Rpublique du SENEGAL Universit Gaston Berger de Saint Louis (UGB)Unit de Formation et de Recherche de Sciences Appliques et de Technologie (UFR SAT) Diplme dIngnieur en lectronique et Tlcommunications (DIETEL)Rapport de Projet de fin dtudes Sujet:
CONCEPTION DUN OUTIL DE DIMENSIONNEMENT BSS DUN RSEAU GPRS
Prsent et soutenu le 31 01 2009 par: Tab THIAM Sous lencadrement de: Devant le jury:
Prsident: M. Dine Ndiaye M. Andr FAYE (UGB) Membres: M. Amadou S. Maga et de M. Abdou K. Farota M. Abdourahmane NDIAYE M. Andr Faye (ORANGE)Anne universitaire 2007/2008
Ddicaces Louange Allah le misricordieux, Guide de ce qui sont guids, qui nous a guids. Nous ne serions pas guids, si Allah ne nous avait pas guid
A ma trs chre Mre, Bigu Kb, A mon trs cher Pre, Elhadji Yague, A mes trs chres belles-mres A mes trs chres Surs et frres, A mes trs chers Amis, A ma trs chre grand-mre Fama Dieng, A mes chres tantes et cousines, A mes chers oncles et cousins, A mes camarades de promotion, mon binme I. Tall A mes amis, voisins et camarades de G, M. L. Ndiaye A mes camarades de villages, A mes camarades de lUniversit, A tous mes professeurs et matres, A lensemble de ladministration pdagogique de lURF SAT, du DIETEL particulirement A mon meilleur MamadouThiam, Je ddie ce travail.Tab ThiamII
Je tiens tout dabord remercier ma trs chre maman pour tous les sacrifices et peines quelle a dus endurs sans relche, ni regrets et quaucun effort dun fils ne pourrait combler, lamour quelle nous porte, nous ses fils. Merci Maman! Ces remerciements vont aussi lendroit de mon trs cher et honorable pre, qui na jamais mnag aucun effort pour la russite de ses enfants, notre ducation. Votre immense savoir, votre noble sagesse nous a bien guid et restera une ternelle rfrence et miroir pour nous, vos enfants. Merci pre! Je tiens aussi remercier tous mes surs et frres, tantes et oncles, ma grand-mre, mes amis pour leur soutien et conseils. Je porte mes remerciements lendroit de Abdou Thiam qui sest beaucoup donn pour me trouver ce stage, chose pas facile. Il ma constamment conseill et soutenu de prs ou de loin, pour la russite de ce projet. Merci Abdou ! Jinsiste pour exprimer toute ma reconnaissance Mr. Abdourahmane Ndiaye, mon matre de stage. Il ma bien encadr, guid et soutenu. Merci Matre ! Elle va aussi lendroit de Mr. Etienne Ndong Faye, Mr. Ibrahima Dme, Mr. Abdourahmane Zongo, Mr. Birane Kane, Mr. Mouhamed Salam Diop, Mr. Bocar Kelly, Mr. Amadou L, Mr. Daouda Diouf et tous ceux qui mont accueilli bras ouverts et aid Orange. Je tiens aussi exprimer ma profonde gratitude Mr. Andr Faye, davoir accept de mencadrer malgr le manque de temps et tout. Je ne pourrais finir sans adresser des remerciements la famille Fall de Mermoz et tmoigner de la gratitude en lendroit de la modeste et gentille personne de Mor Codou Gueye, que je ne pourrais jamais assez remercier pour son soutien et tout... Merci Mor! Je voudrais aussi bien remercier particulirement Ibrahima Tall et Youssoupha Thiam mes deux binmes de galre. Que notre amiti soit bnie de DIEU ternellement et que les fruits de nos efforts et notre russite puissent tre profitables notre pays, nos familles et nos parents! Je macquitte, enfin, volontiers dun devoir de remerciement, de gratitude ltat du Sngal et tous mes enseignants pour la qualit de lenseignement et la ferveur de lencadrement, le bon suivi quils ont eu me prodiguer sans relche durant mes tudes de lcole coranique luniversit. III
AVANT PROPOS Dans le cadre de ma formation dingnieur au niveau du DIETEL (Diplme dIngnieur de conception en Electronique et Tlcommunications), de la Section Physique Applique de lUnit de Formation et Recherche au sein de lUniversit Gaston Berger de Saint Louis, je suis amen raliser un projet de fin dtudes dans le cadre dun stage afin de pouvoir obtenir le diplme sanctionnant ce cycle dingnieur. Ce projet a t ralis comme il est demand au sein de la filiale Orange Mobiles du groupe Orange. Et, plus prcisment, il a t effectu au sein du dpartement RAM en collaboration avec les ingnieurs radio et certains ingnieurs du cur de rseau. Il a t question de concevoir un outil permettant dautomatiser le dimensionnement du soussystme de base du rseau GPRS, tant donn quils ne disposent pas dun tel outil. Par ailleurs, ce stage ma permis dapprendre beaucoup et de pratiquer le mtier dingnieur de rseaux.
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Table des matiresListe des figures .....................................................................................................................VII Glossaire et abrviations........................................................................................................ IX Prsentation du groupe SONATEL.....................................................................................XII Rpartition du Capital de la SONATEL.............................................................................XII Le Groupe SONATEL et ses filiales ................................................................................. XIII Organigramme du Groupe SONATEL....................................... Erreur ! Signet non dfini. Organigramme du dpartement du Rseau dAccs Mobile RAM................................ XIV INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................ 1 Chapitre I : GENERALITES SUR LE GSM ............................................................................. 3 I.1 PRESENTATION DE LA NORME GSM............................................................. 3 I.2 ARCHITECTURE DUN RESEAU GSM............................................................. 6 I.2.1 Le BSS (Base Station Subsystem) ....................................................................... 7 I.2.2 Le NSS (Network Subsystem) ............................................................................. 8 I.2.3 LOSS (Operating Subsystem).......................................................................... 11 I.2.3.1 LOMC-S (Operating Maintenance Center Switch part) ...................... 11 I.2.3.2 LOMC-R (Operating Maintenance Center Radio part) ....................... 11 I.2.3.3 Le NMC (Network Management Center) ................................................ 12 I.3 Le MS (Mobile Station).......................................................................................... 12 Chapitre II : EVOLUTION DU GSM VERS LE GPRS.......................................................... 13 II.1. INTRODUCTION.................................................................................................. 13 II.2. PRESENTATION DU RESEAU GPRS............................................................... 14 II.3. ARCHITECTURE DUN RESEAU GPRS ......................................................... 15 II.3.1. Le SGSN (Serving GPRS Support Node)..................................................... 16 II.3.2. Le GGSN (Gateway GPRS Support Node).................................................. 17 II.3.3. Les modules PCU et CCU.............................................................................. 18 II.3.4. Le BG (Border Gateway)............................................................................... 18 II.3.5. Le CGF (Charging Gateway Function)........................................................ 19 II.3.6. Les interfaces du rseau GPRS ..................................................................... 19 II.3.7. La Station Mobile GPRS ............................................................................... 21 II.4. SCHEMAS DE CODAGE ..................................................................................... 23 II.5. PROTOCOLES ET CANAL RADIO GPRS....................................................... 24
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II.5.1 II.5.2 II.5.3 II.5.4 II.5.7 II.5.8 II.5.9
Pile protocolaire.............................................................................................. 24 La couche SNDCP (SubNetwork Dependent Convergence Protocol)....... 25 La couche LLC (Logical Link Control) ....................................................... 25 La couche RLC (Radio Link Control).......................................................... 26 La Couche Physique....................................................................................... 26 Le Protocol GTP (GPRS Tunnelling Protocol) ........................................... 27 Canal radio GPRS.......................................................................................... 27
II.6. DESCRIPTION FONCTIONNELLE DU GPRS................................................ 30 II.6.1 Schma fonctionnel du GPRS ....................................................................... 30 II.6.2 Transfert de paquets en GPRS ..................................................................... 31 II.6.3 Etablissement de TBF (Temporary Block Flow)......................................... 32 II.6.4 Gestion de la mobilit..................................................................................... 33 II.6.4.1 Etats GPRS ............................................................................................. 33 II.6.4.2 Contextes GPRS ..................................................................................... 34 II.6.5 Emission de donnes....................................................................................... 36 II.6.6 Rception de donnes ..................................................................................... 37 II.7. QoS EN GPRS ........................................................................................................ 37 Chapitre III LE GPRS DANS LE RESEAU ORANGE .......................................................... 39 III.1 ARCHITECTURE DU RESEAU GPRS EXISTANT ........................................ 39 III.1.1 Le SGSN (Serving GPRS Support Node)..................................................... 40 III.1.2 Le CGSN (Combined GPRS Support Node) ............................................... 41 III.1.3 Les MFS (Multi BSS Fast packet Server) .................................................... 41 III.1.4 Les PCU (Packet Controler Unit) ................................................................. 42 III.1.5 Les Interfaces implmentes ......................................................................... 44 III.1.6 Les BSC dans le GPRS................................................................................... 44 III.1.7 Le MPBN (Mobile Packet Backbone Network)........................................... 48 III.1.8 Le MMSC (Multimedia Message Service Center) ...................................... 48 III.1.9 Le Ng HLR...................................................................................................... 48 III.2 OFFRE DE SEVICES GPRS DORANGE ......................................................... 49 III.3 LA QoS GPRS DANS LE RESEAU ORANGE .................................................. 49 Chapitre IV : DIMENSIONNEMENT BSS DUN RESEAU GPRS ...................................... 50 IV.1 PROBLEMATIQUE DU DIMENSIONNEMENT ............................................. 50 IV.2 ANALYSE DE DONNEES POUR LE DIMENSIONNEMENT ....................... 50 IV.3 LES PROCEDURES DE DIMENSIONNEMENT ............................................. 53 IV.3.1 Le dimensionnement des canaux PDCH ...................................................... 53 IV.3.2 Le dimensionnement de linterface Abis...................................................... 57 IV.3.3 Le dimensionnement de linterface Ater...................................................... 57 IV.3.4 Le dimensionnement de linterface Gb ........................................................ 58 IV.3.5 Le dimensionnement des PCU ...................................................................... 60 IV.3.6 Le dimensionnement BSC ............................................................................. 61 IV.4 OUTIL DE DIMENSIONNEMENT BSS DUN RESEAU GPRS .................... 62 IV.5 APPLICATION ET DESCRIPTION DE LODBG ........................................... 71
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CONCLUSION GENERALE ............................................................................................... 79 Annexe ..................................................................................................................................... 81 Bibliographie .......................................................................................................................... 84
Liste des tableauxTableau 1: rcapitulatif des interfaces dans le rseau GPRS ................................................... 19 Tableau 3 : Schmas de codage et dbits GPRS ...................................................................... 24 Tableau 4 : comparatif entre les diffrents types de codage. ................................................... 24 Tableau 5: rcapitulatif des canaux logiques GPRS ................................................................ 30 Tableau 8: Subscriber Capacity................................................................................................ 40 Tableau 9: Throughput for GSM.............................................................................................. 41 Tableau 10: Spcifications du PCU6000 de HUAWEI ........................................................... 43 Tableau 11: Capacits du G2 BSC........................................................................................... 45 Tableau 12: BSC Evolution Capacity ...................................................................................... 47 Tableau 13: Rcapitulatif des entits du rseau GPRS existant............................................... 48 Tableau 14: En-ttes des protocoles en GPRS ......................................................................... 51 Tableau 15: Taux den-ttes en fonction du volume dinformation......................................... 52 Tableau 16: Exemple de modle de trafic en GPRS ................................................................ 52 Tableau 17: Exemple de profil dabonns pour le GPRS ........................................................ 52 Tableau 18: dbit par type de codage....................................................................................... 53 Tableau 19: dbit RLC dun PDCH par type de codage .......................................................... 54 Tableau 20: Taille des messages de signalisation .................................................................... 59 Tableau 21: profile services offerts par Orange ....................................................................... 63 Tableau 22: profile abonns GPRS .......................................................................................... 64
Liste des figuresFigure 1: concept cellulaire ........................................................................................................ 4 Figure 2: Architecture dun rseau GSM ................................................................................... 7 Figure 3: Architecture dun rseau GPRS................................................................................ 16
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Figure 4: Pile protocolaire dans le plan de donnes................................................................. 25 Figure 5 : Construction multi trame GPRS .............................................................................. 28 Figure 6: Structure de la trame GPRS...................................................................................... 28 Figure 7: Structure de la multi trame GPRS ............................................................................ 29 Figure 8: Schma fonctionnel du GPRS .................................................................................. 31 Figure 9: les tats dun terminal GPRS.................................................................................... 33 Figure 10: Activation de contexte PDP par le modle ............................................................. 39 Figure 11: Architecture du rseau GPRS de la SONATEL ..................................................... 39 Figure 12: Architecture de la premire gnration de MFS (A9135 MFS) ............................. 42 Figure 13: Structure logique du PCU6000 de HUAWEI......................................................... 43 Figure 14: G2 BSC (A 9120 BSC) Architecture...................................................................... 45 Figure 15: BSC Evolution (A9130 BSC) Architecture............................................................ 46 Figure 16: Procdure de dimensionnement des canaux PDCH................................................ 57 Figure 17: Procdure de dimensionnement des canaux Gb ..................................................... 60 Figure 18: Procdure de dimensionnement des PCU............................................................... 61 Figure 19: Schma de mise niveau........................................................................................ 63 Figure 20: Modle de dimensionnement des canaux PDCH.................................................... 65 Figure 21: Modle adopt pour le dimensionnement des PCU................................................ 66 Figure 22: Modle utilis pour le dimensionnement de linterface Gb.................................... 66 Figure 23 : Schma relationnel de la base de donnes............................................................. 70 Figure 24: icne de lODBG .................................................................................................... 72 Figure 25: Fentre daccueil ODBG ........................................................................................ 72 Figure 26: Interface de gestion de la base de donnes ........................................................... 723 Figure 27: Interface denregistrement de cellule.................................................................... 723 Figure 28: Fentre daffichage de cellule............................................................................... 724 Figure 29: Interface de dimensionnement................................................................................ 74 Figure 30: Interface de dimensionnement de canaux PDCH ................................................... 75 Figure 31: Interface de modlisation du trafic GPRS .............................................................. 75 Figure 32: Interface de calcul de la capacit moyenne/PDCH................................................. 76 Figure 33: Rsulat du dimensionnement de canaux PDCH ..................................................... 76 Figure 34: Interface de mise jour du dimensionnement ........................................................ 77 Figure 35: Interface de mise jour de site BTSE .................................................................... 77 Figure 36: Interface de mise jour de site BSC....................................................................... 77 Figure 37: Interface de mise jour de site MFS ...................................................................... 78 VIII
Figure 38: Interface de mise jour de site PCU ...................................................................... 78
Glossaire et abrviationsAUC : AUthentication Center, centre dauthentification AGCH : Access Grant Channel, voies dautorisation daccs BC : Bearer Channel, canal de transport BCCH : Broadcast Control Channel, canal logique de diffusion BG : Border Gateway, passerelle dentre BH : Busy Hour BSC : Base Station Controller, contrleur de station de base BSS : Base Sub-System, sous systme de base BTS : Base Transciever Station, metteur-rcepteur de base BVC : BSSGP Virtual Connection, connexion virtuelle de la couche BSSGP CC : Country Code, indicatif du pays CCCH : Common Control Channel, canal logique de commande commune CCU : Channel Codec Unit, module de gestion des paquets CGSN : Combined GPRS Support Nodes, nuds GPRS combins CN : Core Network, cur de rseau CS : Coding Scheme, schma de codage DCCH : Dedicated Control Channel, canal de contrle ddi EDGE : Enhanced Data Global Environment, environnement de donnes dbit amlior E-DNS : External Domain Name Server, serveur de nom de domaine externe EIR : Equipment Identity Register, base de donnes didentit de terminaux FACCH : Fast Associated Control Channel, voie rapide de control associ FCCH : Frequency Control Channel, voie de contrle de frquence GGSN : GPRS Gateway Support Node, nud passerelle GPRS GCH : GPRS Channel, canal GPRS GPRS : General Packet Radio Service, service de transfert de paquets par voies radio GPU : Group Processing Unit, module de groupe de processeur GRX : GPRS Roaming Exchange, fournisseurs ditinrance GPRS. GSL : GPRS Signaling Link, liens de signalisation du trafic GPRS GSM : Global System for Mobile communication, systmes de radio communication mobile GTP : GPRS Tunneling Protocol, protocole de gestion de tunnel GPRS
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HLR : Home Location Register, base de donnes de localisation dabonns du rseau HON : Handover Number, numro de transfert de terminaux par une BTS I-DNS : Internal Domain Name Server, serveur de nom de domaine interne IMEI : International Mobile Equipment Identity, identit internationale du terminal mobile IMSI : International Mobie Subscriber Identity, identit internationale dabonn mobile IP : Internet Protocol, protocole rout de linternet ISP : Internet Service Provider, fournisseur daccs internet LA : Location Area, zone de localisation LAN: Local Area Network, rseau local LMT : Local Maintenance Terminal, terminal de maintenance proximit MAC : Medium Access Control, contrle daccs au mdia MCC : Mobile Country Code, indicatif de pays du systme mobile MFS : Multi BSS Fast Packet Server, serveur de fonctions de transfert de paquets aux sous systmes radio MGCH : Multiplexed GPRS Channel, voie de donnes en paquets multiplexe MM : Mobility Management, gestion de la mobilit MMSC : Multimedia Message Service Center, plateforme du service de messagerie dimage et de vido MNC : Mobile Network Code, indicatif du rseau mobile MPBN : Mobile Packet Backbone Network, cur de rseau du service de transfert paquets MS : Mobile Station, terminal mobile MSISDN : Mobile Station ISDN Number, numro dabonn mobile MSC : Mobile Service Switching Center, centre de commutation de service mobile MSRN : Mobile Station Roaming Number, numro de terminal mobile itinrant NDC : National Destination Code, indicatif du pays de destination NE : Network Element, entit de rseau NTP : Network Time Protocol, protocole de synchronisation rseau NSVC : Network Service Virtual Connection, connexion virtuelle de service rseau OMC-R : Operation and Maintenance Center for Radio part, centre dopration et de maintenance du sous systme radio. OMS : Operation and Maintenance Sub system, sous systme dopration et de maintenance PCH : Paging Channel, voie de recherche PCU : Packet Control Unit, module de gestion de paquets PDCH : Packet Data Channel, voie de trafic de donnes en paquets PDP : Packet Data Protocol, protocole de donnes en paquets PDU : Packet Data Unit, Unit de donnes en paquets PLMN : Public Land Mobile Network, rseau mobile PSTN : Public Switched Telephone Network, rseau tlphonique publique commut PVC : Permanent Virtual Circuit, circuit virtuel permanent QoS : Quality of Service, qualit de service RLC : Radio Link Control, couche de gestion de lien radio RSS : Radio Sub System, sous systme radiolectrique
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RA : Routing Area, zone de routage RACH : Random Access Channel, voie daccs alatoire RADIUS : Remote Authentication Dial In User Service, service dauthentification dutilisateur distance RAN : Radio Access Network, rseau daccs mobile SACCH : Slow Associated Control Channel, voie lente de contrle associ SCH : Synchronisation Channel, voie de synchronisation SGSN : Serving GPRS Support Node, nud de service de transfert de donnes en paquets SS7 : Signaling System 7, systme de signalisation n 7 SSS : Switching Sub System, sous systmes de commutation TC : Transcoding Unit, unit de transcodage TCH : Trafic Channel, voie de trafic de parole TMSI : Temporary Mobile Station Identity, identit temporaire dabonn TS : Time Slot, intervalle de temps TRX : Transciever X, metteur-rcepteur UPCH : User Packet Chanel, voie de donnes utilisateur VLR : Visitors Location Register, base de donnes dabonns visiteurs du rseau
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Prsentation du groupe SONATELCr en 1985 par la fusion de deux entits charges de la gestion des tlcommunications: l'Office des Postes et Tlcommunications (OPT) et Tl Sngal, le groupe SONATEL est loprateur historique des tlcommunications au Sngal. En 1997, elle devient une socit anonyme au capital de cinquante milliards de FCFA divis en dix millions dactions en salliant un partenaire stratgique, France Tlcoms, qui possde aujourd'hui 42,33 % de son capital.
Rpartition du Capital de la SONATEL
Le Groupe SONATEL SA est un oprateur qui globalise plusieurs domaines dans le monde des tlcommunications notamment dans:
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la tlphonie fixe, la tlphonie mobile, les services de donnes, les services Internet.
Le groupe SONATEL.SA comprend six autres filiales
:
Sonatel Business solutions
Sonatel mobile
Sonatel Multimdia
Sonatel Orange mali Orange Conakry Orange Bissau
Le Groupe SONATEL et ses filiales
La SONATEL est introduite la bourse rgionale depuis 1998. Elle est le premier oprateur de tlcommunications Ouest Africain travers la bourse. La SONATEL est devenue un oprateur sous rgional. Elle est prsente au Mali, en Guine Bissau et en Guine Conakry. La SONATEL a fait un chiffre daffaire de cinq cents milliards de f Cfa lanne passe, une croissance tire principalement de la tlphonie mobile.
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Dans une volont de valorisation de lexpression humaine, la SONATEL participe aussi au dveloppement social et culturel du Sngal travers une politique sociale et cela grce la fondation SONATEL cre depuis janvier 2002. Les principaux axes de la politique sociale de cette fondation sont: L'ducation, La culture, La sant. Mon stage sest droul au sein de la SONATEL Mobiles, dont la marque commerciale Aliz est devenue Orange depuis les rformes de 2006. Le stage sest droul prcisment au Dpartement du Rseau dAccs Mobile, RAM, dans la division dploiement dont le chef est lui-mme mon matre de stage. Par ailleurs, du fait que le sujet de mon projet porte plus sur lingnierie des rseaux, alors il a fallu chaque fois que besoin tait, de nous approcher des ingnieurs radio afin de bien mener le travail escompt.
Organigramme du dpartement du Rseau dAccs Mobile RAM
Division Dploiement: Cette division compose de sept membres, est charge de lamnagement du BSS (BSC, TC, BTS plus le MFS pour le GPRS) sur lensemble du rseau de la Sonatel Mobiles au Sngal. XIV
Elle veille aussi lamlioration de la qualit des prestations en sappuyant sur une politique qualit, audit et optimisation des installations. La division est dirige par un chef de service qui travaille en collaboration avec sept autres collaborateurs organiss en chef de projet.
Division Architecture et Prvision rseau: Cette division soccupe de lestimation du trafic sur les annes venir afin de calculer le nombre de sites ajouter, fait la remodlisation des BSC, ralise le dcoupage des zones de LAC (Location Area Code) tout en faisant attention aux axes routiers. Cette division est dirige par un chef de service assist de deux collaborateurs. Division Qualit de service et Optimisation radio: Cette division soccupe du suivi de la qualit de service c'est--dire le suivi des indicateurs de performance du rseau. Elle dfinit des plans daction pour amliorer la QoS. Elle gre aussi la couverture du rseau, lingnierie des sites et ralise le design du rseau. Elle dfinit galement les programmes partant des prvisions. Elle est dirige par un chef de service assist par des chefs de projet ingnieurs radio.
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INTRODUCTION GENERALE
Les tlcommunications dentreprise constituent un secteur dynamique dans lequel la technologie et les standards imposent des mutations trs rapides. Depuis leur dveloppement, les systmes de tlcommunications mobiles ne cessent dvoluer afin de rendre leur exploitation plus flexible et moins onreuse. Ces systmes ont connu leur premier grand essor avec la mise au point de la norme GSM appel rseau de deuxime gnration, qui se voit dsormais cantonn dans un rle de modle de rfrence mondiale pour les gnrations suivantes de rseaux mobiles. Cette volution est en ralit conditionne, en plus des mutations lies la libralisation des tlcommunications, par les augmentations considrables des utilisateurs de la tlphonie mobile ainsi que le dveloppement rapide de lInternet poussant ces utilisateurs devenir de plus en plus exigeants en terme de qualit de services offerts et encore demandeurs de services innovants un cot plus acceptable. Cest dans cette optique que la norme GPRS a t conue pour rpondre aux problmes de dbits et de commodit lis la transmission de donnes avec la commutation de paquets dans les rseaux GSM initialement conus pour transmettre la voix adapte la commutation de circuit. Par ailleurs, lvolution continue des services offerts et la croissance rapide du nombre dabonns ncessitent une mise jour permanente des ressources du rseau afin de rpondre aux exigences de la norme ainsi quaux obligations rgies par lagence de rgulation des tlcommunications de chaque pays. Dans le cycle de vie dun rseau cellulaire, ltape de dimensionnement des quipements et interfaces permet de dterminer la quantit et la qualit des ressources dployer afin dabsorber le flux de trafic gnr par les utilisateurs pour lensemble des services offerts. Toutefois, les techniques utilises dans le processus de dimensionnement varient dun type de rseau un autre ainsi que dun oprateur un autre dautant plus que les paramtres mis en jeu sont variables. Ce qui fait quaujourdhui, il nexiste que des solutions de dimensionnement propritaires gnralement proposes par les fournisseurs dquipements.
1
Dans ce projet, nous nous proposons de concevoir un outil daide au dimensionnement du BSS dun rseau GPRS et, le rseau en question est celui de la SONATEL MOBILES. Nous nous limitons seulement au dimensionnement du sous-systme radio tant donn quil prsente plus de complexit, toutefois loutil devrait pouvoir voluer afin de permettre deffectuer le dimensionnement de lensemble du rseau de donnes. Dans ce document, nous prsentons dans le premier chapitre le rseau GSM puisquil est repris dans la conception du GPRS. Le second chapitre est consacr ltude de lvolution du rseau GSM vers le rseau GPRS avec une prsentation approfondie et dtaille de la norme GPRS. Le troisime chapitre prsente lintgration du rseau GPRS dans le rseau GSM de la SONATEL MOBILES. Aprs avoir prsent la thorie du dimensionnement, le quatrime chapitre tudie le modle propos. Une application pour le rseau GPRS dORANGE MOBILE sera effectue en fin de ce chapitre. Nous parlons des volutions du GPRS vers les rseaux de troisime gnration dans notre conclusion.
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Chapitre I : GENERALITES SUR LE GSM
I.1 PRESENTATION DE LA NORME GSM Le rseau GSM (Global System for Mobile communication ou historiquement Groupe Spcial Mobile) est la premire norme de tlphonie cellulaire de seconde gnration. Son origine remonte lanne 1982, date laquelle elle a t tablie par le CEPT (Confrence des Administrations Europenne des Postes et Tlcommunications). Elle a t mise au point par lETSI (European Telecommunications Standards Institute, Institut europen des normes de tlcommunications en franais) sur la gamme de frquences des 900 Mhz et prsente une autre variante utilisant la gamme des 1800 Mhz appele Digital Communication System (DCS) qui va permettre de compenser linsuffisance des ressources radio avec larrive de nouveaux oprateurs. Ces deux systmes ne diffrent quau niveau du dploiement. Les objectifs du GSM reprennent et prolongent ceux des prcdents systmes de tlphonie mobile. En effet ils visent offrir un vaste ventail de services de tlcommunications spcifiques en tenant compte de la mobilit des usagers et compatibles avec ceux des rseaux fixes. La compatibilit daccs nimporte quel utilisateur dans nimporte quel pays exploitant le systme GSM ainsi que la localisation automatique des mobiles sous la couverture globale de lensemble du rseau sont assurer tout en permettant une grande varit de terminaux mobiles. Par ailleurs le dfi dobtenir une bonne efficacit spectrale et des cots permettant dassurer le succs du service est lun des objectifs majeurs du GSM parmi tant dautres. Avant de prsenter larchitecture du rseau GSM, il serait intressant de comprendre certains concepts, notions et principes caractristiques des rseaux mobiles, parmi lesquels : le concept cellulaire, la notion de mobilit, les mthodes daccs. - le concept cellulaire Le concept de cellule est introduit comme une solution alternative la contrainte de la limitation de la ressource radio et celle lie la puissance dmission des stations mobiles. En effet les rseaux de premire gnration possdaient des cellules de grande taille (environ 50 km de rayon) au centre desquelles se situait une station de base et les frquences taient alloues statiquement aux utilisateurs. De plus deux cellules
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adjacentes ne peuvent utiliser les mmes frquences afin dviter les interfrences. Par ailleurs ce systme ncessitait toujours des stations mobiles de puissance dmission importante (environ 8W) et donc des appareils mobiles de taille et de poids consquents. Cest pour rsoudre ces problmes quest apparu le concept de cellule. Le principe consiste en la division du territoire couvrir en un certains nombre de cellules desservies par un relais radiolectrique de faible puissance, mettant des frquences diffrentes de celles utilises sur les cellules voisines. Ces cellules doivent tre contigus sur la surface couverte. Puisque le nombre de frquences accordes au systme GSM est restreint, loprateur est oblig de rutiliser les mmes frquences mais sur des cellules suffisamment loignes de telle sorte que deux communications utilisant la mme frquence ne se brouillent pas. La taille des cellules varie des centaines de mtre des dizaines de kilomtre et elles sont thoriquement de forme hexagonale, car cest la forme rgulire qui ressemble le plus au cercle et que lon peut juxtaposer sans laisser de zones vides. Toutefois la ralit du terrain est bien diffrente, notamment en zone urbaine o de nombreux obstacles empchent la propagation linaire.
D :distance de rutilisation
Figure 1: concept cellulaire - la mobilit dans le rseau GSM La premire des fonctions dun rseau radio-mobile est de permettre la mobilit des usagers. Cette mobilit des abonns dans un rseau cellulaire doit tre gre deux niveaux. En effet pour tablir une communication il faut dabord situer labonn, donc il faut savoir dans quelle cellule se trouve-t-il ; ce qui est communment appel fonction de gestion de 4
localisation. Par ailleurs, lorsque labonn passe dune cellule une autre il doit y avoir continuit de la communication ; ce qui se fait par un transfert intercellulaire communment appel handover. Le principe repose sur :
Les mesures faites par le terminal mobile et transmises au BSC courant ; La dcision prise par le BSC d'effectuer un handover aprs identification d'une ou plusieurs cellules utilisables. Si plusieurs cellules sont ligibles, le MSC dtermine, en fonction des charges de trafic, la cellule la plus judicieuse laquelle affecter la communication;
La rservation d'un deuxime canal de trafic entre la nouvelle BTS et le mobile ; Un basculement effectu par le mobile sur rception d'une commande mise par le BSC.
Dans le GSM, le handover s'effectue avec coupure de la communication (imperceptible pour l'utilisateur). Pour que les communications dun abonn tranger puissent tre traites et aboutissent lorsque sa mobilit stend plusieurs pays, des accords de roaming doivent tre passs entre les oprateurs de ces diffrents pays. - les mthodes daccs Les communications utilisent la bande de frquence de largeur limite alloue au systme mobile. Cette largeur de bande doit tre utilise au mieux, de faon couler le maximum de communications. Chaque porteuse est spare par un cart de 200 KHz pour minimiser linterfrence inter symboles. Ainsi les 25 MHz (attribus aux canaux descendants ou aux canaux montants), sont diviss en 125 porteuses. Ces canaux sont attribus la demande des mobiles pour permettre lchange dinformation entre le mobile et le rseau. La dfinition des canaux dpend de la mthode daccs multiple applique, en frquence ou en temps. Le GSM en utilise deux : FDMA, TDMA. Lefficacit de ces mthodes diffre suivant leur utilisation et le systme pris en considration. Les deux mthodes prsentent des avantages et des inconvnients. Le GSM combine les deux pour limiter les inconvnients. Accs Multiples Rpartition dans les Frquences AMRF Le GSM opre dans la bande des 900 MHz, o 2 fois 25 MHz de bande ont t alloues. Les deux parties correspondent au sens montant (uplink en anglais) et au sens descendant (downlink en anglais) de la liaison. La largeur des canaux tant 5
de 200 KHz, on obtient 124 canaux duplex (la porteuse restante est utilise dautres fins, tlcommande par exemple), qui seront rpartis entre les diffrents oprateurs dun pays. Le systme alloue une frquence la station mobile. Accs Multiples Rpartition dans le Temps AMRT Cette technique de multiplexage est plus connue sous le nom de TDMA (Time Division Multiple Access) et il permet de partager entre diffrents utilisateurs une bande de frquence donne, une mme porteuse est divise en intervalles de temps (IT) appels slots de dure fixe Tslot = (75/130) ms = 0.5769 ms, les slots sont regroups par paquets de 8. Un slot accueille un lment de signal radiolectrique appel burst. Chaque utilisateur utilise alors un slot de la trame TDMA pour transmettre ses informations.
I.2 ARCHITECTURE DUN RESEAU GSM Le premier rle dun rseau de radiotlphonie est de permettre des communications travers une liaison radio entre les abonnes mobiles dune part et entre ces derniers et ceux du RTC caractrises par un accs trs spcifique. Cest un systme de radiotlphonie numrique flexible et volutif compos dentits fonctionnelles regroupes en sous-systmes dfinis par la norme. Ainsi, larchitecture dun rseau GSM peut tre divise en trois sous-systmes: le sous-systme radio contenant la station de base et son contrleur le sous-systme rseau ou dinterconnexion de rseau le sous systme oprationnel ou dexploitation et de maintenance
Il faudra noter que la station mobile et le sous-systme radio peuvent tre regroups en un sous-systme appel sous-systme radiolectrique. Lessentiel des entits constituant le rseau GSM sont prsentes dans la figure reprsentant larchitecture du rseau :
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BSSHLR
NSSRTCEIR AUC
Um
SmaphoreGMSC MSC/VLR
AbisM
BTS
BSC
Ater
TC
A
Figure2: Architecture dun rseau GSM
I.2.1 Le BSS (Base Station Subsystem) Le sous-systme radio ou sous-systme de station de base a pour premier rle de relier les stations mobiles la partie commutation du rseau GSM. Sa fonction principale est la gestion de lattribution des ressources radio, indpendamment des abonns, de leur identit ou de leur communication. On distingue dans le BSS : la station de base BTS (Base Transceiver Station) La BTS est un point daccs au rseau GSM des abonns. Cest une antenne situe en haut des immeubles ou au bord de routes. Elle permet le dialogue avec le mobile sur linterface Air (aussi appele interface radio ou interface Um). Ses principales fonctions sont : le contrle de la couche physique (couche 1 de linterface radio) : transmission de la parole et des donnes avec les oprations de chiffrement et de dchiffrement, transmission discontinue, ordre de contrle de puissance et de handover le contrle des sauts de frquences (frequency hopping en anglais) la mesure des interfrences sur les canaux non allous des communications (idles channels en anglais). La mesure sur la liaison montante (uplink), servant lalgorithme de handover. Le calcul du Timing Advance (avance de temps) pour la synchronisation temporelle, selon la distance qui spare la BTS du mobile.
7
-
La dtection des demandes daccs reues sur le canal de contrle commun (RACH). La dtection des messages de handover access (HO ACCESS)
le contrleur de station de base BSC (Base Station Controller) Il assure le contrle dune ou de plusieurs BTS. En effet, le BSC est un nud intelligent capable de grer plusieurs BTS et de dialoguer avec le MSC via linterface A, linterface avec la BTS est appele interface Abis. La plupart des fonctions intelligentes de BSS sont implmentes son niveau, notamment les fonctions de gestion des ressources radiolectriques : lallocation des canaux de trafic et de signalisation dans les cellules la gestion de la configuration des canaux la commande de connexion vers les mobiles en relation avec le MSC paging vers un mobile appel le traitement des mesures et la dcision de handover intra BSC.
le transcodeur TC Les TC assurent ladaptation des diverses vitesses de transmission entre les BSC et les MSC pour chaque voie de trafic. Situ entre ces deux entits, il adapte le dbit de la partie radio gal 16 kbit/s au dbit 64 kbit/s dchiffrable par le MSC. Ainsi un transcodeur doit tre capable dallouer chaque IT de parole sur linterface Ater quatre IT sur linterface A. Pour des raisons de planifications de rseaux (conomie en systmes 2 Mbit/s), le TCE peut tre physiquement distinct du BSC et situ prs du MSC.
I.2.2
Le NSS (Network Subsystem)
Il assure principalement les fonctions de commutation et de routage. Cest donc lui qui permet laccs au rseau public RTCP ou RNIS. En plus des fonctions indispensables de commutation, on y retrouve les fonctions de gestion de la mobilit, de la scurit et de la confidentialit qui sont implmentes dans la norme GSM. Les lments du NSS prennent en charge toutes les fonctions de contrle et danalyse dinformations contenues dans les bases de donnes ncessaires ltablissement de connexion. Le NSS comprend :
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le centre de commutation MSC (Mobile Switching Center) Cest la partie centrale du NSS. Il prend en charge ltablissement des communications vers les abonns dans la norme GSM. Du fait de la mobilit, limplantation de la fonction de commutation nest pas suffisante ; le MSC gre la mobilit et les frquences et enregistre la localisation des abonns visiteurs (bases de donnes VLR). De plus il participe la fourniture des diffrents services aux abonns tels que la tlphonie, les services supplmentaires et les services de messagerie. Des MSC servant de passerelle (GMSC, Gateway MSC) sont placs en priphrie du rseau dun oprateur de manire assurer linteroprabilit entre rseaux doprateurs.
Lenregistreur de localisation nominal HLR (Home Location Register) Le HLR est une base de donnes contenant toutes les informations relatives un abonn dun PLMN : le type dabonnement, la cl dauthentification Ki (cette cl nest connue dun seul HLR et dune seule carte SIM), les services souscrits, le numro de labonn (IMSI), etc. Il contient aussi des informations sur la localisation du mobile qui sont mises jour rgulirement par la procdure de "location updating" de telle sorte que lorsquun appel est destin un mobile, le rseau puisse acheminer lappel vers le MSC desservant la cellule o se trouve le mobile. Un HLR dessert plusieurs MSC. Les articles de la base de donnes peuvent tre crs, consults et supprims par loprateur du systme. Les informations ncessaires sont diffuses depuis le soussystme opration et maintenance (OMS) par le biais dun centre de personnalisation didentification des abonns (PCS) utilisant un terminal local. La fonction SCI (Subscriber Controlled Input, entre abonn) permet dentrer distance certaines donnes supplmentaires concernant par exemple les services supplmentaires.
Lenregistreur de localisation pour visiteurs VLR (Visitor Location Register) Le VLR est une base de donnes o sont stockes les informations relatives une rgion particulire. En effet, le VLR est la base de donnes dans laquelle le MSC peut trouver les donnes relatives un abonn situ dans une aire de service. chaque fois quun abonn se localise dans cette aire de service, les donnes sont copies du HLR dans le VLR. 9
Le VLR appartient logiquement au MSC. Dans le rseau GSM900, le VLR est toujours associ physiquement au MSC. Le sigle MSC/VLR est utilis pour exprimer cette collocation physique. Lorsquun abonn mobile est enregistr dans le MSC, cette information est transmise au HLR. En rponse, le HLR transmet au VLR les informations relatives aux prrogatives de cet abonn. Lors de ltablissement dun appel, le VLR dlivre le MSRN (Mobile Station Roaming Number, numro de station mobile itinrante), ds que cette requte lui est adresse par la MSC/GMSC par lintermdiaire du HLR, pour un appel entrant. Ce numro est utilis pour tablir la connexion. La zone de service dun VLR couvre une ou plusieurs zones de localisation. Tant que la MS reste dans une mme zone de localisation, il nest pas ncessaire de proposer la mise jour de VLR ou de HLR.
Le centre dauthentification AUC (Authentication Center) Lorsquun abonn passe une communication, loprateur doit pouvoir sassurer quil ne sagit pas dun intrus. Le centre dauthentification remplit cette fonction de protection des communications. Il mmorise pour chaque abonn une cl secrte utilise pour authentifier les demandes de services et chiffrer les communications. LAUC peut gnrer en plus de la cl dauthentification ki quil contient, le triplet (kc, RAND, SRES) qui seront utiliss par le VLR pour lauthentification et par la BTS pour le chiffrement. En effet, dans lAUC, un jeu de paramtres dauthentification est gnr pour chaque abonn mobile avant que labonn en question puisse accder au rseau. Avant excution dun contrle, un jeu de paramtres est transmis au VLR et un nouveau jeu de paramtres est gnr.
Lenregistreur de lidentit des quipements EIR (Equipment Identity Register) LEIR est une base de donnes qui contient des informations relatives aux types dquipement ainsi que tous les codes didentit dquipement (constitu du type dquipement TAC, du numro constructeur FAC et du numro de srie) des tlphones mobiles autoriss dans une zone de service donne. Les fonctions dpendant de lEIR assurent lidentification des tlphones. LEIR peut tre organis sur la base des zones du rseau, en association avec un ou plusieurs MSC. En effet le MSC interroge l'EIR pour, par exemple, vrifier le type de poste [est-il approuv], vrifier si le poste n'a pas t vol [liste noire], statistiques, ... 10
I.2.3
LOSS (Operating Subsystem)
LOSS assure la gestion et la supervision du rseau. Cest la fonction dont limplmentation est laisse avec plus de libert dans la norme GSM. La supervision du rseau intervient de nombreux niveaux : dtection de pannes mise en service de sites modification de paramtrage ralisation de statistiques.
Ce sous-systme comprend deux entits fonctionnelles relatives au sous-systme rseau (NSS) et au sous systme-radio (BSS) administrs par un systme centralis. En effet, dans lOMC (Operation and Maintenance Center) on distingue lOMC-S (OMC-System) qui est reli au sous-systme NSS travers les MSC et lOMC-R (OMC-Radio) qui est reli toutes les entits du BSS, travers les BSC. Enfin lOMC-M (OMC-Maintenance) ou NMC (Network Management Center) contrle lOMC-S et lOMC-R.
I.2.3.1
LOMC-S (Operating Maintenance Center Switch part)
Le centre dexploitation et maintenance du sous systme rseau OMC-S assure les fonctions de supervision, de dtection et de correction danomalies des MSC, VLR et HLR quil gre ; De ce fait, l'entit fonctionnelle OMC-S bnficie dune interface homme machine assurant les communications entre les priphriques dentre/sortie et le systme. Ces priphriques qui peuvent tre des imprimantes, des micro-ordinateurs, des consoles de visualisation, des tableaux dalarmes, sont soit locaux soit distants ; l'OMC-S et le NSS (aussi bien que l'OMC-R et le BSS) communiquent au travers dun rseau de transport de donnes de type X25.
I.2.3.2
LOMC-R (Operating Maintenance Center Radio part)
Le centre dexploitation et de maintenance radio OMC-R assure la centralisation de l'exploitation et la maintenance des sous systmes radio BSS ; De ce fait il est localis en lieu spcifique. L'OMC-R assure pour le sous systme radio : le pilotage du rseau, c'est--dire la configuration du plan de frquence, le paramtrage du transfert intercellulaire et du contrle de puissance la configuration des quipements du rseau, c'est--dire le tlchargement de leurs logiciels, la reconfiguration ventuelle des quipements 11
-
l'observation du trafic et de la qualit de service, la surveillance et la dtection des dfauts, donnant lieu des comptes-rendus dvnements traduits si ncessaire en alarmes et prsents au personnel dexploitation.
I.2.3.3
Le NMC (Network Management Center)
Le centre de gestion rseau NMC regroupe les deux centres dexploitation et de maintenance (OMC-S et OMC-R) pour une gestion globale du rseau.
I.3
Le MS (Mobile Station)
Le terme station mobile dsigne un quipement terminal muni dune carte SIM qui permet daccder au service de communication dun PLMN (Public Land Mobile Network). Chaque terminal est muni dune identit particulire : IMEI (International Mobile Equipment Identity) stocker ct rseau dans le registre EIR. La norme dfinit pour les terminaux plusieurs classes suivant leur puissance maximale dmission ; cependant chaque cellule radio du rseau gre un niveau maximal de puissance auquel il autorise le MS mettre. Outre les fonctionnalits traditionnellement implantes dans les mobiles, la station mobile assure les fonctions suivantes : protection des abonnements par rponse la procdure dauthentification mesures des signaux reus de la cellule serveuse et des cellules voisines, permettant le contrle de puissance et le handover, conversion analogique/numrique de la parole : *codage et dcodage des signaux numriques *entrelacement *chiffrement et dchiffrement *saut de frquence multiplexage : insertion et prlvement des bursts de la communication sur les trames TDMA
12
Chapitre II : EVOLUTION DU GSM VERS LE GPRS
II.1. INTRODUCTION Les rseaux de tlcommunications modernes font le plus souvent appel la transmission des donnes en mode paquet, la voix restant transmise en mode circuit (utilis en GSM), ce qui fait qu lavnement des rseaux mobiles de deuxime gnration, le transfert des donnes sur des priphriques mobiles ntait que thorique. En effet le transport de donnes sur le rseau GSM nautorise quau mieux des dbits de 9.6 kbits/s. Si ces dbits permettent dutiliser des services WAP basiques, peu gourmands en bande passante, ils ne permettent pas un vritable service daccs Internet. A cela sajoute dautres limitations qui rendent cette norme male adapte au trafic de donnes et parmi ces contraintes nous pouvons citer : le mode de facturation support par la norme GSM est une facturation la dure : elle est relativement leve et incompatible avec le mode de consultation dInternet qui, le plus souvent, seffectue en mode non connect. En effet la plupart du temps, lorsque lon consulte un service Internet, le temps pass consulter les informations est gnralement largement suprieur celui ncessaire effectuer la requte et recevoir la rponse du serveur. le mode de connexion du standard GSM est un mode connect par commutation de circuit, cela signifie quune fois la communication tablie, la ressource alloue celleci est monopolise pour cette connexion, y compris pendant les temps morts de lecture des informations et ceci compromet loptimisation des ressources. Comme nous lavons dj vu, les dbits offerts par la norme GSM sont insuffisants et interdisent toute utilisation multimdia comme le streaming de fichier audio. Par ailleurs, passer dune application web sur son micro-ordinateur connect Internet avec un dbit denviron 768 Kbits/s une application WAP avec un dbit de 14.4 Kbits/s a de quoi dcourager fortement les envies de lutilisateur. Cest pourquoi un certains nombre de normes et de protocoles ont t conus la fois pour contourner le problme de monopolisation des ressources radio, et donc par la mme occasion rsoudre le problme de la surfacturation (la facturation la dure) et pour permettre galement des dbits rsolument plus importants, la mesure de ce que nous connaissons sur les rseaux informatiques.
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Cest ainsi quont vu le jour des technologies comme le GPRS (General Packet Radio Service), HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), et EDGE (Enhanced Data for Global Evolution), constituant ainsi lensemble de la tlphonie mobile de deuxime gnration.
II.2. PRESENTATION DU RESEAU GPRS Le GPRS est une technologie oriente paquets destine fonctionner sur des rseaux GSM fonctionnant eux en commutation de circuits. Il ne constitue pas lui seul un rseau mobile mais une couche supplmentaire rajoute un rseau GSM existant. Il peut donc tre install sans aucune licence supplmentaire, tous les oprateurs qui disposent dune licence GSM peuvent faire voluer leur rseau vers le GPRS. Larchitecture gnrale de ce dernier reprend avec quelques modifications celle du sous-systme radio du GSM mais introduit une nouvelle couche dans le sous-systme rseau qui se chargera principalement de la commutation des paquets et gnralement de la gestion du trafic de donnes dans le rseau. Il sagit bien sr du SGSN (Serving GPRS Support Node) et du GGSN (Gateway GPRS Support Node) que nous allons prsenter de manire plus dtaille dans la suite du document. Pour les modifications effectues au niveau du sous-systme radio du rseau GPRS, nous pouvons noter lintgration du PCU au niveau du BSC dune part et la mise jour logicielle effectue au niveau de la BTS. Dans ce qui suit, aprs avoir expliqu la notion de commutation de paquet dune manire dtaille, nous allons prsenter larchitecture dun rseau GPRS avec ltude des nouvelles entits spcifiques la norme GPRS qui ncessiteront une prsentation plus approfondie.
La commutation de paquet La technique de transport des donnes utilise par GPRS pour le transport de donnes sappelle la commutation de paquets. Le principal avantage de ce type de commutation rside dans le fait que les ressources radio ne sont utilises que lorsque les utilisateurs mettent ou reoivent des donnes. Alors que, dans la commutation de circuit un canal de donnes est ddi lutilisateur dune faon permanente. Dans ce cas, le canal est inaccessible aux autres utilisateurs du rseau. Mais pour la commutation de paquet, le canal de donnes est partag entre les utilisateurs. Ce qui permet dune part doptimiser lutilisation des ressources radio, et dautre part denvisager dautres modes de facturation pour lusager (facturation par volume et non plus par dure de connexion). 14
Pour la commutation de paquet, GPRS utilise pour sa part le mode de circuit virtuel. En mode virtuel, les ressources sont partages. En effet le canal de transmission nest jamais affect un utilisateur unique, mais partag entre un certain nombre dutilisateurs. Chaque utilisateur en dispose lorsquil en a besoin et uniquement dans ce cas, le reste du temps il est disponible. Le systme de commutation de paquet suit la procdure suivante : 1. PAD (Packet Assembly Disassembly) divise les donnes en des paquets de taille fixe ; 2. PAD ajoute lenveloppe pour le paquet (header et footer) qui donne des informations concernant lorigine, la destination et lordre pour le rassemblage; 3. Les paquets seront transmis et peuvent prendre des routes diffrentes et arrivent leur destination en un ordre diffrent de celui de lorigine ; 4. la destination, PAD lit lenveloppe et rassemble les donnes dans leur ordre initial ; Comme exemple de protocole de commutation de paquet on cite X25 et IP.
II.3.
ARCHITECTURE DUN RESEAU GPRS
Le rseau GPRS a repris les grandes lignes du rseau GSM. On retrouve le HLR et le VLR comme base de donnes grant labonnement, la localisation et laccs aux services de labonn. On retrouve aussi les entits grant les messages courts ou SMS (SMS GMSC et SMS IWMSC). Comme nous lavons dj dit, deux nouvelles entits ont t introduites dans larchitecture en loccurrence le SGSN et le GGSN qui ont le rle dun routeur au niveau des paquets IP, toutefois le SGSN gre une ou plusieurs antennes pour constituer une Routing Area et il a un rle similaire celui du BSC dans le GSM tandis que le GGSN a un rle de routage plus interne voir sert de passerelles vers dautres rseaux. Le schma suivant prsente larchitecture physique et fonctionnelle dun rseau GPRS avec la reprsentation des dfrentes interfaces.
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Figure 3: Architecture dun rseau GPRS
II.3.1. Le SGSN (Serving GPRS Support Node) Lentit SGSN est le premier nud du sous ensemble rseau GPRS et il a le rle dun routeur et la gestion des PDP contextes, cest--dire les tuyaux qui permettent le transfert de donnes. Le SGSN est reli au sous-systme radio GSM et peut tre connect plusieurs BSC. Il est gnralement prsent dans le site dun MSC. Le SGSN a comme fonction : lauthentification des stations mobiles GPRS, le chiffrement de la voix radio, la prise en charge de lenregistrement des stations mobiles au rseau GPRS (attachement), le contrle de ltat du mobile (standby, ready, idle), la prise en charge de la gestion de la mobilit des stations mobiles. En effet, une station mobile doit mettre jour sa zone de localisation chaque changement de zone de routage,
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ltablissement, le maintient et la libration des contextes PDP, qui correspondent des sessions de donnes permettant aux stations mobiles dmettre et de recevoir des donnes,
le relais des paquets de donnes de la station mobile au rseau de donnes ou du rseau la station mobile, la collecte des donnes de taxation de linterface air, le choix du GGSN qui permet daccder aux services de donnes demands par lutilisateur.
Il faut noter aussi que le SGSN sinterface dautres entits du rseau tels que le HLR, le MSC, le SMSC, le GGSN, le Charging Gateway et dautres entits optionnelles.
II.3.2. Le GGSN (Gateway GPRS Support Node) Le GGSN, lui, comme expliqu avant a le rle dun routeur interne connectant le rseau GPRS et un rseau externe de commutation par paquets (IP ou X.25) et sert de passerelle entre les SGSN du rseau GPRS et ces autres rseaux de donnes. En effet, il dcapsule des paquets provenant du SGSN, les paquets de donnes mis par le mobile et les envoie au rseau externe correspondant. Egalement, le GGSN permet dacheminer les paquets provenant des rseaux de donnes externes vers le SGSN du mobile destinataire. Les GGSN sont gnralement localiss dans les mmes sites que les MSC et existent en un nombre assez petit par oprateur. En rsum, un GGSN a pour rle : linterfaage aux rseaux externes de type IP ou X.25 mme si en pratique seule linterface vers des rseaux IP est mise en uvre, le relais des paquets aux stations mobiles travers un SGSN. Il faut noter que les paquets ne sont pas dlivrs la station mobile si celle-ci na pas activ un contexte PDP, GPRS. le routage des paquets mis par la station mobile la destination approprie, le filtrage du trafic usager, la gestion des donnes de facturation.
Il est noter que SGSN et GGSN, avec dautres routeurs IP constituent le rseau fdrateur
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II.3.3.
Les modules PCU et CCU
Comme dcrit dans les parties introductives suprieures, le dploiement dune infrastructure GPRS dans les rseaux daccs rutilise les infrastructures existantes et les systmes existants au niveau de larchitecture GSM. Nanmoins, il faut leur rajouter des modules complmentaires accompagns de logiciels au niveau des quipements composants le soussystmes radio de larchitecture GSM. Parmi ces modules nous avons lentit responsable du partage des ressources et de la retransmission des donnes errones (segmentation des trames, correction derreur et acquittement, gestion des files dattente), lunit de contrle de paquets (PCU, Packet Contrle Unit) rajoute par une mise jour matrielle et logicielle dans les BSC. Dune manire plus explicite, cette entit permet de grer lchancier de transmission et lacquittement des burst sur les canaux de donnes. Par ailleurs une autre mise jour seffectue au niveau des stations de bases. En effet, au niveau des BTS, on rajoute les modules Channel Codec Unit (CCU) dont le rle se limite la gestion des envois dinformations vers le commutateur de service SGSN.
II.3.4.
Le BG (Border Gateway)
Cette entit napparat pas dans le schma de larchitecture du fait que son intgration dans le rseau seffectue dans le cadre de linterconnexion de backbones GPRS. Il est appel backbone GPRS le rseau fdrateur GPRS, donc lensemble des entits SGSN, GGSN, des ventuels routeurs IP reliant les SGSN et GGSN et les liaisons entre quipements. Sil sagit dun rseau IP appartenant loprateur on parle de backbone intra-PLMN et sil sagit dun rseau qui connecte les GSN de diffrents oprateurs de rseau GPRS, on parle de backbone inter-PLMN. Ainsi deux backbones GPRS peuvent tre connects en utilisant des Border Gateway dont les fonctions ne sont pas spcifies par les recommandations de la norme. Cependant, il doit au minimum mettre en uvre des procdures de scurit afin de protger le rseau intra-PLMN contre des attaques extrieures et la fonctionnalit de scurit est dtermine sur la base daccord de roaming entre les deux oprateurs. Sa fonction est comparable celle du GGSN.
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II.3.5.
Le CGF (Charging Gateway Function)
Le Charging Gateway Function est une passerelle de taxation permettant deffectuer le transfert des informations de taxation du SGSN et du GGSN au systme de facturation, le Billing System (BS). Lentit CGF peut tre implante de faon centralise ou de manire distribue en tant intgre aux nuds SGSN et GGSN.
II.3.6.
Les interfaces du rseau GPRS
Pour assurer le fonctionnement entre SGSN et GGSN ainsi que linterconnexion avec les entits du rseau GSM, un certain nombre dinterfaces a t dfini et normalis dans la norme GPRS. Nous avons rcapitul lensemble de ces interfaces dans le tableau suivant en spcifiant pour chacune dentre elle sa position dans le rseau, le(s) protocole(s) mis en uvre ainsi que sa fonction: Interface Um Abis Gb Gc Gd Gf Gi Gn Gp Gr Gs Ga Situation MS BTS BTS BSC BSC SGSN GGSN HLR SGSN SMS-GMSC SGSN SMS-IWMSC SGSN EIR GGSN PDN SGSN SGSN SGSN GGSN BG BG SGSN HLR SGSN MSC/VLR GSN CG (IP)/SS7 SS7 SS7 IP IP IP IP SS7 SS7 (IP)/SS7 Protocole(s) Rle(s) Interface radio Divers Support du trafic GPRS et de la signalisation entre le BSS et le backbone GPRS Interrogation du HLR (activation dun contexte dans le cas de donnes) Gestion des SMS Contrle de lidentit du terminal Transfert de donnes Gestion des dplacements Activation de contexte PDP Transfert de donnes Liaison entre oprateurs Gestion de la localisation Coordination de litinrance entre GSM et GPRS Envoie de donnes statistiques et de facturation
Tableau 1: Rcapitulatif des interfaces dans le rseau GPRS
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Il faut tout dabord noter que les interfaces Um et Abis taient dj prsentent dans le rseau GSM et puisquelles interviennent dans larchitecture fonctionnelle du rseau GPRS, il est impratif de les citer pour une meilleure approche fonctionnelle et une bonne comprhension du traitement des donnes par le rseau GPRS. Dune manire explicite, retenons que : linterface Um est linterface radio du rseau daccs mobile et elle permet une gestion indpendante des ressources uplink et downlink dune part et le partage des ressources radio entre GSM et GPRS ainsi que le multiplexage des transmissions. Interface entre le rseau cur et le rseau daccs radio, linterface Gb connecte le SGSN et le BSS (Base Station Subsystme) et il sagit l dun service de transport Frame Relay sur lequel sappuient les protocoles de signalisation GPRS. Linterface Gc est utilise par le GGSN pour interroger le HLR et identifier ainsi ladresse IP du SGSN auquel la station mobile est rattache et cela dans le cadre de lactivation dun contexte PDP initi par le GGSN. Linterface Gd situe entre le SGSN et le SMSC permet dassurer la livraison de SMS dun usager GPRS. Linterface Gf est dfinie entre le SGSN et lEIR et permet de vrifier lauthenticit de lquipement mobile auprs de lEIR. Connectant le PLMN avec des rseaux de donnes externes par le biais du GGSN, linterface Gi permet dassurer le transfert de donnes. Il faut noter que dans le standard GPRS, les interfaces aux rseaux IP (Ipv4 et Ipv6) et X.25 sont supportes. Interface de base dans le rseau backbone GPRS, linterface Gn est utilise entre les entits GSN, en outre elle assure la gestion des dplacements entre SGSNs, ltablissement, le maintien et la libration de tunnels et le transfert des donnes dusager entre SGSN et GGSN. Linterface Gp connecte un GSN dautres GSNs de diffrents PLMNs. Elle intervient notamment dans le cadre du roaming concernant un abonn GPRS pour le transfert de ses donnes. Permettant de connecter un SGSN un HLR, linterface Gr est utilise par le SGSN pour contacter le HLR afin dobtenir des donnes de souscription dusagers GPRS. Lattachement ou la mise jour de localisation combine GSM et GPRS se fait via linterface Gs situe entre le SGSN et le MSC/VLR.
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Une autre interface optionnelle est linterface Ga, elle a pour rle de connecter un GSN une entit CGF servant dans le transfert de tickets de taxation.
II.3.7.
La Station Mobile GPRS
Le GPRS implique un changement au niveau utilisateur, tout comme il a fallu effectuer des modifications sur le rseau pour lintgration du GPRS. En effet si un utilisateur dsire bnficier des types de services de ce rseau, vu que les dbits augmentent, les besoins en modulation/dmodulation et en codage/dcodage du canal augmentent galement. Par consquent un nouveau type de terminal est ncessaire. Ainsi, des classes de terminaux ont t dfinies pour rpondre aux besoins de la norme GPRS, avec deux systmes de notations : il existe la fois des classes lettres et des classes chiffres . Classes lettres : le modle de base appel classe B : les terminaux mobiles appartenant cette classe sont prvus pour la voix et les donnes en mode non simultan. Dans la pratique, un mobile GPRS de classe B peut senregistrer auprs dun MSC/VLR et dun SGSN simultanment. Il dispose dun mode de veille double qui scrute les appels classiques et les demandes de service GPRS mais qui ne peut activer quun seul type de service. Un mobile GPRS classe B requiert au minimum un IT dans le sens montant et un IT dans le sens descendant. Le modle professionnel ou industriel appel classe C est constitue des terminaux mobiles destins faire du trafic de donnes exclusivement. En ralit, lusager doit positionner son mobile soit en mode GSM (terminal GSM ordinaire), soit en mode GPRS (peut initier des sessions de donnes). Par ailleurs le mobile a deux comportements possibles : Mobile GPRS classe CC : il senregistre au rseau GSM et ne peut accder quaux services de commutation de circuit. Mobile GPRS classe CG : il senregistre au rseau GPRS permettant laccs aux services GPRS uniquement. Ils requirent au minimum un IT dans le sens montant et un IT dans le sens descendant. Un troisime modle existe, le haut de gamme appel classe A compatible voix et donnes simultanment. Le mobile peut en fait se rattacher simultanment aux rseaux GSM (IMSI-Attach) et GPRS (GPRS-Attach). Lusager mobile peut alors
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disposer en mme temps dun service GPRS. Le mobile classe A GPRS doit disposer au minimum de deux ITs dans le sens montant et de deux ITs dans le sens descendant. Ceci tant, leur dveloppement na pas t si simple et rapide du fait que la puissance de calcul quil demande prsente une forte incidence sur son cot de production et le rendait dissuasif. Concernant lallocation des ITs aux mobiles GPRS, afin damliorer la vitesse de transfert pour le trafic GPRS, des ITs supplmentaires peuvent tre alloues aux terminaux mobiles de classe A, de classe B et de classe CG. Classes chiffres Comme nous lavons nonc prcdemment, la vitesse de transmission augmente grce lagrgation de canaux. Les classes chiffres sont aussi appeles classes multislotes, elles dpendent du matriel et permettent de dterminer le nombre maximum dITs que la station mobile peut utiliser dans le sens montant dune part et dans le sens descendant dautre part. Par ailleurs, les classes multislotes renseignent sur le nombre total dITs pouvant tre utiliss simultanment dans les sens montant et descendant. Par exemple si la classe est 9, 3 et 2 ITs au plus peuvent tre allous la station mobile dans les sens descendant et montant, respectivement, avec au total un maximum de 5 ITs. Le tableau suivant rcapitule un ensemble de classes multislotes : classe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Rx 1 2 2 3 2 3 3 4 3 4 4 4 Tx 1 1 2 1 2 2 3 1 2 2 3 4 Somme 2 3 3 4 4 4 5 5 5 5 5 5
Tableau 2 : Classes Multislotes
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Rx : Nombre maximum dITs dans le sens descendant que la station mobile peut utiliser par trame radio GSM appele trame TDMA (Time Division Multiple Acces). Tx : Nombre maximum dITs dans le sens montant que la station mobile peut utiliser par trame TDMA. Somme : Nombre total dITs dans les sens montant et descendant que la station mobile peut utiliser simultanment un instant donn par trame TDMA. Il apparat parfois des notations du type X+X sur les botes ou notices avec le premier terme qui correspond Rx et le deuxime Tx. De ce fait, un mobile de classe 3 et un autre de classe 5 sont tous les deux nots 2+2, mais le premier ne peut utiliser que 3 canaux simultanment quand le deuxime peut profiter des 4. Ainsi, aprs avoir vu les diffrentes classes de terminaux, il faudra noter ou constater que sur le march de tlphonie, la plupart de ces terminaux sont de classes B4 ou B6 et il y a peu de chance de rencontrer des terminaux de classe C hormis quelques modems (idals pour des ordinateurs ou des assistants personnels), pareil pour ceux de classe A extrmement onreux.
II.4.
SCHEMAS DE CODAGE
Afin dacheminer le trafic GPRS, de nouveaux schmas de codage (CS, Coding Scheme en anglais) ont t dfinis et normaliss. Il y en a quatre et chacun dentre eux correspond un dbit donn (voir tableau 3). La norme prvoit de faire passer dans chaque IT rserv une session GPRS un dbit de donnes variant de 9.05 kbit/s (en CS-1) 21.4 kbit/s (en CS-4). En fait GPRS utilise la mme technique de multiplexage que dans le GSM pour la transmission des donnes au niveau de linterface Air en loccurrence le TDMA dont la trame est constitue dune squence de 8 intervalles de temps chacun appel slot ou encore time slot (IT). Ce slot est en fait un canal capable de transporter de la voix ou des donnes. Ainsi ils sont partags entre les utilisateurs. Contrairement la norme GSM qui nutilise quun seul time slot par trame TDMA pour transporter les donnes, la norme GPRS prvoit den utiliser plusieurs pouvant aller jusquau maximum de la trame, 8 ITs. Dans la mesure o le terminal mobile est capable dutiliser pour une communication, plusieurs ITs de chaque trame radio GSM et ce dans les deux sens (montant et descendant), on peut atteindre en thorie, un dbit maximal de 172.1 kbit/s soit huit fois 21.40 kbit/s en utilisant le codage CS-4. Ce dbit maximal correspond lutilisation de tous les slots sans corrections derreur autant dire que 23
cela restera un dbit thorique et non un dbit quobtiendra lutilisateur. En effet, lefficacit des diffrents schmas de codage est inversement proportionnelle leur rsistance aux erreurs. Les codages CS-3 et CS-4 permettent datteindre dexcellents dbits par IT, mais sont difficilement utilisables car ils ncessitent des conditions de communication excellentes entre le terminal et les stations de base, ce qui est rarement le cas. Par ailleurs, il est aussi peu probable que le nombre dITs utiliss pour communiquer atteigne 8 ; au fait les terminaux actuels supportent 3 4 ITs. De plus, cela reviendrait allouer entirement une trame radio un seul utilisateur, ce qui nest pas forcment souhait par loprateur. Enfin, si on considre non pas le dbit thorique mais le dbit utile, donc rellement ddi au transport des donnes utilisateur, il est gal au dbit thorique auquel on retranche le dbit induit par les en-ttes des couches protocolaires. Par exemple, pour une communication en CS-2 le dbit utile nest que de 12 kbit/s pour un dbit thorique de 13.4 kbit/s. Dans le tableau3, il est prsent les diffrents schmas de codage avec leur dbit nominal et leur dbit utile. Codage Dbit Nominal/time slot Dbit utile/Time Slot CS1 CS2 CS3 CS4 9.05 kbit/s 13.4 kbit/s 15.6 kbit/s 21.4 kbit/s 8 kbit/s 12 kbit/s 14.4 kbit/s 20 kbit/s
Tableau 3 : Schmas de codage et dbits GPRS CS1 1 slot 9.05 kbit/s CS2 13.4 kbit/s CS3 15.6 kbit/s CS4 21.4 kbit/s
8 slots 72.4 kbit/s 107.2 kbit/s 124.8 kbit/s 171.2 kbit/s Tableau 4 : comparatif entre les diffrents types de codage.
II.5.
PROTOCOLES ET CANAL RADIO GPRS
II.5.1 Pile protocolaire Pour mieux comprendre le fonctionnement du GPRS, nous allons nous intresser son architecture fonctionnelle. Pour cela nous prsentons tout dabord larchitecture protocolaire
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dfinie par un ensemble de couches avec des niveaux et des positions diffrentes au niveau des entits constituant larchitecture physique et logicielle du rseau GPRS. La figure4 prsente une pile protocolaire de la norme GPRS dans le plan de donnes ; au fait, il faut faire la distinction entre le plan de transmission (donnes) et le plan de signalisation, leurs diffrences se situent au niveau du sommet de leur pile protocolaire. Le plan de signalisation permet dassurer la gestion de la mobilit tandis que le plan de transmission sert transfrer lensemble des donnes utilisateurs.
Figure 4: Pile protocolaire dans le plan de donnes
II.5.2
La couche SNDCP (SubNetwork Dependent Convergence Protocol)
Ce protocole se charge du transport transparent des units de la couche de protocole rseau utilis par lapplication (IP ou X.25), par consquent un changement de protocole de couche rseau ninduit pas le changement de toutes les couches de protocoles GPRS, mais seulement du SNDCP. Il gre aussi la compression et dcompression des en-ttes, de faon augmenter lefficacit des canaux mais aussi la compression et dcompression des donnes usager. SNDCP assure aussi le respect de la squence des messages, la segmentation ainsi que la reconstitution des donnes afin de fournir des blocs de donnes de taille acceptable pour le protocole LLC.
II.5.3 La couche LLC (Logical Link Control) Son premier rle est de fiabiliser et scuriser le lien logique entre la MS et le SGSN. Le protocole LLC se charge aussi du transport des paquets de donnes utilisateur (PDU SNDCP) ou la signalisation entre le terminal mobile et le SGSN. Afin de permettre lintroduction de nouvelles solutions radio pour le GPRS avec un minimum de changements, celui-ci doit tre indpendant des protocoles sous-jacents linterface radio. Entre autres fonctions, il ralise
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des fonctions de chiffrement, de contrle de flux et de squence tout en permettant de faire une distinction de qualit de services entre les diffrents types dutilisateurs. Le protocole LLC fonctionne en mode acquitt et non acquitt. En mode acquitt, il assure la dtection et la correction des erreurs de transmission et les signale uniquement en mode non acquitt.
II.5.4
La couche RLC (Radio Link Control)
Le protocole RLC permet de fiabiliser et de contrler le lien radio entre la MS et le BSS. Cest linterface permettant de transmettre les LLC PDU entre les couches LLC et MAC en faisant la segmentation et le rassemblage des paquets PDU en blocs RLC/MAC. Comme le protocole LLC, il fonctionne en mode acquitt et en mode non acquitt et ceci selon la qualit de services demande. Ainsi, il dtecte les paquets RLC errons, retransmet ces paquets dans le cas du mode acquitt.
II.5.5
La couche MAC (Medium Access Control)
Le protocole MAC se charge lui du contrle de laccs aux canaux radio et permet aux terminaux mobiles de partager le mdium commun de transmission en ralisant les diffrents canaux logiques ncessaires pour le partage du mdium. En effet, il assure larbitrage entre les terminaux mobiles qui tentent daccder simultanment au mdium commun de transmission pour un trafic initi par le terminal mobile. Il fournit aussi le multiplexage des donnes, cest-dire le multiplexage temporel TDMA qui permet dutiliser plusieurs time slots dans une trame TDMA. Par ailleurs, le protocole MAC permet un terminal mobile dutiliser plusieurs canaux physiques (PDCH) en parallle et contrle les dbits de download et upload.
II.5.6
Les couches NS (Network Service) et BSSGP (BSS GPRS Protocol)
Le rle du protocole NS est de transporter les PDU BSSGP. Le protocole BSSGP transporte lui, les informations lies au routage et la qualit de service entre le BSS et le SGSN et en mme temps il matrialise la QoS demande par le terminal mobile et celle autorise par le SGSN. Il assure le relais des trames LLC mais sans garantie dintgrit et ne fait pas de correction derreur. Ce protocole indique toujours la cellule courante.
II.5.7
La Couche Physique
La couche physique se subdivise en deux sous-couches qui sont la RFL (Physical Radio Frequency Layer) et la PLL (Physical Link Layer).
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La RFL constitue la couche la plus basse de la pile protocolaire et est responsable de la modulation et dmodulation. Cest le modem du terminal mobile. La PLL, quant elle : fait le lien entre la couche MAC et le modem, transporte les paquets RLC/MAC, ralise le codage canal, surveille et value la qualit du signal radio, gre la batterie, contrle la puissance de transmission, et dtecte la congestion sur le canal.
II.5.8 Le Protocol GTP (GPRS Tunnelling Protocol) Il utilise soit TCP, soit UDP, en fonction de la QoS dfinie dans les contextes PDP afin de crer un tunnel pour y transmettre les paquets entre le SGSN et le GGSN via linterface Gn.
II.5.9 Canal radio GPRS Les rseaux GSM et GPRS utilisent les mmes ressources radio pour vhiculer leur trafic. Comme les canaux radio dfinis dans la norme GSM, ceux dfinis en GPRS sont de types physiques et logiques et sont purement spcifiques au rseau GPRS.
a. Canaux physiques GPRS Le partage des ressources radio entre le trafic voix et le trafic de donnes se fait avec lallocation de TS initialement destins au trafic GSM. En pratique, un seul canal physique PDCH (Packet Data Channel) est assign un TS. Ainsi, les times slots pouvant tre utiliss comme des PDCH, appartenant au mme TRX et ayant la mme configuration de frquence constituent un PDCH group. Via un PDCH, on transmet un bloc de 456 bits (4*114 /burst) sur quatre slots durant quatre trames TDMA conscutives, rappelons quune trame TDMA est constitue de 8 time slots. En effet, 52 trames sont regroupes pour constituer une multitrame, dont 2 time slots sont rservs pour le contrle de TA (Timing Advance), 2 time slots idle utiliser pour information de type BSIC et des mesures des interfrences pour le contrle de puissance. Les 48 time slots restants sont subdiviss en 12 blocs radio chacun contenant 4 time slots qui sont pris dans 4 trames successives. Les blocs sont numrots de B0 B11 et la dure dune multitrame est 240 ms.
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Pour une multitrame donne, les trames 25 et 51 sont idle et les trames 12 et 38 sont utilises pour le PTCCH pour le calcul du TA. Lorganisation dune multitrame est illustre dans la figure5:
Figure 5 : Construction multi trame GPRS Contrairement au GSM, lunit lmentaire alloue en GPRS est un bloc, soit 4 slots GSM. Cette unit correspond la taille des blocs RLC-MAC. Un bloc RLC-MAC se transmet donc exactement dans un bloc de la multi trame GPRS, soit 4 PDCH sur 4 trames successives. Ce fonctionnement est illustr la figure5. Un bloc radio peut transporter un bloc RLC-MAC de donnes ou de signalisation, indpendamment du bloc RLC-MAC transport par le bloc prcdent. Les messages RLC-MAC de contrle de lavance en temps, ou PTCCH, subissent un traitement particulier. Ils sont transmis dans 4 slots rpartis sur deux multi trames (slots des trames 12 et 38, pour une numrotation des trames de 0 51).
Figure 6: Structure de la trame GPRS
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Figure 7: Structure de la multi trame GPRS
b. Canaux logiques GPRS Au-dessus des canaux physiques, se trouvent les canaux logiques. Ces derniers permettent de sparer les diffrents types dinformation transmise : signalisation, donnes, synchronisation, message de diffusion, etc. Ces canaux sont ainsi spars en canaux de trafic et canaux de contrle : PCCCH (Packet Common Control Channel) : il nest pas allou en permanence dans une cellule. Sil nest pas allou, le CCCH va tre utilis pour linitialisation dun transfert de paquet. Lexistence du PCCCH est indique au niveau du BCCH. Lorsqu il est allou il supporte les canaux suivants: PRACH, PPCH, et PAGCH. PBCCH (Packet Broadcast Control Channel) : permet le broadcast des informations gnrales utilises par la station mobile pour accder au rseau de transmission de donnes. PTCH (Packet Trafic Channel) : il est utilis pour la transmission des donnes et la signalisation associe. Le PTCH supporte les canaux suivants : PDTCH (Packet Data Trafic Channel): cest un canal ddi pour le transfert de donnes et il est allou temporairement un seul ou un groupe de mobile. Dans le cas gnrs simultanment. PACCH (Packet Associated Control Channel) : utilis pour la signalisation PTCCH (Packet Timing advance Control Channel): est utilis pour la transmission des informations sur le TA (bidirectionnel). dun mobile multislot plusieurs PDTCH vont tre
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Tableau 5: rcapitulatif des canaux logiques GPRS
II.6. DESCRIPTION FONCTIONNELLE DU GPRS Aprs avoir prsent les caractristiques de la norme GPRS, son architecture dtaille, la pile protocolaire, nous pouvons maintenant nous intresser au fonctionnement mme du GPRS. Dans ce qui suit, il sera question de prsenter le fonctionnement gnral dun rseau GPRS en insistant sur lchange et le traitement de donnes.
II.6.1 Schma fonctionnel du GPRS Ce schma prsente larchitecture du GPRS en soulignant limportance du rseau IP comme support du rseau GPRS. Le rseau GPRS est insr dans son environnement, cest--dire avec le systme de taxation, les passerelles de taxation et les serveurs de noms essentiels pour les traductions dadresses.
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Figure 8: Schma fonctionnel du GPRS Ce schma introduit galement le principe de fonctionnement dun rseau GPRS avec un autre rseau GPRS, indispensable en cas ditinrance de lutilisateur, via les borders gateways qui relient le rseau GPRS tout rseau de donnes par paquet externe (rseau GPRS ou autre).
II.6.2 Transfert de paquets en GPRS Lors dune communication, le rseau GPRS est interconnect un autre rseau commutation par paquet. Ainsi, lorsquun utilisateur dsire transmettre des paquets vers un rseau de donnes en mode paquet, il utilise le protocole PDP (Packet Data Protocol). La notion de PDP est associe la notion de contexte au niveau de la mobilit dun utilisateur GPRS. Avant de voir les mcanismes de transmission en mode paquet, nous allons introduire quelques notions importantes sur la gestion de la mobilit dans le GPRS.
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II.6.3 Etablissement de TBF (Temporary Block Flow) Un Temporary Block Flow reprsente un flux de donnes unidirectionnel entre une station mobile et le rseau. On parle de TBF uplink dans le cas dune transmission du mobile vers le rseau et sil sagit dune liaison rseau vers mobile, on parle de TBF downlink. Donc, une transmission bidirectionnelle ncessitera ltablissement de deux TBF, un dans chaque sens. Une transmission de donnes dbute toujours par ltablissement de TBF qui sera ferm quand lmetteur naura plus de donnes en mmoire transmettre. Le rseau identifie les TBF en leur associant des TFI (Temporary Flow Identity). Celui-ci peut tre considr comme un identifiant temporaire dun mobile, mme si on peut se retrouver avec plusieurs TFI par mobile du fait que ce dernier peut avoir plusieurs TBF ouverts simultanment. Les TFI sont cods sur 5 bits, mais il convient de distinguer les TFI uplink et les TFI downlink, une mme valeur de TFI pouvant identifier deux TBF, lun dans le sens montant et lautre dans le sens descendant. Pour identifier le destinataire des blocs transmis, lentte RLC-MAC de chaque bloc contient le TFI du destinataire. Cette information est indispensable sur la voie descendante puisque tous les mobiles guettent des paquets qui leurs seraient transmis sur tous les PDCH qui leur ont t assigns. Par ailleurs, lors de louverture dun TBF montant, le rseau alloue au mobile une liste de PDCH ainsi quun numro USF (Uplink Status Flag). Chaque bloc RLC-MAC descendant contient un USF dsignant lutilisateur autoris transmettre dans le prochain bloc radio montant associ. Le mobile scrute alors les PDCH associs descendants qui contiennent les USF et attend sa valeur. Lorsque lUSF pointe sur sa valeur, le mobile sait que le prochain PDCH montant associ lui est ddi. En GPRS, la cl de lallocation dynamique des ressources rside dans ces USF, qui permettent de partager un mme canal physique entre plusieurs utilisateurs, 7 au maximum puisque les USF sont cods sur 3 bits, une valeur tant rserve au canal PRACH. Lintrt dune telle allocation dynamique rside principalement dans loptimisation de lutilisation de la ressource radio du fait du multiplexage statique des besoins des diffrents utilisateurs. Une grande flexibilit est ainsi offerte loprateur, qui peut tenir compte de diffrents niveaux de priorit. Lallocation des blocs montants peut seffectuer avec plus ou moins de finesse, par bloc radio ou par groupes de quatre blocs. Il existe nanmoins en GPRS une allocation statique, pour laquelle le rseau indique au mobile, lors de ltablissement du TBF, la liste exhaustive des PDCH utiliser. 32
II.6.4 Gestion de la mobilit Pour une meilleure compression des mcanismes de transmission dinformations, il convient dexpliquer certaines notions lies litinrance dun utilisateur.
II.6.4.1 Etats GPRS Une station mobile GPRS peut tre dans lun des trois tats suivants : IDLE : le terminal est en veille, inactif. STANDBY : le terminal est dans un tat intermdiaire dans lequel il est prt mettre et recevoir des donnes. READY : le terminal met ou reoit des communications. La figure 9 nous montre comment le terminal passe dun tat lautre et donne les transitions possibles entre les diffrents tats du mobile :
Figure 9: les tats dun terminal GPRS Voyons dune manire plus dtaille le droulement de ces transitions : Etat idle : le mobile nest pas attach au rseau GPRS et il nest pas connu par les diffrents nuds GPRS. Ainsi le paging nest pas possible. Lorsque la MS fait une procdure de GPRS attach elle entre dans ltat READY pour demander laccs au rseau. Etat ready: le mobile entre dans ltat ready lorsquil envoie un LLC PDU au SGSN. Lchange de LLC PDU entre MS et SGSN est ncessaire pour excuter la procdure de GPRS attach. A ltat ready le mobile peut transmettre/recevoir des PDU au/du rseau. Ainsi un contexte PDP peut tre tabli. La localisation du mobile est connue par le SGSN (RA, cellule). Un paging ne seffectue que lorsque le transfert de donnes se termine. Cet tat est contrl par une horloge appele par ready timer (40s). Lorsquil expire le mobile passe ltat standby.
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Etat standby : le mobile passe ltat standby soit suite lexpiration du ready timer soit avec forage de la part du SGSN avant lexpiration du temps. Le mobile est toujours attach au rseau, ainsi un paging est possible mais pas transfert de donnes. La localisation du MS est connue par le SGSN (RA). Il informe le SGSN de tout changement de RA (des informations sur le changement de cellule au niveau du mme RA nest pas ncessaire). La fonction du GPRS attach est similaire celle de IMSI attach : Authentification du MS (il ny a pas dauthentification chaque tablissement de TBF), Gnration de la clef chiffre, Allocation de TLLI, Demande du profil de labonn au HLR, Aprs lexcution de lattachement, le MS est dans ltat READY et peut activer un contexte PDP. La localisation du MS est connue La communication entre MS et SGSN est scurise.
En effet, suite un attachement GPRS, la localisation du mobile est possible par le rseau. Cette notion est diffrente par rapport au GSM puisquon parle de RA (Routing Area) qui est un sous ensemble de LA. Une RA ne peut appartenir qu une seule LA. Le retour ltat idle se fait par le GPRS detach. En effet, la fonction de dtachement permet au mobile dinformer le rseau quil veut faire un GPRS detach cest--dire quil ne sera plus visible par le rseau de paquet de donnes PDN. Il peut arriver que le rseau dcide de dtacher le MS pour les raisons suivantes : HLR detach, expiration du ready timer et SGSN detach.
II.6.4.2 Contextes GPRS Toujours, dans le cadre de la gestion des donnes et de la mobilit de lutilisateur la notion de contexte a t dfinie. En effet, les contextes introduits dans GPRS sont lis lensemble des informations caractristiques dun abonn relativement : sa mobilit, contexte MM (Mobility Management). ses donnes, contexte PDP (Packet Data Protocol). Contexte MM Le contexte MM contient tous les paramtres lis la gestion de la mobilit, au terminal mobile et la scurit :
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lIMSI (International Mobile Subs
