Téléphonie Mobile. GPRS General Packet Radio Service (2,5G) LP R&T RSFS - Département R&T

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1 Téléphonie Mobile GPRS General Packet Radio Service (2,5G) LP R&T RSFS - Département R&T

2 Introduction Technologie GPRS : General Packet Radio Service Basée sur la norme GSM Transmission par paquets, en mode non connecté Allocation des ressources au «coup par coup» Taxation sur le volume de données échangées (en kbits) Objectif : accès mobile aux réseaux IP 2

3 Architecture matérielle Deux réseaux en parallèle GSM : services classiques relatifs à la voix GPRS : transport des données Utilisation commune des équipements de la BSS (mêmes bandes de fréquences) Séparation des deux réseaux au niveau du NSS GPRS vers réseaux fixes de données ou autres GPRS GSM vers RTCP ou autres GSM Nouveaux équipements SGSN (Serving GPRS Support Node) ~ MSC G-GSN (Gateway GPRS Support Node) ~ G-MSC Réseau fédérateur ou reseau coeur GPRS 3

4 Architecture matérielle RTCP Réseau GSM d un autre opérateur BSC G-MSC BSC MSC G-MSC Voix BSC MSC VLR HLR 4

5 Architecture matérielle RTCP Réseau GSM d un autre opérateur BSC G-MSC BSC MSC G-MSC Voix BSC Données Gb Gs SGSN MSC Gn Gr VLR Gc HLR Circuit de données GPRS Circuit de signalisation uniquement BSC Gn G-GSN BSC SGSN Réseau de données IP, X25, G-GSN Réseau GPRS d un autre opérateur 5

6 Nouveaux équipements SGSN (Nœud de service GPRS) Assure le routage et le transfert des paquets de données vers et depuis les mobiles GPRS Gère la mobilité Joue le rôle du VLR (stockage de données pour la localisation) Assure des fonctions de facturation et d authentification G-GSN (Nœud passerelle GPRS) Permet le routage vers et depuis les réseaux de données «externes» vers le SGSN du mobile GPRS concerné Stocke l adresse des SGSN courants des mobiles Assure des fonctions de facturation et d authentification. 6

7 Connexion entre nœuds GPRS Réseau Backbone GPRS Tous les GSNs sont reliés entre eux par un réseau IP Gi Gp Réseau PDP (réseaux de données X.25, IP ) Backbone Inter-PLMN Gp Gi G-GSN BG BG G-GSN Backbone Intra-PLMN * Backbone Intra-PLMN * SGSN SGSN PLMN A PLMN B SGSN SGSN * Réseau IP privé opérateur 7

8 Principe général de transmission de données BSC Réseau coeur GPRS MS SGSN MS Données Tunnel Backbone Intra-PLMN (réseau IP) G-GSN Encapsulation dans un datagramme IP SGSN et G-GSN ont une IP fixe dans le MS Données Chaque mobile a une adresse PDP compatible avec le réseau externe SGSN G-GSN : principe d encapsulation et mise en tunnel : protocole GTP (GPRS Tunnel Protocol) Réseau PDP IP, X25, 8

9 Architecture des protocoles Structuration en couches Séparation en deux plans : Plan de transmission : gestion de la transmission de données et sa signalisation associée Plan de signalisation : gestion de l échange de signalisation pure (mise à jour localisation, allocations ressources ) 9

10 Architecture des protocoles Plan de transmission (ou usager) Appli. PDP PDP SNDCP SNDCP GTP GTP LLC LLC TCP/UDP TCP/UDP RLC RLC BSSGP BSSGP IP IP MAC MAC Net. Service Net. Service L2 L2 GSM RF GSM RF L1 bis L1 bis L1 L1 MS Interface Um BSS (BTS+BSC) Interface Gb SGSN Interface Gn G-GSN 10

11 Architecture des protocoles PDP (Packet Data Protocol) : Protocole standard du réseau fixe de données auquel est connecté le G-GSN (IP, X.25) GTP (GPRS Tunnel Protocol) : Mise en place du tunnel pour le transfert de données G-GSN SGSN TCP/UDP (Transport / User - Datagram Protocol) : Assure le transport G-GSN SGSN avec / sans acquittement (X.25, transfert fiable / IP pas de transfert fiable) IP (Internet Protocol) : Assure l acheminenement des données G-GSN SGSN (encapsulation 11

12 Architecture des protocoles SNDCP (Subnetwork Dependent Convergence Protocol) : interface entre les protocoles standard de niveau 3 des réseaux fixes et les couches de niveau 2 des réseaux radiomobiles : assure le transfert des données MS SGSN. LLC (Logical Link Control) : Etablit des procédures de transfert d informations pour assurer une transmission fiable MS SGSN. Effectue aussi le cryptage. RLC (Radio Link Control) : role similaire au LLC mais pour MS BSS MAC (Medium Access Control) : Controle l accès au canal radio BSSGP (BSS GPRS Protocol) : transporte les informations de routage et de QoS BSS SGSN (~BSSMAP) 12

13 Architecture des protocoles Plan de signalisation (similaire au plan usager) SM (Session Management) : signalisation pour la gestion des sessions GMM (GPRS Mobility Management) : sign. pour la gestion de la mobilité SM GMM G SM S SM GMM G SM S GTP GTP LLC LLC TCP/UDP UDP RLC RLC BSSGP BSSGP IP IP MAC MAC Net. Service Net. Service L2 L2 GSM RF GSM RF L1 bis L1 bis L1 L1 MS Interface Um BSS (BTS+BSC) Interface Gb SGSN Interface Gn G-GSN 13

14 Mobilité Gestion inspirée du gsm : Mécanisme de mise à jour de la localisation Mécanisme de paging Zone de routage (Routing Area, RA) : plusieurs cellules par zone, sous-ensemble d une zone de localisation Toutes les cellules dépendent du même SGSN Zone de localisation Zone de routage 1 Zone de routage 2 14

15 Mobilité 3 états possibles pour le mobile appelés états GMM (GPRS Mobility Management) Connu par le SGSN dont le mobile dépend Mobile non joignable (localisation inconnue) Détachement du réseau (GPRS Detach) Etat IDLE Détachement du réseau (GPRS Detach) Mobile joignable Etat par paging STANDBY (localisée à la zone de routage près) Attachement au réseau (GPRS Attach) Expiration de la temporisation Transfert de données (montant ou descendant) Etat READY Mobile directement joignable (localisée à la cellule près) 15

16 Gestion de la localisation Mise en œuvre lors de GPRS Attach, changement de zone et périodiquement Mise à jour en état Standby A chaque changement de zone de routage (protocole GMM) Si la nouvelle RA dépend du même SGSN, celui-ci remplace simplement son identité (~intra MSC/VLR) Si la nouvelle RA dépend d un autre SGSN, transfert du profil de l abonné depuis le HLR vers le nouveau SGSN, et l ancien SGSN efface ces données (~inter MSC/VLR) Mise à jour en état Ready A chaque changement de cellule (protocole GMM) Idem en état Standby Arrêt du transfert de données ~5 secondes, durant lesquels le SGSN stocke les paquets arrivants avant de les renvoyer à la nouvelle cellule. 16

17 Contexte PDP Fonction Pour une session GPRS, un mobile active un contexte PDP contenant les caractéristiques de la session Permet au mobile GPRS d exister au niveau du réseau externe PDP : il peut alors émettre/recevoir des données Contenu Type de réseau utilisé (IP, X.25 PDP du mobile Fixe : assigné par l opérateur de manière permanente Dynamique assigné par le G-GSN durant la phase d IP du SGSN courant (utilisé pour le tunneling depuis le G-GSN) Stockage MS, SGSN courant, G-GSN concerné. 17

18 Liaison Radio Canal physique : idem GSM Répétition d un timeslot sur trames TDMA : Canal physique Trame TDMA Dans une cellule, ressource partagée entre GSM et GPRS : un canal physique est soit GSM soit GPRS. Différence avec le GSM : Réservé uniquement lors de transfert (donc partagé entre pls mobiles) Possibilité de réserver jusqu à 8 TS d une trame TDMA pour un seul mobile => débit plus élevés Les TS sont alloués de façon indépendante en UL et en DL => transmisssion asymétrique 18

19 Liaison Radio Un canal physique configuré en GPRS est appelé PDCH (Packet Data CHannel Canal logique : similaire au GSM Canaux de trafic et de contrôle associés Canaux de diffusion et de contrôle commun 19

20 Liaison Radio 4 niveaux de codage de canal (selon qualité de transmission) CS-1 : 9,05 kbits/s CS-2 : 13,4 kbits/s CS-3 : 15,6 kbits/s CS-4 : 21,4 kbits/s Permet le trafic point-à-point et point-à-multipoint Débit GPRS : Débit théorique de 8x21,4 = 171,2 kbits/s 20

21 Liaison Radio Echange de PDU RLC/MAC Transmission d un PDU en un bloc de 4 bursts normaux (=GSM) 4 tailles possibles selon le codage canal Couche RLC/MAC En-tête Données Couche Physique Un bloc de données Codage canal (+ entrelacement) 21

22 Limites Les opérateurs utilisent uniquement En pratique, utilisation des codages CS-1 et CS-2 configurations «3+1» et «4+1» 3 ou 4 TS en voie descendante 1 TS en voie montante Les en-têtes ne sont pas pris en compte dans les débits annoncés! => En pratique débit max (sens descendant) : 4*12=48 kbits/s Saturation des bandes de fréquence du GSM 22

23 Téléphonie Mobile EDGE Enhanced Data for GSM Evolution 2,75G

24 EDGE Principales caractéristiques EDGE : Enhanced Data for GSM Evolution Principe Modulation 8PSK au lieu de GMSK à 2 états (GSM, GPRS) => débits multipliés par 3 Débits EDGE+GSM : un circuit de données => 43,2 kbits/s / canal physique EDGE+GPRS : 59,2 kbits/s / canal physique (en mode paquet) Limites (~ GPRS) capacités fréquentielles mêmes équipements que pour le GSM => Vers une nouvelle norme : la 3G! 24