Architecture d'un réseau GSM 2G (Téléphonie Mobile)

2ème année Génie Des Systèmes De Télécommunications et Réseaux

Réalisé par :
MOUNIR Assia

Année Universitaire 2008-2009

Encadré par :
Mr. BRITEL M.Reda

Ingénierie mobile

Plan
Vue d’ensemble d’un réseau mobile
le sous-système Radio BSS Base Station Subsystem
le sous-système Réseau NSS Network and
Switching Sub-system
le sous-système d’exploitation OSS Operation
Support Sub-system
2

Architecture réseau GSM 2008-2009

1-Vue d’ensemble d’un réseau mobile
a- Public Land Mobile Network
 Le Réseau Terrestre Mobile Public, réseau de télécommunications qui permet aux
utilisateurs autorisés d'accéder à différents services (téléphonie, messagerie, transmissions
de données, diffusions de contenus audiovisuels…) en situation de mobilité à partir de
terminaux portatifs.
 Il existe plusieurs PLMN distincts dans le monde, il sont très souvent interconnectés entre eux
et avec le RTC , ce qui permet une communication entre les terminaux mobiles et fixes.


3

b- Les composants fixes d’un réseau GSM
BSS (Base Station
Subsystem):
Le sous-système radio qui
assure les transmissions
radioélectriques et gère la
ressource radio

NSS(Network Switching
Subsystem):
Le sous-système réseau qui
gère l'acheminement des
appels et la mobilité des
abonnés.
OSS(Operation SubSystem): le sous système de
maintenance qui permet à
l'opérateur d'administrer et
de contrôler son réseau

4

b- Les composants fixes d’un réseau GSM
L’interface Um : C’est
l’interface entre les deux sous
systèmes MS (Mobile Station)
et le BSS (Base Station Subsystem. On la nomme
couramment « interface radio
» ou « interface air ».
L’interface Abis : C’est
l’interface entre les deux
composants du sous système BSS
: la BTS (Base Station Transceiver)
et le BSC (Base Station Controler)
L’interface A : C’est l’interface
entre les deux sous systèmes
BSS (Base Station Sub System)
et le NSS (Network Sub
System).

5

c-Les composants d’une station mobile
Mobile Station (MS) ou Station Mobile :
 terminal mobile authentifié et autorisé à accéder au réseau mobile.
 Il s'agit généralement d'un téléphone portable, mais cela peut-être aussi
un ordinateur portable ou un PDA équipé d'une carte d'accès adéquate…

 association des deux éléments :
o le terminal physique, appelé Mobile Equipment (ME) :
émetteur-récepteur
interface utilisateur
o carte SIM Subscriber Identity Module: c’est une puce contenant un
microcontrôleur et de la mémoire, qui contient des paramètres clé
concernant l'abonnement souscrit


6

c-Les composants d’une station mobile
Liste partielle des informations contenues dans une carte SIM


7

2- le sous-système Radio BSS
a-fonction
Le sous-système des stations de Base (Base Station Subsystem) est la partie radio du
réseau de téléphonie mobile GSM, chargée de la connexion entre la Station Mobile
(MS) et la partie commutation du réseau GSM (vers le MSC).

b-Composants


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BTS Base Transceiver Station
Appelé plus communément antenne-relais
GSM, Schématiquement, elle est
composée essentiellement d'un élément
d'interface avec la station la contrôlant
(BSC), d'un émetteur/récepteur
(transceiver, TRX) et d'une antenne : elle
forme ainsi une cellule (base du maillage
du réseau).


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BTS Base Transceiver Station
Système de couplage
• Interface entre les
antennes et les TRX de
chaque cellule

Coupleur
enTransmission

Duplexeur

Antenne

Coupleur en
récéption

TRX Transmission/Reception Unit
un émetteur récepteur:
codage canal, chiffrement des trames, modulation, démodulation
activation et désactivation d'un canal radio
multiplexage temporel (TDMA) et saut de fréquence (Frequency Hopping)
chiffrement du contenu à transmettre
contrôle de la liaison
surveillance des niveaux de champ reçus et de la qualité des signaux (nécessaire
pour le handover)
contrôle de la puissance d'émission (limiter la puissance à ce qui est suffisant
pour ne pas trop perturber les cellules voisines)

FONCTIONS
• Multiplexage de la voix et des données de l’utilisateur
vers la BSC

Element
d’interface

• Multiplexage des canaux de signalisation vers la BSC


10

.
10

BSC Base Station Controller
Contrôleur de station de base, il assure le contrôle d'une ou de
plusieurs BTS. La plupart des fonctions intelligentes de BSS sont
implantées à ce niveau, notamment les fonctions de gestion
des ressources radioélectriques :
•
•
•
•
•
•
•

Gestion des BTS connectés dans sa zone
Gestion de la base de données de la BSS
Frequency hopping
Contrôle du hand over
Collecte des opérations et informations de maintenance des
BSCs/TRAUs et BTSs
Commutation
Evaluation des informations sur les signaux parvenus de la MSC
vars TRAU et vice versa

11

BSC Base Station Controller
X25

Processing Unit

Controller

Switching Matrix

PCM controller

Abis interface

Operation and
Maintenance
Sub System

PCM controller

A interface


12

TRAU Transcoder and Rate Adaptation Unit

•
•

unité de transcodage et d'adaptation de débit. En effet, Le débit du canal radio GSM
est de 13 kbit/s, tandis que celui du canal de liaison PCM du téléphone fixe est de
64 kbit/s : il est donc nécessaire de réaliser un transcodage au niveau des stations
de base (BTS). Deux solutions peuvent être mises en œuvre :
multiplexer quatre canaux à 13 kbit/s pour produire un canal à 64 kbit/s. Dans ce
cas, le débit est relativement faible entre la BTS et la BSC ;
faire passer le débit de chaque canal à 64 kbit/s. Dans ce cas le débit entre BTS et
BSC est quatre fois plus important que ci-dessus, mais les équipements sont
banalisés (à la norme PCM 64 kbit/s) dès la BTS.


13

3- le sous-système Réseau NSS
Il assure principalement les fonctions de commutation et de routage. C'est donc lui
qui permet l'accès au réseau public RTCP ou RNIS. En plus des fonctions
indispensables de commutation, on y retrouve les fonctions de gestion de la
mobilité, de la sécurité et de la confidentialité qui sont implantées dans la norme
GSM.


14

MSC (Mobile services Switching Center ou Mobile Switching Center) est un
équipement de téléphonie mobile (2G/3G) en charge du routage dans le réseau,
de l'interconnexion avec les autres réseaux (réseau téléphonique classique par
exemple) et de la coordination des appels.
Gestion de la mobilité
• Securité
• Location
• IMSI Attach / Detach
•Gestion du Handover

•Facturation
•Fonctions
d’interconnexions
•Synchronisation.
•Gestion du protocole
SS7

Gestion de la connexion
Switch

• contrôle des appels
• services supplémentaires
• Short Message Services
• Dual Tone Multi Frequency
(DTMF)

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HLR Home Location Register: la base de données qui gère les abonnés d'un
PLMN donné. Afin que les données soient cohérentes sur l'ensemble du
réseau, c'est elle qui sert de référence aux autres bases de données
locales, les VLR.
La HLR contient d'une part des informations caractérisant l'utilisateur luimême:
• IMSI (International Mobile Subscriber Identity), identifiant de l'utilisateur
• l'IMEI définissant la Station Mobile utilisée, soit généralement, le
téléphone mobile de l'utilisateur
• MSISDN (Mobile Subscriber International ISDN Number), indiquant le
numéro d'appel international via lequel l'utilisateur est joignable. Il peut
ne pas être unique pour un même IMSI.
• les services souscrits par l'abonné, l'état des renvois d'appels, ...
Elle contient d'autre part des informations indiquant la dernière position
connue de cet utilisateur:
• l'adresse MSRN (Mobile Subscriber Roaming Number) désignant l'abonné
sur le réseau,
• les adresses des MSC et VLR concernés pour avoir à chaque instant la
position approximative de l'abonné mobile (seule la VLR en question
connaît une position plus précise).

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Visitor Location Register VLR :base de données temporaire contenant
des informations sur tous les utilisateurs (Mobile Stations) du
réseau, et qui est intégrée dans le Mobile service Switching Center
(MSC).
La plus petite unité spatiale pour localiser un abonné utilisant une
station mobile est la Location Area. chaque zone reçoit un code
unique, le Location Area Code. À un instant donné, un abonné ne se
trouve que dans une seule Location Area, donc uniquement un seul
VLR contient une entrée dans sa base concernant cet abonné. Cette
unicité est utilisée pour retrouver un abonné dans le réseau.
Le VLR contient, entre autre, les informations suivantes :
• IMSI (International Mobile Subscriber Identity)
• TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)
• MSRN (Mobile Subscriber Roaming Number)
• LAI (Location Area Identification)
• l'adresse du MSC
• l'adresse du HLR

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L'Authentication Center (AuC), centre d'authentification, désigne une
fonction d'authentification de la carte SIM associé au HLR
• Cette authentification a lieu normalement après la mise sous tension du
téléphone mobile.
• Aussitôt que la carte SIM est authentifiée, le HLR est en mesure
d'administrer la carte SIM et les services de radiotéléphonie mobile
associés.
• La clé cryptographique qui sert au codage de la communication entre le
téléphone mobile et le réseau GSM est générée. La conception de cette
étape est critique pour la sûreté. Elle doit permettre en particulier
d'interdire la technique dite de clonage de la carte SIM (qui permettrait à
un utilisateur de mobile d'emprunter frauduleusement l'identité réseau
d'un autre utilisateur).
• On peut dès lors distinguer trois niveaux de protection :
1. La carte SIM qui interdit à un utilisateur non enregistré d'avoir accès au réseau.
2. Le chiffrement des communications destiné à empêcher l'écoute de celles-ci.
3. La protection de l'identité de l'abonné.


18

EIR Equipment Identity Register, est une base de données
comportant les informations de sécurité relatives à un
téléphone mobile.
• le téléphone mobile doit potentiellement pouvoir accueillir
n'importe quelle carte SIM de n'importe quel réseau.
un terminal peut être utilisé par un voleur sans qu'il ne
puisse être repéré.
• chaque terminal reçoit un identifant unique (International
Mobile station Equipment Identity, IMEI) qui ne peut pas
être modifé sans altérer le terminal.
• Tous les opérateurs n'implémentent pas une telle base de
données.

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IWF Interworking Fonction: technique pour l'interfaçage des données entre un
système sans fil et le réseau téléphonique.
Utilisation des modems ou des adaptateurs de terminal de données pour
convertir les données transmises sur l'interface et du réseau mobile à un format
qui peut être reconnue et assurée par le réseau public de télécommunications.


20

Service de messagerie :Short message service, plus connu sous le sigle SMS, permet
de transmettre de courts messages textuels de taille maximale comprise entre 70
et 818 caractères suivant la langue utilisée ; c’est un service proposé
conjointement à la téléphonie mobile, voire à d’autres appareils mobiles comme le
Pocket PC.


21

4- le sous-système d’exploitation OSS
Il assure la gestion et la supervision du réseau. C'est la fonction dont
l'implémentation est laissée avec le plus de liberté dans la norme GSM
Fonction de l’OMC
• Operation and Maintenance Center, Son rôle est d'assurer la gestion
de plusieurs BSC. La supervision du réseau intervient à de nombreux
niveaux :
» Détection de pannes.
» Mise en service de sites.
» Modification de paramétrage.
» Réalisation de statistiques.
• L'OMC permet à l'opérateur de connaître les points faibles de son
réseau, de les analyser et de les corriger.
Composants de l’OMC
• Dans les OMC (Operation and Maintenance Center), on distingue
– l'OMC/R (Radio) qui est relié à toutes les entités du BSS, à travers
les BSC,
– l'OMC/S (System) qui est relié au sous système NSS à travers les
MSC

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