Analyse de GPRS - WideReality.com Register (HLR) qui est un enregistreur de localisation nominal....

Analyse de GPRS

version : 1.0

Nom(s)

Auteur

Co-Auteur

R. Cavagna, Stagiaire ENST Bretagne

X. Lagrange, ENST Bretagne

Nature des modifications Date Version

Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 1 Nom Projet Réf donnée. Date Partenaire Version n° page

Sommaire 1 Architecture générale ........................................................................... 4

1.1 Introduction ..................................................................................................... 4 1.2 L’architecture de GPRS................................................................................... 4 1.3 Les terminaux dans GPRS............................................................................... 6

2 La pile protocolaire .............................................................................. 8 2.1 Le plan de transmission ................................................................................... 8

2.1.2 Les couches physiques................................................................................. 9 2.1.3 L’interface Gn.............................................................................................. 9 2.1.4 Le lien entre le SGSN et le PCU ................................................................. 9 2.1.5 Le lien entre le PCU et la MS...................................................................... 9 2.1.6 Le lien entre le MS et le SGSN ................................................................. 10

2.2 Le plan de signalisation ................................................................................. 10

3 La transmission sur l’interface radio.................................................. 13 3.1 Le canal physique .......................................................................................... 13

3.1.1 Le canal Packet Data Channel (PDCH)..................................................... 13 3.1.2 La multitrame dans GPRS ......................................................................... 14

3.2 Les canaux logiques paquets ......................................................................... 14 3.2.2 Les canaux communs................................................................................. 15

a) Le Packet Random Access Channel (PRACH ↑) ................................................... 16 b) Le Packet Access Grant Channel (PAGCH ↓) ...................................................... 16 c) Le Packet Paging Access Channel (PPCH ↓)........................................................ 16 d) Le Packet Notification Channel (PNCH ↓) ........................................................... 16 e) Le Packet Broadcast Control Channel (PBCCH ↓) .............................................. 16

3.2.3 Les canaux dédiés ...................................................................................... 17 a) Le Packet Data Tranfert Channel (PDTCH ↑ ou ↓) ............................................. 17 b) Le Packet Associated Control Channel (PACCH ↑ ou ↓) ..................................... 17 c) Le Packet Timing Control Channel (PTCCH ↑ ou ↓) ........................................... 17

3.3 Le codage des données .................................................................................. 17 3.3.2 L’encodage CRC ....................................................................................... 18 3.3.3 L’encodage convolutionnel ....................................................................... 18 3.3.4 Les schémas de codage dans GPRS........................................................... 18

4 L’échange de données entre le MS et le SGSN ................................. 21 4.2 Contexte PDP et flux de données .................................................................. 21 4.3 la couche SNDCP .......................................................................................... 23

4.3.1 Présentation................................................................................................ 23 4.3.2 Structure du PDU SNDCP......................................................................... 23

4.4 La couche LLC .............................................................................................. 24 4.4.1 Structure de la trame LLC ......................................................................... 24 4.4.2 Les modes de fonctionnement ................................................................... 26

a) Le mode ADM ........................................................................................................ 26 b) Le mode ABM......................................................................................................... 26

4.4.3 Le transfert des données ............................................................................ 27 a) Le transfert des données sans acquittements ......................................................... 27 b) Le transfert des données avec acquittements ......................................................... 28 c) Les classes de services ........................................................................................... 31


4.4.4 La négociation des paramètres................................................................... 32 a) Les paramètres négociables................................................................................... 32 b) Le mécanisme de négociation ................................................................................ 34

4.4.5 Récapitulatif sur la taille des PDU LLC .................................................... 36 4.5 La couche MAC/RLC.................................................................................... 36

4.5.1 Structure du bloc MAC/RLC..................................................................... 37 4.5.2 Taille des blocs de données MAC/RLC .................................................... 38 4.5.3 Le transport des PDUs LLC ...................................................................... 39

4.6 Exemple du transport d’un paquet IP de 1500 octets .................................... 40

5 les mesures faites par le mobile ......................................................... 42 5.1 Les grandeurs mesurées................................................................................. 42 5.2 La qualité du signal........................................................................................ 43 5.3 Les traitements effectués ............................................................................... 43

5.3.1 Le filtrage des mesures .............................................................................. 43 5.3.2 Le calcul de la variance et du coefficient de variation .............................. 44

Annexes A : Structure des blocs MAC/RLC ............................................ 45 5.4 Le lien montant .............................................................................................. 46 5.5 Le lien descendant ......................................................................................... 47 5.6 Glossaire des champs contenus dans les blocs MAC/RLC ........................... 48

Références ................................................................................................. 50

Glossaire.................................................................................................... 51


1 Architecture générale

1.1 Introduction

Le service GPRS définit une architecture de réseau à commutation par paquets avec gestion de la mobilité et accès par voie radio. Un réseau GPRS comprend des abonnées propres, mobiles ou fixes, et peut être relié à divers réseaux de données fixes reposant sur divers protocoles : IP (Internet Protocol) mais aussi X25, protocole orienté connexion de l’ITU (Internationnal Telecommunication Union). Le protocole réseau, quel qu’il soit, est désigné sous le terme générique de PDP, Packet Data Protocol. Par extension, le réseau est appelé réseau PDP. Plusieurs réseaux GPRS peuvent être reliés entre eux et offrir un service d’itinérance.

Un des intérêts de GPRS est de profiter du multiplexage statistique dans le BSS par l’utilisation de la transmission par paquets sur la voie radio. Les recommandations permettent l’utilisation de plus d’un slot par trame TDMA et autorisent donc des débits instantanés théoriquement jusqu’à 171,2 kbit/s.

1.2 L’architecture de GPRS

SGSN GGSN

HLR

MSC

ISDN

PSTN

PSPDN

A

Gb

Gs

GcGr

Gitunnel

MS

MS

MS

BTS BSC

PCUSN

Cellule couverte

par la BTS

SGSN

PLMNSMC EIR

VLR

GfGd

Gn

Gn

TCU

Ater

Agprs

Um

D

Abis

RESEAU GPRS

RESEAU GSM

[D’après LGT 00]

Figure 1.1. L’architecture de GPRS


La figure 1.1 présente les différents éléments qui constituent l’architecture du réseau GPRS. On constate que le Mobile Station (MS) communique avec le Base Tranceiver station

(BTS) via l’interface radio Um. Le BTS est un émetteur / récepteur contenant un minimum d’intelligence pour faire l’interface entre les MSs et le Base Station Controler (BSC). Le BSC permet une première concentration des circuits et est reliée via l’interface Abis aux BTSs qu’elle commande. Cet équipement gère la ressource radio dans le cas des handover ou de l’allocation d’un canal pour un appel.

Pour ce qui est de l’architecture commune avec le réseau GSM, on retrouve le lien Ater entre la BSC et le Transmission Control Unit (TCU) et le lien A entre le TCU et le Mobile Stwitching Center (MSC). Les MSC sont des commutateurs qui sont en général associés aux Visitor Location Register (VLR). Les VLRs contiennent pour tous les abonnés présents dans le territoire desservi par le MSC, leurs profils et la zone de localisation où ils se trouvent. Les MSCs permettent de gérer les appels de départs et d’arrivées. Le MSC est relié au réseau fixe via l’interface D. Le dernier élément commun que l’on retrouve est le Home Location Register (HLR) qui est un enregistreur de localisation nominal. Cet équipement est la base de données de localisation et de caractérisation des abonnés du réseau.

L’architecture spécifique GPRS est constituée du Packet Control Unit System Node (PCUSN) qui est relié au BSC via le lien Agprs. Cet équipement contient le Packet Control Unit (PCU) qui permet de faire le relais au niveau de la couche LLC entre le SGSN et la MS. Sa fonction principale est de gérer les canaux et le contrôle de la ressource radio. – En réalité, comme on le montre dans la figure 1.2. le PCU peut se situer dans le BTS, le BSC ou dans un équipement indépendant (PCUSN) – Le lien Gb permet de faire la liaison entre le PCUSN et le Serving GPRS system Node (SGSN). Ce nœud de service dans GPRS est un routeur (relié à une ou plusieurs BSS) qui gère les terminaux dans une zone donnée. Le CCU est une partie du BTS qui gère principalement la couche physique, en particulier l’entrelacement et le codage correcteur d’erreur.

C C UC C U

C C UC C U

C C UC C U

P C U

P C U

P C U

U m A b is

B S C

B S C

B S C

G b

S G S N

S G S N

S G S N

G b

B

C

A

[D’après BAT 01]

Figure 1.2. les différentes positions du PCU

Le SGSN est relié via l’interface Gr, Gd, Gf et Gn respectivement au HLR, au Short Message Control (SMC), à l’Equipment Identity Register (EIR) et au Gateway GPRS System Node (GGSN). Le SMC permet l’envoi de messages SMS via le réseau GPRS. Le EIR est une Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 5 Nom Projet Réf donnée. Date Partenaire Version n° page

base de données où sont stockées les identités des terminaux mobiles. Elle permet par exemple de d’établir les listes noires contenant les numéros des terminaux volés. Un tunnel est créé entre le GGSN et le SGSN pour transporter les protocoles de couches supérieures qui arrivent via le GGSN. En effet le GGSN est un nœud passerelle dans GPRS, il fonctionne comme un routeur relié à un ou plusieurs réseaux de données (éventuellement GPRS) qui permet aux paquets venant des réseaux externes d’être acheminés vers le SGSN du destinataire. Il est également capable d’envoyer les paquets sortant vers le réseau de données adéquat. Les interfaces Gn, Gi et Gc permettent respectivement de relier le GGSN a des SGSN du réseau, aux réseaux de données comme Internet et au HLR.

1.3 Les terminaux dans GPRS

Dans cette partie nous allons faire quelques rappels sur les différentes caractéristiques des terminaux qui fonctionnent sur le réseau GPRS.

Trois classes de terminaux sont proposées dans GPRS, les terminaux de :

• classe A : qui permettent à GSM et GPRS de fonctionner en même temps,

• classe B : qui permettent à GSM ou GPRS de fonctionner alternativement (bi-mode, c’est à dire qu’on ne peut se servir que d’un service à la fois),

• classe C : qui permettent le choix a priori de GSM ou de GPRS (on ne peut se servir que d’un service à la fois, mais le mobile peut écouter les deux réseaux en même temps).

La figure 1.3. présente les différents états que peut prendre un mobile GPRS lorsque qu’il fonctionne sur son réseau, c’est à dire à partir du moment où il est allumé.


ready

idle Stand-by

Attachement

Détachement

Détachement

Transmission / Réception

Time-out

Garde la synchronisation et gère l’avance en temps

[D’après LGT 00]

Figure 1.3. Les états GPRS MM (GMM) d’un mobile GPRS

On constate que pour effectuer des transmissions, celui-ci doit être dans l’état ready. Cet état implique qu’il se soit attaché préalablement et donc qu’il ai quitté sa position idle initiale. Une fois qu’il est attaché au réseau, pour le cas ou il n’ait pas de transmission à effectuer (après l’expiration du time-out), il se met dans la position standy pendant laquelle il garde la synchronisation et gère l’avance en temps.


2 La pile protocolaire

Dans cette partie on rappellera les différents éléments qui constituent la pile protocolaire dans GPRS. On tiendra compte des différentes positions possibles du PCU et on mettra en parallèle les éléments communs au réseau GSM. Les recommandations GSM/GPRS établissent un découpage des fonctions et une répartition de celle-ci sur divers équipements. La structuration en couche reprend ce découpage en respectant la philosophie générale du modèle OSI, même si la spécificité d’un système radiomobile conduit à s’éloigner de la structure classique en 7 couches.

2.1 Le plan de transmission

La figure 2.1. rappelle les différents aspects de la structure protocolaire du plan de transmission de GPRS. On met en parallèle dans cette figure la partie du plan de transmission de GSM qui utilise les mêmes équipements que GPRS (i.e le BSS). On prend aussi en compte les différentes positions possibles du PCU dans le réseau GPRS qui sont représentée par A,B et C (cf figure 1.2.).

SNDCP

GSM RF

App.IP / X25

LLCRLCMACGSM RF GSM RF

RLC MAC L1

BSSGPFRL1 bis

SNDCP

L1

LLCBSSGPFRL1 bis

GTPTCP,UDPIPL2L1 L1

IPL2

UDP,TCPGTPIP / X25

L1 L1

GSM RF L1 L1 L1 bis MTP1L1 bis

Um Abis Ater

Agprs Gb Gn Gi

BTSMM BSC TRAU

PCUSN SGSN GGSN

RLC MAC GSM RF

BSSGPFRL1

FR

L1 L1bis

RLC MAC L1

BSSGP

L1bisFR

GSM RF L1

A

B

C

(CCU/PCU)

(CCU)

(CCU)

(PCU)

(PCU)

GSM

GPRS

A

[D’après LGT 00, BAT 01]

Figure 2.1. La pile protocolaire de GSM et GPRS dans le plan de transmission

La gestion du relais au niveau de la couche LLC entre le SGSN et la MS peut se faire à différents endroits : soit dans le BTS, soit dans le BSC, soit dans un équipement spécifique (le PCUSN). Suivant la position du PCU, les équipements intermédiaires effectueront ou non une commutation simple des données entre le SGSN et le PCU, puis entre le PCU et la BTS.


Pour ce qui est du plan de transmission dans GSM, tout ce passe au niveau de la couche physique. Dans l’interface A et dans les interfaces qui suivent le Transcoder/Rate Adaptator Unit (TRAU) la parole est respectivement transportée dans des canaux à 64 kbit/s puis dans des canaux à 16 kbit/s. Le TRAU est un équipement, souvent près du MSC mais fonctionnellement intégré au BSC, qui réalise la conversion « parole numérisée a 13 kbit/s »

« parole numérisée à 64 kbit/s » et une partie de l’adaptation de débit pour les données utilisateur. En effet dans les canaux à 16 kbit/s, la parole n’utilise en réalité que 13 kbit/s.

2.1.2 Les couches physiques

Les couches L1, L1bis et GSMRF définissent l’ensemble des moyens de transmission et de réception physique de l’information. Sur l’interface Abis, la transmission est numérique, le plus souvent sur des voies de 64 kbit/s (une ou plusieurs liaisons MIC à 30 voies). Sur l’interface radio (Um) cette couche est plus compliquée du fait des nombreuses opérations à effectuer : codage correcteur d’erreur, multiplexage des canaux logiques, mesures radio à effectuer.

2.1.3 L’interface Gn

Entre le SGSN et le GGSN, un tunnel est crée pour transporter les protocoles des couches supérieures. Ce tunneling est possible grâce au protocole GPRS Tunnel Protocol (GTP) qui s’appuie soit sur TCP (Transport Control Protocol) pour permettre le transport des données avec acquittements , soit sur UDP (User Datagram Protocol) pour permettre le transport de données sans acquittements. La norme requiert que les deux types de protocoles soient disponibles entre le SGSN et le GGSN dans le plan de transmission. Les PDUs GTP sont encapsulés dans des PDUs TCP ou UDP, eux même encapsulés dans des datagrammes IP (pour l’instant IPv4 et à terme IPv6) qui contiennent les adresses des SGSNs et des GGSNs concernés. Ce niveau réseau ne s’occupe que de l’acheminement au sein du réseau fixe GPRS.

2.1.4 Le lien entre le SGSN et le PCU

Entre le SGSN et le PCU le protocole BSS GPRS Protocol (BSSGP) permet principalement une gestion coordonnée de la localisation entre GPRS et GSM-circuit. Ce protocole a un rôle similaire au protocole BSSMAP et il transporte des informations de routage et de qualité de service entre le PCU et le SGSN. Il permet aussi la retransmission automatique des trames par le PCU et assure que le PCU est transparent aux données utilisateurs GPRS.

2.1.5 Le lien entre le PCU et la MS

Entre le PCU et la MS deux couches protocolaires assurent un service liaison de données:


• la couche Medium Access Control (MAC) gère l’accès au canal radio. Elle alloue des ressources aux mobiles seulement quand ils ont des données à transmettre et elle permet un multiplexage statistique.

• la couche Radio Link Control (RLC) assure un service liaison de données entre le MS et le PCU. Elle peut apporter une fiabilisation de la liaison radio.

Les couches RLC et MAC interagissent étroitement et sont spécifiées dans la même recommandation, ce qui rend la séparation MAC/RLC un peu factice.

2.1.6 Le lien entre le MS et le SGSN

La couche de convergence Subnetwork Dependant Convergence Protocol (SNDCP), a pour objet la réutilisation des protocoles standard développés pour les réseaux fixe de données tout en ayant des couches inférieures qui sont spécifiques aux réseaux radiomobiles. A ce titre, SNDCP effectue une compression et une segmentation des PDUs de niveau réseau (appelé PDU PDP).

Enfin, entre la MS et le SGSN on retrouve la couche Logical Link Control (LLC) qui permet la liaison entre ces deux équipements. Elle assure, entre autres, le chiffrement pour GPRS. La particularité de LLC réside dans la gestion évoluée des acquittements. Elle prend aussi en charge le chiffrement spécifique à GPRS. Celui-ci reprend les principes du chiffrement de GSM-circuit avec une clé de 64 bits et un algorithme de chiffrement utilisant un compteur sur 32 bits incrémenté à chaque nouvelle trame LLC.

Le protocole LLC dispose de trois modes : - le mode protégé sans acquittements où la redondance de contrôle porte sur l’ensemble de la trame mais où il n’y a pas de répétition en cas de perte ou d’erreur sur la trame, - le mode non protégé sans acquittements où la redondance porte seulement sur l’en-tête. - le mode avec acquittements où les retransmissions en cas d’erreur sont gérées.

2.2 Le plan de signalisation

La figure 2.2. rappelle les différents aspects de la structure protocolaire du plan de signalisation de GPRS. On remarque qu’au niveau du réseau d’accès les couches inférieures à SNDCP sont communes aux plans de signalisation et de transmission.


GMMLLCBSSGPFRL1 bis

GTP

UDPIPL2L1

L1

IPL2

UDP

GTP

Gn

Gi

SGSN

GGSN

SCCP

MTP3MTP2MTP1

MAPTCAP

SCCP

MTP3MTP2MTP1

MAP

TCAP

SCCPMTP3MTP2MTP1

MAPTCAPSCCP

MTP3MTP2MTP1

BSSAP+SCCP

MTP3MTP2MTP1

BSSAP+MSC/VLR

HLR

Gs

Gb

Gc

Gr

PSPDN

SCCP

MTP3MTP2MTP1

MAPTCAP

GdSMS/MSC

G SMSSM

RLCMACGSMRF

BSSGPFRL1bis

GMMLLCRLCMACGSMRF

G SMSSM

L1

IPL2

UDP

GTP

Passerelle IP-SS7

MS

BSS

Um

[D’après LGT 00]

Figure 2.2. le plan de signalisation dans GPRS

Les liens Gr et Gc (Gc est optionnel) relient respectivement le SGSN et le GGSN au HLR (via éventuellement une passerelle IP-SS7 pour le GGSN). Le lien Gs (optionnel) relie le MSC au SGSN. Entre ces deux équipements, le protocole BSS Application Part + (BSSAP+) qui est une adaptation de BSSAP permet des applications simultanées entre GPRS et GSM. En effet, lorsque qu’un réseau combine le mode circuit et le mode paquets, il est nécessaire que le SGSN dialogue avec le MSC/VLR pour coordonner la gestion de la localisation. De plus, il peut être efficace, lors d’un appel circuit vers un mobile d’utiliser l’appel en diffusion (paging), géré par le SGSN. Le lien Gb relie le PCU et le SGSN. Le relais de trames est utilisé entre ces deux équipements. Entre le SGSN et le GGSN (lien Gn), le protocole de tunneling GTP est utilisé pour transporter les protocoles des couches supérieures. On peut noter que dans le plan de signalisation on utilise uniquement le protocole de UDP pour transporter les données car il est plus simple. Enfin, le lien Gd permet de délivrer des messages SMS via le réseau GPRS.

Le protocole Message Transfert Part (MTP) qui est l’ensemble des trois couches basses du SS7 est implanté dans les MSC, VLR, HLR, SGSN et GGSN. Il permet de disposer d’un réseau téléphonique national dédié à la signalisation, basé sur le principe du datagramme. La gestion de l’itinérance nécessite l’utilisation du protocole adaptatif Mobile Application Part (MAP), particulier au GSM. Pour offrir l’itinérance internationale et rendre évolutif les formats des messages, les protocoles SCCP et TCAP sont utilisés dans les dialogues MSC/VLR-HLR, MSC/VLR-MSC/VLR, SGSN-SMS/HLR, SGSN-HLR et GGSN-HLR. Ils se placent dans la structure en couche entre le MAP et le MTP.

Sur le réseau d’accès, la couche réseau comprend deux sous-couches GPRS Mobility Management (GMM) et Session Management (SM). La couche SM est l’équivalent de la couche CM de GSM-circuit. Elle permet au mobile de demander la mémorisation d’un contexte PDP dans le SGSN ou le GGSN. Ainsi les paquets arrivant du réseau PDP externe Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 11 Nom Projet Réf donnée. Date Partenaire Version n° page

sont routés par le GGSN vers le SGSN sans consultation des bases de données de localisation. La couche GMM est l’équivalent de la couche MM. Elle permet la gestion de l’itinérance du terminal dans le réseau. Lorsqu’un même réseau GSM comprend un service circuit et un service paquet, l’itinérance peut être gérée de façon coordonnée. La couche SM est au-dessus de la couche GMM mais il n’y a pas d’encapsulation entre les couches. La couche GPRS Short Message Service (GSMS) assure l’échange des messages court entre le mobile et le SGSN.


3 La transmission sur l’interface radio

Dans cette partie nous nous intéresserons plus particulièrement à l’interface radio qui relie le MS et le BTS. La couche protocolaire utilisée pour faire le lien entre ces deux éléments est la couche Global System for Mobile Radio Frequency (GSM RF) qui utilise une technique d’accès TDMA. Cette technique d’accès permet à différents utilisateurs de partager une bande de fréquence donnée. Sur une même porteuse, les slots sont regroupés par paquets de 8 et chaque utilisateur en utilise un avec les terminaux monoslot ou plusieurs avec les terminaux multislots. Un « canal physique » est donc constitué par la répétition périodique d’un slot dans une trame TDMA. Chaque slot accueille un élément de signal radioélectrique appelé burst. L’utilisation d’un canal physique plein étant trop coûteuse en ressources on définit des structures de multitrames qui permettent d’allouer moins d’un slot par trame. Un ensemble de slots dans une multitrame va donc permettre de transporter, avec une périodicité bien définie, un certain type d’information de contrôle ou de signalisation. Cet ensemble de slots forme un « canal logique ». Plusieurs schémas de codage permettent de transporter différentes tailles de SDU au niveau physique. Le débit utilisateur peut ainsi varier suivant la qualité du signal reçu.

3.1 Le canal physique

3.1.1 Le canal Packet Data Channel (PDCH)

Une cellule supportant le GPRS doit allouer des ressources sur un ou plusieurs canaux physiques. Les canaux physiques partagés par les MS GPRS sont pris parmi l’ensemble des canaux physiques disponibles dans la cellule. Cette allocation de canaux à des services de commutation se fait dynamiquement selon le principe de la capacité et de la demande. Un PDCH dans GPRS est donc un canal physique configuré pour GPRS. Il supporte une multitrame à 52 trames (soit 12 blocs) qui peut être allouée pour différents canaux logiques qui peuvent être communs ou dédiés. Un canal PDCH est dit « maître » lorsqu’il contient au moins un canal contrôle commun, un canal de contrôle commun étant un canal partagé entre plusieurs mobiles. Dans le cas contraire il est dit « esclave » et il ne contient que des canaux dédiés à des mobiles en particulier. Les canaux PDCH esclaves peuvent être reconfigurés très rapidement en canaux GSM-circuit.


3.1.2 La multitrame dans GPRS

1 m ultitram e = 52 tram es successives = 12 blocs radio de 4 tram es TDM A + 4 tram es(2 idle et 2 PTCCH)

Une tram e TDM A est composée de 8 slots

0 7

(12/13)*5 = 4,615 ms

577 µs

1 slot =156,25 bits

T = Tail (3 bits)F = Stealing Flag (1 bit)Data = (57 bits)TB = Training Bit ( 26 bits)GB = Guard Périod (8,25 bits)

T GBData F F FTB Data

1 4 532 6

(12/13)*5*52 = 240 m s

(… )0Bloc 0 Bloc 1 Bloc 2 Bloc 10 Bloc 11 3

Trame idleTrame PT CCH

[D’après LGT 00, BAT 01]

Figure 3.1. La multitrame dans GPRS (voie montante ou descendante)

La multitrame de base dans GPRS décrite dans la figure 3.1. est définie pour un même slot sur 52 trames successives. Elle est organisée en 12 blocs de 4 slots et permet donc la transmission de 12 PDU physiques. Les 4 slots restants sont utilisés pour permettre aux mobiles de scruter les voies balises des cellules voisines (slots idle) et pour transmettre les informations d’avance en temps (slots PTCCH). Parmi les 12 blocs de la multitrame, chacun peut supporter un canal logique GPRS différent du suivant ou du précédent. Un slot fait une taille de 156,25 bits dont 114 sont des données, un bloc contient donc 114*4 = 456 bits de données.

3.2 Les canaux logiques paquets

Les canaux logiques qui permettent une utilisation parcimonieuse de la ressource radio sont transportés dans un ou plusieurs canaux physiques configuré pour GPRS : les Packet Data Channel (PDCH). La notion de canaux logiques permet aussi de limiter les efforts de scrutation des équipements. En effet, un mobile doit par exemple être constamment à l’écoute des informations transmises par la station de base. Pour lui éviter d’écouter tous les slots de toutes les trames, on affecte à chaque slot d’une multitrame (et sur une certaine porteuse) une fonction précise.

GPRS utilise des canaux de broadcast spécifiques à GSM pour le réglage de la fréquence (Frequency Control Channel, FCCH) et de la synchronisation (Synchronisation Channel, TCH). Pour les autres besoins, deux familles de canaux logiques spécifiques à GPRS ont été définies. Ces canaux logiques peuvent être communs à plusieurs mobiles ou dédiés à un seul en particulier. Ils sont présentés dans la figure 3.2.


Canaux logiques

Canaux communs Canaux dédiés

Canaux debroadcast

Canaux de contrôle communs

Canaux detrafic

PBCCH

PAGCH

PNCHPPCH

PRACH

PDTCH

PTCCH

PACCH

Canaux de contrôle associés

Broadcast

diffusion

Accès aléatoire

Notification

Allocation

Acquittement et Allocation

Avance en temps

Trafic des données

[D’après BAT 01]

Figure 3.2. Les canaux logiques assignés dans GPRS

Les canaux logiques sont utilisés sur le lien montant (uplink, ↑ ) et (ou) sur le lien descendant (downlink, ↓ ).

3.2.2 Les canaux communs

Un canal logique commun est simplex et partagé par un ensemble de mobiles. Dans le sens descendant, cela signifie que les données sont diffusées et que plusieurs mobiles peuvent être à l’écoute du canal, si la cellule est suffisamment chargée. Ces données peuvent concerner le système dans son ensemble ou uniquement des mobiles qui doivent être réveillés (appel entrant) et qui ne disposent pas encore de canaux dédiés. Dans le sens montant, la fonction remplie par un canal commun est la fonction d’accès multiple ALOHA slotté. Ainsi le slot supportant cette fonction d’accès aléatoire (random access) est a priori disponible à un ensemble de mobiles. Chacun peut émettre et les collisions sont résolues par les méthodes statistiques de résolution et de contention.

Les Packet Common Control Channels (PCCCH) de GPRS sont très proche des Common Control Channels (CCCH) de GSM. Quand il n’est pas alloué dans la cellule, le transfert de paquet peut être initié par le CCCH. Les informations systèmes et les mécanismes d ‘accès aléatoire peuvent donc utiliser les canaux logiques GSM-circuit : BCCH, PCH, RACH, et AGCH. Un canal logique supplémentaire appelé NCH, Notification Channel, a été introduit pour les appels de groupes, spécifiques aux services réseau d’entreprise. L’utilisation de ce canal est prévue pour la diffusion de données. Dans le cas contraire, Il est aussi possible d’utiliser des canaux GPRS spécifiques pour toutes ces fonctions. Ils sont décrits ensuite.


a) Le Packet Random Access Channel (PRACH ↑)

Le PRACH ↑ est une fonction qui est utilisée pour initier un transfert de données ou de signalisation. Le canal PRACH permet, suite à une demande sur celui-ci, d’obtenir des informations d’avance en temps. La MS se signale au réseau et fait sa demande de service via le canal PRACH. Cette requête ne peut être qu’une requête pour un accès court (en une seule phase). Dans le cas d’un accès en deux phases, une deuxième requête de demande d’allocation devra être transmise sur le canal dédié Packet Associated Control Channel (PACCH). La particularité du canal PRACH est de supporter, en plus d’un burst d’accès aléatoire sur 8 bits commun à RACH, un deuxième burst d’accès aléatoire sur 11 bits appelé extended random access burst. Ce format spécifique prend en compte p bits supplémentaires qui supportent la notion de priorité.

b) Le Packet Access Grant Channel (PAGCH ↓)

Le PAGCH ↓ permet la transmission des messages d’allocation pendant la période d’initialisation de la transmission en mode paquets. Si le mobile déjà est engagé dans une transmission de données, le message d’allocation peut être envoyé sur le canal PACCH. Le canal PAGCH est transmis sur un burst normal. Pour un accès mono-phase ou pour un accès court, le PAGCH assigne plusieurs blocs. Dans le cas d’un accès en deux phases, PAGCH assigne un seul bloc sur lequel la station mobile pourra envoyer ses demandes d’accès. Ce canal correspondra au canal PACCH et il autorisera l’allocation plusieurs de canaux pour le mobile.

c) Le Packet Paging Access Channel (PPCH ↓)

Le PPCH ↓ est transmis sur n’importe quel burst et sert à mettre le mobile en veille dans sa zone pendant l’attente de l’assignement du Packet Data Transfert Channel (PDTCH). Cet assignement arrivera sur le canal Packet Acces Grant Channel (PAGCH) de la cellule dans lequel le mobile se trouve. Ce canal permet l’appel en diffusion et est prioritaire sur le transfert de données. Par exemple si une diffusion est initiée pendant qu’un mobile reçoit des données, il recevra la diffusion avant d’avoir terminé son transfert. Ce canal suit les mêmes règles que le canal PCH dans GSM et il supporte l’ensemble des appels en diffusion.

d) Le Packet Notification Channel (PNCH ↓)

Le PNCH ↓ est utilisé dans les communications en point à multipoint ou multicast (PTM-M). Dans GPRS phase II, c’est un lien uniquement descendant qui permet d’envoyer des avis de communication PTM-M avant que le transfert de données en PTM-M ne soit réellement effectif. Cet avis prend la forme d’un message d’allocation de ressources.

e) Le Packet Broadcast Control Channel (PBCCH ↓)

Le PBCCH ↓ permet la diffusion des informations systèmes selon les mêmes règles que le Broadcast Control Channel (BCCH) de GSM. L’existence du PBCCH est indiquée dans le BCCH et si elle n’est pas allouée, les informations système seront contenues dans le BCCH. Le PBCCH, comme le BCCH, ne saute pas en fréquence et il est transmis à puissance constante.


3.2.3 Les canaux dédiés

Un canal logique dédié fourni une ressource réservée à un mobile. Celui-ci se voit attribuer dans une structure de multitrame une paire de slots (un en émission et un en réception) dans lequel il est le seul à transmettre et à recevoir. Dans la même cellule, aucun autre mobile ne peut transmettre ni recevoir dans le même slot à la même fréquence. Les canaux dédiés sont duplex (dans la pratique le canal PTCCH est le seul qui soit réellement duplex dans GPRS).

a) Le Packet Data Tranfert Channel (PDTCH ↑ ou ↓)

Ce canal bidirectionnel est utilisé pour la transmission des données. Il est mappé directement sur un des slots TDMA. Ce canal est dédié pour un ou plusieurs mobiles. Une station individuelle peut utiliser plusieurs PDTCH sur différents PDCH pour le transfert de données (au maximum 8). L’allocation de ces slots peut se faire pour un groupe de mobile dans le cas d’une transmission PTM-M.

b) Le Packet Associated Control Channel (PACCH ↑ ou ↓)

Ce canal est utilisé pour le transport des acquittements et le contrôle de puissance. Il sert aussi de support aux messages d’allocation ou de réallocation de ressource. Le PACCH partage des ressources avec le PDTCH actuellement assigné à la MS.

c) Le Packet Timing Control Channel (PTCCH ↑ ou ↓)

C’est un canal logique de contrôle utilisé pour la gestion de l’avance en temps. La portion montante utilise des burst d’accès aléatoires pour pouvoir faire une estimation de l’avance en temps. La portion descendante transmet des informations d’avance en temps à plusieurs stations mobiles. Pour ce qui est de l’avance en temps dans le GSM, le récepteur estime l’avance en temps qui est appropriée pour la réception des burst venant du MS. La taille des cellules, si on utilise une avance en temps d’au maximum 63 bits, tend être limitée à 35 km de rayon. La durée d’un bit étant de 3,65 ms.

3.3 Le codage des données

Plusieurs schémas de codage permettent de transporter différentes tailles de SDU au niveau physique. Le débit utilisateur peut ainsi varier suivant la qualité du signal reçu. La figure 3.3. présente le principe général du codage dans GPRS qui s’effectue dans le Channel Control Unit (CCU) de la BTS.


+

+ +

+

+

++

Poinçonnage de

p bits

redondance

CRC

Extraction des 3 bits de poids faible (USF sur voie descendante)

Bloc de i bits

r bits

Bloc de N1 bits

µ bits de tail

N(N1+µ )/k

Bloc final de n(N1+µ )/k-p

bits

Code convolutionnel

de tx k/n

USF protégé

Bloc de i-3 bits

[D’après LGT 00]

Figure 3.3. Principe général du codage de données dans GPRS

On constate que c’est un codage CRC couplé à un codage convolutionnel qui a été retenu. On les présentera succinctement dans les parties suivante avant de présenter les quatre schémas (CS-1,4) utilisés dans GPRS. Le codage CS-1 dans GPRS est identique au codage dans GSM, les codages CS-2,3,4 sont quant à eux spécifiques à GPRS.

3.3.2 L’encodage CRC

Les Cyclic Redundant Check (CRC) sont introduits d’une manière quasi universelle dans les réseaux pour détecter des erreurs de transmission. Ils correspondent à l’emploi de codes cycliques utilisés en détection d’erreur seulement. Ils sont utilisés dans GSM et dans GPRS pour indiquer au récepteur la présence d’erreurs non corrigibles par le code convolutionnel. Les codes cycliques sont spécifiés par des polynômes générateurs g(D) dont le degré correspond à la taille du CRC.

3.3.3 L’encodage convolutionnel

L’encodage convolutionnel permet l’abaissement du seuil C/I (rapport porteuse sur interférence) à partir duquel une liaison est de qualité acceptable. Les codes convolutionnels admettent un décodage relativement simple : « au maximum de vraisemblance ».

3.3.4 Les schémas de codage dans GPRS

Quatre schémas de codage sont prévus pour les données : si le C/I est fort, il est possible d’utiliser une faible protection des données pour pouvoir disposer d’un débit plus


important. Dans des conditions plus défavorables, il est nécessaire de protéger les données, ce qui limite les débits. La figure 3.4. rend compte des différentes caractéristiques de ces quatre schémas de codage. On constate donc que le CS-1 (Coding Scheme, CS) dispose de la meilleure protection ; il est identique aux canaux de contrôle (SDCCH, SACCH, BCCH, etc..) et donne un débit approximatif de 9,05 kbits/s.

Schéma de codage

Bloc de données de i bits

Bits de poids faible (ou USF sur la voie descendante)

USF protégé

CRC r bits

N1

µ k/n

Sortie codeur convol.

Bloc encodé

Débit approximatif de la couche MAC en kbit/s

CS-1 184 3 40 224 ½ 456 9,05

CS-2 271 6 16 290 ½ 588 13,4

CS-3 315 6 16 334 ½ 676 15,6

CS-4 431

3

12 16 456

4

1 456

456

21,4

[D’après LGT 00]

le débit approximatif est calculé sans tenir compte de l’USF, On a donc (bloc de données i – USF)/20 = débit approximatif

Tableau 3.1. Paramètres de codage des données GPRS

Chaque bloc contient, outre les données utilisateur, des bits USF (Uplink Status Flag). Ces indicateurs doivent être lisibles éventuellement par plusieurs mobiles, ils sont présents dans les blocs descendants et ils permettent d’allouer le bloc suivant à un ou plusieurs mobiles en particulier. Ces indicateurs sont protégés de façon supplémentaire dans les schémas CS-2 à CS-4 lorsque les données sont le sont moins. Les débits indiqués correspondent à un utilisateur qui transmet dans les 12 blocs de la multitrame à 52 trames.

La signalisation GPRS est transmise avec le schéma CS-1, les autres schémas sont utilisés pour le transport des données. Sur l’interface Abis les données sont transportées dans par une ou plusieurs liaison MIC à 30 voies de 64 kbit/s chacune dans lesquelles on multiplexe quatre voies à 16 kbit/s, ces voies correspondent aux canaux B et D du RNIS et sont réparties en canaux de trafic et de signalisation. Typiquement les données sont donc transmises toutes les 20 ms dans une structure de trame à 320 bits [GSM 08.60]. La structure utilisée pour transporter de la voix à 13 kbit/s est donnée figure 3.5. D’autres structures existent pour les données, la voix en AMR, etc …


Octets pairs Octets impairs

1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8

Octets 0,1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Octets 2,3 1 C C C C C C C C C C C C C C C

Octets 4,5 1 s s s s s s s s s s s s s s s 1 s s s s s s s s s s s s s s s

1 s s s s s s s s s s s s s s s



(…)




Octets 37,38 1 s s s s s s s s s s s s s s s

Octets 38,39 1 s s s s s C C C C C C T T T T

C : bits de contrôle s : bits de données T : bits d’alignement en temps [D’après GSM-08.60 p10]

Figure 3.4. Format de la trame de parole sur une voie à 16 kbit/s

Quelque soit la structure utilisée pour transporter les données, les 16 premiers bits sont à 0 et les 16 suivants sont des bits de contrôle ( avec le premier bit à 1). On peut donc transporter au maximum 320 – 32 = 288 bits. Le débit maximal utile sur l’interface Abis est donc de 288 bits toutes les 20 ms, soit 14,4 kbit/s. Pour les schémas de codage CS-1 à 4 les blocs de données font respectivement 184 bits, 271 bits, 315 bits et 431 bits. Les schémas de codage CS-3 et CS-4 ne peuvent donc pas être transportés sur l’interface Abis actuelle (315 et 431 > 288 bits maxi).

On peut noter que les schémas de codage sont différenciés grâce au drapeaux de préemption (stealing bits). Un bloc de données est transporté sur quatre burst qui comportent globalement 8 drapeaux. Les drapeaux sont tous à 0 pour le schéma de codage CS-1. Pour les autres schémas on utilise une combinaison de 0 et de 1.


4 L’échange de données entre le MS et le SGSN

Dans la plupart des systèmes modernes de transmission, les données sont structurées en messages, paquets, trames, blocs suivant le niveau ou on les considère dans cette chaîne. On considère, en rapport avec le modèle OSI, des unités de données (DU, Data Unit) qui sont des blocs d’informations traités d’un seul tenant par une entité ou une couche. Les Service Data Unit (SDU) sont des unités que la couche inférieure (N-1) accepte de gérer pour le compte d’une couche supérieure. Les Protocol Data Unit (PDU) sont les unités de protocole qu’une couche traite avec la couche correspondante à l’autre extrémité. Très souvent le PDU d’une couche correspond au SDU de la couche inférieure (N), mais l’intérêt du modèle OSI est de spécifier les protocoles comme des dialogues entre entités d’un même niveau. La figure 4.1. montre le cas particulier de la transmission d’un paquet IP entre le MS et le SGSN.

FH Information field FCS

Normal burst Normal burst Normal burst Normal burst

LLC frames

RLC blocks

RLC/MAC layer

Physical layer

Primaryblock

Followingblock

FH= Frame HeaderFCS=Frame Check SequenceBH=Block HeaderBCS=Block Check SequencePH=Packet HeaderSH=SN-PDU Header

BH Info. Field BCS BH Info. Field BCSBH Info. Field BCS BH Info. Field BCS (…)lastblock

LLC layer

SNDCP layer

IP layer

FH Information field FCS(…)

PH Information field

SH Information field SH Information field(…)3 ou 4 octets

PDU SNDCP

IP packet

[D’après LGT 00]

Figure 4.1. Transmission d’un paquet IP entre le MS et le SGSN

Les paquets ou trames de la couche i sont encapsulés ou segmentés dans les trames de la couche i-1. Les différents entêtes sont conservé et placé dans les trames de manière à être réutilisé par les couches distantes correspondantes. L’échange de données entre le MS et le SGSN concerne les couches protocolaires SNDCP, LLC et MAC/RLC. Dans cette partie, après avoir défini la notion de contexte PDP et de flux de données, on présentera ces différentes couches de manière à montrer les relations entre leurs différents PDUs / SDUs que l’on illustrera par l’exemple de la transmission d’un paquet IP.

4.2 Contexte PDP et flux de données

Un mobile peut supporter différents protocoles réseaux. De plus, l’usager peut ouvrir plusieurs sessions réseaux avec des qualités de services différentes sur un même terminal. On Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 21 Nom Projet Réf donnée. Date Partenaire Version n° page

appelle contexte PDP, l’ensemble des informations qui sont stockées dans le mobile, le SGSN et le GGSN pour permettre l’échange de données avec un réseau PDP. La figure 4.2. montre les différentes correspondances qui sont faites dans les équipements du réseau GPRS pour identifier de manière unique les flux qui transitent entre les MS du PLMN et leurs cibles. Sur les liens on montre les identificateurs qui sont transportés.

MS PCU

SGSN GGSN

TBFTLLI

@ MSPDP

TID

(TFI, canal PDCH )<=> TLLI

IMSI <=> TLLI

@ MSPDP <=> (IMSI,NSAPI)

Machine PDP

TFI

TID = IMSI + NSAPI

Figure 4.2. Schéma général pour la transmission de données

Entre une station de base et les mobiles GPRS actifs de la cellule, de nombreux échanges simultanés de données se déroulent. Chaque flux de données est appelé TBF (Temporary Block Flow). Un flux existe tant que l’émetteur a en mémoire des données à transmettre même si, par manque de ressource, il n’y a pas de transmission en cours. Un flux est repéré par un identificateur de TBF sur 5 bits : le TFI (Temporary Flow Identifier). Lorsque deux flux différents se partagent la même ressource, ils doivent avoir un TFI propre pour les différencier. Lorsque les flux sont sur des canaux disjoints, ils peuvent avoir éventuellement le même TFI.

Un flux est identifié par le PCU de façon unique sur une cellule par son TFI et le ou les canaux physiques alloués pour transporter ce flux (PDCH(s)). L’allocation d’un flux se fait en adressant le mobile à l’aide du Temporary Link Layer Identity (TLLI) qui lui fournit une identité temporaire. Vu du SGSN le mobile est identifié par son TLLI.

Le GGSN n’a pas connaissance du TLLI qui est local au SGSN. Pour se référer à un contexte PDP, le GGSN utilise le couple International Mobile Subscriber Identity / Network Service Access Point (IMSI, NSAPI) qui correspondent respectivement à l’identité internationale contenue dans la carte SIM du mobile et au point d’accès au service réseau utilisé. Ce couple est appelé TID (Tunnel Identifier) dans la norme. Le SGSN permet ensuite de faire la correspondance entre le TLLI et l’IMSI, il identifie ainsi sans ambiguïté le contexte PDP grâce au couple (TLLI, NSAPI).


4.3 la couche SNDCP

4.3.1 Présentation

La couche de convergence Subnetwork Dependant Convergence Protocol (SNDCP), a pour objet la réutilisation des protocoles standard développés pour les réseaux fixe de données tout en ayant des couches inférieures qui sont spécifiques aux réseaux radiomobiles. A ce titre, SNDCP effectue une compression et une segmentation des PDUs de niveau réseau (appelés PDUs PDP).

La couche SNDCP permet donc le multiplexage de plusieurs PDU de différents réseaux PDP sur une même liaison LLC et la compression éventuelle de ces PDUs. L’entité SNDCP peut utiliser l’entité LLC en mode avec ou sans acquittement mais elle ne gère pas elle-même le mécanisme de répétition (ARQ) qui se fait au niveau LLC.

La couche SNDCP permet aussi la négociation de plusieurs paramètres entre le mobile et le SGSN, comme les algorithmes de compression des données et des entêtes utilisés. La négociation se fait à l’aide des trames LLC XID.

4.3.2 Structure du PDU SNDCP

Les figures 4.3. et 4.4. présentent le format des PDUs SN-DATA et des PDUs SN-UNITDATA qui correspondent respectivement au mode acquitté et au mode non acquitté de la couche LLC.

Bit 8 7 6 5 4 3 2 1

Oct 1 X F T M NSAPI

2 DCOMP PCOMP

entête

3 Numéro du N-PDU en mode acquitté

… Segment de données

N

[D’après GSM 04.65]

Figure 4.3. Format du PDU SN-DATA (mode acquitté)


Bit 8 7 6 5 4 3 2 1

Oct 1 X F T M NSAPI

2 DCOMP PCOMP

3 Numéro du segment Numéro du N-PDU en mode non acquitté

entête

4 Numéro du N-PDU en mode non acquitté (suite)

… Segment de données

N


Figure 4.4. Format du PDU SN-UNITDATA (mode sans acquittements)

Le bit F correspond à l’indicateur de premier segment. Les bits X sont des bits supplémentaires. Les quatre bits DCOMP et les quatre bits PCOMP correspondent respectivement aux différents types de compression de données et de protocoles possibles (la valeur 0 correspond à l’absence de compression). Le bit M est le bit More (si il est à 0, c’est le dernier segment) et le bit T correspond au type de PDU (SN-DATA ou SN-UNITDATA). Enfin, le NSAPI correspond au point d’accès réseau utilisé.

La couche SNDCP rajoute un entête de 3 octets lorsqu’on utilise LLC en mode acquitté et 4 octets lorsqu’on utilise LLC en mode non acquitté (cf figures 4.3. et 4.4.).

4.4 La couche LLC

Entre le MS et le SGSN, une couche protocolaire appelée Logical Link Control (LLC) assure un service liaison de données qui sert au transport des données et de la signalisation dans le plan de contrôle et dans le plan utilisateur. Le protocole LLC dispose de trois possibilités :

• la transmission protégée sans acquittements où une redondance de contrôle (FCS, Frame Sequence Check) porte sur l’ensemble de la trame mais où il n’y a pas de répétition en cas de perte ou d’erreur sur la trame,

• la transmission non protégée sans acquittements où la redondance porte seulement sur l’en-tête,

• la transmission avec acquittements où les retransmissions en cas d’erreur sont gérées.

La couche LLC peut aussi éventuellement assurer un service de chiffrement grâce à une clé de 64 bits et un algorithme de chiffrement utilisant un compteur de 32 bits. Dans la norme de nombreuses primitives de services sont définies pour les couches adjacentes.

4.4.1 Structure de la trame LLC

La figure 4.5. présente de manière simplifiée la structure de la trame LLC.


Données de couche supérieure

C/R SAPI

Frame Check Sequence

Type de trame, (+(N(S) et N(R))

1 octet

1 à 36octets

Entre 140 et 1520 octets (négociable)

3 octets

Address

Control

Information

FCS

Portée du FCS (mode non protégé)

Portée du FCS (mode protégé)

8 7 6 5 4 3 2 1 PD

[D’après GSM-04.64]

Figure 4.5. Le format général de la trame LLC

On distingue trois types de trames dans LLC (GPRS) :

• les trames (U) qui sont des trames de contrôle,

• les trames (S) qui sont des trames de supervision,

• les trames (I) qui sont des trames d’information.

Parmi les différents champs constituant ces trames (cf figure 1.16.), on retrouve :

• Un champ adresse sur un octet contenant :

o un indicateur Protocol Discriminator (PD) pour confirmer que la trame est bien une trame LLC.

o un indicateur C/R permettant de différencier les commandes des réponses.

o un paramètre Service Access Point Identifier (SAPI) pour identifier le service proposé par l’équipement à l’entité protocolaire de niveau supérieur. Le SAPI 1 est utilisé pour la signalisation dans les réseaux GPRS, les SAPIs 2 et 8 servent au transport de la signalisation dans les réseaux non-GSM dans le cas d’une itinérance internationale, le SAPI 7 sert au transport des SMS et les SAPIs 3, 5, 9 et 11 sont utilisés pour le transport des données. Ces quatre derniers SAPIs définissent quatre classes de services.

• Un champ contrôle qui permet de décrire le type de trame LLC. Suivant que la trame LLC est une trame de contrôle (U), de supervision (S) ou d’information (I), sa taille peut varier entre 1 et 36 octets. Les trames UI permettent le transport des informations non acquittées, les trames I permettent de transporter des informations acquittées


(éventuellement en mode bitmap si on utilise des trames SACK I), les trames S et SACK S permettent de transporter les informations de supervision du mode acquitté et elles peuvent être combinées avec les trames d’informations ( trames I+S ). Enfin les trames U permettent de paramétrage de la liaison et la gestion du mode équilibré.

• Un champ d’information d’une taille maximum négociable comprise entre 140 et 1520 octets.

• Un champ Frame Check Sequence (FCS) sur 3 octets qui assure une redondance de contrôle de portée variable. En effet la redondance pourra ou non prendre en compte le champ d’information.

4.4.2 Les modes de fonctionnement

La couche LLC dispose de deux modes de fonctionnement, le mode Asynchronous Disconnected Mode (ADM) et le mode Asynchronous Balanced Mode (ABM) qui permettent respectivement de transporter des données en mode non acquitté ou en mode acquitté. Pour pouvoir transporter des données en mode acquitté, une connexion doit être établie préalablement.

a) Le mode ADM

Le mode ADM consiste à transmettre à tout moment des informations des couches supérieures dans des trames UI qui ne sont pas acquittées. Par défaut la liaison LLC est en mode ADM et la transmission des données ne peut se faire qu’en mode non acquitté, ainsi dans ce cas certains paquets risquent d’être perdus.

b) Le mode ABM

Le mode ABM nécessite l’établissement d’une connexion pour transporter des informations des couches supérieures dans des trames I acquittées. Les trames I acquittées ne peuvent être transmises qu’en mode ABM. Le fait que la liaison LLC soit en mode ABM n’empêche pas la transmission des trames UI qui ne nécessitent pas d’acquittements.

Pour passer en mode ABM, il est nécessaire d’utiliser des trames de contrôle spécifiques pour établir ou terminer la connexion. Une fois la connexion établie, la liaison LLC passe en mode ABM. Si on se sert du mode acquitté, les paquets qui n’ont pas été reçu pourront être retransmis, la liaison LLC est dans ce cas fiabilisée.

Des trames U de contrôle sont utilisées pour l’établissement ou la rupture du mode ABM. Les trames U qui permettent la gestion du mode équilibré peuvent être des trames de commande, de réponse ou les deux. La figure 4.6. présente ces différentes trames ainsi que leurs rôles respectifs.


Trame Commande Réponse Fonction

SABM

X (Set Asynchronous Balanced Mode) permet d’initier la connexion

DISC X (Disconnect) permet de la terminer la connexion

NULL X (Null) permet de signifier une mise à jour de cellule

UA X (Unnumbered Acknowledgement) permet d’acquitter une demande de connexion ou de déconnexion

DM X (Disconnected Mode) permet d’informer que l’équipement distant n’est pas en mesure de répondre à la commande reçue

FRMR X (Frame Reject) permet de fournir un rapport sur les raisons de rejet d’une trame dont la retransmission ne permet pas d’éviter ce rejet

XID X X (Exchange Identification) utilisée pour la négociation des paramètres de la liaison LLC.


Figure 4.6. Les différentes trames U de contrôle

On note que certains paramètres de la liaison LLC peuvent aussi être transportés dans des trames UA ou SABM, notamment à l’initialisation de la connexion.

Le mode ABM est considéré comme établi après l’émission d’une trame SABM et la réception d’une trame UA pour l’acquitter. La réception de la trame UA doit se faire dans un temps imparti qui correspond au timer T200. La valeur de ce timer est négociable. Le même mécanisme et la même valeur de temporisation sont utilisées pour n’importe quelle commande. Pour se déconnecter, l’émetteur devra envoyer une trame DISC auquel on lui répondra par une trame DM ou UA.

La taille des entêtes (début et fin) des trames U est de 5 octets, dont 1 octet de contrôle. Les trames SABM, XID, UA et FRMR peuvent contenir au maximum entre 140 et 1520 octets d’information. Les trames DM, DISC et NULL ne peuvent pas transporter d’informations. Les trames U utilisées pour la gestion du mode équilibré (ABM) ont une taille comprise entre 5 et 1525 octets.

4.4.3 Le transfert des données

Au niveau LLC, les données peuvent être transportées avec ou sans acquittements. Plusieurs SAPIs dont les paramètres sont négociables permettent de différencier plusieurs classes de services spécifiques au flux de signalisation et de données.

a) Le transfert des données sans acquittements

Le mode sans acquittement est utilisé pour le transfert des flux de données qui supportent un taux de perte non négligeable (i.e. flux de type vidéo par exemple). Les trames LLC perdues ne peuvent pas être retransmises par l’émetteur qui envoie les trames contenues dans son buffer sans demander d’acquittement. Ces flux sont transportés sur le lien physique dans des trames UI dont le champ de contrôle est présenté dans la figure 4.7. La transmission


de ces trames UI sur le lien physique peut se faire à n’importe quel moment en mode ADM ou en mode ABM suivant l’état de la connexion à l’instant de la transmission.

8 7 6 5 4 3 2 1

1 1 0 X X N(U) Octet 1 Format UI

N(U) E PM Octet 2


Figure 4.7. Format du champ de contrôle de la trame UI

En fonction de la valeur des indicateurs Protected Mode (PM) et Encryption mode (E), les trames UI pourront être cryptées et protégées. Le paramètre N(U) est utilisé pour numéroter la trame UI. La taille des entêtes (début et fin) est de 6 octets, dont 2 correspondant au champ de contrôle. Les trames LLC en mode sans acquittement peuvent transporter au maximum entre 140 et 1520 octets d’informations. Elles ont une taille comprise entre 6 et 1526 octets.

b) Le transfert des données avec acquittements

Pour fiabiliser le transfert de données entre le MS et le SGSN (i.e. pour les flux de type Internet par exemple), la couche LLC propose un mode avec acquittement qui permet d’assurer que le flux a bien intégralement été transmis de l’émetteur au récepteur.

Le protocole LLC autorise l’utilisation d’une fenêtre d’anticipation. Cette fenêtre d’anticipation permet d’envoyer plusieurs trames successivement sans attendre d’acquittements. Les trames transmises mais non acquittées doivent être conservées dans un buffer d’émission. Une double contrainte s’applique à ce buffer :

• le paramètre k spécifie le nombre maximal de trames en attente d’acquittement,

• le paramètre m spécifie la taille totale du buffer en nombre d’octets.

(Ces paramètres sont négociables, cf 4.3.4.)

Cette double contrainte permet de limiter l’anticipation à un faible nombre de grandes trames et à un nombre plus important de trames courtes. En réalité, la valeur proposée par défaut pour m correspond approximativement à k fois la taille maximale d’une trame. La figure 4.8. montre le fonctionnement de cette fenêtre d’anticipation avec l’exemple d’un trafic de petits et de gros paquets.


Buffer

0 1 2 3 4 5 6

3040 octets

(1) Trafic de paquets de 1500 octets

(2) Trafic de paquets de 50 octets

Au maximum 3 paquets successifs du trafic (1) et 7 paquets successifs du trafic (2)

(m)

(k)

OU


Figure 4.8. Le buffer d’émission dans GPRS, exemple de limitation due au paramètre k et (ou) au paramètre m avec deux trafics de paquets de tailles différentes

On constate que ce mécanisme permet grâce au paramètre m de limiter le nombre de gros paquets qui peuvent être envoyés successivement. Le trafic de petits paquets est quant à lui limité par le paramètre k.

Ce flux peut être transporté avec différents types de trames LLC qui sont transmises uniquement en mode ABM. La figure 4.9. présente le format du champ de contrôle de ces différentes trames.


8 7 6 5 4 3 2 1

0 A X N(S) Octet 1

N(S) X N(R) Octet 2

Format I (I +S)

N(R) S1 S2 Octet 3

1 0 A X X N(R) Octet 1Format S N(R) S1 S2 Octet 2

0 A X N(S) Octet 1N(S) N(R) Octet 2

N(R) 1 1 Octet 3

X X X K Octet 4

R(1) R(2) R(3) R(4) R(5) R(6) R(7) R(8) Octet 5

R(9) R(10) R(11) R(12) R(13) R(14) R(15) R(16) Octet 6

… …

Format SACK I

R(248) R(249) R(250) R(251) R(252) R(253) R(254) R(255) Octet 36

1 0 A X X N(R) Octet 1N(R) 1 1 Octet 2

R(1) R(2) R(3) R(4) R(5) R(6) R(7) R(8) Octet 3

R(9) R(10) R(11) R(12) R(13) R(14) R(15) R(16) Octet 4

… …

Format SACK S

R(248) R(249) R(250) R(251) R(252) R(253) R(254) R(255) Octet 34


Figure 4.9. Format du champ de contrôle des trames LLC en mode acquitté

Les données sont transportées dans des trames I. Celles-ci peuvent être acquittées par différentes trames de supervision RR, ACK et SACK. Les trames RR et ACK contiennent un numéro N(R). La trame RR acquitte toutes les trames de supervision inférieures à N(R). La trame ACK fait la même chose mais indique en plus que la trame N(R) + 1 a bien été reçue. La trame SACK contient un bit-map et permet d’acquitter sélectivement plusieurs trames non successives parmi un ensemble de trames. Le numéro N(S) permet quant à lui de numéroter la trame courante.

La couche LLC utilise la technique de piggy backing qui consiste à transporter des informations de supervision dans des trames d’informations que l’on nomme trames I+S. Ces trames d’informations peuvent ainsi, tout en transportant des données, acquitter des trames reçues précédemment. Ces trames sont utilisées suite à la demande explicite d’un acquittement par l’équipement distant si le buffer de l’équipement local contient des informations à transmettre. Dans le cas contraire, les trames S ou SACK S seront utilisées. La demande d’acquittement se fait grâce à l’indicateur A qui est positionné à 1.

Si des retransmissions sont nécessaires le timer T201 définit le délai maximal d’attente d’un acquittement et l’indicateur N200 définit le nombre maximal de retransmission avant que l’on considère que la transmission est impossible.

La taille des entêtes (début et fin) des trames utilisées pour le transfert des données en mode acquitté varient entre 6 et 40 octets dont entre 2 et 36 octets correspondant au champ de contrôle. Les trames LLC en mode avec acquittement on une taille comprise entre 6 et 1527


octets si on ne se sert pas du mode avec bitmap, et entre 6 et 1560 octets si on se sert du mode avec bit-map compte tenu que ces trames peuvent transporter au maximum entre 140 et 1520 octets d’informations.

c) Les classes de services

Dans GPRS, le SAPI défini un type et (ou) une classe de service au niveau LLC. Chaque SAPI et donc chaque classe de service se différencie des autres par le type de flux qui est transporté (signalisation ou données), par la taille du champ d’information, par le délai avant retransmission des trames non acquittées, par le nombre de retransmission, par la taille du buffer d’émission (en nombre de trames et en nombre d’octets) en uplink et en downlink. On peut noter que suivant le type de SAPI que l’on considère, certains paramètres ne sont pas autorisés.

En fonction des SAPIs utilisés, plusieurs classes de services sont définies. Les SAPI 3, 5, 9 et 11 sont utilisés pour le transfert de données, ils permettent de différencier quatre classes de services spécifiques. Le SAPI 1 est utilisé pour le transport des messages de signalisation concernant l’itinérance (protocole GPRS Mobility Management, GMM). Le SAPI 7 sert au transport des messages courts (protocole Short Message Service, SMS). Enfin, les SAPI 2 et 8 sont affectés au tunneling des messages de signalisation qui concernent les réseaux non-GSM (protocole Tunneling Of Messages, TOM). On dispose de deux niveaux de QoS pour le transport de ces messages de signalisation (SAPI 2 et SAPI 8). Les SAPIs 1, 7, 8 et 2 ne peuvent pas être utilisés pour le transport des trames I car ils sont affectés à la signalisation et au transport des SMS. Les trames UI quant à elles peuvent être transportées avec n’importe quel SAPI. La figure 4.10. récapitule ces différentes informations.

SAPI 1 7 2 8 3 5 9 11

UI X X X X X X X X Trames autorisée(s)

I X X X X

Service GMM SMS TOM Data Data Data Data


Figure 4.10. Les SAPIs dans GPRS

La taille du champ d’information des trames UI et I est négociable. Des valeurs par défaut sont fixées pour la taille du champ d’information des trames UI et I, leurs valeurs est fixée à 1503 octets pour les trames I et est comprise entre 270 et 500 octets pour les trames UI. Par défaut la valeur du délai avant retransmission des trames (timer T201) est différente pour chaque SAPI. Il varie entre 5 et 40 s pour les différents SAPIs. Pour le transport des trames I, les SAPIs 3, 5, 9 et 11 prennent en compte la taille du buffer d’émission en uplink et en downlink pour se différencier. En fonction de la valeur de ces différents paramètres, on peut donc définir plusieurs classes de services que l’on affecte à des flux de données, de signalisation ou de SMS.


4.4.4 La négociation des paramètres

Au niveau LLC, plusieurs paramètres concernant la liaison sont négociables. Ils permettent, en fonction des SAPIs auquels ils sont associés de définir plusieurs classes de services dans lesquelles on transporte de la signalisation, des SMS ou des données. Pour négocier ces différents paramètres on utilise les trames de contrôle U. Les trames de contrôle affectées à la négociation sont les trames XID. Les trames SABM et UA peuvent aussi transporter des paramètres.

a) Les paramètres négociables

Au niveau LLC plusieurs paramètres sont négociables. Certains sont communs au modes ABM et ADM, d’autres leurs sont spécifiques. La figure 4.11. présente les valeurs possibles pour ces différents paramètres. Cette figure précise aussi le mode auquel ces différents paramètres correspondent.

Nom du paramètre Mode

ADM Mode ABM

valeurs pour le SAPI 1

Valeurs pour les SAPIs 2,7 et 8

valeurs pour les SAPIs 3,5,9 et 11

Version du protocole LLC X X 0 à 15

IOV-UI X 0 à 232 - 1

IOV-I X 0 à 232 - 1

T200 et T201 (s) X 0,1 à 409,5

N200 (retransmissions) X 1 à 15

N201-U (octets) X 400 à 1 520 270 à 1 520 140 à 1 520

N201-I (octets) X 140 à 1 520

mD (octets) X 0 ou de 144 à 389120

mU (octets) X 0 ou de 144 à 389120

kD (trames) X 1 à 255

kU (trames) X 1 à 255


Figure 4.11. Valeurs possibles des paramètres de la couche LLC

Le seul paramètre commun aux mode ADM et ABM que l’on peut négocier est la version du protocole LLC qui peut varier entre 0 et 15. Sa valeur est commune à tous les SAPIs et elle est imposée par le SGSN.

Concernant les trames UI, plusieurs paramètres peuvent varier tels que la taille du champ d’information et le paramètre de chiffrement. Parmi les paramètres spécifiques au mode ADM on retrouve donc :

• Le paramètre IOV-UI qui est une valeur de 32 bits aléatoire générée par le SGSN. Ce paramètre sert au chiffrement des trames UI et il est commun à tous les SAPIs d’un même TLLI.

• Le paramètre N201-U qui correspond à la taille maximum du champ d’information des trames UI. Pour le SAPI 1, la valeur négociable de ce paramètre est comprise entre


400 et 1520 octets. Pour les SAPIs 2, 7 et 8, la valeur négociable de ce paramètre est comprise entre 270 et 1520 octets. Enfin pour les SAPIs 3, 5, 9 et 11, la valeur négociable de ce paramètre est comprise entre 140 et 1520 octets. Ces paramètres sont imposés par le SGSN.

Concernant les trames I, plusieurs paramètres peuvent varier tels que la taille du champ d’information, le paramètre de chiffrement, la taille du buffer d’émission (en nombre de trames et en nombre d’octets) en uplink et en downlink, le délai avant retransmission d’une trame et le nombre de retransmissions autorisées. Parmi les paramètres spécifiques au mode ABM on retrouve donc :

• Le paramètre IOV-I qui est une valeur de 32 bits aléatoire générée par le SGSN. Le paramètre IOV-I est utilisé pour le SAPI en cours de négociation.

• Les paramètres T200 et T201 qui sont des timers utilisé pour définir le délai avant retransmission d’une trame. Le timer T201 est spécifique aux trames I et le timer T200 est utilisé pour les trames U. Ces paramètres sont imposés par le MS et leurs valeurs est comprise entre 0,1 et 409,5 s.

• Le paramètre N200 qui correspond au nombre de retransmissions possibles avant que l’on considère que la transmission du paquet considéré est impossible. Ce paramètre est imposé par le MS et sa valeur est comprise entre 1 et 15.

• Le paramètre N201-I qui correspond à la taille maximum du champ d’information des trames I. Sa valeur, comprise entre 140 et 1520 octets, est imposée par le SGSN et est uniquement possible pour les SAPI 3, 5, 9 et 11 qui permettent le transport des données.

• Les paramètres mD et mU qui correspondent à la taille du buffer d’émission des trames I en uplink et en downlink. Ces paramètres, dont les valeurs sont égales à 0 ou comprises entre 144 et 389120 octets, sont imposés par le SGSN et ils ne sont possibles que pour les SAPIs 3, 5, 9 et 11 qui permettent le transport des données.

• Les paramètres kD et kU qui correspondent à la taille de la fenêtre d’émission des trames I en uplink et en downlink. Ces paramètres, dont les valeurs sont comprises entre 1 et 255 trames, sont imposés par le SGSN et ils ne sont possibles que pour les SAPIs 3, 5, 9 et 11 qui permettent le transport des données.

La figure 4.12. présente les valeurs qui sont attribuées par défaut à ces différents paramètres.


Signalisa-tion

Msg. courts

Tunneling des msg. de signalisation

Transmission des données utilisateur

Paramètre LLC SAPI 1 (GMM)

SAPI 7 (SMS)

SAPI 2 (TOM 2)

SAPI 8 (TOM 8)

SAPI 3

SAPI 5

SAPI 9

SAPI 11

Version 0

IOV-UI 0

IOV-I Mode ABM non autorisé

227 • SAPI

T200 and T201 5 s 20 s 5 s 20 s 5 s 10 s 20 s 40 s

N200 3

N201-U (octets) 400 270 500

N201-I (octets) 1 503

mD (octets)

mU (octets)

24320

12160

6080

3040

KD (trames)

kU (trames)

Mode ABM non autorisé

16

8

4

2


Figure 4.12. Paramètres par défaut pour la couche LLC en fonction du SAPI

Les SAPIs 1, 7, 2 et 8 sont affectées au transport de la signalisation et des SMS qui se fait uniquement en mode ADM avec des trames UI de petite taille et des timers de retransmission court. Pour le transport des données, le SAPI 3 est le plus avantageux car on peut émettre plus de données sans demander d’acquittement, de plus le timer de retransmission est le plus petit. Ensuite les SAPIs 5, 9 et 11 sont de moins en moins avantageux du fait que la taille du buffer d’émission (en nombre de trames et en nombre d’octets) en uplink et en downlink est de plus en plus petit, de plus le timer de retransmission est de plus en plus long.

b) Le mécanisme de négociation

Suivant le type de paramètre à modifier au niveau LLC, la négociation se fait en mode ABM ou en mode ADM avec des trames de contrôle XID qui peuvent être des commandes ou des réponses. Les trames UA et SABM peuvent, elles aussi, transporter des paramètres XID concernant l’initialisation de la connexion par exemple. La trame XID, UA et SABM peuvent transporter des informations concernant plusieurs paramètres. Pour chaque paramètre, un champ spécifique (i.e. le champ paramètre XID) de longueur variable est transporté dans le champ d’information de la trame LLC. Sa longueur est définie dans l’entête de ce champ. La figure 4.13. présente le format du champ paramètre XID qui est transporté dans le champ d’information des trames XID, SABM ou UA.


2

1

Octet 8 7 6 5 4 3 2 1

Length

Bit

XL

Length

Type

High-order octet

Low-order octet

…

n

…

2 or 3

X X


Figure 4.13. Le champ paramètre XID

Le mécanisme de négociation des paramètres est simple ; pour modifier un paramètre, une trame XID de commande est envoyée par l ‘émetteur (éventuellement une trame SABM dans le cas d’une initiation du mode ABM) avec les paramètres qu’il souhaite modifier. Le récepteur répond avec une trame XID de réponse (éventuellement UA) qui contient les mêmes paramètres que la commande avec des valeurs différentes s’il n’accepte pas ceux proposé par l’émetteur ou avec les mêmes valeurs s’il les accepte. On peut omettre ceux qui sont confirmés dans la réponse. Ainsi, tout paramètre qui n’est pas présent dans la réponse est considéré comme accepté.

La négociation des paramètres XID peut être initiée au niveau LLC, dans ce cas les indicateurs LL-XID-IND permettent de remonter les informations concernant les modifications à la couche SNDCP de l’émetteur et du récepteur. La négociation peut être aussi initiée au niveau de la couche SNDCP qui utilise la primitive de service LL-XID-REQ pour faire sa requête. Des trames XID sont ensuite échangées au niveau LLC de manière à transmettre à la couche SNDCP distante la requête (LL-XID-IND), celle-ci répondra avec la primitive de service LL-XID-RES qui permettra à la couche SNDCP initiatrice de recevoir sa réponse (LL-XID-CNF). Les figures 4.14. et 4.15. présentent ces deux cas.

Couche 3 LLC Couche 3LLC

émetteur récepteur

XID

XID

LL-XID-IND LL-XID-IND

Couche 3 LLC Couche 3LLC

émetteur récepteur

XID

XID

LL-XID-CNF

LL-XID-IND

LL-XID-REQ

LL-XID-RES


Figure 4.14. Procédure de négociation XID [D’après GSM-04.64]

Figure 4.15. Procédure de négociation de la couche 3 avec XID

La version ne peut pas être négociée pendant que la liaison LLC est en mode ABM. Les paramètres de chiffrement IOV-U et I qui sont imposé par le SGSN, ne peuvent être négocié qu’en mode ADM pour le paramètre IOV-U ou qu’a l’initialisation de la connexion (dans les trames SABM et UA) pour le paramètre IOV-I. Les paramètres N200, T200, N201-


U, N201-I, kD, kU, mD et mU peuvent être négociés à n’importe quel moment en mode ABM ou en mode ADM. La nouvelle valeur du timer T200 ne peut être appliquée qu’après la négociation. Si la valeur N201-U est négociée à une valeur inférieure à la valeur courante, les trames U et UI qui ne correspondent pas à la nouvelle valeur du paramètre N201-U ne seront pas transmises ou seront rejetées. Comme on l’a vu dans le paragraphe précédent, les paramètres N201-I, kD, kU, mD et mU sont spécifiques au mode ABM. On note que la valeur de la taille du champ d’information des trames I ne peut pas être négociée à une taille inférieure à la taille qui a été négociée au moment de la connexion (passage en mode ABM), par contre si la connexion n’est pas encore établie toutes les valeurs sont possibles.

4.4.5 Récapitulatif sur la taille des PDU LLC

La figure 4.16. récapitule les informations sur la taille des trames spécifiques au mode ADM et au mode ABM. Ces deux modes correspondent respectivement au mode sans acquittements et au mode avec acquittements de la couche LLC. Les trames U correspondent aux trames de contrôles du mode ABM. Les trames S sont des trames de supervision du mode acquitté et les trames I sont les trames qui transportent l’information. Pour ce qui est du champ d’information, la taille maximum négociable est définie par le SAPI utilisé.

Mode Type de trame

Champ adresse (octets)

Champ contrôle (octets)

Champ information (max octets)

Champ FCS (octets)

Taille de la trame (octets)

ADM UI 2 5 à 1525

I + S 3

140 à 1520

7 à 1527

S 2 0 6

SACK I 4 à 36 140 à 1520 8 à 1560

SACK S 2 à 34 0 6 à 38

ABM

U

1

1 140 à 1520

3

5 à 1525


Figure 4.16. Récapitulatif des différentes tailles de trames LLC possibles dans les différents modes

On note que les trames spécifiques au mode ADM (trames UI) peuvent aussi être transmises en mode ABM. Ces trames de données ne nécessitent pas d’acquittements.

4.5 La couche MAC/RLC

Entre le MS et le BSS, deux couches protocolaires permettent d’assurer un service liaison de données :

• La couche Radio Link Control (RLC) qui permet de faire l’interface entre la couche LLC et la sous-couche MAC. Elle assure la segmentation et le réassemblage des PDUs-LLC dans des blocs de données MAC/RLC. Cette couche est responsable de la transmission des blocs sur l’interface physique et elle dispose d’un mode de transmission avec ou sans acquittements.


• La couche Medium Access Control (MAC), qui est un dérivé du protocole ALOHA slotté, permet de faire le lien entre le MS et le BTS. Le rôle de la couche MAC est de définir des règles de partage de la ressource radio entre différents MSs. Pour la voie montante, la norme propose un mécanisme de partage statique et un mécanisme de partage dynamique, qui sont tous deux couplés à une procédure d’interrogation.

Ces deux couches sont intimement liées et sont définies dans la même norme [GSM-04.60].

Les PDUs RLC peuvent contenir des données utilisateurs ou seulement des données de contrôle du protocole. Les blocs de contrôle peuvent contenir des messages d’allocation de ressources qui on trait à la couche Medium Access Control (MAC), ou des messages d’acquittement du protocole qui ont trait à la couche RLC. Dans la norme les deux types de messages sont mélangés sous l’appellation bloc de contrôle MAC/RLC.

Pour chaque bloc de données le Temporary Flow Identifier (TFI) permet d’identifier le destinataire ou l’expéditeur. Dans certains cas particuliers, il se peut que le même TFI soit alloué à deux mobiles sur la voie montante qui se partagent les mêmes canaux physiques. L’utilisation du Temporary Link Layer Identity (TLLI) permet de se prévenir toute ambiguïté.

Chaque bloc de données comporte également un système d’indicateur de longueur sophistiqué qui permet de gérer la segmentation et la concaténation des PDUs LLC dans un même bloc RLC. En particulier, un même bloc peut contenir la fin d’une trame LLC et le début de la suivante.

4.5.1 Structure du bloc MAC/RLC

L’entête MAC fait toujours un octet. La taille de l’entête RLC varie en fonction du nombre de blocs de données LLC qui sont transportés dans le bloc MAC/RLC. Un bloc de données LLC fait au minimum 5 octets. La figure 4.17. rappelle de manière très simplifiée la structure du bloc MAC/RLC (des informations plus précises sont disponibles en annexe).


8 7 6 5 4 3 2 1 MAC Header

RLC Header

1 octet

>= 2 octets

RLC Data

Suivant qu’il s’agisse d’un bloc sur le lien montant ou descendant l’entête RLC contient les informations suivantes :

-uplink : (BSN, TFI, TLLI …)

-downlink : (TFI, FBI, BSN …)


Figure 4.17. Structure du bloc MAC/RLC

Suivant que le bloc MAC/RLC d’information soit envoyé sur le lien montant ou descendant, il ne contiendra pas les mêmes informations. Sur le lien montant le bloc MAC/RLC peut éventuellement transporter le TLLI. Les flux de données et de contrôle MAC/RLC d’un même Temporary Block Flow (TBF) sont identifiés grâce au Temporary Flow Identifier (TFI) contenu dans l’entête RLC. Pour le transport de données, le Block Sequence Number (BSN) permet d’identifier les différents segments d’un même flux.

4.5.2 Taille des blocs de données MAC/RLC

La figure 4.18. rappelle les différentes tailles des blocs de données MAC/RLC en fonction du schéma de codage utilisé (CS-1,2,3,4.) Le bloc RLC est constitué d’un en-tête, de données et de bits supplémentaires que l’on met à 0. Le bloc MAC/RLC contient donc suivant le type de codage utilisé des blocs RLC de tailles différentes.

Schéma de codage utilisé

Bloc de données RLC sans les bits sup.

(octets)

Taille max. de données que l’on peut transporter (octets)

Nombre de bits sup.

Bloc de données RLC avec les bits sup.

(bits)

Taille de l’entête MAC

(octets)

taille du bloc de données MAC/RLC de i bits

(bits)

CS-1 22 20 0 176 184

CS-2 32 30 7 263 271

CS-3 38 36 3 307 315

CS-4 52 50 7 423

1

431


Figure 4.18. Taille des blocs MAC/RLC


Suivant le schéma de codage utilisé, on peut transporter plus ou moins de données dans les blocs MAC/RLC. Actuellement, on peut transporter 20 octets d’information dans les blocs de signalisation et 30 octets dans les blocs de données qui correspondent respectivement à l’utilisation des schémas CS-1 et CS-2. Les autres schémas de codage ne sont actuellement pas utilisables (cf 1.3.3.3). En sortie du codeur convolutionnel, les différents blocs de i bits font 456 bits de données et sont envoyés sur le lien physique dans quatre burst successifs.

4.5.3 Le transport des PDUs LLC

La figure 4.19. rappelle la taille des différentes trames LLC et MAC/RLC et montre de manière exhaustive le nombre de trame MAC/RLC nécessaire pour transporter une trame LLC.

En tête

En tête

En tête

En tête FCS

En tête FCS

En tête

1560 octets

6 octets

LLC[04.64]

MAC/RLC[04.60]

Entre 1 et 78 trames MAC/RLC pour une trame LLC (22 octets dans la trame RLC data)

Entre 1 et 52 trames MAC/RLC pour une trame LLC (32 7/8 octets dans la trame RLC data)



La trame LLC de données fait entre 6 et 1560 octets

Données CS-1

Données CS-2

Données CS-3

Données CS-4

176 bits

263 bits

307 bits

423 bits

1 octet pour l’entête MAC + 2 octets pour l’entête RLC (il peut être supérieur à 2 octets)

Nb : la représentation n’est pas à l’echelle


Figure 4.19. Encapsulation de la trame LLC dans des trames MAC/RLC

Dans cette figure on ne tient pas compte de la couche physique qui transporte les trames MAC/RLC sur l’interface radio. On constate qu’il faut entre 1 et 78 blocs de données MAC/RLC pour transporter une trame LLC. On peut en déduire, du fait qu’un bloc de données MAC/RLC équivaut à 4 bursts de transfert, qu’il faudra entre 4 et 312 bursts pour transporter une trame LLC complète.

Ce qui nous intéresse le plus pour la suite, c’est la quantité de données que l’on peut transmettre de la couche LLC vers la couche MAC/RLC. On prend comme référence les schémas de codage CS-1 et CS-2 qui sont utilisés respectivement pour le transfert des messages de signalisation et d’information. Les messages de signalisations MAC/RLC (codage CS-1) peuvent transporter 20 octets d’informations. Il faut donc entre 1 et 78 blocs de données MAC/RLC pour transporter de la signalisation. Avec le schéma de codage CS-2, les blocs de données MAC/RLC peuvent transporter 30 octets d’informations. Il faut donc entre 1 et 52 blocs de données MAC/RLC pour transporter des informations.


4.6 Exemple du transport d’un paquet IP de 1500 octets

Le paquet IP est encapsulé et segmenté respectivement et successivement par les couches SNDCP, LLC et MAC/RLC. La taille de 1500 octets que l’on prend correspond au Maximum Transmission Unit (MTU) d’un paquet IP. En effet, sur Internet la longueur d'un paquet IP ne peut dépasser 1500 octets, sinon, les paquets sont fractionnés. Or certains routeurs ou serveurs Internet ne permettent pas le fractionnement. Sur ces machines, les paquets sont perdus. Donc, il faut éviter d'avoir des paquets IP plus gros que 1500 octets, faute de quoi, certains sites ne se chargeront pas.

Pour notre exemple, concernant le PDU SNDCP, on prend les bits DCOMP et PCOMP à 0 de manière à ce qu’il n’y ait pas de compression.

On considère que la taille du champ d’information de la trame LLC est sa valeur par défaut, c’est à dire 1503 octets. On fait cette étude en prenant en compte le cas d’un transfert de ce paquet en mode acquitté, en effet si on faisait ce transfert en mode non acquitté le paquet IP + l’entête SNDCP ne tiendrait pas dans le champ d’information et il faudrait deux trames LLC pour le transporter au lieu d’une. La valeur par défaut de la taille du champ d’information de la trame LLC est donc calculée pour le transport d’un paquet IP de taille maximum en mode acquitté sans compression. On considère que l’on n’utilise pas la fonction bitmap de la couche LLC étant donné que l’on envoi qu’un seul paquet. On utilise donc une trame LLC de type I pour le transport du paquet IP.

Enfin, au niveau la couche MAC/RLC, on utilise un schéma de codage CS-2 pour transporter ce paquet IP. En effet, les schémas de codage CS-3 et 4 qui peuvent aussi transporter de l’information ne sont pas utilisable actuellement (cf 3.3.3). Dans la figure 4.20. on montre les différents niveaux d’encapsulation de ce paquet IP selon les postulats fait précédemment en tenant compte que l’on utilise un terminal monoslot.


FH Information field FCS

Normal burst Normal burst Normal burst Normal burst

TrameLLC

BlocsRLC

Couche RLC/MAC

Physical layer

Primaryblock

Followingblock

FH= Frame HeaderFCS=Frame Check SequenceBH=Block HeaderBCS=Block Check SequencePH=Packet HeaderSH=SN-PDU Header

BH Info. Field BH Info. FieldBH Info. Field BH Info. Field (…)lastblock

Couche LLC

Couche SNDCP

Couche IPPH Information field

SH Information field

Paquet IP de 1500 octets

3 octets

PDU SNDCP

PaquetIP

1500 octets

3 octets 1503 octets 3 octets

3 octets 30 octets

51 blocs MAC/RLC

204 bursts

En tenant compte de l’entête SNDCP ce PDU fait 1503 octets

En tenant compte du FCS et de l’entête LLC ce PDU fait 1509 octets

On met 30 octets de données dans chaque trame MAC/RLC


Figure 4.20. Transport d’un paquet IP de 1500 octets en mode connecté avec un schéma de codage CS-2 et une trame MAC/RLC en mode sans bitmap

Il faut donc, dans les conditions précitées :

• au niveau MAC/RLC 51 blocs MAC/RLC,

• au niveau LLC une trame LLC,

• et au niveau SNDCP un PDU SNDCP,

pour transporter un paquet IP de 1500 octets sur le lien radio.

Sachant que quatre bursts sont nécessaire pour transporter 1 bloc MAC/RLC contenant 30 octets de données et qu’une multitrame à 52 trames peut transporter 48 bursts de données en 240 ms, on peut estimer le débit IP maximum selon les postulats que l’on à fait.

(1) Il faudra ms1020240*48

204= pour transporter le paquet IP de 1500 octets

(2) On aura skbit /76,111020

8*1500= de débit IP selon les conditions que l’on a défini.


5 les mesures faites par le mobile

Pour la gestion de la sélection et de la re-sélection de cellules, des mesures sont régulièrement effectuées par le mobile. Suivant la configuration réseau dans lequel se trouve le mobile, ces mesures peuvent directement être exploitées par le mobile ou au contraire être transmises au réseau.

5.1 Les grandeurs mesurées

La multitrame dans GPRS est caractérisée par la présence de 2 slots idle et de 2 slots PTCCH (cf 3.1.2.). Pendant les slots idle le mobile scrute les voies balises des autres cellules, et pendant les slots PTCCH le mobile gère la mise à jour de l’avance en temps. Le mobile ne reçoit rien qui ne lui soit spécifiquement dédié pendant ces quatre slots.

Le mobile effectue périodiquement des mesures de niveau de signal reçu. Suivant l’instant ou il effectue ces mesures dans la multitrame, la signification de ces mesures est différente. Le tableau 5.1. présente les mesures effectuées par le mobile ainsi que les paramètres utilisés pour leurs transports. C correspond au niveau de signal reçu par le mobile, I correspond au niveau d’interférence produit par les cellules voisines et N correspond au bruit.

Instant de mesure dans la multitrame

Grandeur mesurée

Description paramètre utilisé pour le transport de la mesure

Pendant les slots idle et PTCCH

I - Le mobile ne reçoit aucune transmission qui ne lui soit spécifiquement dédié.

- Le niveau de signal qu’il mesure est considéré comme le niveau d’interférence I produit par les cellules qui l’entourent

I_LEVEL

Pendant les slots différents de idle et PTCCH

C+(I+N) ≅ C - Pendant les autres slots de la multitrame de GPRS le mobile effectue des mesures de niveau de signal reçu qui correspondent en réalité à C + (I + N).

- Les valeurs de l’interférence et du bruit sont négligeables en comparaison du niveau de signal C. On considère donc que la grandeur mesurée pendant ces slots est C qui est le niveau de puissance utile reçue.

RXLEV


Tableau 5.1. Les grandeurs mesurées dans GPRS

Si le mobile est en mode transfert de données, il effectue ses mesures sur le canal de broadcast de la cellule de service. Si le mobile est en mode idle, le mobile effectue ses mesures sur les canaux de contrôle commun des cellules qui lui sont spécifiées par le réseau. Les mesures de niveau de signal sont transportées dans le paramètre RXLEV. Les mesures d’interférences sont transportées dans le paramètre I_LEVEL qui est en réalité une comparaison entre le niveau de signal reçu et le niveau d’interférence. [D’après GSM-5.008]


5.2 La qualité du signal

D’une manière générale, les performances d’un système de transmission dépendent, au niveau physique, d’un rapport « signal à bruit » qui fait intervenir la puissance du signal utile et celle des perturbateurs. Ce rapport permet de déterminer la qualité de la transmission (le taux d’erreurs binaires par exemple) ou une limite théorique sur le débit maximal d’informations qu’il est envisageable de transmettre.

Dans le domaine radio mobile, le rapport « signal à bruit » est caractérisé par le rapport C/(I+N). La répartition des différentes valeurs du C/(I+N) observées ou estimées au niveau du mobile conditionne la qualité de la liaison descendante. Remarquons que le rapport C/(I+N), qui joue un rôle majeur dans les questions d’ingénierie cellulaire, n’est pas directement mesuré par le récepteur. Ceci est du à des problèmes de mesure tant techniques que théoriques. [LGT 00]

Au niveau du mobile, la qualité du signal est évaluée via le paramètre RXQUAL. Il est obtenu en quantifiant le taux d’erreurs binaires BER (Bit Error Rate). Le taux d’erreur binaire BER est calculé sur 1/2 seconde environ. Il est stipulé que le taux d’erreur est mesuré avant le décodage du canal mais il n’est pas précisé si l’égalisation est prise en compte. D’autre part, il n’y a pas d’indication sur la technique de mesure. Une méthode simple consisterait à mesurer le BER uniquement sur la séquence d’apprentissage ; il n’est pas clair qu’elle soit satisfaisante. [LGT 00]

5.3 Les traitements effectués

Le mobile effectue des traitements sur les mesures de niveau de signal et de niveau d’interférence qu’il effectue. Il les filtre avec un filtre de moyennes glissantes. Il calcule aussi la variance et le coefficient de variations des mesures de niveau de signal.

5.3.1 Le filtrage des mesures

Dans GPRS [GSM 5.008] les mesures faites par le mobile sont filtrées par un filtre qui s’avère être un filtre passe-bas. Ce filtre permet d’éliminer les mesures les plus anciennes. La figure 5.1. présente la modélisation de ce filtre avec e(n) signal en entrée et s(n) signal filtré.

b+

+

T 1 - b

s ( n )e ( n )


Figure 5.1. Modélisation du filtre utilisé dans GPRS


Pour la modélisation du filtre présenté dans la figure 5.1. on a :

• b facteur d’oubli tel que :

o b = 1 / (MIN (val. itération, MAX (val. prédéfinie, val. diffusée par le rsx) pour les mesures d’interférences et pour les mesures de niveau de signal reçu en mode idle,

o b = 1 / (val. prédéfinie * val. diffusée par le rsx) pour les mesures de niveau de signal reçu faites en mode transfert de données.

• T période d’échantillonnage.

• Z analyse harmonique du filtre tel que . fTeZ π2=

• fréquence tel que : f

o pour on a 0=f 1=Z et 1)1(1

)( =−−

=b

bZH

o pour 2

eff = (valeur max de Shannon) on a 1−=Z et

bbZH−

=2

)(

On a donc )()1()1()( nbensbns +−−=

Soit la transformée en Z : )()()1()( 1 ZbEZSZbZS +−= −

D’où 1)1(1)()( −−−

=Zb

bZEZS

5.3.2 Le calcul de la variance et du coefficient de variation

En mode transfert de données, le mobile effectue un calcul de variance qui permet de connaître la différence entre la plus haute mesure et la plus basse mesure de niveau de signal reçu pour les bursts d’un même bloc. A partir de ces résultats le MS détermine le coefficient de variation et il transmet ce résultat au réseau dans chacun des acquittements qu’il envoie. Le paramètre utilisé pour stocker les calculs de variance est le paramètre BL_VAR. Le paramètre utilisé pour transporter les coefficients de variation est le paramètre SIGN_VAR. [GSM 5.008]


Annexes A : Structure des blocs MAC/RLC

Différentes structures sont définies pour les messages de transfert et les messages de contrôle. La figure 6.1. rend compte de ces différences. On détaillera les différents éléments qui constituent ces blocs par la suite.

RLC/MAC block (données)

RLC data block MAC header

RLC header RLC data unit Spare bits

RLC/MAC block (contrôle)

MAC header RLC/MAC control block


Figure 5.2. Structure des blocs RLC/MAC de contrôle et de données

Les figures suivantes permettent de détailler de manière précise les différents blocs MAC/RLC suivant qu’on les retrouve sur le lien montant ou le lien descendant. Il est à noter que les blocs MAC/RLC de contrôle sont toujours encodés avec le schéma de codage CS-1


5.4 Le lien montant

Les figures 6.2. et 6.3. présentent précisément le contenu des blocs MAC/RLC sur le lien montant.

Bit

8 7 6 5 4 3 2 1

Payload Type Countdown Value SI R MAC header

spare PI Temporary Flow Identify (TFI) TI Octet 1

Block Sequence Number (BSN) E Octet 2

Length indicator M E Octet 3 (optional)

.

.

.

.

.

.

Length indicator M E Octet M (optional)

Octet M+1 \

TLLI Octet M+2 } (optional)

Octet M+3 /

Octet M+4 /

Packet Flow Identifier (PFI) E Octet M + 5 /

Octet M+6

RLC data

.

.

.

Octet N-1

Octet N

spare spare (if present) TI = TLLI Indicator E = Extension M = More R = Retry SI = Stall Indicator PI = PFI Indicator


Figure 5.3. Bloc de données RLC sur le lien montant avec l’entête MAC


Bit

8 7 6 5 4 3 2 1

Payload Type spare R MAC header

Octet 1

Octet 2

Octet 3

Control Message Contents .

.

.

Octet 21

Octet 22 R = Retry


Figure 5.4. Bloc de contrôle RLC sur le lien montant avec l’entête MAC

Pour ce qui est du lien montant que les messages de contrôle font au maximum 23 octets, et pour ce qui est des trames de données leur taille dépend du schéma de codage utilisé pour le bloc de données RLC.

5.5 Le lien descendant

Les figures 6.4. et 6.5. présentent précisément le contenu des blocs MAC/RLC sur le lien descendant.


Bit

8 7 6 5 4 3 2 1

Payload Type RRBP S/P USF MAC header

PR TFI FBI Octet 1

BSN E Octet 2

Length indicator M E Octet 3 (optional)

.

.

.

.

.

.

Length indicator M E Octet M (optional)

Octet M+1

RLC data

.

.

.

Octet N2-1

Octet N2

spare spare (if present) [D’après GSM-04.60]

Figure 5.5. Bloc de données RLC sur le lien descendant avec l’entête MAC

Bit

8 7 6 5 4 3 2 1

Payload Type RRBP S/P USF MAC header

RBSN RTI FS AC Octet 1 (optional)

PR TFI D Octet 2 (optional)

Octet M

Control Message Contents .

.

.

Octet 21

Octet 22 [D’après GSM-04.60]

Figure 5.6. Bloc de contrôle RLC sur le lien descendant avec l’entête MAC

5.6 Glossaire des champs contenus dans les blocs MAC/RLC Le bit Retry (R) : Durant le dernier accès au canal, ce bit permet d’indiquer si la demande d’allocation de canal

est la première ou non. Si ce bit est à 1, cette demande a déjà été faite au moins une fois.

Le bit Stall Indicator (SI) : Ce bit indique si la fenêtre de transmission du mobile est calée ou non. Quand ce bit est à 1, la fenêtre est calée. Ce bit doit être mis à jour pour chaque bloc sur le lien montant.

Le bit Supplementary / Polling (S/P) : Il est utilisé pour indiquer si le champ RRBP est valide ou non. S’il est à 1, le champ RRBP est valide.


Le bit Final Bloc Indicator (FBI) : Ce bit permet d’indiquer si le bloc de données RLC sur le lien descendant est le dernier du flux descendant (TBF ↓). Si ce bit est à 1, le bloc est le dernier du flux.

Le bit TLLI Indicator (TI) : Ce bit indique la présence ou non d’un champ TLLI optionnel dans le bloc de données RLC (sur le lien montant). Si ce bit est à 1, le champ TLLTI optionnel est présent.

Le bit Adress Control (AC) : Il est utilisé pour signaler la présence ou non d’un champ TFI/D optionnel dans l’entête du bloc de contrôle MAC/RLC sur le lien descendant.

Le bit Final Segment (FI) : Ce bit permet d’indiquer que le bloc de contrôle MAC/RLC contient le dernier segment d’un message de contrôle MAC/RLC. Si ce bit est à 1, c’est le dernier segment du message.

Le champ Radio Transaction Identifier (RTI) : Ce champ est utilisé pour grouper les blocs de contrôle MAC/RLC sur le lien descendant et il permet d’identifier la séquence à laquelle est associé le bloc de contrôle. La valeur de ce champ est comprise entre 0 et 31.

Le bit Direction (D) : Ce bit permet d’indiquer la direction du TBF qui est identifié par son TFI dans l’entête du bloc MAC/RLC de contrôle sur le lien descendant. Quand ce bit est à 0 il identifie un TBF montant, quand il est à 1 il identifie un TBF descendant.

Le champ Temporary Flow Identifier (TFI) : Le TFI permet d’identifier le TBF auquel appartient le bloc MAC/RLC considéré.

Le champ Power Reduction (PR) : Ce champ indique le niveau de réduction de puissance du bloc RLC considéré.

Le bit Extention (E) : Ce bit permet d’indiquer un la présence d’un octet optionnel dans l’entête du bloc de données RLC. Si ce bit est à 0, l’extension suit directement ce bit.

Le champ Block Sequence Number (BSN) :

Le bit Reduced Block Sequence Number (RBSN) : Ce bit transporte le numéro de séquence du bloc de contrôle MAC/RLC sur le lien descendant. Ce bit est encodé comme une séquence binaire qui varie entre 0 et 1.

Le bit More (M) : Ce bit associé au bit E et au champ LI permet de définir la limite d’un PDU LLC dans un TBF. Si le bit M est présent il permet d’indiquer si un PDU LLC suit ou non le PDU LLC courant.

Le champ Length Indicator (LI) : Ce champ est utilisé pour marquer les limites des PDUs LLC dans les blocs RLC.

Le champ TLLI : Il contient un TLLI qui est encodé.

Le bit PFI Indicator (PFI) : Ce bit indique la présence ou non du champ PFI optionnel.


Références

[LGT 00] Xavier Lagrange, Philippe Godlewski, Sami Tabbane, Réseaux GSM, 5ème édition revue et augmentée, éditions Hermes, 2000.

[Bat 01] Regis J. “Bud" Bates, GPRS Général Packet Radio Service, éditions McGraw-Hill Telecom, 2001.

[SSP 03] Emmanuel Seurre, Patrick Savelli, Pierre-Jean Pietri, GPRS for mobile Internet, éditions Artec House, 2003.

[GSM 08.18] BSS GPRS Protocol

[GSM 05.008] Radio Access Network

[GSM 08.08] Radio Subsystem Link Control

[GSM 01.04] Abreviation and Acronyms

[GSM 21.905] Vocabulary for 3GPP Specifications

[GSM 04.65] Subnetwork Dependent Convergence Protocol (SNDCP)

[GSM 04.60] Radio Link Control / Medium Access Control (RLC/MAC)

[GSM 04.64] Logical Link Control (LLC)

[GSM 04.160] Radio Link Control / Medium Access Control (RLC/MAC), Protocol Iu mode

[GSM 03.051] Radio Access Network, Overall description

[GSM 23.060] Service description

[GSM 44.060] Radio Link Control / Medium Access Control (RLC/MAC), Protocol


Glossaire

BA(BCCH) BCCH Allocation, Liste permettent de renseigner le mobile des porteuses sur lesquelles il doit effectuer des mesures de niveau de signal reçu.

BA(GPRS) BCCH Allocation for GPRS Reselection, idem que BA(BCCH) mais spécifique à GPRS.

BCCH Broadcast Control CHannel. Canal logique sur lequel sont diffusées périodiquement des informations système variant peu dans le temps (le BCCH ne saute pas ne fréquence et il est transmis à puissance constante)

BSC Base Station Controler, Ce contrôleur de station de base commande une ou plusieurs BTS et permet une première concentration des circuits. Ainsi, cet équipement gère la ressource radio dans le cas d’un hand-over ou de l’allocation d’un canal pour un appel.

BSIC Base Station Identity Code, identité de la station de base. Le MS doit régulièrement vérifier le BSIC des porteuses BCCH qu’il écoute. Les BSICs valables sont transmis en même temps que les information qui permettent de mettre à jour la liste BA(GPRS).

BSS Base Station System, sous système radio compose d’un BSC et d’une BTS. Un BSS désigne en général un BSC et les BTS qui en dépendent. On pet utiliser ce terme lorsqu’on ne s’attache pas au découpage précis des fonctions entre BTS et BSC.

BSSAP+ BSS Application part + (GPRS). Protocole entre SGSN et MSC/VLR permettant principalement une gestion coordonnée de la localisation entre GPRS et GSM-circuit.

BSSGP BSS GPRS Protocol (GPRS). Protocole entre le BSS et le SGSN assurant un rôle similaire à BSSAP.

BSSMAP BSS Management Application Part. Le protocole BSSMAP régit le dialogue BSC-MSC pour tous les messages ayant trait à la gestion de la ressource radio.

BTS Base Tranceiver Station, ces stations sont des émetteurs / récepteurs qui ont un minimum d’intelligence, ils constituent l’interface entre le BSC et les mobiles.

Burst Elément de signal transmis par un équipement à l’intérieur d’un slot en TDMA. La durée du burst normal GSM est 148 bits soit 148*3/812500s = 546µs. La durée d’un burst d’accès est 88 bits soit 88*3/812500 = 325µs. (nb : un bit dure 3/812500s soit 3,6923µs)

C/I Rapport porteuse sur interférence. C désigne la puissance du signal utile (porteuse) et I désigne l’ensemble des interférences.

CCU Channel Codec Unit, est une partie de la BTS qui gère principalement la couche physique, en particulier l’entrelacement et le codage correcteur d’erreur.

Canal logique Suite de slots dédiées à une fonction particulière.

Canal physique DUPLEX : Paire de canaux physiques simplex, l’un sur la voie montante, l’autre sur la voie descendante. SIMPLEX : Canal formé par un numéro de slot dans la trame TDMA sur une fréquence donnée ou une séquence de fréquences. On distingue les canaux physiques plein-débit (1 slot par trame TDMA) des canaux physiques demi-débit (1 slot toutes les deux trames TDMA)

CC Call Control. Partie de la couche CM (couche 3) présente dans la MS et le MSC qui s’occupe du traitement des appels.

CCCH Common Control CHannel. Canal de contrôle commun. Le CCH comprend les canaux PCH, AGCH, CBCH et RACH.

Cellule Ensemble de points où le mobile peut dialoguer avec une station de base donnée avec une qualité suffisante.

CRC Cyclic Redundant Code. Redondance obtenue par division polynomiale permettant de détecter des erreurs sur un champ d’information.

Downlink Voir voie descendante.


EIR Equipment Identity Register , C’est la base de données où sont stockées les identités des terminaux mobiles. Elle permet par exemple d’établir les listes noires contenant les numéros des terminaux volés.

FCCH Frequency Correction CHannel. Canal permettant à un mobile de se caler sur la fréquence nominale de la station de base.

GGSN Gateway GPRS Support Node, nœud passerelle dans GPRS ; c’est un routeur relié à un ou plusieurs réseaux de données, éventuellement GPRS, qui permet aux paquets venant des réseaux externes être acheminés vers le SGSN du destinataire. Il est également capable d’envoyer les paquets sortant vers le réseau de données adéquat.

GMM GPRS Mobility Management. Sous-couche de niveau 3 entre la MS et le SGSN qui gère l’itinérance et la sécurité. Elle fait partie du plan de signalisation GPRS.

GPRS General Packet Radio Service. Service de transmission de données par paquets y compris sur la voie radio. Par extension, éléments du réseau assurant ce service.

GSMS GPRS Short Message Service. Sous-couche de niveau 3 qui gère l’échange de messages courts GPRS entre la MS et le SGSN. Elle fait partie du plan de signalisation GPRS.

GTP GPRS Tunnel Protocol. Protocole au-dessus TCP/IP ou UDP/IP qui permet l’encapsulation de paquets de données dans des datagrammes IP et l’échange de la signalisation entre SGSN et GGSN.

HLR Home Location Register , Cet équipement est un enregistreur de localisation nominal. c’est la base de données de localisation et de caractérisation des abonnés d’un réseau.

Hypertrame Suite de 2 715 648 trames TDMA. (soit 3 h 28 mn 53 s 760 ms)

IMSI Internationnal Mobile Subscriber Identity, Identité internationale d’un abonné inscrite dans la carte SIM et conforme au plan E212.

IP Internet Protocol. Protocole de niveau réseau utilisé dans l’Internet orienté sans connexion (principe du datagramme).

Itinérance Capacité pour un terminal d’être utilisable en tout point du réseau (roaming). Ce terme a tendance à désigner maintenant la capacité d’un abonné d’un réseau à utiliser un autre réseau pour lequel il n’a pas d’abonnement particulier.

ITU Internationnal Telecommunication Union. Union internationale des télécommunications.

LAPDm Link Access Protocol on the D channel. Protocole de liaison de données utilisé sur les canaux radio de signalisation et les canaux de contrôle associés.

LLC Logical Link Control (GPRS). Protocole de liaison entre la MS et le SGSN qui assure, entre autres, le chiffrement pour GPRS.

MAC Medium Access Control. Terme général qui désignant la couche qui gère le partage d’un support de transmission entre différentes stations. Dans GPRS, la couche MAC se trouve entre la MS et le BSS.

MIC Modulation par Impulsion et Codage. Par abus de langage, le terme de liaison MIC désigne les liaisons numériques composées d’un ensemble de voies à 64 kbit/s multipléxées.

MM Mobility Management. Partie de la couche réseau présente dans la MS et le MSC qui gère les aspects itinérance et sécurité.

Mode DRX Pour économiser les batteries des terminaux, on les divise les blocs de paging en groupe. Par exemple en G=10 groupes. Un mobile dont l'IMSI modulo G est égale à g appartient au groupe g. Le réseau n'appelle un mobile du groupe g que dans le g ième bloc en comptant les blocs modulo G. Un mobile peut alors n'écouter que 1 bloc tous les G blocs. On dit qu'il est en mode DRX.

MS Mobile Station, terminal GSM muni d’une carte SIM et suceptible de fonctionner sur un réseau.

MSC Mobile Switching Center, ce sont des commutateurs qui sont en général associés aux bases de données VLR, ils permettent de gérer les appels de départs et d’arrivées.


Multitrame Multitrame GSM sur la voie radio : suite de 26 ou 51 slots occupant la même position dans des trames TDMA successives sur lesquels sont définis les différents canaux logigues.

NCC part Si la cellule de service ne possède pas de canal PBCCH, le mobile utilise la liste BA(BCCH) et aucun BSIC n’est communiqué au mobile. Dans ce cas les BSICs que le mobile décode sont considéré comme valables si leur Network Color Code part (NCC part) correspond. Le NCC correspond au code de couleur du PLMN de la station de base.

NSAPI Network Service Access Point Identifier, Le point d’accès au service de niveau réseau identifie, localement entre la MS et le SGSN, une entité réseau (IP,X25, …) qui utilise SNDCP.

Paging Le paging correspond à l’instant ou la cellule recherche les équipements qui sont dans sa zone de couverture. Un mobile doit écouter tous les messages de paging émis pour détecter s'il est appelé. On a typiquement 5 blocs de paging par multitrame à 51.

PBCCH Packet Broadcast Control CHannel. Canal logique similaire au BCCH.

PCH Paging CHannel. Canal logique GSM supportant l’ensemble des appels en diffusion (paging).

P-TMSI Packet Temporary Mobile Subscriber Identity, Identité temporaire similaire au TMSI mais sur une plage de valeur spécifique

PCU Packet Control Unit, il peut se situer dans la BTS, la BSC ou dans un équipement indépendant (PCUSN). Il permet de faire le relai au niveau de la couche LLC entre le SGSN et la MS. Sa fonction principale est de manager les canaux et le contrôle de la ressource radio.

PCUSN Packet Controler Unit System Node, élément qui contient éventuellement le PCU car cet équipement est optionnel. Le PCU peut se situer aussi dans le BSC ou BTS.

PDCH Packet Data CHannel. Canal physique configuré pour GPRS qui supporte une multitrame à 52 trames (soit 12 blocs) qui peut être utilisée pour différents canaux logiques.

PDN Packet Data Network, réseau de données en mode paquets.

PDP Packet Data Protocol, Dans le contexte GPRS, désigne tout protocole réseau par paquets par lequel GPRS offre une compatibilité. Par extension, PDP désigne aussi un réseau de données auquel le GPRS est connecté.

PDTCH Packet Data Transfert CHannel. Canal logique supportant la transmission de blocs MAC/RLC de données (qui peuvent être éventuellement des informations de contrôle des couches supérieures).

PDU Protocol Data Unit, unité de données de protocole : terme générique des réseaux désignant un ensemble structuré de données et d’éléments de contrôle utilisés pour un protocole. Une entité de niveau N reçoit un ou plusieurs SDU de niveau N de l’entité supérieure et crée un ou plusieurs PDU de niveau N. Les PDU de niveau N sont échangés entre entités de niveau N.

PLMN Public Land Mobile Network. Réseau GSM opéré par un opérateur particulier sur un territoire.

Porteuse Fréquence sur laquelle est transmis un signal modulé. Les porteuses GSM sont espacées de 200 khz.

Porteuse BCCH Sur Les porteuses BCCH, le slot 0 ne supporte aucune communication mais seulement du contrôle et de la signalisation. De plus le BTS émet de manière constante et permanente sur cette porteuse.

PPCH Packet Paging Access CHannel. Canal logique similaire au PCH.

PRACH Packet Random Access CHannel. Canal logique similaire au RACH.

PTCCH Packet Timing Control CHannel. Canal logique de contrôle utilisé pour la gestion de l’avance en temps lorsqu’un TBF est actif.

RACH Random Access CHannel. Canal de contrôle partagé par un ensemble de mobiles et leur permettant de signaler au réseau pour demander un service particulier. (possibilité de contention).

RF Radio Frequency.

Roaming Voir itinérance. Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 53 Nom Projet Réf donnée. Date Partenaire Version n° page

RLA_P Niveau moyen de signal reçu.

RLC Radio Link Control. Protocole de liaison entre la MS et le BSS qui assure une liaison de données. La couche RLC peut apporter une fiabilisation de la liaison radio.

RR Radio Ressource management. Partie de la couche réseau présente dans la MS et le BSC (et partiellement dans la BTS) qui gère la ressource radio (allocation de canal, hand-over et chiffrement).

RR ’ Entité de niveau réseau de gestion de la ressource radio présente dans la BTS (fonctions très réduites).

SACCH Slow Associated Control CHannel. Canal de contrôle lent associé à tout canal de dédié permettant d’en effectuer la supervision (contrôle de puissance, gestion TA, remontée des mesures)

SAPI Service Access Point Identifier. Identification du point d’accès utilisé entre 2 couches (terme général). Dans GSM-circuit, le SAPI identifie, dan une trame LAPD (ou LAPDm) de niveau 2 l’entité utilisatrice de niveau 3. Dans GPRS, le SAPI identifie, dans une trame LLC, l’entité SNDCP ou l’entité de niveau 3 (plan de signalisation) utilisatrice.

SCH Synchronisation CHannel. Canal de synchronisation dont les bursts, diffusés par la BTS, ont une longue séquence d’apprentissage ; il permet au mobile de se synchroniser sur la BTS.

SDCCH Stand Alone Dedicated Control CHannel. Canal de signalisation dédié, pendant une durée limitée, à un mobile.

SDU Service Data Unit, Unité de données de service : terme générique des réseaux désignant des données échangées (virtuellement) entre entités de niveau N et N+1 lors d’une demande de service (voir aussi PDU)

SGSN Serving GPRS Support Node, nœud de service dans GPRS ; c’est un routeur relié à une ou plusieurs BSS qui gère les terminaux dans une zone donnée.

Slot Intervalle de temps élémentaire en TDMA qui peut accueillir un burst (la durée d’un slot est de 15/26 ms, soit environ 577µs).

SM Session Management. Sous-couche de niveau 3 entre la MS et le SGSN qui gère principalement l’activation/désactivation du contexte PDP. Elle fait partie du plan de signalisation GPRS.

SMC Short Message Control, équipement qui permet d’envoyer des messages SMS via le réseau GPRS.

SMS Short Message Service. Service bidirectionnel de messages courts. Ce terme désigne également la sous-couche de la couche CM (niveau 3) qui gère le service dans la MS et le MSC.

SNDCP Subnetwork Dependent Convergence Protocol. Protocole entre le mobile et le SGSN, placé au-dessus de LLC, qui permet d’utiliser plusieurs protocoles réseaux différents et qui peut faire de la compression.

TBF Temporary Bloc Flow, Flux de données entre un mobile et le SGSN. Un flux est actif tant que l’émetteur a des données en mémoire à transmettre au niveau MAC/RLC mais il ne correspond pas forcément à une transmission effective.

TCH Traffic CHannel. Canal de trafic. On distingue les canaux de trafic écoulant de la voix plein débit (TCH/FS), de la voix demi-débit (TCH/HS), des données à 12000 ou 9600 bit/s (TCH/F9.6), des données à 4800 bit/s sur une structure plein débit (TCH/F4.8), des données à 4800 bit/s sur structure demi-débit (TCH/H4.8), des données à un débit inférieur ou égal à 2400 bit/s sur structure plein débit (TCH/F2.4) et sur structure demi-débit (TCH/H2.4).

TCP Transport Control Protocol. Protocole de transport orienté connexion permettant un échange fiable d’une quantité quelquonque de données entre deux équipements (niveau 4 OSI) reliés par un ou plusieurs réseaux utilisant IP.

TCU Transmission Control Unit.

TDMA Time Division Multiple Access.


TFI Temporary Flow Identifier, Identificateur d’un flux de données entre place dans l’en-tête de chaque bloc MAC/RLC de ce flux. Dans une cellule donnée, une valeur de TFI correspond à un flux unique.

TID Tunnel Identity, Identifiant du tunnel qui est mis en place grâce au protocole GTP entre le SGSN et le GGSN.

TLLI Temporary Link Layer Identity, Identité temporaire qui identifie un mobile particulier pour le SGSN. Cette identité a souvent la même valeur que le P-TMSI.

TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity, identité temporaire attribuée par le réseau à une MS et utilisée ensuite pour les transactions sur la voie radio.

Trame TDMA Ensemble d’intervalles de temps répété périodiquement. La durée de la trame TDMA de GSM est 60/13 ms soit 4,615 ms.

TRAU Transcoder/Rate Adaptator Unit. Equipement, souvent physiquement présent près du MSC mais fonctionnellement intégré au BSC, qui réalise la conversion « parole numérisée à 13 kbit/s » « parole numérisée à 64 kbit/s » et une partie de l’adaptation de débit pour les données utilisateurs.

UDP User Datagram Protocol. Protocole de niveau transport sans connexion qui peut être utilisé au-dessus de IP lorsque la couche réseau offre un service fiable ou lorsqu’on n’a pas besoin de fiabilité.

Uplink Voir voie montante.

USF Uplink Status Flag. Indicateur présent dans les blocs descendants qui alloue le bloc montant suivant à un mobile particulier.

VLR Visitor Location Register, C’est une base de données associée à un MSC, qui contient, pour tous les abonnés présents dans le territoire desservi par le MSC, leur profil et la zone de localisation où ils se trouvent.

Voie Balise Canal utilisé par le système pour diffuser des informations permettant aux mobiles d’acquérir les paramètres système (synchronisation, fréquence, emplacement des canaux, localisation, etc …)

Voie descendante Sens de transmission de la BTS vers la MS.

Voie montante Sens de transmission de la MS vers la BTS.


Analyse de GPRS - WideReality.com Register (HLR) qui est un enregistreur de localisation nominal....

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