GSM - Architecture

Un réseau GSM comprend de nombreuses unités fonctionnelles. Ces fonctions et interfaces sont expliquées dans ce chapitre. Le réseau GSM peut être largement divisé en -

  • La station mobile (MS)

  • Le sous-système de la station de base (BSS)

  • Le sous-système de commutation de réseau (NSS)

  • Le sous-système de soutien aux opérations (OSS)

GSM - La station mobile

Le MS se compose de l'équipement physique, tel que l'émetteur-récepteur radio, les processeurs d'affichage et de signaux numériques, et la carte SIM. Il fournit l'interface radio à l'utilisateur dans les réseaux GSM. À ce titre, d'autres services sont également fournis, notamment:

  • Téléservices vocaux

  • Services de support de données

  • Les services complémentaires des fonctionnalités

Le MS fournit également le récepteur pour les messages SMS, permettant à l'utilisateur de basculer entre l'utilisation de la voix et des données. De plus, le mobile facilite l'accès aux systèmes de messagerie vocale. Le MS permet également d'accéder aux différents services de données disponibles dans un réseau GSM. Ces services de données comprennent -

  • Commutation de paquets X.25 via une connexion commutée synchrone ou asynchrone vers le PAD à des vitesses généralement de 9,6 Kbps.

  • General Packet Radio Services (GPRS) utilisant une méthode de transfert de données X.25 ou IP à une vitesse allant jusqu'à 115 Kbps.

  • Données à commutation de circuits à haute vitesse à des vitesses allant jusqu'à 64 Kbps.

Nous discuterons plus en détail des services GMS dans GSM - User Services.

Qu'est-ce que SIM?

La carte SIM offre une mobilité personnelle afin que l'utilisateur puisse avoir accès à tous les services souscrits indépendamment de l'emplacement du terminal et de l'utilisation d'un terminal spécifique. Vous devez insérer la carte SIM dans un autre téléphone cellulaire GSM pour recevoir des appels sur ce téléphone, passer des appels à partir de ce téléphone ou recevoir d'autres services souscrits.

GSM - Le sous-système de la station de base (BSS)

Le BSS est composé de deux parties -

  • La station d'émetteur-récepteur de base (BTS)

  • Le contrôleur de station de base (BSC)

Le BTS et le BSC communiquent via l'interface Abis spécifiée, permettant des opérations entre des composants fabriqués par différents fournisseurs. Les composants radio d'un BSS peuvent être constitués de quatre à sept ou neuf cellules. Un BSS peut avoir une ou plusieurs stations de base. Le BSS utilise l'interface Abis entre le BTS et le BSC. Une ligne à grande vitesse distincte (T1 ou E1) est ensuite connectée du BSS au Mobile MSC.

La station d'émetteur-récepteur de base (BTS)

Le BTS héberge les émetteurs-récepteurs radio qui définissent une cellule et gère les protocoles de liaison radio avec la MS. Dans une grande zone urbaine, un grand nombre de BTS peuvent être déployés.

Le BTS correspond aux émetteurs-récepteurs et antennes utilisés dans chaque cellule du réseau. Un BTS est généralement placé au centre d'une cellule. Sa puissance d'émission définit la taille d'une cellule. Chaque BTS a entre 1 et 16 émetteurs-récepteurs, en fonction de la densité d'utilisateurs dans la cellule. Chaque BTS sert de cellule unique. Il comprend également les fonctions suivantes -

  • Encodage, cryptage, multiplexage, modulation et alimentation des signaux RF vers l'antenne

  • Transcodage et adaptation de débit

  • Synchronisation de l'heure et de la fréquence

  • Voix via des services plein ou demi-tarif

  • Décodage, décryptage et égalisation des signaux reçus

  • Détection d'accès aléatoire

  • Avances chronométrées

  • Mesures de canal de liaison montante

Le contrôleur de station de base (BSC)

Le BSC gère les ressources radio pour un ou plusieurs BTS. Il gère la configuration des canaux radio, les sauts de fréquence et les transferts. Le BSC est la connexion entre le mobile et le MSC. Le BSC traduit également le canal vocal de 13 Kbps utilisé sur la liaison radio en canal standard de 64 Kbps utilisé par le réseau téléphonique public commuté (PSDN) ou RNIS.

Il attribue et libère des fréquences et des intervalles de temps pour la station mobile. Le BSC gère également le transfert intercellulaire. Il contrôle la transmission de puissance du BSS et du MS dans sa zone. La fonction du BSC est d'allouer les intervalles de temps nécessaires entre le BTS et le MSC. C'est un appareil de commutation qui gère les ressources radio.

Les fonctions supplémentaires comprennent:

  • Contrôle des sauts de fréquence

  • Effectuer une concentration du trafic pour réduire le nombre de lignes du MSC

  • Fournir une interface avec le centre d'exploitation et de maintenance pour le BSS

  • Réallocation des fréquences entre les BTS

  • Synchronisation de l'heure et de la fréquence

  • Gestion de l'alimentation

  • Mesures de retard des signaux reçus de la MS

GSM - Le sous-système de commutation de réseau (NSS)

Le système de commutation de réseau (NSS), dont la partie principale est le centre de commutation mobile (MSC), effectue la commutation des appels entre le mobile et d'autres utilisateurs du réseau fixe ou mobile, ainsi que la gestion des services mobiles tels que l'authentification.

Le système de commutation comprend les éléments fonctionnels suivants -

Registre de localisation du domicile (HLR)

Le HLR est une base de données utilisée pour le stockage et la gestion des abonnements. Le HLR est considéré comme la base de données la plus importante, car il stocke des données permanentes sur les abonnés, y compris le profil de service d'un abonné, les informations de localisation et l'état d'activité. Lorsqu'un individu achète un abonnement sous forme de SIM, toutes les informations relatives à cet abonnement sont enregistrées dans le HLR de cet opérateur.

Centre de commutation de services mobiles (MSC)

Le composant central du sous-système réseau est le MSC. Le MSC effectue la commutation des appels entre le mobile et d'autres utilisateurs du réseau fixe ou mobile, ainsi que la gestion des services mobiles tels que l'enregistrement, l'authentification, la mise à jour de l'emplacement, les transferts et le routage des appels vers un abonné itinérant. Il remplit également des fonctions telles que la billetterie de péage, l'interfaçage du réseau, la signalisation de canal commun, etc. Chaque MSC est identifié par un identifiant unique.

Registre de localisation des visiteurs (VLR)

Le VLR est une base de données qui contient des informations temporaires sur les abonnés dont le MSC a besoin pour desservir les abonnés en visite. Le VLR est toujours intégré au MSC. Lorsqu'une station mobile se déplace dans une nouvelle zone MSC, le VLR connecté à ce MSC demandera des données sur la station mobile au HLR. Plus tard, si la station mobile effectue un appel, le VLR aura les informations nécessaires pour l'établissement de l'appel sans avoir à interroger le HLR à chaque fois.

Centre d'authentification (AUC)

Le Centre d'authentification est une base de données protégée qui stocke une copie de la clé secrète stockée dans la carte SIM de chaque abonné, qui est utilisée pour l'authentification et le chiffrement du canal radio. L'AUC protège les opérateurs de réseau contre différents types de fraude rencontrés dans le monde cellulaire actuel.

Registre d'identité de l'équipement (EIR)

Le registre d'identité d'équipement (EIR) est une base de données qui contient une liste de tous les équipements mobiles valides sur le réseau, où son identité internationale d'équipement mobile (IMEI) identifie chaque MS. Un IMEI est marqué comme invalide s'il a été signalé volé ou s'il n'est pas homologué.

GSM - Le sous-système d'assistance aux opérations (OSS)

Le centre d'exploitation et de maintenance (OMC) est connecté à tous les équipements du système de commutation et au BSC. La mise en œuvre d'OMC s'appelle le système d'exploitation et d'assistance (OSS).

Voici quelques-unes des fonctions OMC -

  • Administration et exploitation commerciale (abonnement, terminaux, tarification et statistiques).

  • Gestion de la sécurité.

  • Configuration du réseau, fonctionnement et gestion des performances.

  • Tâches de maintenance.

Les fonctions d'exploitation et de maintenance sont basées sur les concepts du réseau de gestion des télécommunications (RGT), qui est normalisé dans la série UIT-T M.30.

Voici la figure qui montre comment le système OMC couvre tous les éléments GSM.

L'OSS est l'entité fonctionnelle à partir de laquelle l'opérateur de réseau surveille et contrôle le système. Le but de l'OSS est d'offrir au client une assistance économique pour les activités d'exploitation et de maintenance centralisées, régionales et locales requises pour un réseau GSM. Une fonction importante de l'OSS est de fournir une vue d'ensemble du réseau et de soutenir les activités de maintenance des différentes organisations d'exploitation et de maintenance.

Une vue schématique simple de l'architecture GSM est donnée ci-dessous -

Les composants supplémentaires de l'architecture GSM comprennent des bases de données et des fonctions de systèmes de messagerie -

  • Registre de localisation du domicile (HLR)

  • Registre de localisation des visiteurs (VLR)

  • Registre d'identité de l'équipement (EIR)

  • Centre d'authentification (AuC)

  • Centre de service SMS (SMS SC)

  • Passerelle MSC (GMSC)

  • Centre de chargeback (CBC)

  • Transcodeur et unité d'adaptation (TRAU)

Le schéma suivant montre le réseau GSM avec les éléments ajoutés -

La MS et le BSS communiquent via l'interface Um. Il est également connu sous le nom d'interface radio ou de liaison radio . Le BSS communique avec le centre NSS (Network Service Switching) via l' interface A.

Zones de réseau GSM

Dans un réseau GSM, les zones suivantes sont définies -

  • Cell- Cell est la zone de service de base; un BTS couvre une cellule. Chaque cellule reçoit une identité globale de cellule (CGI), un numéro qui identifie de manière unique la cellule.

  • Location Area- Un groupe de cellules forme une zone de localisation (LA). Il s'agit de la zone qui est paginée lorsqu'un abonné reçoit un appel entrant. Chaque LA se voit attribuer une identité de zone d'emplacement (LAI). Chaque LA est desservie par un ou plusieurs BSC.

  • MSC/VLR Service Area - La zone couverte par un MSC est appelée zone de service MSC / VLR.

  • PLMN- La zone couverte par un opérateur de réseau est appelée le réseau mobile terrestre public (PLMN). Un PLMN peut contenir un ou plusieurs MSC.