Etude du GPRS

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la recherche scientifique

Ministère de la poste et des technologies de l’information et de la communication

Institut des Télécommunications

ABDELHAFID Boussouf - ORAN -

Projet de Fin d’Etudes

En vue de l’obtention du Diplôme d’Ingénieur d’Etat en Télécommunications

Présenté par Encadré par

Mr ZERROUKI Mostefa Mr BOUSSOUF Ahmed Mr BOUCHERBA Djamel Membres de jury

Mr KAID OMAR Omar President Mr HACHEMANI. Rabeh Examinateur Mr DEKHISSI Hebri Examinateur Mr MEGHARFI Nor eddine Examinateur

Promotion: IGE 25

Juin 2005

Nos vifs remerciement s’adressent à notre encadreur Monsieur BOUSSOUF Ahmed

pour les taches qui nous a facilité et tous ses conseils et remarques durant

l’élaboration de ce mémoire.

Je remercie tous les membres de jury qui m’ont fait l’honneur d’accepter de

participer à cette soutenance.

Nos remerciements vont également à tous ce qui, de prés ou de loin, nous ont aidé au

cours de notre projet, nous pensons à Monsieur ZERDALI Mokhtare et RABHI

Salim.

Généralité

Chapitre I : Evolution du GSM vers le GPRS

I.1 Les réseaux de mobiles 1RE Génération 2E G...................................................1

I.1.1 Première génération…………………..…………………………...1

I.1.2 Deuxième génération………………….…………………………..2

I.2 Système GSM………………………………….…………………………..5

I.2.1 Architecture du réseau GSM……………………………………….5

I.2.1.1 Sous-système radio (BSS)……………..…………………………6

I.2.1.2 Sous-système réseau (NSS)……………..……………………….7

I.2.1.3 Sous-système réseau (OSS)………….…………………………..9

I.3 Le WAP………………………………………………………………….10

I.3.1 Définition…………………….………………………………….10

I.3.2 A quoi sert ce protocole………..…………………………………10

I.3.3 La naissance du WAP………..…………………………………..10

I.3.4 Le protocole…………….……………………………………….11

I.3.5 L'architecture du Wireless Application Protocol…….…………….11

I.3.6 L'avenir du WAP………………………..……………………….14

I.3.7 Conclusion……………………………………………………...15

Chapitre II : Système GPRS

II.1 La définition du GPRS………………...…………………………………16

II.2 Les caractéristiques du GPRS…………………………………………….16

II.3 Le GPRS et les autres techniques de transmission de données………..……16

II.4 Architecture du GPRS…………………………………………...………21

II.4.1 Présentation de l’architecture du GPRS……..……………………21

II.4.2 Les interfaces……………………….……………….………….23

II.4.3 Couches basses des interfaces GPRS………………...…………..36

II.5 L’intégration du GPRS dans le réseau GSM………….…………………...36

Chapitre III : Description fonctionnelle du GPRS

III.1 Le schéma fonctionnel du GPRS…………………...……………………44

III.2 Fonctionnement général du GPRS…………………………….…………45

III.2.1 Mécanisme d’établissement d’un transfert de paquets en GPRS….45

III.2.2 Exemple concret d’une réception de données par un utilisateur

GPRS…………………….…………………………………………...47

III.2.3 Exemple concret d’une émission de données par un utilisateur

GPRS…………………………………………………….…………...49

III.3 Les fonctions et les entités du GPRS…………………...………………..50

III.3.1 Fonctions GPRS...………………………………..…………….50

III.3.2 Entités GPRS…………………..…………………..…………..51

III.3.3 Allocation des fonctions aux entités de l’architecture………...….52

Chapitre IV : Services GPRS

IV.1 Les short message services : premier exemple de service GPRS……….…59

IV.2 Les deux catégories de service GPRS………………………...………….60

IV.3 Les atouts du GPRS………………………………………...…………...63

IV.4 La taxation des services GPRS……………………………...…………...63

Chapitre V : La gestion de mobilité dans le GPRS

V.1 Mobilité dans les réseaux de mobiles de 2e G : base de la mobilité du

GPRS………………………………………………………………………..68

V.1.1 Description de la mobilité dans les réseaux de 2e génération……...68

V.1.2 Aspects radio communs à tous les types de procédures de mises à jour

de localisation………………………………………………….……...69

V.1.3 Mise à jour de localisation…………………………………...…..69

V.2 La gestion de mobilité dans le GPRS…………………………...………...74

V.2.1 Notion d’état dans le GPRS…………………...…………………74

V.2.2 Gestion de la mobilité dans le GPRS…………………...………...75

V.2.2.1 Les fonctions liées à l’accès au réseau………...…………75

V.2.2.2 La gestion de localisation…………………..…………...79

V.2.2.3 Le paging…………………………………….………...80

V.2.3 La gestion de mobilité du GSM et la gestion de mobilité du GPRS

combinées…………………………………………………………….82

Conclusion

Glossaire

Bibliographie

Généralités

Etude du réseau GPRS

Généralités

Avec le développement d'Internet, réseau à commutation par paquets, les terminaux

mobiles reposant sur le service GSM (Global System for Mobile communications) ne

pouvaient y accéder qu'avec de faibles débits (9,6 kbits/s) de par la commutation en

mode circuit.

En effet, pour accéder à ce réseau, il faut ouvrir un circuit de bout en bout,

monopolisant un canal radio entre le terminal mobile et la station de base (BTS)

durant toute la session.

Or les canaux radio ne permettent de transmettre qu'un faible débit, ce qui rallonge

le temps de téléchargement des pages WEB et donc la durée des communications.

D'où l'intérêt de ne plus monopoliser le canal radio, et de l'utiliser de façon

sporadique seulement lorsque des données sont échangées entre le terminal mobile

et la station de base.

Ainsi, avec le service GPRS (General Packet Radio Service), ces données sont

transmises par paquets et comme les canaux radio bénéficient du multiplexage

statistique, ces paquets sont transmis avec un débit plus élevé (jusqu’à 171,2 kbits/s),

ce qui diminue ainsi le temps de téléchargement des pages WEB.

En effet, GPRS est le premier protocole à commutation par paquets dans le monde

de l’Internet mobile, et constitue une couche supplémentaire à un réseau GSM

existant.

Et grâce à ce dernier, les applications de l’Internet mobile vont pouvoir se

développer, et nous allons voir comment fonctionne ce protocole.

Chapitre I______________________________________ Evolution du GSM vers le GPRS

Etude de réseau GPRS

1

I.1 LES RESAUX DE MOBILES DE 1RE GENERATION ET 2 E GENERATION

I.1.1 PREMIERE GENERATION

Les réseaux cellulaires et les réseaux sans fil de 1re génération sont analogiques et offrent

des services relativement peu avancés. Ainsi, les réseaux cellulaires de 1re génération ont

été les premiers réseaux permettant à un utilisateur mobile d’utiliser un téléphone de

façon continu, n’importe où dans la zone de service d’un opérateur de réseaux de

mobiles. De tels systèmes analogiques incluent le Advanced Mobile Phone System

(AMPS) aux Etats-Unis, le Total Access Communication System (TACS) -une version

modifiée du AMPS- utilisé principalement au Royaume-Uni, le Nordic Mobile Telephone

(NMT) –prévalant dans les pays d’Europe du Nord –et Radiocom 2000, le standard

français.

Les systèmes sans fil de 1re génération sont caractérisés par des terminaux sans fil

analogiques dotés d’une mobilité très restreinte (ces terminaux sont utilisés à la maison)

et par des services fournis limités. De tels systèmes analogiques incluent deux standards :

le CT0, principalement utilisé aux Etats-Unis et au Royaume-Uni et le CT1 utilisé en

Europe, spécialement en Allemagne et en Italie.

I.1.1.1 Les réseaux cellulaires

Le concept cellulaire fut introduit dans les années 70 par les Bell Labs. Le premier

système cellulaire, le AMPS, devint une réalité en 1979 aux Etats-Unis. En Europe du

Nord, des administrations de télécommunications et des constructeurs conçurent le NMT.

Le NMT fut lancé en Suède, Norvège, Danemark et Finlande fin 81. Peu de temps après,

d’autres réseaux basés sur le concept du AMPS et du NMT apparurent à travers le monde.

Tous ces systèmes cellulaires sont basés sur une transmission analogique de la voix avec

une modulation de fréquences. Ils sont tous utilisés dans les fréquences autour de 450

MHz ou autour de 900 MHz.

I.1.1.2 Les réseaux sans fil

Les premiers terminaux sans fil ont été introduits en Europe avec la technologie CT0 dans

les années 1970 comme simple remplacement de leurs pendants avec fil. Les terminaux

CT0 sont très bon marché et très légers. Leurs performances sont très faibles car ils



2

souffrent d’interférence de la part des installations électriques. De plus, les téléphones

CT0 très basiques manquent de sécurité, offrent une faible autonomie et une qualité de la

parole en dessous de la moyenne. Cependant, la flexibilité et la probabilité qu’ils offrent à

bas prix les rendent populaires. Afin de résoudre ces problèmes, une nouvelle génération

de technologie sans fils, a été développée en 1983.

I.1.2 DEUXIEME GENERATION

I.1.2.1 Nécessité d’une 2e génération

Les réseaux cellulaires et les réseaux sans fil de 1re génération étaient limités dans leurs

capacités et leurs caractéristiques ainsi que dans leur offre de services aux utilisateurs.

Sur la demande des opérateurs, les constructeurs ont donc opéré des modifications et des

évolutions des systèmes cellulaires et système sans fil de 1re génération au cours des

années 1970 et 1980. Ceci dans le but de proposer aux utilisateurs des services plus

adaptés à leurs besoins, notamment en ce qui concerne la qualité de service, parfois très

médiocre, et la mobilité, très restreinte.

Cette 2e génération pour les réseaux cellulaires a des origines régionales. Le Global

System for Mobile communications (GSM), fonctionnant à 900 MHz et à 1800MHz –dans

ce cas il est appelé Digital Cellular System 1800 (DCS 1800)- est le standard adapté en

Europe et dans certains pays d’Asie et d’Océanie, comme l’Australie.

Les Etats-Unis disposent de deux réseaux de deux réseaux de 2e génération : l’IS-95, basé

sur le CDMA (code Division Multiple Access), et l’IS-136, TDMA (Time Division

Multiple Access), appelé aussi D-AMPS, avec un réseau dérivé du GSM adopté en

Europe mais fonctionnant à des fréquences différentes. Ce dernier réseau est appelé

Personal Communication Services (PCS) 1900. Le Japon a aussi son propre réseau

cellulaire de 2e génération appelé Personal Digital Cellular (PDC).

I.1.2.2 Les réseaux cellulaires

En 1979, la conférence administrative mondiale des radiocommunications (CAMR) a

ouvert la bande des fréquences de 900 MHz aux services mobiles. Le besoin d’un réseau

cellulaire paneuropéen avait été clairement exprimé.

En 1990, les spécifications de la phase 1 du GSM 900 figées, suivies par celles du DCS

1800 l’année suivante.



3

En 1992, la plupart des grands opérateurs européens de GSM 1900 ont mis leur réseau en

service en s’appuyant sur cette première phase.

Tous les systèmes de 2e génération sont focalisés sur la voix. Le GSM inclut les services

de messages courts (SMS), qui permettent la transmission de messages de 160 caractères

au maximum, lisibles sur l’écran.

La plupart des réseaux de 2e génération supportent des données en commutation circuit

mais avec des débits usuellement de 9,6kbit/s ou 14,4kbit/s.

Donc la voix reste le service majeur des systèmes de mobile de 2e génération, alors que

les données prennent de plus en plus d’importance dans les réseaux filaires.

I.1.2.3 Les réseaux sans fil

Comme le CT1 souffrait d’une faible capacité, le système CT2 ou téléphone sans fil de

deuxième génération a été développé en 1984 par plusieurs constructeurs du Royaume-

Uni.

Dans le but d’autoriser un service de télépoint basé sur le CT2, un interface commune

connue sous le nom de Common Air Interface (CAI) a été spécifiée en 1988.

L’objectif était de fournir une norme uniforme pour le télépoint public qui permette aux

possesseurs de ces terminaux de se déplacer entre les réseaux et les opérateurs.

Peu après le développement de la technologie sans fil CT2 en Europe et le début du

DECT, le travail a commencé en 1989, sur un standard sans fil japonais, appelé Personal

Handyphone System (PHS).

Le PHS est un système sans fil offrant un accès public, aussi bien pour un usage

domestique que professionnel, à la fois à l’intérieur et à l’extérieur avec un téléphone de

poche sans fil faible coût . Le PHS introduit commercialement au Japon en 1995,

initialement comme système d’accès public. Des applications avancées ont aussi été

proposées, comme les boucles locales sans fil, les transmissions de données à hautes

vitesses (32 ou 64 kbit/s) ainsi que de l’itinérance.

Aux Etats-Unis, les standards émergeants sont : le Personal Communications Interface

(PCI) qui s’appuie sur le CT2, le Personal Wireless Telecommunications (PWT) qui

s’appuie sur le DECT et le Personal Access Communications System (PACS) qui

s’appuie sur le PHS.



4

Les objectifs de tous ces systèmes sont similaires :

Ø Fournir une couverture extérieure totale dans les zones urbaines.

Ø Permettre aux utilisateurs d’émettre et de recevoir des appels.

Ø Fournir une continuité de service entre les zones publiques et privées.

Pour ce type d’adaptations, la technologie sans fil représente une directe alternative aux

technologies cellulaires numériques.

I.1.2.4 Les systèmes par satellites

Les systèmes de mobiles par satellites complètent les systèmes cellulaires et les systèmes

sans fil en enrichissant l’offre de mobilité. (Pour que les services soient accessibles

n’importe où, n’importe quand et même en cas de déplacement.

Les systèmes de mobiles par satellites ne constituent pas un concurrent des réseaux

cellulaires dont la pénétration est faible dans les régions étendues comme les déserts et les

océans, main un complément de ceux-ci.

L’introduction d’un service de mobiles par satellites permet :

Ø La desserte des zones non couvertes par les infrastructures terrestres pour des

raisons physiques (terrains accidentés, mer et air) ou des raison économiques

(zones à faible densité de trafic).

Ø Le déploiement rapide d’une large couverture qui propose une offre de services

en attendant le développement du réseau terrestre.

Ø Le secours du réseau terrestre en cas de saturation ou de destruction de Celui-ci

(désastre naturel, conflit).



5

I.2 SYSTEME GSM

En 1982 la conférence Européenne des postes et télécommunications (CEPT) Créait un

groupe d’étude (le groupe spéciale mobile). Le projet de ce groupe avance lentement

pendant les toutes premières années car les différents pays se focalisent sur l’ouverture de

leurs réseaux mobiles analogiques nationaux. En 1985, une impulsion nouvelle est

donnée par la commission de la communauté européenne qui annonce son intention

d’imposer a ses pays membres la norme élaborée par le GSM, En 1987, le GSM entraîne

le choix de la transmission numérique avec multiplexage temporel a bande moyenne un

protocole d’accord pour l’ouverture concertée du GSM en 1991.

En juillet 1991 la première communication entre un abonné du réseau téléphonique et un

terminal GSM de laboratoire est effectuée.

Au mois d’octobre de même année, un réseau de démonstration est mis en place à

l’occasion de l’exploitation TELECOM91 à génère et plusieurs constructeurs présentent

des terminaux qui sont loin cependant d’avoir toutes les fonctionnalités Requises.

Les premiers réseaux pilotes ouvrent malgré de nombreux problèmes techniques à la fin

de l’année 91.

I.2.1 ARCHITECTURE DU RESEAU GSM

Le système GSM est constitué de plusieurs entités dont les fonctions et les interfaces sont

rigoureusement spécifiées ce réseau s’articule autour de trois sous systèmes : sous

système radio (BSS), sous système réseau (NSS), sous système d’exploitation et de

maintenance (OSS).



6

Figure : Architecture du réseau GSM

I.2.1.1 Sous-système radio (BSS)

Le sous-système BSS comprend les fonctions radio et de gestion de l’interface radio,

l’établissement et le maintient des connexions radio avec le MS.

Le BSS alloue les ressources radio pour la gestion de trafic et la signalisation et il joue

aussi le rôle de relais entre la MS et le commutateur MSC.

Le BSS est composé principalement des nœuds suivants :

I.2.1.1.1 Le contrôleur de station de base (BSC)

Un contrôleur de station de base (BSC) gère une ou plusieurs stations et remplit différente

mission pour les fonctions de communication et d’exploitation.

Pour le trafic abonné venant des stations de base, c’est un concentrateur, pour le trafic

issu de commutateurs c’est un aiguilleur vers la station du bon destinataire.

Le contrôleur est aussi le relais pour les alarmes et les stations issues des stations de base,

ainsi qu’une banque de données pour les versions logicielles et les données de

configuration téléchargées.



7

I.2.1.1.2 Station de base (BTS)

Une station de base (BTS), base transceiver station, assure la couverture radioélectrique

d’une cellule (unité de base pour la couverture radio d’un territoire) du réseau.

Elle fournit un point d’entrée dans le réseau aux abonnés présent dans sa cellule pour

recevoir ou transmettre des appels.

Une station de base gère simultanément huit communications grâce au multiplexage

AMRT utilisé.

Une station de base est essentiellement un ensemble émetteur/récepteur, lui-même

élément de la chaîne de communication.

La BTS assure le contrôle du dialogue radioélectrique entre le mobile et le réseau.

Ainsi elle réalise :

Ø La couverture radioélectrique de la cellule.

Ø Le contrôle de la couche physique (couche 1 de l’interface radio).

Ø Les mesures des interférences sur les canaux non alloués à des communications

(idle channels).

Ø La gestion de la transmission discontinue (DTX).

Ø Le calcul du Timing advance (avance de temps) pour la synchronisation

temporelle, selon la distance qui sépare la BTS du mobile.

Ø Le codage et le décodage des informations transitant sur l’interface

radioélectrique.

Ø La mesure du niveau de champ et de qualité du signal uplink (liaison montante).

Ø La transmission vers le mobile des ordres de Hand-Over et de contrôle de

puissance.

Ø La transmission vers BSC des mesures effectuées par le mobile, et des demandes

d’accès au réseau.

I.2.1.2 Sous-système réseau (NSS)

Le sous-système NSS comprend les fonctions de commutation, de routage et

d’acheminement d’appel à travers le réseau, il est constitué de :



8

I.2.1.2.1 Centre de commutation mobile (MSC)

Le MSC est la partie central du sous-système NSS,il assure les fonctions de commutation

et d’interface entre la station mobile et les autres réseau , ses principales fonctions sont :

Ø Gestion de la localisation des stations mobiles.

Ø Contrôle des handovers entre BSC.

Ø La commutation et l’acheminement des communications vers les stations mobiles

MS.

I.2.1.2.2 Enregistreur de la localisation nominal (HLR)

Il contient toutes les informations et les données propres à chaque abonné en vue de la

gestion d’appel et la détermination de la localisation, logiquement il n’existe qu’un seul

HLR par réseau GSM.

I.2.1.2.3 Enregistreur de la localisation des visiteurs (VLR)

C‘est une base de données qui enregistre temporairement les informations dynamiques

relatives à des abonnées des passages localisés dans une zone géographique gérée par le

MSC/VLR.

Le VLR est très influent sur la gestion du réseau car il doit connaître dans quelle cellule

se trouve l’abonnée pour l’acheminement des appels.

I.2.1.2.4 Centre d’authentification (AuC)

Le centre d’authentification AuC est une base de données protégées, qui stock des

informations de sécurité de chaque abonné mobile (une copie de la clé d’identification de

chaque abonné).

I.2.1.2.5 Enregistreur d’identité des équipement (EIR)

C’est une base de données qui contient une liste des identités des équipements (IMEI) qui

sont valides dans le réseau.

L’AUC et l’EIR sont implantés séparément ou bien combiné dans un même nœud.



9

I.2.1.3 Sous-système d’exploitation et de maintenance (OSS)

Le sous-système OSS s’occupe des fonctions d’administration et d’exploitation pour

gérer les anomalies, les alarmes et les situations d’un trafic intense dans le réseau

cellulaire, l’OSS est constitué de:

I.2.1.3.1 Centre d’exploitation et de maintenance (OMC)

Le centre d’exploitation et de maintenance OMC (operation and maintenance center) est

l’entité de gestion et d’exploitation du réseau.

Elle regroupe la gestion administrative des abonnées et la gestion technique des

équipements. La gestion administrative et commerciale du réseau s’intéresse aux

abonnements en terme de création, modification, suppression et de la facturation, ce qui

suppose interaction avec la base de données (HLR).

La gestion technique veille à garantir la disponibilité et la bonne configuration matérielle

des équipements du réseau.

Ses axes de travail sont la supervision des alarmes émises par les équipements, la

suppression des disfonctionnements, la gestion des versions logicielles, de la performance

et de la sécurité.

I.2.1.4 La Station mobile (MS)

Une station mobile est une terminale radio qui permet à un usager d’accéder au réseau à

travers une interface transparente dite l’interface radio.

Un MS n’est pas nécessairement spécifiée à un type de réseau particulier.

Le terminal mobile est équipé des fonctions de traitement radio et l’interface pour

l’usager, a l’intérieur de ce terminal est incorponée une carte à puce dite la carte SIM,

dans laquelle sont stockées les informations concernant le propriétaire du terminal, la

carte SIM est totalement indépendante du choix du terminal.

I.2.1.5 La carte SIM (le module d’identité d’abonné)

La carte SIM est une carte à microprocesseur nécessaire à l’abonné GSM contenant toutes

les données concernant un abonné et notamment les processus d’authentification et les

informations relatives à l’abonnement.



10

I.3 Le WAP (Wireless Application Protocol)

I.3.1 Définition :

Commençons d'abord par donner une définition simple de ce protocole.

Le WAP, Wireless Application Protocol, ou en français, le protocole d'application sans

fil, est une nouvelle technologie standard qui permet d'adapter les formats d'Internet aux

contraintes des téléphones portables tels que :

Ø Débit.

Ø Taille de l'écran, noir/blanc.

Ø Possibilités limitées de saisie.

Ø Vitesse de connexion relativement lente.

Ø Peu de mémoire à disposition.

Ø Logiciels simples.

I.3.2 A quoi sert ce protocole?

Ce protocole permet grâce au langage Wireless Mark-up Langage (WML) d'accéder à

l'information et à des services non plus à l'aide d'un PC mais avec un téléphone mobile ou

un ordinateur de poche. Les spécifications Wap, aujourd'hui en version 1.1, décrivent

seulement la manière dont un mobile doit communiquer avec un serveur Web. Il peut être

intégré à n'importe quel système d'exploitation.

I.3.3 La naissance du wap:

Depuis une dizaine d'années, l'Internet a connu un essort incroyable. Aujourd'hui, on

recense plus d'un milliard de pages web, mais jusqu'à présent, la majorité des internautes

se connectaient depuis un poste fixe via une ligne téléphonique de type RTC ou RNIS.

Cette technique bien que performante, a pour contrainte de ne pas être mobile (on ne peut

se connecter que de chez soi).

C'est face à ce besoin de mobilité et grâce au développement parallèle des téléphones

portables, que se sont développés des ordinateurs de poches.



11

Ces ordinateurs de poches exploitent les capacités de communication des téléphones

portables (qui sont analogues à celles d'un téléphone fixe) pour permettre l'envoi d'e-mail,

mais pas la navigation sur Internet. On relie à l'aide d'un câble le téléphone portable à

l'ordinateur de poche (le modem est alors soit integré au pc de poche soit au téléphone

portable). Ce mode d'accès était de plus limité à un taux de transfert de 9,6 Kbps. Cette

solution d'accès mobile au service e-mail s'est developpé, bien qu'elle soit trés honéreuse

et encombrante.

C'est alors qu'est née l'idée d'intégrer l'accès et la navigation sur Internet depuis un simple

téléphone portable. Le WAP est donc le protocole permettant de faire converser le monde

du GSM (Global System Mobile) et le monde de l'Internet. Il a été développé au sein du

forum WAP, fondée en décembre 1997, par Nokia, Motorola, Ericsson, et Unwired

Planet.

Ce protocole de communication permet donc d'accorder le monde de l'Internet à celui du

téléphone mobile.

I.3.4 Le protocole :

Ø Pile protocolaire : Le modèle WAP est construit comme le modèle OSI, en cinq

couches :



12

WAE : Wireless Application Environment WSP : Wireless Session Protocol WTP : Wireless Transport Protocol WTLS : Wireless Transport Layer Security WDP : Wireless Datagram Protocol UDP : User Datagram Protocol I.3.5 L'architecture du Wireless Application Protocol :

L'architecture du WAP est basée sur un modèle à 3 composants:

Ø Un serveur de contenu.

Ø Un proxy WAP.

Ø Un client léger WAP.

Le serveur de contenu:

Il utilise les techniques classiques d'Internet (HTML, HTTP, TCP/IP), la partie diffusion

de contenu peut-être similaire à n'importe quelles solutions web statiques ou dynamiques

via CGI et Consorts, à la différence prêt que les informations doivent circuler dans des

documents WML (Wireless Mackup Language) et non plus HTML. Dans ce cas on peut

utiliser des filtres HTML ver WML, qui ont pour but de convertir les formats de

transmission d'informations (cela éviterait devoir élaborer des pages web au format WML

qui seraient uniquement destinées au téléphones WAP).

Un proxy WAP:

De manière très simple, il assume la fonctionnalité de conversion de protocoles. Il assure

la connexion entre le monde web et le monde mobile.

Cette conversion est basé sur l'utilisation d'une passerelle protocolaire (Gateway Protocol)

qui transforme dans un sens ou dans l'autre la pile web, et d'un codeur/décodeur de

contenu qui compacte/décompacte le contenu afin d'optimiser le code échangé et donc la

bande passante.

Un client léger WAP:

De type micro-navigateur, il est embarqué dans un terminal mobile, capable s'afficher le

code WML et de capter les interactions de l'utilisateur. Des systèmes de sécurité assurent



13

l'intégrité et la confidentialité des données échangées, ainsi que l'authentification des deux

parties.

L'architecture WAP

Figure : Transmission des informations entre un terminal WAP et un site Internet

Le protocole WAP cache la complexité des réseaux GSM au niveau de sa couche applicative, tout comme le fait le web avec ses multiples applications en rapport avec sa multitude d'infrastructures réseaux possibles. Que ce soit du SMS (Short Message System), des données GSM à 9600 bps, du HSCSD, GPRS ou UMTS (voir tableau page suivante) , tout cela est transparent du point de vue de l'utilisateur. Cet aspect est cependant réellement crucial puisqu'il garantit la compatibilité du WAP avec les technologies de téléphonie mobile en cours de développement ou à venir.



14

Les différentes technologies de communication pour les téléphones mobile :

I.3.6 L'avenir du WAP :

Les spécifications WAP d'aujourd'hui, en version 1.1, proposent des services assez

limités. On peut consulter l'horoscope, la météo, définir son itinéraire routier, recevoir ses

e-mail et bien sûr accéder aux pages web ayant été enregistré au format WML. Cependant

le débit d'échange information sur les portables WAP est toujours de 9,6 Kbps.

Dans la logique des choses, les services WAP sont se multiplier. On peut déjà imaginer la

mise en place d'opération de marketing ciblé, ainsi, grâce au système de localisation, on

pourra signaler à un waponaute qui passe devant une boutique qu'il y aura une promotion

s'il y rentre. Les applications possibles sont donc sans fin. Le 13 mars 2000, Webraska et

Schlumberger (deux géants de la télécommunication) ont annoncé leur alliance afin de

développer dans certaines municipalités la recherche automatique de place de parking

libre pour les utilisateurs de WAP.



15

Evidemment, l'accès à Internet grâce au mobile ne se développera que si les taux de

transmission s'améliorent de façon importante. D'ici à la fin de l'année, ce taux devrait

passer de 9,6 à 14,4 Kbps. Mais la véritable révolution au niveau des taux de transfert

s'effectuera lorsque l'on passera d'un système à commutation de circuit (actuellement) à

un système de commutation de paquets avec la technologie GPRS (General Packet Radio

Service) qui entraînerait du débit allant jusqu'à 112 Kbps.

I.3.7 Conclusion:

Les avantages :

Les téléphones mobiles intégrants la technologie WAP permettent tout d'abord d'accéder

à des services interactifs tels que la consultation de la météo, de l'évolution des

embouteillages dans les grandes villes, de consulter son compte en banque, etc. ...

Mais ils permettent également de consulter des pages WML. On peut donc, n'importe où,

profiter de l'immense regroupement de connaissance se trouvant sur le Web. De plus,

avec l'évolution du GSM vers le GPRS, et donc l'évolution des taux d'accès sur le réseaux

(le GPRS étant annoncé comme offrant un débit de communication dix fois supérieures à

celui du GSM actuel), le protocole WAP permettra d'offrir à ces clients des services d'une

grande interactivité (en utilisant par exemple le système de localisation du porteur du

téléphone en temps réel).

Les inconvénients :

Malgré tous les efforts développés pour établir une compatibilité entre les sites Web et

l'affichage sur téléphone mobile, la surface de l'écran de ces téléphones ne dépassera pas

quelques lignes. De plus, avec les taux de transfert actuel (9,6 Kbps), l'affichage d'image

reste possible mais guère performante.

Chapitre II Système GPRS

Etude du réseau GPRS 16

II.1 La définition du GPRS

Le General Packet Radio Service (GPRS) spécifique une technique de transmission de

données en mode paquet pour des réseaux cellulaires de type GSM. Les applications

basées sur des protocoles de données standard sont supportées et l’inter-

fonctionnement est défini avec les réseaux IP et X25. Le GPRS a été introduit car les

réseaux à commutation de circuits sont inefficaces pour gérer les transmissions de

données fréquentes, les petits flux de données et les trafics Internet en rafales. Le

lecteur intéressé par le GPRS trouvera un aperçu très complet sur les principes du

GPRS dans les normes [GSM 01.60], [GSM 02.60] et [GSM 03.30].

II.2 Les caractéristiques du GPRS

Le GPRS s’appuie sur la transmission par paquets qui présente les avantages suivants

Ø Fournir une connexion permanente indispensable pour les transmissions de

données.

Ø Ne pas nécessiter de connexion préalable entre les deux correspondants

(l’information est transmise avec les indications pour son acheminement), ce

qui réduit le temps d’établissement de la communication.

Ø Offrir une tarification possible au volume, au débit et non plus à la durée.

Ø Permettre une économie des ressources radio par partage de celle-ci entre les

différents utilisateurs selon les flux de données à transmettre et la qualité

requise, de façon dynamique.

Tous les protocoles de communications de données très utilisés comme IP seront

supportés par le GPRS puisque l’IP est le réseau support du GPRS. Il sera ainsi

possible de se connecter à n’importe quelle source de données à l’aide d’un terminal

mobile depuis n’importe quelle localisation dans le monde.

II.3 Le GPRS et les autres techniques de transmission de données

Une autre technique de transmission de données a été définie : il s’agit du High Speed

Circuit Switched Data (HSCSD). Il est développé par certains constructeurs mais peu

d’opérateurs l’ont implémenté dans leur réseau.



Le HSCSD permet à tout utilisateur de transmettre ou de recevoir des données

commutées jusqu’à 57,6 kbit/s. le HSCSD utilise la commutation de circuit, c’est-à-

dire les ressources radio ne sont pas utilisées que lorsqu’elles sont nécessaires, c’est-à-

dire pendant la transmission des paquets. Le HSCSD est plutôt adapté pour les

transferts de fichiers de grande taille et des applications multimédias, comme la vidéo

mobile ou la vidéoconférence pour laquelle les flux échangés sont constants et

prolongés dans le temps. Il est de technologie relativement simple mais présente

l’inconvénient d’établir un circuit même si aucune communication n’est active,

contrairement au GPRS qui s’appuie sur la commutation de paquets.

3.1 Les débits du GPRS

Dans le GSM, les communications atteignent généralement un débit de 9,6 kbit/s. En

parallèle à l’architecture GSM fournissant les services voix, l’architecture GPRS

fournira les services de données par paquets avec des débits supérieurs à ceux

proposés actuellement par le GSM (des débit d’environ 120 kbit/s pourront être

atteints). Les impacts d’un tel service sur les stations de base peuvent être réduits. Par

contre au niveau du terminal, comme les débits augmentent, les besoins en

démodulation et en décodage canal augmentent et par conséquent de nouveaux

terminaux sont nécessaires.

3.2 Les trois modes ou classes de mobiles des terminaux GPRS

Un terminal mobile GPRS peut fonctionner dans l’un ou l’autre des trois modes

d’opération suivants :

Ø Le mode d’opération de classe A : le terminal peut être en communication

simultanément sur le service GPRS et sur d’autres services GSM.

Ø Le mode d’opération de classe B : le terminal peut être déclaré sur les

réseaux GPRS et GSM et écouter simultanément les deux signalisation. Le

terminal ne peut être en communication que sur le service GPRS ou le service

GSM.

Ø Le mode d’opération de classe C : le terminal ne peut être utilisé que pour les

services GPRS.



Les terminaux de classe A sont caractérisés par une grande capacité. Ils peuvent

émettre et recevoir des appels de type circuit voix ou données et fax de façon

simultanée avec un transfert de données par paquet. Ce type de terminal est coûteux du

point de vue matériel, en puissance et en radio.

Les terminaux de classe C ne gèrent que les données par paquet et ne possèdent pas de

capacité pour supporter les appels voix. Ce type de terminal est idéal pour les

ordinateurs portables ou les assistants personnels, ou encore tout appareil de la

nouvelle génération de jeux connectés et d’accès à Internet mobile.

Les terminaux de classe B constituent un compromis entre les deux types de terminaux

précédents. Ils peuvent gérer des canaux de paging pour à la fois, les demandes de

données circuit et paquet. Ils peuvent également effectuer l’une ou l’autre des

connexions mais une seule à la fois. Le transfert des données est suspendu au cours

d’un appel voix par exemple. Il est probable que la plupart des premiers terminaux

GPRS seront de classe B et donc l’interaction entre les services GPRS et les services

existants sur un réseau à commutation circuit sera du plus grand intérêt.

3.3 Les bases de la localisation :

Cellule, zone de routage et zone de localisation

Avec l’introduction du GPRS, ont été définies les Routeing Areas (ou routing areas).

Ce terme sera traduit par « zones de routages » dans la suite. Il existe ainsi une

hiérarchie entre les cellules, les zones de routage et les zones de localisation. Le niveau

de précision le plus fin est obtenu avec la cellule. Une zone de routage est un ensemble

de cellules caractérisant le lieu où se trouve un abonné GPRS. La zone de localisation

utilisée dans le contexte du réseau GSM pour caractériser le lieu où se trouve un

abonné GSM correspond à un ensemble de zones de routage et donc de cellules.

3.4 La sélection de cellule

La sélection d’une cellule est réalisée automatiquement par les terminaux mobiles

GPRS avec en option, un contrôle possible par le réseau. Le terminal mobile informe

le réseau lorsqu’il change de cellule ou de groupe de cellules (zone de routage).



3.5 La qualité de services

La transmission des données à travers le réseau GPRS peut être réalisée suivant

différents profils de qualité de service. Le profil de qualité de services s’applique entre

le point de référence R (situé entre l’équipement terminal (TE) et le terminal mobile

(MT)). Et l’interface Gi définie entre le GGSN et le réseau de données par paquet

externe. Dans la norme GPRS un profil de qualité de service est défini par l’ensemble

des attributs suivants :

Ø Precedence class: 3 valeurs de priorité possibles, grande, normale ou basse.

Ø Delay class : 4 valeurs possibles dont celle qui correspond au Best Effort.

Ø Reliability class: 5 valeurs possible dont la probabilité de perte de données

probabilité des données corrompues, etc.

Ø Peak throughput class: 9 valeurs possibles comprises entre 8kbit/s et

2048 kbit/s

Ø Means throughput class: 19 valeurs possibles.

La combinaison entre les valeurs que peuvent prendre ces attributs définit

potentiellement de nombreux profils de qualité de service possibles.

Le contrôle d’admission fonctionnalité liée à la qualité de services a été défini. Il

permet de gères les ressources système (radio et réseau) afin de prévenir les situations

de congestion du réseau de permettre à l’opérateur de maintenir un niveau de qualité

de service global, voire de garantir le niveau de qualité de service souscrit par

l’abonné.

La performance du GPRS exprimée par le débit des données variera selon la charge du

réseau et la localisation de l’appelant en liaison avec la station de base. Une fois que le

terminal est déclaré sur le réseau GPRS, le service GPRS est toujours activé.

La qualité de service est un problème important du GPRS. Avec un réseau focalisé sur

les services voix comme le GSM, il existe essentiellement une classe de service. Avec

le GPRS, il existe une multitude de classes de services potentielles sur la base des

attributs présentés ci-dessus comme la priorité, le retard, la fiabilité et le débit.

Les critères relatifs à la qualité de service ne peuvent être établis que si les opérateurs

ont accès aux données de performance du réseau adéquates. Avec un réseau tel que le

GSM ces informations sont facilement accessibles et les critères sont simples à deviner



la plupart de ces critères sont liés à la qualité de la voix et au taux d’appels non

aboutis. Avec le GPRS déterminer les informations qui doivent être mesurées est un

problème.

Aux cours d’une conférence sur le sujet, six paramètres potentiels ont été déterminés :

Ø Accessibilité aux services

Ø Temps d’établissement

Ø Débit des données utilisateur.

Ø Retard de la transmission.

Ø Vitesse de navigation internet.

Ø Taux de coupure du service.

Une des plus importants facteurs dans la détermination de la capacité liée à la qualité

de services réside dans la longueur du retard dans le réseau, le temps nécessaire pour

qu’un seul paquet de données soit envoyé et reçu dans le réseau GPRS. Des tests ont

montré qu’un réseau GPRS crée des retards d’au plus deux à trois secondes, c’est-à-

dire plus que dans un réseau fixe. Ce si important retard peut affecter de façon sérieuse

diverse applications comme la navigation Internet : certaines applications sont

extrêmement intolérantes à tout retard dans les temps de réponse et ont tendance à

s’arrêter si les retards sont trop grands.



II.4 Architecture du GPRS

4.1 Présentation de l’architecture du GPRS

La figure suivante présente l’architecture du GPRS complète ainsi que les interfaces

entre les différents nœuds et les éléments du réseau GSM existant.

Figure : Architecture du GPRS

Le terminal est raccordé au sous système radio appelé BSS. Ce sous système radio est

connecté au sous système réseau GSM via l’interface A et au sous système réseau

GPRS via l’interface Gb par respectivement le MSC/VLR et le SGSN.

L’utilisateur est équipé de son terminal désigné par le terme Terminal Equipment (TE)

qui correspond à l’ensemble formé du Mobile Terminal (MT) et de la carte SIM de

l’utilisateur. Le tableau suivant offre une légende à cette architecture.



Nom de l’entité Rôle de l’entité TE (Terminal Equipment) Combiné téléphonique utilisé par

l’abonné pour accéder aux réseaux mobiles

MT (Mobile Terminal) Téléphone mobile de l’utilisateur (Combiné téléphonique et carte SIM)

BSS (Base Station Subsystem) Sous-système radio du réseau GSM MSC/VLR (Mobile Services Switching Centre/Visitor Location Register)

Le MSC est commutateur du réseau GSM. Le VLR est une base de données locale qui contient les profils de tous les abonnés présents dans la zone gérée par ce VLR

HLR (Home Location Register) Base de données globales de tout réseau GSM dans laquelle les profils de services des abonnés, la localisation des abonnés et la gestion de la sécurité sont enregistrés

EIR (Equipment Identity Register) Base de données ou registre dans lequel sont enregistrés les numéros d’identification des terminaux mobiles, les identifiant de façon physique (IMEI)

SGSN (Servi ng GPRS Support Node) Serveur d’accès au service GPRS (équivalent au MSC)

GGSN (Gateway GPRS Support Node)

Routeur IP connectant le réseau GPRS et un réseau externe de commutation par paquets (IP ou X25)

SMS-GMSC (Short Message Service-Gateway Mobile services Switching Centre)/SMS-IWMSC(Short Message Service-InterWorking MSC)

Ces deux MSC sont des commutateurs dédiés au service de massage courts (en particulier pour l’émission et la réception des messages courts)

SMS-SC (Short Message Service-Service Centre)

Cette entité est très importante dans le traitement des messages courts

Tableau : Signification des sigles utilisés pour l’architecture GPRS

Le sous système réseau GSM se compose :

Ø Des MSC/VLR.

Ø Des HLR.

Ø Des EIR.



Les entités gérant le traitement des messages courts : SMS-GMSC et SMS-IWMSC

sont mentionnées car tout utilisateur GPRS comme tout utilisateur GMS peut émettre

et recevoir des messages courts.

Le sous système réseau GPRS se compose des éléments principaux suivants :

Ø Des SGSN.

Ø Des GGSN.

Les sous systèmes réseau GSM et GPRS sont connectés ensemble via différentes

interfaces.

4.2 Les interfaces : un nécessité pour connecter les éléments réseaux ensemble

Différentes interfaces permettent aux SGSN et GGSN de fonctionner avec les entités

physiques existantes du GSM :

Ø Interface Gb : cette interface est définie entre la partie radio GSM, adapter

pour supporter le GPRS et le sous système réseau GPRS.

Ø Interface Gs : cette interface définie entre le SGSN et le MSC/VLR

optionnelle. Elle permet au SGSN d’envoyer par exemple des informations de

localisation au MSC/VLR et d’éviter des échanges redondantes signalisations

liées à la gestion de la mobilité entre le terminal mobile et SGSN puis entre le

terminal et le MSC. Le SGSN peut aussi recevoir la requête de paging émises

par le MSC/VLR pour le service GSM.

Ø Interface Gn : cette interface est définie entre deux nœuds GPRS (SGSN ou

GGSN) appartenant au même réseau PLMN GPRS. Les messages X25 ou

MAP sont transportés entre les nœuds GPRS par tunnelling group au

protocole GTP.

Ø Interface Gd : cette interface est définie entre les entités fonctionne qui

permettent respectivement d’acheminer des SMS à destination de terminal

mobile et de relayer des SMS émis par un terminal mobile (appelés SMS-

GMSC et SMS-IWMSC), et le SGSN pour offrir à un terminal mobile GPRS

la possibilité d’émettre et de recevoir des SMS via des canaux radio GPRS.



Ø Interface Gr : cette interface est définie entre le SGSN et le HLR pour

échanges de données liées aux profils de données et à la gestion de la mobilité

par exemple.

Ø Interface Gc : cette interface définie entre le GGSN et le HLR est optionnelle

et sert au GGSN pour demander au HLR des informations de localisation

concernant un terminal mobile.

Ø Interface Gf : cette interface relie un SGSN et un équipement de type EIR

pour les échanges liés à l’identification du terminal.

Ø Interface Gi : cette interface définie entre le GGSN et les réseaux de données

paquet externes permet les échanges entre le réseau GPRS et le monde

extérieur.

Ø Interface Gp : cette interface définie entre deux PLMN différents et

équivalente de l’interface Gn avec en plus des fonctions de sécurisation entre

les deux PLMN.

Seules les interfaces Gb (entre le sous système radio et le SGSN), Gn (entre le SGSN

et le GGSN) et Gr (entre le SGSN et le HLR) sont obligatoires. Les autres interfaces

sont optionnelles : leur mise en œuvre dépend des choix fonctions d’inter

fonctionnement entre le GSM existant et le GPRS.

Les interfaces Gs (entre le SGSN et le MSC/VLR) et Gd (entre le SGSN et les

commutateurs dédiés à la transmission des messages courts) sont intéressant pour le

raccordement du GPRS au GSM.

4.2.1 Interface Gb entre l e sous système radio et le SGSN

L’interface Gb semble équivalente à l’interface A mais en réalité elle ne l’est pas tout

à fait.

L’interface Gb partage le même lien de transmission entre plusieurs utilisateurs,

contrairement à l’interface A. Les données générées par plusieurs utilisateurs sont

multiplexées sur un même lien physique sur l’interface Gb. Les ressources ne sont

allouées à un utilisateur que si celui-ci émet ou reçoit des données. S’il est inactif, les

ressources sont réattribuées à d’autre utilisateurs contrairement à l’interface A qui

alloue continuellement les ressources.



L’interface Gb doit être évolutive flexible en terme de capacité de transmission pour

prendre en compte une augmentation de trafic de données. Enfin cette interface doit

être ouverte pour permettre une interopérabilité multiconstructeurs. L’interface Gb

selon l’architecture fonctionnelle du GPRS, définie entre un BSS/PCU et un SGSN,

supporte les données applicatives et les massages de signalisation. Il est nécessaire que

cette interface soit ouverte de manière à pouvoir raccorder les sous-systèmes radio de

différents constructeurs avec les cœurs de réseau GPRS fournis par d’autres

constructeurs.

La figure suivante présente les protocoles de l’interface Gb

Figure : Protocole de l’interface Gb

Le raccordement du réseau GPRS au sous-système radio s’effectue selon trois modes :

Ø Direct par des liaisons en point à point.

Ø Par un réseau intermédiaire en relais de trames.

Ø Indirect en traversant de manière transparente un équipement de commutation

intermédiaire typiquement un MSC existant utilisant en tant que commutateur

de liens n*64 kbit/s.

LLC

BSSGP

Network

Service

L1

Relay

RLC BSSGP

Network MAC Service

L1

BSS/PCU Gb SGSN



La couche de protocole Network Service a pour fonction de transport des PDU BSSGP

entre le sous-système radio et le SGSN. La mise en œuvre de la couche Network

Service est basée sur le protocole Relais de Trame. Au niveau de cette couche peut être

mise en œuvre une fonction de contrôle de flux.

L’utilisation d’un service de relais de trames suppose des caractéristiques spécifiques

de la part des circuits virtuels permanents du relais de trames nécessaires pour

l’interface Gb :

Ø Les paramètres de trafic ainsi que les contraintes éventuelles entre ces

paramètres considérées au niveau du SGSN.

Ø Le format de la trame caractérisé entre autres, par l’adresse Data Link

Connection Identifier (DLCI) et la longueur du champ d’information supportée.

Ø Les interfaces physiques de raccordement disponibles au niveau du SGSN et les

plages de débits associés.

La couche de protocole BSS GPRS Protocol (BSSGP) définie dans la norme

[GSM08.18] a pour fonctions principales :

Ø Le transport des trames LLC entre le cœur de réseau GPRS et le terminal

mobile en transitant par le sous-système radio.

Ø Le transport des informations de gestion de mobilité afin d’acheminer les

données vers la zone de localisation du terminal mobile : Paging Circuit, Paging

Paquet et remontée vers le SGSN des conditions de transmission sur la voie

radio (terminal hors couverture radio, qualité du lien radio, profil de qualité de

service non satisfait sur l’interface radio resélection de cellule demandée par le

réseau).

Ø Le contrôle de flux de données entre un SGSN et un sous-système radio.

Ø La communication réciproque des informations relatives à la gestion de réseau

entre un SGSN et un sous-système radio : remontée d’anomalies de

fonctionnement de pannes du système et activation/désactivation du service sur

une cellule.



La couche Logical Link Control (LLC) spécifiée dans la norme [GSM 04.64] réalise

toutes les fonctions de chiffrement de contrôle de flux, de contrôle de séquences. Elle

fournit ainsi un lien logique fiable et sécurisé (par chiffrement) entre le terminal et le

SGSN. Sur cette couche le protocole LLC fournit la détection et la correction des

erreurs de transmission s’il est utilisé en mode acquitté. Par contre s’il est utilisé en

mode non acquitté le protocole LLC signale uniquement les erreurs sans les corriger.

4.2.2 Interface Gs entre le SGSN et le MSC/VLR

Cette interface supporte l’ensemble des messages échangés entre le SGSN et le

MSC/VLR. Cette interface est essentielle afin de mettre en commun les fonctionnalités

semblables du réseau circuit GSM et du réseau paquet GPRS. Comme exemple de ces

fonctions on peut citer :

Ø Le Paging.

Ø La condition de l’IMSI attach et du GPRS attach

Ø La mise à jour de localisation.

L’interface Gs est caractérisée par la pile de protocoles présentée par la figure

suivante.

Les protocoles du SGSN et du MSC/VLR sont typiques des entités d’un réseau GSM

excepté le BSSAP+ qui correspond à un enrichissement du protocole BSSAP utilisé

dans le GSM pour une meilleure adaptation aux caractéristiques du GPRS.



Figure : Pile de protocoles de l’interface Gs

On peut rappeler succinctement les caractéristiques de ces couches de protocoles

GSM :

Ø Le protocole Message Transfert Part (MTP) offre un service de transfert fiable

des messages de signalisation qui est utilisé par des entités fonctionnelles

appelées sous-systèmes utilisateur (ou User Part) différentes selon le réseau

utilisé (RNIS, RTCP) ou l’application. Dans la pile de protocoles de l’interface

Gs seuls MTP2 et MTP3 interviennent puisque le niveau physique est couvert

par L1.

Ø Le Signalling Connection Control Part (SCCP) offre deux services

supplémentaires par rapport au MTP : le service orienté connexion et l’échange

de signalisation pure au niveau international. Le SCCP offre une fonction de

relayage permettant d’obtenir des passerelles sémaphore internationales.

Ø Le BSSAP+ désigne la version GPRS du BSSAP qui comprend le protocole

BSS Management Application Part (BSSMAP) et le protocole Direct Transfer

Application Part (DTAP). Le régit les échanges de messages entre le BSC et le

MSC relativement à la gestion des ressources radio et le second rend

transparent le BSC aux messages transférés entre le terminal et le MSC.

BSSAP+

SCCP

MTP3

MTP2

L1

BSSAP+

SCCP

MTP3

MTP2

L1

SGSN Gs MSC/VLR



4.2.3 Interface Gn entre nœuds GSN

L’interface Gn correspond à l’interface interne du réseau intra-PLMN entre les nœuds

GSN dans le réseau fixe GPRS.

Les messages qui transitent par l’interface Gn servent à :

Ø Créer mettre à jour et supprimer les tunnels de transport des flux de données des

utilisateurs.

Ø Transporter ces données dans le réseau fixe vers ou depuis les points d’accès

aux réseaux de données paquets.

L’interface Gn s’applique entre deux types de nœuds GSN :

Ø Entre plusieurs SGSN.

Ø Entre SGSN et GGSN.

La figure suivante représente la typologie de l’interface Gn.

Figure : Typologie de l’interface Gn

GTP-MAP GSN Convertisseur de

Protocole

GGSN SGSN

SGSN

Légende

Flots de signalisation

Flots de données

Interface

Réseau de données par paquets

HLR

Gn

Gi

Autre PLMN

Gp Gn Gb

Gn

BSS



La figure suivante présente la pile de protocoles caractérisant l’interface Gn

Figure : Protocoles de l’interface Gn

On ouvert la couche L1 correspondant à la couche physique et la couche L2

correspondant à la couche liaison de données.

Les flux de données et de signalisation peuvent être multiplexés entre GSN à l’aide de

deux types de supports d’échange dénommés Path dans la norme [GSM 09.60] :

Ø Un type de Path orienté connexion utilisant l’empilement de protocoles TCP sur

IP.

Ø Un type de Path sans connexion utilisant l’empilement de protocoles UDP sur

IP.

Le protocole GTP utilisé entre GSN est défini dans deux plans : le plan de

signalisation (Signalling Plan) et le plan de transmission de données de l’utilisateur

(Transmission Plane).

Le Plan de signalisation comporte quatre fonctions :

Ø Path Management qui correspond à une surveillance réciproque entre tous les

types de GSN et à un contrôle de version GTP.

GTP

UDP/TCP

IP

L2

L1

GTP

UDP/TCP

IP

L2

L1

GSN Gn GSN



Ø Tunnel Management qui correspond à une signalisation entre nœuds GSN afin

d’effectuer la création et la mise à jour des caractéristiques de tunnels de

données de l’utilisateur.

Ø Mobility Management qui correspond à une signalisation entre SGSN dans le

cadre de la mobilité GPRS.

Ø Location Management qui correspond à une signalisation d’un GGSN vers un

HLR via un GSN et une fonction d’interfonctionnement GTP/MAP.

Le plan de transmission comporte deux fonctions :

Ø Tunelling des données utilisateur entre SGSN et GGSN.

Ø Tunelling des données utilisateur entre des SGSN en cas de mobilité GPRS.

4.2.4 L’interface Gd entre le SGSN et les équipements chargés du traitement des

massages courts

L’interface Gd supporte les messages échangés entre le SGSN et les entités SMS-

GMSC et SMS-IWMSC traitant les messages courts. Ces messages correspond donc

aux transferts des messages courts entre les équipements SMS-SC et les équipements

GPRS.

L’interface Gd est caractérisée par la pile de protocoles présentée dans la figure

suivante



Figure : Pile de protocoles de l’interface Gd

Cette pile utilise les protocoles habituels du GSM. Précisions seulement que le

protocole Transaction Capabilities Application Part (TCAP) a pour objet de faciliter

les dialogues à travers un réseau de façon indépendante d’une quelconque application

et particulièrement de l’établissement d’un circuit téléphonique. Le TCAP est un

protocole qui se place entre l’application et le SCCP.

4.2.5 Interface Gr entre le SGSN et le HLR

L’interface Gr véhicule entre le SGSN et le HLR tous les messages liés à :

Ø La gestion de la mobilité et la récupération des données liées au service (par

exemple la mise à jour de localisation).

Ø La gestion de la sécurité (par exemple l’envoi des triples d’authentification).

L’interface Gr est caractérisée par la pile de protocoles présentée dans la figure

suivante

MAP

TCAP

SCCP

MTP3

MTP2

MAP

TCAP

SCCP

MTP3

MTP2

SGSN Gd SMS-GMSC ou SMS-IWMSC

L1 L1



Figure : Pile de protocoles sur l’interface Gr

La pile de protocoles du SGSN et du HLR est typique de celle des entités physiques

d’un réseau GSM.

4.2.6 Interface Gc entre le GGSN et le HLR

L’interface Gc supporte les messages échangés entre le GGSN et le HLR cette

interface supporte les massages liés à la localisation d’un terminal lors de la procédure

d’activation de contexte PDP ou Network-requested PDP Context Activation.

L’interface Gc est caractérisée par la pile de protocoles présentée dans la figure

suivante

MAP

TCAP

SCCP

MTP3

MTP2

MAP

TCAP

SCCP

MTP3

MTP2

SGSN Gr HLR

L1 L1



Figure : Pile de protocoles sur l’interface Gc

Cette pile de protocoles utilise les protocoles habituels du GSM : L1, MTP2, MTP3,

SCCP, TCAP, MAP.

La norme propose deux choix :

Ø Le GGSN dispose d’une interface MAP et dialogue directement avec le HLR.

Ø Le GGSN ne dispose pas d’une interface MAP, les massages sont envoyés via

le protocole GTP vers un nœud GSN disposant d’une interface MAP.

4.2.7 Interface Gf entre le SGSN et l’EIR

L’interface Gf relie un SGSN et un équipement de type EIR pour les échanges liés à

l’identification du terminal.

La pile de protocoles sur l’interface Gf est la même que celle sur l’interface Gr entre le

SGSN et le HLR.

4.2.8 L’interface Gi, entre un réseau de données

L’interface Gi décrite dans la recommandation [GSM 09.61], représente l’interface

entre le réseau fixe GPRS et les réseaux externes de données. Elle correspond à

l’interface entre le nœud GGSN et les réseaux de paquet de données externes.

MAP

TCAP

SCCP

MTP3

MTP2

MAP

TCAP

SCCP

MTP3

MTP2

GGSN Gc HLR

L1 L1



La norme prévoit l’interconnexion du réseau GPRS à deux types de réseaux de paquet

de données externes :

Ø Les réseaux de type Packet Switched Data Network (PSDN).

Ø Les réseaux de type IP.

4.2.9 Interface Gp, entre des PLMN différents

L’interface Gp est localisée entre un Border Gateway (BG).

L’interface Gp peut être caractérisée par la pile de protocoles présentée dans la figure

suivante

Figure : Pile de protocole de l’interface Gp

Le Border Gateway transporte en principe le protocole GTP d’une manière

transparente, sauf si pour assurer la taxation et/ou la sécurité et le filtrage des

informations de cette couche de protocole sont nécessaires.

GTP

UDP/TCP

IP

Couches basses

Tunnelling Sécurité

IP

Couches basses

Tunnelling Sécurité

IP

Couches basses

GTP

UDP/TCP

IP

Couches basses

SGSN du réseau visité

BG du réseau visité

BG du réseau d’abonnement de

l’utilisateur

GGSN du réseau

d’abonnement de l’utilisateur

Réseau intra-PLMN visité

Réseau inter-PLMN Réseau intra-PLMN d’abonnement



Le réseau inter-PLMN peut être constitué :

Ø D’une liaison spécialisée entre deux Border Gateway.

Ø D’un réseau IP public ou privé.

4.3 Couches basses des interfaces GPRS

Les couches basses des interfaces vers les réseaux IP correspondent aux niveaux

physique (L1) et liaison (L2). Les interfaces du réseau GPRS concernées sont les

interfaces Gi, Gn et Gp.

Les nœuds concernés sont :

Ø Soit les nœuds internes au réseau GPRS, comme les GSN et les Border

Gateways.

Ø Soit les nœuds externes au réseau GPRS proprement dit, comme les nœuds

d’accès aux réseaux de données et les nœuds d’accès aux réseaux inter-PLMN.

Pour interconnecter différents nœuds trois solutions doivent être disponibles :

Ø Un raccordement par des liaisons spécialisées.

Ø Un raccordement par les circuits virtuels permanents à travers un réseau en

relais de trames.

Ø Un raccordement indirect en traversant un réseau IP d’opérateur.

II.5 L’intégration du GPRS dans le réseau GSM : de nécessaires évolutions

Chaque sous-système radio et réseau composant le réseau GSM subit quelques

modifications du fait de l’introduction du réseau GPRS.

5.1 Sous-système radio

Le sous-système radio correspond à l’ensemble des équipements qui sont impliqués

dans la gestion des ressources radio et en directe relation avec l’utilisateur. Il

comprend la carte SIM, le terminal, les stations de base et les contrôleurs de stations

de base.

La création de nouveaux sites radio prend du temps et est donc coûteuse. De ce fait, les

premiers réseaux GPRS réutiliseront les sites existants.



De plus les cellules GPRS ne doivent pas être plus petites que les cellules GSM, sinon

des trous de couverture risquent d’apparaître.

L’introduction du GPRS dans le réseau GSM impose différentes modifications au

niveau du sous-système radio GSM et de l’équipement terminal de l’utilisateur :

Ø Une nouvelle carte SIM est nécessaire pour supporter les nouveaux services

GPRS.

Ø Un nouveau terminal est nécessaire, adapté aux caractéristiques des services

GPRS, notamment aux débits plus élevés.

Ø Une nouvelle couche radio pour que l’interface air (entre le terminal et les

stations de base) puisse supporter les données par paquet.

Ø De nouveaux canaux radio sont introduits et ceux-ci sont alloués de façon

flexible (partage des intervalles de temps entre différents utilisateurs).

Ø Les stations de base sont modifiées afin de pouvoir supporter les

caractéristiques radio GPRS (canaux radio différents).

Ø Les contrôleurs de stations de base évoluent également.

5.2 Une nouvelle carte SIM

De même tout utilisateur d’un terminal mobile détient une carte SIM qu’il doit insérer

dans un terminal mobile pour pouvoir bénéficier des services souscrits. Cette carte

contient des informations de profil de service liées à l’abonnement de cette personne,

de localisation et de sécurité. Or les profils de services sont modifiés par l’introduction

des services GPRS, avec notamment la définition de caractéristiques de service

inexistantes auparavant, comme différents niveaux de qualité de services. Une

nouvelle carte SIM est donc nécessaire.

5.3 Un nouveau terminal

De plus, de nouveaux terminaux sont nécessaires pour supporter les mécanismes

GPRS radio et réseau. En effet le terminal comme le MSC/VLR et le HLR aura à

supporter les procédures nouvelles du GPRS ainsi que les données spécifiques aux

abonnés GPRS (comme l’adresse du SGSN, son numéro et l’adresse PDP). De plus,



même si les terminaux ont fortement évolué avec l’arrivée du WAP, ils restent

insuffisants au niveau de la résolution, la taille de l’écran, du clavier, etc.

5.4 Une nouvelle couche radio nécessaire

L’interface radio appelée aussi interface air GPRS nécessite certaines modification :

une couche radio Media Access Control (MAC) destinée aux paquets est implémentée.

Le nombre d’intervalles de temps alloués au GPRS est variable et le nombre de ces

intervalles à utiliser pour une transmission de paquets est négocié entre le terminal

mobile et la station de base. Cela permet au système d’être mis à jour facilement en

fonction de la quantité de trafic à ce moment-là. En revanche certaines caractéristiques

physiques du GSM comme la modulation, le partage du spectre de fréquences et

l’utilisation de bursts sont gardées.

5.5 De nouveaux canaux radio

Le service GPRS est implémenté sur la structure actuelle du GSM. Les deux modes de

commutation (circuit du GSM classique et paquet du GPRS) devront se partager les

ressources radio disponibles dans une cellule.

Le GPRS définit de nouveaux canaux radio qui se distinguent par différents points des

canaux GSM, du fait de la commutation de données par paquet qui caractérise le

GPRS.

Ces canaux radio GPRS présentent les caractéristiques suivantes :

Ø Chaque canal logique GPRS est commun entre plusieurs terminaux mobiles et

une seule station de base.

Ø Le canal GPRS consiste en un canal asymétrique et les canaux radio d’émission

(liaison montante) et de réception (liaison descendante) sont alloués de manière

indépendante.

Ø Le canal descendant transporte les informations de la station de base aux

terminaux et ne demande aucune technique de contention.

Ø Le canal montant est commun à plusieurs terminaux et demande donc des

procédures de contrôle de contention.

Ø Un à huit intervalles de temps peuvent être alloués par trame GSM (TDMA).

Ø Les intervalles de temps sont partagés entre plusieurs utilisateurs.



Ø Différents types de codage de canal radio sont définis.

Le GPRS définit ainsi quatre schémas de codage : CS1, CS2, CS3 et CS4 pour l’envoi

des données sur le chemin radio :

Ø CS1 et CS2 offrent des débits de respectivement 9,05 et 13,4 kbit/s pour chaque

intervalle de temps utilisé.

Ø CS3 et CS4 offrent des débits de respectivement 15,6 et 21,4 kbit/s, mais la

valeur réellement obtenue est plus basse du fait de la faible protection assurée

par le codage.

Selon le CS choisi pour un seul intervalle de temps consacré aux données par trame, le

débit maximal s’élève à une valeur comprise entre 9,05 et 21.4 kbit/s. Un terminal

GPRS haut de gamme capable en théorie de travailler sur quatre time slots pourra

proposer un débit de 85 kbit/s en réception.

5.6 Des stations de base évoluées

Les stations de base supporteront de nouveaux protocoles adaptés aux données par

paquets pour l’interface air, avec des fonctions nouvelles d’allocation des ressources

radio.

5.7 Des contrôleurs de stations de base évolués

Les contrôleurs de stations de base nécessiteront de nouvelles capacités pour le

contrôle des canaux utilisés pour les données par paquets et de nouveaux équipements

comme les Packet Control Unit (PCU). Les PCU sont des équipements dédiés au

GPRS et équivalents aux Transcoder and Rate Adaptor Units (TRAU) du GSM qui

permettent une adaptation de débits. En effet le débit des informations qui transitent

sur le lien GSM (entre le terminal et le MSC) est différent de celui de la partie réseau

GSM (MSC, VLR, HLR, SMSC). Le premier est de 16 kbit/s et le second vaut

64 kbit/s. Lorsque les données arrivent au niveau du MSC, il est donc nécessaire de

procéder à une adaptation de débits.

Les équipements PCU peuvent être localisés au niveau du SGSN ou au niveau du

sous-système radio entraînant des modifications des équipements impliqués.



5.7 Sous-système réseau fixe

Le sous système réseau fixe correspond à l’ensemble des équipements qui sont

impliqués dans la gestion des ressources réseau et donc qui, dans ce sens, font partie

du réseau fixe. Il s’agit des MSC/VLR, des HLR, des SGSN, des GGSN, des borders

gateways, des charging gateways, des serveurs de noms et des serveurs d’adresses.

Le GPRS a été conçu pour être intégré dans l’architecture GSM avec le minimum de

changements dans l’architecture existante.

Le GSM est un système à commutation de circuit alors que le GPRS est à

commutation de paquets, l’introduction du GPRS dans l’architecture du sous-système

réseau fixe GSM a donc deux types d’impacts :

Ø Au niveau de l’architecture du GSM.

Ø Au niveau fonctionnel.

Certaines entités du GSM sont modifiées :

Ø Le MSC/VLR.

Ø Le HLR.

De nouvelles entités sont définies :

Ø Le SGSN.

Ø Le GGSN.

Ø Les passerelles vers un autre réseau PLMN, border gateways.

Ø Les passerelles de taxation, les charging gateways, qui assurent la collecte et la

transmission de données de taxation vers le système d’information de

l’opérateur.

Ø Le serveur de noms de domaines, le Domain Name Server (DNS), qui permet la

sélection du GGSN pour atteindre un réseau de données externe.

5.8 Une évolution des MSC/VLR et des HLR

Les MSC/VLR et les HLR auront à supporter les procédures nouvelles du GPRS ainsi

que les données spécifiques aux abonnés GPRS. De plus les nœuds SMS-MSC (SMS-

GMSC et SMS-IWMSC) et SMS-SC dédiés aux services de messages courts sont mis

à jour afin de prendre en compte les transmissions de services de messages courts via

le SGSN.



5.9 L’apparition de nouveaux équipements

Au niveau du sous-système réseau fixe, le GPRS introduit de nouveaux nœuds : les

SGSN, les GGSN, les borders gateways, les charging gateways et les serveurs de

noms de domaine.

5.10 Les SGSN et les GGSN

Les SGSN et GGSN sont nommés GPRS Support Node (GSN) et contiennent les

fonctionnalités nécessaires pour supporter le service GPRS.

Un GSN est un équipement de type routeur IP enrichi de fonctions spécifiques au

GSM et au GPRS.

Les types de GSN présentent les caractéristiques suivantes :

Ø Le nœud de service Serving GPRS Support Node (SGSN) ou GSN Server : il est

équivalent à un MSC pour le GPRS. Par rapport à un terminal mobile en

itinérance dans une cellule donnée, un SGSN est un serveur d’accès au service

GPRS. A l’image du GSM pour lequel lorsque le terminal change de cellule, il

dépend d’un autre MSC dans le GPRS, quand le terminal change de cellule, il

change de SGSN. Le SGSN est chargé des fonctions de sécurité et de contrôle

d’accès au réseau. Le SGSN est souvent connecté par relais de trames au sous-

système radio du GSM via l’interface Gb.

Le SGSN peut envoyer des informations de localisations du terminal mobile

vers le MSC/VLR via l’interface Gs et recevoir des requêtes de paging émises

par le MSC/VLR, pour le service GSM de téléphonie existant.

Ø Le nœud passerelle Gateway GPRS Support Nord (GGSN) : il représente le

point d’interconnexion entre le réseau GPRS et un réseau externe de

commutation par paquet. Le GGSN est contient les informations de routage qui

seront utilisées pour acheminer directement les paquets de données émis depuis

un réseau externe vers le SGSN auquel est rattaché le terminal mobile

destinataire. Le GGSN peut aussi demander au HLR des informations de

localisation concernant un terminal mobile via l’interface optionnelle Gc.



5.11 Les passerelles vers d’autres PLMN : les border gateways

La norme GPRS distingue deux types de réseau GPRS :

Ø Un réseau intra-PLMN.

Ø Un réseau inter-PLMN.

Des réseau GPRS intra-PLMN sont interconnectés entre eux via une border gateway

qui leur permet l’accès à un réseau GPRS inter-PLMN.

La figure suivante illustre ces deux types de réseaux ainsi que le rôle de la border

gateway.

Figure : les deux types de réseaux GPRS et le rôle de la border Gateway

Un réseau inter-PLMN est un réseau interconnectant des réseaux intra-PLMN.

Ce réseau peut être un réseau de données en mode paquet (par exemple un réseau

public IP).

Deux réseaux intra-PLMN sont connectés via l’interface Gp située entre une passerelle

d’interconnexion appelée Border Gateways (BG) et un équipement d’accès au réseau

Réseau inter-PLMN

SGSN

PLMN B

GGSN

Gp

Gi Gi

Border gateway

Réseau intra-PLMN

GGSN Border gateway

SGSN SGSN

PLMN A

Réseau intra-PLMN

Réseau de données par paquets



inter-PLMN. L’interface Gp remplit les mêmes fonctions qu’une interface Gn ainsi

que des fonctions de sécurisation d’accès entre les deux PLMN.

5.12 Les passerelles de taxation : les charging gateways

Les passerelles gateways ou passerelles de taxation permettent de collecter toutes

données de taxation générées dans les SGSN et GGSN. Elles transfèrent ensuite les

données de taxation depuis les SGSN et GGSN vers le système de taxation de

l’opérateur GPRS sous forme de fichiers. La fonction charging gateway peut être

centralisée ou distribuée.

Chapitre III Description fonctionnelle du GPRS


III.1 Le schéma fonctionnel du GPRS

Le schéma fonctionnel suivant présente l’architecteur du GPRS en soulignant

l’importance du réseau IP comme support du réseau GPRS. Le réseau GPRS est inséré

dans son environnement, c’est-à-dire avec le système de taxation, les passerelles de

taxation et les serveurs de noms essentiels pour les traductions d’adresses.

De plus, ce schéma introduit le principe d’interfonctionnement d’un réseau GPRS

avec un autre réseau GPRS, indispensable en cas d’itinérance de l’utilisateur, via les

border gateways qui relient le réseau GPRS à tout réseau de données par paquet

externe (réseau GPRS ou autre).

SGSN: Serving GPRS Support Node

GGSN: Gateway GPRS Support Node

Figure : schéma fonctionnel du GPRS

MSC

Sous-système Radio BTS

BTS

BSC SGSN GGSN

SGSN

Passerelle de taxation

Domain Name Server

Border Gateway

Réseau de

données paquets

SMS-GMSC SMS-IWMSC

Système de taxation

HLR

VLR

Transfert de Fichiers de

taxation

Réseau IP intra-PLMN Gh

Gd

Gc

Gr

Gs

A

Réseau IP inter-PLMN

PLMN GPRS visité

Border Gateway

Gb

Gp

Gi

Sous-système réseau GPRS

Données et signalisation

Signalisation

Données de taxation



III.2 Fonctionnement général du GPRS

2.1 Mécanisme d’établissement d’un transfert de paquets en GPRS

Lors d’une communication, le réseau GPRS est interconnecté à un autre réseau à

communication par paquet. Ce réseau possède son propre format de paquets :

informations, entête, adresse du destinataire, adresse de l’expéditeur.

Afin d’acheminer correctement les paquets vers et depuis le terminal mobile, le GPRS

doit convertir ces informations et notamment les adresses en données compréhensibles

par le réseau GPRS. Les paquets sont transmis entre le terminal mobile et le SGSN en

utilisant le protocole LLC.

Le formatage des données provenant du réseau ou de l’abonné passe par plusieurs

étapes :

Ø Le protocole SNDC transforme les paquets provenant du réseau en un format

approprié pour la couche LLC. Il inclut la compression, l’ajout de l’entête, la

segmentation des paquets entrants afin d’adapter leur taille à la taille maximal

de la trame LLC permise et le cryptage ;

Ø Chaque LLC PDU doit être segmenté en blocs RLC PDU puis formaté dans la

couche physique ;

Ø Chaque bloc contient quatre bursts normaux qui seront répartis sur quatre ou

plus trames TDMA selon le type d’entrelacement.

Le canal GPRS est considéré par le SGSN comme le milieu de communication

général à travers lequel les protocoles de trames LLC sont transportés. La station de

base contrôle la portion radio du canal GPRS qui opère à travers l’interface Um.

Chaque canal a une qualité de service avec des caractéristiques prédéterminées qui

sont négociées entre le SGSN et la station de base comme le débit maximal avec

lequel la station de base peut transmettre des données à travers le canal radio pour un

seul utilisateur.



Le taux d’erreurs binaire, le délai de transfert radio (temps estimé nécessaire pour

transmettre en mode non transparent la plus petite unité de donnée permise et

spécifique à la technologie d’un canal radio) sont deux autres paramètres pris en

compte.

L’établissement de la liaison montante est réalisé ainsi. Le terminal qui reçoit des

paquets doit opérer comme suit :

Ø Le terminal mobile doit récupérer le BCCH de la cellule afin de déterminer si

un canal GPRS est présent (terminal en état IDLE) ;

Ø Le terminal mobile effectue un GPRS attach afin d’établir un contexte GPRS

avec le SGSN, en précisant son identité, TLLI ainsi que tous les paramètres

nécessaires pour l’établissement de la liaison avec la qualité de service désirée ;

Ø Après négociation de ces paramètres avec la station de base, le SGSN la charge

de la réservation du canal et de l’établissement de la liaison ;

Ø Le terminal reçoit les informations concernant le canal alloué sur le BCCH et

passe à l’état STANDBY ;

Ø Le terminal passe à l’état actif (READY) en transmettant sur la liaison

montante au SGSN un message identifiant le canal courant.

Un échange de paquets commence. Ce transfert se termine par un message d’accusé

réception de la part du SGSN qui peut être positif ou négatif.

L’établissement de la liaison descendante est réalisé ainsi. Le SGSN ne peut envoyer

des paquets au terminal que si ce dernier est en état actif. S’il souhaite transférer des

données à un terminal en état STANDBY, il doit passer par les étapes suivantes :

Ø Réaliser un paging dans la zone de routage du terminal.

Ø Le terminal mobile identifie le canal, répond au paging et se met dans l’état

actif.

Ø Le SGSN débute alors la procédure de transfert de données au terminal à

travers le canal GPRS.



La station de base indique au terminal l’instant ou il doit transmettre sur le canal

radio, le SGSN indique au terminal le canal sur lequel il doit transmettre et la fin du

transfert de paquets est marquée par un accusé réception positif ou négatif. Les

ressources radio allouées au canal (nombre d’intervalles de temps) sont de la

responsabilité de la station de base.

2.2 Exemple concret d’une réception de données par un utilisateur GPRS

Imaginons qu’un utilisateur B désire envoyer des paquets de données IP à un

utilisateur A muni d’un téléphone mobile. B est équipé d’un réseau LAN pour cet

envoi. La figure suivante présente ce scénario.

G

Figure : Réception d’un paquet de donnée par un terminal mobile

Les paquets de données IP de B cheminent à travers le LAN jusqu’à un routeur qui

aiguille les paquets vers le GGSN qui est relié au réseau de données paquet. Quand un

paquet destiné à l’utilisateur mobile atteint le GGSN, celui-ci effectue les conversions

de formats de données de protocoles de signalisation et d’informations d’adresses afin

de permettre les communications entre les différents réseaux. Il possède aussi des

Utilisateur A

BSS

BTS

BTS

BSC SGSN GGSN

SGSN

Réseau de données paquets

HLR

VLR

Réseau IP intra-

PLMN Gh

Gc

Gr

MSC

Gs

A

Routeur

Réseau LAN

Gb Gi

Utilisateur B

Données et signalisation Signalisation Données de taxation



fonctionnalités pour le routage vers les SGSN, l’interrogation des bases de données

comme le HLR qui contient des données liées au GPRS.

Le GGSN vérifie s’il possède un contexte GPRS pour ce terminal mobile (c’est-à-dire

si le terminal mobile est connecté au réseau GPRS).

Si le terminal mobile GPRS est dans l’état IDLE. Le trafic paquet sera rejeté.

Si le terminal mobile GPRS est dans l’état STANDBY ou ACTF, le GGSN va

acheminer le paquet dans un format encapsulé vers le SGSN où il sera désencapsulé.

Dans le cas où le terminal mobile est dans l’état STANDBY, le SGSN demandera au

MSC de réaliser un paging GPRS pour le terminal mobile dans la zone de routage afin

de connaître la cellule que le terminal écoute.

Si l’interface Gs n’était pas installée, le SGSN acheminerait les paquets de données

vers et à destination des abonnés au sein de sa zone de services et gérerait aussi la

mobilité, l’authentification et le chiffrement. Le trafic, entre le SGSN et le terminal

mobile, suit la route normale du trafic voix GSM. Le GGSN joue le rôle d’une

passerelle vers des réseaux externes, traite la sécurité, la facturation et l’allocation des

adresses IP sur une base dynamique.

Le même réseau de transmission transporte le trafic GSM et le trafic GPRS.

Le terminal va répondre en précisant la cellule dans laquelle il est localisé et

s’enregistre dans le mode ACTIF. Puis le paquet est acheminé du SGSN via le MSC à

la station de base, une fois que la route a été établie. La station de base réserve un time

slot sur le PDCH, en capsule le paquet et l’envoie au terminal mobile. Si cette donnée

est reçue correctement, un accusé de réception positif est généré. Le terminal

désencapsule le paquet et l’envoie au destinataire final, par exemple l’application sur

un ordinateur connecté au téléphone mobile.

Pour tous les paquets qui seront envoyés ensuite pendant une période de temps

donnée, le terminal mobile restera dans un mode ACTIF et indiquera au réseau

lorsqu’il change de cellule. Le chemin vers le terminal mobile est connu donc tous les

paquets seront acheminés vers ce terminal comme via un tunnel.



2.3 Exemple concret d’une émission de données par un utilisateur GPRS

Supposons que maintenant un terminal mobile A reçoive un paquet IP d’une

application. Il demande alors la réservation d’un canal. Le système répond en

réservant les time slots.

Les données sont transmises dans le time slots réservés et un accusé réception positif

est envoyé par la station de base si l’ensemble des données a été bien reçu. Les

données sont désencapsulées et envoyées au SGSN.

Le SGSN encapsule les données à l’aide du protocole GTP et les envoie au GGSN. Le

paquet est désencapsulé et l’adresse et le protocole sont vérifiés afin que la bonne

route soit sélectionnée.

Le paquet est alors envoyé via le réseau de données externe et un routeur vers le

destinataire B utilisant le LAN.

La figure suivante illustre ce second scénario.

G

Utilisateur A

BSS BTS

BTS

BSC SGSN GGSN

SGSN

Réseau de données paquets

HLR

VLR

Réseau IP intra-

PLMN

Gh

Gc

Gr

MSC

Gs

A

Routeur

Réseau LAN

Gb Gi

Utilisateur B

Données et signalisation Signalisation Données de taxation



Figure : Emission d’un paquet de données par un terminal mobile

III.3 Les fonctions et les entités du GPRS

Quelle correspondance ?

3.1 Fonctions GPRS

L’ajout du GPRS a deux types d’impactes : au niveau de l’architecteur du GSM et au

niveau fonctionnel. Le 1er type d’impactes a déjà été décrit. Le 2éme type d’impacts a

déjà été introduit : certaines fonctions et procédures GSM doivent évoluer pour

supporter les nouvelles fonctions et procédures spécifiques au GPRS. Ainsi, en plus

des fonctions similaires à celles du GSM comme l’authentification, le chiffrement,

l’attach/detach, la purge, des fonctions et procédures spécifiques ont été introduites

pour le GPRS.

Dans le GPRS, on distingue six types de fonctions :

Ø Les fonctions concernant le contrôle d’accès au réseau GPRS ;

Ø Les fonctions concernant le routage et le transfert des paquets de données ;

Ø Les fonctions concernant la gestion de la mobilité ;

Ø Les fonctions concernant la gestion du lien logique entre le terminal mobile et

le réseau ;

Ø Les fonctions concernant la gestion des ressources radio ;

Ø Les fonctions concernant la gestion du réseau.

Le tableau suivant indique l’ensemble des fonctions GPRS incluses dans les types de

fonctions cités ci-dessus.



Tableau : Description des fonctions GPRS

Type de fonctions Fonctions incluses Contrôle d’accès au réseau

Enregistrement de l’utilisateur, Authentification et autorisation d’accès, Contrôle d’admission, Filtrage de messages Adaptation de terminal paquet, récupération des données de taxation

Routage et transfert de paquets

Relais, Routage Mise en correspondance et traduction d’adresse, Encapsulation, Tunnelling, compression, Chiffrement

Gestion de la mobilité

Même fonctions que pour la gestion de la mobilité GSM (mise à jour d localisation, paging…..)

Gestion du lien logique

Etablissement du lien logique, Maintenance du lien logique, Libération du lien logique

Gestion des ressources radio

Gestion de l’interface Um, sélection de cellules, fonction Um-Tranx, Gestion du chemin

Gestion du réseau Fonctions d’opération et de maintenance liées au GPRS 3.2 Entités GPRS

Pour qu’un utilisateur puisse bénéficier d’un service GPRS, l’environnement de

réseau à créer se compose de cinq éléments :

Ø Le terminal mobile, adapté aux particularités du GPRS et pouvant être

éventuellement utilisable sur le réseau GSM afin de permettre à l’utilisateur

d’établir des communications circuit ;

Ø Le sous-système radio (ou BSS) adapté aux nouveaux canaux radio et

caractéristiques radio GPRS ;

Ø Le SGSN, commutateur équivalent au MSC du GSM ;

Ø Le GGSN, routeur IP, établissant la connexion du réseau GPRS à tout réseau

de données externe et donc permettant à l’utilisateur de bénéficier de services

de donnée variés.

Ø Le HLR, base de données contenant toutes les informations relatives aux

abonnées GSM et GPRS.



3.3 Allocation des fonctions aux entités de l’architecture

Quelles fonctions GPRS pour quelles entités GPRS ?

Chaque type de fonction décliné dans le paragraphe « le fonctions GPRS »est alloué à

l’un des cinq éléments cités ci-dessus comme le montre le tableau 4.2.

Fonction de contrôle d’accès au réseau GPRS

Les fonctions de contrôle d’accès au réseau GPRS pilotent l’accès au réseau c’est-à-

dire les moyens par lesquels un utilisateur et connecté au réseau de

télécommunications dans le but d‘utiliser les services et les facilités proposée par le

réseau.

L’abonné GPRS reste identifié par son IMSI comme en GSM circuit. La déclaration

d’un abonné GPRS doit être réalisée dans la même base de données HLR que celle du

réseau GSM existant.

Le GPRS spécifie, par ailleurs, en plus du transfert de données point à point (PTP)

standard, un accès anonyme au réseau, permettant à un terminal mobile d’échanger

des paquets de données avec une machine prédéterminée. Un nombre limité

d’adresses PDP de destination peut seulement être utilisé pour ce service L’IMSI et

l’IMEL ne sont pas utilisée lors de l’accès au réseau, ceci afin de garantir un haut

niveau d’anonymat. L’authentification et le chiffrement ne concernent pas ce type

d’accès, très particulier, qui ne sera plus abordé par la suite.

Les fonctions de contrôle d’accès au réseau (désignées par le terme Network Access

Control) sont :

Ø L’enregistrement de l’utilisateur (registration) ;

Ø L’authentification et l’autorisation d’accès (Authentication and authorisation) ;

Ø Le contrôle d’admission (Admission Control) ;

Ø Le filtrage de messages (Message Screening) ;

Ø L’adaptation de terminal paquet (Packet Terminal adptation) ;



Ø La récupération des données de taxation (Charging data Collection).

Le Tableau suivant Correspondances entre les fonctions et l’architecture logique

GPRS

Fonction Terminal mobile

Sous-système radio (BSS)

SGSN GGSN HLR

Enregistrement de l’utilisateur

x

Authentification et autorisation d’accès

x x x

Contrôle d’admission

x x x

Filtrage de messages

x

Adaptation de terminal paquet

x

Récupération des données de taxation

x x

Relais x x x x Routage x x x x Mise en correspondance et traduction d’adresse

x x x

Encapsulation x x x Tunnelling x x Compression x x Chiffrement x x x Gestion de la mobilité

x x x x

Etablissement du lien logique

x x

Maintenance du lien logique

x x

Libération du lien logique

x x

Gestion de l’interface Um

x x

Sélection des cellules

x x

Fonction Um-Tranx x x

Gestion du chemin x x



L’enregistrement de l’utilisateur, à l’image du GSM, fait référence à une procédure

qui n’est pas décrite par des messages mais qui est plutôt le résultat de la procédure de

mise à jour de localisation. Ainsi, une mise à jour de localisation permet de

s’enregistrer dans une certaine zone de localisation ou dans une zone de routage

spécifique. Elle permet aussi d’associer l’identité d’un terminal mobile à des

protocoles de données paquet de l’utilisateur et aux adresses Packet data Protocol

(PDP) utilisées au sein du PLMN (et allouées à l’abonnée par l’opérateur GPRS ou

par l’opérateur du réseau PDP externe). Ainsi qu’aux points d’accès aux réseaux de

données paquets externes de l’utilisateur.

Cette association peut être statique (configurée et enregistrée dans un HLR) ou

dynamique (établie à la demande). Dans ce dernier cas, les adresses peuvent être

choisies parmi un ensemble d’adresses réservées à cet effet.

L’authentification et l’autorisation d’accès permettent de vérifier que l’utilisateur et

bien autorisé à utiliser le service qu’il demande. L’identité de l’utilisateur est vérifiée

ainsi que son enregistrement au service.

L’identification et l’authentification de l’utilisateur sont ainsi réalisées.

L’identification du terminal est la procédure par laquelle le VLR demande l’IMEL au

SGSN, le SGSN le lui donne s’il le détient sinon il demande au terminal.

Le filtrage des messages est une fonction qui permet d’empêcher la transmission des

messages non autorisés ou non souhaités. Cette fonction peut être supportée par un

mécanisme de blocage des paquets. Ce filtrage des messages peut aussi être utilisé

afin de restreindre les types de message ou le volume des données qui peuvent être

transférées à travers le réseau GPRS en émission ou en réception vers un abonné.

L’adaptation de terminal paquet est une fonction qui permet d’adapter les paquets de

données reçus ou émis par un terminal sous une forme adéquate pour une transmission

à travers le réseau GPRS.



La récupération des données de taxation est une fonction qui permet de collecter

toutes les données qui serviront à établir la taxation des services utilisés dans le cadre

de l’abonnement.

En complément des fonctions de sécurisation des accès via l’interface de radio

présentées ci-dessus (authentification de l’abonné, autorisation d’accès), il existe deux

autres aspects du besoin de sécurité, qui sont:

Ø La protection du réseau GPRS contre les intrusions

Ø L’étanchéité entre utilisateur du réseau GPRS

Fonction de routage et de transfert des paquets de données

Les fonctions de routage et de transfert des paquets de données pilotent

l’acheminement des données de l’expéditeur au destinataire avec toutes les opérations

nécessaires de relais, traduction d’adresse, tunnelling.

Les fonctions du routage et de transfert des paquets de données (désignées par le

terme Packet Routening and Transfer) sont :

Ø Les fonctions de relais (Relay) ;

Ø Le routage (Routeing) ;

Ø La mise en correspondance et traduction d’adresse (address Translation and

Mapping) ;

Ø L’encapsulation (Encapsulation) ;

Ø Le tunnelling ;

Ø La compression (compression) ;

Ø Le chiffrement (ciphering) ;

La fonction de relais est le moyen par lequel un nœud envoie les données reçues d’un

nœud précédent vers le nœud suivant dans la route est liste ordonnée de nœud utilisée

pour le transfert de messages au sein de réseau entre réseau. Chaque route est

constituée :

Ø Du nœud expéditeur ;

Ø D’un ou plusieurs nœuds relais ;



Ø Du nœud destinataire des paquets.

La fonction de routage est le processus de détermination et d’utilisation, selon

certaines règles, de la route donc des nœuds de réseau pour la transmission d’un

message au sein de réseau où entre réseaux. Dans le réseau GPRS, le routage consiste

à sélectionner le chemin de transmission pour l’acheminement du prochain message.

Cette procédure détermine le nœud GSN vers lequel un paquet de données doit être

transmis et utilise le service offert par le niveau de protocole inférieur pour atteindre

le GSN identifié, en utilisant l’adresse de destination indiquée dans le message. Les

données entre GSN peuvent transiter par des réseaux de données externes qui

fournissent leurs propres fonctions de routage interne, par exemple : les réseaux X.25,

Frame Relay ou ATM.

Fonction de gestion de la mobilité

La gestion de la mobilité est utilisée afin que le réseau dispose constamment dans ses

bases de données de la localisation courante de chaque terminal mobile au sein d’un

réseau quels que soient ses mouvements (même s’il change de réseau).

La gestion de la mobilité GPRS peut être combiné avec celle du réseau GSM circuit

en utilisant l’interface Gs, définie entre le MSC/VLR et le SGSN, sachant que la

gestion de la mobilité du GPRS s’inspire de celle du GSM.

Fonctions de gestion du lien logique

Définition d’un lien logique

Un lien ou une liaison logique représente la connexion d’une application de données,

via le réseau GPRS, entre un terminal mobile et un réseau externe de données (PDN).



La figure suivante montre comment cette liaison logique s’articule dans le GPRS.

Figure : Liaison logique GPRS entre un terminal et un réseau de données paquet

La liaison externe s’appuie sur une liaison logique interne, allant du terminal mobile

au GGSN puis sur la liaison GGSN-PDN allant du GGSN au PDN.

La liaison logique interne s’appuie elle-même sur la liaison logique 1 allant du

terminal mobile au SGSN, puis sur une fonction relais dans le SGSN et enfin sur une

liaison logique 2, allant du SGSN au GGSN. La fonction relais effectue l’association

entre les deux liaisons logiques 1 et 2.

La liaison logique 1 entre le terminal mobile et le SGSN s’appuie, au-dessus des

couches Network Service, sur deux couche : une couche SNDCP de transport de

niveau réseau transportant les applications utilisateur et la couche LLC.

Application

IP/X.25

SNDCP

LLC

IP/X.25

GTP GTP SNDCP

LLC UDP/ TCP

UDP/ TCP

BSS Network Service Intra PLMN

Network Service

Liaison logique 1 Relais liaison logique 2

Liaison logique interne

Liaison GGSN-PDN

Liaison logique externe

Um Gb Gn Gi MS BSS SGSN GGSN



La liaison logique 2 représente la connexion utilisateur dans le réseau GPRS intra-

PLMN. Cette liaison relie le SGSN gérant la zone de routage du téléphone mobile de

l’utilisateur au GGSN permettant d’accéder au PDN demandé (ou attribué) par cet

utilisateur.

La liaison logique 2 s’appuie sur le protocole de tunnelling spécifique du GPRS, le

GTP, lui-même basé sur un Path Protocol (service réseau) de type IP, à savoir

UDP/IP pour les cas sans connexion et TCP/IP pour les cas orientés connexion.

3.4 La gestion des liens logiques

Les fonctions de gestion des liens logiques permettent d’assurer la maintenance d’un

canal de communication entre un terminal et le réseau via l’interface radio. Ces

fonctions impliquent la coordination de l’information concernant l’état du lien entre le

terminal mobile et le réseau ainsi que la supervision de l’activité de transfert des

données sur le lien logique.

Les fonctions de gestion du lien logique (Logical Link Management) sont :

Ø L’établissement du lien logique (Logical Link Establishment) ;

Ø La maintenance du lien logique (Logical Link maintenance) ;

Ø La libération du lien logique (logical Link Release) ;

L’établissement du lien logique et exécuté quand le terminal s’attache au service

GPRS.

La maintenance du lien logique supervise l’état du lien logique et les changements de

l’état de ce lien.

La libération du lien logique et utilisée afin de désallouer les ressources associées à la

connexion du lien logique.

Chapitre IV Services GPRS


IV.1 Les short message services : premier exemple de service GPRS

Le GSM offre différents types de services de données. Parmi eux, on peut citer le

Short Message Service (SMS), qui a été le premier service de données par paquets sans

connexion mais ses limitations sont évidentes.

Le GPRS permet de transporter des données utilisateur et des données de signalisation

en optimisant des ressources radio et celles du réseau.

Il est particulièrement adapté aux transmissions de données intermittentes et non

périodiques, en rafales comme les messages électroniques et l’accès aux services on-

line, aux transactions fréquentes de petits volumes de données , aux transmissions de

grands volumes de données de quelques milliers d’octets plusieurs fois par heure.

Le GPRS, comme le GSM supporte les SMS émis et reçus par un terminal mobile. De

ce fait, les équipements utilisés pour traiter les services SMS dans le cadre du seront

réutilisées pour le GPRS.

Le GPRS permet également de transmettre des SMS en s’appuyant sur un canal de

données paquet autre que le Common Control Channel (CCCH), permettant de laisser

croître le trafic un peu plus sans diminuer la capacité de signalisation du réseau

Une partie du trafic de données qui utilise les SMS comme support de transport des

données paquet est mieux adaptée au réseau GPRS et donc sera prise en charge par le

GPRS.

Les SMS offrent plus qu’un simple transport de messages. Ils fournissent des fonctions

de mémoire tampon en retenant des messages qui ne peuvent pas être transmis et en

effectuant des tentatives de transmission répétée jusqu’à un succès ou l’expiration de

la temporisation.

Un accusé réception est envoyé donc l’expéditeur sait si la transmission a été effectuée

et quand, ce qui est très pratique.



IV.2 Les deux catégories de service GPRS

Il existe deux catégories de services GPRS :

Ø les services Point à Point (PTP) : il fournissent une transmission d’un ou

plusieurs paquets entre deux utilisateurs (l’expéditeur et le destinataire).

Ø les services Point à Multipoint (PTM) : ils fournissent une transmission de

paquets entre un demandeur de service et un groupe d’abonnés receveurs se

trouvant dans une zone définie par le demandeur de service. Un abonné peut

ainsi envoyer de données à de multiples destinations avec une seule demande de

service.

2.1 Service PTP

Il existe deux types de services PTP :

Ø PTP Connection less Network Service (PTP-CLNS) ;

Ø PTP Connection Oriented Network Service (PTP-CONS).

Le Service PTP-CLNS est un service dans lequel un ou plusieurs paquets sont envoyés

d’un abonné à un autre. Chaque paquet est indépendant du paquet qui le précède et de

celui qui le suit. Ce service est de type datagramme. Il supporte les applications basées

sur le protocole ISO de niveau réseau orienté datagramme CLNP et celle basées sur IP.

Le service PTP-CONS est également un service dans lequel plusieurs paquets sont

envoyés d’un abonné à un autre. Ce service supporte les applications basées sur le

protocole ISO de niveau réseau orienté connexion CONP. Il est adapté aux données en

rafale.

Les services PTP peuvent être classés en trois grandes catégories : les services aux

entreprises, les services professionnels et grand public et des compléments de services.

Les services aux entreprises incluent le service de type bureau mobile et

l’interconnexion d’un site distant. Le bureau mobile permet à un utilisateur d’accéder,

depuis son PC portable, à l’internet de son entreprise, sur un site identifié ou à

l’Internet, à condition qu’il possède l’autorisation nécessaire (après éventuellement

une identification et une authentification). En pratique, l’utilisateur utilise un téléphone



GPRS connecté à son PC qui dispose des applications IP usuelles et éventuellement

des applications spécifiques à l’entreprise (annuaire, agenda, portail intranet).

L’utilisateur accède, via son ordinateur, au routeur de l’entreprise connecté à un réseau

de données, avec pour les cas particulier d’Internet, l’intermédiaire d’un fournisseur de

services Internet avec lequel l’opérateur GPRS a des accords.

L’interconnexion d’un site distant correspond à l’interconnexion de réseaux locaux

(LAN) via GPRS et suppose la disponibilité d’une interface radio GPRS dans des

équipements de type routeur d’accès. Des exemples de tels services sont : « LAN vers

intranet » et « LAN vers Internet ». Ces services permettraient par exemple, l’accès

intermittent et simultané de plusieurs utilisateurs d’une agence régionale à l’intranet de

leur entreprise, l’accès à un site central ou l’accès à Internet.

Les services professionnels et grand public possibles sont par exemple l’accès à

Internet depuis un PC raccordé au GPRS (les applications TCP/IP utilisées sur le PC

sont les même que celles utilisées dans le cas d’un accès fixe). Les applications les

plus courantes sont :

Ø La messagerie électronique (e-mail) ;

Ø L’accès à Internet (navigateur pour la consultation de donnée hypertexte et

image) ;

Ø Le transfert de fichiers par FTP ;

Ø Le forum de discussion (News) ;

Ø L’émulation de terminal (Telnet).

De plus en plus, des applications dites « multimédias »sont utilisées :

Ø La téléphonie via Internet ;

Ø La vidéoconférence ;

Ø La commerce électronique ;

Ø L’évolution des navigateurs pour l’accès aux données hypermédias qui

combinent texte, images, son et vidéo ;



Ø L’accès à un bouquet de services à valeur ajoutée basé sur la technologie WAP

ou pré-WAP (HDML).

2.2 Services PTM

Il existe types de services PTM :

Ø PTM Multicast (PTM-M) ;

Ø PTM Group Call (PTM-G);

Ø IP Multicast (IP-M).

Pour les services PTM-M et PTM-G, les transmissions de données sont restreintes aux

membres du groupe de destinataire localisés au sein d’une zone géographique. Le

groupe de destinataires et la zone géographique sont spécifiés par le demandeur de

service. Le mécanisme d’adressage de la zone géographique n’est pas applicable à

l’IP-M.

Pour le PTM-M les messages sont transmis vers les zones géographiques définies par

le demandeur de service. Un message peut être destiné à un groupe spécifique de

destinataires ou à tous les abonnés au sein d’une zone. Un identificateur de groupe

permet de restreindre les destinataires. La réception n’est pas garantie et le cryptage est

possible. La communication est unidirectionnelle.

Pour le PTM-G, les messages sont transmis vers un groupe de destinataires au sein des

zones géographiques telles que définies par le demandeur de service. Les messages

sont transmis seulement dans les cellules qui sont connues pour contenir des

participants au groupe de destinataires spécifique. Le message transite sans garantie.

Chaque membre du groupe peut être demandeur d’une retransmission. Les données

sont cryptées. La communication se fait d’un vers plusieurs utilisateurs mais peut être

de plusieurs vers un utilisateur voire de plusieurs utilisateurs vers plusieurs utilisateurs.

L’IP-M et défini comme un service faisant partie du protocole IP. Les messages sont

envoyés entre les participants d’un groupe IP - M. un groupe IP-M peut être interne à

un PLMN ou distribué au sein d’Internet. De ce fait, dans l’IP-M, le transfert de

données doit être compatible avec le protocole IP.



IV.3 Les atouts du GPRS

Le GPRS est parfois considéré comme une première étape de la convergence entre les

réseaux GSM et les réseaux IP. Il permettra à l’utilisateur muni d’un téléphone mobile

spécifique (GSM/GPRS) non seulement l’accès déjà possible à des services comme

l’envoi de SMS, de mails, de fax et à des bouquets de services type kiosque (jeux,

actualités, horaires de spectrales), mais également l’accès à des informations

localisées, aux données de son agenda électronique et de son ordinateur (base de

données, Internet), à la vidéo, etc.

Par le débit qu’il propose, le GPRS devrait stimuler les applications basées sur le

WAP, qui offre aux utilisateurs de téléphones mobiles l’accès à des contenus Internet

simplifiés et à des services à valeur ajoutée mais en s’appuyant sur les canaux du GSM

de débit limité.

Ainsi, l’apport du GPRS apparaîtra dès la connexion : il suffira d’environ 5 secondes

pour une connexion WAP alors qu’il faut actuellement 20 à 30 secondes avec le GSM.

Cela ouvrira la porte à de nouvelles applications comme le téléchargement de

morceaux de musique, l’envoi de cartes postales électroniques, le paiement sécurisé,

le commerce électronique, les services d’informations localisées pour le grand public

et la réception de messages électroniques, la navigation sur Internet, la transmission de

fichiers, la connexion à l’intranet et l’accès aux bases de données de l’entreprise pour

les professionnels.

Le GPRS pourra ainsi être utilisé pour la télémaintenance, la télésurveillance, la

téléalarme grâce au mode de connexion spécifique du GPRS.

IV.4 La taxation des services GPRS

La taxation est primordiale pour un opérateur car ce sont ces mécanismes qui lui

apportent des revenus. Autant les opérateurs de réseaux de mobiles maîtrisent

parfaitement la facturation des services supportés par une communication circuit (de

type GSM), autant ils ne maîtrisent pas la facturation des services supportés par une

communication paquet (de type GPRS).



En effet, le GPRS constitue leur première expérience d’une offre de services basée sur

une architecteur de services de donnée paquet.

Le GPRS s’appuie sur réseau support IP qui ne présente aucune similitude avec le

réseau support du GSM. Les caractéristiques particulières du réseau GPRS doivent être

prises en compte pour établir un système de facturation.

L’opérateur trace les communications de ses abonnés à l’aide de tickets dont le

contenu est au minimum :

Ø L’adresse de l’appelé ;

Ø L’adresse de l’appelant ;

Ø La localisation dans le réseau ;

Ø L’heure de début de communication ;

Ø L’heure de fin de communication.

En complément, les services accédés, les données reçues et/ou envoyées par l’abonné

doivent être identifiés.

Une passerelle de taxation est introduite dans l’architecture GPRS afin de traiter les

tickets de taxe générés par toute communication de l’utilisateur GPRS. Cette passerelle

de taxation doit supporter des interfaces aussi ouvertes que possibles afin de permettre

à l’opérateur d’utiliser ses propres mécanismes de collecte de tickets de taxe et d’être

moins contraint par les règles d’interconnexion entre équipements de constructeurs

différents. En effet, les opérateurs GPRS ont le choix entre implémenter un système de

taxation propriétaire (c’est-à-dire avec leurs propres matériels et moyens

d’interconnexion) ou d’un fournisseur différent de celui choisi pour le système de

taxation existant (utilisé pour le services GSM). De plus, les volumes de données

entrants et sortants, doivent être comptés séparément car chaque flux, entrant ou

sortant n’utilise pas la même quantité de ressources du réseau et donc ne coûte pas la

même somme à l’opérateur. Les informations de taxation générées par un SGSN

doivent prendre en compte l’usage des ressources radio. De même, les informations de



taxation générées par un GGSN doivent prendre en compte l’usage des ressources du

réseau de données externe.

Le GPRS définit les contextes Packet Data Protocol (PDP) qui doivent être activés

avant toute transmission ou réception de données par l’abonné. Ils sont ainsi composés

d’un ensemble d’informations qui permettent de caractériser l’émission et la réception

des données GPRS comme des informations pour le routage vers le GGSN. Un abonné

peut posséder plusieurs contextes PDP : un pour chaque session GPRS demandée.

Les opérateurs GPRS facturer indépendamment chaque contexte PDP afin de tenir

compte des caractéristiques des sessions GPRS requises qui influent sur le coût de la

session comme :

Ø La qualité de service demandée (plusieurs types de qualité de services sont

possibles avec un coût proportionnel au niveau de qualité) ;

Ø Le type de service demandé (le recours à différents réseaux de donnés

externes impacte le prix de la session) ;

Ø La durée de la session ;

Ø L’heure et la date de la session (session moins coûteuses le soir par

exemple).

Pour de tels types de facturation, la durée, la date et l’heure d’activation d’un contexte

PDP doivent être fournies au système de taxation.

La taxation des communications GPRS à l’image de celle des communications GSM

au temps de connexion semble inadaptée. En effet, elle pénaliserait la transmission de

gros volumes de données, pourtant courante dans les communications de données.

L’opérateur GPRS doit concevoir un type de taxation qui ne pénalise pas trop

l’utilisateur et qui lui apporte en même temps la garantie de recevoir des revenus

conformes à ses investissements. La taxation des communications GPRS en tenant

compte du volume de données transmise semble la plus adéquate.

Une fois que le terminal mobile est connecté au SGSN, celui-ci identifie la destination

de la connexion en examinant l’APN. Chaque abonné sera capable d’accéder jusqu’à



50 services via des APN fournis par le HLR. Le SGSN achemine la connexion vers un

GGSN qui joue le rôle d’une passerelle vers le service demandé.

Les paquets de données sont acheminés entre le terminal mobile et une machine

distante via le SGSN et le GGSN. Cette connexion est appelée Packet Data Protocol

(PDP) et jusqu’à 7 PDP peuvent être établis à n’importe quel moment par un seul

abonné.

Le SGSN alloue un unique charging ID à chaque session sur l’activation du contexte

PDP.

Les différences clés entre ce concept et une connexion de type circuit résident dans le

fait que les ressources du réseau ne sont pas utilisées quand les données ne sont pas

transmises et l’utilisateur dispose d’un accès continu et instantané.

Les appels peuvent durer une longue période avec des communications de données qui

ne se déroulent que durant une petite durée du temps. De ce fait, les réseaux GPRS

produisent ces cinq types de CDR, qui contiennent un ensemble d’informations qui

peuvent être utilisées par les opérateurs de réseaux comme base pour la facturation.

Le S-CDR collectent toutes les informations relatives à l’utilisation du terminal, les G-

CDR collectent les informations liées à l’utilisation des services de réseau distant et les

M-CDR fournissent les informations liées à la localisation et la mobilité.

Tous message court transmis sur GPRS cause la création de deux types additionnels de

CDR dans le SGSN, l’un et lié aux messages émis par le terminal mobile et l’autre

reçu par le terminal mobile.

Cependant, les services de données paquet imposent une évolution vers les modèles de

tarification adoptée dans le monde des communications de données.

Cela implique de nouveaux modèle de taxation qui incluent une taxation basée sur le

volume, la valeur et le type de contenu et la facturation selon le d’accès au service vers

un réseau externe ou un service.



Les bases de facturation seront l’abonnement (par exemple une somme mensuelle), un

événement (une taxe fixe chaque fois que le service est utilisée), le volume de donnée

(taille des fichiers transmis), la durée de la connexion, le contenu et la qualité de

service.

Certaine services peuvent continuer à être facturés sur la base de la durée de la session

de connexion. Le taux de l’unité de temps (coût par seconde) est multiplié par le

nombre d’unités de temps utilisées. Le taux peut varier en fonction du moment de la

journée afin d’établir une facturation des heures creuses et une facturation des pleines.

D’autres services nécessiteront une combinaison de ces différents types de facturation

comme une taxation d’abonnement périodique ainsi qu’une taxation à l’utilisation. La

facturation en GPRS pourrait combiner une évaluation du volume et de la durée de la

transmission des données : on facturerait ainsi en fonction du volume de données

transmises. Si l’utilisateur restait connecté au-delà d’une limite de temps, on lui

facturerait ce temps de connexion.

Tous ces différents types de facturation vont nécessiter un système d’évaluation très

flexible et plus complexe que ceux qui existent pour les réseaux à commutation de

circuit. Il peut être intéressant de combiner tous les différents services voix et données

en incluant les transactions financières afin de ne présenter qu’une seule facture au

client.

Le tableau 5.1 Résume les possibles taxations de différents services

Service Abonnement Evénement Volume Durée Contenu Qualité de service

Réseaux d’entreprise

oui non oui non non oui

Serveur de messagerie

oui non oui non non non

Services de diffusion

non oui non non oui non

Télémétrie oui oui non non non non Jeux non non non oui oui oui

Tableau 5.1 Base de facturation des services GPRS

Chapitre V La gestion de mobilité dans le GPRS


V.1 Mobilité dans les réseaux de mobiles de 2e G : base de la mobilité du

GPRS

1.1 Description de la mobilité dans les réseaux de 2e génération

Les réseaux de mobiles par définition offrent la mobilité aux utilisateurs, c’est-à-dire

la possibilité de se déplacer de changer de terminal de réseau et de pouvoir continuer à

utiliser leurs services. Il existe différents types de réseaux cellulaires. Les différents

types de réseaux de 2e génération sont caractérisés par une mobilité spécifique.

La gestion de la mobilité du terminal plus importante dans les réseaux cellulaires tels

que le GSM se compose de la gestion de la localisation et du transfert intercellulaire.

La gestion de la localisation permet au réseau de connaître à tout instant la localisation

du terminal des utilisateurs du point d’accès au réseau avec suffisamment de précision

afin de pouvoir acheminer les appels destinés aux utilisateurs à l’endroit exact où ils se

trouvent à cet instant-là.

La handover ou transfert intercellulaire permet d’assurer une continuité des appels

même si les utilisateurs changent de cellule.

Le rôle principale de tout mécanisme de gestion de la localisation est de permettre au

réseau de connaître à tout instant la position d’un terminal mobile et de son utilisateur.

La gestion de la localisation se compose de deux mécanismes de base :

Ø La mise à jour de localisation qui consiste à savoir où se trouve un terminal

mobile et ce, si possible à tout moment.

Ø La recherche d’abonné (ou paging) qui permet de rechercher un abonné ou un

utilisateur lorsqu’un appel entrant se présente pour lui et qui consiste à émettre

des messages d’avis de recherche dans les cellules où le terminal mobile a été

précédemment localisé.

Dans le GSM la gestion de la localisation est composée de trois types de mises à jour

de localisation :



Ø La mise à jour de localisation dite normale qui sera appelée par la suite mise à

jour de localisation.

Ø La mise à jour de localisation périodique.

Ø La procédure IMSI attach/detach.

1.2 Aspects radio communs à tous les types de procédures de mises à jour de

localisation

Le terminal détecte une voie balise ou canal avec une nouvelle zone de localisation.

Afin d’engager une procédure de mise à jour de localisation comme pour tout échange

d’informations entre le terminal et le réseau, le terminal va demander au réseau un

canal dédié, c’est-à-dire une ressource radio non déjà allouée à un autre utilisateur. Les

terminaux mobiles en mode veille ont besoin de beaucoup d’informations pour

pouvoir fonctionner efficacement. Une station ou terminal mobile peut recevoir ou être

reçue par différentes cellules qui peuvent appartenir à différents réseaux voir différents

pays. Afin de choisir la cellule la plus adéquate, le terminal a besoin d’informations

comme savoir quel est le réseau auquel la cellule appartient. Ces informations sont

diffusées régulièrement dans chaque cellule afin d’être reçues par toutes les stations

mobiles en mode veille. Le réseau établit un certain nombre de connexions pour

permettre au terminal d’échanger des messages directement avec le MSC gérant la

cellule dans laquelle il se trouve. A la fin du procédures le réseau libère les connexions

nécessaires pour le dialogue entre le terminal et le MSC ainsi qui le ressources radio

allouées pendant le dialogue.

1.3 Mise à jour de localisation

La procédure de mise à jour de localisation est compléments initialisée par le terminal

mobile, le réseau n’intervenant qu’à la demande du terminal. Cette procédure est

utilisée afin de mettre à jour l’enregistrement de la zone de localisation actuelle du

terminal mobile dans le réseau. Les informations de localisation sont enregistrées au

sein de trois entités différentes dans le GSM : le Home Location Register (HLR), base

de données d’abonnement, le Visitor Location Register (VLR), base de données

localisée dans le réseau visité par l’utilisateur et la carte Subscriber Identity Module



(SIM). Il est donc nécessaire de garder la cohérence entre les informations contenues

dans ces trois entités.

Chaque station de base diffuse à intervalles réguliers sur un canal particulier

l’identificateur de la zone de localisation dans laquelle se trouve le terminal mobile.

Le terminal écoute périodiquement ce canal et enregistre dans sa carte SIM

l’identificateur de sa zone de localisation actuelle.

Si l’identité de la zone de localisation dans laquelle se trouve actuellement le terminal

mobile (diffusée par une station de base) est la même que celle qu’il avait enregistrée

dans sa carte SIM, le terminal n’effectue aucune action. Si elles différent, le terminal

le signal au réseau et lui transmet le nouvel identificateur de zone de localisation et

l’International Mobile Subscriber Identity (IMSI).

Cette procédure s’applique quand le terminal mobile change de station de base du fait

de ses déplacements.

Le VLR note la zone de localisation dans laquelle se trouve l’utilisateur. Si ce dernier

n’était pas enregistré dans le VLR, ou si l’abonné a change de MSC, le VLR définit un

numéro de roaming (le MSRN) pour l’utilisateur. Le MSRN permettra à l’abonné de

recevoir des appels entrants.

Dans le cas le VLR doit notifier le HLR, qui rapportera au VLR précédent, c’est-à-dire

celui dont dépendait l’utilisateur avant son déplacement.

Le nouveau VLR déduit de l’IMSI l’identificateur du HLR qui gère l’utilisateur et lui

transmet le nouveau MSRN. En réponse le HLR envoie toutes les données concernant

l’abonné nécessaires pour la gestion des ses appels. Le HLR après avoir enregistré ce

nouveau MSRN, demande à l’ancien VLR d’effacer cet abonné de ses tables, libérant

l’ancien MSRN pour une utilisation future.

La procédure de mise à jour de localisation permet donc au réseau de transférer dans le

VLR toutes les caractéristiques des abonnés dépendant actuellement de ce VLR.



1.3.1 Trois cas de mise à jour de localisation

Selon la norme [GSM 09.02], pour chaque type de mise à jour de localisation, on

distingue trois cas :

Ø La mise à jour de localisation intra-VLR.

Ø La mise à jour de localisation inter-VLR lorsque l’IMSI peut être fourni par

l’ancien VLR.

Ø La mise à jour de localisation inter-VLR lorsque l’IMSI ne peut pas être fourni

par l’ancien VLR.

En fait il existe un quatrième cas de mise à jour de localisation. Cette procédure est

effectuée lors d’une première mise sous tension du terminal mobile. Celui-ci doit

s’inscrire avec son IMSI car le réseau ne lui a pas encore alloué d’identificateur

temporaire appelé Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI). Cette procédure

peut également être réalisée lorsque le terminal mobile « s’attache » au réseau après

avoir été mis sous tension.

Les messages échanges dans le cadre de cette procédure sont les mêmes que pour une

mise à jour de localisation inter-VLR lorsque l’IMSI n’est pas fourni par l’ancien VLR

à l’exception des messages envoyés par l’ancien VLR au terminal mobile pour

récupérer l’IMSI et de ceux envoyés par le HLR pour effacer les données relatives à

l’abonné dans l’ancien VLR. Dans le cas présent, il n’y a pas d’ancien VLR, les

messages de la procédure sont échangés entre le terminal mobile, le MSC/VLR et le

HLR.

1.3.2 Les mécanismes de sécurité

L’utilisation d’un canal radioélectrique pour transporter les informations fragilise la

confidentialité et la sécurité. Les abonnés mobiles sont vulnérables :

Ø A la possibilité de l’utilisation frauduleuse de leur compte par des personnes

disposant de terminaux pirates qui feignent d’être les abonnés autorisés.

Ø A la possibilité que leurs communications soient écoutées lors du transit des

informations sur le canal radio.



Dans le but de protéger les abonnés et les opérateurs, le système GSM intègre les

fonctions suivantes :

Ø Confidentialité de l’IMSI.

Ø Authentification des abonnés pour protéger l’accès aux services.

Ø Confidentialité des données usager.

Ø Confidentialité des informations de signalisation.

Le meilleur moyen d’éviter d’interception de l’IMSI est de le transmettre le plus

rarement possible sur la voie radio. D’où l’intérêt de l’utilisation du TMSI. Le TMSI

est créé à partir de l’IMSI, mais il est plus court donc il fournit moins d’information

sur l’abonné. La correspondance entre les deux identités de l’utilisateur est établit au

niveau du VLR. L’IMSI est transmis lors de la mise sous tension du terminal et

ensuite, seuls les TMSI successifs seront transmis sur la voie radio.

Principes généraux de la sécurité

La sécurité est assurée grâce à deux procédures : l’authentification et le chiffrement.

L’authentification permet de vérifier que l’identité transmise (IMSI ou TMSI) par le

terminal mobile sur la voie radio est correcte afin de protéger, d’une part l’opérateur

contre l’utilisation frauduleuse de ses ressources et d’autre part les abonnés en

interdisant à des tierces personnes d’utiliser leur compte.

La confidentialité des données transmises sur la voie radio permet d’interdire

l’interception et le décodage des informations usager et de signalisation, par des entités

non autorisées. Elle sert à protéger l’IMEI, l’IMSI, le numéro de l’appelant ou de

l’appelé. La confidentialité des informations usager est obtenue grâce au chiffrement

de celles-ci. Elle s’applique entre le terminal mobile et la station de base, elle n’est

donc pas de bout en bout.

1.3.3 La mise à jour de localisation périodique

La mise à jour de localisation périodique a été introduite dans le but d’assurer un

contact radio régulier sur l’initiative du terminal mobile. Elle permet également un

maintien de la cohérence entre les différentes données.



Cette procédure est effectuée automatiquement par le terminal mobile et consiste à

contacter régulièrement le réseau en service normal et ainsi de notifier périodiquement

au réseau sa disponibilité à recevoir un appel, par exemple. Le terminal diffuse à

intervalles réguliers vers le réseau des messages rapportant sa position actuelle.

La périodicité de cette procédure est contrôlée par le réseau et varie de 6 minutes à 24

heures. Une valeur infinie est possible et correspond à l’annulation de cette procédure.

Cette procédure simple peut coûter cher en consommation d’énergie inutile, en spectre

radio ainsi qu’en messages de signalisation au sein du réseau.

Elle est utilisée afin de corriger les éventuelles incohérences entre les informations de

localisation enregistrées dans les entités du réseau dues à des pannes du VLR ou du

HLR par exemple.

1.3.4 IMSI attach/detach

L’utilisation de cette procédure est optionnelle dans le GSM, mais le support de cette

facilité par le terminal mobile est obligatoire. Cette procédure a été introduite afin de

réduire la consommation des ressources et reste à l’initiative du réseau lorsque le

besoin se fait sentir.

1.3.5 Le paging ou recherche de l’abonné

La recherche de l’abonné consiste à diffuser un appel sur l’ensemble de la zone dans

laquelle est susceptible de se trouve le terminal mobile demandé. Cette procédure est

exécutée lorsqu’un appel entrant arrive. Le MSC/VLR demande au sous-système radio

(ou BSS) d’effectuer un paging dans quelques-unes des cellules du BSS. Le MSC lui

fournit l’identité de l’abonné mobile à recherche et la liste des cellules dans lesquelles

la recherche doit être menée. Le paging est très proche de la gestion de la localisation

puisqu’il sert à localiser un terminal mobile au sein d’une zone de localisation totale.



V.2 La gestion de mobilité dans le GPRS

2.1 Notion d’état dans le GPRS

Dans le GSM le terminal mobile peut se trouver dans l’un ou l’autre des deux états ou

modes suivants :

Ø Le mode IDLE dans lequel le terminal mobile écoute les canaux de diffusion

(dits BCCH dans la littérature GSM), il ne possède pas de canal propre.

Ø Le mode DEDICATED dans lequel un canal bidirectionnel est alloué à un

terminal pour ses besoins de communication en lui permettant d’échanger des

informations point à point avec le sous-système radio GSM de façon

bidirectionnelle.

Dans le cadre de la gestion de la mobilité pour le GPRS, trois états de mobilité sont

associés à un terminal mobile :

Ø IDLE : le terminal est en veille, inactif.

Ø STANDBY : le terminal est dans un état intermédiaire dans lequel il est prêt à

émettre et recevoir des données.

Ø READY : le terminal émet ou reçoit des communications.

Ces états correspondent à un certain niveau de fonctionnalités et d’information

allouées (localisation, routage).

Les informations relatives à la mobilité d’un abonné constituent un contexte de gestion

de mobilité appelé « contexte MM » MM signifiant Mobility Management.

Les contextes MM sont gérés au niveau du terminal et du SGSN.

L’état IDLE

Dans l’état IDLE l’abonné n’est pas rattaché au réseau GPRS. Cet état semble

correspondre à l’état IDLG du GSM. Les contextes MM enregistrés dans le terminal

mobile et le SGSN ne contiennent donc ni informations de localisation ni information

de routage pour cet abonné. Les procédures de gestion de la mobilité ne sont pas

exécutées pour cet abonné.



L’état STANDBY

Dans l’état STANDBY le terminal mobile est en attente pour émettre des données ou

en recevoir.

L’information de localisation dans le contexte MM du SGSN contient uniquement

l’identificateur de la zone de routage pour les terminaux mobiles GPRS qui sont dans

l’état STANDBY.

Dans cet état le terminal peut initier l’activation ou la désactivation des contextes PDP.

Rappelons qu’un contexte PDP doit être activé avant toute transmission ou réception

de données.

L’état READY

Dans l’état READY ou actif le terminal mobile est en communication. Le contexte

MM du SGSN correspond au contexte MM de l’état STANDBY enrichi par des

informations de localisation concernant l’abonné au niveau de la cellule.

2.2 Gestion de la mobilité dans le GPRS

La gestion de la mobilité est composée de deux aspects :

Ø La gestion de la localisation de chaque terminal déclaré dans le réseau (chaque

terminal déclaré devant être joignable en permanence par le système).

Ø La nécessité pour le terminal, même en veille et en dehors de toute

communication de signaler ses mouvements au réseau.

La gestion de la mobilité est donc constituée :

Ø De fonctions liées à l’accès au réseau (enregistrement de l’utilisateur, fonctions

de sécurité et fonctions Attach et Detach).

Ø De la gestion de la localisation (mise à jour de cellule, de zone de routage et de

zone de localisation).

Ø De la recherche de l’abonné ou paging (en mode circuit et en mode paquet).

2.2.1 Les fonctions liées à l’accès au réseau

Les fonctions liées à l’accès au réseau permettent à un terminal mobile de se déclarer

dans un réseau et d’obtenir un accès aux services GPRS. Ces fonctions sont :



Ø L’enregistrement de l’utilisateur.

Ø Les fonctions de sécurité.

Ø Les procédures Attach et Detach.

Fonction de sécurité

Les fonctions de sécurité du GSM ont été enrichies pour les besoins spécifiques du

GPRS. Le SGSN applique des procédures d’authentification et de chiffrement

comparables à celles qu’applique les MSC dans le GSM.

En revanche l’algorithme de chiffrement est spécifique au GPRS : il est optimisé pour

la transmission des données par paquets.

Ainsi ces fonctions de sécurité permettent :

Ø D’empêcher une utilisation non autorisée du service GPRS (la demande de

service est authentifiée, c'est-à-dire le terminal est authentifié).

Ø De fournir la confidentialité de l’identité de l’utilisateur (identification

temporaire et chiffrement).

Ø De fournir la confidentialité des données de l’utilisateurs (chiffrement).

Procédure Attach et Detach

Attach ou comment un terminal se déclare sur le réseau GPRS

Pour pouvoir accéder aux services GPRS, le terminal doit d’abord signifier sa présence

au réseau à l’aide d’une procédure appelée GPRS Attach. Un lien logique est établit

entre le terminal mobile et le SGSN.

Ceci correspond à la phase de déclaration du terminal mobile au réseau GPRS, c’est-à-

dire pendant laquelle le SGSN établit un contexte de mobilité (contexte MM)

contenant des informations relatives à la mobilité et à l’authentification pour ce

terminal mobile. L’utilisateur a alors accès au service SMS via le GPRS, au service de

paging via le SGSN et au service de notification de données GPRS à recevoir.

Un terminal mobile qui est rattaché aux réseaux GSM et GPRS va effectuer une

procédure IMSI attach via le SGSN à l’aide des procédures mise à jour de zone de

routage et mise à jour de zone de localisation combinées.



Dans la procédure GPRS Attach le terminal doit fournit son identité (P-TMSI ou

IMSI) et une indication sur le type d’Attach qui doit être exécuté. Les paramètres P-

TMSI et Routeing Area Identity (RAI) doivent être fournis si le terminal mobile

dispose d’un P-TMSI valide sinon il fournit son IMSI.

Une fois la procédure GPRS Attach effectuée le terminal mobile se trouve dans l’état

READY et les contextes MM sont établis dans le terminal et dans le SGSN.

Le terminal du SGSN est enregistré dans le HLR pour cette localisation particulière du

terminal. De ce fait des changements des données de l’abonné peuvent être

communiqué au SGSN.

Si de nouvelles données concernant l’abonné sont reçues par le SGSN et si le terminal

mobile est attaché au GPRS, le SGSN peut si nécessaire demander au terminal

effectuer à nouveau un GPRS Attach. De même de nouvelles activations de contextes

PDP peuvent être demandées afin que les nouvelles données de l’abonné soient prises

en compte.

Activation d’un contexte PDP

Pour échanger (envoyer et recevoir) des données GPRS avec un terminal distant, le

terminal mobile doit activer un contexte PDP. L’activation de contexte PDP constitue

donc la deuxième phase de la procédure d’attachement du terminal au réseau GPRS.

La procédure d’activation de contexte PDP, PDP Context Activation, déclenchée par

le terminal mobile, lui permet d’être connu de la passerelle d’interconnexion GGSN

concernée.

Au cours de cette procédure le terminal mobile communique au réseau GPRS le point

d’accès au réseau externe auquel il souhaite se connecter. Le SGSN vérifie que le

terminal est bien autorisé à activer ce contexte.

Le SGSN établit un contexte PDP. Un GGSN est sélectionné et une négociation de

qualité de services est engagée.



Detach ou comment un terminal se déconnecte du réseau GPRS

La procédure Detach permet à un terminal mobile d’informer le réseau qu’il veut se

détacher du réseau GPRS (GPRS Detach) ou du GSM (IMSI Detach).

Elle permet également au réseau d’informer le terminal mobile qu’il a été détaché du

réseau GPRS ou du GSM.

Il existe trois types de procédures Detach :

Ø IMSI Detach.

Ø GPRS Detach.

Ø Procédures IMSI/GPRS Detach combinées.

Le terminal mobile est détaché du réseau GPRS de façon explicite ou implicite.

Dans le premier cas le réseau ou le terminal mobile demande un détachement explicite.

Dans le second cas un lien logique existe et la temporisation STANDBY expire du fait

d’un manque d’activité ou d’un problème radio qui aurait causé une déconnexion de ce

lien logique.

La procédure Detach peut être initialisée par le terminal ou par le réseau.

Dans le premier cas et s’il s’agit d’un GPRS Detach, les contextes PDP concernant ce

terminal mobile sont désactivés dans le GGSN par envoi d’un message du SGSN. S’il

s’agit d’un IMSI Detach, le SGSN envoie au VLR une indication de détachement du

réseau GSM.

Si le terminal souhaite rester attaché au réseau GSM et est en cours d’exécution d’un

GPRS Detach, le SGSN envoie au VLR une indication de détachement du réseau

GPRS. Le VLR retire l’association avec le SGSN et traite le paging et la mise à jour de

localisation sans recourir au SGSN.

Dans le cas d’une procédure Detach initialisée par le réseau par le SGSN ou le HLR, le

SGSN informe le terminal qu’il a été détaché du réseau GPRS. Les contextes PDP sont

désactivés dans le SGSN pour ce terminal mobile.



Si le terminal était attaché à la fois au réseau GSM et au réseau GPRS, le SGSN envoi

une indication de détachement au VLR. Le VLR efface l’association avec le SGSN et

traite le paging et la mise à jour de localisation sans recourir au SGSN.

La fonction de purge

La fonction de purge est liée à la fonction Detach et permet à un SGSN d’informer le

HLR qu’il a effacé les contextes MM et PDP d’un terminal détaché.

Le SGSN peut garder quelque temps les contextes MM et PDP ainsi que les triples

d’authentification d’un terminal mobile détaché. De ce fait ces contextes pourront être

réutilisés lors d’un nouveau GPRS Attach sans interroger le HLR.

2.2.2 La gestion de localisation

La localisation d’un terminal GPRS est réalisée au niveau de la cellule ou au niveau de

la zone de routage.

Le réseau doit fournir suffisamment d’informations au terminal mobile pour qu’il soit

capable :

Ø De détecter quand il est entré dans une nouvelle cellule ou une nouvelle zone

de routage.

Ø De déterminer quand il doit effectuer une mise à jour de zone de routage

périodique.

De plus le réseau doit assurer un suivi de la localisation du terminal mobile :

Ø Lorsque celui-ci change de cellule radio (mobile intra-zone de routage).

Ø Lorsque celui-ci change de zone de routage (mobilité inter-zone de routage).

Le terminal mobile détecte qu’il est entré dans une nouvelle cellule en comparant

l’identité de cette nouvelle cellule avec celle enregistrée dans son contexte MM.

Le terminal mobile détecte qu’il est entré dans une nouvelle zone de routage en

comparant l’identificateur de la zone de routage enregistré dans le contexte MM avec



celui reçu de la nouvelle cellule. En effet chaque cellule possède un identificateur qui

porte des informations sur la zone de routage dans laquelle elle se trouve.

Trois cas se présente :

Ø Une mise à jour de cellule est nécessaire.

Ø Une mise à jour de zone de routage est nécessaire.

Ø Une mise à jour de zone de localisation est nécessaire et elle est combinée

avec une mise à jour de zone de routage.

2.2.3 Le paging

Dans le GPRS il existe deux types de paging : le CS paging pour le mode circuit et le

paging for GPRS downlink transfer pour le mode paquet. Ces deux types de recherche

d’abonnés sont semblables sauf que le MSC supervise le 1er type de recherche

d’abonnés alors que le SGSN supervise le 2e.

Paging pour le mode circuit

Lorsque le terminal mobile est attaché au GPRS, le MSC/VLR exécute le paging pour

les services en mode circuit via le SGSN.

Si le terminal est dans le mode STANDBY, il sera recherché dans la zone de routage.

Par contre si le terminal est dans le mode READY, il sera recherché dans la cellule.

Rappelons que le terminal passe de l’état STANDBY à l’état READY lorsqu’il reçoit

ou émet des données.

Le MSC supervise ce type de paging en utilisant une temporisation. Il envoie une

demande de paging au SGSN, qui la convertit en un « message de paging SGSN » qui

est envoyé au BSS puis au terminal mobile.

La temporisation est arrêtée par le MSC/VLR quand il reçoit la réponse du terminal

mobile au paging.



Paging pour le mode paquet

Le paging pour le mode paquet est semblable à celui pour le mode circuit sauf que

dans ce cas, c’est le SGSN qui supervise la procédure.

Le terminal mobile dans l’état STANDBY sera recherché par le SGSN pour que le

transfert de données provenant de réseaux de données extérieures via le GGSN puisse

s’exécuter. Cette procédure va mettre le terminal dans l’état READY pour qu’il puisse

être prêt à recevoir les données qui lui sont destinées.

2.3 La gestion de mobilité du GSM et la gestion de mobilité du GPRS combinées

Le GPRS introduit un réseau de nouveaux nœuds qui se superpose au réseau GSM

existant, constitué principalement des nœuds MSC/VLR et HLR. Une coopération

entre les sous-systèmes réseaux GSM et GPRS est envisageable pour une meilleure

coordination dans les fonctions de mobilité, mais elle est optionnelle et conditionnée

par la mise en œuvre de l’interface Gs entre un MSC/VLR et le SGSN.

L’implémentation des services GPRS doit être indépendante de celle des services

existants.

Certaines fonctions sont communes au GSM et au GPRS :

Ø La gestion de la mobilité.

Ø La gestion des abonnées.

Ø La gestion des services simultanés (indication de nouveaux appels).

De plus les équipements GSM en charge des services non-GPRS seront affectés aux

fonctions GPRS.

La description des procédures réalisée dans les sections précédentes a pris comme

hypothèse l’implémentation de l’interface Gs. Or, il est possible que pour la première

phase du GPRS, cette interface ne soit pas mise en place parce qu’elle est coûteuse

(elle entraîne des modifications du réseau GSM existant).



Si l’interface Gs n’est pas implémentée les MSC/VLR ne seront pas modifiés mais les

coûts de signalisation seront élevés puisque pour un même terminal enregistré pour les

services GSM et GPRS, une signalisation dans chaque réseau est nécessaire.

Lorsqu’un terminal mobile déclaré dans les deux réseaux GSM et GPRS, change de

zone de localisation, il doit envoyer deux messages de signalisation : un pour mettre à

jour la zone de localisation courante enregistrée dans le MSC/VLR pour le GSM et un

autre pour mettre à jour la zone de routage enregistrée dans le SGSN pour le GPRS.

2.3.1 Impacts du GPRS sur la gestion de la mobilité du GSM

L’introduction du GPRS dans le GSM pose également des interrogations pour la

gestion de la mobilité :

Ø Les messages de mobilité GSM doivent supporter l’introduction du GPRS, par

exemple deux nœuds (MSC et SGSN) doivent être connus pour un appel

entrant au lieu d’un seul nœud auparavant (MSC).

Ø Les nœuds GPRS semblables à des routeurs de réseaux de données auront à

traiter la mobilité et devront garder les informations de localisations relatives à

leurs utilisateurs.

Ø Il existe trois niveaux dans la définition des zones géographiques servant de

base pour la localisation des terminaux mobiles : la cellule, la zone de routage

et la zone de localisation.

Ø Une zone de localisation est composée de plusieurs zones de routage qui sont

elles-mêmes découpées en cellules.

Ø Le GPRS s’appuyant sur la notion de zones de routage, introduit une précision

plus fine que le GSM relativement à la localisation du terminal et de son

utilisateur.

Ø Des architectures GSM et GPRS combinées, comme une même base de

données intégrées, afin de faciliter la gestion des abonnés (un seul profil pour

les services circuit (GSM) et les services paquet (GPRS)), semblent nécessaires

dans le future.

Conclusion


Conclusion

Le service GPRS permet de considérer GSM comme un réseau à transmission de

données par paquets avec un accès radio et des terminaux mobiles. GPRS est

compatible avec les protocoles IP et X25. L’architecture du BSS est reprise mais

supporte de nouvelles fonctions. Des routeurs spécialisés SSGN et GGSN sont

introduits dans le réseau GPRS fixe. La transmission par paquets sur la voie radio

permet d’économiser la ressource radio : un terminal peut être attaché au réseau,

c’est à dire être susceptible d’émettre et de recevoir es données à tout moment, sans

que le réseau lui alloue un canal radio dédié. Avec GPRS, on perd l’aspect binaire

dédié/non dédié. Les débits instantanés maximaux envisagés sont d’environ 170

Kbit/s.

Décrit et annoncé comme le premier pas vers la troisième génération (UMTS), le

GPRS doit encore fournir des démonstrations. On peut déjà trouver en commerce

des téléphones compatibles avec cette technologie, rarement, mais on peut les

trouver. Les applications mobiles basées sur la pl ate-forme General Packet Radio

Service sont en train de devenir le premier pas vers la diffusion de l'Internet mobile.

Glossaire


GLOSSAIRE API Application Programming Interface

ART Autorité de Régulation des Télécommunications

BNF Backus-Naur-Form

BSS Base Sation System

BSSGP Base Sation System GPRS Protocol

CGI Common Gateway Interface

CTI Couplage Téléphonie Informatiques

DCS Digital Communications System

DTD Document Type Definition

ECMA European Computer Manufacturer Association

EDGE Enhanced Data rates for Global Evolution

ETSI European Telecommunications Standards Institute

GAP GSM Automation Platform

Gb, Gi, Gn Point de référence dans un réseau GPRS

GC Garbage Collection

GGSN Gateway GPRS Service Node

GMM GRS Mobility Management

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile Communication

GTP GPRS Tunneling Protocol

HDML Handheld Markup Language

HSCSD High Speed Circuit Switched Data

HTML HyperText Markup Language

HTTP HyperText Transfert Protocol [RFC2068]

IANA Internet Assigned Numbers Authority

IMC Internet Mail Consortium

IN Intelligent Network

IP Internet Protocol

Glossaire


IS-136 TDMA Cellular/PCS – Radio Interface – Mobile Station - -Base Station

Compatibility Standard

LAN Local Area Network

LLC Logical Link Control

LSB Least Significant Bit

MMI Man Machine Interface

MMI Man-Machine Interface

MSB Most Significant Bit

MSISDN Mobil Station International Subscriber Device Number

MTU Maximum Transmission Unit

NS Network Service

OS Operating System

PCI Peripheral Component Interconnect

PCM PCI Mezzanine

PCS Personal Communication System

PDA Personal Digital Assistant

PDC Personal Digital Cellular

PDP Packet Data Protocol

PICS Protocol Implementation Conformance Statement

RF Radio Frequency

RFC Request For Comments

RNIS Réseau Numérique à Intégration de Services

RTC Réseau Téléphonique Commuté

RTOS Real Time Operating System

SBC Single Board Computer

SGML Standardised Generalised Markup Language

SGSN Serving GPRS Service Node

SMTP Simple Mail Transfer Protocol

SNDCP Sub Network Dependant Convergence Protocol

SSL Secure Socket Layer

SUT System Under Test

Glossaire


TCP Transmission Control Protocol

TDMA Time Division Multiple Access

TELCO Telephone Company

TID Tunnel ID

TLS Transport Layer Security

TRAU Transcoding and Adaptation Unit

TTF Test Tools Framework

UCS Universal Multiple-Octet Coded Character Set

UDP User Datagram Protocol

UI User Interface

UIT Union Internationnale des Télécommunications

UMTS Universal Mobile Telecommunication System

URI Uniform Resource Identifier [RFC2396]

URL Uniform Resource Locator [RFC2396]

URN Uniform Resource Name

USN Uwer Space Network

UTF UCS Transformation Format

VNC Virtual Network Computing

VPN Virtual Private Network

W3C World Wide Web Consortium

WAE Wireless Application Environment

WAP Wireless Application Protocol

WBMP Wireless BitMaP

WDP Wireless Datagram Protocol

WML Wireless Markup Language

WSP Wireless Session Protocol

WTA Wireless Telephony Application

WTAI Wireless Telephony Application Interface

WTLS Wireless Transport Layer Security

WTP Wireless Transaction Protocol

WWW World Wide Web

Glossaire


XML Extensible Markup Language

Etude du GPRS

Documents

Transcript of Etude du GPRS