GSM Services and Network Architecture

et de son déplacement dans une zone de localisation

 Zone de localisation (location area) = ensemble de cellules

gérées par un même MSC/VLR  EIR (Equipment Identity Register)

 Registre des identifiants des équipements mobiles (conditions

d'abonnement)

 Informations grossières sur la localisation de l'abonné

 AuC (Authentification Center)

 Registre contenant les informations confidentielles destinées à

l'authentification de l'abonné

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LES FONCTIONS DU RÉSEAU CELLULAIRE

 Gestion des ressources Radio RRM (Radio Resource

Management)  Sélection de cellule (choix de la porteuse), ouverture

d’une connexion, contrôle en cours de communication, handover, terminaison

 Gestion de la mobilité MM (Mobility Management)

 Gestion de l’itinérance, procédure de mise à jour de zone

de localisation

 Gestion de la sécurité

 Protéger l’utilisateur et le réseau  usurpations d’identité, écoutes frauduleuses, utilisations

abusives

 Authentification  Cryptage

 Gestion des connexions CM (Connexion

Management)  Établissement et relâchement des appels

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LES FONCTIONS DU RÉSEAU CELLULAIRE

Contrôle en cours de communication (RRM)

 Garantir une bonne qualité de la liaison  Contrôle de la puissance  Le BSS détermine les niveaux de puissance

adéquats (grâce aux mesures)

 Utilisation du SACCH (Slow Associated Control CHannel ) pour la compensation temporelle (ou timing advance)

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LES FONCTIONS DU RÉSEAU CELLULAIRE

Gestion de la mobilité (MM):

 Gestion de l’itinérance et de la

sécurité

 États d’un mobile

 Éteint

 mémorisation de la dernière localisation

connue

 Commutation sur la messagerie

 Idle

 Informe régulièrement le réseau de ses

changements de localisation (IMSI- attached)

 actif

 Procédure d’attachement

 pour indiquer le retour du mobile dans

le réseau

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LES FONCTIONS DU RÉSEAU CELLULAIRE

Mise à jour de la localisation (MM):  Gestion de l’itinérance Deux mécanismes de base  Localisation (précise)

 Savoir où se trouve le mobile à tout moment

 Recherche (paging)

 Émettre des messages d’avis de recherche dans les cellules visitées

dernièrement

 Position précise : coût de localisation important mais pas de

recherche rapide)

 Position imprécise : coût de recherche élevé (signalisation

élevée) mais coût de localisation faible

 Zones de localisation

 Ensemble de cellules, critères : nombre moyen d’appels,

direction privilégiée des HO, autoroutes,…

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 Plusieurs zones par VLR/MSC

LES FONCTIONS DU RÉSEAU CELLULAIRE

Mise à jour de la localisation (MM):  Procédure de mise à jour de localisation :

 Le mobile sait qu’il change de zone de localisation grâce

au canal BCCH (Broadcast Common Channel)

 Il prévient le nouveau VLR (donne son TMSI)  Le nouveau VLR (qui peut être l’ancien) récupère auprès

de l’ancien le profil du mobile

 Le VLR informe le HLR de la nouvelle zone de

localisation du mobile

 Le HLR demande à l’ancien VLR d’effacer les infos

relatives au mobile (si VLR différent)

 Procédure qui met à jour les informations de localisation du mobile dans le VLR et le HLR

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LES FONCTIONS DU RÉSEAU CELLULAIRE

Sécurité (MM):  Protéger l’utilisateur et le réseau

 Usurpations d’identité, écoutes frauduleuses, utilisations

abusives

 Authentification

 Le réseau transmet Rand (128 bits)  Calcul (mobile et réseau)  Transmission du résultat  Ki secrète, jamais transmise

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LES FONCTIONS DU RÉSEAU CELLULAIRE

Sécurité (MM):  Cryptage

 Protection contre les écoutes inopportunes  De Ki + Rand + A8 est calculée la clé Kc  Kc : 64 bits  Séquence générée par A5(Kc,numéro de trame)  Combinaison avec la séquence à émettre

 IMEI (terminal physique)

 Vol,…  EIR (Equipment Identity Register)

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LES FONCTIONS DU RÉSEAU CELLULAIRE

Sécurité (MM):

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LES FONCTIONS DU RÉSEAU CELLULAIRE

Gestion des connexions (CM) :  Établissement et relâchement des connexions  Basé sur la signalisation SS7  Appel issu du mobile

 Allumé  Parcourt des fréquences  État Idle  Signalisation périodique pour la localisation  Composition d’un numéro  Envoi d’une demande de connexion (via RACH)  Allocation d’un canal dédié de signalisation SDCCH (via

AGCH)

 Procédures d’authentification et d’autorisation d’appel  Le réseau route la demande vers le PSTN (SS7)

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LES FONCTIONS DU RÉSEAU CELLULAIRE

Gestion des connexions (CM) :  Appel vers un mobile  Appel en utilisant le MSISDN  Appel acheminé jusqu’au GMSC le + proche  Le HLR du mobile est interrogé pour

 trouver le VLR courant  vérifier les caractéristiques de l’abonnement  traduction du MSISDN en IMSI

 Le VLR diffuse le message de paging (PCH) dans la

zone de localisation

 Réponse du mobile (demande d’ouverture de canal

(via RACH, réponse paging)

 Établissement comme précédemment (entre GMSC

et le mobile via VLR-MSC)

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LES FONCTIONS DU RÉSEAU CELLULAIRE

Etablissement d’appel :

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CONNEXION AU RÉSEAU

 Les BTS ont pour fonction de détecter la présence

d'un téléphone portable ; ils émettent périodiquement des signaux qui sont reçus par le MS.

 MS sélectionne le BTS qui est le plus adéquat sur des

critères énergétiques (niveau de réception) ou de disponibilité (la BTS la moins chargée).

 MS envoie au BTS choisi une requête de connexion

composée de l'identifiant de l'abonné (qui est dans la carte SIM)

 BTS envoi se réponse:

 Si elle peut accepter la connexion, elle envoie un

acquittement ACK.

 Si elle ne peut accepter la connexion (par exemple si elle n'a pas de canaux disponibles) elle envoie un message ALERT (le MS doit alors choisir une autre BTS).

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CONNEXION AU RÉSEAU

Identification de MS  Une BTS peut recevoir simultanément des

requêtes de connexion provenant de deux MS différents ; dans ce cas ces requêtes se superposent et donnent lieu à un signal incompréhensible  collision

 La collision ne peut être détectée par le MS (qui

ne l'entend pas) le protocole Aloha

 Si au bout d'un certain délai (timeout), le message ACK n'est pas reçu par le MS, on considère que la requête n'est pas arrivée et on émet une nouvelle requête après un délai aléatoire compris entre 0 et tmax.

 Le choix de timeout et de tmax influe sur le débit

effectif du réseau.

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CONNEXION AU RÉSEAU

 Si connexion acceptée, la BTS transmet la

requête au BSC qui elle même la transmet au MSC avec le numéro de la BTS ce qui permet de mettre à jour la VLR (enregistrement de la localisation).

 VLR transmet également les informations de localisation au HLR pour mise à jour. Tout ce processus correspond à l'identification de l'abonné.

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CONNEXION AU RÉSEAU

Authentification de MS  La carte SIM comporte l'identifiant ID de l'abonné et

une clé secrète composée en fait de deux clés C1 et C2.

 AUC comporte les mêmes informations : connaissant

ID, il trouve les clés C1 et C2 dans ses tables.

 AUC construit un message à partir d'un nombre N

généré aléatoirement et qu'il encode avec la clé C1 ; il envoie ce message (via la chaîne AUC-HLR-MSC- BSC-BTS-MS) au MS.

 MS, à l'aide de la clé C1, décode le message et

récupère donc le nombre N qu'il encode avec la clé C2 ; ce nouveau message est envoyé à AUC (via la chaîne MS-BTS-BSC-MSC-HLR-AUC) ;

 AUC peut le décoder avec la clé C2 et récupère donc N

; il peut vérifier que c'est bien le nombre initial.

 Si c'est le cas, l'authentification a réussi. Il faut alors

avertir le MS qu'il a été authentifié.

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CONNEXION AU RÉSEAU

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GESTION DU TRANSFERT INTERCELLULAIRE (HANDOVER)

 Définition = ensemble des opérations mises en œuvre permettant qu'une station mobile puisse changer de cellule sans interruption de service.

 Principe = lorsque le signal de transmission

entre un combiné et une station de base s'affaiblit, le système du combiné trouve une autre station de base disponible dans une autre cellule, qui est capable d'assurer à nouveau la communication dans les meilleures conditions.  Protocole = lorsque la station mobile quitte la zone couverte par une cellule pour une autre, c'est la qualité de transmission qui détermine la nécessité du handover  La qualité de transmission est indiquée par le taux

d'erreur, l'intensité du signal reçu, le niveau d'interférences et le délai de propagation.

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GESTION DU TRANSFERT INTERCELLULAIRE (HANDOVER)

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GESTION DU TRANSFERT INTERCELLULAIRE (HANDOVER)

Phase de mesures  Ms et BTS effectuent des mesures  Paramètres recueillis :

 La puissance du signal reçu (qualité du lien)  MS (canal descendant), BTS (canal montant)

 Le taux d’erreur binaire (BER)  Distance entre le mobile et la station de base (grâce à la

valeur de l’avance en temps)

 Paramètres diffusés par une station :

 Identité de la station  Les fréquences des canaux balise des stations voisines

 Les intervalles de mesures doivent être petits

 GSM : remontées de mesures au BSC toutes les 480ms  Au maximum : mesure de 6 stations

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GESTION DU TRANSFERT INTERCELLULAIRE (HANDOVER)

Phase d’exécution (GSM)  Si déclenchement:

 Etablissement du nouveau canal  Libération de l’ancien  Transfert de la connexion vers le nouveau lien



Le MS ne gère qu’un seul canal

Hard Handover

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GESTION DU TRANSFERT INTERCELLULAIRE (HANDOVER)

Phase d’exécution (CDMA)  Si déclenchement:

 Etablissement du nouveau canal  Transfert de la connexion vers le nouveau lien  Libération de l’ancien

Soft Handover

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GESTION DU TRANSFERT INTERCELLULAIRE (HANDOVER)

 Pendant la communication  Le lien radio est mesuré  Si la qualité passe sous un seuil : déclenchement

 Décision d’effectuer le HO  L’ancienne station transmet à la nouvelle les

paramètres du mobile impliqué (clé de chiffrement, débit,…)

 Le réseau transmet au mobile un message

(référence sur le nouveau canal de transmission)

 L’ancien canal est libéré  Si pas de ressources disponible : échec de

handover (call dropped)

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DÉROULEMENT DU HANDOVER

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CANAUX ET MULTIPLEXAGE

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