Numérotation et identification. Fonctionnement d'un Réseau GSM. Réseaux Mobiles France. Zone de localisation. Identification d une BTS

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1 Fonctionnement d'un Réseau GSM Norme GSM Numérotation et identification Christophe Borelly IUT Béziers Dépt. R&T Réseau : MCC, MNC MCC (Mobile Country Code) : 3 digits (208 France). MNC (Mobile Network Code) : 2 digits (01 FT et 10 SFR). Cellule : LAI, BSIC, CGI Mobile : II, TI, ISDN, RN 2 Réseaux Mobiles France Zone de localisation SITUATION AU 1 NOVEMBRE 2006 (ITU) Orange France Orange France Globalstar Europe Globalstar Europe Globalstar Europe S.F.R S.F.R. (UMTS) S.F.R. (Zones Blanches) Bouygues Telecom Bouygues Telecom Bouygues Telecom (Zones Blanches) Identification d une zone de localisation LAI 3 4 Identification d une BTS Identification d une cellule BSIC : Base Station Identify Code. CGI : Cell Global Identification CI : 2 octets. 5 6

2 Identification de l abonné mobile II (International Mobile Subscriber Identity) L II est uniquement composé de chiffres de O à 9. MCC (Mobile Country Code) : 3 digits. MNC (Mobile Network Code) : 2 digits. IN (Mobile Subscriber Identification Number) max. 10 digits. II, TI NI (National Mobile Subscriber Identity) : MNC + IN L II est connu uniquement à l intérieur du réseau GSM, cette identité doit rester secrète autant que possible (recours au TI). Le TI (Temporary Subscriber Identification Number ) est alloué temporairement par un VLR lors de la mise à jour de localisation ou lors de l inscription du mobile sur le réseau. Il est codé sur 4 octets. 7 8 ISDN RN ISDN (Mobile Station International ISDN Number) : Numéro de l abonné. Seul identifiant de l abonné mobile connu à l extérieur du réseau GSM. RN (Mobile Station Roaming Number) : Numéro utilisé lors d un routage PSTN/ISDN/CSPDN/PSPDN. Sa fonction est de permettre l acheminement des appels par les commutateurs (C et GC). Public Switched Telephone Network Integrated Services Digital Network Circuit Switched Public Data Network Packet Switched Public Data Network 9 10 Exemple de mise en œuvre des différents numéros Exemple de mise en œuvre des différents numéros C/VLR HLR GC Poste appelant II (3) ISDN (2) ISDN (1) (1) ISDN est numéroté par l appelant. L appel est routé par le réseau fixe vers le C le plus proche qui agit en GC. (2) Le GC interroge le HLR pour connaître le C vers lequel l appel doit être routé. (3) Le HLR traduit le ISDN en II et interroge le VLR du mobile en utilisant l II. 11 RN (6) (4) Le VLR du mobile attribue un RN au mobile et transmet ce numéro au HLR. (5) Le HLR en recevant le RN le transmet au GC. (6) Le GC établit l appel (Message SS7 : IAM) vers le C courant du mobile comme un appel téléphonique normal vers un abonné dont le numéro est le RN. C/VLR HLR GC Poste appelant II (4) RN (3) (5) ISDN RN (2) ISDN (1) 12

3 Exemple de mise en œuvre des différents numéros Recherche du mobile (pagging) C/VLR HLR GC Poste appelant (8) Le VLR indique la zone de localisation LAI du mobile. TI ou II II (4) RN (7) (3) (5) RN ISDN RN (2) (6) ISDN (1) (9) Le réseau envoi alors dans toutes les cellules de cette zone un message de pagging contenant l II ou le TI du recherché. (10) Le mobile voyant son numéro II ou TI fait sonner le téléphone... (7) Le C va enfin appeler le mobile en utilisant l identité temporaire, TI qui a été attribuée au mobile lors de la mise à jour de localisation ou lors de l inscription du mobile Les couches réseau Um La couche 3 (GSM 04.08) de l'interface Um comporte 3 sous couches : RR : Radio Ressource. Radio Ressource Control (RRC) protocol. MM : Mobility Management. GPRS Mobility Management. CM : Connection Management. Call Control (CC) protocol. Procédures de la couche RR Idle mode (section 3.2) System information broadcasting (section ) Paging procedure (section ) Radio resources connection establishment (section 3.3) Immediate assignment procedure (section 3.3.1) Paging procedure (section 3.3.2) Radio resources connection transfer phase (section 3.4) Measurement report procedure (section ) Intracell change of channels (section 3.4.3) Intercell change of channels (section 3.4.4) Frequency redefinition procedure (section 3.4.5) Channel mode change procedure (section 3.4.6) Ciphering mode setting procedure (section 3.4.7) Additional channel assignment procedure (section 3.4.8) Radio resources connection release (section 3.5) Procédures de la couche MM Mobility management common procedures (section 4.3) TI reallocation procedure (section 4.3.1) Authentication procedure (section 4.3.2) Identification procedure (section 4.3.3) II detach procedure (section 4.3.4) Abort procedure (section 4.3.5) Mobility management specific procedures (section 4.4) Location updating procedure (section 4.4.1) Periodic updating (section 4.4.2) II attach procedure (section 4.4.3) Generic location updating procedure (section 4.4.4) Connection management sublayer service provision (section 4.5) Mobility management connection establishment (section 4.5.1) Mobility management connection information transfer phase (section 4.5.2) Mobility management connection release (section 4.5.3) Procédures de la couche CM Mobile originating call establishment (section 5.2.1) Mobile terminating call establishment (section 5.2.2) Signalling procedures during the active state (section 5.3) User notification procedure (section 5.3.1) Call rearrangements (section 5.3.2) DTMF protocol control procedure (section 5.3.3) In-call modification (section 5.3.4) Call clearing (section 5.4) Miscellaneous procedures (section 5.5) In-band tones and announcements (section 5.5.1) Status enquiry procedure (section 5.5.3) Call re-establishment procedure (section 5.5.4) 17 18

4 Procédure générale Recherche d un mobile (PAGING REQUEST) PAGING REQUEST IMMEDIATE ASSIGNMENT RR connection establishment SERVICE REQUEST PAGING REQUEST (RR) AUTHENTICATION CIPHERING TRANSACTION PHASE IMMEDIATE ASSIGNMENT PAGING RESPONSE (RR) CHANNEL RELEASE RR connection release L accès au réseau (IMMEDIATE ASSIGNMENT) Appel sortant CHANNEL REQUEST (RR) CHANNEL REQUEST (RR) IMMEDIATE ASSIGNEMENT (RR) AUTHENTICATION REQUEST (MM) AUTHENTICATION RESPONSE (MM) IMMEDIATE ASSIGNEMENT (RR) CIPHERING MODE COMMAND (RR) CIPHERING MODE COMPLETE (RR) Etablissement de l appel (CC) CHANNEL RELEASE (RR) Appel entrant PAGING REQUEST (RR) CHANNEL REQUEST (RR) IMMEDIATE ASSIGNEMENT (RR) PAGING RESPONSE (RR) AUTHENTICATION REQUEST (MM) AUTHENTICATION RESPONSE (MM) CIPHERING MODE COMMAND (RR) CIPHERING MODE COMPLETE (RR) Etablissement de l appel (CC) CHANNEL RELEASE (RR) Etablissement de l appel (sortant) SETUP / EMERGENCY SETUP (CC) CALL PROCEEDING (CC) ALERTING (CC) CONNECT (CC) CONNECT ACKNOWLEDGE (CC) C IAM Initial Address Message (SS7) ACM Address Complete Message (SS7) ANS ANswer Signal (SS7) 23 24

5 Etablissement de l appel (entrant) SETUP (CC) CALL CONFIRMED (CC) ALERTING (CC) C IAM Initial Address Message (SS7) ACM Address Complete Message (SS7) Réactualisation de la localisation Changement de LAI ou de réseau (Roaming) CKSN, LAI, TI LOCATION UPDATING REQUEST (MM) CONNECT (CC) CONNECT ACKNOWLEDGE (CC) ANS ANswer Signal (SS7) LOCATION UPDATING ACCEPT / REJECT (MM) TI, LAI / Reject cause Le mode veille Sélection de la cellule serveuse. Re-sélection de la cellule serveuse. Ecoute du canal de broadcast : BCCH Lecture de la liste des cellules voisines. Mesures du signal reçu (RxLev, RxQual). Calcul des critères C1 et C2. Ecoute du canal de pagging : PCH Recherche d'un mobile par le réseau. Exemple d établissement d appel Capture de trames de niveau 3 Format d un message (cf. GSM ) Transaction identifier or Skip indicator (4 bits) Message type (cf. 10.4) (8 bits) Suite Protocol discriminator (4 bits) 0x03 Call Control / Call related SS messages 0x05 Mobility Management messages 0x06 Radio Resource management messages BCCH report (RR) Page_Report (RR) Bcch_Report 18: b 32 5a 02 f c bd Bcch_Report 12: c 02 f bd RR Type 0x1b (System information type 3) : CI, LAI RR Type 0x1c (System information type 4) : LAI Page_Report 5: Page_Report 5: Page_Report 9: f4 a L3_Uplink 13: f4 a RR Type 0x21 (PAGING REQUEST TYPE 1) RR Type 0x27 (PAGING RESPONSE) 29 30

6 Authentification (MM) L3_Downlink 19: b8 8f 3e a d2 3f 40 4a a2 69 ee 9f d1 2d L3_Uplink 6: b 3e d5 7b L3_Downlink 3: L3_Uplink 2: MM Type 0x12 (AUTHENTICATION REQUEST) CKSN, RAND MM Type 0x14 (AUTHENTICATION RESPONSE) SRES RR Type 0x35 (CIPHERING MODE COMMAND) RR Type 0x32 (CIPHERING MODE COMPLETE) Setup (CC) L3_Downlink 15: a0 5c f6 L3_Uplink 2: L3_Downlink 8: 06 2e 0c L3_Uplink 3: CC Type 0x05 (SETUP) : numéro appelant ( ) CC Type 0x08 (CALL CONFIRMED) RR Type 0x2e (ASSIGNMENT COMMAND) RR Type 0x29 (ASSIGNMENT COMPLETE) Disconnect (CC) Résumé L3_Uplink 2: L3_Downlink 5: ea 90 L3_Uplink 2: 83 2d L3_Downlink 6: 03 2a ea 90 L3_Downlink 3: 06 0d 00 CC Type 0x01 (ALERTING) CC Type 0x25 (DISCONNECT) CC Type 0x2d (RELEASE) CC Type 0x2a (RELEASE COMPLETE) PAGING REQUEST (RR) PAGING RESPONSE (RR) AUTHENTICATION REQUEST (MM) AUTHENTICATION RESPONSE (MM) CIPHERING MODE COMMAND (RR) CIPHERING MODE COMPLETE (RR) SETUP (CC) CALL CONFIRMED (CC) ASSIGNMENT COMMAND (RR) ASSIGNMENT COMPLETE (RR) ALERTING (CC) DISCONNECT (CC) RELEASE (CC) RELEASE COMPLETE (CC) CHANNEL RELEASE (RR) RR Type 0x0d (CHANNEL RELEASE) Changement de cellule serveuse : 1 - Intracellulaire 2 - Intercellulaire 3 - Intra C 4 - Inter C 5 - Inter réseau Handovers PLN M 1 RTCP PLN M 2 C A C B C D Handover intra C (1) (3) Handover required C (5) Handover BSC 0 request ACK BSC 1 (2) Rapport de mesure (4) Handover request BSC 1 BSC 2 BSC 3 BSC 5 BTS 0 BTS 1 1 BTS BTS 2 BTS 3 BTS 4 5 BTS (1) Rapport de mesure 35 36

7 Handover intra C (2) Handover intra C (3) C BSC 0 BSC 1 (6) Handover command BTS 0 BTS 1 (8) Handover access (7) Handover command (11) Handover detect (9) Physical infos (10) Handover detection (16) RF channel release (14) Clear C command (15) Clear BSC 0 complete BSC 1 (17) RF channel release ACK BTS 0 BTS 1 (12) Handover complete (13) Handover complete La sécurité L authentification En matière de sécurité, trois notions sont importantes : L authentification La confidentialité L intégrité Trois algorithmes A3, A5 et A8 + SIM AuC Ki (128 bits) RAND (128 bits) II A3 Ki A3 SRES (32 bits) Comparaison Le chiffrement Répartition des paramètres sur le réseau + SIM Ki (128 bits) RAND (128 bits) A8 Kc (64 bits) Données (114 bits) A5 COUNT (22 bits) BLOCK1 (114 bits) Données chiffrées (114 bits) Le contient les algorithmes A3, A5 et A8, et la clé Ki. Il sauvegarde les valeurs de Kc, CKSN,TI et LAI. Le C/BSS conserve l algorithme A5. L AuC contient les algorithmes A3, A8 et les enregistrements de II, Ki. La base VLR conserve enregistrements de II, TI, LAI, CKSN, Kc, RAND et SRES. La base HLR peut contenir un certain nombre des enregistrements du VLR

8 Références [1] BDT, MANUEL SUR LE DÉVELOPPEMENT DES COMMUNICATIONS MOBILES, ITU 1997 [2] Sami TABBANE, Réseaux mobiles, HERMES 1997, ISBN X [3] Vijay K. GARG, IS-95 CDMA and cdma2000, Prentice Hall 2000, ISBN [4] Roger L. FREEMAN, Radio System Design for telecommunications, Wiley-Interscience 1997, ISBN

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