la 2 éme génération de la téléphonie mobile

                                       Architecture du réseau GSM

L'architecture d'un réseau GSM peut être divisée en trois sous-systèmes:

1. Le sous-système radio contenant la station mobile, la station de base et son contrôleur.
2. Le sous-système réseau ou d'acheminement.
3. Le sous-système opérationnel ou d'exploitation et de maintenance.

1. Le sous-système radio  (BSS : Base Station Subsystem)

Le sous-système radio gère la transmission radio. Il est constitué de plusieurs entités dont le mobile, la station de base (BTS : Base Transceiver Station) et un contrôleur de station de base (BSC : Base Station Controller).

1.1. Le mobile

Le téléphone et la carte SIM (Subscriber Identity Module) sont les deux seuls éléments auxquels un utilisateur a directement accès. Ces deux éléments suffisent à réaliser l'ensemble des fonctionnalités nécessaires à la transmission et à la gestion des déplacements.

La principale fonction de la carte SIM est de contenir et de gérer une série d'informations. Elle se comporte donc comme une mini-base de données dont les principaux champs sont fournis dans le tableau 1 suivant :

PRAMETRES	COMMENTAIRES
Données administratives
PIN/PIN2	Mot de passe demandé à chaque connexion
PUK/PUK2	Code pour débloquer une carte
Langage	Langue choisie par l'utilisateur
Données liées à la sécurité
Clé Ki	Valeur unique, connue de la seule carte SIM et du HLR
CKSN	Séquence de chiffrement
Données relatives à l'utilisateur
IMSI	Numéro international de l'abonné
MSISDN	Numéro d'appel d'un téléphone GSM
Données de ``roaming''
TMSI	Numéro attribué temporairement par le réseau à un abonné
Location updating status	Indique si une mise à jour de la localisation est nécessaire
Données relatives au réseau
Mobile Country Code (MCC), Mobile Network Code (MNC)… etc.	Identifiants du réseau mobile de l'abonné
Numéros de fréquence absolus	Fréquences utilisées par le PLMN

PIN : Personal Identification Number. Code (mot de passe) nécessaire à chaque connexion d'un GSM au réseau.

PUK : PIN Unblocking Key. Code nécessaire au déverrouillage d'une carte SIM.

IMSI : International Mobile Subscriber Identity. Numéro international unique d'un abonné GSM.

MSISDN: Mobile Subscriber ISDN (Integrated Services Digital Network). Numéro d'abonné au réseau GSM. C’est le numéro « connu du public » de l'usager GSM ou UMTS par opposition au numéro IMSI. C'est cet identifiant, couramment appelé numéro de téléphone, qui sera composé afin d'atteindre l'abonné. Seul le HLR (Home Location Register) connaît la correspondance entre le MSISDN et le numéro IMSI contenu dans la carte SIM de l'abonné.

TMSI : Temporary Mobile Subscriber Identity. Numéro attribué temporairement à un utilisateur GSM en fonction de sa localisation. Ce nombre est spécifique à une zone de localisation (LA : Location Area), et il doit être mis à jour à chaque fois que le mobile se déplace à une nouvelle zone géographique. Le réseau peut également modifier la TMSI du mobile à tout moment afin d'éviter l'abonné d'être identifiés et suivis par des oreilles indiscrètes sur l'interface radio

a    Identification d’un mobile :

L'identification d'un mobile s'effectue exclusivement au moyen de la carte SIM. En effet, elle contient des données spécifiques comme le code PIN et d'autres caractéristiques de l'abonné, de l'environnement radio et de l'environnement de l'utilisateur. Le code PIN 1 est demandé lorsque le mobile est allumé. Le code PIN 2 (s'il existe) apporte un niveau de sécurité supplémentaire en protégeant l'accès à certaines fonctionnalités. Lorsque les codes  PIN sont saisis de manière erronée  la carte  SIM est bloquée. Pour la débloquer, le code PUK doit être saisi.

b    Identification d’un utilisateur :

L'identification d'un utilisateur est réalisée par un numéro unique l’IMSI différent du numéro de téléphone connu de l'utilisateur MSISDN tous deux étant incrustés dans la carte SIM.
Le format de l'IMSI suit le plan de numérotation standard E.212 de l'ITU (International Telecommunication Union) et est composé de la façon suivante :

3 chiffres	2 ou 3 chiffres	10 chiffres ou moins
MCC	MNC	(H1 H2) MSIN

Les abréviations utilisées dans ce tableau ont la signification suivante :

MCC pour Mobile Country Code. C'est l'indicatif du pays d'origine. Par exemple : 603 pour l’Algérie, 228 pour la Suisse, 208 pour la France… etc.

MNC ou Mobile Network Code. C'est l'indicatif de l'opérateur du réseau. Par exemple : 01 pour Mobilis, 02 pour Djezzy et 03 pour Ooredoo, en Suisse, 01 pour Swisscom Mobile, 02 pour Sunrise, 03 pour Orange …etc.

MSIN ou Mobile Subscriber Identification Number. C'est le numéro de l'abonné à l'intérieur du réseau GSM. Les deux chiffres H1 H2 peuvent être utilisés pour donner l'adresse du HLR  de l'abonné correspondant.

L’IMSI est un numéro unique, qui permet à un réseau GSM d’identifier un usager. Ce numéro est stocké dans la carte SIM et n’'est pas connu de l'utilisateur.

Le MSISDN est le numéro « connu du public » de l'usager GSM par opposition au numéro IMSI. C'est ce numéro qui sera composé afin d'atteindre l'abonné. Seul le HLR (HLR peut faire référence à :) connaît la correspondance (La correspondance est un échange de courrier généralement prolongé sur une longue période. Le terme désigne des...) entre le MSISDN et l'IMSI.

Le format du MSISDN suit le plan de numérotation standard E.164 et est composé de la façon suivante :

CC

NDC

SN

• CC : Country Code. C'est l'indicatif du pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de...) d’origine. Par exemple : +213 pour l’Algérie,  +41 pour la Suisse, +33 pour la France…etc.

• NDC : National Destination Code. C'est l'indicatif déterminant principalement  l'opérateur (Le mot opérateur est employé dans les domaines :) du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec...) . Par exemple : 0770 pour Djezzy, 0550, pour Ooredoo., 0660 pour Mobils , 79 pour Swisscom (Swisscom (SWX : SCMN) est l'entreprise leader du marché suisse des télécommunications. Elle est le résultat...) Mobile, 76 pour Sunrise ( Sunrise (studio d'animation) est un studio d'animation japonais, Sunrise (télécom) est une société suisse de...), 78 pour Orange…etc.

• SN : Subscriber Number. C'est le numéro de l'abonné attribué par l'opérateur du réseau GSM.

1.2. La station de base (BTS)

La station de base est l'élément central, que l'on pourrait définir comme un ensemble émetteur/récepteur pilotant une ou plusieurs cellules. Dans le réseau GSM, chaque cellule principale au centre de laquelle se situe une station base peut-être divisée, grâce à des antennes directionnelles, en plus petites cellules qui sont des portions de celle de départ et qui utilisent des fréquences porteuses différentes. Il est fréquent d'avoir des antennes tri-sectorielles, qui couvrent un peu plus de 120 degrés. Ces antennes ont l'allure de paires de segments verticaux, disposées en triangle. La BTS communique avec les terminaux mobiles via l’interface Um.

C'est la station de base qui fait le relais entre le mobile et le sous-système réseau via l’interface A. Comme le multiplexage temporel est limité à 8 intervalles de temps, une station de base peut gérer tout au plus huit connections simultanées par cellule. Les principaux rôles d'une BTS sont :

• activation et désactivation d'un canal radio.

·         multiplexage temporel TDMA (Time Division Multiple Access) et saut de fréquence FH (Frequency Hopping).

• chiffrement du contenu à transmettre (pour la confidentialité de la communication sans fil),
• codage canal, chiffrement des trames, modulation, démodulation et décodage du signal radio (protection contre les erreurs de transmission, interférences, bruits....),
• surveillance des niveaux de champ reçus et de la qualité des signaux (nécessaire pour le handover)
• contrôle de la puissance d'émission (limiter la puissance à ce qui est suffisant pour ne pas trop perturber les cellules voisines).

1.3. Le contrôleur de station de base (BSC)

Le BSC est l’organe intelligent du NSS. Il est capable de gérer  plusieurs stations de base et communique par le biais de l'interface A-bis. Ce contrôleur remplit différentes fonctions tant au niveau de la communication qu'au niveau de l'exploitation. Ces fonctions sont :

·         les communications des signaux en provenance des stations de base : le BSC agit comme un concentrateur puisqu'il transfère les communications provenant des différentes stations de base vers une sortie unique.

·         La commutation  des  données provenant du NSS (Network Sub- System)  en le dirigeant vers la bonne station de base.

·         Le  relais pour les différents signaux d'alarme destinés au centre d'exploitation et de maintenance OSS (Operation and Support System) via l'interface X25.

·         L’alimentation la base de données des stations de base.

·         La gestion des ressources radio pour la zone couverte par les différentes BTS qui y sont connectées. Le BSC transmet au MSC les informations relatives à la localisation du mobile et cela pour mettre à jour le VLR (Visitor Location Register)  et le HLR

·         Le  transfert intercellulaires des utilisateurs dans sa zone de couverture, c'est-à-dire quand une station mobile passe d'une cellule dans une autre. Le BSC doit alors communiquer avec la BTS de base qui va prendre en charge l'abonné et lui communiquer les informations nécessaires tout en avertissant la base de données locale VLR de la nouvelle localisation de l'abonné.

Le BSC est donc un maillon très important de la chaîne de communication et il est, de plus, le seul équipement de ce sous système à être directement gérable, via l'interface X25,  qui le relie à l’OSS.

2. Le sous-système réseau (NSS : Network Sub-System) 

Le NSS  joue un rôle essentiel dans un réseau mobile. Alors que le sous-réseau radio gère l'accès radio, les éléments du NSS prennent en charge toutes les fonctions de contrôle et d'analyse d'informations contenues dans des bases de données nécessaires à l'établissement de connexions utilisant une ou plusieurs des fonctions suivantes: chiffrement, authentification ou roaming.

Le NSS est constitué de:

• MSC : Mobile Switching Center
• HLR  / AuC: Authentication Center
• VLR 
• EIR  : Equipment Identity Register

2.1. Le centre de commutation mobile (MSC)

Le centre de commutation mobile est relié au sous-système radio via l'interface A. Son rôle principal est d'assurer la commutation entre les abonnés du réseau mobile et ceux du réseau téléphonique commuté public PSTN (Public Switched Telephon Network)  ou de son équivalent numérique le réseau ISDN  (Integrated Service Digital Network). D'un point de vue fonctionnel, il est semblable à un commutateur de réseau ISDN, mis à part quelques modifications nécessaires pour un réseau mobile. De plus, il participe à la fourniture des différents services aux abonnés tels que la téléphonie, les services supplémentaires et les services de messagerie. Il permet encore de mettre à jour les différentes bases de données (HLR et VLR) qui donnent toutes les informations concernant les abonnés et leur localisation dans le réseau.

Les commutateurs MSC d'un opérateur sont reliés entre eux pour la commutation interne des informations. D’autres MSC servant de passerelle sont  appelés GMSC (Gateway Mobile Switching Center) sont placées en périphérie du réseau d'un opérateur de manière à assurer une interopérabilité entre réseaux d'opérateurs.

2.2. L'enregistreur de localisation nominale (HLR)

Il existe au moins un HLR par réseau PLMN (Public Land Mobil Network). Il s'agit d'une base de données avec des informations essentielles pour les services de téléphonie mobile et avec un accès rapide de manière à garantir un temps d'établissement de connexion aussi court que possible.
Le HLR contient:

• toutes les informations relatives aux abonnés: le type d'abonnement, la clé d'authentification K_i (cette clé est connue d'un seul HLR et d'une seule carte SIM), les services souscrits, le numéro de l'abonné IMSI… etc.
• un  certain nombre de données dynamiques telles que la position de l'abonné dans le réseau  (en fait, son VLR) et l'état de son terminal (allumé, éteint, en communication, libre…etc.).

Les données dynamiques sont mises à jour par le MSC. Cette base de données  (du HLR) est souvent unique pour un réseau GSM et seules quelques personnes y ont accès directement.

Le centre d'authentification (AuC)

Lorsqu'un abonné passe une communication, l'opérateur doit pouvoir s'assurer qu'il ne s'agit pas d'un usurpateur. Le centre d'authentification remplit cette fonction de protection des communications. Pour ce faire, les normes GSM prévoient deux mécanismes:

1. Le chiffrement des transmissions radio (ciphering).
2. L'authentification des utilisateurs du réseau au moyen d'une clé K_i, qui est à la fois présente dans la station mobile (carte SIM)  et dans l’AuC (pour ces deux points voir cours/ Sécurité GSM).

On peut dès lors distinguer trois niveaux de protection:

1. La carte SIM qui interdit à un utilisateur non enregistré d'avoir accès au réseau.
2. Le chiffrement des communications destiné à empêcher l'écoute de celles-ci.
3. La protection de l'identité de l'abonné.

2.3. L'enregistreur de localisation des visiteurs (VLR)

Cette base de données ne contient que des informations dynamiques et est liée à un MSC. Il y en a donc plusieurs dans un réseau GSM. Elle contient des données dynamiques qui lui sont transmises par le HLR avec lequel elle communique lorsqu'un abonné entre dans la zone de couverture du MSC auquel elle est rattachée. Lorsque l'abonné quitte cette zone de couverture, ses données sont transmises à un autre VLR; les données suivent l'abonné en quelque sorte.

2.4. L'enregistreur des identités des équipements (EIR)

Malgré les mécanismes introduits pour sécuriser l'accès au réseau et le contenu des communications, le téléphone mobile doit potentiellement pouvoir accueillir n'importe quelle carte SIM de n'importe quel réseau. Il est donc imaginable qu'un terminal puisse être utilisé par un voleur sans qu'il ne puisse être repéré.
Pour combattre ce risque, chaque téléphone mobile reçoit un identifiant unique, c’est l’IMEI (International Mobile station Equipment Identity) qui ne peut pas être modifié sans altérer le terminal. En fonction de données au sujet d'un terminal, un opérateur peut décider de refuser l'accès au réseau. Tous les opérateurs n'implémentent pas une telle base de données. Pour connaitre l’IMEI d’un téléphone mobile il faut généralement  saisir le code suivant : *#06#

3. Le sous-système opérationnel (OSS : Operating Sub-System)

Il assure la gestion et la supervision du réseau. C'est la fonction dont l'implémentation est laissée avec le plus de liberté dans la norme GSM. La supervision du réseau intervient à de nombreux niveaux :

• Détection de pannes.
• Mise en service de sites.
• Modification de paramétrage.
• Réalisation de statistiques.

Dans les OMC (Operation and Maintenance Center), on distingue l'OMC/R (Radio) qui est relié à toutes les entités du BSS, à travers les BSC, l'OMC/S (System) qui est relié au sous-système NSS à travers les MSC. Enfin l'OMC/M (Maintenance) contrôle l'OMC/R et l'OMC/S.