Introduction à la téléphonie mobile Notions sur la téléphonie cellulaire Tana Guindeba ingénieur jr 1 Avril 2014
Téléphone mobile Définition: GSM (Global System for Mobile Communication) est une norme élaborée dans les années 80 dans le but de définir les paramètres pour un réseau de communication cellulaire numérique. La norme GSM est universellement utilisée pour les réseaux de communication sans fil. Au Canada et aux EU, comme au Japon, il y a aussi la norme, CDMA (Code division multiple access). 2
Téléphone mobile Origine: Dès le début des années 70, les laboratoires de Bell aux USA ont eu l idée de mettre sur pieds un système radio mobile basé sur une structure cellulaire. Mais, c est dans les années 80 qu a été concrétisée la commercialisation de réseaux de téléphones cellulaires. Avant cette date, on avait que des études théoriques là dessus. 3
Pourquoi utiliser un cellulaire? Pour l abonné: Mobilité: Utilisable partout où il y a du signal autorisé Pratique: en contact avec tout le monde et à tout temps Utile lors des urgences (sur route par exemple) Fonctionnalités secondaires: musique, photos, vidéos, jeux Possibilité internet, info, actualité, applications, etc. Utilisation professionnelle (courriel, agenda, )..etc. Pour l operateur: Pas besoin de creuser le sol pour installer des câblages. Maintenance moins laborieuse Nombre accru de clients, comparé à une ligne familiale Vente de services à valeur ajoutée.etc. 4
Quelques terminologies SIM (Subscriber Identity Module): Module d identité d abonné (Il contient aussi des informations sur l abonnement). MS (mobile station): Équipement utilisé par l'usager du réseau pour accéder aux services de l operateur (mobile + SIM). IMEI (International Mobile Equipment Identity). Code unique identifiant l appareil, vérifié à chaque utilisation. Permet aussi de détecter un téléphone déclaré perdu ou volé. Peut être obtenu en composant: *#06# IMSI (International Mobile Subscriber Identity): identification unique de l abonné (15 chiffres: pays/réseau/appareil) BTS (Base Transceiver Station): Émetteurs-récepteurs, relais (stations de base, on les voit sur les tours, les montagnes,.) BSC (Base Station Controller): Concentrateurs de stations de Bases (contrôle un ensemble de BTS) 5
Quelques terminologies MSC (Mobile Switching Center): Centre de commutation mobile (gère les BSC, le traitement des appels de A à Z, un élément central du réseau qui fait beaucoup de contrôles). EIR (Equipment Identity Register): Enregistreur d'identité de l équipement ( liste des mobiles/imei autorisés) HLR (Home Location Register): Base de données de localisation et de profiles des abonnés. VLR (Visitor Location Register): Base des abonnés de visiteurs (Localisation courante, même ceux hors de leur localité) AUC (Authentication Centre): Centre d authentification (base de données pour protéger le réseau contre les fraudeurs, se trouve généralement au niveau du HLR, héberge les NIP). 6
Architecture de réseau GSM voici à quoi ressemble un réseau mobile à la base. Le GMSC dirige les appels en provenance ou en direction de l extérieur du réseau Source image: www.efort.com 7
Opérateur de réseau mobile Compagnie offrant des services de téléphonie mobile et autres services comme l accès au net. L usager accède au réseau cellulaire de l opérateur moyennant une carte SIM qu il insère dans un appareil mobile (téléphone, tablette, pagette, ). Nous avons principalement deux catégories d'opérateurs de mobile: Ceux qui possèdent leur propre infrastructure, appelés MNO (Mobile Network Operators), pour operateurs de réseau mobile. Et ceux qui louent et revendent des portions de réseaux des premiers sous leur propre marque, appelés opérateurs de réseau mobile virtuel MVNO (Mobile Virtual Network Operators) 8
Opérateur de réseau mobile Au Canada, comme MNO on peut citer: Bell, Rogers, Telus, Comme MVNO au Québec nous avons, entre autres: Virgin Mobile, Solo Mobile : qui utilisent le réseau de Bell Fido, ChatR : qui utilisent le réseau de Rogers Koodo, Public Mobile : qui utilisent le réseau de Telus La bande de fréquence utilisable pour être MNO est limitée, je pense qu au Canada tout le spectre est attribué. Il faut au préalable obtenir une License d exploitation pour pouvoir être operateur. 9
Cellules téléphoniques La région que couvre un système cellulaire (présence de signal) est divisée en cellules. Chaque cellule contient un ou plusieurs émetteurs-récepteurs (BTS) pour former une bande de fréquences. On a plusieurs types de cellules, en fonction de la taille de la zone, du nombre d abonnés, présence d obstacles, puissance du BTS, 1. Femtocellules: (en mètres) 2. Picocellules: (dizaines de mètres) 3. Microcellules: (zone urbaine, courtes antennes ) 4. Macrocellules: (zone urbaine, longues antennes) 5. Megacellules: Satellites (centaines de kms) 10
Mobile: mise en marche À la mise sous tension du cellulaire, les opérations suivantes sont exécutées parmi d autres: 1. Validation de la carte SIM à travers le code secret (code PIN), si cette fonctionnalité est activée. 2. Le récepteur du GSM balaie les canaux de la bande GSM et mesure le niveau du signal reçu sur chaque canal 3. Le mobile repère le signal le plus forts 4. Le mobile récupère les infos sur la cellule et le réseau. Il transmet à la BTS des informations d identification pour la mise à jour de la localisation. (VLR/HLR) 5. Mise en route terminée, le mobile se met en mode veille et effectue un certain nombre de routines : 11
Mobile: Routines en marche 1. Lit fréquemment le PCH (Paging channel) qui indique un éventuel appel entrant. 2. Lecture des canaux de signalisation des cellules voisines 3. Mesure du niveau des canaux de diffusion (BCH) des cellules voisines pour la mise en route éventuelle d une procédure de handover (transfert intercellulaire). On voit que, même sans communication, le portable effectue des taches en continue. Certaines opérations consomment la batterie, telles que les mesures de signal, les Handover,. 12
Mobile: Réception d un appel Quand quelqu un compose le numéro d un abonné mobile: 1. L appel est dirigé vers le MSC le plus proche qui recherche l'imsi dans le HLR et la localisation du mobile dans le VLR. 2. Le MSC le plus proche du mobile fait diffuser dans la zone de localisation (plusieurs cellules) un message à l'attention du mobile demandé. 3. L'appelé est identifié grâce à la carte SIM 4. Le mobile reçoit du BTS la commande de sonnerie 5. L abonné décroche et la communication s établit. 13
Mobile: Émission d un appel Le mobile fait une requête d appel au MSC à travers le BS et le BSC. Voila comment: 1. L abonné compose un numéro de téléphone 2. La demande arrive à la BTS qui desserve sa cellule courante 3. Passe le BSC pour atteindre le MSC (commutateur du réseau) 4. L identification et le contrôle des droits de l usager se font 5. L appel est transmis vers le réseau public (si la destination est sur un autre réseau) 6. D autres parcours (MSC - BSC - BTS) à destination, selon la distance de la cellule de destination, entre autres. 7. Sonnerie et décrochage destinataire puis l établissement de la communication. 14
Mobile: En déplacement En cours de déplacement, il peut arriver qu on change de cellule (transfert intercellulaire). Ce qui nécessite des réactions de la part des équipements du réseau, pour pouvoir maintenir la communication en cours ou la connexion réseau. Selon l ampleur du déplacement, le BTS, le BSC et même le MSC peuvent être plus ou moins impliqués. Sans aller trop dans les détails, il faut noter la possibilité de perte de communication partielle ou totale durant un déplacement en fonction des canaux disponibles et de la technique utilisée pour changer de BTS. Il peut y a voir un transfert inter systèmes, quand on change de MSC. Dans ce cas on parle de la fameuse «longue distance» que j ai dénoncée auprès du CRTC. 15
Mobile: En déplacement En transfert inter systèmes, on peut aussi devoir changer d opérateur. Dans ce cas, on parle de roaming (itinérance). Par exemple, en zone non couverte par son operateur, comme à l étranger. Certains pays sont avancés plus que d autres en matière de gestion du roaming (en avantage client), comme par exemple: Au Mali, les abonnés d un opérateur peuvent recevoir des appels sans frais supplémentaires étant au Sénégal, en Guinée Bissau, en Côte d'ivoire, au Niger,. En Italie un abonné qui se rend en Allemagne, Irlande, France ou en grande Bretagne, bénéficie d un certains nombre d avantages (pas de frais de roaming) d un operateur qui couvre aussi ces pays. 16
Équipement: BTS gsmweb.cz itiltd-india.com Certains operateurs versent des frais aux occupants des immeubles supportant leurs BTS. 17 wikimedia.org
Équipement: BSC Images de BSC privateline.com 18 telcomstar.com
Équipement: MSC Un MSC avec son support. wordpress.com 19 Une bonne partie des fonctions du réseau se font au niveau du MSC
Conclusion Ainsi prend fin ce tour sur la téléphonie mobile. J ai fait de mon mieux pour que ce soit moins technique et compréhensible du grand public. Il faut retenir: À un moment donné, on se trouve dans une cellule desservie par un émetteur-récepteur au moins. Au démarrage, un cellulaire cherche un bon signal accessible, se déclare pour être inscrit dans un HLR ou VLR. En mouvement, on peut changer de BTS, de BSC et même de MSC. Ce qui peut causer une coupure de communication, une perte de quelques paroles ou surcharge de travail au réseau. Les liaisons entre le mobile et les BTS se font par ondes radio. Les données (SMS, MMS,..) suivent les même voies que la voix, tous deux codés au départ et décodés à l arrivée 20
Conclusion Les équipement sont dotés de micro programmes (logiciels). Il sont contrôlés et supportés par des machines serveur roulant sur des systèmes d exploitation comme linux-unix. Les operateurs abusaient en nous faisant payer les «longues distances» effectuées sur leurs propres réseaux. Il est inutile de vouloir utiliser un téléphone volé et déclaré En plus de pouvoir écouter, les autorités peuvent retracer la position de l usager d un mobile L avancée technologique comme l arrivée du Protocol IP en téléphonie apporte d autres notions qui ne sont pas couvertes dans cette présentation. Tana Guindeba Québec, Canada 21
Merci! Alphabet dogon, Mali 22