NADINE HELIES RAYMOND PELETER
Le réseau GSM (Global System for Mobile communication) est un réseau de radiotéléphonie numérique, défini par une norme européenne.
Les services offerts par le système GSM comprennent :
Le GSM possède une envergure internationale. Ce réseau assure la continuité de la communication. Il permet le déplacement illimité. L'abonnement et l'équipement mobile sont dissociés l'un de l'autre. Le GSM garantit la protection des abonnements et des équipements. Il possède une grande capacité de circuit et une bonne qualité des communications. Le GSM assure la rapidité et la confidentialité des communications.
Les deux fonctionnalités principales sont le roaming et le hand-over. La notion de roaming (itinérance) est la faculté d'émettre ou de recevoir des appels de n'importe quel endroit. Le Hand Over permet d'assurer la continuité de la communication même lors d'un déplacement du mobile.
La station mobile MS permet à l'abonné d'accéder aux services du GSM au travers du système cellulaire. La station mobile est composée de l'équipement possédant son identité internationale IMEI (International Mobile Equipement Identity) et de la carte SIM (Subscriber Identity Mobile) contenant l'identité de l'abonné IMSI (International Mobile Subscriber Identity) et la clé Ki (Individual Subscriber Authencation Key) servant à l'authentification et au chiffrement de la liaison radio.
Le sous système radio correspond à la fonction de distribution du réseau de radiocommunication. Il permet les transmissions radioélectriques et gère la ressource radio. Il est constitué d'une ou plusieurs stations de base BTS et d'un contrôleur de station BSC.
La station de base BTS (Base Transceiver Station) gère les mobiles d'une cellule qui correspond à la couverture radio d'une zone géographique. Ses fonctions principales correspondent à la transmission radio avec la station mobile, la transmission vers le BSC sur une liaison MIC et le multiplexage des trames MIC sur les porteuses. Son composant principal est un émetteur-récepteur de type TRX.
Le contrôleur de station de base BSC (Base Station Controller) administre un ensemble de stations de base BTS. Il est l'organe intelligent du sous système radio. Le BSC effectue la gestion du trafic des BTS. Il assure l'allocation de canaux, la gestion du saut de fréquence, le transfert intercellulaire des communications, la gestion de la signalisation sur voie radio. Il assure aussi des fonctions de liaison avec le centre d'exploitation et de maintenance.
Le sous-système réseau NSS prend en charge les fonctions de commutation et de routage. Il est composé des éléments suivants :
Le centre de commutation du service mobile MSC (Mobile Service Switching Centre) est le commutateur de réseau GSM. Il gère plusieurs BSC. Le MSC assure l'interfonctionnement du système cellulaire avec les autres réseaux de télécommunications ( RTCP, réseau sémaphore). Il est relié aux autres équipements du sous-système réseau MSC, VLR, HLR, EIR.
L'enregistreur de localisation des visiteurs VLR (Visistors Location Register) est une base de donnée associée à chaque MSC. Le VLR contient une partie des informations des HLR concernant les abonnés des mobiles situés dans les BSS dépendant du MSC. Le VLR enregistre les informations de localisation des mobiles. Le VLR détermine les numéros de réacheminement MSRN (Mobile Station Roaming Number) pour les communications à destination des mobiles. Les informations sont effacées lorsque le mobile quitte cette zone.
L'enregistreur de localisation nominal HLR (Home Location Register) contient les informations nécessaires à la gestion des communications d'un certain nombre d'abonnés. Pour chaque abonné qu'il gère, le HLR possède l'identité internationale de l'abonné (IMSI), son numéro d'abonné MSISDN et les services souscrits. Le HLR connaît le VLR/MSC dont dépend le mobile à un instant donné.
Le centre d'authentification AuC (Authentification Center) contient la clé d'authentification Ki unique de l'abonné et génère les triplets (Kc, RAND SRES) utilisés pour l'authentification et le chiffrement. Un centre d'authentification est associé au HLR.
L'enregistreur des identités des équipements EIR (Equipement Identity Register) est une base de donnée contenant le numéro international de l'équipement IMEI (International Mobile Equipement Identity) permettant ainsi son identification.
Le centre d'exploitation et de maintenance OMC (Opération and Maintenance Centre) est décomposé en deux centres l'OMC-R et l'OMC-S.
Le centre d'exploitation et de maintenance du sous-système réseau OMC-S (Operation and Maintenance Centre Switching Part) supervise, détecte et corrige les anomalies du NSS.
Le centre d'exploitation et de maintenance OMC-R (Operation and Maintenance Centre-Radio part) exploite et maintient le sous-système radio.
Les interfaces normalisées sont utilisées entre les entités du réseau pour la transmission du trafic (paroles ou données) et pour les informations de signalisation. Dans le réseau GSM, les données de signalisation sont séparées des données de trafic. Toutes les liaisons entre les équipements GSM sauf avec la station mobile sont des liaisons numériques. La liaison entre BTS et MS est une liaison radionumérique.
Interface Um appelée aussi Air ou radio, entre BTS et MS s'appuie sur le protocole LAPDm (Link Access Protocol on the D mobile channel). Il est utilisé pour le transport du trafic et des données de signalisation.
Interface A bis entre BTS et BSC s'appuie sur le protocole LAPD. Il est utilisé pour le transport du trafic et des données de signalisation.
Interface A entre BSC et MSC, s'appuie sur le protocole sémaphore N·7 du CCITT. Il est utilisé le transport du trafic et des données de signalisation.
Les Interfaces B entre MSC et VLR, C entre MSC et HLR, E entre MSC et MSC, F entre MSC et EIR, G entre VLR et VLR, D entre VLR et HLR/AuC s'appuient sur le protocole sémaphore N·7 du CCITT pour les couche OSI basses (MTP, Message Transfert Protocol) et sur le protocole MAP (Mobile Application Protocole) pour la couches hautes. Ces interfaces sont utilisées en particulier pour le transport des données relatives à l'application des mobiles.
Les Interfaces REM entre OMC-R et BSS ou entre OMC-S et NSS, utilisent un réseau de transmission de donnée de type X25.
Les Interfaces passerelles entre le MSC et les réseaux publics s'appuient sur le protocole sémaphore N·7 du CCITT. Elles sont utilisées pour le transport du trafic et des données de signalisation.
La bande fréquence allouée aux réseaux GSM est découpée en 2 bandes. Une bande basse 890 Mhz-915 Mhz des fréquences sert à l'émission à partir des mobiles Une bande haute de 935 Mhz à 960 MHZ servant de fréquences de réception des mobiles. Dans cette bande 124 canaux de 200 Khz ont été constitués. L'écart duplex entre les fréquences émission et réception du mobile est de 45 Mhz.
Sur le segment radio, la parole est numérisée à un débit de 13 Kbit/s.
Chaque canal radio est découpé en 8 Intervalles de Temps (IT ou time slot). Il s'agit d'Accès Multiple à Répartition dans le Temps AMRT ou TDMA Time Division Multiple accès. Une trame TDMA a une durée de 4,615 ms comprenant 8 slots de 577 ms. Une trame TDMA comporte 8 canaux physiques supportant des canaux logiques de trafic ou de signalisation. De plus on utilise le saut de fréquence lent, une même communication utilise un même canal physique successivement sur différentes fréquences.
Les canaux de trafic TCH (Trafic Channel) transportent soit de la voix numérisée, soit des données.
L'accès au service de transmission de données demande un abonnement spécifique d'un coût modique.
Le marché de la transmission de données sur GSM est en apparence étroit. Il vise principalement des commerciaux et des dirigeants d'entreprises et ne dépassera pas 5% selon les opérateurs. Avec le parc actuel de 2.2 millions d'abonnés français, la niche représente quand même un potentiel de 110 000 clients qui devrait passer à 400 000 en l'an 2000, si l'on atteint les 8 millions d'abonnés.
Les services de transmission de données, tels qu'ils sont prévus par la norme, permettent à un abonné mobile une transmission en mode circuit à des débits de 1200, 2400, 4800, 9600 bits/s en mode synchrone et à 300, 1200, 2400, 4800, 9600 bits/s en mode asynchrone. La norme prévoit aussi la transmission en mode paquet et en mode PAD.
La transmission de données sur GSM arrive à point nommé pour satisfaire des besoins nouveaux des entreprises suite à l'échec du déploiement des réseaux 3RD (Réseau radioélectrique à ressources partagées pour la transmission de données).
En France, l'ouverture commerciale des services de transmissions de données date d'un an. France Telecom a lancé l'offre "bureau mobile" en janvier 1996. La Société Française du Radiotéléphone (SFR) a ouvert son service Fax/Données et Bouygues Telecom propose le service PC Data/fax. Aujourd'hui, le service de base comprend la transmission en mode circuit de télécopies et de données. L'offre des opérateurs se différencie par les services. France Telecom Mobiles attribue trois numéros d'appel distincts, respectivement pour les services de télécopie et de transmission de données, et un numéro utilisé pour la téléphonie (Multi numbering), ce qui permet au mobile d'être joint pour recevoir des données.
De son côté SFR a recours actuellement à la solution Single Numbering, les utilisateurs filaires n'ont pas l'initiative d'instaurer une liaison de données.
Ces trois réseaux GSM donnent accès aux numéros d'appel Transpac et permettent la consultation de serveurs normalement accessibles via le RTC.
L'emploi des terminaux GSM en tant que pageurs reste à simplifier. L'envoi de message court (SMS) passe par une opératrice ou par Minitel. Cette application permet de recevoir sur l'écran du téléphone GSM des messages de 160 caractères.
La transmission de données sur le réseau GSM est très spécifique. Il n'est pas possible d'utiliser la chaîne de transmission de la parole en incluant le modem téléphonique dans le terminal GSM. En effet le codeur de parole de GSM est adapté aux caractéristiques de la voix et ne peut être utilisé pour transmettre un signal numérique modulé même si la bande passante est compatible. Il est donc nécessaire d'inclure des fonctions d'adaptation appelées TAF (Terminal Adaptation Function) dans le mobile, pour passer de la jonction classique à la transmission GSM, et IWF (InterWorking Function) dans le réseau pour passer d'une transmission GSM à une transmission classique réseau téléphonique ou de données.
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ETTD |
Jonction normalisée |
TAF |
MS |
Réseau GSM |
IWF |
RTCP |
ETCD |
Jonction normalisée |
ETTD |
|---|
Les données utilisateurs sont transcodées et adaptées au débit de la voie radio (13 Kbit/s). Le conduit de données a un débit de 12 Kbit/s maximum et nécessite donc d'être complété par des bits de cadrage et de bourrage pour obtenir un débit de 16 Kbit/s (interface A-bis).
La voie radio introduit un taux d'erreur important. Pour fiabiliser la liaison, il est possible d'introduire un protocole de liaison de données qui agit entre la station mobile (TAF) et le MSC (IWF). Le protocole RLP (Radio Link Protocol) est basé sur la correction d'erreur similaire au HDLC. Ce protocole point à point est adapté aux réseaux cellulaires. Une trame RLP correspond à un bloc de données transportées sur l'interface radio soit 240 bits. Cette trame contient :
Un en-tête de 16 bits précisant le type de trame (I, RR, RNR, REJ ...), sa nature (commande ou réponse) et les numéros Ns et Nr,
un champ d'information de 200 bits,
un champ FCS de 24 bits permet de détecter les erreurs de transmission.
Par opposition, il existe un mode dit transparent, qui permet d'employer des protocoles de correction d'erreurs externes au système GSM, tel que V42 ou MNP4.
Pour transmettre des données ou une télécopie sur un réseau cellulaire, il est nécessaire de disposer d'un ensemble de composants matériels et logiciels. La partie terminale comprend un équipement informatique (Micro-ordinateur), ses logiciels applications (fax, données) et la connectique (carte PCMCIA + câble) qui permet de le raccorder au combiné portable GSM. Le combiné GSM doit fournir une prise correspondante aux interfaces standards ETCD-ETTD.
Certaines cartes PCMCIA récentes disposent de fonctions de compression de données et de correction d'erreurs (Rec V42bis, MNP5). Le débit utile d'une connexion GSM s'en trouve en théorie multiplié par 2 ou 4 (jusqu'à 38,4 Kbit/s). La correction d'erreur permet de pallier les micro-coupures que peut subir une liaison.
Des terminaux intégrant voix-données sont commercialisées sous l'appellation "assistant personnel communicant". Ils permettent en plus du téléphone GSM, de transmettre et de recevoir des données.
La transmission de données sur le réseau GSM reste encore marginale. Les freins sont multiples et variés.
- La difficulté de changer les habitudes et d'adapter l'outil à l'organisation de l'entreprise, le coût élevé des équipements et la complexité de l'offre expliquent en grande partie le peu d'enthousiasme des entreprises et des particuliers à opter pour la transmission de données sur GSM.
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Désignation du réseau GSM |
ITINERIS |
SFR |
PC Data/fax |
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Caractéristiques |
GSM phase+ |
GSM phase+ |
GSM phase2 |
|
Routage en entrée(voix/télécopies/données) | |||
|
Gestion multi numbering |
oui |
non |
oui |
|
Gestion single numbering |
non |
oui |
oui |
|
Transfert de données | |||
|
Mobile originated (en émission) |
300 à 9600 bit/s |
2400 à 9600 bit/s |
300 à 9600 bit/s |
|
Mobile terminated (en réception) |
9600 bit/s |
non |
oui |
|
Télécopies | |||
|
Mobile originated (en émission) |
2400 à 9600 bit/s |
2400 à 9600 bit/s |
2400 à 9600 bit/s |
|
Mobile terminated (en réception) |
9600 bit/s |
non |
9600 bit/s |
|
Minimessages(SMS) | |||
|
Mobile terminated (en réception) |
oui |
oui |
oui |
|
Mobile originated (en émission) |
non |
non |
oui |
La transmission de données sur le réseau GSM s'inscrit dans le concept de mobilité totale. Les services offerts doivent permettre une augmentation de la productivité des entreprises (en réduisant des déplacements). L'essor du parc des abonnés GSM contribue à augmenter le nombre des utilisateurs du service transmissions de données. Une couverture radioélectrique plus étendue, l'ouverture du GSM en mode paquet, et l'application de la norme phase 2 permettront de désengorger les régions saturées. L'utilisation de système permettant d'augmenter la vitesse de transfert de données devraient rendre plus attractif la transmission de données sur GSM.
Réseaux GSM-DECT Edition Hermes
Systèmes de radiocommunications avec les mobiles Edition Eyrolles
Réseaux et Télécoms publication IDG
Salon SIRCOM