Réseaux cellulaires
GSM & GPRS
Cours Réseaux GSM &GPRS
1
GSM & GPRS
Ikram SMAOUI TRIGUI
Plan du chapitre
Introduction
Réseaux cellulaires
- Concept de réseau cellulaire
- Architecture générique d’un réseau cell...
Première génération (système analogique): pas
d’investissement pour l’aspect de la sécurité.
Des cellules de grande taille...
Deuxième génération :
• GSM (Global System for Mobile communication),
• DECT (Digital European Cordless téléphone), défini...
Réseaux cellulaires
Cours Réseaux GSM &GPRS
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Réseaux cellulaires
• Concept de base:
• Division du territoire en cellules
• Partage des ressources radio entre cellules
• Cellule : unité gé...
Chaque cellule possède un émetteur-récepteur
- Groupe de fréquences radio attribué à chaque cellule
Difficultés : Rareté d...
On définit des motifs, aussi appelés clusters, constitués de
plusieurs cellules, dans lesquels chaque fréquence est
utilis...
Architecture génériqued’un réseau cellulaire
Radio Access Network (RAN)
- Point d’accès au réseau (assure la connexion ave...
Réseau GSM (Global System for
Mobile communication)
Cours Réseaux GSM &GPRS
10
Mobile communication)
GSM: nom du standard Européen du système radio cellulaire numérique
Le GSM est organisé de la façon suivante :
Sous systèm...
Architecture
Cours Réseaux GSM &GPRS
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Architecture
La partie BSS comprend :
1. MS: Mobile Station
• Le téléphone et la carte SIM (Subscriber Identity Module)
su...
Architecture
Cours Réseaux GSM &GPRS
14
Architecture
2. BTS: Base Transceiver Station
• Ensemble d’emetteurs-récepteurs TRX
• Assure couverture radio d’une cellul...
Architecture
3. BSC: Base Station Controler : Contrôleur de station de base
• Organe intelligent du BSS,
• Gère un ensembl...
Architecture
La partie NSS comprend :
1. HLR (Home Location Register): Gestion de la base de
données
• Une base de données...
Architecture
2. VLR (Visitor Location Register): base de données locale
• En général, un VLR par commutateur MSC
• Contien...
Architecture
3. MSC (Mobile Switching Center) commutateur numérique en
mode circuit
• Oriente les signaux vers les BSC
• é...
Architecture
Le Sous système d’exploitation et de maintenance:
L’administration du GSM consiste à évaluer ses performances...
Architecture
2. EIR : Equipment Identity Register
• Base de données annexe contenant les identités des terminaux (IMEI).
C...
• Un système radio mobile a besoin d’une partie du spectre radio pour
fonctionner
• Les bandes dédiées pour le système GSM...
Interface radio
Cours Réseaux GSM &GPRS
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Interface radio
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Interface radio
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Interface radio
Partage de temps (TDMA)
• chaque porteuse est divisée en intervalle de temps appelés
slots.
• Un slot accu...
Interface radio
Cours Réseaux GSM &GPRS
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Interface radio
Cours Réseaux GSM &GPRS
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Interface radio: Timing Advance
Cours Réseaux GSM &GPRS
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Handoff
Les 3 phases du Handoff:
1. Prise de mesures et supervision du lien
2. Choix de la cellule cible et déclenchement ...
Handoff
Prise de mesures et supervision du lien
• Indicateurs de déclenchement
Puissance du signal reçu (RXLEVEL)
Qualité ...
Handoff
Choix de la cellule cible et déclenchement de handoff
Cours Réseaux GSM &GPRS
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Handoff
Procédure d ’exécution
- Hard handoff: ancien lien libéré avant l’établissement du
nouveau lien avec la BS cible
-...
Handoff
Hard handoff
• Un seul canal radio à la fois
• Légère interruption de la communication
Cours Réseaux GSM &GPRS
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Handoff
seamless handoff
- Probabilité de coupure minimisée
- Consommation supérieure de ressource
Cours Réseaux GSM &GPRS...
Handoff
Soft handoff: Les 2 liens et les 2 flux sont actifs
simultanément pendant un court laps de temps
- Qualité de serv...
Handoff
Cours Réseaux GSM &GPRS
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Handoff
Cours Réseaux GSM &GPRS
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Mobilité réseau
1. Processus de sélection/resélection de cellules: réception par le
mobile d’informations venant du réseau...
Mobilité réseau
Gestion de la localisation (itinérance): Hiérarchie des
éléments intervenant dans la localisation
• la loc...
Canal radio: communications vulnérables aux écoutes et
aux utilisations frauduleuses.
Afin de rendre confidentiel et sûr l...
L’authentification permet de protéger :
– L’opérateur contre l’utilisation frauduleuse de ses ressources
– Les abonnées en...
L’authentification permet de vérifier que l’identité transmise par le
mobile (IMSI/TMSI) sur la voie radio est correcte.
B...
1. Le mobile, en roaming, demande d’établir une communication
pour la 1ère fois, il transmit son propre IMSI en clair pour...
Authentification de l’abonné
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Réseau GPRS
Cours Réseaux GSM &GPRS
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Plan du chapitre
1. Introduction
2. GPRS (General Packet Radio Service)
- généralités
- Architecture
- Sécurité
Cours Rése...
Généralités
GPRS: General Packet Radio Service, appelé aussi GSM 2+
Basé sur GSM: ne constitue pas à lui seul un réseau mo...
Architecture
Les recommandations GPRS reprennent l’architecture du BSS mais
définissent une architecture de réseau fixe di...
Architecture
SGSN : Serving GPRS Support Node
Routeur IP gérant les terminaux pour une zone.
Le SGSN (Serving GPRS Support...
GGSN : Gateway GPRS Support Node
• Routeur IP s'interfaçant avec les autres réseaux.
Le GGSN est la fonctionnalité d'inter...
Architecture
Les termes GGSN et SGSN désignent des entités fonctionnelles: elles
peuvent être implantées dans un même maté...
Le contrôleur de stations de base doit être doublé par un
contrôleur de paquets (PCU pour Paquets Controler Unit).
Le PCU ...
Transformation des paquets en bursts
Cours Réseaux GSM &GPRS
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Identités temporaires
1. P-TMSI (Packet Temporary Mobile Subscriber Identity): Permet de
différencier deux mobiles sous le...
Identités temporaires
La vérification de la cohérence entre la signature et le P-TMSI permet
d’assurer une certaine sécuri...
Architecture
Fonctionnement du réseau GPRS: deux scénarios
Mobile - Internet: Pour transmettre un message à destination d'...
Internet-Mobile: Quand un ordinateur connecté à Internet souhaite envoyer
un paquet IP à un abonné GPRS,
1. il l'envoie co...
Authentification
La procédure d’authentification est exécutée dans le SGSN
Cours Réseaux GSM &GPRS
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Confidentialité
La procédure de chiffrement n’est exécutée qu’après l’authentification
La procédure de génération de Kc es...
Résumé (GSM-GPRS)
Pile de protocole gérées par la station mobile: La complexité des
fonctionnalités que l'on désire obteni...
Résumé (GSM-GPRS)
La couche liaison de données est gérée par le protocole LAPDm. Les
caractéristiques principales sont :
T...
Résumé (GSM-GPRS)
2. MM (Mobility Management)
gère la gestion de la mobilité, principalement, les mises à jours de
localis...
Résumé (GSM-GPRS)
Les systèmes GSM et GPRS ne fournissent pour les données que les deux
premières couches du modèle OSI : ...
Résumé (GSM-GPRS)
En fait, dans GPRS, une MS ne gère pas une mais des piles de protocoles
situés dans deux plans différent...
Résumé (GSM-GPRS)
préserver la confidentialité
des identités des utilisateurs
Cours Réseaux GSM &GPRS
66
Pile de protocole...
Résumé (GSM-GPRS)
Le protocole RLC
assure la segmentation des paquets LLC en blocs RLC/MAC
effectue les retransmissions né...
La couche SNDCP
• gère le multiplexage de plusieurs connexions PDP, la compression/
décompression des en-têtes et la compr...
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  1. 1. Réseaux cellulaires GSM & GPRS Cours Réseaux GSM &GPRS 1 GSM & GPRS Ikram SMAOUI TRIGUI
  2. 2. Plan du chapitre Introduction Réseaux cellulaires - Concept de réseau cellulaire - Architecture générique d’un réseau cellulaire Cours Réseaux GSM &GPRS 2 GSM (Global System for Mobile communication) - Architecture - Interface radio - Handoff - Numérotation liée à la mobilité - Sécurité
  3. 3. Première génération (système analogique): pas d’investissement pour l’aspect de la sécurité. Des cellules de grande taille (50Km de rayon). Les 2 systèmes de premières générations les plus développés: - NMT (Nordic Mobile Telephone) utilisant des fréquences de 450 à 900 MHz - AMPS (Advanced Mobile Phone Service) utilisant des Introduction Cours Réseaux GSM &GPRS 3 - AMPS (Advanced Mobile Phone Service) utilisant des bandes de fréquences entre 800 et 900 MHz Cette génération utilise la technique d’accès AMRF (Accès Multiple à Répartition en Fréquences) (FDMA) qui consiste à donner à chaque utilisateur une bande fréquentielle fixe dans la cellule où il se trouve. Nombre d’utilisateurs égale au nombre de bandes de fréquences disponibles.
  4. 4. Deuxième génération : • GSM (Global System for Mobile communication), • DECT (Digital European Cordless téléphone), définit une technique d’interface radio pour les télécommunications sans fil à courte portée. • PCS (Personal Communications Services), fonctionnant à une fréquence de 1900 MHz, utilisé aux Etats-Unis. • PDC (Personal Digital Cellular), utilisé au Japon Résolution de certains problèmes évoqués lors du Introduction Cours Réseaux GSM &GPRS 4 Résolution de certains problèmes évoqués lors du déploiement de la première génération • Authentification, • Confidentialité,
  5. 5. Réseaux cellulaires Cours Réseaux GSM &GPRS 5 Réseaux cellulaires
  6. 6. • Concept de base: • Division du territoire en cellules • Partage des ressources radio entre cellules • Cellule : unité géographique du réseau • Taille de la cellule variable suivant le relief, la densité d’abonnés… • Hiérarchie de cellules (macro-cellules, micro-cellules…) Concept de réseau cellulaire Cours Réseaux GSM &GPRS 6 • Hiérarchie de cellules (macro-cellules, micro-cellules…) • Pico cellule: quelques mètres de diamètre (bureaux, super marché) • Micro cellule: quelques dizaines de mètres de diamètre (rues, entre les immeubles) • Cellule: ce type de cellule couvre les zones urbaines (varie de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres) • Macro cellule: quelques dizaines de kilomètres (autoroute)
  7. 7. Chaque cellule possède un émetteur-récepteur - Groupe de fréquences radio attribué à chaque cellule Difficultés : Rareté des ressources radio: Réutilisation de fréquences pour augmenter la capacité du Concept de réseau cellulaire Cours Réseaux GSM &GPRS Réutilisation de fréquences pour augmenter la capacité du réseau. Les fréquences ne peuvent pas être utilisées dans les cellules adjacentes afin d'éviter les interférences. Gestion des transferts inter-cellulaires (Handoff). 7
  8. 8. On définit des motifs, aussi appelés clusters, constitués de plusieurs cellules, dans lesquels chaque fréquence est utilisée une seule fois. N : nombre de cellules dans le motif D : distance de réutilisation Si l'on dispose de n fréquences pour le réseau, on pourra Concept de réseau cellulaire Cours Réseaux GSM &GPRS Si l'on dispose de n fréquences pour le réseau, on pourra en employer n/N par cellule. Le modèle hexagonal : exemples de motifs à 3, 4, 7 cellules 8
  9. 9. Architecture génériqued’un réseau cellulaire Radio Access Network (RAN) - Point d’accès au réseau (assure la connexion avec le cœur du réseau) - Gestion de l’interface radio Core Network (CN) : - Réseau fixe assurant l’interconnexion avec les Cours Réseaux GSM &GPRS 9 - Réseau fixe assurant l’interconnexion avec les autres réseaux
  10. 10. Réseau GSM (Global System for Mobile communication) Cours Réseaux GSM &GPRS 10 Mobile communication)
  11. 11. GSM: nom du standard Européen du système radio cellulaire numérique Le GSM est organisé de la façon suivante : Sous système radio BSS (Base Station Subsystem): • Assure les transmissions radioélectriques, • Gère la ressource radio. Sous système d’acheminement (réseau fixe) NSS (Network Switching Subsystem): Introduction Cours Réseaux GSM &GPRS 11 Subsystem): • Établissement des appels, • Mobilité. Sous système d’exploitation et de maintenance OSS (Operation Subsystem): Permet à l’exploitant d’administrer son réseau L’équipement mobile est alternativement inclus ou exclu du sous système
  12. 12. Architecture Cours Réseaux GSM &GPRS 12
  13. 13. Architecture La partie BSS comprend : 1. MS: Mobile Station • Le téléphone et la carte SIM (Subscriber Identity Module) suffisent à réaliser l’ensemble des fonctionnalités nécessaires à la transmission et à la gestion des déplacements. Cours Réseaux GSM &GPRS 13 la transmission et à la gestion des déplacements. • Les principales fonctionnalités de la carte SIM: (microcontrôleur et de la mémoire) - Contenir et gérer une série d’informations (liées à la sécurité personnelles de l’abonné) - Mini base de données et d’applications de l’utilisateur.
  14. 14. Architecture Cours Réseaux GSM &GPRS 14
  15. 15. Architecture 2. BTS: Base Transceiver Station • Ensemble d’emetteurs-récepteurs TRX • Assure couverture radio d’une cellule (rayon de 200m à ~30 km), • Gestion de transmissions radios (modulation, démodulation, égalisation entrelacement, codage et correcteur d’erreurs) Cours Réseaux GSM &GPRS 15 égalisation entrelacement, codage et correcteur d’erreurs) • Gestion de la couche physique et liaison de données (multiplexage, chiffrement, saut de fréquence, … • 1 à 8 porteuse(s) radio (en zone rurale 1 ou 2 porteuse, en zone urbaine 8 porteuses), 8 canaux par porteuse (7 canaux de communications et un canal balise), • Mesure de la qualité des signaux reçus.
  16. 16. Architecture 3. BSC: Base Station Controler : Contrôleur de station de base • Organe intelligent du BSS, • Gère un ensemble de station de base (typiquement ~60) • Pour le trafic abonné venant des BTS, le BSC joue un rôle de concentrateur • Pour le trafic issu du concentrateur, le BSC joue le rôle d’aiguilleur vers la BTS destinataire. Cours Réseaux GSM &GPRS 16 d’aiguilleur vers la BTS destinataire. • Gestion des ressources radio: affectation des fréquences, contrôle de puissance… • Gestion des appels: établissement, supervision, libération des communications, etc. • Gestion des transferts intercellulaires (Handoff)
  17. 17. Architecture La partie NSS comprend : 1. HLR (Home Location Register): Gestion de la base de données • Une base de données qui gère les abonnés d’un PLMN donné, • Caractéristiques de chaque abonné (Information Cours Réseaux GSM &GPRS 17 • Caractéristiques de chaque abonné (Information d’abonnement): IMSI, MSISDN, type d’abonnement (restriction, services supplémentaires,…), • Base de données de localisation (Information de la localisation): numéro du VLR du mobile même dans le cas où il se connecte sur un PLMN étranger.
  18. 18. Architecture 2. VLR (Visitor Location Register): base de données locale • En général, un VLR par commutateur MSC • Contient les informations relatives aux abonnés présents dans la Location Area (LA) associée • Même informations que dans HLR + identité temporaire Cours Réseaux GSM &GPRS 18 • Même informations que dans HLR + identité temporaire (TMSI) + localisation • VLR mis à jour à chaque changement de zone de localisation (LA) d’un abonné. • Stocke un ensemble de triplets (RAND, SRES, Kc) pour chaque utilisateur enregistré chez lui.
  19. 19. Architecture 3. MSC (Mobile Switching Center) commutateur numérique en mode circuit • Oriente les signaux vers les BSC • établi la communication en s’appuyant sur les bases de données • Gère la transmission des messages courts et l’exécution des handoff • Il dialogue avec le VLR pour gérer le mobilité des usagers: Cours Réseaux GSM &GPRS 19 • Il dialogue avec le VLR pour gérer le mobilité des usagers: vérification des caractéristiques des abonnés visiteurs, transfert des informations de localisation, • Assure l’interconnexion avec les réseaux téléphoniques fixes (RTC, RNIS), les réseaux de données ou les autres PLMN • Fonction GMSC (Gateway MSC): Passerelle pour les appels en provenance du RTCP à destination d’un abonné mobile par exemple.
  20. 20. Architecture Le Sous système d’exploitation et de maintenance: L’administration du GSM consiste à évaluer ses performances et optimiser l’utilisation des ressources de façon à offrir un niveau de qualité aux usagers. L’administration se fait par le biais des équipements : Cours Réseaux GSM &GPRS 20 L’administration se fait par le biais des équipements : TMN (Telecommunications Management Network) - OMC: Operations and Management Center: Supervision locale des équipements, - NMC: (Networks Management Center): Administration générale de l’ensemble du réseau par un contrôle centralisé.
  21. 21. Architecture 2. EIR : Equipment Identity Register • Base de données annexe contenant les identités des terminaux (IMEI). Consultée lors des demandes de services d’un abonné pour vérifier que le terminal utilisé est autorisé à fonctionner sur le réseau, • L’identité contient un numéro d’homologation commun à tous les terminaux d’une même série, un numéro identifiant l’usine d’assemblage et un numéro spécifique au terminal, • L’accès au réseau peut être refusé parce que le terminal n’est homologué, qu’il perturbe le réseau ou parce qu’il a fait l’objet d’une déclaration de vol, Cours Réseaux GSM &GPRS 21 qu’il perturbe le réseau ou parce qu’il a fait l’objet d’une déclaration de vol, 3. AuC: Authentication Center • Gestion de la sécurité, • Renferme une base de données dont les attributs sont IMSI, la clé secrète Ki, unique de l’abonné • Génère des triplets (RAND, SRES, Kc) utilisés pour l’authentification et le chiffrement, •Chaque centre d’authentification est associé à un HLR.
  22. 22. • Un système radio mobile a besoin d’une partie du spectre radio pour fonctionner • Les bandes dédiées pour le système GSM est : • de 890 à 915 MHz pour la voie montante • de 935 à 960 MHz pour la voie descendante •Les bandes de fréquences allouées à l’extension DCS du GSM sont : • de 1710 à 1785 MHz pour la voie montante Interface radio Cours Réseaux GSM &GPRS 22 • de 1710 à 1785 MHz pour la voie montante • de 1805 à 1880 MHz pour la voie descendante • Partage en fréquence (FDMA): • Chacune des bandes dédiées au système GSM est divisée en 124 canaux fréquentiels d’une largeur de 200 KHz. • Les fréquences sont allouées d’une manière fixe aux différentes BTS et sont désignées souvent par le terme porteuse • Deux BTS voisines n’utilisent pas des porteuses identiques ou proches
  23. 23. Interface radio Cours Réseaux GSM &GPRS 23
  24. 24. Interface radio Cours Réseaux GSM &GPRS 24
  25. 25. Interface radio Cours Réseaux GSM &GPRS 25
  26. 26. Interface radio Partage de temps (TDMA) • chaque porteuse est divisée en intervalle de temps appelés slots. • Un slot accueille un élément de signal radio électrique appelé burst • Les slots sont regroupés par paquet de 8 (Trame). • Un canal physique : répétition périodique d’un slot dans Cours Réseaux GSM &GPRS 26 • Un canal physique : répétition périodique d’un slot dans une trame TDMA sur une fréquence particulière
  27. 27. Interface radio Cours Réseaux GSM &GPRS 27
  28. 28. Interface radio Cours Réseaux GSM &GPRS 28
  29. 29. Interface radio: Timing Advance Cours Réseaux GSM &GPRS 29
  30. 30. Handoff Les 3 phases du Handoff: 1. Prise de mesures et supervision du lien 2. Choix de la cellule cible et déclenchement du Handoff 3. Exécution du Handoff (i.e.transfert effectif de liens) Cours Réseaux GSM &GPRS 30 3. Exécution du Handoff (i.e.transfert effectif de liens)
  31. 31. Handoff Prise de mesures et supervision du lien • Indicateurs de déclenchement Puissance du signal reçu (RXLEVEL) Qualité du signal de la cellule courante (RXQUAL) Taux d’erreur binaire BER (témoin du C/I) Distance (mobile-BS) • Le mobile mesure la puissance des canaux pilote de BTS Cours Réseaux GSM &GPRS 31 • Le mobile mesure la puissance des canaux pilote de BTS • Si le mobile reçoit l’identité d’une BTS et que son signal est suffisant, elle entre dans la liste des BTS candidates (un temporisateur est associé) • A expiration du temporisateur: la BTS et retirée de la liste • Si la liste est pleine (6 pour GSM), on retire celle dont le temporisateur est le plus avancé.
  32. 32. Handoff Choix de la cellule cible et déclenchement de handoff Cours Réseaux GSM &GPRS 32
  33. 33. Handoff Procédure d ’exécution - Hard handoff: ancien lien libéré avant l’établissement du nouveau lien avec la BS cible - Seamless handoff: ancien lien libéré pendant l’établissement du nouveau lien avec la BS cible Cours Réseaux GSM &GPRS 33 l’établissement du nouveau lien avec la BS cible - Soft handoff: ancien lien libéré après l’établissement du nouveau lien avec la BS cible
  34. 34. Handoff Hard handoff • Un seul canal radio à la fois • Légère interruption de la communication Cours Réseaux GSM &GPRS 34
  35. 35. Handoff seamless handoff - Probabilité de coupure minimisée - Consommation supérieure de ressource Cours Réseaux GSM &GPRS 35
  36. 36. Handoff Soft handoff: Les 2 liens et les 2 flux sont actifs simultanément pendant un court laps de temps - Qualité de service offerte à l’usager - Charge élevée au niveau réseau - Charge élevée sur l’interface radio Cours Réseaux GSM &GPRS 36
  37. 37. Handoff Cours Réseaux GSM &GPRS 37
  38. 38. Handoff Cours Réseaux GSM &GPRS 38
  39. 39. Mobilité réseau 1. Processus de sélection/resélection de cellules: réception par le mobile d’informations venant du réseau et choix d’une cellule d’accès 2. Gestion de la localisation (itinérance) - connaître plus ou moins précisément la position des mobiles sélection/resélection de cellules • Sélection =à la mise sous tension du mobile • Resélection =lors du déplacement Cours Réseaux GSM &GPRS 39 • Resélection =lors du déplacement • Mais la même procédure de choix de cellule • Écoute de toutes les voies balises • Sélection d’un certain nombre de cellules parmi les plus puissantes • Recueil des infos diffusées : état des cellules, paramètres d’accès, de handoffs, info de synchronisation, localisation, PLMN,etc. • Enregistrement éventuel dans la zone de localisation • Choix d’une cellule (suitable cell )
  40. 40. Mobilité réseau Gestion de la localisation (itinérance): Hiérarchie des éléments intervenant dans la localisation • la localisation : permet au système de connaître la position d’un mobile à chaque instant • la recherche d’abonné qui permet au système de retrouver un mobile Cours Réseaux GSM &GPRS 40
  41. 41. Canal radio: communications vulnérables aux écoutes et aux utilisations frauduleuses. Afin de rendre confidentiel et sûr les communications radios, GSM intègre les fonctions suivantes: • Confidentialité de l’IMSI: Utilisation d’une identité temporaire, • Authentification de chaque abonné avant de lui Sécurité Cours Réseaux GSM &GPRS • Authentification de chaque abonné avant de lui autoriser l’accès à un service, • Confidentialité des données usager: Chiffrement des communications, • Confidentialité des informations de signalisation. 41
  42. 42. L’authentification permet de protéger : – L’opérateur contre l’utilisation frauduleuse de ses ressources – Les abonnées en interdisant à des tierces personnes d’utiliser leur compte L’authentification de l’abonné peut être exigée par le réseau à chaque: Authentification de l’abonné Cours Réseaux GSM &GPRS – Mise à jour de localisation – Établissement d’appel (sortant ou entrant) – Avant d’activer ou désactiver certains services supplémentaires – Mise en oeuvre de la clé de chiffrement sur certains canaux dédiés Dans le cas où la procédure d’authentification de l’abonné échoue, l’accès au réseau est refusé au mobile. 42
  43. 43. L’authentification permet de vérifier que l’identité transmise par le mobile (IMSI/TMSI) sur la voie radio est correcte. Basé sur le protocole de chiffrement symétrique: Clé partagée entre Auc et la carte SIM Sécurité : Clé n’est jamais transmise sur le réseau Éléments du triplet d’authentification (V: Vecteur d’authentification) • RAND :Nombre aléatoire de 128 bits • Ki : Une clé symétrique, unique pour chaque utilisateur Authentification de l’abonné Cours Réseaux GSM &GPRS • Ki : Une clé symétrique, unique pour chaque utilisateur • SRES (Signed Response) : C’est un nombre de 32 bits Il résulte de l’application de l’algorithme A3 sur le nombre RAND • Kc (Session Key) : clé de session à 64 bits. Elle est utilisée pour chiffrer les communications entre la MS et la BS Elle est généré dans la carte SIM en appliquant l’algorithme A8 avec la clé secrète Ki. 43
  44. 44. 1. Le mobile, en roaming, demande d’établir une communication pour la 1ère fois, il transmit son propre IMSI en clair pour le réseau visité. 2. Le réseau visité envoie sa propre identité et l’IMSI de l’utilisateur au centre d’authentification de ce dernier. 3. L’AuC répond à ce réseau par des triplés (RAND, SRES, Kc) 4. Le réseau visité envoie au mobile le nombre RAND comme un Authentification de l’abonné Cours Réseaux GSM &GPRS 4. Le réseau visité envoie au mobile le nombre RAND comme un challenge 5. La carte SIM se charge de calculer la réponse SRES du challenge, en utilisant l’algorithme d’authentification A3 et la clé secrète Ki. Puis le mobile l’envoie au réseau. 6. Le réseau compare les deux valeurs de SRES, celle reçue depuis le mobile et celle reçue depuis l’AuC. Si les deux valeurs sont identiques, la session de communication est autorisée pour ce mobile. 44
  45. 45. Authentification de l’abonné Cours Réseaux GSM &GPRS 45
  46. 46. Réseau GPRS Cours Réseaux GSM &GPRS 46
  47. 47. Plan du chapitre 1. Introduction 2. GPRS (General Packet Radio Service) - généralités - Architecture - Sécurité Cours Réseaux GSM &GPRS 47 - Sécurité 3. Résumé
  48. 48. Généralités GPRS: General Packet Radio Service, appelé aussi GSM 2+ Basé sur GSM: ne constitue pas à lui seul un réseau mobile à part entière, mais une couche supplémentaire rajoutée à un réseau GSM existant. Utilise les bandes de fréquences attribuées au GSM. repose sur la transmission en mode paquet. Il permet d’accéder à l’Internet en utilisant le téléphone comme Modem. Cours Réseaux GSM &GPRS 48 capable de fournir des débits par utilisateur allant jusqu'à 115 kb/s (contre 9,6 kb/s pour le GSM), Il offre des fonctionnalités intéressantes : - plusieurs canaux peuvent être alloués à un utilisateur ; - ces mêmes utilisateurs peuvent partager un même canal ; - le débit est indépendant des liens montant et descendant. Facturation à la donnée: le GPRS est facturé non pas à la durée pour les communications téléphoniques mais à la quantité de données transmises au client
  49. 49. Architecture Les recommandations GPRS reprennent l’architecture du BSS mais définissent une architecture de réseau fixe différente de NSS. Le BSS devient un sous réseau d’accès multiservice: il peut être relié à un NSS classique et à un réseau fédérateur GPRS Cours Réseaux GSM &GPRS 49
  50. 50. Architecture SGSN : Serving GPRS Support Node Routeur IP gérant les terminaux pour une zone. Le SGSN (Serving GPRS Support Node) est la fonctionnalité du service dans le centre de commutation (MSC), qui permet de gérer les services offerts à l'utilisateur. Les SGSN: Cours Réseaux GSM &GPRS 50 Les SGSN: - gardent trace de la localisation des MS - assurent les fonctions de sécurité et de contrôle d’accès sur la voie radio
  51. 51. GGSN : Gateway GPRS Support Node • Routeur IP s'interfaçant avec les autres réseaux. Le GGSN est la fonctionnalité d'interconnexion dans le centre de communication (MSC), qui permet de communiquer avec les autres réseaux de données par paquets extérieurs au réseau GSM. • Le GGSN masque au réseau de données les spécificités du GPRS. Architecture Cours Réseaux GSM &GPRS 51 GPRS. • Il gère la taxation des abonnés du service, et doit supporter le protocole utilisé sur le réseau de données avec lequel il est interconnecté. Les protocoles de données supportés en standard par un GGSN sont IPv6, et X25.
  52. 52. Architecture Les termes GGSN et SGSN désignent des entités fonctionnelles: elles peuvent être implantées dans un même matériel de la même façon que les fonctions MSC et GMSC pour la commutation de circuits sont assurées par un même commutateur. L’ensemble des GGSN, des SGSN, des routeurs IP éventuels et de liaisons entre les équipements est appelé réseau fédérateur GPRS. Chaque SGSN et GGSN dispose d’une adresse IP fixe au sein de ce réseau. Cours Réseaux GSM &GPRS 52 réseau. La gestion de localisation est assurée par un HLR comme pour le GSM en mode circuit. Celui-ci contient, outre les informations de localisation/routage, la correspondance adresse PDP et IMSI.
  53. 53. Le contrôleur de stations de base doit être doublé par un contrôleur de paquets (PCU pour Paquets Controler Unit). Le PCU segmente et réassemble les PDU (Packet Data Unit) LLC (Logical Link Controler) en blocs RLC (Radio Link Controler), gère les l’échéancier de transmission et l’acquittement des blocs sur le canaux de données (Pdch). Les PCU peuvent être géographiquement situé dans la BTS, le BSC, ou le SGSN. Architecture Cours Réseaux GSM &GPRS 53
  54. 54. Transformation des paquets en bursts Cours Réseaux GSM &GPRS 54
  55. 55. Identités temporaires 1. P-TMSI (Packet Temporary Mobile Subscriber Identity): Permet de différencier deux mobiles sous le même SGSN Un réseau GPRS peut allouer à un mobile une identité temporaire transmise en mode chiffré, appelé P-TMSI et semblable au TMSI. Il est nécessaire de disposer d’un identifiant supplémentaire du mobile dans le réseau parce que le mobile peut être à la fois actif en GPRS et en GSM. Sur un réseau combinant deux modes circuit et paquet, un mobile se voit allouer deux identités: un TMSI classique et un P-TMSI. La norme Cours Réseaux GSM &GPRS 55 allouer deux identités: un TMSI classique et un P-TMSI. La norme impose des plages différentes pour éviter les confusions (TMSI de 0 à BFFF et P-TMSI de C000 à FFFE en hexadécimal) Au P-TMSI peut être associée une signature, celle ci est transmise au mobile, en mode chiffré, avec le P-TMSI Pour tout changement de localisation ultérieur, le mobile précise la signature dans le message de mise à jour qui est, lui aussi transmis en chiffré
  56. 56. Identités temporaires La vérification de la cohérence entre la signature et le P-TMSI permet d’assurer une certaine sécurité tout en évitant une authentification, coûteuse en triplet de sécurité. Le P-TMSI est une identité courte qui permet de différencier sans ambiguïté deux mobiles sous le même SGSN. Ce pendant le P-TMSI ne peut être attribué qu’après un attachement au réseau 2. TLLI (Temporary Link Layer Identity): Permet de différencier deux Cours Réseaux GSM &GPRS 56 mobiles lors de la phase de signalisation sous le même SGSN. Si le mobile dispose d’un P-TMSI, le TLLI est identique au P-TMSI Si le réseau alloue un nouveau P-TMSI, le TLLI est actualisé
  57. 57. Architecture Fonctionnement du réseau GPRS: deux scénarios Mobile - Internet: Pour transmettre un message à destination d'une adresse IP 1. Le mobile va d'abord essayer d'obtenir des ressources sur la voie radio. Pour le faire, il va se signaler par un accès aléatoire au réseau, 2. Si cet accès réussit, le réseau va lui réserver un canal logique sur lequel ils vont pouvoir dialoguer, Cours Réseaux GSM &GPRS 57 3. Le mobile va transmettre son paquet IP qui va parvenir jusqu’au SGSN, 4. Le SGSN va demander au HLR l’adresse d’un GGSN offrant l’accès à Internet, 5. Le SGSN va ensuite encapsuler le paquet IP du mobile dans un autre paquet IP portant l’adresse du GGSN, 6. À la réception de ce paquet, le GGSN en question décapsule le paquet IP du mobile et l’envoie sur l’Internet.
  58. 58. Internet-Mobile: Quand un ordinateur connecté à Internet souhaite envoyer un paquet IP à un abonné GPRS, 1. il l'envoie comme n'importe quel paquet, 2. Ce paquet est routé vers un GGSN du réseau GPRS parce qu'il contient une adresse IP qui le destine à ce réseau, 3. 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 Architecture Cours Réseaux GSM &GPRS 58 pour connaître la zone de routage actuelle de l'abonné qui possède l'adresse IP, 4. 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, 5. 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.
  59. 59. Authentification La procédure d’authentification est exécutée dans le SGSN Cours Réseaux GSM &GPRS 59
  60. 60. Confidentialité La procédure de chiffrement n’est exécutée qu’après l’authentification La procédure de génération de Kc est similaire à celle proposée pour le GSM Chiffrement des données échangées entre le mobile et le SGSN: la couche LLC assure les échanges entre le mobile et le SGSN, elle prend également en charge le chiffrement spécifique à GPRS Le chiffrement Mobile-SGSN permet de simplifier la gestion des clés Cours Réseaux GSM &GPRS 60 Le chiffrement Mobile-SGSN permet de simplifier la gestion des clés
  61. 61. Résumé (GSM-GPRS) Pile de protocole gérées par la station mobile: La complexité des fonctionnalités que l'on désire obtenir au niveau du mobile est classiquement gérée par une pile de protocoles. Assure les fonctions de sécurité. Cours Réseaux GSM &GPRS 61
  62. 62. Résumé (GSM-GPRS) La couche liaison de données est gérée par le protocole LAPDm. Les caractéristiques principales sont : Taille fixée des paquets Codes détecteurs d'erreur Numérotation des trames Correction par retransmission Cours Réseaux GSM &GPRS 62 La couche 3 comprend trois sous-couches 1. RR (Radio Ressource) Cette couche gère la connexion radio et principalement l'établissement (ou le réétablissement) d'un canal dédié lors de la procédure de handover. L'entité RR de la MS dialogue avec un BSC.
  63. 63. Résumé (GSM-GPRS) 2. MM (Mobility Management) gère la gestion de la mobilité, principalement, les mises à jours de localisation, assure les fonctions de sécurité. 3. CM (Connection Management) : très semblable à ce qui existe sur les réseaux téléphoniques fixes pour gérer les appels entre abonnés. Cours Réseaux GSM &GPRS 63 gérer les appels entre abonnés.
  64. 64. Résumé (GSM-GPRS) Les systèmes GSM et GPRS ne fournissent pour les données que les deux premières couches du modèle OSI : Les couches physique et liaison de données. Les différences se trouvent dans la façon dont sont assurées les fonctions de ces deux couches : Dans GSM Pour réaliser un transfert de données, on établit un circuit physique virtuel entre deux points, au moyen duquel seront transmises les données, Les ressources sont réservées pour toute la durée de l'échange, même que Cours Réseaux GSM &GPRS 64 Les ressources sont réservées pour toute la durée de l'échange, même que pendant une infime portion du temps de connexion. Dans GPRS C’est le réseau à commutation de paquets qui permet la communication entre le terminal mobile et la passerelle, Sur la voie radio, l'allocation de ressources se fait à la demande du mobile pour transmettre un volume de données fixé au préalable. Les ressources allouées sont donc adaptées au volume à transmettre.
  65. 65. Résumé (GSM-GPRS) En fait, dans GPRS, une MS ne gère pas une mais des piles de protocoles situés dans deux plans différents : Le plan de transmission:Le plan de transmission sert à transférer toutes les données utilisateurs. Le plan de signalisation sert quant à lui à assurer la gestion de la mobilité (MM : Mobility Management), mais aussi la transmission de messages courts. Cours Réseaux GSM &GPRS 65 Pile de protocoles dans le plan de données
  66. 66. Résumé (GSM-GPRS) préserver la confidentialité des identités des utilisateurs Cours Réseaux GSM &GPRS 66 Pile de protocoles dans le plan de signalisation
  67. 67. Résumé (GSM-GPRS) Le protocole RLC assure la segmentation des paquets LLC en blocs RLC/MAC effectue les retransmissions nécessaire quand un paquet s'est perdu La couche MAC: gère l'accès concurrent aux différents canaux physiques: Un mobile peut se voir allouer plusieurs intervalles de temps d'une trame TDMA s'il est capable de les gérer (terminaux multi-slots). Cours Réseaux GSM &GPRS 67 capable de les gérer (terminaux multi-slots). La couche LLC : Le protocole LLC doit : fournir un lien logique fiable entre la MS et le SGSN. supporter des paquets d'information de taille variable supporter un mode avec acquittement et un autre sans permettre de faire une distinction de qualité de service entre les différents types d'utilisateur préserver la confidentialité des identités des utilisateurs
  68. 68. La couche SNDCP • gère le multiplexage de plusieurs connexions PDP, la compression/ décompression des en-têtes et la compression/décompression des données. • assure le respect de la séquence des messages. • assure aussi la segmentation (et la reconstitution) des paquets de données pour fournir des blocs de données de taille acceptable pour le Résumé (GSM-GPRS) Cours Réseaux GSM &GPRS 68 protocole LLC. La couche GMM (GPRS Mobility Management) • gérer, comme son nom l'indique, l'itinérance du terminal dans le réseau. La couche SM • permet au mobile de demander au réseau la mémorisation d'un contexte, appelé contexte PDP, dans le SGSN et le GGSN. Ce contexte va servir à ces deux entités à router les paquets en provenance du mobile ou destinés à celui-ci sans devoir consulter les bases de données de localisation.

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