC, sont le plus souvent dotes des commutateurs du RTC, auxquels les fonctions specifiques du GSM ont ete ajoutees par les mecanismes de reseau intelligent. Ils etablissent les appels entre les mobiles et les abonnes fixes, ou entre les mobiles, et incluent les fonctions de traitement des appels (CC), de gestion de la mobilite (MM), d' echange des messages courts (SMS, Short message services), et d' administration des services supplementaires (SS). Certains d' entre eux sont interfaces avec le centre a autonomie d' acheminement (CAA) du RTC, ils sont alors denommes GMSC ou passerelles MSC. Le trafic entre les MSC peut etre achemine par le RTC. Mais depuis quelques annees, l' operateur d' un reseau de telephonie mobile (PLMN) peut utiliser sa propre infrastructure de transmission pour etablir des circuits de parole entre les MSC. L' acheminement des appels est alors conduit par le PLMN jusqu' a un GMSC, qui transmet l' appel au CAA auquel il est connecte. Chaque MSC est couple a une base de donnees qui recueille les donnees d' acheminement relatives aux abonnes visiteurs situes dans une zone precise (VLR). Une deuxieme base de donnees (HLR) contient les infos relatives aux abonnes telles que les services souscrits, leur identification, leur numero d' annuaire, ainsi que la reference du VLR correspondant a la localisation de l' abonne. Un PLMN pourra contenir un ou plusieurs HLR selon le nombre d' abonnes. Pour la partie controle, le reseau de telephonie mobile dispose d' un centre d' authentification (AuC). NSS et BSS relies par interface normalisee Cet equipement gerant les cles de securite de chaque abonne est souvent situe sur la meme machine que le HLR. Le centre d' identification (EIC, Equipment Identification Center), lui, contient les infos necessaires pour verifier que le mobile est autorise sur un reseau. Pour relier les deux sous-reseaux, NSS et BSS, les operateurs mettent en oeuvre une interface bptisee A. Grace a cette normalisation, ils peuvent interconnecter les equipements NSS et BSS de differents constructeurs. Les controleurs des stations de base (BSC), eux, sont relies aux MSC par des liaisons MIC a 2 Mbit/s par lesquelles transitent les comms avec les mobiles et la signalisation MS-MSC ou BSC-MSC. La signalisation utilise les protocoles du reseau semaphore SS7 et une couche specifique au GSM, appelee BSSAP. Les divers MSC d' un PLMN sont aussi relies par des liaisons MIC, qui vehiculent les circuits de parole. L' echange de signalisation entre les constituants du NSS est realise par le reseau semaphore SS7 associe au PLMN, auquel a ete ajoute le protocole MAP (Mobile Application Part). L' interface MSC-HLR est normalisee pour autoriser les echanges de signalisation entre PLMN lorsque les mobiles sont utilises a l' etranger. L' interface PLMN-RTC ou PLMN-RNIS est realisee par les passerelles GSMC connectees au CAA par des liaisons MIC a 2 Mbit/s et par le reseau semaphore SS7. Questions/reponses: Q- Comment un utilisateur est-il identifie ? R- >>Etape1:Quand un mobile fonctionne, il parcourt les frequences et recherche les canaux de controle emis par les stations de base (BTS) afin de se synchroniser en frequence temporellement.Le mobile ecoute les infos systemes diffusees par les BTS pour recueillir toutes les infos sur le reseau. >>Etape2:Une fois que la station de base susceptible de lui fournir la meilleure qualite radio a ete retenue, le mobile demande un canal de signalisation dedie, alloue par le sous-systeme radio (BSS) >>Etape3:Ce sous-systeme etablit une connexion SS7 avec le commutateur du reseau (MSC). >>Etape4:Quand le mobile a signale sa presence au commutateur MSC visité, celui-ci met l' identite du mobile dans les bases de donnees locales centralisees. >>Etape5:Le commutateur fournit au mobile une identite provisoire qui sera ensuite utilisee pour les echanges entre le mobile et le reseau. Q- Qu' est-ce que la puce SIM ? R- Chaque abonne GSM recoit une carte a puce denomme carte SIM (Subscriber Identification Module), qui constitue sa carte d' identite sur le reseau. Cette carte renferme les informations necessaires pour acceder au reseau d' un operateur. Elle existe sous deux types de formats: carte de credit et miniature. La carte SIM contient des caracteristiques du reseau (identite du PLMN et plage de frequences utilisee), des parametres d' abonnement (identite internationale de l' abonne et services demandes), des donnees de securite (mot de passe de l' abonne ainsi que cle d' authentification et de chiffrement), des informations sur la mobilite (identite provisoire et indicateur de zones de focalisation) et, enfin, des donnees temporaires comme les messages courts recus. Q- Quelles sont les etapes d' un appel d' un poste fixe a un mobile ? R->>Etape1:L' abonne du reseau de telephonie fixe compose le numero de l' abonne mobile (MSISDN). Celui-ci est de la forme ID Z AB PQ MCDU. L' ID est l' indicatif du pays (33 pour la France); Z indique la zone (Z=06, qui est reserve pour les mobiles); AB est l' indicatif attribue a chaque operateur (07 et 08 pour FT, 60 pour Bouygues, 09 pour SFR); PQ identifie le HLR, et MCDU l' abonne. >>Etape2:L' appel est transmis au commutateur d' acheminement (CAA) auquel l' abonne fixe est connecte. >>Etape3:L' appel est aiguille vers le commutateur passerelle (GMSC) le plus proche du reseau mobile. >>Etape4:Pour connaitre les informations sur l' abonne mobile, ce commutateur passerelle interroge la base de donnees centralisee (HLR). >>Etape5:Le HLR interroge a son tour la base de donnees locale (VLR) du commutateur (MSC) pour localiser le mobile. >>Etape6:En retour, la base de donnees locale fournit a la base de donnees centralisee un numero provisoire (MSRN). >>Etape7:La base de donnees centralisee informe le commutateur passerelle du numero provisoire pour pouvoir joindre directement le commutateur visite par le mobile. >>Etape8:Le commutateur passerelle va etablir un appel vers le commutateur concerne. >>Etape9:Le commutateur recherche le mobile en demandant une procedure de recherche (paging) au controleur de stations de base (BTS) du sous-systeme radio concerne (BSS). >>Etape10:Le BSS diffuse alors la recherche (numero provisoire du TMSI) sur toutes les stations de base (BTS). >>Etape11:Une fois le mobile repere, le BSS lui alloue un canal de trafic. Le circuit de parole est etabli entre le mobile et l' abonne fixe a travers ce canal de trafic. La conversation peut alors commencer (enfin!). Q- Quelles sont les etapes d' un appel d' un mobile a un poste fixe? R->>Etape1:Le mobile utilise le canal de signalisation pour s' identifier aupres du reseau, etablir le chiffrement, et demander au commutateur visite l' etablissement de l' appel sortant. >>Etape2:L' analyse du numero de l' appelant dans la base de donnees centralisee permet au commutateur de constater que le numero appartient au reseau fixe. >>Etape3:La base de donnees centralisee (HLR) recherche l' adresse du commutateur passerelle (GMSC) auquel est rattache l' abonne fixe. >>Etape4:La base de donnees HLR communique cette adresse au commutateur MSC relie au BSS, sous-systeme radio sur lequel l' utilisateur mobile est raccorde. >>Etape5:Le commutateur aiguille alors l' appel vers ce commutateur passerelle MSC. >>Etape6:L' appel est route vers le centre d' acheminement auquel l' abonne fixe est connecte. >>Etape7:Le centre d' acheminement entre en contact avec l' appele, et la communication peut alors s' etablir. >>Etape8:Le commutateur demande au sous-systeme radio (BSS) d' allouer un canal de trafic. >>Etape9:Le canal de signalisation est libere, et le circuit de parole est etabli entre le mobile et l' abonne fixe. >>Etape finale:Lorsque l' un des deux abonnes raccroche, un dialogue de fin d' appel se deroule entre le commutateur et le mobile, et le canal de trafic est libere.