GSM in a Nutshell_v2

GSM in a Nutshell

Option Transversale- Round 1 : Cours de synthèse GSM-

dernière modification : le 11/02/07

Fabrice [email protected]://fvalois.insa-lyon.fr

Agenda de la journée

❑ Architectures GSM

❑ Mobilité

❑ Canaux logiques (SUB)

Agenda de la matinée

❑ Introduction❑ Architecture réseau GSM

❑ Base Station Subsystem

❑ Network subsystem

❑ Gestion de la mobilité❑ Numérotation GSM❑ Evolution du réseau GSM

Un peu de biblio

❑ Réseaux mobiles, Tabbane, Ed. Hermès

❑ Mobile Radio Networks, Walke, Ed. Wiley

❑ Réseaux GSM-DCS, Lagrange & al., Ed. Hermès

❑ Réseaux de mobiles & réseaux sans fil, Al Agha & al., Ed.

Eyrolles

❑ Support de cours 4TC-ARM : http://fvalois.insa-lyon.fr

I. Introduction

❑ Objectifs

❑ Vue d'ensemble du réseau

❑ Vue d'ensemble des protocoles

Historique GSM

1978 Allocation de la bande de fréquences des 900 MHz par CEPT

1982 Création du “Groupe Spécial Mobile” par CEPT

1987 Choix de la technologie radio : Time Division Multiple Access

1987 Signature d'un MoU GSM entre opérateurs européens

1989 Le groupe GSM devient un Comité Technique de l'ETSI

1990 Spécifications techniques GSM Phase 1

1992 Ouverture commerciale des premiers réseaux GSM

1992 Spécifications GSM Phase 2

Objectifs GSM

❑ Services de base :❑ Appelé/être appelé indépendamment de sa localisation

❑ Maintenir un appel en cours lors d'un déplacement

❑ Services supplémentaires (call conf., signal appel, push...)

❑ Intéropérabilité des équipements et des opérateurs❑ Robustesse du codage de la voix❑ Sécurité

Objectifs GSM (bis)

✗ Aspects liés aux services : Voix,Données,Fax, ...

✗ Aspects liés à la sécurité : Cryptage, Chiffrement, Authentification, ...

✗ Aspects liés à l'efficacité : Réutilisation des fréquences,Saut de fréquences, ..

Architecture GSM : Vue d'ensembleA ir A

O & M

GSM : Focus sur NSSAir A

O & M

VLRMSC

EIR

AC

HLR

❑ Gestion des appels (entrant / sortant)❑ Interconnexion avec autres PLMN et réseaux PSTN❑ Gestion des données utilisateurs et des services❑ Facturation, sécurité,❑ Gestion de la mobilité (roamning)❑ Gestion/Supervision BSS, interfaces A & PSTN

GSM : Focus sur BSSAir A

O & M

TC

TC

TCBSC

BSC

BTS

BTS

❑ Contrôle / gestion interface radio❑ Signalisation interfaces A & radio❑ Connexion entre terminal mobile et NSS❑ Gestion mobilité (radio)❑ Traitement de la voix et transcodage❑ Statistiques et compteurs GSM

GSM : équipement utilisateur

ME + SIM = MS

GSM : trafic & signalisation

Canaux de contrôle et trafic

AirA

A

TC

HLR

AC

EIR

VLR

BTS BSC

MSC

Pile protocolaire GSM : vue d'ensemble

CM

MM

RR

BSSAP

SCCP

Niveau 3

MTP3

MTP2

MTP1

LAPDLAPDm

PhysiquePhysique

MS BTS BSC MSC BSS , Base Station Subsystem

II. Base Station Subsystem

❑ Architectures & protocoles❑ Couche 3 sur l'interface radio (MM, RR, CM)❑ Interface Abis (BTS-BSC)❑ Interface A❑ Transcodage de la voix (interface Ater)

Architecture et protocoles

CM

MM

RR

BSSAP

SCCP

Niveau 3

MTP3

MTP2

MTP1

LAPDLAPDm

PhysiquePhysique

MS BTS BSC MSC BSS , Base Station Subsystem

Couche 1 : traite tous les aspects de la transmission radio

Couche 2 : Fiabilise la transmission (LAP-Dm)Couche 3 -Radio ressource- : Gestion de la ressource radio. Sous-couche implémentée dans le BSC

Couche 3 -Mobility Management-Rendre transparent l'itinérance de l'abonné. Cette fonction ne peut donc être prise en compte que sur la partie fixe du réseau, donc par le MSC.

Couche 3 -Connection Management- Similaire à la couche réseau du RNIS entre un poste numérique et son central de rattachement. La sous-couche CM est donc présente entre le mobile et le MSC.

Couche 3 sur l'interface radio

❑ 3 sous-couches :❑ RR : Radio Resource

❑ MM : Mobility Management

❑ CM : Connexion Management

Sous-couche RR

❑ Gestion de la connexion radio entre la MS et le BSC❑ Établissement d'un canal dédié❑ Rétablissement du canal lors d'un changement de cellule

(handover)❑ Il ne peut y avoir qu'une seule connexion RR active❑ Pré-requis nécessaire avant toute connexion au réseau

Sous-couche MM

❑ Trois rôles différents :❑ Assurer la gestion de la mobilité ce qui génère des échanges

entre la MS et le réseau (mise à jour de localisation)

❑ Assurer les fonctions de sécurité, ce qui va provoquer des échanges de messages particuliers lors de la plupart des demandes de services

❑ Gérer les connexions MM

Sous-couche MM : connexion MM

❑ Connexion MM (MM-connection) ?❑ Permet à la couche CM de faire abstraction des problèmes de

l'aspect itinérant et radio de la MS et de se ramener au cas d'un accès d'un terminal fixe au réseau RNIS !

❑ Une telle connexion est établie sur demande de la sous-couche CM (sur envoi d'appel ou SMS) non pas par envoi de message d'établissement mais implicitement par le premier message CM envoyé.

Sous-couche CM

❑ Gestion des appels usagers❑ Acheminement et établissement des appels d'un abonné

(appel entrant et appel sortant)❑ Interaction avec le protocole MAP (Mobile Application

Protocol) gérant les dialogues avec le NSS (Network Sub-system) où se trouve les VLR's, HLR et commutateurs mobiles MSC.

❑ Proche de la sous-couche DSS1 d'un réseau RNIS (permet le support de la voix et des services supplémentaires exceptés les SMS)

Description de l'interface Abis

❑ Interface définie entre la BTS et le BSC❑ Supporte la transmission des communications des

usagers et de la signalisation (en fait, la plupart des messages de signalisation sont échangés entre le BSC ou le MSC et la MS : la BTS n'a qu'une simple fonction de relais

❑ Similitude avec le réseau fixe : l'interface est proche de celle définie entre un PABX numérique et le RNIS, la BTS jouant le rôle de PABX.

Les couches de l'interface Abis

❑ Couche physique pour faire transiter communications et signalisation sur des canaux différents

❑ Couche liaison de données assurant la fiabilité des transmissions

❑ Couche réseau

Abis : couche physique

❑ Canaux de trafic❑ Informations émises sur les canaux TCH (voix ou données

utilisateurs) à des débits de 16 ou 64kbit/s

❑ Canaux de signalisation❑ En fonction de l'importance de la BTS, 1 ou plusieurs canaux vont

supporter la signalisation pour les dialogues MS-BSC, MS-MSC et BSC-BTS à des débits de 16 ou 64 kbits/s

BTS BSC

Canaux de trafic (~canaux B)

Canaux de signalisation (~canaux D)

TCH

SDCCHSACCHBCCH

Abis : couche liaison de données

❑ Repose sur LAPD avec support des message suivants :❑ Messages de niveau supérieur entre mobile et réseau

(signalisation), plus exactement entre un TRX et le BSC (sur un canal particulier ie : un slot sur une fréquence donnée)

❑ Messages de supervision et de maintenance de la BTS, par exemple configuration d'un TRX ou mise en mode maintenance de la BTS

❑ Messages internes de gestion de la liaison de données BTS-BSC

❑ Messages émis en mode connecté (seuls les messages de remontées de mesure sont transmis en mode non connecté -émission périodique-)

Abis : couche réseau❑ 2 types de messages

❑ Transparents : entre la MS et le BSC ou le MSC et pour lesquels la BTS agit comme relais

❑ Non Transparents : contenant les commande entre la BTS et le BSC (géré par une couche BTS Management)

CM

MM

RR

LAPDm

Physique

LAPDm

Physique

LAPDm

Physique

LAPDm

Physique

BTSMMessagetransparent

Distribution

Couchessupérieures

RR'

BTSM

Messagetransparent

Distribution

BTSMS BSC

Interface radio Interface Abis

Description de l'interface A pour la signalisation

❑ Définition de l'interface entre le BSC et le MSC ❑ Utilise SS7❑ Pile protocolaire contenue :

❑ MTP (Message Transfert Part)

❑ SCCP (Signalling Connection Control Part)

❑ BSSAP (BSS Application Part)

Interface A

❑ 2 types de messages circulent :❑ Les messages interprétés par le BSC et qui ont trait à la gestion

des ressources radio (sous-couche BSSMAP...)

❑ Autres messages échangés entre la MS et le MSC (sous-couche DTAP) où le BSC joue le rôle de répéteur

Protocole BSSMAP

❑ Messages liés à un canal radio dédié particulier

❑ Message initial de la MS sur le canal radio dédié

❑ Allocation canal radio TCH❑ Exécution d'un handover❑ Passage en mode chiffré❑ Libération du canal dédié

❑ Messages à destination du BSC❑ Mise hors service des circuits de

parole entre le BSC et le MSC❑ Interrogation des ressources

disponibles au BSC❑ Réinitialisation du MSC ou du BSC❑ Appel en diffusion d'une MS sur

une zone de localisation donnée❑ Transfert de communications vers

un autre BSC

BSS Management Part : définit le dialogue pour les messages interprétés par le BSC

Protocole DTAP

❑ Direct Transfert Application Part régit les échanges de messages des MS-MSC transitant par le BSC.

❑ Simple protocole de réémission de tous les messages reçus du niveau MM/CM du MSC sans aucune interprétation du contenu

Vue globale de l'interface A

CM

RR

MM

SCCP

MTP3

MTP2

MTP1

DTAPBSSAP

BSSMAP

Fonction de distribution

RR

LAPD

Physique

LAPDm

Physique

SCCP

MTP3

MTP2

MTP1

DTAPBSSMAP

Fonction de distribution

BSSAP

CM

MM

Interface AInterfaceAbis

InterfaceRadio

MS BSC MSC

Transcodage de la parole : interface Ater

❑ Question : la voix est codée sur 13 kbit/s sur l'interface radio de GSM mais le réseau fixe gère des circuits de parole à 64 kbit/s

❑ Où doit être réalisé le transcodage 13 kbits/s ↔ 64 kbit/s ?

❑ Équipements de transcodage : TRAU (Transcoder / Rate Adaptator Unit) implémenté dans le BSS

❑ Les placer les plus près possible du MSC

Architecture pour le transcodage

❑ Placés physiquement à côté du MSC❑ Fonctionnellement intégré au BSC❑ Commandés à distance par le BTS

TRAU

BTS BSC MSC

Interface Abis Interface Ater Interface A

Circuit de signalisation pureCircuit de parole

Voix à 64 kbit/sVoix 13 kbit/s surcanaux 16 kbit/s

Multiplexage des canaux ?

❑ 4 communications à 13kbit/s sont transportées sur une voie MIC à 64 kbit/s

❑ On complète par des bits de cadrage et de bourrage pour obtenir un débit de 16 kbits/s pour obtenir le multiplexage des 4 voies

❑ Techniquement ?❑ BTS reçoit des trames de parole de 260 bits toutes les 20 ms❑ Cette trame est complété par 21 bits de contrôle, 4 bits d'alignement

pour résoudre les problèmes de synchronisation et 35 bits de synchronisation permettant de marquer le début d'une trame de parole

Une synthèse sur le BSS

❑ Architecture de la couche réseau complexe car répartie sur plusieurs équipements !

❑ Une MS dialogue avec le MSC via la BTS et le BSC à travers :❑ Interface radio❑ Interface Abis❑ Interface A

❑ Gestion de la ressource radio RR par le BSC

❑ Gestion de l'itinérance et des appels par le MSC

❑ Messages de contrôle pour les dialogues MSC↔BSC et BSC↔BTS

❑ Traitement sur le format des données utilisateurs pour adapter le débit réellement transmis aux débits offerts par les liaisons fixes

III. Network subsystem

Air A

O & M

VLRMSC

EIR

AC

HLR

Equipment Idendity Register : Entité contenant l’identité du terminal mobile (IMEI : International Mobile Equipement Identity), classé en trois listes (Black list, Grey list, White list)

Authentification Center :✗ BD d ’abonnés traitant des aspects liés à

la sécurité contenant le KI spécifique à chaque abonné .

✗ Met en œuvre les algorithmes de chiffrement (A3, A8)

Home Location Register (BD centrale du PLMN)

contenir les données relatives aux abonnés

traiter les requêtes en provenance des Gateway MSCs et des VLRs

traiter les actions de l ’opérateur concernant ajout/suppression/activation de services

traiter les actions de l ’abonné concernant l ’activation de services supplémentaires.Mobile Switching Center, entité de commutation :

la connexion avec le réseau public (PSTN) et les autres PLMN

le contrôle des appels, signalisation, authentification, taxation

traitement des mise à jour de localisation

réalisation des handover inter-MSC

Visitor Location Register , BD contenant une photographie instantanée des données relatives aux abonnés enregistrés sous sa zone (MSC area)

Gérer les données relatives aux abonnés dépendant de sa zone ainsi que les dialogues avec son « Home PLMN» HLR

De gérer les MSRN : attrribution et libération après l ’établissement de l ’appel

Mettre à jour les données du HLR concerant la localisation de l ’abonné

Contrôler les procédures d ’authentification et de chiffrement, du temps d ’établissement des appels, et du temps de mise à jour des localisations ( location update)

III. Network subsystem

❑ Organisation des données dans les HLR/VLR :Données relatives à l ’identification et à la numérotation : xIMSI, MSISDN

Type et état (active, veille) de la MS.

Catégorie de la MS, MSRN, Services supplémentaires.

Données des services supplémentaires.

Données relatives à l ’authentification et au chiffrement (Ki, Rand, SRES, Kc)

Données relatives au roaming : MSRN, VLR@, MSC#,restriction de roaming

Données relatives aux services basiques : approvisionnement des bearer services, teleservices (fax,voix, sms)

Indicateur de messages en attente,

...

Synthèse NSS

❑ Gestion des appels (normaux, urgence, data)❑ Interconnexion niveau réseau❑ Services évolués et transfert de données❑ Collecte de mesures/statistiques pour l'OMC❑ Gestion de la mobilité/itinérance❑ Signalisation Interface A / Interconnexion PSTN❑ Contrôle du BSS❑ Gestion de la sécurité (authentification, etc.)

IV. Gestion de la mobilité

❑ Quelle mobilité ?

❑ Micro-mobilité et gestion des handovers

❑ Macro-mobilité et itinérance

Introduction

❑ Services de mobilité

❑ permettre aux usagers de disposer de services télécoms (émission/réception) sur une zone de couverture

❑ pouvoir poursuivre une communication tout en se déplaçant

Quelle mobilité ?

☛ micro-mobilité = mobilité radio permettre à un abonné de changer de cellule tout en

maintenant sa communication avec le réseau

☛ macro-mobilité = mobilité réseau permettre à un abonné de bénéficier des services auxquels il

a souscrit sur toute une zone de couverture

Résau Mobile 1

zone 1

zone 2

Résau Mobile 2

Mobilité macroscopique

Mobilité microscopique

Quels mécanismes en jeu ?

❑ Handover ou transfert inter/intra-cellulaire

❑ Mécanisme de sélection/resélection de cellules et mécanisme de gestion de la localisation

❑ Impact sur la QoS :❑ proba(rejet d’appel)❑ proba(interruption d’appel)❑ durée «d’interruption»

Gestion de la micro-mobilité

❑ Handover = assure les transferts de communications en cours entre les cellules (mobile allumé uniquement)

❑ Objectif : maintenir une qualité de communication suffisante entre le mobile et le réseau à travers un changement de fréquence ou de cellule

Fonctions du handover

❑ permettre aux usagers de se déplacer en cours d’appel❑ éviter la rupture du lien (rescue handover)❑ minimiser les interférences (global et par rapport à un

lien)❑ optimiser l’utilisation des ressources radio❑ équilibrer la charge de trafic entre les cellules❑ baisser la consommation d’énergie des mobiles

Principe de base

❑ Pendant la communication : mesure et évaluation périodique du lien radio

❑ Situation anormale ⇒alarme BSC MSC

❑ MSC identifie une cellule cible et/ou un nouveau canal:– si ok : handover déclenché– sinon : communication continue sur le même canal et des handovers

sont périodiquement tentés❑ Après handover, l’ancien canal est libéré

Les 3 phases du handover

❑ Prise de mesures et supervision du lien❑ Choix de la cellule cible et déclenchement du handover❑ Exécution du handover (i.e. transfert effectif des

liens)

temps

Contraintes temporelles

❑ Période des mesures < durée de traversée d’une cellule ⇒ fortes contraintes en environnement pico et micro-cellulaires

❑ durée de traitement des critères de décision d’exécution du handover et choix de la cellule cible courte ⇒ sinon réalisation trop tardive

❑ exécution très rapide afin de minimiser la proba de perte d’un lien et les dégradations de qualité dues au changement de lien

Phase 1 : Prises de mesures ?

❑ Evaluation qualité du lien❑ Mesure périodique des canaux et cellules candidates si

besoin d’établir un nouveau lien physique❑ Gestion d’une liste de cellules candidates❑ Par le réseau et le terminal (GSM)❑ Déclenchement du handover contrôlé par le terminal ou

assisté par le mobile (GSM) en se basant sur les mesures

Phase 1 : Indicateurs de déclenchement

❑ Puissance du signal reçu (RSSI : Received Signal Level Indicator)

❑ taux d’erreur binaire BER (témoin du C/I)❑ distance(mobile, BS)❑ etc.

Rq:→ Entre 3 et 10 types de mesures→ Périodicité = 480 ms (GSM)

Phase 1 : liste de cellules candidates

■ Liste gérée par le mobile■ Le mobile mesure la puissance des canaux pilotes des

BTS■ Si le mobile reçoit l’identité d’une BTS et que son signal

est suffisant, elle entre dans la liste (un temporisateur est associé

■ A expiration du temporisateur : la BTS est retirée de la liste

■ si la liste est pleine (5 pour GSM), on retire celle dont le temporisateur est le plus avancé.

Phase 2 : Déclenchement du handover

❑ Puissance relative des signaux– P(SignalV) > P(SignalR)

❑ Idem(1) + utilisation d’un seuil– P(SignalR)<Seuil et P(SignalV) > P(SignalR)

❑ Idem(1) + hystérisis– P(SignalV) > P(SignalR) + marge d’hystérisis

❑ Idem(1) + Seuil + hystérisis→ GSM

❑ Prédiction du signal reçu

Base Station R Base Station V

Phase 2 : déclenchement du HO

❑ Evaluation après chaque phase de mesures

0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

BTS 1BTS 2

BTS2>BTS1

BT1<Seuilet BTS2>BTS1

BT2-BTS1>Seuil

Phase 3 : Procédure d’exécution

❑ Hard handoverancien lien libéré avant l’établissement du nouveau lien avec la BS cible

❑ Seamless handover… pendant ...

❑ Soft handover… après ...

Hard handover

MSC

Avant

MSC

Pendant

MSC

Après

Circuit non établicircuit établi (lien physique et logique)

❑ Commutation + routage des infos vers le nouveau lien : simultanément

❑ Un seul canal radio à la fois

❑ Légère interruption de la communication

❑ GSM

Seamless handover

MSC

Avant

MSC

Pendant

MSC

Après

Circuit non établicircuit établi (lien physique et logique)

➹ Qualité de service maintenue➹ Probabilité de coupure minimisée➷ Consommation supérieure des ressources

➵ DECT

Soft handover

MSC

Avant

MSC

Pendant

MSC

Après

Circuit non établicircuit établi (lien physique et logique)

❑ 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

❑ Système CDMA et 3ème génération (UMTS)

Backward/Forward Handover

❑ Etablissement nouveau lien = messages entre mobile et BS cible

❑ échange via ancien lien : backward handover i.e. lien établit à partir de l’ancienne BS

❑ moins rapide que la solution suivante

❑ gestion plus optimale des ressources radio

❑ GSM

❑ échange vers la BS cible : forward handover i.e. lien établit depuis la nouvelle BS

❑ nécessité pour le mobile de contrôler le handover

❑ DECT

Différents handovers

MSC D

BSC

Réseau Mobile 1

RTC

Réseau Mobile 2

BSC BSCBSCBSC

MSC A MSC B MSC C

1 2 3 4 5

1: HO Intra-cellulaire 2: HO Intra-BSC 3: HO Intra-MSC4: HO Inter-MSC 5: HO Inter-Réseau

Evaluation - procédure de HO

❐ Nombre de tentatives de handover❐ Probabilité d ’échec❐ Handovers ping-pong❐ Durée de déroulement de handover❐ Lieu de déclenchement du handover❏ Nombre de handovers❏ Quantité de ressources consommées

Mobilité réseau

❑ Processus de sélection/resélection de cellules❑ réception par le mobile d’infos venant du réseau et choix d ’une

cellule d’accès

❑ Gestion de la localisation (itinérance)❑ connaître plus ou moins précisément la position des mobiles

Sélection/resélection de cellules

❑ Choisir une cellule du réseau pour ❑ enregistrer les infos diffusées par le réseau aux mobiles

❑ signaler ses mouvements au réseau

❑ être prêt à se connecter au réseau en cas de communication

❑ Nécessité d’être en état de veille

Sélection/resélection...

➥ infos diffusées + mesures des signaux reçus➙ choix d’une station de base privilégiée

Remarque:■ Sélection = à la mise sous tension du mobile■ Resélection = lors du déplacement➥ Mais la même procédure de choix de cellule

Etapes du processus

❑ Recherche des porteuses du système❑ Sélection d’un certain nombre parmi les plus puissantes❑ Recueil des infos diffusées : état des cellules,

paramètres d’accès, de handovers, info de synchronisation, localisation, etc.

❑ Enregistrement éventuel dans la zone de localisation❑ Choix d’une cellule

Etapes du processus : en mvt

❑ Si la cellule n’est plus perçue : resélection d’une meilleure cellule

❑ Si réception d’un message de recherche (paging), émission d’une demande d’établissement de connexion avec le réseau

❑ Changement de zone de localisation : envoi de l’information au réseau

❑ Changement de réseau si plus aucune cellule du réseau sélectionné n’est perçue

Paramètres utilisés

❑ Niveau de signal reçu❑ état de la cellule❑ identité du réseau❑ zone géographique❑ temporisation

Gestion de la localisation

2 points sont abordés :❑ 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

Mécanismes antagonistes du point de vue consommation des ressources !

Localisation manuelle

❑ Localisation laissée à l’initiative de l’abonné❑ Système CT2 (Bibop par France Telecom)

❑ Recherche de l’abonné auprès de la borne puis aux bornes voisines (îlots de bornes)

❑ Simplicité : gestion d’un indicateur de position courante❑ Intervention manuelle de l’usager

Zones de localisation

❑ But : automatiser la gestion de la localisation❑ Recherche d’un abonné uniquement dans sa zone de

localisation ⇒ coût du paging moins important❑ maj périodique ou sur changement de zone❑ Stockage de l’information dans une base de données

centralisée

Zone de localisation

Cellule

Méthode hybride

❑ GSM :– méthode de mise à jour de localisation sur

changement de zone ❑ méthode de mise à jour de localisation périodique

❑ Identification d ’une zone de localisation :

MCCMobile Country Code

MNCMobile Network Code

LACLocation Area Code

LAI (Location Area Identification)

Architecture de BD ’s

❑ Infos de localisation stockées dans deux types de bases de données :

❑ les bases de données nominales❑ les bases de données visiteurs

BDNominale

BDvisit.

BDvisit.

BDvisit.

zonelocalisation

zonelocalisation

zonelocalisation

BD nominale

❑ Une seule entité logique dans le réseau❑ Stockage d ’informations abonnés :

❑ nom, numéro, droits d ’accès, sécurité, etc.❑ la localisation courante de l ’abonné !

❑ Dans GSM : HLR (Home Location Register )

Niveau 0

Sans localisation, recherche dans tout le réseau❑ Lors d’un appel : messages de paging à destination des

mobiles émis par toutes les stations de base (flooding algorithm)

❑ i.e. pas de gestion de mobilité !!!❑ Téléphone de voiture (1ère génération)

❑ Simplicité de gestion

❑ Saturation de la ressource radio

BD visiteur

❑ Plusieurs dans le réseau❑ Stocke les informations des utilisateurs enregistrés

dans les zones de localisation dépendant de cette BD❑ zone de localisation courante

❑ Dans GSM : VLR (Visitor Location Register)

Hiérarchie des BD’s GSM

❑ Hiérarchie des éléments intervenant dans la localisation GSM

HLR

VLRGMSC

MSCj

BSC

BTS BTS

LAIk

MSISDNa -> VLRi, IMSIa

IMSIa -> MSCj, LAIk, TMSIa

MS(IMSIa, TMSIa, LAIk)

V. Numérotation GSM

❑ IMSI et TMSI❑ MSISDN❑ MSRN❑ IMEI❑ LAI

Procédures GSM : numérotation liée à la mobilité

IMEI : TAC6 dgts

FAC2 dgts

SNR6 dgts

SP1 dgt

MSRN : CC2 dgts

NDC3 dgts

SN10 dgts

VLR HLR

HLR VLRIMSI : MCC3 dgts

MNC2 dgts

MSIN10 dgts

LAILAI : MCC3 dgts

MNC2 dgts

LAC2 octets

CId2 octets

VLR HLR

MSISDN : CC2 dgts

NDC3 dgts

SN10 dgts

HLR

International Mobile Subscriber Identity

HLR VLRIMSI : MCC3 dgts

MNC2 dgts

MSIN10 dgts

❑ N° unique respectant le plan d'identification E.212 (UIT) :

❑ Mobile Country Code (MCC) : indicatif du pays du domicile de l'abonné mobile (208 pour la France)

❑ Mobile Network Code (MNC) : indicatif du PLMN nominal de l'abonné (01 pour FT, 10 pour SFR...)

❑ Mobile Subscriber Information Number (MSIN) : numéro de l'abonné mobile à l'intérieur du réseau GSM

❑ Rarement transmis sur l'interface radio

TMSI : Temporary Mobile Subscriber Identity

❑ N° d'identité temporaire alloué de façon locale (VLR) et modifié à chaque changement de VLR (roaming)

❑ Connu sur la partie MS-MSC/VLR uniquement !❑ Utilisé pour identifier le mobile appelé ou appelant❑ Attention :

❑ La norme GSM n'oblige pas l'utilisation du TMSI

❑ Organisation des 4 octets du TMSI laissé libre à l'opérateur

Mobile Station ISDN Number

MSISDN : CC2 dgts

NDC3 dgts

SN≤10 dgts

HLR

❑ Identité du mobile pour l'extérieur❑ Seul le HLR maintient une correspondance

MSIDN↔IMSI❑ N° conforme au plan de numérotation téléphonique

international E.164 :❑ Country Code (CC) : indicatif du pays dans lequel l'abonné a

souscrit son abonnement (33 pour la France)

❑ National Destination Code (NDC) : numéro du PLMN dans le pays

❑ Subscriber Number (SN) : librement attribué par l'opérateur

Mobile Station ISDN Number (suite)

MSISDN : CC2 dgts

NDC3 dgts

SN≤10 dgts

HLR

❑ Structure du MSISDN en France :

33 06 AB PQ MCDU❑ 06 : regroupe tous les abonnés mobiles

❑ AB : indicatif Mobile GSM ❑ 07, 08 et 04 pour FT❑ 09 et 03 pour SFR❑ 60, 61 et 18 pour Bouygues Télécom

❑ PQ : numéro du HLR logique dans le réseau GSM

❑ MCDU : numéro de l'abonné dans le HLR

Mobile Station Roaming Number

MSRN : CC2 dgts

NDC3 dgts

SN≤10 dgts

VLR HLR

✗ Permet le routage des appels entrants directement du commutateur passerelle (GMSC) vers le commutateur courant (MSC) de la station mobile

✗ Attribué de façon temporaire/unique par le VLR courant lors de l'établissement d'un appel à destination de la station mobile

✗ Même structure que le MSISDNCode pays du VLR courant

Code du PLMN du VLR courant

Numéro d'abonné

International Mobile Equipment Identity

IMEI : TAC6 dgts

FAC2 dgts

SNR6 dgts

SP1 dgt

❑ Identifiant unique de terminal (15 digits max) :❑ Type Approval Code (TAC) : fourni au constructeur lorsque le

matériel a passé l'agrément,

❑ Final Assembly Code (FAC) : identifie usine de fabrication

❑ Serial Number (SNR) : librement affecté par le constructeur

❑ Spare (SP) : réservé

❑ => GSM Phase 2+ : IMEISV (IMEI Software Version Number)

SynthèseÉtablissement d'un appel fixemobile

❑ Types de messages échangés❑ Procédures GSM : Traitement de l'établissement d'un

appel...❑ Traitement sur les feuilles...

❑ Signalisation paging❑ Appel Entrant

Procédures GSM : messages

IAM : Initiate Address Message, message ISUP intervenant à l’initiaton de l ’appelACM : Address Complete Message, message ISUP intervenant à la confirmation par la partie appellée de la reception de

l ’appel

SRI : Send routing Information, message MAP intervenant entre le VLR courant et le HLR.

PRN : Provide Roaming Number, message MAP intervenant entre le VLR courant et le HLR.

Etablissement d'un appel fixe -> Mobile

HLR

GMSC

VLR

MSC

VLR

msisdn -> imsi +VLR@

1) IAM (msisdn)

6) IAM (msrn,imsi)

LAC

PSTN GSM network

IMSI ->

lac,TMSI

BSS

Subsystem

7) Paging (tmsi)

2) SRI (msisdn)

5)SRIack (msrn) 3) PRN

(imsi)

4) PRNack (msrn)

Traitement sur l'interface radioSignalisation Paging

......

BTS-A BSCMT BTS-BRR - Paging Command RR - Paging Command

RR - Paging Request

PCH

RR - Paging Req

PCH

RR - Channel Request

RACH BTSM - Channel Required

BTSM - Channel Activation

BTSM - Channel Activation ACK

BTSM - Immediate Assignment Command

RR - Immediate Assignement

AGCHSABM[RR Paging Response]

SDCCH

BTSM - Establish Indication[RR Paging Response]

UA[RR Paging Response]

SDCCH

Traitement sur l'interface radioAppel Entrant

......

BTS-AMT MSC/VLRISUP IAM (MISDN)

CA

CC Setup

MAP_send_routing_info

HLR GMSC

MAP_provide_roaming_number

MAP_provide_roaming_number.ack

MAP_send_routing_info ack

ISUP IAM (MSRN)Paging

Authentification + Passage en mode crypté

CC Call Confirmed

BSSMAP Assignment RequestRR Assignment Command

RR Assignment CompleteBSSMAP Assignment Complete

CC AlertingISUP ACM

ISUP ACMCC Connect

ISUP ANMISUP ANM

VI. Evolutions

Nécessité d'une évolution

(c) Olivier Guyot, Nokia

Nécessité d'une évolution : Phase 2

❑ GSM Phase 2 : services à valeurs ajoutées (VAS)❑ Modification de l'architecture NSS❑ Les services VAS de base offrent :

❑ SMSC (Short Message Service Center)

❑ VMS (Voice Mail System)

❑ VAS = premier pas vers des revenus additionnels ne dépendant pas de la voix

(c) Olivier Guyot, Nokia

Nécessité d'une évolution : Phase 2

Services Intelligents (prépayé, services personnalisés, sécurité, ...)Possibilité d'avoir des services fournis par des providers externes(c) Olivier Guyot, Nokia

Evolution de l'architecture : GPRS

(c) Olivier Guyot, Nokia

Questions ?