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  1. 1. Grow with us GSM Global System for Mobile Communications Par : Lassaad ELAABIDI Cynapsys Software Engineering,
  2. 2. Plan 1. Architecture du réseau GSM 1.1. Architecture du réseau d’accès radio BSS 1.2. Architecture du réseau cœur NSS 1.3. Fonctionnalités du réseau GSM 1.4. Entités de base 1.5. Différents cas de Handover intercellulaire 1.6. Composition d’un site Radio GSM 1.7. Interfaces dans GSM 1.8. Modèle OSI dans GSM 1.9. Services GSM 1.10. Principales bandes de fréquences GSM dans le monde 2. Architecture d’un réseau GSM/GPRS 3. Intégration EDGE 4. Conclusions 2
  3. 3. Architecture du réseau GSM (1/20) Un réseau GSM (Global System for Mobile communications) est constitué de quatre sous-s - Base Station: la Station Mobile MS - Base Station Sub-system: le Sous-Système Radio BSS - Network and Switching Sub-system: le Sous-Système Réseau NSS - Operation and Support Sub-system: le Sous-Système d’exploitation et de maintenance OSS 3
  4. 4. Architecture du réseau GSM (2/20) NB. Le BSS et le NSS sont reliés, via un LAN ou WAN, par l’OSS ou bien l’OMC (Operation and Maintenance Center ou bien OSS; Operation and Support Sub-system) qui est utilisé pour configurer et maintenir le réseau depuis une location centrale. 4
  5. 5. Architecture du réseau GSM (3/20) Architecture du réseau d’accès radio BSS Il assure les transmissions radioélectriques et gère les ressources radio Equipement Mobile Contenant toutes les informations d’abonnement 5
  6. 6. Architecture du réseau GSM (4/20) Architecture du réseau cœur NSS Comprend l’ensemble des fonctions nécessaires à l’établissement des appels et à la gestion de la mobilité (en charge de la gestion des services à commutation de circuits: voix, fax, SMS, données,...) 6
  7. 7. Architecture du réseau GSM (5/20) Fonctionnalités du réseau GSM MS BSS NSS 7
  8. 8. Architecture du réseau GSM (6/20) Entités de base BTS: Base Transceiver Station: station de base qui assure la transmission/réception radio entre mobiles et réseau: - Gestion de la couche physique (multiplexage TDMA, modulation/démodulation RF, égalisation, chiffrement, entrelacement,…) - Gestion de la couche liaison de données (LAPDm) Structure d’une trame GSM - La capacité d’une BTS est mesurée en nombre d’émetteurs/récepteurs supporté (nombre de modules TRX; Trans-Receiver) - Un TRX est un module électronique qui assure l’émission et la réception d’une trame à 8 canaux Full-Duplex: les deux interlocuteurs peuvent parler en même temps 8
  9. 9. Architecture du réseau GSM (7/20) Entités de base BTS: Base Transceiver Station - La zone d’action d’une BTS est appelée cellule Une fréquence utilisée dans une cellule ne doit pas être Site Site réel utilisée dans les hexagones voisins Hard-Handover théorique Hexagone 9 Couverture d’un site Radio
  10. 10. Architecture du réseau GSM (8/20) Entités de base BSC: Base Station Controller: un contrôleur de station de base peut gérer et superviser plusieurs stations de base (BTS); c’est l’organe « intelligent » du BSS Les principales tâches d’un BSC sont: - Gestion des ressources radio: allocation des canaux - Contrôle de puissance des MS et BTS - Décision et exécution des mécanismes de Handover - Concentration du trafic vers le MSC 10
  11. 11. Architecture du réseau GSM (9/20) Entités de base BSC: Base Station Controller La capacité d’un BSC est mesurée par trois paramètres: - Nombre de TRX - Charge maximale en trafic (en Erlang) - Le nombre de ports physiques BTS + BSC = Sous Système Radio BSS; Base Station Sub-system 11
  12. 12. Architecture du réseau GSM (10/20) Entités de base MSC: Mobile services Switching Center: c’est un commutateur en charge de la gestion des services en mode circuit des stations mobiles qui sont enregistrées dans la zone géographique qu’il gère Le rôle d’un MSC est: - Gestion des appels - Gestion des Handover - Interconnexion avec le réseau public fixe (RTCP) via Gateway MSC (GMSC) - Gestion des terminaux visiteurs à travers son VLR 12
  13. 13. Architecture du réseau GSM (11/20) Entités de base MSC: Mobile services Switching Center La capacité d’un MSC est mesurée en: - Trafic en Erlang - BHCA; Busy Hour Call Attemps Nombre d’appels fait pendant une heure la plus occupée du jour (peak hour)) GMSC: Gateway MSC Passerelle MSC, un routeur qui, effectue le routage des appels venant du RTC vers le MSC du destinataire et vice-versa. 13
  14. 14. Architecture du réseau GSM (12/20) Entités de base HLR: Home Location Register: registre des terminaux locaux; base de données contenant: - Toutes les informations d’abonnements IMSI, MSISDN, services autorisés,… IMSI: International Mobile Subscriber Identify; identité permanente du mobile auprès du réseau GSM; elle n’est pas connue par l'utilisateur MSISDN: Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network Number; numéro international d’un abonné: c’est par ce numéro qu’il peut appeler ou être appelé - Adresse du VLR où le mobile est localisé VLR: Home Location Register: registre des terminaux visiteurs; BD contenant: - Les informations précises sur la position de l’abonné et son déplacement dans une zone de localisation (Location Area: consiste en un ensemble de cellules gérées par un même et unique MSC/VLR) 14
  15. 15. Architecture du réseau GSM (13/20) Entités de base EIR: Equipment Identify Register: registre des identifiants des équipements mobiles - Base de données répertoriant les terminaux mobiles (conditions d’abonnement) - Elle contient également des informations grossières sur la localisation de l’abonné AuC: Authentification Center: centre d’authentification - Il s’agit d’un élément chargé de vérifier l’identité des utilisateurs - C’est une BD stockant les informations confidentielles (contenant les paramètres utilisés pour la gestion de la sécurité de l’accès au système) GMSC + MSC/VLR + HLR/AuC/EIR = Sou Système Réseau NSS; Network and Switching Sub-system 15
  16. 16. Architecture du réseau GSM (14/20) Différents cas de Handover intercellulaire Intra BSC Inter-System (exemple entre GSM et UMTS) 16
  17. 17. Architecture du réseau GSM (15/20) Composition d’un site Radio GSM - Supports d’antennes: un pylône (monopôle, à base triangulaire, à base rectangulaire), pylônet ou un mât (6m,9m) servent à la fois pour la fixation des antennes GSM et des antennes des liaisons FH (Faisceaux Hertziens) - Feeder: câbles coaxiaux assurant la liaison entre les antennes et la BTS Antennes - Antennes - Les équipements radio (BTS) sont abrités généralement au Feeder Pylône pied du pylône - Interfaces et équipements de transmission (vers le BSC) BTS 17 Pylônes
  18. 18. Architecture du réseau GSM (16/20) Interfaces dans GSM Interface Liaison MS – BTS Um: interface air ou radio MS : Mobile Station Abis A BTS – BSC BTS : Base Transceiver Station BSC : Base Station Controller MSC : Mobile services Switching Center VLR : Visitor Location Register HLR : Home Location Register EIR : Equipment Identify Register BSC – MSC ou BSS – NSS MSC – VLR B C MSC – HLR D VLR – HLR E MSC A – MSC B MSC – EIR F AuC : Authentication Center GMSC : Gateway MSC G VLR A – VLR B HLR – AuC H RTC GMSC – MSC 18
  19. 19. Architecture du réseau GSM (17/20) Modèle OSI dans GSM Couche 1: physique - Définit l’ensemble des moyens de transmission et de réception physiques de l’information - Sur l’interface Abis (BTS-BSC), la transmission est numérique, le plus souvent sur des voies 64 kbps - Sur l’interface radio Um (MS-BTS), elle est plus complexe du fait des opérations à effectuer: codage correcteur d’erreurs, multiplexage des canaux logiques, mesures radio,… Couche 2: liaison de données - A pour objet de fiabiliser la transmission entre deux équipements par un protocole - Les protocoles adoptés comportent un mécanisme d’acquittement et de retransmission (ARQ, Automatic Repeat Request) - La liaison entre la BTS et le BSC est gérée par le LAPD (Link Access Protocol on the D channel) utilisé dans le réseau de données RNIS - Entre la MS et la BTS, une version modifiée du LAPD est utilisée: le LAPDm 19
  20. 20. Architecture du réseau GSM (18/20) Modèle OSI dans GSM Couche 3: réseau - Etablit, maintient et libère les circuits de parole ou de données impliqués dans une communication - Comporte trois sous-couches: 1. RR (Radio Resources): gère l’ensemble des aspects purement radio 2. MM (Mobility Management): prend en charge la localisation, l’authentification et l’allocation du TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity; identité temporaire utilisée pour identifier le mobile dans le réseau auprès du MSC) 3. CM (Connection Management): 3.1. CC (Call Control): traite la gestion des connexions de circuits avec le destina 3.2. SMS (Short Message Service): assure la transmission et la réception de messages courts 3.3. SS (Suplementary Services): gère les services supplémentaires (renvoi d’appe facturation (indication du montant), restriction d’appel (interdiction des appels sortants, internationaux…),…) 20
  21. 21. Architecture du réseau GSM (19/20) Services GSM 1. Transmission de la voix: Téléphonie et appels d’urgence 2. Messages couts (SMS: Short Message Service): Vers ou venant d’un mobile, ou en diffusion vers mobiles 3. Fax groupe 3: Transmission alternée voix / fax ou transmission automatique fax Services supplémentaires - Renvoi d ’appel (systématique, sur occupation, etc…) - Double appel (mise en instance / attente) - Conférence (appel multipartie, groupe fermé d’usagers) - Facturation (indication du montant avec ou sans interdiction) - Restriction d’appel (interdiction des appels sortants, internationaux,…) 21
  22. 22. Architecture du réseau GSM (20/20) Principales bandes de fréquences GSM dans le monde En Europe, Afrique, Moyen-Orient et en Asie: 900 MHz et 1800 MHz Aux Etats-Unis, Canada et au Japon: 1900 MHz 915 – 890 (MHz)/200 KHz – 1 = 124 porteuses Chaque porteuse radio exige Bande GSM (Global System for Mobile communications): allouée en 1982 En Europe, le standard GSM utilise les bandes de fréquences 900 MHz et 1800 MHz. 1785 – 1710 (MHz)/200 KHz – 1 = 374 porteuses Aux Etats-Unis par contre, la bande de fréque utilisée est la bande 1900 MHz. Ainsi, on qualifie de tri-bande (parfois noté tribande), les téléphones portables pouvant fonctionner en Europe et aux Etats-Unis et de bi-bande ceux fonctionnant uniquement en Bande de la variante DCS (Digital Cellular System): allouée en 1990 Europe. 1910 – 1850 (MHz)/200 KHz – 1 = 299 porteuses 22 Bande de la variante PCS (Personal Communications Service)
  23. 23. Architecture d’un réseau GSM/GPRS (1/3) Transmission de données en mode paquet sur l'interface Radio GSM GPRS: General Packet Radio Service Intégration de nouveaux équipements Définition de nouvelles interfaces 23
  24. 24. Architecture d’un réseau GSM/GPRS (2/3) Transmission de données en mode paquet sur l'interface Radio GSM SGSN: Serving GPRS Support Node: nœud GPRS qui est en charge de la gestion des services à commutation de paquets des abonnés attachés au réseau. Dans un réseau UMTS, il est relié via l’interface Iu-PS à un ou plusieurs RNC GGSN: Gateway GPRS Support Node: nœud passerelle GPRS; un routeur qui effectue le routage des paquets PCU: Packet Control Unit: unité de contrôle chargée de la gestion de l’allocation des ressources radio pour des services GPRS, de la congestion et de la diffusion d’informations système liées au GPRS. Localisée dans la BTS, ou BSC ou SGSN 24
  25. 25. Architecture d’un réseau GSM/GPRS (3/3) GPRS: les nouveaux services 1. Service point à point (premiers déploiements): Accès aux réseaux IP et X.25, Navigation sur Internet, Streaming audio & vidéo, MMS: Multimedia Message Service (photos, vidéoclips), i-mode: permettant de connecter des téléphones portables à Internet, FTP, chat, telnet, émail, géolocalisation,… 2. Service point à multipoint: Service multicast 3. Service de messagerie courts SMS (Short Message Service) - GPRS offre une meilleure efficacité de gestion des ressources radio que le mode circuit - L’intégration du GPRS est caractérisée par un coût réduit que l’UMTS (réutilisation de la même infrastructure GSM) 25
  26. 26. Intégration EDGE (1/2) Principe EDGE: Enhanced Data Rates for GPRS Evolution - Introduction d’une nouvelle modulation : 8-Phase Shift Keying (8-PSK) - Utilisé comme complément avec HSCSD et GPRS - Débit maximum brut théorique : 300 kbps (E-CSD) et 384 kbps (E-GPRS) E-CSD: Extented-Circuit Switched Data: forme de transfert de données développée pour les systèmes de téléphonie mobile basés en technologie TDMA comme le GSM BSS=BTS+BSC NSS = GSM[GMSC+MSC/VLR+HLR/AuC/EIR]+GPRS[SGSN+GGSN+PCU] 26
  27. 27. Intégration EDGE (2/2) Principe EDGE: Enhanced Data Rates for GPRS Evolution L'EDGE présente l'avantage de pouvoir utiliser les infrastructures déjà déployées contrairement à l'UMTS Points forts Points faibles Débit très supérieur au GSM Débit inférieur à l'UMTS Moins cher que l’UMTS Exige de nouveaux combinés Intégration à faible coût (par comparaison à l’UMTS) 27
  28. 28. Conclusions (1/2) Débits GSM/GPRS/EDGE Débit Théoriq ue Standard Génération Rôle Réel Permet le transfert de voix OU de données numériques de faible volume GSM GPRS EDGE 2G 2.5G 2.75G 9.6 kbps 9.6 Kbps 48 kbps Permet le transfert de voix OU de données numériques volume modéré 21.4 – 171,2 Kbps Permet le transfert simultané de voix ET de données numériques 43.2 – 384 kbps 171 kbps 28
  29. 29. Conclusions (2/2) Processus de migration 2G-2.75G: cas du GSM GSM vers GPRS (nouveau réseau cœur IP) GPRS vers EDGE (mise à jour du réseau cœur et celui d’accès pour atteindre 384 Kbps; conservation des fréquences GSM) EDGE vers UMTS (nouvelles bandes de fréquences UMTS et amélioration du réseau cœur et celui d'accès) La GSM a apporté et fait de la téléphonie mobile un produit de grande consommation. Sa phase 2+, le GPRS, ouvre la voie de la transmission de données ainsi préparer la venue de l’UMTS. 29
  30. 30. Au-delà du 2G+ (1/1) Evolution vers L’UMTS L’IMT-2000 (International Mobile Telecommunications) a introduit une norme globale pour le 3G UMTS : Universal Mobile Telecommunications System = 3ième Génération Orientation Multimédia : débit de 100kb/s à 2 Mb/s Bande des 2Ghz Prévu pour fonctionner avec le protocole ATM Applications : ,Accès Internet et Intranet - ,Module de recherche distante sur base de données - ...Visioconférence, etc - 30
  31. 31. Lassaad ELAABIDI Ingénieur Informatique - Télécoms Engineering - Tunisie 31 /

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