Session 5.Introduction-reseaux Mobiles

5/24/2018 Session 5.Introduction-reseaux Mobiles

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Rseaux mobiles


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Environnement radio-mobile

Concept cellulaire

Architecture des rseaux mobiles

Services

Interconnexion

Plan


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Concept cellulaire


Services


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Phnomnes

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Proprits du canal Radio-Mobile

3 types de variation du canal radio-mobile :

Grande chelle : Fonction de la distancemetteur-rcepteur. Pathloss ou affaiblissementde parcours.

Moyenne chelle : Shadowing ou effet demasque. Echelle de la taille des obstacles(quelques dizaines de mtres en milieu urbain etquelques mtres en indoor).

Petite chelle : Fading rapide ou vanouissement.Lis aux trajets multiples. Echelle de l'ordre de lademi-longueur d'onde.

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Dgradations de londe

Attnuation due la distance parcourue

(pathloss),

Effets de masques (shadowing effects),

Evanouissements (fadings) par propagation

multitrajet.

Brouillages causs par d'autres missions :- Interfrences (co-canal ou canal adjacent),

- Bruit ambiant.

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Caractristiques de la propagation

Les caractristiques de propagation dpendent :

Morphologie du terrain,

Densit de vgtation,

Hauteur, combinaison, nature et densit des

btiments,

Conditions mto, Etc.

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Multitrajets

Origine : Rflexions multiples sur les obstacles

rencontrs par l'onde.

Deux effets :

- Positif

- Ngatif

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Effets positifs du multitrajet

Communications russies mme en prsence

de masque : contournement des obstacles.

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Effets ngatifs du multitrajet

Mutlipath spread = (longer path-shorter path)/c ;

o c dsigne la vitesse de la lumire.

Dpendance: Direction, rflectivit et distance

entre les objets.

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Interfrences

Co-canal

Canal adjacant.

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Interfrence co-canal

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Interface radio-mobile

Caractristiques :

-Complexit,

-Diffusion.

Environnement de transmission :

-Changeant,

-Emetteurs/Rcepteurs mobiles,

-Multitrajets,

-Limitation du spectre.

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Modles de prdiction de la

propagation

Diffrents types de modles

Petite chelle : Rayleigh, Rice, Nakagami, ...

Grande chelle : Okumura-Hata, Walfish-Ikegami, ...

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Concept cellulaire


Services


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Architecture cellulaire

Rutilisation des frquences:

Plus de capacit.

Plus de couverture.

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Spcificit des systmes cellulaires

Gestion de la mobilit des abonns.

Gestion de linterface radio.

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Concept cellulaire

Problme de base = Comment desservir une rgion de tailleimportante (pays, continent)

- Avec une bande de frquences limite,

- Avec une densit de trafic importante, qui varie dans le temps et

dans lespace et pouvant augmenter,- Offrir des services tlphoniques et autres des usagers

fixes et mobiles ?

Concept cellulaire avec rutilisation des frquences.

Mcanisme de rutilisation des frquences :

Repose sur la proprit dattnuation des signaux avec la distance. Cellules utilisant la mme frquence.

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Rutilisation des frquences Principe: Repose sur lutilisation des mmes

frquences porteuses pour couvrir des zonesdiffrentes spares par des distances suffisantespour que linterfrence co-canal ne soit pasimportante.

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Notion de motif

Rutiliser F1,F2,F3 siC/I > seuil (e.g. 7 dB)

C=signal utile

I: signal dinterfrence( Co-Channel interference)

Concept cellulaire : Spectre defrquences disponible limit paroprateur et systme =>rutiliser les mmes frquences une distance suffisante pourviter les interfrences.

D: Distance inter motif.

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Cellule

Surface gographique dont les limites sont fixespar :

Puissance transmise et la sensibilit desrcepteurs,

Rapport C/I fix par le systme,

Capacit grer le maximum de communicationspossibles sur la surface alloue avec la QoSdemande,

Intgration de la cellule dans lenvironnement(CEM, supports matriels, )

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Structure interne dune cellule

1. Zone de service : partie o tout mobile ne peut treconnect qu cette cellule,

2. Zone interne de la zone de service : couverture des mobilesproches de la station, frquences utilises moins protges,

3. Zones de transfert (pour le HO).

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Contraintes sur la taille des cellules

Contraintes diffrentes selon lenvironnement :

Milieu rural :

- Grandes cellules (3 30 km),

- Facteurs dimensionnant : puissance,sensibilit,

Milieu urbain :

- Taille rduite (300 m 3 km),

- Facteur limitant : rapport C/I.

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Architecture cellulaire

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Couverture indoor et outdoor

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Conclusions

Environnement radio-mobile : complexe et en

fluctuation constante,.

Environnement cellulaire : contraintes de

rutilisation (QoS et capacit).

Planification, optimisation et exploitation

complexes.

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Concept cellulaire


Services


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Architecture des rseaux Mobiles

GSM

GPRS

UMTS

NGN

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Historique

1G - NMT (Nordic Mobile Telephone) Mise en service en 1981

Base sur une technologie de tlphonie analogique sans-fil. Sa

technologie de modulation radio est similaire celle utilise par les

stations radio FM.

AVANTAGES INCONVENIENTS

1er radiotlphones analogiques sans fils Taille imposante des quipements

Pas de confidentialit de communications

Rseaux saturs

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2G - GSM (Global system of mobile communication)

Dveloppe partir de 1990; Reprsente la premire technologie de tlphonie numrique sans fil ;

Son dbit moyen est similaire celui du FAX, c'est--dire 9,6 kbits/sec.


Meilleure qualit dcoute Dbit: envoi de donns lentes

Taille rduite

Confidentialit des communications

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2.5G GPRS (General Packet Radio Service)

Dbit thorique est de lordre de 171, 2 kbit/s, et le dbit rel est delordre de 30 kbit/s.

Lobjectif principal de cette volution est daccder aux rseaux IP.


Dbit Pas daccs satisfaisant internet

Accs WAP (Internet allg) Rseau GSM dj saturs

Facturation la donne Aucune application dcisive pour le

grand public

Connexion permanente possible

Support de plusieurs niveaux de qualit de

service

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2.75G EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution ) dvelopp au cours de lanne 2005;

dbits rels de lordre de 177 kbits/s ;

introduit une nouvelle modulation : 8-Phase Shift Keying (8-PSK) .


Solution alternative moins onreuse que la 3G Obligation de changer de terminal

Dbit plus lev que le GPRS

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3G UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) dvelopp en 2004 sous sa premire version Release 99 (R99) ;

fonctionne sur la bande de frquences 1900-2000 MHz et permet un dbitrel de lordre de 384 kbits/s (8 fois plus rapide que le GPRS).


Accs internet haut-dbit depuis unquipement mobile ou un ordinateur

cot

Visiophonie Changement des quipements usagers

Tlvision

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Rsum

GPRS

200 KHz carrier

115 Kbps peak data rates

EDGE

200 KHz carrier

Data rates up to 384

Kbps

8-PSK modulation

Higher symbol rate

UMTS

5 MHz carrier

2 Mbps peak data

rates

New IMT-2000 2 GHz

spectrum

GSM

200 KHz carrier

8 full-rate time slots

16 half-rate time

slots

GSM GPRS EDGE UMTS

3G2.5G2G

HSCSD

HSCSD

Circuit-switched data

64 Kbps peak data

rates

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GSM

GPRS

UMTS

NGN

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Architecture du rseau GSM

BSC

BSC

MSC

MS

MS

MS BTS

BTS

BTS

GMSC

RTC

RNIS2/3G

EIR

AUC

HLR

VLR

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Architecture GSM

Mobile Station (MS)

Mobile Equipment (ME)

Subscriber Identity Module (SIM)

Base Station Subsystem (BSS)

Base Transceiver Station (BTS)

Base Station Controller (BSC)

Network Switching Subsystem(NSS)

Mobile Switching Center (MSC)

Home Location Register (HLR)Visitor Location Register (VLR)

Authentication Center (AUC)

Equipment Identity Register (EIR)

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Mobile Station (MS)

La Mobile Station (MS)est compose du :

- Mobile Equipment(le terminal GSM) et du

- Subscriber Identity Module (SIM).

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Mobile Equipment

Le Mobile Equipmentest identifi (exclusivement)

l'intrieur de n'importe quel rseau GSM par

l'International Mobile Equipment Identity (IMEI).

Les terminaux GSM sont diviss en cinq classes en

fonction de leur puissance maximale de transmission

sur le canal radio, qui varie entre un maximum de 20

Watt et un minimum de 0.8 watt.

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Carte SIM

La carte SIM contient l'International Mobile Subscriber Identity(IMSI), qui

sert identifier l'abonn dans

n'importe lequel des systmes GSM, et les procdures

de cryptographie qui sauvegardent le secret de l'information de

l'utilisateur ainsi que d'autres donnes telles que, par exemple, la

mmoire alphanumrique du tlphone et la mmoire relative auxmessages de texte (SMS).

L'IMSI prsente la structure suivante: MCC / MNC / MSIN

o:

MCC = Mobile Country Code (2 ou 3 chiffres, pour la France 33)

MNC = Mobile Network Code (2 chiffres, en France 06)

MSIN = Mobile Station Identification Number(maximum 10 chiffres)

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Le sous-systme radio BSS

(Base Station Sub-system)

Sa fonction principale est la gestion de l'attribution des ressources radio

indpendamment des abonns, de leur identit ou de leur communication.

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La station de base BTS

(Base Transceiver Station)

La Base Transceiver Station contient tous les metteurs-rcepteurs

appels TRX relis la cellule et dont la fonction est de transmettre

et recevoir des informations sur le canal radio en proposant une

interface physique entre la Mobile Station et le BSC.

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Fonctions de la BTS (1/2)

Mesures des interfrences sur les canaux non allous des communications (idle

channels).

Mesures sur la liaison montante (uplink), servant l'algorithme de dcision du

handover.

Calcul du Timing Advance (avance de temps) pour la synchronisation temporelle,

selon la distance qui spare la BTS du mobile.

Dtection des demandes d'accs des mobiles reus sur le canal de contrlecommun (RACH).

Dtection des messages de handover access (HO ACCESS).

La capacit de grer les canaux Full Rate et Half Rate.

La gestion de la Diversit dAntennes, autrement dit l'utilisation de deux antennes

de rception afin d'amliorer la qualit de signal reu; les deux antennesreoivent le mme signal, indpendamment l'une de l'autre et sont atteintes

diffremment par le fading: la probabilit qu'elles soient atteintes en mme temps

par unfading important est presque nulle.

La supervision du Rapport des Ondes Statiques (ROS) en antenne.

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F ti d l BTS


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Fonctions de la BTS (2/2)

Le Frequency Hopping (FH): la variation de frquence utilise dans un canal radio

des intervalles rguliers afin damliorer la QoS travers la diversit dans la

frquence. Discontinuous Transmission (DTX) soit dans le uplink que dans le downlink.

Le Contrle Dynamique de la Puissance (DPC) de la MS et des BTS: le BSC

dtermine la puissance optimale avec laquelle la MS et le BTS effectuent la

transmission sur le canal radio.

La gestion des algorithmes de chiffrage: l'information de l'utilisateur estcryptographie afin de garantir l'abonn une certaine rserve sur le canal du

trafic et sur celui de codage. Le processus de cryptographie des donnes

doit tre mis en oeuvre par le BTS sur les informations transmises sur

le canal radio; l'algorithme de cryptographie qui doit tre utilis est

transmis au BTS par le BSC sur la base des indications reues par le

MSC et la clef cryptographique est unique pour chaque utilisateur. Le standard

GSM Phase II supporte 8 algorithmes de chiffrage.

Le monitorage de la connexion radio se fait en relevant les signaux

radiofrquences, ces relevs sont ensuite envoys au BSC pour l'laboration afin

d'assurer un haut niveau de qualit la communication radio.

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BSC

Le contrleur de station gre les ressources radio pour une ou plusieurs BTS,

travers le monitorage de la connexion entre la BTS et les MSC (il s'agit de

centrales de commutation qui offrent la liaison au rseau fixe ou d'autres

rseaux), et aussi travers les canaux radio, le codage, le frequency hopping

et les handovers.

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Fonctions du BSC

La gestion et la configuration du canal radio : il doit choisir pour chaque

appel la cellule la mieux adapte et doit slectionner l'intrieur de celle-

ci le canal radio le plus adapt la mise en route de la communication.

La gestion de handover intra BSC : il dcide, sur la base des relevs reuspar la BTS, le moment pour effectuer le handover, autrement dit, le

changement de cellule lors des dplacements de l'utilisateur pendant

une conversation, l'intrieur de la surface de couverture de sa

comptence.

Les fonctions de dcodage des canaux radio Full Rate (16 kbps) ou Half

Rate (8 kbps) pour des canaux 64 kbps.

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Le sous-systme rseau NSS

(Network Station Sub-system)

Il assure principalement les fonctions de commutation et de routage. C'est

donc lui qui permet l'accs au rseau public RTCP ou RNIS. En plus des

fonctions indispensables de commutation, on y retrouve les fonctions de

gestion de la mobilit, de la scurit et de la confidentialit qui sont

implantes dans la norme GSM.

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Le MSC (Mobile Services Switching Center)

Le MSC est l'lment central du NSS. Il gre grce aux informations reues

par le HLR et le VLR, la mise en route et la gestion du codage de tous les

appels directs et en provenance de diffrents types de rseau tels que

PSTN, ISDN, PLMN. Il dveloppe aussi la fonctionnalit du gateway face

aux autres composants du systme et de la gestion des processus de

handover, et il assure la commutation des appels en cours entre des BSC

diffrents ou vers un autre MSC.

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Fonctions du MSC

(Mobile Services Switching Center)

L'authentification de l'auteur de l'appel: l'identification de la MS l'originede l'appel est ncessaire pour dterminer si l'utilisateur est en droit de

bnficier du service.

La discrtion quant l'identit de l'utilisateur, pour pouvoir garantir la

rserve sur son identit sur le canal radio, mme si toutes les informations

sont cryptographies, le systme se garde toujours de transmettre l'IMSIattribu lors de la signature du contrat par l'usager; par contre l'on

attribue le Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI), au moment de

l'appel car il ne prsente qu'une utilit temporaire : le MSC a aussi pour

mission de mettre en relation le TMSI et le IMSI et lorsque le mobile

se dplace sur l'aire de location contrle par un autre MSC, il doit luiattribuer un nouveau TMSI.

Le processus de handover: Un utilisateur peut, sur le rseau GSM,

continuer d'utiliser le service mme quand, pendant une conversation,

il franchit les limites de la cellule dans laquelle il se trouve.

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Le HLR (Home Location Register)

Lorsqu'un utilisateur souscrit un nouvel abonnement au rseau GSM,

toutes les informations qui concernent son identification (abonns) sont

mmorises sur le HLR. Il a pour mission de communiquer au VLR

quelques donnes relatives aux abonns, partir du moment o ces

derniers se dplacent d'une location area une autre. A l'intrieur du HLR

les abonns sont identifis comme suit :

MSISDN = CC / NDC / SN

o :

- CC = Country Code, indicatif international (le CC franais est 33)- NDC = National Destination Code, indicatif national de l'abonn sans le

zro

- SN = Subscriber Number, numro qui identifie l'utilisateur mobile

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Fonctions du HLR (Home Location Register)

La scurit : dialogue avec l'AUC et le VLR.

L'enregistrement de la position : dialogue avec le VLR et MSC.

La gestion des donnes relatives l'abonn : dialogue avec l'OMC et le VLR.

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Le VLR (Visitor Location Register) 1/2

Le Visitor Location Register (VLR) est une base de donnes qui mmorise

de faon temporaire les donnes concernant tous les abonns qui

appartiennent la surface gographique qu'elle contrle. Ces donnes sont

rclames l'HLR auquel l'abonn appartient. Gnralement pour simplifierles donnes rclames et ainsi la structure du systme, les constructeurs

installent le VLR et le MSC cte cte, de telle sorte que la surface

gographique contrle par le MSC et celle contrle par le VLR

correspondent.

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Le VLR (Visitor Location Register) 2/2

Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI), il est employ comme

garant de la scurit du IMSI, et il est attribu chaque changement de

LA.

La condition de la MS (en veille, occupe, teinte)

L'tat des services complmentaires comme Call Waiting, Call Divert, Call

Barring, etc.

Les types de services auxquels l'abonn a souscrit et auxquels il a droit

d'accs (voix, service de donnes, SMS, d'autres services auxiliaires).

La Location Area Identity (LAI) qui comprend la MS faisant partie du

groupe contrl par le MSC/VLR.

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L'AuC (Authentication Center) 1/2

Le Centre d'authentification est une fonction du systme qui a pour but

de vrifier si le service est demand par un abonn autoris, et ceci en

fournissant soit les codes pour l'authentification que pour le chiffrage.

Le mcanisme d' authentification vrifie la lgitimit de la SIM sanstransmettre, pour autant, sur le canal radio les informations personnelles

de l'abonn, telles le IMSI et la clef de chiffrage dans le but de vrifier si

l'abonn qui essaye d'accder au service est autoris et n'est pas abusif;

le chiffrage par contre gnre quelques codes secrets qui serviront pour

cryptographier tous les changes qui ont lieu sur le canal radio.

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L'AuC (Authentication Center) 2/2

L'authentification se fait de faon systmatique chaque fois que la MS se

connecte au rseau et plus prcisment dans les cas suivants :

Chaque fois que la MS reoit ou met un appel.

A chaque mise jour de la position de la MS (location updating).

A chaque demande de mise en activit, de cessation d'activit ou de

l'utilisation des services supplmentaires.

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Le sous-systme oprationnel OSS


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Le sous systme oprationnel OSS

(Operating Sub-System)

Il assure la gestion et la supervision du rseau. C'est la fonction dont

l'implmentation est laisse avec le plus de libert dans la norme GSM. La

supervision du rseau intervient de nombreux niveaux :

- Dtection de pannes.

- Mise en service de sites.

- Modification de paramtrage.

- Ralisation de statistiques.

Dans les OMC (Operation and Maintenance Center), on distingue l'OMC/R

(Radio) qui est reli toutes les entits du BSS, travers les BSC, l'OMC/S(System) qui est reli au sous systme NSS travers les MSC. Enfin

l'OMC/M (Maintenance) contrle l'OMC/R et l'OMC/S.

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Les interfaces

Linterface Um

Cest linterface entre les deux sous systmes MS et la BTS. On la nommecouramment "interface radio" ou "interface air".

Linterface AbisCest linterface entre les deux composants du sous systme BSS : laBTS (Base Station Transceiver) et le BSC (Base Station Controler).

Linterface A

Cest linterface entre les deux sous systmes BSS (Base Station SubSystem) et le NSS (Network Sub System).

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GSM

GPRS

UMTS

NGN

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Motivation

le transport des donnes sur le rseau GSMn'autorise qu'au mieux des dbits de 9,6 kbit/s.

C'est pourquoi la technologie GPRS (General PacketRadio Service) a t dfinie, permettant de

contourner le problme de monopolisation de canal,

et par la mme de rsoudre le problme de la

facturation la dure, ainsi que de permettre desdbits rsolument plus importants.

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GPRS

Des dbits levs : Les dbits proposs par GPRS sont suprieurs au dbit de 9,6kbit/s offert par GSM pour le transfert de donnes: Ceci est possible en

configurant l'quipement mobile afin d'utiliser plusieurs ITs (Intervalles de temps)

dans les sens montants et descendants. En pratique, un quipement GPRS peut

gnralement utiliser 4 ITs dans le sens descendant et 2 ITs dans le sens montant.

Les dbits obtenus sont alors de 50 kbit/s et 20 kbits/s respectivement.

Une facturation au volume ou au contenu : Le GPRS permet de facturer lesservices en fonction du volume (nombre de paquets changs) ou en fonction du

contenu (e.g., par image envoye), la diffrence de la politique de facturation

la dure pour le transfert de donnes en mode circuit. Cela permet de disposer

d'une session de donnes permanente sans que l'usager ait payer pour les

priodes d'inactivit et sans allocation de ressource de manire statique.

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GPRS Vs GSM

GPRS Vs GSM1. Support des deux commutation de circuit uniquement.

commutations de circuitet de paquet.

2. MS utilises des Automatic Pas de re-transmission sur les MS

retransmission (ARQ) pourretransmettre les trames erronnes.

3. Multiple time slots peuvent Single time slot par usager tre affects un usager.

4. Un time slot peut tre allou Single time slot par usager plusieurs usagers.

5. Facturation complexe Facturation simple base sur la dure(base sur le volume, la Q.o.S. )

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Architecture GPRS

BTS


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Architecture GPRS

Border

Gateway (BG)

GGSN

Charging

Gateway (CG) InternetBackbone

network

(IP based)

Intranet

Fire Wall

(FW)

SGSN

Inter-PLMN

networkDomain Name Server

(DNS)

HLR/AuC

EIR/SMSC

PSTNNetworkMSC/VLR

IubBTS

BTS

BSC

BSC

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Impact du GPRS sur GSM

Entits GSM/GPRS Logiciel Matriel

BTS Extension requise Aucun changement

BSC Extension requise Interface PCU

MSC/VLR Extension requise Aucun changement

HLR Extension requise Aucun changement

Nouvelles entits

MS Mobile Station

SGSN Serving GPRS Support Node

GGSN Gateway GPRS Support NodeCGF Charging Gateway Function

OMC-G Operations and Maintenance Centre

GPRS

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SGSN

Lentit SGSN (Service GPRS Support Node) se charge dans son aire de service des

transmissions de donnes entre les stations mobiles et le rseau mobile.

Le SGSN est connect plusieurs BSC et prsent dans le site dun MSC.

Le SGSN :

Authentifie les stations mobiles GPRS

Prend en charge lenregistrement des stations mobiles au rseau GPRS. Prend en charge la gestion de la mobilit des stations mobiles. En effet, une station

mobile doit mettre jour sa localisation chaque changement de zone de routage.

Etablit, maintient et libre les contextes PDP, qui correspondent des sessions de

donnes permettant la station mobile d'mettre et de recevoir des donnes.

Relaie les paquets de donnes de la station mobile au rseau externe ou du rseau

La station mobile

Collecte les donnes de taxation de linterface air

Sinterface dautres noeuds (HLR, MSC, BSC, SMSC, GGSN, Charging Gateway).

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GGSN

Lentit GGSN (Gateway GPRS Support Node) joue le rle dinterface des rseaux de donnes

Externes (e.g., X.25, IP). Elle dcapsule des paquets GPRS provenant du SGSN les paquets dedonnes mis par le mobile et les envoie au rseau externe correspondant. Egalement, le GGSN

permet dacheminer les paquets provenant des rseaux de donnes externes vers le SGSN du

mobile destinataire. Le GGSN est gnralement prsent dans le site dun MSC. Il existe un GGSN

ou un nombre faible de GGSN par oprateur

Le GGSN :

Joue le rle dinterface aux rseaux externes de type IP ou X.25 mme si en pratique

seule l'interface vers des rseaux IP est mise en oeuvre.

Ressemble un routeur. Dailleurs dans de nombreuses implantations, il sagit dun

routeur IP avec des fonctionnalits supplmentaires.

Relaie les paquets aux stations mobiles travers un SGSN; Il faut noter que les paquets

ne sont pas dlivrs la station mobile si cette dernire na pas activ un contexte PDP. Route les paquets mis par la station mobile la destination approprie.

Filtre le trafic usager.

Collecte les donnes de taxation associes lusage des ressources entre SGSN et GGSN.

Sinterface dautres noeuds (SGSN, HLR, Charging Gateway).

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PCU

Pour dployer le GPRS dans les rseaux d'accs, on rutilise les

infrastructures et les systmes existants. Il faut leur rajouter une entit

responsable du partage des ressources et de la retransmission des donnes

errones, l'unit de contrle de paquets (PCU, Packet Control Unit) par une

mise jour matrielle et logicielle dans les BSCs.

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Backbones GPRS

Lensemble des entits SGSN, GGSN, des routeurs IP ventuels reliant les

SGSN et GGSN et les liaisons entre quipements est appel rseau fdrateur

GPRS (GPRS backbone). On peut distinguer deux types de backbones GPRS :

Backbone intra-PLMN : il sagit dun rseau IP appartenant loprateur de

Rseau GPRS permettant de relier les GSNs de ce rseau GPRS.

Backbone inter-PLMN : Il sagit dun rseau qui connecte les GSNs de

diffrents oprateurs de rseau GPRS. Il est mis en oeuvre sil existe un

accord de roaming entre deux oprateurs de rseau GPRS. Deux backbones

Intra-PLMN peuvent tre connects en utilisant des Border Gateways

(BGs).

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CGF

La passerelle de taxation (CGF, Charging Gateway Function) permet le

transfert des informations de taxation du SGSN et du GGSN au systme de

facturation (BS, Billing System). L'entit CGF peut tre implante de faon

centralise ou de manire distribue en tant intgre aux noeuds SGSN et

GGSN. L'interface entre les GSNs et l'entit CGF est supporte par leprotocole GTP.

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Dbits GPRS

Schma de

Codage

Dbit (Kbit/s)

Interface AirDbit utilisable

CS-1 9,05 6,8

CS-2 13,4 10,4

CS-3 15,6 11,7

CS-4 21,4 16,0

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De GPRS vers EDGE

Le GPRS est lui-mme susceptible d'voluer vers la technologie EDGE

(Enhanced Data Rates for GSM Evolution). Cette dernire propose un dbit

suprieur (en pratique 100 kbit/s) et ncessite une modification technique

moindre que pour l'UMTS (Elle est qualifie ce titre de technologie 2,75 G).

Elle est en revanche beaucoup plus onreuse que la migration GSM/GPRS car

elle ncessite une nouvelle technologie de modulation.

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GSM

GPRS

UMTS

NGN

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UMTS


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UMTS

Universal Mobile Telecommunications System

Cest une des technologies de tlphonie mobile de troisime

gnration (3G)

Elle est parfois aussi appele 3GSM

Le dploiement de l'UMTS a t frein en raison de son cot.

La particularit des technologies 3G est davoir un rseau cur IP.

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L'UMTS repose sur la technique d'accs multiple W-CDMA (Wideband

Code Division Multiple Access).

Les frquences alloues pour l'UMTS sont 1885-2025 MHz et 2110-2200

MHz.

L'UMTS permet thoriquement des dbits de transfert de 1,920 Mbit/s,

mais en pratique, autour de 384 kbit/s

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Hirarchie des cellules de LUMTS


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Hirarchie des cellules de L UMTS

Tout comme le rseau GSM, lUMTS est divis en plusieurs cellules detailles variables. Chacune dentre elles est prsente en fonction de la

densit de population servir et de la vitesse de mobilit. Laccs parsatellite est une extension.

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Les Services De LUMTS


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Les Services De L UMTS

Sur laxe des ordonnes se trouve le dbit demand pour le service en

question. Chacun des services est regroup par leur type de connexion

(bidirectionnel, unidirectionnel, diffusion point/multipoint).

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Rseau daccs UTRAN

Le rseau daccs UTRAN est dot de plusieurs fonctionnalits:

Transfrer les donnes gnres par lusager.

Permet la confidentialit et la protection des informations.

Permet une estimation de la position gographique

Se charge dallouer et de maintenir des ressources radio ncessaires lacommunication.

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Rseau cur


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Rseau cur

Le rseau coeur de lUMTS est compos de trois parties :

- Le domaine CS (Circuit Switched) utilis pour la tlphonie .

- Le domaine PS (Packet Switched) qui permet la commutation de paquets.

- Les lments communs aux domaines CS et PS .

Ces deux domaines permettent aux quipements usagers de pouvoir grer

simultanment une communication paquets et circuits.

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Architecture globale du rseau UMTS

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NodeB : Le rle principal du NodeB est dassurer les fonctions de rceptionet de transmission radio pour une ou plusieurs cellules du rseau daccsde lUMTS avec un quipement usager. Le NodeB travaille au niveau de la

couche physique du modle OSI . Nous pouvons trouver deux types deNodeB:

NodeB avec antenne omnidirectionnelleNodeB avec antennes sectorielles

RNC : Le rle principal du RNC est de router les communications entre le

NodeB et le rseau cur de lUMTS. Il travaille au niveau des couches 2 et 3du modle OSI (contrle de puissance, allocation de codes).

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Le GGSN (Gateway GPRS Support Node) est une passerelle vers les

rseaux commutation de paquets extrieurs tels que lInternet.

Le SGSN (Serving GPRS Support Node) est une passerelle permettant

l'acheminement des donnes dans les rseaux mobiles GPRS. Il maintient

les informations identifiant l'abonn et les services utiliss. Il contrle la

localisation du mobile sur une "Routing Area".

Le GMSC (Gateway Mobile Switching Centre) fournit la fonction EDGE

pour les rseaux GSM . Pour les appels mobiles, il interagit avec le HLR

(Home Location Register) pour obtenir des informations de routage.

Le VLR (visitor local register) est une base de donnes temporairecontenant des informations sur tous les utilisateurs (Mobile Stations) du

rseau.

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Le MSC est un quipement de tlphonie mobile (2G/3G) en charge du

routage dans le rseau, de l'interconnexion avec les autres rseaux et de

la coordination des appels. chaque MSC est associ un VLR qui connat

les informations dtailles sur les usagers que le MSC doit grer.

Authentication Center (AuC), dsigne une fonction d'authentification de

la carte SIM(Subscriber Identity Module) utilise sur un rseau de mobiles

GSM. L'AuC est associ au HLR (Home Location Register).

Le registre des terminaux (not EIR pour Equipement Identity Register) : il

s'agit d'une base de donnes rpertoriant les terminaux mobiles.

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LUMTS est une excellente solution du point de vue technique .ses

contraintes proviennent essentiellement:

Investissement dans la licence? Rentabilit (ARPU suffisant? Culture consommateurs?)

Achat de matriel

installation massive sur le territoire national

Achat de spectre d'mission

exploitation, nouveaux terminaux

Contraintes

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GSM

GPRS

UMTS

NGN

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Evolution des Rseaux Tlcoms


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Evolution des Rseaux Tlcoms

Problmatique de linterconnexion et de la convergence.

Avant: principalement le service tlphonique classique

Aujourdhui: Dveloppement des NGN + Multiplication des Oprateurs

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Quel genre darchitecture NGN?


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Quel genre d architecture NGN?

Lvolution des Tlcoms rpond principalement une doubleattente:

La convergence des Rseaux (fixe/Mobile et Voix/donnes)

Lintgration de Services multimdias

Objectif: Dcoupler la fourniture du service de son transport

indpendamment du mode daccs . Garantir lintrt du consommateur et la concurrence sur

le march.

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P i i d l hit t NGN


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Principe de larchitecture NGN

Le passage une architecture NGN sinscrit avant tout:

Diminution des cots Passage une infrastructure unique base sur IP

le commutateur traditionnel est scind en deux lments distincts:

Le Mdia Gateway Assurer le Transport

Le Softswitch Assurer le contrle dAppel

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Architecture de rfrence

Ces couches sont :

Indpendantes

Communiquent entre elles via des interfaces ouvertes

Cette structure:

Garantie une meilleure flexibilit et une implmentation de nouveaux

services plus efficaces

Assure une interconnexion dun rseau NGN avec dautres rseaux(NGN ou Traditionnels)

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Couche Accs


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Regroupe les quipements des utilisateurs permettant la gestion delaccs au rseaux (Selon une technologie daccs)

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Couche Transport


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Responsable de lacheminement du trafic voix ou donnes(selon le protocole utilis)

Lquipement important ce niveau : MGW(responsable de ladaptation des protocoles de transport)

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Couche de contrle


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Couche de contrle

Gre lensemble des fonctions de contrle de services et de contrle dappels

Lquipement important ce niveau est le Softswitch (Serveur dappel)

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Couche dexcution des Services


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Couche dexcution des Services

Regroupe lensemble des fonctions permettant la fourniture de services dansun rseau NGN.

Les quipements importants ce niveau sont:

+les Serveurs dapplications+les Enablers qui grent linformation

Lutilisation du :+ SIP pour des sessions multimdia

+ IP pour le service de voix

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Couche Applications


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Couche Applications

Regroupe les diffrent services et applications susceptible dtre offerts dans unearchitecture NGN.

Regroupe lenvironnement de cration de service qui sappuie sur les serveursdapplication et les Enablers (Couche dexcution de services)

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La migration vers Les NGN


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Introduction de nouvellestechnologies au cur du rseau

Nouvelles Problmatiques en terme deRgulation

Rseau

La migration vers Les NGN

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Migration vers les Rseaux NGN

La Migration vers les NGN Processus invitable(Double convergence Voix/Donnes et Fixe/Mobile)

Apparat comme

Cette Migration sannonce:Longue (de 1020ans)

Incomplte (Architectures Traditionnelles)

Difficile court terme (solutions concurrentes)

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Concept cellulaire


Services

Droulement dune connexion ( / )GSM


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Droulement dune connexion (1/5)

Une BTS plusieurs canaux (multiplexage en frquence) dont un rserv la signalisation

Lorsque quon allume un portable, il parcourt les canaux de signalisation

possibles pour trouver une ou plusieurs BTS

Sil en trouve plusieurs, il slectionne celle quil reoit le mieux ou lamoins occupe

Sil n en trouve aucune, il ressaie priodiquement (watch dog)

Une fois la BTS slectionne, il effectue une requte de connexion sur

celle-ci.

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Droulement dune connexion (2/ )GSM


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Pour se connecter, le portable donne son identifiant stock dans la carte SIM (carte microprocesseur)

+ ventuellement l identifiant du portable (lutte contre le vol deportables)

La BTS vrifie si elle peut prendre la connexion

pour viter la surcharge d une BTS

si elle ne peut pas, elle envoie un message ALERT pour que le portable

cherche une autre BTS

La BTS transmet la demande de connexion la BSC qui transmet au MSC

auquel elle est associe.

Droulement d une connexion (2/5)

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Droulement dune connexion (3/5)GSM


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Le MSC enregistre la localisation du portale et transmet au VLR

le VLR enregistre la localisation du portable (MSC et zone de localisation

associe)

Une zone de localisation est dfinie par un ensemble de MSC.

le VLR transmet au HLR (unique ou dupliqu pour le rseau complet)

le HLR possde une table de tous les identifiants des abonns ainsi que

leur dernire localisation et leur cl secrte

le HLR demande au VLR de la dernire localisation d annuler

lenregistrement

(pb. si l abonn est actif dans le VLR en question)


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100



101/116

Une fois la connexion autorise et la cl de session (CS) reue, la BTS

attribue un canal au portable

Toutes les communications seront dornavant cryptes avec la cl de

session

C est la BTS qui dcrypte Les communications entre BTS et MSC,

entre MSC et RTC sont cbles donc cryptage interdit...


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tablissement duneGSM


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Le MSC (ou son quivalent pour le RTC) demande au HLR la

confirmation que l abonn existe et sa dernire localisation

On interroge le MSC en question pour savoir si le portable est toujours

connect une de ses BTS

si oui, on tablit la communication BTS-BSC-MSC-RTC pour un appel mis

d un tlphone fixe ou BTS-BSC-MSC-MSC-BSC-BTS (voire BTS-BSCMSC-

RTC-MSC-BSC-BTS ou BTS-BSC-MSC-BSC-BTS )

si non, on effectue la mme recherche sur les autres MSC de la zone de

localisation si chec, on essaie les zones adjacentes...

si encore chec, recherche exhaustive (sic ! viter choix stratgique : la

dfinition des zones de localisation)

communication vers un portable

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Gestion de la mobilit en cours de connexion (1/4)

GSM


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Deux cas : en-ligne ou hors-ligne

en-ligne est prioritaire, il ne faut pas que la communication soit coupe


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GSM


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Condition de hand-over :

Quand la qualit de connexion passe en dessous d un seuil

- Qualit du connexion = fonction qualit du signal, nergie du portable

(handover= coteux en nergie), surcharge de la BTS, date du dernier

hand-over- seuil est diffrent si l on est en-ligne ou hors-ligne

- lorsque lon est en-ligne, il vaut mieux dclencher le hand-over le plus

tt possible pour pouvoir pr-router

Quand on reoit un message ALERT de la BTS

signifie que la BTS est surcharge et que la communication risque de

couper ( choix de positionnement des BTS est capital zone urbaine plusmaille que zone rurale)


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GSM


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Choix de la BTS cible :

fonction de la qualit du signal (canal de signalisation), de la surcharge et

de l appartenance ou non au mme MSC.

si la BTS cible appartient au mme MSC

- simple re-routage interne, la MSC valide la

redirection en interrogeant la BTS cible et

enregistre la nouvelle localisation

- NB : les algos de hand-over sont confidentiels

105


GSM


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Si la BTS cible appartient un autre MSC

- le MSC associ la BTS cible doit valider la redirection.

- aprs validation la MSC cible met jour la localisation vis--vis de la VLR

qui lui associe (si diffrente de celle de la MSC source, il faut aussi

annuler l enregistrement prcdent)- mise jour dans la HLR

Choix du regroupement des BTS et BSC puis MSC est important

- sil y a frquemment des hand-over entre deux BTS (exemple le long d

une voie rapide), il vaut mieux quelles appartiennent au mme MSC

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Transfert de donnes

GSM


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Transfert de donnes

linstar des codecs qui transforment le signal de parole en un train debits, le GSM a normalis ds ses premires phases de dveloppement des

interfaces pour les donnes.

Ces interfaces se prsentent comme des sortes de modems permettant

dadapter le passage dun flux de donnes dans le terminal et entre lerseau mobile et le rseau public.

Cette fonction est ralise ct mobile par un lment appel TAF

(Terminal Adaptation Function) et ct rseau par lIWF (InterWorking

Function).

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Architecture type dun transfert de donnesGSM


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Architecture type d un transfert de donnes

108

Le service SMS (1/2)

GSM


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Le service de messages courts offert par le rseau GSM (SMS, pour ShortMessages Service) permet un utilisateur de composer un message

textuel d'au plus 160 caractres (cods l'aide d'ASCII 7 bits sur 140

octets) partir de son terminal mobile et de l'envoyer un destinataire

possdant galement un tlphone radio-mobile GSM ou une entit

extrieure au rseau GSM appele SME (Short Message Entity).

Le service SMS ncessite la mise en place d'un ou plusieurs serveurs

spcifiques dans le rseau. Le serveur de messages courts (SMSC) assure

le stockage des SM (dans des bases de donnes), la distribution des SM

aux terminaux mobiles destinataires (quand ceux-ci se sont manifestsdans le rseau GSM auquel ils appartiennent) et le traitement des dates

de validit des SM.

109


GSM


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Le SMSC est repr par un numro de tlphone appartenant au PLMN.Le dialogue entre le SMSC et le terminal mobile se fait travers le MSC.

Pour l'acheminement d'un SM vers un terminal mobile destinataire, unepasserelle (gateway ) est ncessaire : la SMS-G-MSC. Celles-ci routent lesSM vers le MSC visit (VMSC pour Visited MSC) en interrogeant le HLR. UnSM issu d'un terminal mobile est rout vers le SMSC du MSC associ auterminal mobile vers le MSC associ au SMSC.

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Canaux de signalisation (1/2)

GSM


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le canal de la voix (abonnement classique): la voix est encode ettransmise numriquement par le rseau GSM : c'est le canal de tlphonie

classique.

le canal des donnes (service Data/Fax de GSM): les donnes (issues d'un

PC reli au tlphone mobile) sont encodes de manire diffrente de la

voix et transmises par le rseau GSM. Les donnes et la voix sonttransmises sur les mmes canaux logiques de trafic (TCH, pour Traffic

CHannel) ;

le canal de signalisation (canal smaphore SS7) : les messages courts

transitent sur ce canal. Un tel canal est dsign par SDCCH, pour Stand-

alone Dedicated Control CHannel ;

111


GSM


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Les canaux logiques de trafic (TCH) permettent de transmettre la parole 5,6 ou13 kbit/s (selon le mode plein ou demi-plein) ou des donnes jusqu' 12 kbit/s. Par

contre les canaux logiques de signalisation (SDCCH) n'autorisent qu'un dbit de

800 bits/s.

De plus, ces 2 types de canaux logiques, il est ncessaire d'associer un canal

logique de contrle des paramtres physiques de la liaison (SACCH, pour Slow

Associated Control CHannel). Ces 3 types de canaux logiques sont ensuitemultiplexs dans des canaux physiques.

Un canal physique est constitu de l'association d'une frquence porteuse et d'un

intervalle de temps dans une trame multiplexe dans le temps (TDMA , pour Time

Division Multiple Access). Un canal physique peut supporter soit un TCH et le

SACCH associ, soit huit canaux de signalisation SDCCH et leurs SACCH associs.

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Services GPRSGPRS


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* Communications- E-mail, fax, intranet/ internet access.

* Value added services - Information services, games,e-commerce.

* Location-based applications - Navigation, traffic conditions,airline/rail schedule, location finder.

* Location sensitive A user nearing a cinema hall orAdvertising - a restaurant receives flashes of

advertisement

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FacturationGPRS


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SGSN

Operator

IP backbone

GGSNBorder Gateway

Inter operatorIP network Internet

Billing SystemCharging Gateway

Nokia Charging Gateway

receives CDRs generated bySGSN and GGSN

consolidates and merges

CDR to a suitable format for

BS

Ga

Ga

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Facturation (suite)GPRS


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Charging

Gateway (CG)BSCsBTS

Internet

Billing System

MCHU

PAPUs

SGSN

STEP 1

STEP 2

SGSN

Charging

Intra-PLMN

IP backbone

STEP 3

Start charging

CDR

STEP 4

CDR

STEP 5

STEP 5

GMM

SMS-T-CDRs

SMS-O-CDRsS-CDRs

M-CDRs

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Options de facturation dans le GPRS

GPRS


116/116

Flat Rate (Internet Access)

Traffic Volume based rate

Rate based on time spent on line

Per access point

Unified messaging service

QoS Negotiated

Access Point Name

Options de facturation dans le GPRS

Session 5.Introduction-reseaux Mobiles

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