INGENIERIE DES SERVICES DE TELECOMMUNICATION

N° d’ordre 5/SII/TCO Année Universitaire : 2006 / 2007

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

---------------------- ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

---------------------- DEPARTEMENT TELECOMMUNICATION

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES

en vue de l’obtention

du DIPLOME d’INGENIEUR

Spécialité : Télécommunication

Option : Signal, Image et Information

par : RANDRIAMANANJARA Miarisoa Hanitry Ny Haja

INGENIERIE DES SERVICES DE

TELECOMMUNICATION

Soutenu le 10 Décembre 2007 devant la Commission d’Examen composée de:

Président : Mr RAKOTOMIRAHO Soloniaina

Examinateurs :

Mr ANDRIAMIASY Zidora

Mr RANDRIANTSIRESY Ernest

Mr RASAMOELINA Jacques Nirina

Directeur de Mémoire : Mr RANDRIAMITANTSOA Paul Auguste

REMERCIEMENTS

Nous tenons à exprimer nos vifs remerciements à :

- Monsieur RAMANANTSIZEHENA Pascal, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique,

d’avoir contribué au bon fonctionnement de notre école.

- Monsieur RANDRIAMITANTSOA Paul Auguste, Professeur, Chef du département de

télécommunication, et directeur de ce mémoire d’avoir mis à notre disposition les moyens

d’élaborer ce travail, et pour ses précieux conseils, qui nous ont été d’une grande utilité, tout au

long de l’élaboration de ce travail.

- Monsieur RAKOTOMIRAHO Soloniaina, Professeur, pour l’honneur qu’il nous rend en

présidant le jury de ce mémoire.

-Messieurs :

• ANDRIAMIASY Zidora, Maître de conférences

• RANDRIANTSIRESY Ernest, Assistant

• RASAMOELINA Jacques Nirina, Assistant

membres du jury, d’avoir accepté d’examiner ce travail.

Nos sincères remerciements s’adressent également à :

-Tout le corps enseignant, en particulier ceux du département Télécommunication, qui nous a

patiemment inculqué les connaissances nécessaires, au cours de notre formation à l’ESPA.

-Notre famille pour leur soutien moral et matériel.

-Tous ceux qui ont, de près ou de loin, contribué à l’élaboration de ce mémoire.

AVANT-PROPOS

La communication s’est toujours trouvée parmi les premières préoccupations de l’homme. De ce

fait, et avec l’évolution de la technologie, la télécommunication fait partie intégrante de notre vie

quotidienne. En particulier, on ne peut plus se passer de la téléphonie, quelque soit le niveau

économique du pays dans lequel on vit. La télécommunication se trouve actuellement, parmi les

secteurs les plus développés et les plus attrayants. La concurrence entre les opérateurs de

télécommunications s’avère alors très rude. Dans ce contexte, il leur est primordial de tout mettre

en œuvre pour fournir les services de la meilleure façon qui soit. Pour ce faire, on fait appel à

l’ingénierie des services de télécommunications. Elle sert non seulement lors de la conception

d’un réseau pour la planification radio, mais également lors d’une amélioration de la qualité de

service ou encore pour une remise à niveau des infrastructures pour suivre l’évolution

technologique.

i

TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS

AVANT-PROPOS

TABLE DES MATIERES ............................................................................................................................. i

NOTATIONS ................................................................................................................................................ iv

INTRODUCTION ......................................................................................................................................... 1

CHAPITRE 1 : PILE DE PROTOCOLES ET INTERFACES DU GS M ............................................... 2

1.1 L’architecture GSM .......................................................................................................................................... 2

1.1.1 Architecture générale ................................................................................................................................. 2

1.1.2 Présentation des interfaces et pile de protocoles du GSM ....................................................................... 4

1.2 L’interface Um ................................................................................................................................................ 6

1.2.1 Le canal physique ........................................................................................................................................ 6

1.2.2 Les canaux logiques .................................................................................................................................... 7

1.3 L’interface Abis................................................................................................................................................. 9

1.3.1 Description de l’interface Abis ................................................................................................................... 9

1.3.2 La couche liaison de données ..................................................................................................................... 9

1.3.3 Messages de niveau 3 .................................................................................................................................. 9

1.4 L’interface A ................................................................................................................................................... 10

1.4.1 Le Système de Signalisation n°7 du CCITT............................................................................................ 10

1.4.2 Architecture du SS7 reprise par le GSM ................................................................................................ 10

1.4.3 Les couches hautes de l’interface A ......................................................................................................... 11 1.4.3.1 Le BSSMAP (BSS Management Application Part) ..................................................................................... 12 1.4.3.2 Le DTAP (Direct Transfert Application Part) ............................................................................................. 12

CHAPITRE 2: FOURNITURE DES SERVICES DANS LE RESEAU GSM ....................................... 14

2.1 Les procédures liées à l’utilisation du GSM .................................................................................................. 14

2.1.1 Procédure de calage à un BTS ................................................................................................................. 14

2.1.2 Mise à jour de la localisation (Location Updating) ................................................................................ 15

2.1.3 L’authentification et le chiffrement ......................................................................................................... 17

2.2 Les services de base et procédures associées .................................................................................................. 19

2.2.1 Introduction aux services de base du GSM ............................................................................................ 19 2.2.1.1 Les téléservices (TS) ..................................................................................................................................... 19 2.2.1.2 Les services supports (SS) ............................................................................................................................ 20

2.2.2 Etablissement d’une transaction .............................................................................................................. 20 2.2.2.1 Transfert de messages dans un service orienté connexion .......................................................................... 20 2.2.2.2 Etablissement d’une transaction .................................................................................................................. 21

ii

2.2.3 Procédures d’appel ................................................................................................................................... 22 2.2.3.1 Appel de départ (Mobile Originated Call) .................................................................................................... 22 2.2.3.2 Appel à l’arrivée (Mobile Terminating call) ................................................................................................ 24 2.2.3.3 Libération de la communication .................................................................................................................. 27

2.2.4 Procédure pour les messages courts ............................................................................................................ 27

2.3 Les services supplémentaires (SS) .................................................................................................................. 28

2.4 Le service de données GPRS (Global Packet radio Service) ........................................................................ 30

2.4.1 Les caractéristiques et fonctionnement du GPRS .................................................................................. 30

2.4.2 Architecture GPRS ................................................................................................................................... 31 2.4.2.1 Diagramme du réseau et nouveaux équipements ........................................................................................ 31 2.4.2.2 Les interfaces ................................................................................................................................................ 32 2.4.2.3 Les piles de protocoles gérées par la MS ...................................................................................................... 33

2.4.3 Les services ................................................................................................................................................ 34 2.4.3.1 Gestion de la mobilité ................................................................................................................................... 34 2.4.3.2 Gestion de la session ..................................................................................................................................... 36 2.4.3.3 Gestion des ressources radio ........................................................................................................................ 36 2.4.3.4 Services offerts aux utilisateurs ................................................................................................................... 37

CHAPITRE 3 : EVOLUTION DES RESEAUX DE TELECOMMUNICA TIONS ............................. 39

3.1 L’UMTS : Universal mobile Telecommunications System............................................................................ 39

3.1.1 Généralités .................................................................................................................................................... 39

3.1.2 L’architecture générale du réseau UMTS .............................................................................................. 40 3.1.2.1 Le domaine utilisateur .................................................................................................................................. 41 3.1.2.2 Le réseau cœur ............................................................................................................................................. 41 3.1.2.3 Le domaine d’accès radio UTRAN (UTRA Network).................................................................................. 41

3.1.3 Services ...................................................................................................................................................... 45

3.2 Le NGN (Next Generation Network) .............................................................................................................. 47

3.2.1 Généralités sur le NGN ............................................................................................................................. 47

3.2.2 Architecture en couches du NGN ............................................................................................................ 48 3.2.2.1 La Couche d’accès, un moteur pour l’introduction des NGN ..................................................................... 49 3.2.2.2 La couche transport ...................................................................................................................................... 49 3.2.2.3 La couche Contrôle ...................................................................................................................................... 50 3.2.2.4 La Couche Services des NGN ....................................................................................................................... 51

3.2.3 Les entités fonctionnelles du cœur de réseau .......................................................................................... 55 3.2.3.1 La Media Gateway (MG) .............................................................................................................................. 55 3.2.3.2 La Signalling Gateway (SG) ......................................................................................................................... 55 3.2.3.3 Le serveur d’appel ou Media Gateway Controller (MGC) .......................................................................... 56

3.2.4 Architecture de QoS NGN ........................................................................................................................ 56 3.2.4.1 Architectures de QoS existantes ................................................................................................................... 56 3.2.4.2 Architecture de QoS NGN ............................................................................................................................ 57

CHAPITRE 4 : DIMENSIONNEMENT ET SUIVI DES PERFORMAN CES DU RESEAU ............. 60

iii

4.1 Objectif de la simulation ................................................................................................................................. 60

4.2 Outil de base de données MATLAB ............................................................................................................... 60

4.3 Réalisation ....................................................................................................................................................... 60

4.3.1 Préparation ................................................................................................................................................ 60

4.3.2 Travail effectué .......................................................................................................................................... 61

4.3.3 Présentation de la simulation ................................................................................................................... 62 4.3.3.1 Dimensionnement d’un réseau .................................................................................................................... 63 4.3.3.2 Prix des matériels ......................................................................................................................................... 63 4.3.3.3 Performances du réseau ............................................................................................................................... 64

4.4 Conclusion ...................................................................................................................................................... 65

CONCLUSION GENERALE .................................................................................................................... 66

ANNEXES .................................................................................................................................................... 67

ANNEXE 1 : Généralités sur le GSM ........................................................................................................ 67

ANNEXE 2 : Multiplexage des canaux logiques sur les canaux physiques ............................................ 69

ANNEXE 3 : Extraits de code matlab ....................................................................................................... 71

BIBLIOGRAPHIE ...................................................................................................................................... 73

RENSEIGNEMENTS ................................................................................................................................. 75

RESUME ...................................................................................................................................................... 76

ABSTRACT ................................................................................................................................................. 76

iv

NOTATIONS

AGCH Access Grant Channel

ATM Asynchronous Transmission Mode

AUC Authentification Center

BCCH Broadcast Control Channel

BICC Bearer Independent Call Control

BMC Broadcast Multicast Control

BS Base Station

BSC Base Station Controller

BSIC Base Station Identification Code

BSS Base Station Subsystem

BSSAP BSS Application Part

BSSMAP BSS Management Application Part

BTS Base Transceiver Station

CBCH Cell Broadcast Channel

CC Call Control

CCCH Common Control Channel

CCITT Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique

CDMA Code Division Multiple Access

CM Connection Management

CODEC Codeur / Décodeur de parole

DiffServ Differentiated Services

DTAP Direct Transfert Application Part

DTX Discontinous Transmission

e-commerce Electronic commerce

ETSI European telecommunications Standard Institute

FACCH Fast Access Control Channel

FCCH Frequency Correction Channel

FDD Frequency Division Duplex

GGSN Gateway GPRS Support Node

v

GMM GPRS Mobility Management

GMPLS Generalized Multiprotocol Label Switching

GMSC Gateway Mobile Switching Center

GPRS Global Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile communications

HLR Home Location Register

HO Handover

HSCSD High Speed Circuit-Switched Data

IMSI International Mobile Subscriber Identifier

IN Intelligent Network

IntServ Integrated Services

IP Internet Protocol

ISDN Integrated Services Digital Network

ISUP ISDN User Protocole

LA Location Area

LAI Location Area Identification

LAPD Link Access Protocol for the D channel

LAPDm Link Access Protocol for the D channel modified

LLC Logical Link Control

MAC Medium Access Control

m-commerce Mobile commerce

MEGACO Media Gateway Controller

MG Media Gateways

MGC Media Gateway Controller

MGCP MGC Protocol

MM Mobility Management

MMS Multimedia Messaging Services

MPLS Multiprotocol Label Switching

MS Mobile Station (Mobile)

MSC Mobile Services Switching Center

MSISDN MS ISDN Number

MSRN Mobile Switched Roaming Number

vi

MT SMS Mobile Terminating SMS

MTP Message Transfert Part

NGN Next Generation Network

NSS Network Station Subsystem

OSA Open Service Architecture

OSI Organisation de Standardisation Internationale

PCH Paging Channel

PD Protocol Discriminator

PDCH Packet Data Channel

PDCP Packet Data Convergence Protocol

PDP Packet Data Protocole

PDU Packet Data Unit

PHB Per Hop Behavior

PIN Personal identity Number

PLMN Public Land Mobile Network

PoC Push to talk over Cellular

PS Point Sémaphore

P-TMSI Packet TMSI

PTS Point de Transfert Sémaphore

QoS Quality of Service

Q-SIP Architecture de QoS basée sur SIP

RACH Random Access Channel

RLC Radio Link Control

RNC Radio Network Controller

RNIS Réseau numérique à Intégration de Service

RNS Radio Network Subsystem

RR Radio Ressource management

RRC Radio Ressource Controller

RSL Radio Subsystem Link

RTCP Réseau de Téléphones Commuté Public

RxLevel Receipt level (Niveau de la réception)

RxQual Receipt Quality (Qualité de réception)

vii

SACCH Slow Associated Control Channel

SCCP Signalling Connection Control Part

SCH Synchronisation Channel

SDCCH Stand-alone Dedicated Control Channel

SG Signalling Gateway

SGSN Serving GPRS Support Node

SIGTRAN SIGnalling TRANsport

SIM Subscriber Identity Module

SIP Session Initiation Protocol

SIP-T SIP pour la Téléphonie

SLS Service Level Specification

SMM Service Monitoring and Management

SMS Short Message Service

SMS SC SMS Service Centre

SN SLS Negociator

SNDCP Sub-Network Dependent Convergence Protocol

SRES Signed RESponse

SS (services) services supports

SS (couche) Supplementary Service

SS7 Signalling System number 7

TBF Temporary Block Flow

TCH Traffic Channel

TD Time Division

TDD Time Division Duplex

TDM Time Division Multiplexing

TLLI Temporary Logical Link Identity

TMSI Temporary MS Identity: identité temporaire de l’abonné mobile

TRAU Transcoding Rate and Adaptation Unit: transcodeur de la parole

TRX Transmitter / Receiver

TS (Services) téléservices

TS Time Slot

UE UMTS Equipment

viii

UMTS Universal mobile Telecommunications System

UTRA UMTS Terrestrial Radio Access

UTRAN UTRA Network

VLR Visitor Location Register

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

WDM Wavelength Division Multiplexing

1

INTRODUCTION

Depuis Adam et Eve, la communication s’est révélée être un des besoins primaires de l’Homme.

Durant des siècles l’homme sut se contenter de la parole, des signes ou des écrits comme seuls

moyens de communication entre deux personnes éloignées d’une distance importante. Cependant,

les savants ont œuvré pour trouver d’autres alternatives aux moyens précaires existants, ce qui a

abouti à la naissance de la téléphonie.

De cette époque à nos jours, les télécommunications ont beaucoup évolué. On ne transmet plus

uniquement de la voix, mais également des images statiques au début, puis de la vidéo et des

données. On cherche de plus en plus à promouvoir la création de nouveaux services à fournir aux

usagers, qui, de leur côté, ne cessent d’en redemander. De ce fait, les services de

télécommunications constituent un domaine à part entière, qui mérite d’être approfondi.

Ce mémoire intitulé : « Ingénierie des services de télécommunications » a justement pour

objectif, l’étude des techniques mises en œuvre pour fournir, dans les meilleures conditions,

lesdits services. Cet ouvrage vise donc à fournir une documentation aussi complète que possible

sur la fourniture des services de télécommunications, en commençant par les services traditionnels

de la voix, qui se rencontrent dans toute génération de téléphonie, puis passant par les données, en

évoquant la possibilité de convergence entre les deux.

Pour atteindre cet objectif, l’étude comportera quatre parties distinctes.

Le premier chapitre présente les supports techniques de ces services pour le cas de la norme

européenne de téléphonie mobile de seconde génération (GSM), à savoir, les protocoles et les

interfaces, et explique les différents canaux de signalisation mis en jeu. La manière dont ces

supports seront mis en œuvre, afin de fournir les services de télécommunications relatifs à cette

norme, est détaillée par la suite, dans le second chapitre. Le troisième chapitre introduit l’UMTS et

le NGN dans le cadre de l’évolution des réseaux de télécommunications, et explicite la notion de

convergence de services. Et enfin, dans le quatrième chapitre, un outil de dimensionnement et de

suivi des performances du réseau, toujours dans un souci de mieux fournir les services, est

présenté.

2

1 CHAPITRE 1 : PILE DE PROTOCOLES ET INTERFACES DU GS M

Le GSM, (Global System for Mobile communications), est un système cellulaire et numérique de

télécommunication mobile. Il a été rapidement accepté et a vite gagné des parts de marché telles

qu’aujourd’hui plus de 180 pays ont adopté cette norme et plus d’un milliard d’utilisateurs sont

équipés d’une solution GSM. L’utilisation du numérique pour transmettre les données permet des

services élaborés, par rapport à tout ce qui a existé. On peut citer, par exemple, la possibilité de

téléphoner depuis n’importe quel réseau GSM dans le monde.

Ce chapitre donne une vue globale de l’architecture du réseau, explique de façon succincte les

interfaces et les piles de protocoles du GSM qui seront nécessaires pour la fourniture des services

du GSM. Des généralités sur le GSM se trouvent en Annexe1.

1.1 L’architecture GSM [1] [3] [7] [8] [9] [10]

1.1.1 Architecture générale

Figure 1-01 : Architecture GSM

3

Comme le montre la figure 1–01 [1], le réseau GSM est principalement constitué de 3 sous

systèmes :

• Le sous-système radio

• Le sous-système réseau

• Le sous-système opérationnel ou d'exploitation et de maintenance (operating Subsystem).

Le sous-système radio ou BSS (Base Station Subsystem) gère la transmission radio, c’est-à-dire,

l’attribution des ressources radio, indépendamment des abonnés, de leur identité ou de leur

communication. Il est constitué de trois entités :

• Le terminal d’abonnés : la station mobile est constituée du téléphone portable proprement

dit, mais aussi de la carte SIM (Subscriber Identity Module), qui est indispensable pour

accéder au réseau.

• Les stations de base : points d’accès au réseau, elles permettent le dialogue avec le

mobile en contrôlant la couche physique (transmission, contrôle de puissance et

handovers, mesures des interférences, synchronisation temporelle, détection des demandes

d’accès des mobiles reçus sur le canal RACH…)

• Le contrôleur de station de base : il gère une ou plusieurs stations de base et

communique avec elles par le biais de l'interface Abis. La plupart des fonctions

intelligentes du BSS sont implantées à son niveau, notamment les fonctions de gestion des

ressources radioélectriques : l’allocation des canaux, la gestion de la configuration des

canaux, le traitement des mesures et la décision des handovers intra-BSC.

Le sous-système réseau ou NSS (Network Station Subsystem) assure principalement les

fonctions de commutation et de routage. C’est donc lui qui permet l’accès aux autres réseaux de

télécommunications. De plus, on y retrouve les fonctions de gestion de la mobilité, de la sécurité

et de la confidentialité qui sont implantées dans la norme GSM. Il comporte :

• Le MSC (Mobile Services Switching Center) : partie centrale du NSS, il prend en charge

l’établissement des communications de et vers les abonnés GSM. Son rôle principal est

d'assurer la commutation entre les abonnés du réseau mobile et ceux des autres réseaux. Il

met à jour les bases de données (HLR et VLR).

• Les bases de données associées :

4

� Le HLR (Home Location Register) : c’est la base de données qui gère les abonnés

d’un PLMN (Public Land Mobile Network) donné. Le HLR contient : d’une part, toutes

les informations relatives aux abonnés : le type d'abonnement, la clé d'authentification Ki,

et d’autre part, un certain nombre de données dynamiques telles que la position de l'abonné

dans le réseau, et l'état de son terminal.

� Le VLR (Visitor Location Register) : Cette base de données, liée à un MSC, ne

contient que des informations dynamiques provenant du HLR, lorsqu'un abonné entre dans

la zone de couverture du MSC auquel elle est rattachée

� L’ AUC (Authentification Center) : il remplit la fonction de protection des

communications.

1.1.2 Présentation des interfaces et pile de protocoles du GSM

La différence entre protocole et interface est fondamentale.

Une interface est le point de contact entre deux entités contiguës, et chaque interface porte

différents flux de protocoles.

Un protocole vise à établir des règles de signalisation de part et d’autre d’une interface. Un

protocole consiste donc en des règles d’échanges entre différentes entités.

Le réseau GSM est défini à partir des couches de protocoles utilisées au niveau des différentes

interfaces : l’interface Um, l’interface Abis et l’interface A, comme indiqué sur la figure 1-02 [3]

et [10].

La structuration en couches reprend le modèle OSI pour les trois premières couches :

• La couche physique,

• La couche liaison de données

• La couche réseau.

La couche physique permet la transmission physique.

La couche liaison de données permet de fiabiliser la transmission entre deux équipements. Sur

l’interface Abis, cette couche reprend les principales caractéristiques du RNIS. On utilise pour le

support de la signalisation, le protocole LAPD (Link Access Protocol for the D channel), basé sur

le protocole HDLC (High Data Link Control).

Sur les interfaces A et Um, on utilise respectivement le LAPDm spécifique au GSM (LAPD

modified) et le MTP niveau 2 du SS7 (Signalling System number 7).

5

CM

MM

RR

LAPDm

Physique

RR’ RSL

LAPDm LAPD LAPD

Physique Physique Physique

CM

MM

SCCP

MTP1 MTP1

MTP2

MTP3

SCCP

BSSAP

RSL

RR BSSAP

MTP3

MTP2

Um Abis A

MS BTS BSC MSC

La couche réseau permet d’établir, de maintenir et de libérer des circuits commutés avec un

abonné du réseau. Cette couche comprend 3 sous-couches : RR, MM et CM.

Figure 1-02 : Pile de protocoles GSM

La sous-couche Radio Ressource (RR) traite l’ensemble des aspects radio. En effet, elle gère

l’établissement, le maintien et la libération des canaux logiques. Au niveau du mobile, elle

sélectionne les cellules et surveille la voie balise, à partir des mesures effectuées par la couche

physique. Elle est principalement présente dans le MS et le BSC : les messages transitent entre les

deux entités en passant par la BTS mais ne sont pas interprétés par celle-ci. Toutefois, quelques

messages sont échangés entre le mobile et la BTS ou entre la BTS et le BSC. Pour cela, la BTS

comporte deux entités RR’ et RSL permettant de dialoguer respectivement avec l’entité RR de la

MS et l’entité RSL du BSC.

La sous-couche Mobility Management (MM) gère l’itinérance en remplissant les fonctions de

localisation et l’authentification de l’abonné, d’allocation de TMSI (identité temporaire de

l’abonné mobile), d’établissement d’une transaction CM d’origine MS, et de surveillance de

l’activité de l’infrastructure et rétablissement de la communication.

La sous-couche Connection Management CM est découpée en trois parties :

� L’entité Call Control (CC) traite la gestion des connexions de circuits

� L’entité Short Message Service (SMS) assure la transmission et la réception des

messages courts.

6

f1

BSIC=0 f5

BSIC=0 f6

BSIC=0

f7

BSIC=0

f2

BSIC=0

f3

BSIC=0 f4

BSIC=0 f1

BSIC=2

� L’entité Supplementary Service (SS) gère les services supplémentaires.

La gestion des communications consiste à :

• Gérer les attributs d’une communication,

• Etablir le circuit entre le demandeur et le demandé et à la fin de l’appel le libérer,

• Gérer les services à l’alternat (basculement parole/données) et les appels multiples,

• Gérer les services supplémentaires et communiquer les messages courts.

Les messages des sous-couches CM et MM transitent dans le BSS sans être pris en compte par la

BTS et le BSC.

L’interface A utilise les protocoles MTP, SCCP, BSSAP (subdivisé en DTAP et BSSMAP).

1.2 L’interface Um [1] [3] [4] [7] [9] [10]

1.2.1 Le canal physique

L’accès au canal montant et au canal descendant se fait toujours de façon décalée : il y a 2 slots de

décalage entre le sens uplink et le sens downlink. Ce décalage permet notamment un filtrage

duplex plus simple. Les time slots de décalage permettent donc au mobile de faire des mesures et

de scruter les canaux des cellules adjacentes dans une phase appelée « monitor ».

• Principe de réutilisation des ressources : il repose sur l’atténuation des ondes radio à

mesure que l’on s’éloigne de l’émetteur. On peut alors utiliser la même fréquence pour

deux émetteurs suffisamment distants l’un de l’autre, sans crainte d’interférence.

Figure 1-03 : Codes de couleur BSIC et voie balise

• La même fréquence peut, par conséquent, être utilisée pour supporter la voie balise de

deux stations suffisamment éloignées. Les deux stations ne se brouillent pas sur leur zone

de service respective mais un mobile situé à mi-distance peut recevoir alternativement

l’une ou l’autre station avec un niveau de champ suffisant. Pour différencier les deux

7

stations, on utilise le code de couleur BSIC (Base Station Identification Code). La

connaissance de la fréquence et du BSIC permet sur une zone donnée, de déterminer

parfaitement une cellule. A l’intérieur d’un motif, on utilise le même BSIC (figure1-03 [3].

1.2.2 Les canaux logiques

L’interface radio doit faire face aux problèmes du lien mobile réseau, non seulement au niveau de

la propagation, mais aussi au niveau de la gestion du réseau : il serait alors nécessaire d’avoir des

fonctions de contrôle pour que le mobile se rattache à la station de base la plus favorable, pour

établir et surveiller le déroulement de la communication ou encore assurer le handover.

L’utilisation des canaux logiques va permettre d’insérer ces fonctions.

On distingue 2 types de canaux logiques :

• Les canaux de trafic (TCH : traffic channel), qui transportent la voix ou les données à plein

(débit brut 22,8 kbits/s) ou demi-débit (11,4 kbits/s) et sont bidirectionnels.

Tableau 1-01: Les canaux de diffusion

• Et les canaux de commande (control channel) : Ils véhiculent le traffic de signalisation et

se subdivisent en 3 catégories: les canaux de diffusion (broadcast), voir tableau 1-01 [4],

les canaux communs (common : tableau 1-02) et spécifiques (dedicated : tableau 1-03).

Les canaux de commande de diffusion et communs sont affectés à tous les mobiles ; les

spécifiques à un mobile déterminé. Les canaux de commande communs sont combinés

Mnémonique Signification Sens : MS↔réseau Usage

FCCH Frequency

Correction

Channel

← Information pour la correction en

fréquence du mobile

(synchronisation fréquentielle)

SCH Synchronisation

Channel

← Synchronisation de trame et

identification de la BS

BCCH Broadcast

Control Channel

← Diffusion des informations

relatives à la cellule et les cellules

environnantes

CBCH Cell Broadcast

Channel

← Diffusion des messages courts :

informations routières, météo…

8

sous l’appellation CCCH (Common Control Channel). Les combinaisons utilisées sont :

RACH +PCH ou RACH+AGCH. Les canaux spécifiques, bidirectionnels, sont propres à

un mobile dans une communication point à point.

Mnémonique Signification Sens : MS↔réseau Usage

PCH Paging Channel ← Pour appeler un mobile en cas

d’appel à l’arrivée

RACH Random Access

Channel

→ Accès initial d’un mobile au

réseau (demande d’allocation de

canaux dédiés)

AGCH Access Grant

Channel

← Affecte un canal spécifique au

mobile après un accès au réseau

réussi

Tableau 1-02: Les canaux communs

Tableau 1-03: Les canaux spécifiques

Mnémonique Signification Type :

associé/ autonome

Usage

SDCCH Stand-alone

Dedicated

Control Channel

Autonome Lors de l’établissement d’appel ou

d’une localisation

SACCH Slow Associated

Control Channel

Associé avec un

TCH ou avec un

SDCCH

transmission des mesures MS→BS

pendant une communication ;

commande d’alignement et de

puissance : MS←BS pour assurer le

bon déroulement de la conversation

FACCH Fast Access

Control Channel

Associé avec un

TCH

signalisation rapide MS↔BS (vol de

bloc dans le TCH), notamment dans

le cas de HO, services

supplémentaires

9

1.3 L’interface Abis [3] [7] [8] [10] [12] [13]

1.3.1 Description de l’interface Abis

La couche physique est définie par une liaison « MIC » à 2 Mbits/s dont le débit de canal est de 64

kbits/s. Cependant dans une station de base, sur l’interface radio, un canal de phonie possède un

débit de 13kbits. Pour régler cette différence de débits, un transcodeur placé entre le BSC et le

MSC, appelé TRAU (Transcoding Rate and Adaptation Unit) se charge de convertir le débit

(figure 1-04 [3]).

Figure 1-04 Transcodage de la parole

1.3.2 La couche liaison de données

Sur l’interface Abis, la signalisation peut avoir des origines et des destinations différentes. On doit

donc distinguer les messages échangés entre la BTS et le BSC, de la signalisation directement

échangée entre la MS et le BSC.

Cette interface supporte plusieurs types de messages :

• Les messages supérieurs qui sont échangés entre le mobile et le réseau,

• Les messages de supervision et de maintenance de la BTS,

• Et les messages internes de liaisons de données BTS – BSC

1.3.3 Messages de niveau 3

Toujours dans le but de différencier les messages MS↔BSC d’une part, et ceux directement

échangés entre la BTS et le BSC, on procède à l’encapsulation. Tous les messages RR (en transit

dans la BTS) sont ainsi portés vers le BSC (ou vers le mobile) par des messages correspondant au

protocole RSL.

10

1.4 L’interface A [3] [4] [5] [7] [8] [10] [12] [13]

A travers l’interface A, entre le BSS et le NSS, transitent de nombreux messages de signalisation.

Le MSC n’est donc pas relié aux différents BSC, seulement par des circuits de parole mais

également par des canaux sémaphores directs, ce qui réserve des intervalles de temps propres à la

signalisation.

1.4.1 Le Système de Signalisation n°7 du CCITT

Ce système de signalisation par canal sémaphore permet de séparer la signalisation de

l’information en faisant transiter la signalisation sur un canal spécifique. De ce fait, on peut

échanger des messages de signalisation sans établissement réel de circuit de commutation.

La signalisation sémaphore offre les possibilités suivantes :

• Transfert de signalisation pure indépendamment de l’établissement d’un circuit.

• Réduction des délais de transfert de signalisation et du temps d’occupation des circuits.

• Transfert de signalisation à fort débit pendant une communication sans gêner l’utilisateur.

• Ne réserver les circuits pour un appel que si le correspondant demandé est réellement

joignable.

Les liaisons sémaphores forment un réseau pour le transfert de la signalisation. Ce réseau possède

des commutateurs de paquets et des équipements terminaux qui sont les centraux téléphoniques.

Le réseau sémaphore permet à deux centraux de s’échanger à tout moment des messages de

signalisation sans tenir compte des circuits établis entre eux. Chaque central est relié à un terminal

sémaphore, appelé Point Sémaphore (PS), qui génère et interprète les messages de signalisation.

Les PTS (Points de Transfert Sémaphore), qui sont des commutateurs de paquets, sont utilisés

quand deux commutateurs téléphoniques ne sont pas reliés entre eux par un canal sémaphore.

1.4.2 Architecture du SS7 reprise par le GSM

La structure des couches basses du SS7 est proche du modèle OSI. La norme GSM n’a cependant

repris que les quatre premières couches (MTP1, MTP2, MTP3, SCCP).

Le MTP (Message Transfert Part) offre un service de transfert fiable des messages de

signalisation. Il est divisé en trois niveaux (MTP1, MTP2, MTP3), proches des trois premières

couches du modèle OSI.

11

Le MTP1 est la couche Physique. Il définit les caractéristiques physiques, électriques et

fonctionnelles d’une liaison physique, et les moyens pour y accéder. La liaison physique constitue,

la liaison sémaphore de données dans le vocable SS7.

Le MTP2 est l’ensemble des procédures d’acheminement des données sur une liaison. Il définit

par conséquent, les fonctions et les procédures de transfert des messages de signalisation, de façon

à fournir un transfert fiable entre les deux points. Les données échangées sont des trames

sémaphores. Le protocole utilisé dispose d’un mécanisme de contrôle de flux, de détection

d’erreur et de correction par retransmission.

Le MTP3 s’occupe du routage et du contrôle. Il définit alors, les fonctions et les procédures de

transfert de messages entre les nœuds du réseau sémaphore (PS ou PTS).Il assure deux fonctions :

• Orientation des messages de signalisation : routage des messages.

• Gestion du réseau sémaphore : cette fonction permet d’établir les actions et procédures

nécessaires pour assurer le service de signalisation et de réagir en cas de défaillance du

réseau sémaphore. Ceci a pour but de toujours assurer un fonctionnement du SS7 dans des

conditions normales.

Le SCCP (Signalling Connection Control Part) offre deux services supplémentaires par rapport au

MTP :

• L’échange de signalisation pure au niveau international : le SCCP permet de réaliser

l’interconnexion de réseaux et l’adressage au sein de plusieurs réseaux.

• Le service orienté connexion : le SCCP permet d’offrir des services avec connexion. De

tels services ne sont pas disponibles dans le MTP.

Le SCCP offre quatre types de services (deux sans connexion et deux autres avec connexion) et le

système GSM n’exploite que deux d’entre eux : le service sans connexion sans garantie de

séquencement (classe 0) et le service orienté connexion sans contrôle de flux (classe 2).

1.4.3 Les couches hautes de l’interface A

Au dessus des couches MTP et SCCP se trouve le BSSAP (BSS Application Part). Cette couche

est formée de deux sous-couches : la sous-couche BSSMAP et la sous-couche DTAP.

Deux types de messages transitent entre le BSC et le MSC :

• Les messages interprétés par le BSC qui ont trait à la gestion des ressources radio (sous-

couche BSSMAP),

12

• Et les autres messages qui sont échangés entre le MS et le MSC (sous-couche DTAP) : le

BSC joue alors le rôle de répéteur.

Une fonction de distribution permet d’orienter les messages vers la couche appropriée.

1.4.3.1 Le BSSMAP (BSS Management Application Part)

Ce protocole spécifie le dialogue pour les messages réellement générés ou interprétés par le BSC.

Ceux qui concernent un BSC et ceux qui sont liés à un canal radio dédié particulier.

Pour la première catégorie, les messages générés utilisent le SCCP en mode non connécté (classe

0) et concernent :

• La mise hors service de circuits de parole entre le BSC et le MSC,

• L’interrogation des ressources disponibles au BSC,

• La réinitialisation du MSC ou du BSC,

• L’appel en diffusion d’un mobile sur une zone de localisation déterminée,

• La suggestion faite au BSC de transférer, si possible, des communications, depuis une

cellule désignée vers une liste donnée de cellules.

Pour la seconde catégorie, les messages envoyés utilisent le SCCP en mode connecté (classe 2) et

concernent:

• La remise au MSC du message initial du mobile émis sur un canal radio dédié,

• L’allocation du canal radio TCH,

• L’exécution d’un handover et le passage en mode chiffré,

• La libération du canal radio dédié.

1.4.3.2 Le DTAP (Direct Transfert Application Part)

Le protocole DTAP gère des échanges de messages entre le mobile et le MSC passant par le BSC.

Ce dernier réémet tous les messages reçus sans aucune interprétation. Le DTAP utilise le SCCP en

mode connecté (classe 2).

Un message DTAP appartient à l’une des classes suivantes : RR, MM ou CM (CC, SMS ou SS).

Deux messages de la couche RR peuvent apparaître au MSC (transitant par conséquent dans

l’interface A) :

13

• Le message RR_HandoverCommand, qui est transmis par le MSC dans le message

BSSMAP_Handover_Command ou par le BSC cible dans le message

BSSMAP_Handover_Request_Acknowledge.

• Le message RR_PagingResponse, émis par le mobile et encapsulé dans le message

BSSMAP_Complete_Layer3_Information, qui est la réponse du mobile à l’appel du MSC

(Paging).

Le but de cet ouvrage étant de présenter les services de télécommunications du point de vue

engineering, le chapitre suivant s’intéressera à la façon dont les services offerts par le GSM sont

fournis.

14

2 CHAPITRE 2: FOURNITURE DES SERVICES DANS LE RESEAU GSM

Un réseau de télécommunication se compose des équipements physiques, mais aussi des logiciels

associés, qui assurent les fonctions constituant les éléments logiques de base. Les éléments

logiques servent à bâtir les couches du réseau de transmission, qui sont des produits (analogiques,

numériques). Ces produits permettent d’offrir des services réseaux (services supports, téléservices)

au sein du GSM.

Pour assurer ces services, le GSM doit disposer d’un certain nombre de procédures lui permettant

de fonctionner normalement. En effet, du fait que le poste d’abonné soit mobile, on doit procéder,

avant la fourniture de tout service, à une localisation de l’abonné ainsi qu’à son authentification,

pour être sûr de son identité et aussi être à même de le facturer correctement. Ces procédures sont

liées directement à l’utilisation du réseau GSM.

2.1 Les procédures liées à l’utilisation du GSM [1] [3] [4] [5] [12]

2.1.1 Procédure de calage à un BTS

Voyons dans ce paragraphe comment fait un mobile pour se "caler" sur une BTS.

Tout d'abord, il scrute toutes les fréquences situées dans le spectre du GSM. Il va repérer un

certain signal, émis par chaque BTS dans son entourage, et sélectionner celui qu'il reçoit le mieux.

Ce signal est présent sur le slot numéroté 0 dans une trame de la voie balise, ce qui permet au

mobile, de repérer la fréquence de la voie balise et, en même temps de se repérer dans la structure

de trames.

La voie balise permet au mobile de se raccorder en permanence à la station de base la plus

favorable. Le mobile mesure la puissance du signal reçu de la voie balise, correspondant à une

fréquence particulière de l’ensemble des fréquences allouées à cette station de base. Lors d’une

mise sous-tension, pendant l’état de veille et pendant une communication, le mobile scrute les

voies balises, pour connaître les stations avoisinantes susceptibles de l’accueillir en cas de

handover. Dans le cadre du GSM, la voie balise d’une station correspond aux deux éléments

suivants :

• Une fréquence-balise sur laquelle est émis, en permanence, un signal modulé de puissance

constante qui permet aux mobiles de faire des mesures de puissance,

15

• Des canaux de diffusion : ils permettent aux mobiles d’acquérir du système local tous les

paramètres nécessaires.

Ensuite, le mobile va se synchroniser plus finement en écoutant le canal SCH (Synchronisation

Channel) qui est le premier de la trame TDMA suivante.

Dans les informations du SCH, il va trouver le numéro de trame et un code BSIC. A partir de ce

moment, il est synchronisé avec la BTS.

Maintenant, il va écouter sur certains slots bien définis de la voie balise les informations dont il a

besoin. Il les trouve dans le canal logique BCCH dont l'emplacement est fixe dans la structure de

multitrames à 51, ce qui lui permet de s'y retrouver. Ces informations sont entre autres :

• Les paramètres de sélection de la cellule qui permettent à un mobile de déterminer s'il peut

se mettre en veille sur la cellule,

• Le numéro de zone de localisation qui détermine si le mobile doit procéder à une

inscription, comme il doit le faire lorsqu'il change de zone de localisation.

• Les paramètres RACH (Random Access Channel) qui contiennent les règles d'accès

aléatoire que le mobile devra utiliser s'il veut se signaler à la BTS.

• La description de l'organisation des canaux de contrôle communs qui indique au mobile les

slots à écouter pour détecter les pagings.

Le mobile va alors se signaler au réseau, pour faire connaître sa localisation. Il le fait par un accès

aléatoire sur le canal logique.

Si cet accès réussit, le réseau va diffuser sur le canal logique AGCH (Access Grant CHannel) un

message d'allocation de canaux logiques dédiés au mobile à la fois sur la voie descendante et la

voie montante. Sur ces canaux logiques, le mobile va négocier des paramètres de cryptage et

ensuite transmettre un de ses identifiants. Dès lors, le réseau sait exactement, quel mobile l'a

contacté et peut enregistrer sa zone de localisation.

Ensuite, le mobile émettra régulièrement un message pour signaler au réseau qu'il est toujours à

l'écoute. Si ce message n'est pas reçu pendant une certaine période, assez longue, ce mobile sera

considéré comme inaccessible par le réseau.

2.1.2 Mise à jour de la localisation (Location Updating)

L’entité logique de localisation est la zone de localisation (LA : Location Area), qui est constituée

par un ensemble de cellules définies par l’opérateur. L’ensemble des LA qui dépendent d’un

16

même MSC constitue l’aire du MSC (MSC Area), et un VLR peut en gérer une ou plusieurs. La

mise à jour de la localisation (Location Updating) est la procédure par laquelle un MS se localise.

A la mise sous tension, et ensuite lorsqu’il se déplace, le MS se met à l’écoute du canal BCCH de

la cellule de meilleure réception. Parmi les paramètres envoyés sur ce canal figure l’identité de la

LA. Le MS la compare avec celle qui est mémorisée sur la carte SIM. Si les identités ne sont pas

identiques, le MS entame la procédure de Location Updating, en signalant au réseau (VLR)

l’identité de la nouvelle LA et son identité IMSI (ou TMSI).

Deux situations peuvent alors se présenter :

• Le VLR connaît déjà le MS : dans ce cas, le VLR enregistre la nouvelle LA pour le MS. Si

en plus il y a changement de MSC Area, le VLR attribue un nouveau numéro de

réacheminement MSRN (Mobile Switched Roaming Number), qui sera éventuellement

envoyé au HLR (utilisé lors des appels à l’arrivée).

• Le VLR ne connaît pas encore le MS : dans ce cas, le VLR déduit du HLR l’identité du

MS, soit directement sur la base de l’IMSI, soit sur la base du TMSI.

Le VLR va acquérir auprès du HLR les données propres à l’abonné et nécessaires à

l’établissement de communication, et le HLR mémorise l’identité du VLR ou le MSRN.

Si l’abonné a changé de VLR, le HLR va effacer les données du MS dans l’ancien VLR. Après la

mise à jour de localisation, le MS se met à l’écoute du canal de recherche PCH, afin de pouvoir

recevoir d’éventuels appels.

La localisation est prise en charge par la couche MM (Mobilty Management). Les procédures

engendrées sont :

• Mise à jour de la localisation : périodique ou normale,

• IMSI Attach, invoqué lors de l’activation de la station mobile,

• IMSI Detach, signalant la mise hors tension du mobile ou le retrait de la carte SIM.

La figure 2-01 [3] illustre l’échange relatif à la mise à jour de localisation (et l’IMSI Attach).

L’IMSI Detach se fait par l’envoi du message MM_IMSIDetachIndication.

La fonction Synchronisation pour les niveaux supérieurs (également assurée par la couche MM)

veille à ce qu’il n’y ait pas de procédure d’établissement de connexion CM entreprise, pendant

l’exécution de mise à jour de localisation (jusqu’à l’arrivée du MM_Location UpdatingAccept).

17

SCCP_CC

MM_LocationUpdatingAccept

MM_TMSIReallocComplete

MM_TMSIReallocationCmd

BSSMAP_CipherModeComplete

BSSMAP_CipherModeCmd

MM_AuthenticcationResponse

MM_AuthenticcationRequest

BSSMAP_CompleteLayer3Info

[MM_LocationUpdatingRequest]

MM_LocationUpdatingRequest

BTS MS MSC

Figure 2-01 : Procédures de mise à jour de localisation

2.1.3 L’authentification et le chiffrement

La procédure d’authentification assure deux rôles : vérifier que l’identité fournie par le mobile est

correcte, et transmettre au mobile la clé de chiffrement.

La procédure d’authentification, voir figure 2-02 [5], repose sur le principe suivant : la carte SIM

contient l’IMSI, une clé Ki associée à l’IMSI, et un algorithme A3 propre à chaque opérateur

GSM. Ces mêmes informations (Ki, IMSI, A3) sont stockées dans l’AUC. Lors d’une

authentification, le réseau envoie un nombre aléatoire RAND de 128 bits. En utilisant A3 et à

partir de Ki et de RAND, le mobile calcule le résultat SRES (Signed RESponse) de 32 bits, et le

renvoie au réseau, qui fait le même calcul et compare les résultats SRES.

Cette fonctionnalité est prise en charge par la couche MM.

Le message MM_AuthentificationRequest est envoyé par le réseau. Il contient entre autre le

nombre aléatoire généré RAND (R sur le schéma). Le mobile, après avoir calculé le résultat,

l’envoie au réseau avec le message MM_AuthentificationResponse. Si les deux résultats

coïncident, l’authentification est validée et le mobile peut utiliser les services GSM auxquels il a

18

A8 A3

Ki R

Kc S

A8 A3

Ki R

Kc S’

MS Réseau visité Réseau de l’abonné

IMSI/TMSI

Triplets

S=S’ ?

IMSI ou TMSI

IMSI

Triplets (Kc, R, S)

Authentification_Request (R)

Authentification_Response (R’)

souscrit. Dans le cas contraire, un message MM_AuthentificationReject est envoyé au mobile qui

se voit alors refusé l’accès au réseau.

Figure 2-02 : Procédure d’authentification

Le chiffrement utilise la même méthode mais procède en deux phases.

D’abord, une clé dite dormante Kc est générée au moment de l’authentification à partir de Ki et

RAND, mais en utilisant un algorithme A8. Ce dernier est aussi propre à chaque opérateur mais le

résultat Kc doit compter 64 bits.

A partir du Kc et du numéro de trame (codé sur 22 bits), l’algorithme A5, qui est standardisé par

le GSM et est le même pour tous les opérateurs, fabrique deux combinaisons de chiffrages sur le

contenu de chaque burst.

Pour renforcer la sécurité de transmission, on alloue un TMSI dont l’intérêt est de protéger

l’abonné contre l’identification et la localisation par un intrus. Le TMSI est une identité locale

restreinte à une zone de localisation.

Lors de la première phase d’authentification, l’IMSI est envoyé en clair sur le canal radio. Ensuite,

le réseau, plus précisément le VLR, alloue l’identité temporaire TMSI, associée à la LA. Lorsque

le mobile change de LA, un nouveau TMSI est alloué. Le TMSI est ensuite utilisé pour tous les

appels émis et reçus, ainsi que les handovers dans la LA.

L’allocation de TMSI peut être accomplie par la procédure dédiée à cet effet, ou implicitement par

d’autres procédures utilisant le TMSI (mise à jour de localisation, établissement d’appel).

19

Le réseau lance la procédure en envoyant le message MM_TMSIReallocationCommand,

contenant le nouveau couple (LAI, TMSI). L’opération est acquittée par le message

MM_TMSIReallocationComplete.

2.2 Les services de base et procédures associées [2] [3] [5] [12]

2.2.1 Introduction aux services de base du GSM

Toutes les activités pouvant se faire dans le réseau GSM, comme l’établissement d’appel vocal,

l’établissement d’appel de données, l’envoi de messages courts (SMS)…, sont classifiées comme

des services de base. Un abonné doit être souscrit à un service de base pour pouvoir l’utiliser

(exception faite des établissements d’appels d’urgence et des diffusions sur la cellule).

Le traitement des services de base est complètement standardisé. De cette manière, un abonné peut

utiliser un service de base dans n’importe quel réseau GSM dans lequel il se trouve. Le HLR va

envoyer au MSC/VLR une liste des services de base, auquel l’abonné est souscrit, lorsque

l’abonné se présente au réseau. Quand l’abonné GSM émet un appel, le MS fournit au MSC le

desservant un ensemble de paramètres décrivant le type de commutation de circuit requis. Le

MSC dérive de ces paramètres le service de base pour cet appel. Ensuite, le MSC vérifie si

l’abonné a une souscription correspondant au service de base demandé. Si aucune souscription n’a

été faite pour le service, alors l’appel est interdit.

Les services de base se divisent en deux groupes : les téléservices et les services support.

2.2.1.1 Les téléservices (TS)

Les téléservices sont les services qui sont acheminés sur le réseau. Le tableau 2-01 [2] donne un

aperçu des téléservices disponibles.

TS Description Commentaires

11 Téléphonie Appel vocal normal

12 Appels d’urgence Il utilise les caractéristiques de la téléphonie (TS 11),

mais peut être établi sans souscription et outrepasse

différentes vérifications dans le MS et dans le MSC.

21 Message court entrant Réception de SMS, il n’est pas envoyé au MSC/VLR.

Quand un SMS est envoyé à l’abonné, le HLR vérifie si

l’abonné destinataire possède une souscription au TS 21

20

22 Message court sortant Envoi d’un SMS

23 Diffusion cellulaire Capacité d’être un SMS de diffusion pour un SMS

envoyé

61 Parole et Fax alternés

groupe 3

Faculté d’établir un appel vocal et un appel facsimilé

(groupe 3)

62 Fax automatique groupe 3 Faculté d’établir un appel facsimilé (groupe 3)

91 Appel vocal de groupe Participer à un appel de groupe conformément aux

spécifications techniques du GSM

92 Diffusion vocale Recevoir une diffusion de la voix conformément aux

spécifications techniques du GSM

Tableau 2-01: Téléservices

2.2.1.2 Les services supports (SS)

Les services supports (tableau 2-02 [4]) sont des services qui servent de support à d’autres

services.

SS Description Commentaires

20 Services supports de

données asynchrones

Peut être utilisé pour des services asynchrones de

300bit/s à 64 kbit/s

30 Services support de

données synchrones

Peut être utilisé pour des services synchrones de 1.2 à 64

kbit/s. Ce SS peut, entre autre, être utilisé pour services

multimédia comme les visioconférences.

Tableau 2-02: Services supports

2.2.2 Etablissement d’une transaction

La plupart des services GSM sont des services orientés connexion. Par conséquent, il est

intéressant de connaître comment se fait le transfert de message dans un tel service.

2.2.2.1 Transfert de messages dans un service orienté connexion

Ce transfert s’effectue au niveau du SCCP. Dans ce qui suit, le SCCP demandeur (SCCP_1) et le

SCCP demandé (SCCP_2) sont soit respectivement, le SCCP du BSC et le SCCP du MSC, soit

l’inverse. Un tel service est réalisé en trois phases (figure 2.03 [3]).

21

Figure 2-03 : Echange de message dans un service orienté connexion

Phase de connexion

Un SCCP demandeur (du BSC ou du MSC) envoie un message CR (Connection_Request) au

SCCP demandé (du MSC ou du BSC) pour lui demander d’établir une connexion sémaphore. A la

réception du message CR, le SCCP_2 engage, s’il le peut l’établissement du canal sémaphore. Si

l’établissement de la connexion a été bien exécuté, le SCCP_2 informe le SCCP_1 par le message

CC (Connection_Confirm). Par contre, si le SCCP_2 ne peut établir la connexion, un message CR

(Connection_Refused) est généré.

Phase de transfert de données

Un message DT1 (Data_Form_1) peut être envoyé par l’une ou l’autre des extrémités d’une

connexion sémaphore établie, et sert à faire passer de façon transparente des données utilisateurs

entre deux nœuds SCCP.

Phase de déconnexion

Lorsque l’un des SCCP veut libérer la connexion sémaphore, il envoie un message RLSD

(Released) à l’autre SCCP. Après la déconnexion, suite à la réception de ce message, un message

RLC (Release_Complete) est généré, dans l’autre sens, pour confirmer le bon déroulement de la

procédure de déconnexion.

2.2.2.2 Etablissement d’une transaction

Pris en charge par la couche MM (Mobility Management), l’établissement d’une transaction CM

consiste en un message précurseur MM_CMServiceRequest, envoyé par le mobile, et une

Release Complete

Data Form

Connection Confirm

Released

Data Form

Connection Request

Demandeur Demandé

SP

Etablissement

Echange de

messages de

niveau supérieur

Libération

SP

22

séquence de signalisation orchestrée par le MSC. Ce dernier peut demander l’authentification de

l’abonné et le passage en mode chiffré. La réponse positive à la demande du MS est réalisée par

l’envoi d’un MM_CMServiceAccept. Le MSC peut refuser l’accès au service CM par

l’intermédiaire d’un MM_CMServiceReject. Du fait que le message MM_CMServiceRequest ne

contient pas la référence de la connexion CM à établir, (l’identifiant de transaction n’est présent

que dans les messages CM), le lancement d’une seconde procédure d’établissement générique

avant l’aboutissement de la première est interdit.

La couche MM vérifie en permanence s’il y a une transaction en cours sur les canaux dédiés

établis. Dans le cas contraire, si l’infrastructure ne se manifeste pas au bout d’un certain temps, le

mobile relâche les canaux et retourne en état de veille.

En cas de perte de communication, due par exemple à une tentative de handover trop lente, la

procédure de rétablissement de communication est déclenchée par le mobile, par l’intermédiaire

de la couche MM, afin de permettre la reprise de la communication.

2.2.3 Procédures d’appel

La sous-couche CC (Call Control) est la partie de la couche CM qui s’occupe du traitement des

appels. Elle gère les procédures suivantes :

• Etablissement d’appel,

• Signalisation durant l’état actif de la communication,

• Libération d’appel.

2.2.3.1 Appel de départ (Mobile Originated Call)

Lorsque l’abonné valide son désir d’établir une communication, le MS effectue une requête sur le

canal RACH de la BS la mieux reçue. En réponse, après éventuellement plusieurs tentatives, le

réseau affecte au MS un canal SDCCH, en le notifiant par le canal AGCH.

A partir de ce moment, le flux simplifié des messages (couche 3) échangés dans le PLMN est

représenté sur la figure 2-04 [3].

La séquence typique détaillée des messages et des actions est la suivante :

• Le MS envoie à la BS un message SETUP, contenant entre autre l’IMSI ou le TMSI et le

numéro appelé.

• La BS établit une connexion SCCP vers le MSC, en envoyant le message SCCP- CR

(Connection_Request), qui contient l’information envoyée par le SETUP.

23

MM_CM Service Accept ou

MM_CM Cipher Mode Complete

CC_Connect Acknowledge

CC_Connect

CC_Alerting

CC_Call Proceeding

CC_Setup

MS MSC

MM_CM Service Request

(Authentification)

(Passage en mode chiffré)

Allocation des ressources

• Le MSC, au moyen de l’identité IMSI (TMSI), demande au VLR les informations sur ce

mobile par l’intermédiaire du message Send_Info.

Figure 2-04 : Echange de message lors de l’établissement d’un appel sortant

• Le VLR contrôle les données du mobile (par exemple : identité TMSI, destination

bloquée,…). Il procède ensuite à la procédure d’authentification du MS. Si

l’authentification est satisfaisante, le VLR confirme la demande d’appel par

Information_Acknowledgement. Ce message contient des informations telles que : la

catégorie du mobile, le MSISDN ou MS Integrated Services Digital Network Number

(numéro d’annuaire du mobile), l’information relative aux services supplémentaires, le

nouveau TMSI.

• Ensuite, le MSC va activer la procédure de chiffrement sur l’interface Um par le message

Encrypting_update. La BS échange les informations de chiffrement avec le MS

(Cipher_Mode_Command et Cipher_Mode_Complete).

• A partir de ce moment, tous les échanges entre le MSC et le MS sont chiffrés. La

procédure d’appel commence alors par un SETUP message (CC_Setup).

• Le MSC attribue un canal terrestre (sur l’interface A) et demande l’attribution d’un canal

de trafic TCH, par le message Assignment_Request.

• La BS est alors responsable de l’attribution du TCH (sauf si des opérations de maintenance

sont en cours). Si aucun TCH n’est disponible, la demande est mise en file d’attente. Dans

24

le cas normal, la BS prend un TCH et le spécifie à la MS au moyen du message

Assignment_Command. La signalisation sur l’interface radio utilise dès lors le canal

FACCH associé au TCH.

• Le message de confirmation Assignment_Complete est retransmis du MS à la BS puis de

la BS au MSC.

• La suite de la procédure d’appel est conforme à celle de l’établissement RNIS au moyen de

signalisation ISUP ou ISDN User Protocole du SS7 (envoi de messages : Call proceeding,

Alerting Connect et Connect Acknowledgement).

2.2.3.2 Appel à l’arrivée (Mobile Terminating call)

La procédure pour un appel à destination d’un mobile est plus compliquée.

Attribution du MSRN

Le MSRN (Mobile Subscriber roaming Number: numéro de réacheminement) est un numéro

PSTN attribué temporairement au MS et qui permet d’acheminer l’appel vers le MSC dans l’aire

duquel se trouve le MS (le MS est considéré comme un abonné de ce MSC).

Dans le cadre du GSM, un MSRN peut être attribué par le VLR :

(A) soit dès la première localisation du mobile ou lors de la mise à jour de celle-ci. Ce

MSRN est chaque fois communiqué au HLR.

(B) soit à la demande du HLR, appel par appel. Dans ce cas, lors d’un appel, le HLR

interroge le VLR pour obtenir le MSRN.

Figure 2-05 : Recherche d’information sur le MS pour un appel entrant

25

CC_Connect Acknowledge

(Authentification)

(passage en mode chiffré sur l’interface radio)

CC_Setup

BSSMAP_Paging

RR_Paging Response

MS MSC

Allocation des ressources

CC_Call

CC_Alerting

CC_Connect

Procédure

On prendra l’exemple d’un appel du réseau fixe vers un mobile pour expliquer la procédure.

La première partie de la procédure, illustrée par la figure 2-05 [1], concerne principalement la

recherche d’information sur l’appelé à partir de son MSISDN.

• Lorsque le numéro d’appel (MSISDN) d’un mobile est formé, l’appel est écoulé vers le

Gateway MSC (GMSC), le plus proche capable d’interroger le HLR sur la base du

MSISDN du mobile demandé, par un message DTAP_Interrogate.

• Le HLR vérifie les droits d’accès du mobile et les conditions imposées par les services

supplémentaires.

• Dans le cas normal, le MSRN est communiqué au GMSC et si le CFU (Call Forwarding

Unconditional) est activé, le numéro « forwarded-to » est renvoyé.

• L’appel est acheminé vers le MSC destinataire au moyen d’un protocole de signalisation

réseau fixe (l’ISUP).

La deuxième partie, résumée par la figure 2-06 [3], concerne l’établissement de l’appel.

Figure 2-06 : Etablissement d’un appel entrant

26

• Le MSC interroge ensuite le VLR, par un message DTAP_Send_Info. Si le mobile n’est

pas détaché (l’IMSI Detach activé), le VLR va initialiser la procédure d’authentification

puis de recherche (paging). Parmi les informations communiquées par le VLR au MSC, on

trouve l’IMSI ou le TMSI, l’identité de la LA où se trouve le mobile et les informations

nécessaires pour l’authentification.

• Le MSC envoie une commande Paging_Request vers toutes les BS de la LA concernée.

• Pour trouver le mobile, le message BSSMAP_Paging avec l’identité du mobile recherché

(IMSI ou TMSI) est diffusé sur tous les PCH de chaque cellule appartenant à la LA. C’est

la LA paging.

Si le mobile n’est pas trouvé, la recherche peut éventuellement être étendue à toutes les

cellules contrôlées par le MSC. On effectue alors un global paging. Le mobile lorsqu’il

est identifié, va demander à la BS, via le RACH, un canal de signalisation spécifique

SDCCH afin d’y envoyer le message RR_PagingResponse.

• Lorsque le mobile est ainsi localisé, les procédures d’authentification et de chiffrement

sont successivement initialisées par le MSC à l’aide d’un message

MM_AuthentificationRequest puis MM_CipherModeCommand.

• Le résultat du calcul d’authentification est communiqué par le mobile au VLR via la BS et

le MSC, par le message MM_AuthentificationResponse.

• Le VLR contrôle le résultat ; si celui-ci est correct, il initialise la procédure de chiffrement

et communique les informations relatives à l’appel entrant au MSC par le message

Information_Acknowledgement.

• Le MSC établit alors la connexion vers le mobile avec un message CC_Setup. Le MS

répond alors via un CC_CallConfirm.

• Le MSC envoie ensuite le message ACM (Address_Complete_Message) vers le

commutateur de départ, choisit un canal terrestre vers la BS et demande à celle-ci

d’affecter un canal de trafic.

• Le MSC est prévenu de l’affectation réussie d’un canal de TCH, par le message

ASSIGN_Complete, et de la réponse du mobile (connect).

• Le signal de réponse (Answer) est alors envoyé vers l’appelant.

27

CC_Release

CC_Release Complete

CC_Disconnect

Libération des ressources

Libération de connexion SCCP

MSC ou

MS

MS ou

MSC

2.2.3.3 Libération de la communication

Figure 2-07 : Libération de la connexion

La libération de la communication, illustrée sur la figure 2-07 [3], est le même pour un appel à

l’arrivée ou de départ. Dans les deux cas, l’initiative de libérer la connexion peut émaner autant du

MSC que du MS, qui envoie alors le CC_Disconnect.

2.2.4 Procédure pour les messages courts

Figure 2-08 Transfert de MT SMS

Libération du canal radio

Message ACK

Message

Authentification et Chiffrement

Channel Setup

Paging

Message_Transfer

Routing_Info_Req

Routing_Info

Forward_Message

Message ACK Msg_Transfer_Report

SMS-MSC HLR MSC/VLR BSS Service

Center MS

28

Le transfert de messages courts se fait par l’intermédiaire d’un serveur appelé SMS Service Centre

(SMS SC).

Tout MSC est capable de réaliser le service de messages entrants (Mobile Terminating SMS). Par

contre, certains MSC n’assurent pas la transmission de messages sortants (Mobile Originating

SMS). Quant à l’abonné, ces services ne lui sont disponibles que s’il dispose d’un appareil mobile

supportant les fonctionnalités associées et qu’il en soit souscripteur.

Sur le plan technique, le SMS utilise un canal de commande.

La procédure de transfert de données diffère légèrement de l’appel. Pour illustrer, on prendra

l’exemple d’un MT SMS (figure 2-08 [5]).

• Le message arrive au niveau du SMS-SC, responsable de l’abonné, à qui on envoie le

SMS.

• Le SC transfert alors le message à la couche SMS du MSC qui traite les SMS, à l’aide d’un

SMS_MessageTransfert.

• A la réception du message, le SMS/MSC interroge alors le HLR sur les informations de

routage du message, par l’envoi d’un message Routing_Info_Request.

• Le HLR envoie les paramètres de routage par un Routing_Info, après vérification.

• Le message est alors transféré vers le VLR du MSC qui gère la LA où a été localisée le

MS, avec un Forward_Message.

• Le MSC demandé lance, par la suite, la procédure de recherche de l’abonné. Puis suivent

l’attribution de canal, l’authentification et le chiffrement.

• C’est seulement après que le message est transmis au mobile.

• Après réception du Message, le MS envoie au MSC, un accusé de réception par un

SMS_MessageACK.

• Le MSC transmet cet accusé de réception au SMS-MSC, qui établit un rapport sur le

transfert du message avec un Message_Transfert_Report.

• Sachant que le transfert de message s’était effectué sur une commutation de circuit, le MS

et le MSC procèdent alors à la libération des ressources.

Remarquons enfin qu’avant d’être « bipé », le mobile ne doit pas être en communication.

2.3 Les services supplémentaires (SS) [2] [3]

Les services supplémentaires (tableau 2-03 [2]) apportent une valeur ajoutée au service

téléphonique de base. Ils offrent aux abonnés un certain niveau de contrôle sur l’établissement des

29

appels (comme le renvoi d’appel, interdiction d’appel…) ou bien une meilleure gestion des

communications (comme l’indication de taxation, mise en instance/attente d’appel).

Groupe de SS Services supplémentaires

Identification

de la ligne

Affichage de l’identification du numéro appelant (CLIP : Calling Line

Identification Presentation)

Restriction sur l’identification du numéro appelant (CLIR : Calling Line

Identification Restriction)

Restriction sur la ligne connectée (COLR : Connected Line Restriction)

Identification

de nom

Affichage du nom de l’appelant (CNAP : Calling Name Presentation)

Transfert

d’appel

Transfert d’appel – inconditionnel (CFU : Call Forwarding Unconditional)

Transfert d’appel – occupé (CFB : Call Forwarding Busy)

Transfert d’appel – aucune réponse (CFNRY: CF No Reply)

Transfert d’appel – non joignable (CFNRC : CF Not Reachable)

Achèvement

d’appel

Appel en attente (CW : Call waiting)

Appel en instance (CH : Call Hold)

Appel multiple (MC: Multi-Call)

Multipartie Appel multipartite (MPTY : Multi-party call)

Groupe

d’intérêt

Groupe d’utilisateur proche (Closed User Group)

Transfert

d’information

additionnelle

Signalisation utilisateur à utilisateur – service 1 (UUS1: user-to-user signalling –

service 1)


service 2)


service 3)

Interdiction

d’appel

Interdiction pour tous les appels sortants (BAOC : Barring of all outgoing calls)

Interdiction pour tous les appels internationaux sortants (BOIC : Barring of

outgoing International calls)

Interdiction pour les appels internationaux sortants sauf vers le pays d’origine

30

(BOIC - exHc : Barring of outgoing International calls – except to Homecountry)

Interdiction de tous les appels entrants (BAIC: Barring of all incoming calls)

Interdiction de tous les appels entrants en “roaming” (BICROAM: Barring of all

incoming calls when roaming)

Priorité d’appel Priorité et préemption multiniveau renforcées (eMLPP : enhanced multi level

precedence and pre-emption)

Tableau 2-03: Services supplémentaires

Les services supplémentaires sont entièrement standardisés. Un abonné GSM peut, par

conséquent, utiliser son service supplémentaire dans n’importe quel réseau GSM, du moment que

ce réseau supporte ces services.

En résumé, le GSM utilise une architecture à commutation de circuit. Il permet un accès indirect

au réseau IP et la connexion est trop sensible pour les données. De plus la solution est trop

onéreuse pour le réseau de données en utilisant la commutation rapide de circuit HSCSD (High

Speed Circuit-Switched Data).

Il a donc été envisagé un réseau de données à part entière mais qui exploitera l’architecture GSM

existante, avec quelques améliorations pour garantir un débit plus convivial.

2.4 Le service de données GPRS (Global Packet radio Service) [11] [12]

Le réseau GPRS offre un réseau de données en mode non connecté par paquets. Son objectif est de

fournir un accès mobile au réseau IP. Il devra permettre éventuellement une facturation selon le

volume de données envoyées, ainsi qu’une connexion permanente (au besoin).

2.4.1 Les caractéristiques et fonctionnement du GPRS

L’architecture utilisée par le GPRS met en œuvre la commutation de paquets. Il offre un service IP

de bout en bout où le mobile est l’IP hôte. Il réutilise les architectures BSS du GSM, avec une

nouvelle architecture du cœur de réseau. Le débit maximal théorique est d’environ 170 kbit/s.

Pour augmenter les débits disponibles pour l’utilisateur, la protection des données est diminuée

(moins d’overhead) selon différents schémas de codage, et le multiplexage statistique est mis en

œuvre.

L’interaction entre réseau GPRS et réseau IP ou encore entre réseau GPRS et réseau X-25 permet

un transfert de données de manière transparente entre terminal mobile et réseaux de données

31

externes grâce à une technique de tunneling (encapsulation) qui consiste à encapsuler les messages

transmis par la MS dans des paquets IP.

Le protocole de base de réseau utilisé au-dessus du GPRS est le Packet Data Protocol (PDP), et

par conséquent, le réseau associé est appelé réseau PDP, mais en général, il s’agit d’un réseau IP.

2.4.2 Architecture GPRS

2.4.2.1 Diagramme du réseau et nouveaux équipements

Figure 2-09: Diagramme de réseau GPRS

Les nouveaux équipements du GPRS, voir figure 2-09 [11] se trouvent au niveau du cœur du

réseau :

• Les SGSN (Serving GPRS Support Node) : ce sont des entités associées à des zones de

routage. Ils ont pour rôle le routage des paquets entre le réseau IP et le BSS, contribuent à

la gestion de la mobilité et de la session, assurent les fonctions de sécurité et de contrôle de

l’accès sur la voie radio.

• Les GGSN (Gateway GPRS Support Node) : ce sont des passerelles entre le backbone du

réseau GPRS et un réseau fixe de transmission de données : PDN (Public Data Network) et

constituent ainsi les points d’accès principaux au réseau GPRS. Ils s’occupent de

l’encapsulation, la maintenance et l’exploitation.

• D’autres équipements tels que les passerelles frontières (border gateway), les passerelles

de charge (charging gateway), les serveurs DNS (Domain Name Server) et des parefeux

doivent être également ajoutées.

Transcoder

SGSN

Charging Gateway

Border Gateway

GGSN DNS

GPRS Core Network NSS

BSS

Gb

Abis

Ater

A

Um

Gs Gr

HLR

Gc

Gn

Gi

Gn

Gn Gn

32

Dans le GPRS, à partir du SGSN, les messages PDP envoyés par une MS sont encapsulés dans des

paquets IP et transférés à un GGSN, choisi en fonction du type de message encapsulé (un GGSN

ne gère qu’un seul type de réseau PDP) et de sa proximité avec la zone de routage de la MS. Le

GGSN qui reçoit le paquet IP va décapsuler le message PDP de la MS qui y est contenu et

l’envoyer sur le réseau PDP concerné.

Dans le HLR de l’abonné, on ajoute d’autres informations comme son abonnement GPRS, sa zone

de routage si on la connaît, et la correspondance entre son adresse IP et son identifiant.

2.4.2.2 Les interfaces

Interface Eléments concernés Principal usage Type de protocole

Um MS - BTS Interface radio RLC / MAC

Abis BTS - BSC Interface GSM standard RLC / MAC

Gb BSC - SGSN Données GPRS LLC / Frame Relay

Gc GGSN – HLR Requête HLR pour l’activation

du contexte PDP

(IP) SS7

Gd SGSN – SMS GMSC Echange de messages courts SS7

Gf SGSN – EIR Contrôle d’identité du terminal SS7

Gi GGSN – réseau de

données

Transfert de données IP

Gn SGSN – SGSN Gestion de la mobilité IP

SGSN – GGSN Activation de contexte PDP

Transfert de données

Gp Border Gateway –

Border Gateway

Liaisons inter opérateurs IP

Gr SGSN – HLR Gestion de la localisation SS7

Gs SGSN – MSC / VLR Gestion de mobilité

GSM / GPRS

SS7

Tableau 2-04: Interfaces GSM/GPRS

Les interfaces du GSM sont maintenues et de nouvelles interfaces vont permettre la

communication entre ces nouveaux équipements.

33

Couche Réseau

SNDCP

LLC

RLC

MAC

Physique

Couche Réseau

SNDCP

LLC

RLC

MAC

Physique

RLC

MAC

Physique

LLC Relais

MS BTS SGSN

SM

GMM

LLC

RLC

MAC

Physique

SM

GMM

LLC

RLC

MAC

Physique

RLC

MAC

Physique

LLC Relais

MS BTS SGSN

GSMS GSMS

2.4.2.3 Les piles de protocoles gérées par la MS

Dans le réseau GPRS, le mobile gère deux piles de protocoles :

• Dans le plan de transmission (figure 2-10 [12]) : c’est la pile de protocoles réalisant le

transfert de données utilisateurs.

• Dans le plan de signalisation (figure 2-11 [12]) : c’est la pile assurant la gestion de la

mobilité et la transmission de messages courts.

En outre, on définit au niveau de la couche physique, une nouvelle structure de multitrames à 52

slots.

Figure 2-10 : Pile de protocole du plan de transmission

Figure 2-11 : Pile de protocole du plan de signalisation

La couche RLC (Radio Link Control) assure la segmentation des paquets LLC en blocs RLC /

MAC, la retransmission nécessaire en cas de perte de paquets. Elle offre donc une fonction de

contrôle.

34

La couche MAC (Medium Access Control) gère l’allocation dynamique des time slots radio au

mobile.

L’en-tête RLC et l’en-tête MAC sont mélangés, d’où la dénomination générique des deux couches

par le terme couche RLC / MAC. La couche RLC/MAC a donc pour fonction : le contrôle du flux

de données sur les interfaces Um et Abis, définit la performance BSS, gère la signalisation logique

GPRS et la partage des ressources radio.

La couche LLC doit permettre de :

• Fournir un lien logique fiable entre la MS et le SGSN,

• Préserver la confidentialité des identificateurs de l’utilisateur,

• Supporter des paquets de taille variable,

• Supporter un mode avec acquittement et un autre sans,

• Faire une distinction de la qualité de services entre les différents types d’utilisateurs.

La couche SNDCP gère le multiplexage de plusieurs connexions PDP, la compression et

décompression des en-têtes ainsi que celles des données. Elle assure également le respect de la

séquence des messages, la segmentation (ou la reconstitution) des paquets de données, pour

constituer des blocs de taille acceptable pour la couche RLC / MAC.

La couche GMM (GPRS Mobility Management) gère l’itinérance du mobile dans le réseau.

La couche SMM permet au mobile de demander au réseau la mémorisation d’un contexte PDP

dans le SGSN et le GGSN. Ce contexte va servir à ces deux entités pour router les paquets en

provenance ou à destination du mobile, sans avoir à consulter les bases de données de localisation.

2.4.3 Les services

Pour rendre les services de données, le GPRS doit fournir des services liés à son propre

fonctionnement.

2.4.3.1 Gestion de la mobilité

Un mobile GPRS est dans l’un des trois états :

• Inoccupé (idle) : aucune connexion GPRS n’est en cours (la MS est inaccessible ou n’est

rattaché à aucun réseau GPRS),

• Prêt (ready) : après un GPRS Attach (une demande de connexion GPRS a été envoyée) le

mobile est prêt et peut recevoir ou émettre des données.

• En attente (standby) : le mobile peut recevoir un Packet paging mais ne peut recevoir ni

émettre des données.

35

Figure 2-12 : Echange de messages lors d’une demande de connexion

Dans le GPRS le paging a été amélioré : on envoie un message paging sur le PCH et sur le canal

de données paquet PDCH (Packet Data Channel).

On attribue à la MS des identités temporaires analogues à celles utilisées en GSM :

• P-TMSI (Packet TMSI) : il identifie un mobile dans le SGSN. Il est nécessaire de disposer

d'un identifiant supplémentaire du mobile dans le réseau puisque le mobile peut être à la fois

actif en GPRS et en GSM.

• TLLI (Temporary Logical Link Identity) : Identité temporaire qui identifie un mobile

particulier pour le SGSN. Choisi aléatoirement par le mobile à l'initialisation d'un flux de

données s'il ne s'est pas encore vu allouer de P-TMSI. A chaque fois que le mobile possède un

P-TMSI valable, le TLLI est égal au P-TMSI.

Après l’échange de message spécifié sur la figure 2-12 [11], le mobile est dans l’état Prêt.

Pour gérer la mobilité, il est indispensable que le mobile mette à jour sa zone de routage RA

(Routing Area) périodiquement, voir figure 2-13 [11], ou quand il en change. La procédure est à

peu près la même qu’en GSM.

MS GPRS

BTS

Backbone

InterPLMN

Réseau externe

de l’ISP

Backbone IP

GPRS

BSC MSC/VLR HLR

SGSN

DNS

Charging Gateway

GGSN Border

Gateway

1

2

2

3

4

1- GPRS Attach Request 2- Authentication 3- Update Location (GPRS) 4- Insert Subscriber Data 5- Location Update (GSM) 6- GPRS Attach Accept 7- Attach Complete

5

6

7

36

Figure 2-13 : Mise à jour de la localisation en GPRS

2.4.3.2 Gestion de la session

La gestion de la session se sert du contexte PDP, qui est un ensemble d’informations enregistrées

dans le mobile, le SGSN et le GGSN, permettant le transfert de données entre le mobile et un

certain type de réseau. Il contient essentiellement des champs indiquant le type de réseau PDP (IP,

X25…), l’adresse du mobile (adresse IP ou adresse X.121 pour le réseau X25), l’adresse IP du

SGSN desservant le mobile)…

Pour établir une session, le mobile active son contexte PDP. Après réception de l’acquittement

d’activation de contexte PDP, le mobile peut transférer ou recevoir des données.

2.4.3.3 Gestion des ressources radio

Le transfert de données GPRS se fait par des séries discontinues des TBF (Temporary Block

Flow), qui est associé à un utilisateur avec un TFI (Temporary Flow Identifier), un TLLI et un

USF (Uplink State Flag) donnés. Un TBF peut être envoyé sur plusieurs time slots.

Le mobile utilisera pour cela les canaux CCCH (RACH, AGCH, PCH) du GSM et les canaux de

commande communs dédiés du GPRS : PBCCH et PCCCH (figure 2-14 [12]).

La couche RLC crée un TBF chaque fois que des données doivent être envoyées, et la couche

MAC indique au mobile quel bloc utiliser pour le transfert uplink et sur quel bloc envoyer les

accusés ACK ou NACK des PDU (Packet Data Unit) reçus.

37

Canaux logiques GPRS

CCH

(Common Channels)

DCH

(Dedicated Channels)

BCH

(Broadcast Channels)

(downlink uniquement)

PCCCH

(Packet Common Control Channels)

peut être combiné avec CCCH

PBCCH (Packet BCCH)

peut être combiné avec BCCH

MS le monitor en permanence

PPCH (Packet PCH)

BSS veut contacter MS

PAGCH (Packet AGCH)

Allocation de PDCH au MS

PRACH (Packet RACH)

MS demande PDCH

DCCH

(Dedicated Control Channel)

TCH

(Trafic Channels)

PACCH

(Packet Associated Control Channel

Alloué dans la direction

opposée du PDTCH associé

PTCCH (Packet Timing

Control Channel)

PDTCH (Packet Data

TCH)

Un canal peut être utilisé

par plusieurs utilisateurs

Figure 2-14 : Canaux logiques et leur utilisation

2.4.3.4 Services offerts aux utilisateurs

Le GPRS n’offre pas de nouveaux services à proprement parler, mais améliore uniquement le

service de données offert par le GSM.

Ainsi il permet le transfert de données entre le terminal mobile et un réseau de données, sur une

commutation de paquets, avec concurrence d’accès aux ressources et possibilité d’associer des

qualités de service par flux, et un débit acceptable. Les ressources allouées sont adaptées au

volume à transmettre et permet ainsi une facturation à la donnée.

Envisageons deux scénarii pour expliquer le fonctionnement d'un réseau GPRS. Tout d'abord,

l'émission d'un message par une MS à direction d'un réseau PDP (ici Internet donc le message

émanant ou à direction de la MS est un paquet IP) et ensuite, l'émission d'un message par une

entité d'un réseau PDP à destination d'une MS.

• MS ��Internet :

Pour transmettre un message à destination d'une adresse IP, la MS va se signaler par un accès

aléatoire au réseau, pour essayer d’obtenir des ressources radio. Si cet accès réussit, le réseau

va lui réserver un canal logique sur lequel ils vont pouvoir dialoguer. Après s'être identifié,

avoir exprimé sa requête et reçu une allocation de ressources, la MS va transmettre son paquet

IP qui va parvenir jusqu'au SGSN. Celui-ci va demander au HLR l'adresse d'un GGSN offrant

38

l'accès à Internet. Quand il disposera de cette information, le SGSN va encapsuler le paquet IP

de la MS dans un autre paquet IP portant l'adresse du GGSN. Le paquet IP de la MS est donc

encapsulé dans un autre paquet IP. Lorsqu'il reçoit ce paquet, le GGSN en question décapsule

le paquet IP de la MS et l'envoie sur Internet.

• Internet -> MS

Quand un ordinateur connecté à Internet souhaite envoyer un paquet IP à un abonné GPRS, il

l'envoie comme n'importe quel paquet. Ce paquet est routé vers un GGSN du réseau GPRS

parce qu'il contient une adresse IP qui le destine à ce réseau. A la réception de ce paquet, le

GGSN peut s'adresser au HLR pour connaître la zone de routage actuelle de l'abonné qui

possède l'adresse IP. Puis il va envoyer le message PDP encapsulé dans un paquet IP au SGSN

qui gère cette zone de routage. Ce SGSN peut alors contacter la MS en faisant du paging pour

savoir exactement où il se trouve. Il va ensuite lui signaler quand et sur quelle fréquence

écouter. Au moment convenu, le mobile va se mettre à l'écoute et le SGSN va lui transmettre

le paquet IP.

Les applications possibles du GPRS sont :

• Internet mobile, messagerie et jeux, réservations et achats, géolocalisation et guidage,

• Banques mobiles (services bancaires et financiers), renseignements.

Dans les pays développés où le GPRS a été mis en place depuis un certain temps, il n’a pas fait

l’objet d’un succès commercial car il n’offre pas d’applications décisives et de plus les réseaux

GSM sont déjà saturés dans ces pays.

Cependant, le GPRS offre une bonne solution d’attente pour les opérateurs, puisqu’il n’implique

qu’un faible coût d’installation sur le réseau GSM et offre quand même une bonne performance.

39

3 CHAPITRE 3 : EVOLUTION DES RESEAUX DE TELECOMMUNICA TIONS

Dans certains pays, le réseau GSM commence à être saturé. En outre, les consommateurs

demandent jour après jour, de nouveaux services, et veulent de plus en plus un débit élevé pour le

transfert de données via un mobile. Mais par-dessus tout, ils veulent un terminal « capable de tout

faire », c’est-à-dire, intégrant tous les services de télécommunications, informatiques et

audiovisuels.

A cette fin, les opérateurs, surtout dans les pays développés se sont vus obligés de migrer vers de

nouveaux systèmes de communication.

L’UMTS, la téléphonie de 3ème génération, est une étape vers cette convergence de services.

3.1 L’UMTS : Universal mobile Telecommunications System [14] [15]

3.1.1 Généralités

Les bandes de fréquence utilisées par la norme UMTS sont :

• 1885-2025 MHz; 2110-2200 MHz; 806-960 MHz (Bandes GSM) ;

• 1710-1885 MHz (Bande GSM DCS) ;

• 1920-1980 et 2110-2170 MHz utilisées en mode FDD (Frequency Division Duplex ) avec

une largeur des canaux de 5 MHz divisées en sous bandes de 200 kHz.

• 1900-1920 et 2010-2025 MHz utilisées en mode TDD (Time Division Duplex).

L’UMTS utilise un nouveau réseau radio adapté pour un transport convergent des services voix et

données, en mode ATM, de la voie radio jusqu’au coeur de réseau.

Vu les problèmes soulevés avec les réseaux existants, la norme UMTS a pour objectif :

• D’adjoindre des capacités multimédia haut débit pour les données.

• De proposer des services vocaux mais aussi des communications de données.

La norme UMTS doit pouvoir permettre de fournir :

• Des services traditionnels comme la transmission haut débit : il fournira un meilleur

compromis capacité/coût. Trois modes de fonctionnement sont définis selon la vitesse du

mobile et permettant d’avoir des débits différents : 2 Mbit/s en mode « fixe », 512 kbit/s

pour une vitesse < 60 km/h, et 128 kbit/s pour une vitesse au-delà de 60 km/h.

• De nouveaux services qui répondront à 3 exigences : un contenu multimédia (jeux), la

mobilité, et de la valeur ajoutée.

40

Pour permettre une transition optimale du GSM à l’UMTS, ce dernier doit permettre :

• Une interopérabilité GSM / UMTS : le réseau 3G s’appuie sur celui du 2G. En effet, le 3G

assurera au début, uniquement quelques îlots de couverture (zones urbaines par exemple),

et la couverture globale sera fournie par le 2G. D’où la nécessité d’une forte

interopérabilité entre le GSM et l’UMTS.

• De définir des paliers techniques:

� L’interface radio : une nouvelle définition de cette interface est indispensable.

� Le réseau : il impliquera l’implantation de nouvelles cellules gérant l’interface

radio et la réutilisation maximale des composants GSM de dernière génération. En outre,

les terminaux UMTS doivent être multimodes (GSM/UMTS par exemple).

� Les services et applications : l’UMTS doit fournir des services nombreux et

évolutifs, délivrés en périphérie, sur une base de réseau UMTS ou GSM, en modèle client /

serveur.

3.1.2 L’architecture générale du réseau UMTS

Figure 3-01 : Architecture générale de l’UMTS

L’architecture UMTS (voir figure 3-01 [13]) est basée sur la modularité, c’est-à-dire la séparation

entre la signalisation et l’information. La signalisation permet le contrôle entre l’UTRA (UMTS

fdsfaefrdf

UE

Uu

Node B

RNC

Iu

MSC

RTC

F

C

Gr

Interfaces

GI

HLR/AUC

SGSN

GGSN BG

Réseau IP

Infrastructure GPRS

Réseau Inter-PLMN

PLMN PLMN

Réseau Internet-Intranet

41

Terrestrial Radio Access : accès radio), et l’UE (UMTS Equipment : mobile UMTS) d’un côté, et

entre le réseau cœur et l’UE d’un autre (pour les services à fournir).

L’UMTS se définit en 3 domaines :

3.1.2.1 Le domaine utilisateur

C’est l’UE qui est constitué du terminal et de la carte U-SIM analogue à la carte SIM du GSM.

3.1.2.2 Le réseau cœur

Ce domaine est identique à celui du GSM / GPRS et comporte donc deux parties comprenant :

• Un réseau coeur de type circuit, composé de commutateurs circuits (MSC), de passerelles,

de réseaux téléphoniques publics et de serveurs dédiés aux SMS.

• Un réseau coeur de type paquet composé par des commutateurs paquets (SGSN et

GGSN), qui relient le réseau de l’opérateur au monde extérieur.

Pour gérer les données relatives aux utilisateurs, on retrouve les bases de données du GSM.

3.1.2.3 Le domaine d’accès radio UTRAN (UTRA Network)

Trois solutions techniques ont été définies pour l’UTRA:

• W-CDMA: CDMA (Code Division Multiple Access) large bande qui requiert des canaux

plus larges (5 MHz). C’est un système flexible qui accepte tout type de débit (du Kbits/sec

à plusieurs centaines de Kbits/sec). Il sera utilisé pour les fréquences appairées.

• TD-CDMA : Système hybride TDMA / CDMA qui consiste à prendre une trame CDMA et

à multiplexer plusieurs utilisateurs dans un même slot CDMA. Il sera utilisé pour les

fréquences non appairées.

• ODMA (Opportunity Driven Multiple Access) : Cette technique de relais est applicable

aux autres solutions, et est optionnelle. Elle peut être utilisée par un mobile en mauvaises

conditions radio, afin de communiquer avec une BS en utilisant un autre mobile situé entre

la BS et le premier mobile.

Le W-CDMA et le TD-CDMA diffèrent dans les accès physiques mais les couches supérieures

sont fortement semblables et peuvent apparaître comme deux modes d’une même solution.

Il découle de la modularité de l’UMTS deux catégories de protocoles :

• Les protocoles du plan utilisateur

• Les protocoles du plan de contrôle

42

L’UTRAN comporte la strate d’accès qui est reliée aux autres strates par des points d’accès de

services de 3 types :

• Services de contrôle commun (diffusion d’informations générales),

• Services de contrôle dédié (pour un utilisateur spécifique),

• Services de notification (diffusion d’informations à des utilisateurs spécifiques d’une cellule).

UMTS GSM Commentaires

UE (User Equipment) MS

NodeB BTS Un nodeB est moins autonome qu’une BTS

RNC (Radio Network

Controller)

BSC Un RNC est plus complexe qu’un BSC puisqu’il

contrôle complètement les nodeB

UMSC (UMTS MSC) MSC

RNS (Radio Network

Subsystem)

BSS

Interface Iub Interface Abis Entre NodeB et RNC (BTS et BSC)

Interface Iu Interface A Entre RNC et réseau : double interface : une vers

le domaine circuit du réseau coeur et une autre

vers le domaine paquet.

Interface Iur Inexistante Entre 2 RNC : permet l’établissement de deux ou

plusieurs chemins entre le réseau et un mobile via

deux stations de base potentiellement différentes.

Tableau 3-01: Comparaison de la terminologie de l’accès radio

Les éléments constituant l’UTRAN sont :

• Les stations de base (ou Node B) : ils convertissent les flots de données entre l’interface

radio Uu et l’interface Iub, et il assure les traitements radio au niveau de la couche

physique (contrôle de puissance …).

• Les RNC (Radio Network Controller) : ils constituent les points d’accès pour l’ensemble

des services vis-à-vis du réseau cœur. Un RNC contrôle les Node B qui y sont rattachés

(contrôle des ressources radio dans la zone correspondante, allocations des ressources

43

PHY

Canaux de transport

MAC

Canaux logiques

RLC RLC RLC RLC

PDCP PDCP BMC

RRC Réseau

Liaison

de

données

Physique

radio par des codes, contrôle des admissions). Un RNC et plusieurs stations de base

forment un sous-système radio ou RNS (Radio Network Subsystem).

L’UTRAN est découpé en couches correspondant aux couches 1 et 2 du modèle de l’OSI, même si

certaines fonctions du RRC peuvent être rattachées à la couche 3 de l’OSI (figure 3-02 [13]).

Figure 3-02 : Architecture en couches de l’UTRAN

Types de

canaux Canaux Fonctions et caractéristiques

Canaux

logiques

Canaux de Contrôle (Control Channels

CCH): Broadcast, Paging, Common et

Dedicated CCH

Canaux de trafic (Traffic Channels : TCH):

Data et Common TCH

Définis pour chaque type

d’information véhiculé par les

protocoles radio de l’UTRAN :

offerts aux couches utilisatrices

de niveau 2 de l’UTRAN

Canaux

de

transport

Canaux de transports dédiés (Dedicated

Channels : DCH)

Canaux communs (BCH, PCH, RACH,

FACH, DSCH: Downlink Shared Channels)

Définis pour chaque mécanisme

permettant de fiabiliser les

échanges de données sur

l’interface radio

Canaux

physiques

Common Control Physical Channels

(CCPCH): Primary (P) et Secundary (S)

PRACH: Physical RACH

PDSCH: Physical DSCH

DPDCH: Dedicated Physical Data Channel

Canaux radio effectivement

utilisés

Tableau 3-02: Les canaux de l’UMTS

44

Sous la couche physique se trouvent des canaux physiques, entre la couche physique et la couche

MAC des canaux de transport et entre le MAC et le RLC des canaux logiques (voir tableau 3-02

[14]). Les couches Physiques et MAC se chargent de la correspondance entre les couches (figure

3-03 [14]). Ces canaux présentent des points d’accès de services rendus par la couche inférieure à

la couche supérieure.

Figure 3-03: Correspondance entre les canaux

• La couche Physique : Elle assure les fonctions habituelles liées à la transmission physique.

L’UMTS fonctionne essentiellement en mode FDD (transferts uplink et downlink simultanés

mais sur deux fréquences différentes), mais il peut également utiliser le mode TDD (transferts

de données uplink et downlink sur la même fréquence mais séparés dans le temps).

• La couche MAC (Medium Access Control) : Elle reprend les fonctions de la couche MAC du

GPRS et collecte de mesures sur le volume de trafic puis les transmet au RRC.

• La couche RLC (Radio Link Control) : Elle reprend les fonctions de la couche homologue

GPRS. Elle s’appuie sur trois modes d’opérations : mode transparent (opérations de

segmentation et réassemblage), mode non acquitté (numérotation des paquets et détection des

erreurs mais sans retransmission pour les corrections), mode acquitté (retransmission sur

erreur).

• La couche PDCP (Packet Data Convergence Protocol) : Elle garantit l’indépendance des

couches basses du domaine d’accès radio par rapport aux protocoles des réseaux extérieurs,

assure le transfert de données des couches supérieures et améliore l’efficacité des

transmissions par la compression des informations redondantes.

BCCH PCCH DCCH CCCH CTCH DTCH

BCH PCH RACH FACH DSCH DCH

P-CCPCH S-CCPCH PRACH PDSCH DPDCH

correspondance

effectuée par la couche

MAC

correspondance

effectuée par la couche

PHY

canaux logiques

canaux de transport

canaux

physiques

45

MM5 M

HLR

Serveur MMS

MMS Proxy

Relay

GGSN

Serveur de

messagerie internet

Internet

MM5 E

Contexte PDP

Réseau d’accès

MM5 : Interface permettant

l’interrogation du HLR

MM5 M : Interface d’échange des

MMS entre le serveur et l’usager

mobile

E : Interface reliant le serveur de

MMS à des serveurs de

messagerie internet

Serveur MMS : stockage et

• La couche BMC (Broadcast Multicast Control) : elle permet la diffusion sur la cellule

d’informations destinées à l’ensemble des utilisateurs ou à un groupe restreint d’abonnés ; elle

peut donc être comparée au service de diffusion SMS du GSM.

• RRC (Radio Ressource Controller) : c’est l’entité qui pilote toutes les couches en fonction des

QoS (Quality of Service) requises sur les communications et de la charge du réseau. Il existe

donc des connexions entre le RRC et les autres couches.

Par rapport à l’accès radio du GSM, l’UTRAN offre les possibilités suivantes :

• Gestion des liens de macro-diversité (communication d’un mobile avec plusieurs nodes B).

• Soft handover : avec l’UTRAN, le mobile est en liaison simultanée avec 2 node B, et reste

donc sur la même fréquence porteuse lors d’un handover (soft handover).

• Utilisation de l’ATM comme protocole de transport

• Masquer la gestion de la mobilité au cœur de réseau.

• Notion de serving RNC /drift RNC grâce à la nouvelle interface Iur. Le drift RNC fournit

les ressources radio, le serving RNC garde le contrôle de la connexion RRC et route les

données et la signalisation vers le réseau coeur (point d’ancrage).

3.1.3 Services

Figure 3-04: Architecture de service MMS

46

MMS

Serveur origine

M-SendReq (MMS)

M- SendConf

M-NotificationInd

M-NotifyRespInd

Transmission

entre serveur

[…]

M-RetrieveConf (MMS)

HTTP_GE

M-

M-DeliveryInd Transmission

entre serveur

MMS

Serveur destination

MS destinataire MS émetteur

Parmi les nouveaux services offerts par l’UMTS, on distingue le MMS (Multimedia Messaging

Services) qui n’est autre qu’une évolution du SMS avec des contenus plus variés tels que des

images haute résolution, des clips vidéo, des fichiers audio…

La figure 3-04 [14] illustre l’architecture permettant la fourniture de ce service et la figure 3-05

[14] explique les transactions lors d’un transfert de MMS. Le service n’est rendu qu’en mode

paquet. C’est la raison pour laquelle le terminal doit établir un contexte PDP.

Figure 3-05: Transactions au cours du transfert d’un MMS

Le message M-RetrieveConf permet le transfert du MMS vers le destinataire.

En bref, l’UMTS constitue par rapport au GSM/GPRS plusieurs évolutions majeures :

• L’utilisation d’un nouveau réseau radio adapté pour un transport convergent des services

voix et données, en mode ATM, de la voie radio jusqu’au coeur de réseau (une évolution

vers IP est envisagée à long terme).

• Un coeur de réseau unifié pour les services voix et données, avec un transport ATM ou IP.

• L’introduction progressive (à partir de la deuxième version) du concept d’adaptation des

services à toute situation de mobilité (par rapport au réseau, à l’utilisateur ou au terminal).

• A moyen terme : une séparation des couches Transport et Contrôle du coeur de réseau,

ainsi que des couches Contrôle et Services; et l’introduction de nouveaux services

nativement IP multimédia basés sur le protocole de contrôle d’appel SIP.

47

• Pour être complet sur le périmètre technique de l’UMTS, la norme UMTS prévoit

plusieurs réseaux d’accès possibles. En complément de l’UTRAN, une composante

d’accès satellite est prévue, mais ses développements et sa maturité sont encore incertains.

L’UMTS, dans sa première phase, constitue un pas vers le NGN, et son évolution en est déjà un.

Alors que les expérimentations UMTS sont en cours, les premiers déploiements opérationnels en

Europe ont eu lieu en 2002-2003. Cette technologie nécessite de nouveaux terminaux adaptés à

l’interface radio UTRA, et multimodes GSM/GPRS afin de pouvoir fonctionner en repli sur les

réseaux 2G dans les zones non couvertes et UMTS.

3.2 Le NGN (Next Generation Network) [15] [16]

La convergence des services est la conception d’outils de télécommunication améliorés dont

rêvent les utilisateurs.

Comme aujourd’hui, aucun réseau ne peut répondre à toutes ces attentes, la convergence des

services tente de satisfaire à un minimum d’entre elles.

Le NGN fournit la technologie de réseau pour la convergence des services.

3.2.1 Généralités sur le NGN

La définition d’un NGN varie selon les pays et les opérateurs. Cependant, certains points d’accord

subsistent, permettant ainsi de donner une définition synthétique du NGN.

Le NGN se définit donc en général, comme un réseau unifié de transport en mode paquet

permettant la convergence des réseaux Voix/données et Fixe/Mobile; ce réseau permettra de

fournir des services multimédia, accessibles depuis différents réseaux d’accès. Le protocole IP

sera l'élément fédérateur (vers le « tout IP »), associé à des protocoles garantissant la qualité de

service, mais le recours à ATM est indispensable à court terme. L’évolution du coeur de réseau

vers une architecture en couches séparées (transport, contrôle, services) est un principe partagé par

tous.

Les principaux objectifs du NGN sont :

• L’apport d’une utilisation transparente et agréable pour les utilisateurs.

• La convergence des réseaux : informatique / télécoms, et communications fixes / mobiles.

• Des économies d’échelle et d’étendue de l’infrastructure déployée.

48

• Le coût de possession le plus bas qu’il est possible d’atteindre permettant à l’opérateur

d’offrir des prix compétitifs au niveau de qualité souhaité par les utilisateurs.

• La mise en oeuvre d’une solution acceptable pour les actionnaires.

• Une intégration rapide des nouveaux services une fourniture rapide et flexible des services

sur le principe du self-service pour les utilisateurs.

• Une garantie des services fournis, apportant les niveaux de qualité et de sécurité appropriés

pour les contrats concernés.

3.2.2 Architecture en couches du NGN

La conception et la définition de l’architecture des réseaux de « nouvelle génération » sont

variables suivant les acteurs. Cependant de grandes tendances se dégagent et des concepts

communs émergent.

Figure 3-06 : Principe de l'architecture en couches du NGN

Le NGN sera un système offrant des services multimédia en s’appuyant sur un réseau support

mutualisé et caractérisé par plusieurs éléments essentiels (figure 3-06 [16]):

• Un coeur de réseau unique et mutualisé pour les différents types d’accès et de services.

• Une architecture de coeur de réseau en 3 couches : Transport, Contrôle et Services.

• Une évolution du transport en mode paquet (IP, ou ATM à court terme).

Couche Service

(opérateur et tiers)

Couche Contrôle

Couche Transport

(mode paquet)

Réseaux d’accès

multiples

Terminaux

Interfaces ouvertes et normalisées

Interfaces ouvertes et normalisées

Périmètre NGN

Connexe aux

NGN

Cœur de réseau

49

• Des interfaces ouvertes et normalisées entre chaque couche, et notamment au niveau des

couches Contrôle et Services afin de permettre la réalisation de services indépendants du

réseau.

• Le support d’applications multiples, multimédia, temps réel, en mobilité totale, adaptables

à l’utilisateur et aux capacités des réseaux d’accès et des terminaux.

3.2.2.1 La Couche d’accès, un moteur pour l’introduction des NGN

La tendance actuelle des réseaux d’accès est à :

• la multiplication des technologies d’accès et l’évolution vers le haut débit,

• des technologies de transport multiservices en mode paquet (IP, ou ATM),

• la convergence fixe/mobile, avec la prise en compte du nomadisme du fait de l’essor des

réseaux d’accès mobiles et des réseaux locaux sans fil.

Ces axes d’évolution des réseaux d’accès s’inscrivent parfaitement dans le contexte des nouveaux

réseaux et services NGN, et en favoriseront donc vraisemblablement l’émergence.

On pourrait alors utiliser comme réseau d’accès: l’xDSL (xDigital Subscriber Line) et la BLR

(Boucle Local Radio), les réseaux câblés, l’Ethernet optique ou WLAN (Wireless Local Area

Network), le GPRS et l’UMTS. La plupart de ces réseaux d’accès offrent de la transmission haut

débit, et certains un flux IP natif.

Bien que ne pouvant pas être qualifiées de NGN, les nouvelles technologies d’accès haut débit

sont une composante connexe très importante car elles influeront sur la rapidité d’introduction et

les modalités techniques détaillées de mise en oeuvre des coeurs de réseau NGN, notamment

concernant le choix du protocole de transport de coeur de réseau.

3.2.2.2 La couche transport

Dans le modèle d’architecture NGN, les équipements de coeur de réseau sont séparés en deux

fonctions, l’une appartenant à la couche transport (les Media Gateways) et l’autre à la couche

contrôle (les serveurs de contrôle d’appel). C’est pourquoi la description technique et

fonctionnelle des Media Gateways ne peut être dissociée de celle des serveurs de contrôle d’appel.

Dans cette partie, on se limitera donc, à la description des autres éléments de la couche transport.

La couche Transport comporte deux parties distinctes : le réseau de transmission et le réseau de

commutation.

L’objectif des différentes évolutions du réseau de transport est de répondre à quatre impératifs

pour le transport convergent des flux IP multimédia dans un réseau NGN : l’adéquation aux

50

nouveaux besoins de services, le support de très haut débit, la garantie de qualité de service,

surtout concernant les flux temps réel (voix, vidéo…), la gestion optimisée du réseau de transport.

Pour répondre à ces problématiques, plusieurs tendances peuvent être observées autour des

réseaux de transport :

� L’extension de l’usage de la commutation optique et du multiplexage en longueur

d’onde dans les réseaux de transmission étendus, au détriment du multiplexage TDM.

� L’apparition de commutateurs Ethernet dans les réseaux métropolitains, voire

nationaux ou internationaux.

� Au niveau du réseau de commutation pour le transport du trafic IP, on peut

anticiper la diffusion progressive des commutateurs MPLS puis vers le GMPLS. Le

MPLS (Multiprotocol Label Switching) a pour principaux avantages : la commutation de

paquets en mode « circuit virtuel » qui est plus rapide qu’une commutation de paquets en

mode « datagramme » de type IP avec une séquence des trames MPLS respectée. De plus

l’architecture MPLS a été taillée sur mesure à la topologie d’adressage IP et un plan

contrôle permet de gérer les circuits virtuels de manière logicielle, sans administration

manuelle lourde. Elle est donc la plus adaptée au transport des paquets IP.

Le GMPLS (Generalized MPLS) est la généralisation du plan de contrôle à tous les

noeuds du réseau, incluant les noeuds de transmission. Cette idée permettrait de configurer

les circuits virtuels entre commutateurs MPLS, mais aussi de configurer (ou de

reconfigurer) les liens entre des noeuds de multiplexage TDM ou WDM. Un réseau de

transmission, composé de brasseurs et de multiplexeurs TDM ou WDM se configurerait

alors « sous le contrôle » du plan contrôle GMPLS.

Quel que soit le protocole de transport utilisé, les flux qui transiteront par les réseaux NGN

seront « tout IP ».

Dans les architectures traditionnelles, un opérateur possède (ou loue) un réseau de transmission

sur lequel s’appuient en général plusieurs réseaux de commutation, l’un dédié à la commutation de

la voix, l’autre dédié à la commutation de données. L’idée qui sous-tend les NGN est de fusionner

ces deux réseaux en un seul.

3.2.2.3 La couche Contrôle

La mise en oeuvre de l’architecture NGN au niveau de la couche contrôle se traduit techniquement

par :

51

• Le remplacement des commutateurs traditionnels par deux types d’équipements distincts :

d’une part des serveurs de contrôle d’appel dits Softswitch ou Media Gateway Controller,

et d’autre part des équipements de médiation et de routage dits Media Gateways (entité

fonctionnelle Media Gateway) et la conversion de la signalisation associée (entité

fonctionnelle Signalling Gateway).

• L’apparition de nouveaux protocoles de contrôle d’appel et de signalisation entre ces

équipements (de serveur à serveur, et de serveur à Media Gateway) :

� Signalisation de contrôle d’appel : SIP et H.323 : les protocoles de contrôle

d’appel permettent l’établissement, généralement à l’initiative d’un utilisateur, d’une

communication entre deux terminaux ou entre un terminal et un serveur. La

recommandation H.323 de l’UIT décrit les procédures pour les communications audio et

vidéo point à point ou multipoint sur des réseaux en mode paquet. Le protocole SIP

(Session Initiation Protocol), de l’IETF, est un protocole de signalisation pour

l’établissement d’appel et de conférences temps réel sur des réseaux IP.

� Signalisation de commande des Media Gateways : Megaco/H.248 et MGCP. Ils

assurent le contrôle à distance de MG par les MGC. Megaco/H.248 (Media Gateway

Controller) semble être la cible identifiée par la plupart des acteurs, mais du fait de la plus

grande maturité des offres (du moins pour certains constructeurs), MGCP (MGC Protocol)

pourrait être largement utilisé à court terme.

� Signalisation de transit : BICC et SIP-T : BICC (Bearer Independent Call

Control) était prévu initialement pour le transport de la signalisation entre serveurs de

contrôle sur ATM, et SIP-T (SIP pour la Téléphonie) sur IP. Les deux protocoles évoluent

en fait pour supporter les deux modes de transport.

� Protocole d’adaptation : SIGTRAN (SIGnalling TRANsport) : SIGTRAN utilise

une nouvelle couche de transport appelée Stream Control Transmission Protocol (SCTP), à

la place de TCP, pour transmettre la signalisation SS7 d’une façon transparente sur les

réseaux IP.

3.2.2.4 La Couche Services des NGN

Deux modèles issus d’approches différentes, mais complémentaires, émergent : une architecture «

OSA/Parlay » et un modèle « Web Services ». Tous deux sont basés sur des protocoles et des

52

interfaces ouvertes et standardisées facilitant l’émergence des fournisseurs tiers de services, mais

aussi l’interopérabilité entre les solutions.

• Le modèle OSA/Parlay, centré sur le Softswitch, permet l’évolution des réseaux télécoms

actuels. Ce modèle est plus adapté aux services nécessitant une forte coopération des

serveurs d’appel et bases de données du coeur de réseau (ex. : services téléphoniques,

géolocalisation…),

• Le modèle préconisé par le W3C, les « Web services », utilise le SIP comme protocole de

contrôle d’appel. Ce modèle est plus adapté aux services réalisés de manière transparente

après établissement d’une connexion IP. Il est moins complexe à implémenter et donc plus

accessible à des fournisseurs de services tiers que l’interface OSA/Parlay.

Les deux approches sont complémentaires, un service pouvant tout à fait être mixte («Web

services » ayant recours à des requêtes OSA au cours de son exécution).

Parmi les services particulièrement pertinents dans le cadre des NGN, on retouve :

• La messagerie unifiée : centralisation de tous les types de messages vocaux

(téléphoniques), écrits (email, SMS), multimédia sur un serveur; ce dernier ayant la charge

de fournir un accès aux messages adapté au type du terminal de l’utilisateur,

• La messagerie instantanée : elle permet de dialoguer en temps réel, à plusieurs, sur un

terminal IP (généralement un PC) ayant accès à Internet via une interface texte,

• La diffusion de contenus multimédia : mise en forme des contenus multimédia, ou

agrégation de ces divers contenus via des portails,

• La voix sur IP, et les services de dialogue instantané PoC (Push to talk Over Cellular).

• Les services associés à la géolocalisation,

• Les services fournis par des tiers ou ASP (Application Service Providers) : l’utilisation des

logiciels, la messagerie qui peuvent être gérés par un fournisseur de service à travers le

réseau,

• L’e-commerce et le m-commerce : qui font intervenir des services financiers tels que le

télépaiement, la gestion de portefeuille boursier,

• Le stockage de données : en tant que sauvegarde de données critiques sur des sites

protégés, mais aussi en tant qu’accès « local » à un contenu (serveur «proxy» ou «cache »).

53

PoC-3

HSS

Serveur MMS Serveur

« présence »

GGSN

XDMS

gestion des groupes

Contexte PDP

Réseau d’accès

S-CSCF

PoC-2

PoC-1

Serveur

d’application

Domaine IMS

Réseau cœur

Réseau d’accès

• L’évolution du rôle des services intelligents (IN) dans les NGN : afin de prendre en

compte les évolutions vers les services de données d’une part, et d’autre part afin d’assurer

une meilleure interopérabilité des services IN entre réseaux.

Pour illustrer, prenant l’exemple du service PoC. Il permet à un groupe d’usagers de communiquer

en alternat. L’accès au canal de parole se fait après une demande explicite, par l’action sur une

touche du terminal (distance entre usager non limitée).

La figure 3-07 donne l’architecture du service POC.

Figure 3-07 : Architecture du service PoC

Les interfaces PoC-1 et PoC-2 interfaces de contrôle utilisées pour véhiculer la signalisation SIP

pour l’établissement et la terminaison des sessions PoC.

L’interface PoC-3 : Interface utilisée au trafic usager voix sous forme de paquets RTP (Real Time

Protocol) ainsi que les paquets de contrôle RTCP (Real Time Control Protocol) impliqués dans la

gestion du canal de parole.

Les serveurs d’application mis en jeu sont :

• Le serveur PoC : qui gère les sessions PoC, diffuse les paquets de parole à tous les

participants de la session, alloue le canal de parole en fonction des demandes.

• Le serveur de présence : maintient une information de présence pour les usagers du service

54

• Le serveur XDMS (XML Document management Server): gère les listes et groupes

d’usagers du service PoC.

Lors d’une session PoC, deux types de flux de données transitent entre les entités :

• les flux audio : chaque trame de phonie est encapsulée dans un paquet RTP,

• les flux de contrôle TBCP (Talk Burst Control Protocol) : nécessaires pour la gestion du

canal de parole (encapsulés dans des paquets RTCP). Le message Talk Burst

Request envoyé lors de l’appui sur le bouton de parole du terminal, et Talk Burst Granted

ou Deny est la réponse du serveur pour attribuer le canal ou non.

Les transactions pendant l’établissement d’une session PoC sont présentées sur la figure 3-08.

Figure 3-08 : Echange de messages lors de l’établissement d’une session PoC

(2)

établissement

de session

SIP PoC PoC SIP

Connexion RRC

mobile-UTRAN

Etablissement contexte

PDP

Enregistrement IMS

Connexion RRC

mobile-UTRAN


PDP

Enregistrement IMS

SIP : Invite

SIP : Invite

SIP : Invite

SIP : 200 OK

SIP : 200 OK

Réseau 1

TBCP_ Talk Burst Granted TBCP_ Talk Burst Taken


PDP

correspondant au trafic

usager


PDP

correspondant au trafic

usager

SIP : ACK

SIP : ACK

SIP : ACK

RTP_trame de parole

(1)

message

d’initialisation

(3)

échange des

trames de

Réseau 2

SIP : 200 OK

55

3.2.3 Les entités fonctionnelles du cœur de réseau

Figure 3-09 : Architecture générique du NGN

3.2.3.1 La Media Gateway (MG)

La Media Gateway (figure 3-09 [16]), est située au niveau du transport des flux média entre le

réseau RTC et les réseaux en mode paquet, ou entre le coeur de réseau NGN et les réseaux

d’accès.

Elle assure le codage et la mise en paquets du flux média reçu du RTC et vice-versa, ainsi que la

transmission, suivant les instructions du Media Gateway Controller, des flux média reçus de part

et d'autre.

3.2.3.2 La Signalling Gateway (SG)

La fonction Signalling Gateway a pour rôle de convertir la signalisation échangée entre le réseau

NGN et le réseau externe interconnecté selon un format compréhensible par les équipements

chargés de la traiter, mais sans l’interpréter. Notamment, elle assure l’adaptation de la

signalisation par rapport au protocole de transport utilisé (ex. : adaptation TDM IP).

Cette fonction est souvent implémentée physiquement dans le même équipement que la Media

Gateway, d’où le fait que ce dernier terme est parfois employé abusivement pour recouvrir les

deux fonctions MG et SG.

Les Gateways ont un rôle essentiel : elles assurent non seulement l’acheminement du trafic, mais

aussi l’interfonctionnement avec les réseaux externes et avec les divers réseaux d’accès en

couche Services

couche Contrôle

couche Transport

Réseau d’accès

Réseau de transport mutualisé en mode paquet

Terminal

56

réalisant : la conversion du trafic (entité fonctionnelle Media Gateway), et la conversion de la

signalisation associée (entité fonctionnelle Signalling Gateway).

3.2.3.3 Le serveur d’appel ou Media Gateway Controller (MGC)

Dans un réseau NGN, c’est le MGC qui possède « l'intelligence ». Il assure le contrôle des

communications et des ressources des autres équipements de la couche contrôle en gérant :

• L’échange des messages de signalisation transmise de part et d'autre avec les passerelles de

signalisation, et l’interprétation de cette signalisation.

• Le traitement des appels : dialogue avec les terminaux H.323, SIP voire MGCP,

communication avec les serveurs d’application pour la fourniture des services.

• Le choix du MG de sortie selon l'adresse du destinataire, le type d'appel et la charge du

réseau…

• La réservation des ressources dans le MG et le contrôle des connexions internes au MG

(commande des Media Gateways).

Dans l’architecture des réseaux NGN, le serveur d’appel, aussi appelé Softswitch ou Media

Gateway Controller (MGC) est le nœud central qui supporte l’intelligence de communication.

3.2.4 Architecture de QoS NGN

3.2.4.1 Architectures de QoS existantes

L’évolution de la QoS Internet initialement centrée sur les ressources est influencée par la vision

NGN de la QoS centrée, elle, sur les services, et a mené vers les mécanismes de QoS IP. La mise

en oeuvre de la QoS au niveau IP nécessite la combinaison de mécanismes élémentaires que l’on

peut regrouper en différents plans (Données/Contrôle/Administration).

Le plan de données comprend tous les mécanismes au niveau élément de réseau interagissant

avec les données « utilisateur ». Ses fonctionnalités sont : la classification, le conditionnement, le

marquage, l’ordonnancement, la gestion de file d’attente, le contrôle de congestion.

Le plan de contrôle comprend l’ensemble des mécanismes qui vont permettre de configurer les

ressources le long du parcours des données utilisateurs notamment lors de l’établissement de

sessions multimédias. Ses fonctionnalités sont : le routage basé sur des informations de QoS, le

contrôle d’admission basé sur l’état des ressources disponibles, le contrôle d’admission basé sur

une politique de contrôle (« Policy Control »), la signalisation de QoS (qui regroupe réservation de

ressource, allocation de ressource, découverte et négociation de services de QoS).

57

Enfin le plan d’administration contient l’ensemble des mécanismes concernant les aspects de

gestion et d’administration du trafic utilisateur. Il comprend ainsi la métrologie qui permet le

contrôle et la supervision de la QoS dans le réseau, la gestion de contrat, la mise en

correspondance des paramètres de QoS d’un service en paramètres réseau et la politique de QoS.

Trois types d’architecture vont être considérés afin de rendre compte de l’évolution des solutions

de QoS envisagées dans le monde IP :

• Architecture « orientée utilisateur » : qui s’appuie sur l’hypothèse de fournir une

architecture de QoS homogène de bout en bout. Cette hypothèse implique que l’ensemble

des routeurs d’Internet supporte les mêmes mécanismes de QoS qui sont configurés à

l’aide d’une signalisation de QoS unique, explicite et hors-bande. L’architecture qui est la

plus aboutie et la plus représentative de ce type de fonctionnement est l’architecture à

IntServ (Integrated Services). Ce modèle est principalement fondé sur une réservation de

ressources par flux dans le réseau à la demande de l’application.

• Architecture de QoS « orientée réseau » : elle se base sur le modèle DiffServ

(Differentiated Services), qui constitue la première architecture à prendre en compte

l’hétérogénéité d’Internet en terme d’autorité administrative et propose des mécanismes de

QoS adaptés à la vision « opérateur de réseau ». DiffServ permet de prendre en charge les

trafics selon différentes classes de service et de leur administrer les traitements et priorités

conséquents.

• Une architecture de QoS « orientée session » : SIP offre, par bien des aspects, une

alternative à une signalisation de QoS. Q-SIP constitue ainsi une des premières

architectures s’appuyant sur SIP pour déclencher le provisionnement dynamique de

ressources dans un domaine DiffServ. Cette allocation de ressources s’effectue sur la base

des médias négociés entre terminaux SIP utilisateurs et permet ainsi à la session d’être

traité prioritairement au sein du domaine DiffServ.

3.2.4.2 Architecture de QoS NGN

L’architecture de QoS des NGNs actuellement en cours de spécification dans l’ensemble des

organismes de normalisation, (figure 3-10 [15]) découle de l’évolution des mécanismes de QoS

exposés dans le paragraphe précédent.

58

Figure 3-10 : Architecture QoS NGN

Dans les NGNs, plusieurs modèles de réservation de QoS sont disponibles en fonction des

capacités du terminal utilisateur et des équipements supportés par les opérateurs de service et de

réseau : un modèle «orienté fournisseur de service» (le fournisseur de service prend en charge la

réservation de ressources auprès des opérateurs réseau), un modèle «orienté utilisateur»

(l’utilisateur, après l’autorisation préalable du fournisseur de service, réserve lui-même ses

ressources auprès de l’opérateur de réseau à travers un protocole de réservation de ressource de

bout en bout), un modèle «orienté opérateur réseau» (l’opérateur de réseau prend en charge la

propagation d’opérateur en opérateur de la signalisation des besoins applicatifs d’une session).

Le point commun de ces architectures est de décomposer le plan de Transport en deux couches de

gestion des ressources : l’une techno-indépendante gérée par le « SLS Negociator » (SN ou

Service Level Specification Negociator) afin de pouvoir offrir au client et au fournisseur de

services des interfaces génériques masquant l’hétérogénéité des réseaux et des politiques de QoS

sous-jacents, l’autre technodépendante gérée par le « Network Controller » (NC) qui permet une

59

gestion souveraine des ressources par l’opérateur de réseau optimisée pour le type de réseau

concerné.

Au niveau Service, la signalisation SIP assure la mise en place d’un service de communication. La

signalisation SIP permet ainsi d’enregistrer l’utilisateur, de l’authentifier et d’autoriser ou non

l’utilisation de services en fonction de son profil. Cette signalisation permet également de

coordonner la mise en place des ressources dans les réseaux de transport impliqués.

La couche de Contrôle est scindée en deux parties l’une appartenant aux opérateurs de réseau et

l’autre aux fournisseurs de services qui sont respectivement rattachées à la couche de Transport et

la couche de Service.

Le SCF (Service Control Function) constitue une couche intermédiaire permettant aux

fournisseurs de services de piloter la couche Transport via une interface de négociation de

«services supports » génériques offertes par les SNs.

En conclusion, il existe à tous les niveaux d’un réseau NGN des diversités d’implémentation

possibles. Plusieurs paramètres tels que l’évolution de la normalisation, les avantages attendus,

l’infrastructure existante, le contexte économique … influenceront les prises de décisions.

En tout état de cause, il ne fait plus de doute que les attentes du marché en matière de disponibilité

d’applications réseau multiservices ne cessent d’augmenter. Cette prise de conscience des

avantages attendus pourrait assurer une base de clientèle aux entreprises lors du basculement et

accélérer ainsi l’évolution vers les NGN.

60

4 CHAPITRE 4 : DIMENSIONNEMENT ET SUIVI DES PERFORMAN CES DU

RESEAU

L’ingénierie des services de télécommunications a pour objectif l’optimisation de la fourniture des

services aux usagers. Dans ce cadre, lors de la conception d’un réseau, il est nécessaire de

disposer d’outils de dimensionnement, afin de déterminer, en fonction des trafics attendus, ou

présumés, les moyens à mettre en œuvre. De plus, lorsque le réseau est opérationnel, on doit

pouvoir analyser à chaque instant sa performance.

4.1 Objectif de la simulation

Le travail fournit un outil d’aide à la conception d’un réseau de télécommunications. On veut

automatiser certaines tâches inhérentes au dimensionnement, qui d’habitude sont effectuées

manuellement et peuvent ainsi occasionner certaines erreurs. On se propose également d’offrir un

outil permettant de superviser le réseau, en analysant les données sur ses performances.

4.2 Outil de base de données MATLAB

On s’est servi du logiciel MATLAB version 7.1 pour réaliser ce travail.

Dans le cas du suivi des performances et du dimensionnement, il a fallu utiliser une base de

données contenant les informations à analyser, comme dans le cas réel. MATLAB dispose du

module Database Toolbox qui permet de manipuler des données à partir d’une base distante.

Dans le cadre de cette simulation, les données proviennent de MS ACCESS, qui est pris en charge

par MATLAB.

Le développement de l’interface graphique a été réalisé sous guide, qui est l’environnement de

développement d’interface graphique utilisateur de MATLAB.

4.3 Réalisation [18] [19] [20] [21]

4.3.1 Préparation

Avant toute manipulation, il faut paramétrer la source de données à laquelle MATLAB doit

accéder. On dispose pour la simulation, de deux bases de données :

• la base de données trafic : qui contient les mesures de performances effectuées.

• la base de données prix : qui renferme les données sur les prix des matériels.

61

λ**1

*1

kN

BEb

Erl ∆=

2*

1*

1***

1*

1

RTk

NC

bSub π

λ∆

=

)1,(

)1,(

!

!),(

0

−+

−===

∑=

cEc

cE

i

NcEBc

i

i

c

λλλ

λ

λ

λ

Pour que MATLAB puisse les prendre en compte, on doit ajouter de nouvelles sources de

données. Pour ce faire, on va dans le Panneau de configuration-> Outils d’administration ->

Sources de données (ODBC). Une fenêtre de dialogue s’ouvre alors. Dans l’onglet utilisateur, on

clique sur Ajouter et on choisit Microsoft Access Driver (*.mdb), puis on clique sur Terminer.

Après indication de l’emplacement de chaque base de données, la source de données

correspondant à trafic.mdb a été nommée TFCdb et celle associée à prix.mdb appelée : myDB.

4.3.2 Travail effectué

Le dimensionnement permet de calculer l’efficacité spectrale à partir des données sur le trafic

estimé, et sur les cellules et motifs.

Ainsi, pour :

• N cellules dans le motif,

• R comme rayon de cellule minimale,

• ∆b comme largeur du canal en MHz,

• k communications par porteuse,

• λ comme trafic moyen par porteuse,

• et T : le trafic moyen par abonné,

• le trafic par MHz par cellule (efficacité spectrale) se calcule par la formule 4.1.

• le nombre d’abonnés par MHz par cellule s’obtient par 4.2,

• et enfin la capacité en nombre d’abonnés par MHz et par km2 est donnée par 4.3.

(4.1)

(4.2)

(4.3)

(4.4)

A partir de la formule 4.4, qui donne le taux de blocage pour un trafic à écouler λ et c canaux, on

peut déterminer le nombre de TRXs nécessaires pour écouler le trafic.

Tk

NBE

bAb

1***

1*

1 λ∆

=

62

100*_____

_____'__

succèsavecallouéeTCHdeNombre

BSCcellulesTCHconnexiondeéchecdNombreTCHéchec =

100*__'___

______

TCHdenassignatiodtentativesdeNombre

BSCcellulessdisponibleTCHdeNombreTCHitédisponibil =

La base de données prix contient les prix des divers matériels. Pour être en mesure d’afficher les

prix, on doit s’y connecter. Pour ce faire on utilise la commande MATLAB database, qui permet

de choisir la base de données à laquelle on veut se connecter (Voir Annexe 3).

Le suivi des performances consiste à analyser les mesures préalablement effectuées sur les

performances de réseau. Dans notre cas, on s’intéresse plus particulièrement : au niveau de trafic

par site, la performance BSC, et la réception du mobile (qualité et niveau de réception).

La performance par BSC se décline en performances du TCH (disponibilité des canaux TCH et

échec d’attribution) et du SDCCH (disponibilité des canaux SDCCH et échec d’attribution). La

disponibilité du TCH est donnée par la formule 4.4, et l’échec d’allocation de TCH par 4.5.

(4.4)

(4.5)

4.3.3 Présentation de la simulation

Figure 4-01 : Page d’accueil de la simulation

63

La fenêtre d’accueil du programme est représentée sur la figure 4-01. On appuie sur un des trois

boutons à gauche pour continuer. Le bouton Dimensionnement d’un réseau permet d’accéder à

l’outil de dimensionnement, le bouton Prix des matériels permet de consulter des prix et

Performances du réseau affiche l’outil d’analyse et de suivi des performances du réseau.

4.3.3.1 Dimensionnement d’un réseau

Figure 4-02: Exemple de résultats de dimensionnement

Sur le panneau de gauche, on introduit les paramètres de calcul pour le dimensionnement. La

figure 4-02 donne un exemple de résultats de calcul. Pour retourner à la page d’accueil, on clique

sur le bouton Accueil. Le plus important exemple de dimensionnement est donné par le calcul du

nombre de TRXs nécessaires pour écouler le trafic d’une BTS.

4.3.3.2 Prix des matériels

La page d’accueil du prix de matériels permet de choisir la norme désirée. Pour connaître les prix

de matériels GSM par exemple, il suffit de cliquer sur le bouton GSM. On peut par la suite choisir

à partir d’une liste déroulante le matériel dont il faut afficher le prix et les caractéristiques. Un

exemple est donné sur la figure 4-03. Cette page permet ainsi de comparer, non seulement les prix,

mais également les caractéristiques de chaque matériel issu de différents constructeurs.

64

Figure 4-03: Exemple de prix et caractéristiques de BTS

4.3.3.3 Performances du réseau

Figure 4-04 : Trafic du 12/10/2007 et du 13/10/2007 sur la BTS1

65

Cette fenêtre se subdivise en 3 parties :

• La performance par site : qui donne le niveau de trafic par site aux dates choisies.

• La performance de BSC : qui trace les courbes associées aux canaux de trafic (TCH) et aux

canaux alloués au cours de l’établissement d’appel (SDCCH), gérés par un BSC donné.

• La performance de réception d’un mobile : qui indique le niveau de réception et la qualité

de réception.

La figure 4-04 présente le niveau de trafic, sur la BTS1, à la date du 12 Octobre 2007 et 13

Octobre 2007. On peut constater que la Cellule A prend en charge un niveau de trafic nettement

plus élevé que les 2 autres. En cas d’accroissement d’abonnés, on peut prévoir l’ajout d’un TRX

uniquement pour cette cellule.

Pour chaque rubrique, l’appui sur le bouton Aide donne l’accès aux informations sur les

manipulations à faire.

4.4 Conclusion

En résumé, cette simulation a permis en premier lieu, de calculer certaines caractéristiques utiles

lors du dimensionnement. En second lieu, elle offre un outil automatisant la comparaison de prix

et des caractéristiques de matériels. Et enfin, elle rend possible le suivi des performances d’un

réseau. Notons plus particulièrement que l’allocation de SDCCH intervient lors de l’établissement

de l’appel. Par conséquent, un taux d’échec d’allocation de ce canal, trop élevé (> 3%) aurait un

effet néfaste sur le taux de succès d’établissement d’appel.

66

CONCLUSION GENERALE

En bref, cette étude a été bénéfique, vu l’importance des techniques de mise en œuvre des services

de télécommunications.

Dans le premier chapitre, on a vu les différentes caractéristiques des trois principales interfaces

GSM, ainsi que le rôle des protocoles qui gèrent la signalisation entre elles. Le second chapitre a

explicité, par la suite, comment sont fournis les services, en détaillant les flux de messages

transitant entre les différentes interfaces pour chaque type de service, et leur gestion. Il a ensuite

été question de l’organisation et l’infrastructure exploitée dans les générations plus évoluées de

réseaux de télécommunications, et de constater qu’il est désormais possible de fournir des services

convergents voix/données et fixe/mobile dans le cadre du NGN. En ce qui concerne la simulation,

un outil permettant les calculs des paramètres de dimensionnement, de consulter les prix des

matériels, et d’analyser les performances du réseau a été réalisé. Pour le cas du dimensionnement

et du suivi des performances, l’outil concerne en particulier le GSM.

Ce mémoire a donc permis d’approfondir les connaissances en ingénierie des services. D’une part,

on a pu apprécier les mécanismes de fourniture de services en télécommunications et donc

d’envisager les moyens d’améliorer la qualité de service d’un réseau existant. D’autre part,

l’élaboration de la partie pratique a donné une occasion de se mettre en contact direct avec les

besoins réels des opérateurs en ce qui concerne la conception d’un réseau.

On vient de dresser un panorama de l’environnement des services de télécommunications.

Cependant, les technologies évoluent de plus en plus vite, et de nombreux systèmes exposés dans

cet ouvrage évolueront sans doute très vite dans les années à venir. Parmi les générations de

réseaux de mobiles et sans fil en gestation, on peut citer le VHE (Virtual Home Environment), fer

de lance des applications domotiques, dans le cadre du NGN. Plus généralement, l’objectif des

opérateurs est de réaliser l’intégration des différents services disponibles pour que l‘utilisateur soit

en mesure de choisir, à tout instant, la meilleure solution pour se connecter à l’extérieur et accéder

à des services diversifiés au moyen d’un terminal unique. Enfin, à long terme, le monde de la

télécommunication verra apparaître des services améliorés et de portée illimitée grâce aux

concepts de radiologiciel, d’antennes intelligentes et d’Internet ambiant, éliminant ainsi les

contraintes de proximité prévalant actuellement pour l’accès aux services.

67

ANNEXES

ANNEXE 1 : Généralités sur le GSM

L’origine du GSM remonte aux années 80. En 1987 : après avoir confié au Groupe Spécial

Mobiles la tâche de rédiger les spécifications d’un système pan européen de communication basée

sur la téléphonie mobile, cinq ans auparavant, l’Europe adopte un standard européen pour mettre

fin à la cacophonie qui règne en matière de réseau de radiotéléphone : le GSM est né.

La norme GSM et le concept cellulaire

Les objectifs du GSM reprennent et prolongent ceux des précédents systèmes de téléphonie

mobile, en particulier : une grande capacité de desserte d’abonnés, une utilisation efficace du

spectre, des services téléphoniques ordinaires et services spéciaux.

Pour atteindre ces objectifs les options techniques majeures de cette norme sont donc les

suivantes :

• La bande de 890 à 915 MHz pour l’émission de la station mobile,

• La bande de 935 à 960 MHz pour l’émission des stations de base,

• Transmission numérique et multiplexage temporel des canaux radio,

• Cryptage des informations sur le canal radio,

• Une nouvelle loi pour le codage de la parole à débit réduit par rapport aux lois en usage

dans les télécommunications.

Afin d’accroître de façon significative la capacité du réseau, le GSM utilise le concept cellulaire.

Le concept de base d’un réseau cellulaire est, d’une part, la division du territoire en un ensemble

d’espaces appelés cellules, et d’autre part, le partage des canaux radio entre les cellules.

Une cellule est la surface sur laquelle un poste d’abonné peut théoriquement, établir une liaison

avec une station de base déterminée. Chaque cellule se verrait alors desservie par un relais

radioélectrique (qui est la BTS), de faible puissance, émettant à des fréquences différentes de

celles utilisées sur les cellules voisines.

Gestion des ressources radio

Le multiplexage fréquentiel (FDM)

Le multiplexage fréquentiel (figure A1-01 [3]) consiste à moduler les signaux de communication

sur des porteuses différentes, assignées à chaque communication.

68

Figure A1-01 : Multiplexage fréquentiel

• Saut de fréquence (frequency hopping) : la fréquence porteuse utilisée pour transmettre

une salve de données fluctue au cours du temps afin de protéger les canaux d'une source

radio parasite. Ainsi, si à un moment déterminé, une bande de fréquences est sujette à

fortes perturbations, seule une petite quantité de données sera perturbée. La norme GSM

utilise cette technique. La configuration des sauts se fait au moyen de différents

paramètres.

• Le GSM utlise la transmission discontinue qui consiste à n’envoyer de signal que lorsqu’il

y a de l’information (ou communication vocale à transmettre). Ceci a pour avantage de

réduire le niveau d’interférence et pour inconvénient de dégrader la communication et

d’augmenter la complexité du codec.

Le multiplexage temporel

Pour le GSM, chaque porteuse est divisée en intervalles de temps (IT) appelés slots. La durée d’un

slot a été fixée à Tslot 0.5769 ms. Un slot accueille un élément de signal radioélectrique appelé

burst.

A chaque time slot, on associe un nombre connu par la station de base (BS) et le mobile (MS). Le

numérotage des slots est cyclique de durée 3,5 heures. L’accès TDMA (Time Division Multiple

Access) permet de partager entre différents utilisateurs une bande de fréquence donnée et, sur une

même porteuse, les slots sont regroupés par paquet de 8 durant 4,6152 ms.

Un canal physique est donc défini par :

• Un numéro de Time Slot TS (dans une trame TDMA).

• Une fréquence (ou une loi de saut de fréquence si le saut de fréquence lent est implanté).

69

ANNEXE 2 : Multiplexage des canaux logiques sur les canaux physiques

Les canaux physiques permettent de transporter différents types de canaux logiques de débit varié

grâce à la notion de multitrames, permettant d’obtenir des périodes d’apparition spécifiques pour

chaque type d’information.

Principe

Il y a plusieurs combinaisons possibles d’affectation de canaux logiques sur un même canal

physique, (figure A2-01 [9]) qui font appel à différentes structures de multitrames :

(2) TCH/FS + SACCH associé

(3) 2 TCH/HS + 2 SACCH associé

(4) BCCH + CCCH

(5) 8 SDCCH (1 SDCCH a un débit d’environ 0.8 kbit/s)

(6) 4 SDCCH + BCCH + CCCH

Figure A2-01 : Structures de multiples de trames

Multitrame à 26

• Les combinaisons (1) et (2) sont réalisées au moyen d’une multitrame à 26 (qui

dure120ms). Dans cette multitrame, le même TS est utilisé par le TCH/FS pendant 24

trames, par le SACCH pendant une trame et non utilisé pendant une trame.

• Le débit utile d’un TCH est donc de 24*114 bits/120ms = 22,8 kbits/s et celui d’un

SACCH est de 114 bits/120 ms = 950 bits/s (On retrouve alors 24.7 kbits/s).

70

Figure A2-02 : Structure d’une multitrame à 26

Multitrame à 51

• Les combinaisons (3) et (5) sont réalisées au moyen d’une multitrame à 51 trames d’une

durée de 235 ms. La combinaison (3) est réalisée sur le TS 0 d’une porteuse qui est appelée

la porteuse BCCH (ou la voie balise). La structure n’est pas symétrique dans les 2 sens. Le

sens MS→BS étant affecté au RACH, les mobiles peuvent utiliser chacun des TS 0 pour

accéder au réseau. Le sens BS→MS est structuré en 5 ensembles de 10 trames qui

commencent chacune par le FCCH suivi par le SCH ; les 8 trames restantes sont partagées

entre les BCCH (4 trames) et les AGCH ou PCH (9*4=36 trames). Les 36 trames sont

également réparties logiquement en 9 blocs de recherche de 4 trames (paging block) et

chaque MS est affecté à un bloc.

• Le débit utile des canaux logiques BCCH, AGCH/PCH est = 4*114 bits/235 ms = 1.94

kbits/s

Les structures de multitrames ne sont pas figées, mais chaque structure est adaptée aux

conditions de trafic dans la cellule.

71

ANNEXE 3 : Extraits de code matlab

Fonction appelée lors de l’appui sur le bouton : niveau et qualité de réception

(Performances)

function Rx_Callback(hObject, eventdata, handles)

global a1 a2

%% extraction de données à partir de la base TFCdb,

%Connexion à la base TFCdb

conn = database ( 'TFCdb', '','' );

% Extraction des données du niveau de réception

sqlquery1 = [ 'select * from Rxlev' ];

curs1 = exec (conn, sqlquery1);

setdbprefs ( 'DataReturnFormat' , 'numeric' );

curs1 = fetch(curs1);

Rxl = curs1.Data;

% Extraction des données de la qualité de réception

sqlquery1 = [ 'select * from RxQual' ];

curs1 = exec (conn, sqlquery1);

setdbprefs ( 'DataReturnFormat' , 'numeric' );

curs1 = fetch(curs1);

Rxq = curs1.Data;

%% Tracé de l’histogramme correspondant au niveau de réception sur l’axe a1

axes (a1)

set (a1,...

'XTick', [1 2 3 4 5],...

'XTickLabel',{ 'BTS1','BTS2','BTS3','BTS4','BTS5'});

title ( a1, 'Niveau de réception' );

ylabel ( a1, '- Rxlevel (en dBm)' );

hold ( a1, 'all' );

bar1 = bar(-Rxl,...

72

'Parent', a1,...

'DisplayName', 'Rxl (:,1) ',...

'BarLayout' , 'stacked');

%% Tracé de l’histogramme correspondant à la qualité de réception sur l’axe a2

axes (a2)

set (a2,...

'XTick', [1 2 3 4 5],...

'XTickLabel',{ 'BTS1','BTS2','BTS3','BTS4','BTS5'});

title ( a2, 'Qualité de réception' );

ylabel ( a2, 'RxQual' );

hold ( a2, 'all' );

bar1 = bar (Rxq,...

'Parent', a2,...

'DisplayName', 'Rxq (:,1) ',...

'BarLayout' , 'stacked');

Fonction calculant le nombre de canaux de communication nécessaires:

function n=trx (a, p)

b=1;

n=0;

while b > p, % Tant que la probabilité de blocage est supérieure à celle

n = n+1; % désirée, on augmente le nombre de canaux

b=blocage (a, n, e1);

end

n=ceil (n / 7); % Le nombre de TRXs est obtenu en divisant le nombre de

% canaux par 7, car un TRX dispose de 8 canaux (TS) dont

% un réservé à la signalisation (en règle générale)

function proba = blocage (a, n, en1)

proba = en1 / ( (n / a) + en1 );

73

BIBLIOGRAPHIE

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[2] « CAMEL: Intelligent Networks for the GSM, GPRS and UMTS Network» sur

http://www.urec.srnc.com/gsmnetwork/intelligentnet/camel.pdf

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[9] « Principes de base du fonctionnement du réseau GSM» sur http://www.ulg.ac.be/telecom

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[12] « Etude des spécifications de protocoles de signalisation relatifs à la téléphonie sur

Internet » sur http://www.code.ulg.ac.be/dbfiles/Can2001masterthesis.pdf

74

[13] A. Brassac, M. Darrieulat, E. Hadjistratis et D. Rousse, « Les réseaux sans fil », Travaux

d'Etudes et de Recherches, MIAGe. Université Paul Sabatier, A. U. 2001-2002

[14] « Architecture de réseau (UMTS) » sur

http://perso.wanadoo.fr/lucbassin/réseaux/umts/architecture.pdf

[15] « Architecture à qualité de service pour systèmes satellites DVB-S dans un contexte

NGN » sur http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000231/01/alphand.pdf

[16] « Etude technique, économique et règlementaire de l’évolution vers les réseaux de

nouvelle génération » sur http://www.art-telecom.fr/publications/ngnsept02.pdf

[17] « Huawei Technologies » sur http://support.huawei.com/support

[18] Magazines et catalogues de produits Huawei, Huawei Technologies Co. Ltd, 2004

[19] « Equipements Alcatel – Lucent » sur http://www.alcatel-lucent.com/wps/portal/Products

[20] « Sagem Communications » sur http://www.sagem-communication.com

[21] « Matlab Central » sur http://www.mathworks.com

75

RENSEIGNEMENTS

Nom : RANDRIAMANANJARA

Prénoms : Miarisoa Hanitry Ny Haja

Adresse : Lot XVY 66 Bis Manjaka Alakamisy-Fenoarivo Antananarivo 102

Titre du mémoire : INGENIERIE DES SERVICES DE TELECOMMUNICATIONS

Nombre de pages : 76

Nombre de tableaux : 9

Nombre de figures : 35

Mots-clés : services de télécommunications, GSM/GPRS, UMTS, NGN, interfaces et protocoles

des réseaux cellulaires, architecture de services, dimensionnement

Directeur de mémoire : Mr RANDRIAMITANTSOA Paul Auguste

76

RESUME

En bref, l’ingénierie des services de télécommunications consiste en des techniques permettant de

fournir au mieux les services aux usagers. Pour ce faire, des supports seront mis en œuvre tels que

les interfaces et les protocoles. Dans le cas du GSM, les trois principales interfaces mises en jeu

lors de la fourniture de services sont l’interface Um, Abis et A. Pour chaque service, des flux de

messages des divers protocoles transitent par ces interfaces. Un accent est mis sur les services de

base, comme l’appel et les messageries. Ces services impliquent, par ailleurs d’autres procédures

indispensables à leur bon déroulement telles que la mise à jour de localisation et l’authentification.

Dans le cas du service de données GPRS, une architecture à part entière de données est sollicitée

et certaines procédures utilisées en GSM sont exploitées et améliorées. Comme les réseaux de

télécommunications évoluent, l’UMTS, grâce à une architecture plus sophistiquée dont deux piles

de protocoles gérées par le mobile, permet d’améliorer les services en offrant, entre autre, un débit

plus convivial. Et enfin, le NGN, en définissant une architecture en couches séparant la

transmission de la commutation autorise la convergence des services.

ABSTRACT

Briefly, telecommunications services engineering consist on how to provide these services by the

best way. To do so, some bearers are involved, like interfaces and protocols. In the GSM case,

three main interfaces are operating while providing the services: Um, Abis and A Interfaces. Basic

services, such as calling and SMS are emphasized on. Besides, these services imply other

procedures essential to their development, like location updating and authentication. The GPRS

packet service is using a separate facility and some of the GSM procedures are exploited and

improved. Since telecommunications networks evoluate, UMTS, due to a more sophisticated

facility, among which 2 protocol stacks managed by mobile phone, afford service improvement,

like providing a more interesting throughput. And finally, NGN, by defining layers facility that

distinguish transmission and switching allow the convergence of services.

INGENIERIE DES SERVICES DE TELECOMMUNICATION

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