GSM - NSS: Network SubSystem

Le NSS (Network SubSystem) s’occupe de l’interconnexion avec les réseaux fixes, publics ou privés, auxquels est rattaché le réseau mobile. Il gère en outre l’établissement des communications avec les utilisateurs mobiles, utilisateurs dont il détient un profil.
Les éléments du NSS sont les suivants :

• Le MSC : Le centre de commutation mobile (Mobile-services Switching Center)
• Le HLR : Le registre de localisation nominale (Home Location Register)
• Le VLR : Le registre de localisation des visiteurs (Visitor Location Registre).
• Le OMC et NMC: Le centre d'opération et de maintenance et le centre de management du réseau (Opération and Maintenance Center, Network Management Center).

Le NSS utilise deux autres bases de données :

• L’AUC : Le centre d'authentification (Authentification Center).
• L’EIR : L'enregistreur des identités et des équipements (Equipment Identity Register).

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 commuté public (RTC) ou de son équivalent numérique, le réseau RNIS (Réseau Numérique aux abonnés avec Intégration de Service) ISDN en anglais.
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. Des MSC servant de passerelle (Gateway Mobile Switching Center, GMSC) sont placées en périphérie du réseau d'un opérateur de manière à assurer l’échange entre réseaux d'opérateurs.

HLR
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 Ki (cette clé est connue d'un seul HLR et d'une seule carte SIM), les services souscrits, le numéro de l'abonné (IMSI), etc.
• Ainsi qu'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 est souvent unique pour un réseau GSM et seules quelques personnes y ont accès directement.

VLR
Le VLR est une base de donnée contenant des informations sur tous les abonnés mobiles situés en temps réels dans sa propre zone de service. Ainsi, dans un réseau GSM il y a au moins un VLR pour chaque MSC. Le VLR stocke temporairement l'information d'abonnement de sorte que le MSC puisse entretenir tous les abonnés visitant en temps réel cette zone de service.
Quand un abonné "Roam" (entre) dans une nouvelle zone de service du MSC, le VLR du nouveau MSC envoie un requête au HLR pour récupérer le profile de l'abonné , après avoir exécuté cette transaction le HLR met à jour le nouveau profile d'abonné.

AUC
Le centre d'authentification (AUC) est une base données répondants aux exigences de sécurité des systèmes GSM. L'AUC mémorise pour chaque abonnée une clé secrète pour authentifier les demandes de services et pour chiffrer les communications. Un AUC est en général associé à chaque HLR. L'ensemble peut être intégré dans un même équipement. Cependant, du point de vue fonctionnel, ils ne font pas partie du même sous-système.

EIR
L'EIR (Equipment Identity Register) est une base de données annexe contenant les identités des terminaux (IMEI). Elle peut être consultée lors des demandes de services d'un abonné pour vérifier que le terminal utilisé est autorisé à fonctionner sur le réseau. L'identité d'un terminal contient un numéro d'homologation commun à tous les terminaux d'une même série, un numéro identifiant l'usine d'assemblage et un numéro spécifique au terminal.
L'accès au réseau peut être refusé parce que le terminal n'est pas homologué, qu'il perturbe le réseau ou bien parce qu'il a fait l'objet d'une déclaration de vol. L'EIR peut contenir en liste blanche de l'ensemble des numéros d'homologation, une liste noire des équipements volés et interdits d’accès, et une liste grise des terminaux présentant des dysfonctionnements insuffisants pour justifier une interdiction totale. Le réseau peut mémoriser l'identité IMSI d'un abonné utilisant un terminal inscrit en liste noire ou grise et le transférer au système d'administration pour permettre d'identifier les accès frauduleux.

OMC et NMC
La diversité des équipements présents dans un réseau GSM tant sur le plan de leur type (émetteurs-récepteurs, commutateurs, bases de données) que la multiplicité des fournisseurs pousse à adopter une approche structurée et hiérarchique. La norme GSM présente deux niveaux : Les OMC et Les NMC
Le NMC permet l'administration générale de l'ensemble du réseau par un contrôle centralisé, alors que les OMC permettent une supervision locale des équipements. Plusieurs OMC vont, par exemple, superviser des ensembles de BSC et de BTS sur différentes zones. D'autres OMC vont superviser les MSC et VLR. Les incidents mineurs sont transmis aux OMC qui les filtrent. Les incidents majeurs vont remonter jusqu'au NMC. Le découpage entre OMC et NMC n'est pas défini pour l'ensemble des fonctions d'administration dans la norme. Le NMC correspond en général au système d'exploitation du TMN. Les différents OMC assurent les fonctions de médiation.

GSM - BSS: Base station subsystem

Qui assure les transmissions radio électriques et gère la ressource radio, il comprend :

• Les BTS (Base transceiver station) : Les stations de base.
• BSC (Base station controller) : Le contrôleur de stations de base.

1- BTS

Chaque BTS réalise la couverture radio d’un certain territoire appelé cellule dont le rayon varie entre quelques centaines de mètres et quelques kilomètres, chacune équipée en son centre d'une antenne directionnelle servant de relais entre les téléphones mobiles et le central, 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 est un ensemble d'émetteurs–récepteurs appelés TRX. Elle a la charge de la transmission radio : modulation, démodulation, égalisation, codage correcteur d'erreur.
Elle gère plus généralement toute la couche physique : multiplexage TDMA, saut de fréquence lent, chiffrement. Elle réalise aussi l'ensemble des mesures radio nécessaire pour vérifier qu'une communication en cours se déroule correctement. Ces mesures ne sont pas exploitées par la BTS, mais directement transmise au BSC.
La BTS gère la couche liaison de données pour l'échange de signalisation entre les mobiles et l'infrastructure. Enfin, elle gère la liaison de données avec le BSC afin d'assurer la fiabilité du dialogue.
La capacité maximale d'une BTS est typiquement de 16 porteuses (limite jamais atteinte en pratique), c'est-à-dire qu'elle peut supporter au plus une centaine de communications simultanées. En zone rurale, la BTS peut être restreinte à la gestion d'une seule porteuse écoulant jusqu'à 7 communications simultanées. En zone urbaine, les BTS comportent généralement de 2 à 4 TRX pouvant écouler environ de 14 à 28 communications simultanées.
Le nombre de communications simultanées que peut écouler une station de base est limité pour des questions matérielles, et surtout à cause du nombre de fréquences disponibles.
Dans les zones urbaines denses, l'opérateur utilise des microcellules, de quelques centaines de mètres de rayon, pour écouler un trafic important par unité de surface.
Dans les zones rurales faiblement peuplées, les cellules sont de tailles importantes, jusqu'à 30 Km, et sont appelées des macrocellules.
L'utilisation d'un portatif n'est donc pas toujours possible sur la totalité de la surface d'une cellule rurale.
Les différents environnements (urbain/rural, intérieur/extérieur, etc.) et les prévisions de demande de trafic impose des contraintes de nature diverse sur l'interface radio et le déploiement du système.


2- BSC

Le contrôleur de station de base BSC est l'organe intelligent du BSS. Il a pour fonction principale de gérer la ressource radio. Il commande l'allocation des canaux, utilise les mesures effectuées par la BTS pour contrôler les puissances d'émission du mobile et/ou de la BTS, prend la décision de l'exécution d'un Handover (il gère les transferts intercellulaires des utilisateurs dans sa zone de couverture, c'est-à-dire quand une station mobile passe d'une cellule à une autre).
Le BSC gère une ou plusieurs stations de base et communique avec elles 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.


Pour les fonctions des 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.
Dans l'autre sens, le contrôleur commute les données en les dirigeant vers la bonne station de base.

GSM - MS (Mobile station)

La station mobile est constituée du téléphone portable à proprement parler mais aussi d'une carte appelée carte SIM (Subscriber Identity Module), qui est indispensable pour accéder au réseau. Cette carte contient, sur un microprocesseur, les informations personnelles de l'abonné. Ce dernier peut donc, par insertion de la carte SIM dans n'importe quel téléphone portable, recevoir des appels, donner et avoir accès à tous les services qu'il a souscrit : le téléphone portable et l'utilisateur sont totalement indépendants.

GSM - Architecture du réseau GSM

Le réseau GSM est composé de plusieurs entités, les quelles ont des fonctions et des interfaces spécifiques. La figure (I-1) montre les différentes couches du réseau GSM. Ce dernier peut être divisé en 3 parties:

• MS :Mobile Station
• BSS :Base Station Sub-system
• NSS :Network Sub-System

GSM - Présentation

La norme GSM est un système de téléphonie mobile numérique extrêmement puissant et complexe de la deuxième génération (2G), offrant une multitude de services, des caractéristiques d'utilisation intéressantes ainsi qu'une grande sécurité.
Le GSM a supplanté les systèmes analogiques, dits de première génération. La couverture du GSM est quasi mondiale, et le système GSM a été étendu à d’autres bandes de fréquences, notamment 900 et 1800 MHz.

GSM - Introduction

Le GSM (Global System for Mobile communications), premier système de téléphonie mobile efficace, économique et universel répondant aux exigences d’interconnexion et de mobilité du monde contemporain, a été rapidement adopté par les utilisateurs ces dix dernières années. Pour se maintenir à la hauteur de ce succès tout en participant à la convergence des mondes de l’informatique et des télécommunications dont notre époque est le témoin, le GSM évolue constamment.
Ce système comporte plusieurs normes chacune est définie dans son pays de création ainsi que sa bande de fréquence tel que le GSM, DCS, PCS, PHS, DECT, CT2, CDMA One ou IS-95A.
La technique HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) rend le terminal mobile plus complexe et autorise des débits supérieurs.

Avec le GPRS (General Packet Radio Service), le réseau s’adapte à la communication de paquets de données. EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) renouvelle l’interface radio pour offrir des débits plus élevés.
L’UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) transforme encore plus radicalement l’interface radio pour offrir des services mobiles équivalents à ceux offerts sur les réseaux fixes et on rêve déjà à l'évolution suivante qui pourrait être HSDPA (High Speed Downlink Package Access). Ces différents systèmes de communication avec des mobiles sont aujourd’hui mondialement connus.