principes des réseaux gsm.pdf

7/27/2019 Principes des Rseaux GSM.pdf

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Principe des Rseaux Mobiles

Chapitre 3

Rseau GSM

Arch itectu res de Rseaux de Serv ices

Isabelle GUERIN LASSOUS


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27/01/2004 2

Historique de la norme

! 1979, World Administrative RadioConference Accord : 900 MHz pour le mobile

! 1982, CEPT Deux sous-bandes de 25 MHz

890-915 Terminaux -> Rseaux 935-960 Rseaux -> Terminaux


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Une norme europenne

!

ETSI Global System for Mobile communications Groupe Spcial Mobile

13 pays Europens pour une ouvertureconcerte en 91

! France Tlcom et SFR! Devenue norme mondiale

GSM 900, DCS 1800, PCS 1900


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Ouverture commerciale

!

Appel doffres international! Choix de la France

Alcatel et Matra

! Juillet 91, premire communication! Octobre 91, rseau de dmonstration

! Dcembre 91, rseau pilote! Juillet 92, ouverture commerciale

! 91, adaptation dans la bande 1800 MHz


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Structure de normalisation

! ETSI! Structur en comits techniques

!

1994, 350 membres dont des non-europens (Australie)

! Concurrence norme US

norme Japon


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Special Mobile Group (ETSI)

! SMG 1 dfinition desservices

! SMG 2 interface radio

!

SMG 3 rseau fixe! SMG 4 services de

donnes

!

SMG 5 Universal MobileTelecommunicationSystem

SMG 6 administration des

rseaux

SMGs 7 et 8 tests pour la station

mobile et sous-systme radio

SMG 9 carte SIM


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Principales caractristiques

!

Approche rseau Diversit des services Architecture spcifie

! Interface radio labore Entirement spcifie

! GSM 900 et DCS 1800! Systme global

Pas limit linterface radio


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Larchitecture

!

Mobiles! Sous-systme radio (BSS ou Base Station

Sub-system)! Sous-systme dacheminement ou rseau

fixe (NSS ou Network Sub-System)

! Sous-systme dexploitation et demaintenance (OSS ou Operation Sub-System)


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Schma global

BSCBSC

BSCBSC

BSCBSC

MSCMSC

MSCMSC

BTSBTS

BTSBTS

BTSBTS

BTSBTS

BTSBTS

BTSBTS

VLRVLR

VLRVLR

HLRHLRBSSBSSNSSNSS

AbisAbis AA

DD

CC

GG

AUCAUC

HH

EIREIRFF

R

T

C

P


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Mobiles

! Classe 1 : 20 W! Classe 2 : 8 W! Classe 3 (5 W), 4 (2 W) et 5 (0.8 W)! Classe 4 et 2 (GSM) et 5 (DCS) donnent les contraintes

! Identit ou IMEI

non agrs ou vols! AEG, Alcatel, Ericsson, Motorola, Orbitel, Panasonic,

Philips, Siemens


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Fonctions de la BTS

!

Base station Transceiver System! Transmission radio

Modulation/dmodulation, galisation, codage,

correction derreur! Mesures de qualit radio (transmises au

BSC)! Un TRX = 1 porteuse = 7 communications Rural BTS=1 TRX, Urbain BTS=2-4 TRX


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Types de BTS

!

BTS Standards (2,5-320 Watt) Antennes + cble + coupleur + 1-4 TRX

! Micro BTS (0.01-0.08 Watt) Zone urbaine dense

Equipement intgr

Cot faible


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Exemple de BTS


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Micro BTS


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Schma global

BSCBSC

BSCBSC

BSCBSC

MSCMSC

MSCMSC

BTSBTS

BTSBTS

BTSBTS

BTSBTS

BTSBTS

BTSBTS

VLRVLR

VLRVLR

HLRHLRBSSBSSNSSNSS

AbisAbis AA

DD

CC

GG

AUCAUC

HH

EIREIRFF

R

T

C

P


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Fonctions du BSC

! Base Station Controller! Partie intelligente du BSS

Supervise une ou plusieurs BTS

! Gestion des ressources radio

Contrle dadmission, allocation des canaux Reoit les mesures des BTS Contrle de puissance des mobiles/BTS Dcision et excution du Handover

! Interfaage entre BTS et MSC

! Pour Paris intra-muros quelques dizaines de BSC


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Couches du sous-systme radio

!

Philosophie des couches ISO! BSS

Couche 1 physique

Couche 2 liaison de donnes fiabilisation de la transmission (protocole)

Couche 3 rseau gestion des circuits commuts


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Fonctions du MSC

!

Mobile Switching Center Commutateur du service mobile! Supervise plusieurs BSC! Communication mobile et autre MSC! Handover si hors BSC

! Interconnexions Avec le rseau fixe Avec le VLR


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Fonctions du VLR

!

Visitor Location Register Base de donnes visiteurs

! Caractristiques des mobiles itinrants Diffrentes identits

Type dabonnement

Zone de localisation Numro pour router les appels entrants


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Fonctions du HLR

! Home Location Register Base de donnes nominale

! Mmorise les caractristiques dun abonn

Identification internationale Numro dannuaire dabonn Profil dabonnement

! Mmorise le VLR o labonn est connect (mme ltranger)! Centralis ou non


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Schma global

BSCBSC

BSCBSC

BSCBSC

MSCMSC

MSCMSC

BTSBTS

BTSBTS

BTSBTS

BTSBTS

BTSBTS

BTSBTS

VLRVLR

VLRVLR

HLRHLRBSSBSSNSSNSS

AbisAbis AA

DD

CC

GG

AUCAUC

HH

EIREIRFF

R

T

C

P


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Autres

!

EIR Base de donnes des quipements Contrle homologation, dclaration de vol...

!AUC Centre dauthentification Codes PIN des cartes SIM


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Fonctions du OMC

! Operating and maintenance center

! Gre les MSC et BCC Mise jour

Consultation

Gestion maintenance


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Carte SIM

! Subscriber Identity Module! Indpendante du terminal! Informations

Identit abonn Code PIN Informations dabonnement

Authentification et chiffrement Derniers numros reus Dernire zone de localisation visite


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Interface Radio GSM-DCS! 890-915 MHz

! 935-960 MHZ! cart 200KHz

! 0,3 30 km! 2 8 W

1710-1785 MHz

1805-1880 MHz

Ecart 200KHz

0,1 4 km

0,25 1 W

Multiplexage Frquence & Temps

Modulation GMSK : 271 kbit/s

Parole : 13 kbit/s Donnes 12 kbit/s


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Couche physique

Slot 1 Slot 2 ... Slot i ... Slot N Slot 1 ...

trame

Prambule PostambuleMessage

temps de garde

burst


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Tramage hirarchique (GSM)


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Canaux logiques

!

Correspondance entre canaux physiques etcanaux logiques

! Canal logique a un rle

! Canaux de donnes/trafic

! Canaux de signalisation/contrle Signalisation Out-band

Signalisation In-band


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Catgories! Broadcast Control Channel (groupe BCCH)

Diffusion dinfos gnrales, voie descendante! Common Control Channel (groupe CCCH)

canaux partags pas tous les usagers, voie

descendante et montante! Dedicated Control Channel (groupe DCCH)

Voie descendante et montante

! Traffic Channel (groupe TCH) Signalisation usager rseau, voie descendante etmontante


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Groupe BCCH

! Broadcast Control Channel (BCCH) Information sur le systme

Numro de cellules, paramtre de slection des cellules,paramtres pour laccs alatoire, description des canaux

logiques, description des cellules voisines...

! Frequency Correction Channel (FCCH)

Calage sur la frquence porteuse! Synchronisation Channel (SCH)

Synchronisation et identification


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Groupe CCCH

! Paging Channel (PCH) Localisation pour SMS et demande dappel (rponse du

mobile sur le RACH)

! Random Access Channel (RACH) Montant, accs alatoire (demande des mobiles)

! Access Grant Channel (AGCH) Message dallocation d un canal de signalisation

(SDCCH) et Timing Advance

! Cell Broadcast Channel (CBCH)

Diffusion d informations applications (mto, routes)


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Groupe DCCH! Stand-Alone Dedicated Control Channel (SDCCH)

Pour ltablissement dappel et mise jour de localisation

! Slow Associated Control Channel (SACCH)

Instrumentation dun canal de trafic (TCH ou SDCCH) Contrle de puissance, contrle qualit radio, rapatriement des

mesures

! Fast Associated Control Channel (FACCH) Extension de la capacit du SACCH par vol de slots aux canaux de

trafic quil instrumente Utilisation en Handover uniquement


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Groupe TCH

!

Parole ou donnes

! Plein dbit

! Demi-dbit descendant

! Huitime de dbit Descendant


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Services GSM

!

Services support garantie dune capacit de communication

! Tlservices Prise en compte des terminaux

! Services supplmentaires

Facilits dutilisation (option)


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Services supports/tlservices

EquipementEquipement

TerminalTerminalEquipementEquipement

TerminalTerminalRseauRseau

Services supportsServices supports

TlserviceTlservice


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Services supports de GSMType de service Transfert Dbit Accs Mode Remarque3,1 KHz

300, 1200, 2400, 4800

ou 9600 bit/s Asynchrone T ou NT

V.21, V.22bis,

V.-ter et V.32

3,1 KHz

1200, 2400, 4800 ou

9600 bit/s Synchrone T ou NT

V.22, V.22bis,

V.26ter et V.32

3,1 KHz

BS->MS 1200 bit/s

MS->BS 75 bit/S Asynchrone T ou NT

Appel depuis

un mobile, V.23

UDI

300, 1200, 2400, 4800


UDI

BS->MS 1200 bit/s


Appel depuis

un mobile.

UDI

1200, 2400, 4800 ou

9600 bit/s Synchrone T ou NT

UDI(PAD)

300, 1200, 2400, 4800


Accs asynchrone un

rseau de donnes UDI(PAD)

BS->MS 1200 bit/s


Appel depuis

un mobile.Accs synchrone un

rseau de donnes UDI(Paquet)

2400, 4800 ou 9600

bit/s Synchrone NT

Appel depuis

un mobile.

Circuit de donnes

T=transparent NT=nonT=transparent NT=non--transparent UDI=numrique de b en btransparent UDI=numrique de b en b

PAD=assembleur de paquetPAD=assembleur de paquet


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Tlservices de GSMClasse Dnomination Abrviation

Tlphonie

Appels d'urgenceMessages courts vers un

mobile en point point SM MT/PP

Messages courts venant d'un

mobile en point point SM MO/PPMessages courts en diffusion

vers mobiles

Transmission alterne voix/fax

groupe 3 (T ou NT)

Transmission automatique fax

groupe 3 (T ou NT)

Transmission de la

voix

Messages courts

Fax


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Services supplmentaires de GSM

! Identification de numro (appelant/appel)

! Renvoi dappel

! Double appel

!Appel en confrence

! Groupe ferm dusagers

! Facturation

! Restriction dappel


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Numrotation lie la mobilit! IMSI (International Mobile Subscriber Identity)

identit invariante de labonn international

! TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)

identit temporaire Attribu par un VLR

! MSISDN (Mobile Subscriber ISDN)

numro dabonn (extrieur)! MSRN

attribu lors dun appel (acheminement)


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Numro et identit

Mr DupontMr Dupont

MSISDNMSISDN

33 06 07 62 17 7333 06 07 62 17 73IMSIIMSI

208 01 314159208 01 314159

IMSI 208 01 314159IMSI 208 01 314159

SIMSIM


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Echanges lors dun appelVLR

HLRMSC GMSC

(1)(2)(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

MSISDN

MSISDNIMSI

MSRN

TMSI ou IMSI

MSRN

MSRN


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Authentification et chiffrement

! Des nombres alatoires RAND

! Une cl dauthentification Ki Secrte et attribue lusager(jamais transmise)

! Une cl de chiffrement Kc! Un algorithme SRES = A3(RAND,Ki)

!

Un algorithme Kc=A8(RAND,Ki)! Un algorithme A5 de chiffrement/dchiffrement

(Kc)


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Authentification

A3 A3

HLRSIM

K i K i RAND

=Refus

SRES

Accept


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Chiffrement

A8A8 A8A8

VLRVLR

SIMSIM

KiKi KiKiRANDRAND

KcKc KcKc


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Donnes de scurit

SIMSIMVLRVLR HLR/AUCHLR/AUC

IMSIIMSI

TMSITMSI

KcKc

KiKi

A3A3

A8A8A5A5

KcKc

A5A5

IMSIIMSI

TMSITMSI

KcKcRANDRAND

IMSIIMSI

KiKi

KcKc

RANDRAND

SRESSRES

A3A3

A8A8


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Quelle mobilit ?

"micro-mobilit = mobilit radiopermettre un abonn de changer de cellule touten maintenant sa communication avec le rseau

"macro-mobilit = mobilit rseaupermettre un abonn de bnficier des services

auxquels il a souscrit sur toute une zone decouverture

Rsau Mobile 1 Mobilit macroscopique

Mobilit microscopique


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zone 1zone 2

Rsau Mobile 2

Mobilit microscopique


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Quels mcanismes en jeu ?

! Handoverou transfert inter/intra-cellulaire

! Mcanisme de slection/reslection decellules et mcanisme de gestion de lalocalisation


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Gestion de la micro-mobilit

! Handover= assure les transferts de

communications en cours entre les cellules(mobile allum uniquement)

! Objectif : maintenir une qualit de communicationsuffisante entre le mobile et le rseau travers un

changement de frquence ou de cellule


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Fonctions du handover! permettre aux usagers de se dplacer en cours

dappel! minimiser les interfrences (global et par rapport

un lien)! optimiser lutilisation des ressources radio

! quilibrer la charge de trafic entre les cellules

! baisser la consommation dnergie des mobiles


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Principe de base! Pendant la communication : mesure et valuation

priodique du lien radio! Situation anormale

#alarme BSC MSC

! MSC identifie une cellule cible et/ou un nouveau canal si ok : handoverdclench

sinon : communication continue sur le mme canal et des

handovers sont priodiquement tents! Aprs handover, lancien canal est libr

L 3 h d h d


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Les 3 phases du handover

! Prise de mesures et supervision du lien

! Choix de la cellule cible et dclenchement duhandover

! Excution du handover (i.e. transfert effectif desliens)

temps

I di d d l h


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Indicateurs de dclenchement

! Puissance du signal reu

! taux derreur binaire (tmoin du C/I)

! Distance (mobile, BS)

! etc.Rq:

Entre 3 et 10 types de mesures Priodicit = 480 ms

Dresse une liste de 6 cellules candidates

D l h t d h d


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Dclenchement du handover

! P(SignalV) > P(SignalR) + margedhystrisis

! P(SignalR)


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Procdure dexcution

! Hard handover

ancien lien libr avant ltablissement dunouveau lien avec la BS cible

! Seamless handover

pendant ...

! Soft handover

aprs ...

H d h d


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Hard handover

! Commutation + routage des infos vers lenouveau lien : simultanment

$ Un seul canal radio la fois% Lgre interruption de la communication

MSC

Avant

MSC

Pendant

MSC

Aprs

Circuit non tablicircuit tabli (lien physique et logique)

G ti d l'Iti


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Gestion de l'Itinrance

! Deux mcanismes

! Localisation savoir o se trouve le mobile tout moment

! Recherche mettre des messages davis de recherche

dans les cellules visites dernirement

Z d h h


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Zone de recherche

user (moves and

roam)

BSC

MSCBSC GMSC GMSCin anothercountry

PSTN

VLRVLR

HLR

paging

paging

are

a

are

a

J-FW

agen([email protected])

BSC

Zones de localisation


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Zones de localisation

! BTS mettent un

numro delocalisation

!

Au changement dezone le mobilesignale sa

localisation! Signaux

priodiques

Zone AZone A

Zone BZone B

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