L’abécédaire du GSM comprend :
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L’architecture du réseau GSM a fourni une architecture simple et pourtant efficace pour fournir les services nécessaires à un système de communication cellulaire ou mobile 2G.

Il y avait quatre éléments principaux à l’architecture globale du réseau GSM et ceux-ci pouvaient souvent être divisés davantage. Des éléments comme le contrôleur de station de base, le MSC, l’AuC, le HLR, le VLR et autres sont réunis pour former le système global.

L’architecture de réseau GSM 2G, bien qu’elle soit maintenant remplacée, donne une excellente introduction à certaines des capacités de base requises pour mettre en place un réseau de téléphonie mobile de communication et comment toutes les entités fonctionnent ensemble.

Éléments d’architecture de réseau GSM

Pour que le système GSM fonctionne ensemble comme un système complet, l’architecture globale du réseau rassemble une série d’identités de réseau de données, chacune comportant plusieurs éléments.

L’architecture de réseau GSM est définie dans les spécifications GSM et elle peut être regroupée en quatre domaines principaux :

• Sous-système de réseau et de commutation (NSS)
• Sous-système de station de base (BSS)
• Station mobile (MS)
• Sous-système d’exploitation et de support (OSS)

Les différents éléments du réseau GSM fonctionnent ensemble et l’utilisateur n’a pas conscience des différentes entités du système.

Comme le réseau GSM est défini mais les spécifications et les normes, il permet au système de fonctionner ensemble de manière fiable quel que soit le fournisseur des différents éléments.

Un diagramme de base de l’architecture globale du système de communications mobiles GSM 2G comprend quatre éléments majeurs qui sont présentés ci-dessous :

Dans ce diagramme, on peut voir les différentes zones du réseau – elles sont regroupées dans les quatre zones qui fournissent différentes fonctionnalités, mais qui fonctionnent toutes pour permettre la réalisation de communications mobiles fiables.

L’architecture globale du réseau fournie pour être très réussie et a été développée davantage pour permettre l’évolution 2G pour transporter des données et ensuite avec d’autres évolutions pour permettre à la 3G d’être établie.

Sous-système de commutation de réseau (NSS)

L’architecture du système GSM contient une variété de différents éléments, et est souvent appelé le réseau central. Il s’agit essentiellement d’un réseau de données avec diverses entités qui fournissent le contrôle principal et l’interfaçage pour l’ensemble du réseau mobile. Les principaux éléments du réseau central sont les suivants :

• Centre de commutation des services mobiles (MSC) : L’élément principal dans la zone du réseau central de l’architecture globale du réseau GSM est le centre de services de commutation mobile (MSC). Le MSC agit comme un nœud de commutation normal au sein d’un RTPC ou d’un RNIS, mais fournit également des fonctionnalités supplémentaires pour permettre de répondre aux exigences d’un utilisateur mobile. Il s’agit notamment de l’enregistrement, de l’authentification, de la localisation des appels, des transferts entre MSC et du routage des appels vers un abonné mobile. Il fournit également une interface avec le RTPC afin que les appels de communications mobiles puissent être acheminés du réseau mobile vers un téléphone connecté à une ligne fixe. Des interfaces avec d’autres MSC sont prévues pour permettre d’effectuer des appels vers des mobiles de différents réseaux.
• Registre de localisation du domicile (HLR) : Cette base de données contient toutes les informations administratives de chaque abonné ainsi que son dernier emplacement connu. De cette manière, le réseau GSM est en mesure d’acheminer les appels vers la station de base pertinente pour le MS. Lorsqu’un utilisateur allume son téléphone, celui-ci s’enregistre auprès du réseau, ce qui permet de déterminer avec quelle station de base il communique, afin d’acheminer les appels entrants de manière appropriée. Même lorsque le téléphone n’est pas actif (mais allumé), il se réenregistre périodiquement pour s’assurer que le réseau (HLR) connaît sa dernière position. Il y a un HLR par réseau, bien qu’il puisse être réparti dans divers sous-centres pour des raisons opérationnelles.
• Registre de localisation des visiteurs (VLR) : Il contient des informations sélectionnées provenant du HLR qui permettent de fournir les services sélectionnés pour l’abonné individuel. Le VLR peut être mis en œuvre comme une entité distincte, mais il est couramment réalisé comme une partie intégrante du MSC, plutôt que comme une entité distincte. De cette façon, l’accès est rendu plus rapide et plus pratique.
• Registre d’identité d’équipement (EIR) : L’EIR est l’entité qui décide si un équipement mobile donné peut être autorisé sur le réseau. Chaque équipement mobile possède un numéro connu sous le nom d’identité internationale d’équipement mobile. Ce numéro, comme mentionné ci-dessus, est installé dans l’équipement et est vérifié par le réseau lors de l’enregistrement. En fonction des informations contenues dans l’EIR, le mobile peut se voir attribuer l’un des trois états suivants : autorisé sur le réseau, interdit d’accès ou surveillé en cas de problème.
• Centre d’authentification (AuC) : L’AuC est une base de données protégée qui contient la clé secrète également contenue dans la carte SIM de l’utilisateur. Elle est utilisée pour l’authentification et pour le chiffrement sur le canal radio.
• Centre de commutation mobile de passerelle (GMSC) : Le GMSC est le point vers lequel un appel de terminaison ME est initialement acheminé, sans aucune connaissance de la localisation de la MS. Le GMSC est donc chargé d’obtenir le MSRN (Mobile Station Roaming Number) de l’HLR sur la base du MSISDN (Mobile Station ISDN number, le « numéro d’annuaire » d’une MS) et d’acheminer l’appel vers le MSC visité correct. La partie « MSC » du terme GMSC est trompeuse, car l’opération de passerelle ne nécessite aucune liaison avec un MSC.
• Passerelle SMS (SMS-G) : Le SMS-G ou passerelle SMS est le terme qui est utilisé pour décrire collectivement les deux passerelles de services de messages courts définies dans les normes GSM. Les deux passerelles traitent les messages dirigés dans des directions différentes. Le SMS-GMSC (Short Message Service Gateway Mobile Switching Centre) est destiné aux messages courts envoyés à un ME. Le SMS-IWMSC (Short Message Service Inter-Working Mobile Switching Centre) est utilisé pour les messages courts provenant d’un mobile sur ce réseau. Le rôle du SMS-GMSC est similaire à celui du GMSC, tandis que le SMS-IWMSC fournit un point d’accès fixe au centre de service de messages courts.

Ces entités étaient les principales utilisées au sein du réseau GSM. Elles étaient généralement colocalisées, mais souvent le réseau central global était réparti dans le pays où se trouvait le réseau. Cela donnait une certaine résilience en cas de panne.

Bien que le système GSM soit essentiellement un système vocal, le réseau central était un réseau de données car tous les signaux étaient traités numériquement.

Sous-système de station de base (BSS)

Le sous-système de station de base (BSS) section de l’architecture du réseau GSM 2G qui est fondamentalement associé à la communication avec les mobiles sur le réseau.

Il se compose de deux éléments :

• Station émettrice-réceptrice de base (BTS) : La BTS utilisée dans un réseau GSM comprend les émetteurs-récepteurs radio, et leurs antennes associées qui émettent et reçoivent pour communiquer directement avec les mobiles. La BTS est l’élément déterminant de chaque cellule. La BTS communique avec les mobiles et l’interface entre les deux est connue sous le nom d’interface Um avec ses protocoles associés.
• Contrôleur de station de base (BSC) : Le BSC constitue l’étape suivante de retour dans le réseau GSM. Il contrôle un groupe de BTS, et est souvent colocalisé avec l’une des BTS de son groupe. Il gère les ressources radio et contrôle des éléments tels que le transfert au sein du groupe de BTS, l’attribution de canaux, etc. Il communique avec les BTS par l’intermédiaire de ce que l’on appelle l’interface Abis.

L’élément de sous-système de station de base du réseau GSM utilisait la technologie d’accès radio pour permettre à un certain nombre d’utilisateurs d’accéder au système simultanément. Chaque canal supportait jusqu’à huit utilisateurs et en permettant à une station de base d’avoir plusieurs canaux, un grand nombre d’abonnés pouvait être accueilli par chaque station de base.

Les stations de base sont soigneusement localisées par le fournisseur de réseau pour permettre la couverture complète d’une zone. La zone étant couverte bay une station de base étant souvent appelée une cellule.

Comme il n’est pas possible d’empêcher le chevauchement des signaux dans les cellules adjacentes, les canaux utilisés dans une cellule ne sont pas utilisés dans la suivante. De cette façon, les interférences qui réduiraient la qualité des appels sont réduites tout en maintenant une réutilisation suffisante des fréquences.

Il est important que les différentes BTS soient reliées au BSS et que les BSS soient reliés au réseau central.

Une variété de technologies a été utilisée pour y parvenir. Comme les débits de données utilisés dans le réseau GSM étaient relativement faibles, les lignes E1 ou T1 étaient souvent utilisées, en particulier pour relier le BSS au réseau central.

Comme plus de données étaient nécessaires avec l’utilisation croissante du réseau GSM, et aussi comme d’autres technologies cellulaires comme la 3G se sont répandues, de nombreuses liaisons ont utilisé l’Ethernet de qualité opérateur.

Souvent, les BTS distantes étaient reliées en utilisant de petites liaisons micro-ondes car cela pouvait réduire le besoin d’installer des lignes spécifiques si aucune n’était disponible. Comme les stations de base devaient souvent être situées pour fournir une bonne couverture plutôt que dans des zones où des lignes pouvaient être installées, l’option de liaison par micro-ondes constituait une méthode attrayante pour fournir une liaison de données pour le réseau.

Station mobile

Les stations mobiles (MS), les équipements mobiles (ME) ou, comme on les appelle le plus souvent, les téléphones cellulaires ou mobiles sont la section d’un réseau de communications mobiles GSM que l’utilisateur voit et exploite. Ces dernières années, leur taille a considérablement diminué alors que le niveau de fonctionnalité a fortement augmenté. Un autre avantage est que le temps entre les charges a considérablement augmenté.

Le téléphone cellulaire comporte un certain nombre d’éléments, bien que les deux principaux éléments soient le matériel principal et la carte SIM.

Le matériel lui-même contient les principaux éléments du téléphone mobile, y compris l’écran, le boîtier, la batterie, et l’électronique utilisée pour générer le signal, et traiter le récepteur de données et à transmettre.

La station mobile, ou ME contient également un numéro connu sous le nom d’identité internationale d’équipement mobile (IMEI). Celui-ci est installé dans le téléphone lors de sa fabrication et ne peut « pas » être modifié. Le réseau y accède lors de l’enregistrement pour vérifier si l’équipement a été signalé comme volé.

Le SIM ou Subscriber Identity Module contient les informations qui fournissent l’identité de l’utilisateur au réseau. Il contient diverses informations, dont un numéro appelé IMSI (International Mobile Subscriber Identity). Comme cette information est incluse dans la carte SIM, cela signifie qu’en déplaçant la carte SIM d’un mobile à un autre, l’utilisateur peut facilement changer de mobile. La facilité de changer de mobile tout en gardant le même numéro signifiait que les gens mettaient régulièrement à niveau, créant ainsi une autre source de revenus pour les fournisseurs de réseaux et contribuant à augmenter le succès financier global du GSM.

Sous-système d’exploitation et de support (OSS)

L’OSS ou sous-système de support d’exploitation est un élément de l’architecture globale du réseau de communications mobiles GSM qui est connecté aux composants du NSS et du BSC. Il est utilisé pour contrôler et surveiller l’ensemble du réseau GSM et il est également utilisé pour contrôler la charge de trafic du BSS. Il faut noter que lorsque le nombre de BS augmente avec le dimensionnement de la population d’abonnés, certaines des tâches de maintenance sont transférées aux BTS, ce qui permet de réaliser des économies sur le coût de possession du système.

L’architecture du réseau GSM 2G suit un mode de fonctionnement logique. Elle est beaucoup plus simple que les architectures actuelles des réseaux de téléphonie mobile qui utilisent des entités définies par logiciel pour permettre un fonctionnement très souple. Cependant, l’architecture GSM 2G montre les fonctions de base vocales et opérationnelles qui sont nécessaires et comment elles s’intègrent. Le système GSM étant entièrement numérique, le réseau était un réseau de données.

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