Analyse de GPRS version : 1.0 Nom(s) Auteur Co-Auteur R. Cavagna, Stagiaire ENST Bretagne X. Lagrange, ENST Bretagne Nature des modifications Date Version Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 1
Sommaire 1 Architecture générale... 4 1.1 Introduction... 4 1.2 L architecture de GPRS... 4 1.3 Les terminaux dans GPRS... 6 2 La pile protocolaire... 8 2.1 Le plan de transmission... 8 2.1.2 Les couches physiques... 9 2.1.3 L interface Gn... 9 2.1.4 Le lien entre le SGSN et le PCU... 9 2.1.5 Le lien entre le PCU et la MS... 9 2.1.6 Le lien entre le MS et le SGSN... 10 2.2 Le plan de signalisation... 10 3 La transmission sur l interface radio... 13 3.1 Le canal physique... 13 3.1.1 Le canal Packet Data Channel (PDCH)... 13 3.1.2 La multitrame dans GPRS... 14 3.2 Les canaux logiques paquets... 14 3.2.2 Les canaux communs... 15 a) Le Packet Random Access Channel (PRACH )... 16 b) Le Packet Access Grant Channel (PAGCH )... 16 c) Le Packet Paging Access Channel (PPCH )... 16 d) Le Packet Notification Channel (PNCH )... 16 e) Le Packet Broadcast Control Channel (PBCCH )... 16 3.2.3 Les canaux dédiés... 17 a) Le Packet Data Tranfert Channel (PDTCH ou )... 17 b) Le Packet Associated Control Channel (PACCH ou )... 17 c) Le Packet Timing Control Channel (PTCCH ou )... 17 3.3 Le codage des données... 17 3.3.2 L encodage CRC... 18 3.3.3 L encodage convolutionnel... 18 3.3.4 Les schémas de codage dans GPRS... 18 4 L échange de données entre le MS et le SGSN... 21 4.2 Contexte PDP et flux de données... 21 4.3 la couche SNDCP... 23 4.3.1 Présentation... 23 4.3.2 Structure du PDU SNDCP... 23 4.4 La couche LLC... 24 4.4.1 Structure de la trame LLC... 24 4.4.2 Les modes de fonctionnement... 26 a) Le mode ADM... 26 b) Le mode ABM... 26 4.4.3 Le transfert des données... 27 a) Le transfert des données sans acquittements... 27 b) Le transfert des données avec acquittements... 28 c) Les classes de services... 31 Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 2
4.4.4 La négociation des paramètres... 32 a) Les paramètres négociables... 32 b) Le mécanisme de négociation... 34 4.4.5 Récapitulatif sur la taille des PDU LLC... 36 4.5 La couche MAC/RLC... 36 4.5.1 Structure du bloc MAC/RLC... 37 4.5.2 Taille des blocs de données MAC/RLC... 38 4.5.3 Le transport des PDUs LLC... 39 4.6 Exemple du transport d un paquet IP de 1500 octets... 40 5 les mesures faites par le mobile... 42 5.1 Les grandeurs mesurées... 42 5.2 La qualité du signal... 43 5.3 Les traitements effectués... 43 5.3.1 Le filtrage des mesures... 43 5.3.2 Le calcul de la variance et du coefficient de variation... 44 Annexes A : Structure des blocs MAC/RLC... 45 5.4 Le lien montant... 46 5.5 Le lien descendant... 47 5.6 Glossaire des champs contenus dans les blocs MAC/RLC... 48 Références... 50 Glossaire... 51 Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 3
1 Architecture générale 1.1 Introduction Le service GPRS définit une architecture de réseau à commutation par paquets avec gestion de la mobilité et accès par voie radio. Un réseau GPRS comprend des abonnées propres, mobiles ou fixes, et peut être relié à divers réseaux de données fixes reposant sur divers protocoles : IP (Internet Protocol) mais aussi X25, protocole orienté connexion de l ITU (Internationnal Telecommunication Union). Le protocole réseau, quel qu il soit, est désigné sous le terme générique de PDP, Packet Data Protocol. Par extension, le réseau est appelé réseau PDP. Plusieurs réseaux GPRS peuvent être reliés entre eux et offrir un service d itinérance. Un des intérêts de GPRS est de profiter du multiplexage statistique dans le BSS par l utilisation de la transmission par paquets sur la voie radio. Les recommandations permettent l utilisation de plus d un slot par trame TDMA et autorisent donc des débits instantanés théoriquement jusqu à 171,2 kbit/s. 1.2 L architecture de GPRS Cellule couverte par la BTS A VLR MSC D RESEAU GSM ISDN PSTN MS MS MS Um BTS Abis BSC TCU Ater Agprs PCUSN Gb Gd SGSN Gs Gf Gr Gn tunnel HLR GGSN Gc Gn Gi PSPDN SGSN SMC EIR RESEAU GPRS PLMN [D après LGT 00] Figure 1.1. L architecture de GPRS La figure 1.1 présente les différents éléments qui constituent l architecture du réseau GPRS. On constate que le Mobile Station (MS) communique avec le Base Tranceiver station Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 4
(BTS) via l interface radio Um. Le BTS est un émetteur / récepteur contenant un minimum d intelligence pour faire l interface entre les MSs et le Base Station Controler (BSC). Le BSC permet une première concentration des circuits et est reliée via l interface Abis aux BTSs qu elle commande. Cet équipement gère la ressource radio dans le cas des handover ou de l allocation d un canal pour un appel. Pour ce qui est de l architecture commune avec le réseau GSM, on retrouve le lien Ater entre la BSC et le Transmission Control Unit (TCU) et le lien A entre le TCU et le Mobile Stwitching Center (MSC). Les MSC sont des commutateurs qui sont en général associés aux Visitor Location Register (VLR). Les VLRs contiennent pour tous les abonnés présents dans le territoire desservi par le MSC, leurs profils et la zone de localisation où ils se trouvent. Les MSCs permettent de gérer les appels de départs et d arrivées. Le MSC est relié au réseau fixe via l interface D. Le dernier élément commun que l on retrouve est le Home Location Register (HLR) qui est un enregistreur de localisation nominal. Cet équipement est la base de données de localisation et de caractérisation des abonnés du réseau. L architecture spécifique GPRS est constituée du Packet Control Unit System Node (PCUSN) qui est relié au BSC via le lien Agprs. Cet équipement contient le Packet Control Unit (PCU) qui permet de faire le relais au niveau de la couche LLC entre le SGSN et la MS. Sa fonction principale est de gérer les canaux et le contrôle de la ressource radio. En réalité, comme on le montre dans la figure 1.2. le PCU peut se situer dans le BTS, le BSC ou dans un équipement indépendant (PCUSN) Le lien Gb permet de faire la liaison entre le PCUSN et le Serving GPRS system Node (SGSN). Ce nœud de service dans GPRS est un routeur (relié à une ou plusieurs BSS) qui gère les terminaux dans une zone donnée. Le CCU est une partie du BTS qui gère principalement la couche physique, en particulier l entrelacement et le codage correcteur d erreur. Gb CCU CCU PCU BSC SGSN A CCU CCU BSC PCU SGSN B CCU CCU BSC PCU SGSN C Um Abis Gb [D après BAT 01] Figure 1.2. les différentes positions du PCU Le SGSN est relié via l interface Gr, Gd, Gf et Gn respectivement au HLR, au Short Message Control (SMC), à l Equipment Identity Register (EIR) et au Gateway GPRS System Node (GGSN). Le SMC permet l envoi de messages SMS via le réseau GPRS. Le EIR est une Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 5
base de données où sont stockées les identités des terminaux mobiles. Elle permet par exemple de d établir les listes noires contenant les numéros des terminaux volés. Un tunnel est créé entre le GGSN et le SGSN pour transporter les protocoles de couches supérieures qui arrivent via le GGSN. En effet le GGSN est un nœud passerelle dans GPRS, il fonctionne comme un routeur relié à un ou plusieurs réseaux de données (éventuellement GPRS) qui permet aux paquets venant des réseaux externes d être acheminés vers le SGSN du destinataire. Il est également capable d envoyer les paquets sortant vers le réseau de données adéquat. Les interfaces Gn, Gi et Gc permettent respectivement de relier le GGSN a des SGSN du réseau, aux réseaux de données comme Internet et au HLR. 1.3 Les terminaux dans GPRS Dans cette partie nous allons faire quelques rappels sur les différentes caractéristiques des terminaux qui fonctionnent sur le réseau GPRS. Trois classes de terminaux sont proposées dans GPRS, les terminaux de : classe A : qui permettent à GSM et GPRS de fonctionner en même temps, classe B : qui permettent à GSM ou GPRS de fonctionner alternativement (bi-mode, c est à dire qu on ne peut se servir que d un service à la fois), classe C : qui permettent le choix a priori de GSM ou de GPRS (on ne peut se servir que d un service à la fois, mais le mobile peut écouter les deux réseaux en même temps). La figure 1.3. présente les différents états que peut prendre un mobile GPRS lorsque qu il fonctionne sur son réseau, c est à dire à partir du moment où il est allumé. Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 6
ready Attachement Time-out Détachement Transmission / Réception idle Détachement Stand-by Garde la synchronisation et gère l avance en temps [D après LGT 00] Figure 1.3. Les états GPRS MM (GMM) d un mobile GPRS On constate que pour effectuer des transmissions, celui-ci doit être dans l état ready. Cet état implique qu il se soit attaché préalablement et donc qu il ai quitté sa position idle initiale. Une fois qu il est attaché au réseau, pour le cas ou il n ait pas de transmission à effectuer (après l expiration du time-out), il se met dans la position standy pendant laquelle il garde la synchronisation et gère l avance en temps. Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 7
2 La pile protocolaire Dans cette partie on rappellera les différents éléments qui constituent la pile protocolaire dans GPRS. On tiendra compte des différentes positions possibles du PCU et on mettra en parallèle les éléments communs au réseau GSM. Les recommandations GSM/GPRS établissent un découpage des fonctions et une répartition de celle-ci sur divers équipements. La structuration en couche reprend ce découpage en respectant la philosophie générale du modèle OSI, même si la spécificité d un système radiomobile conduit à s éloigner de la structure classique en 7 couches. 2.1 Le plan de transmission La figure 2.1. rappelle les différents aspects de la structure protocolaire du plan de transmission de GPRS. On met en parallèle dans cette figure la partie du plan de transmission de GSM qui utilise les mêmes équipements que GPRS (i.e le BSS). On prend aussi en compte les différentes positions possibles du PCU dans le réseau GPRS qui sont représentée par A,B et C (cf figure 1.2.). Um Abis Ater MM BTS BSC TRAU A GSM GSM RF App. IP / X25 SNDCP LLC RLC MAC GSM RF A GSM RF L1 L1 L1 bis L1 bis MTP1 RLC MAC GSM RF L1 (CCU/PCU) GSM RF L1 (CCU) BSSGP FR GSM RF L1 (CCU) B L1 L1 RLC MAC L1 L1bis BSSGP FR L1 L1bis (PCU) C RLC MAC L1 BSSGP FR L1 bis SNDCP LLC BSSGP FR L1 bis GTP TCP,UDP IP L2 L1 GPRS IP / X25 GTP UDP,TCP PCUSN SGSN GGSN (PCU) Agprs Gb Gn Gi IP L2 L1 [D après LGT 00, BAT 01] Figure 2.1. La pile protocolaire de GSM et GPRS dans le plan de transmission La gestion du relais au niveau de la couche LLC entre le SGSN et la MS peut se faire à différents endroits : soit dans le BTS, soit dans le BSC, soit dans un équipement spécifique (le PCUSN). Suivant la position du PCU, les équipements intermédiaires effectueront ou non une commutation simple des données entre le SGSN et le PCU, puis entre le PCU et la BTS. Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 8
Pour ce qui est du plan de transmission dans GSM, tout ce passe au niveau de la couche physique. Dans l interface A et dans les interfaces qui suivent le Transcoder/Rate Adaptator Unit (TRAU) la parole est respectivement transportée dans des canaux à 64 kbit/s puis dans des canaux à 16 kbit/s. Le TRAU est un équipement, souvent près du MSC mais fonctionnellement intégré au BSC, qui réalise la conversion «parole numérisée a 13 kbit/s» «parole numérisée à 64 kbit/s» et une partie de l adaptation de débit pour les données utilisateur. En effet dans les canaux à 16 kbit/s, la parole n utilise en réalité que 13 kbit/s. 2.1.2 Les couches physiques Les couches L1, L1bis et GSMRF définissent l ensemble des moyens de transmission et de réception physique de l information. Sur l interface Abis, la transmission est numérique, le plus souvent sur des voies de 64 kbit/s (une ou plusieurs liaisons MIC à 30 voies). Sur l interface radio (Um) cette couche est plus compliquée du fait des nombreuses opérations à effectuer : codage correcteur d erreur, multiplexage des canaux logiques, mesures radio à effectuer. 2.1.3 L interface Gn Entre le SGSN et le GGSN, un tunnel est crée pour transporter les protocoles des couches supérieures. Ce tunneling est possible grâce au protocole GPRS Tunnel Protocol (GTP) qui s appuie soit sur TCP (Transport Control Protocol) pour permettre le transport des données avec acquittements, soit sur UDP (User Datagram Protocol) pour permettre le transport de données sans acquittements. La norme requiert que les deux types de protocoles soient disponibles entre le SGSN et le GGSN dans le plan de transmission. Les PDUs GTP sont encapsulés dans des PDUs TCP ou UDP, eux même encapsulés dans des datagrammes IP (pour l instant IPv4 et à terme IPv6) qui contiennent les adresses des SGSNs et des GGSNs concernés. Ce niveau réseau ne s occupe que de l acheminement au sein du réseau fixe GPRS. 2.1.4 Le lien entre le SGSN et le PCU Entre le SGSN et le PCU le protocole BSS GPRS Protocol (BSSGP) permet principalement une gestion coordonnée de la localisation entre GPRS et GSM-circuit. Ce protocole a un rôle similaire au protocole BSSMAP et il transporte des informations de routage et de qualité de service entre le PCU et le SGSN. Il permet aussi la retransmission automatique des trames par le PCU et assure que le PCU est transparent aux données utilisateurs GPRS. 2.1.5 Le lien entre le PCU et la MS Entre le PCU et la MS deux couches protocolaires assurent un service liaison de données: Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 9
la couche Medium Access Control (MAC) gère l accès au canal radio. Elle alloue des ressources aux mobiles seulement quand ils ont des données à transmettre et elle permet un multiplexage statistique. la couche Radio Link Control (RLC) assure un service liaison de données entre le MS et le PCU. Elle peut apporter une fiabilisation de la liaison radio. Les couches RLC et MAC interagissent étroitement et sont spécifiées dans la même recommandation, ce qui rend la séparation MAC/RLC un peu factice. 2.1.6 Le lien entre le MS et le SGSN La couche de convergence Subnetwork Dependant Convergence Protocol (SNDCP), a pour objet la réutilisation des protocoles standard développés pour les réseaux fixe de données tout en ayant des couches inférieures qui sont spécifiques aux réseaux radiomobiles. A ce titre, SNDCP effectue une compression et une segmentation des PDUs de niveau réseau (appelé PDU PDP). Enfin, entre la MS et le SGSN on retrouve la couche Logical Link Control (LLC) qui permet la liaison entre ces deux équipements. Elle assure, entre autres, le chiffrement pour GPRS. La particularité de LLC réside dans la gestion évoluée des acquittements. Elle prend aussi en charge le chiffrement spécifique à GPRS. Celui-ci reprend les principes du chiffrement de GSM-circuit avec une clé de 64 bits et un algorithme de chiffrement utilisant un compteur sur 32 bits incrémenté à chaque nouvelle trame LLC. Le protocole LLC dispose de trois modes : - le mode protégé sans acquittements où la redondance de contrôle porte sur l ensemble de la trame mais où il n y a pas de répétition en cas de perte ou d erreur sur la trame, - le mode non protégé sans acquittements où la redondance porte seulement sur l en-tête. - le mode avec acquittements où les retransmissions en cas d erreur sont gérées. 2.2 Le plan de signalisation La figure 2.2. rappelle les différents aspects de la structure protocolaire du plan de signalisation de GPRS. On remarque qu au niveau du réseau d accès les couches inférieures à SNDCP sont communes aux plans de signalisation et de transmission. Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 10
SMS/ MSC MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 MTP1 Gd SGSN MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 MTP1 Gr MSC/ BSSAP+ SCCP VLR Um MS MTP3 MTP2 MTP1 Gb Gs BSSAP+ SCCP MTP3 MTP2 MTP1 GGSN GTP Passerelle IP-SS7 MAP GTP TCAP UDP SCCP IP L2 L1 MTP3 MTP2 MTP1 MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 MTP1 Gi Gc HLR SM G SMS GMM LLC RLC MAC GSMRF RLC MAC GSMRF BSS BSSGP FR L1bis SM G SMS GMM LLC BSSGP FR L1 bis GTP UDP IP L2 L1 UDP IP L2 L1 Gn PSPDN [D après LGT 00] Figure 2.2. le plan de signalisation dans GPRS Les liens Gr et Gc (Gc est optionnel) relient respectivement le SGSN et le GGSN au HLR (via éventuellement une passerelle IP-SS7 pour le GGSN). Le lien Gs (optionnel) relie le MSC au SGSN. Entre ces deux équipements, le protocole BSS Application Part + (BSSAP+) qui est une adaptation de BSSAP permet des applications simultanées entre GPRS et GSM. En effet, lorsque qu un réseau combine le mode circuit et le mode paquets, il est nécessaire que le SGSN dialogue avec le MSC/VLR pour coordonner la gestion de la localisation. De plus, il peut être efficace, lors d un appel circuit vers un mobile d utiliser l appel en diffusion (paging), géré par le SGSN. Le lien Gb relie le PCU et le SGSN. Le relais de trames est utilisé entre ces deux équipements. Entre le SGSN et le GGSN (lien Gn), le protocole de tunneling GTP est utilisé pour transporter les protocoles des couches supérieures. On peut noter que dans le plan de signalisation on utilise uniquement le protocole de UDP pour transporter les données car il est plus simple. Enfin, le lien Gd permet de délivrer des messages SMS via le réseau GPRS. Le protocole Message Transfert Part (MTP) qui est l ensemble des trois couches basses du SS7 est implanté dans les MSC, VLR, HLR, SGSN et GGSN. Il permet de disposer d un réseau téléphonique national dédié à la signalisation, basé sur le principe du datagramme. La gestion de l itinérance nécessite l utilisation du protocole adaptatif Mobile Application Part (MAP), particulier au GSM. Pour offrir l itinérance internationale et rendre évolutif les formats des messages, les protocoles SCCP et TCAP sont utilisés dans les dialogues MSC/VLR-HLR, MSC/VLR-MSC/VLR, SGSN-SMS/HLR, SGSN-HLR et GGSN- HLR. Ils se placent dans la structure en couche entre le MAP et le MTP. Sur le réseau d accès, la couche réseau comprend deux sous-couches GPRS Mobility Management (GMM) et Session Management (SM). La couche SM est l équivalent de la couche CM de GSM-circuit. Elle permet au mobile de demander la mémorisation d un contexte PDP dans le SGSN ou le GGSN. Ainsi les paquets arrivant du réseau PDP externe Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 11
sont routés par le GGSN vers le SGSN sans consultation des bases de données de localisation. La couche GMM est l équivalent de la couche MM. Elle permet la gestion de l itinérance du terminal dans le réseau. Lorsqu un même réseau GSM comprend un service circuit et un service paquet, l itinérance peut être gérée de façon coordonnée. La couche SM est au-dessus de la couche GMM mais il n y a pas d encapsulation entre les couches. La couche GPRS Short Message Service (GSMS) assure l échange des messages court entre le mobile et le SGSN. Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 12
3 La transmission sur l interface radio Dans cette partie nous nous intéresserons plus particulièrement à l interface radio qui relie le MS et le BTS. La couche protocolaire utilisée pour faire le lien entre ces deux éléments est la couche Global System for Mobile Radio Frequency (GSM RF) qui utilise une technique d accès TDMA. Cette technique d accès permet à différents utilisateurs de partager une bande de fréquence donnée. Sur une même porteuse, les slots sont regroupés par paquets de 8 et chaque utilisateur en utilise un avec les terminaux monoslot ou plusieurs avec les terminaux multislots. Un «canal physique» est donc constitué par la répétition périodique d un slot dans une trame TDMA. Chaque slot accueille un élément de signal radioélectrique appelé burst. L utilisation d un canal physique plein étant trop coûteuse en ressources on définit des structures de multitrames qui permettent d allouer moins d un slot par trame. Un ensemble de slots dans une multitrame va donc permettre de transporter, avec une périodicité bien définie, un certain type d information de contrôle ou de signalisation. Cet ensemble de slots forme un «canal logique». Plusieurs schémas de codage permettent de transporter différentes tailles de SDU au niveau physique. Le débit utilisateur peut ainsi varier suivant la qualité du signal reçu. 3.1 Le canal physique 3.1.1 Le canal Packet Data Channel (PDCH) Une cellule supportant le GPRS doit allouer des ressources sur un ou plusieurs canaux physiques. Les canaux physiques partagés par les MS GPRS sont pris parmi l ensemble des canaux physiques disponibles dans la cellule. Cette allocation de canaux à des services de commutation se fait dynamiquement selon le principe de la capacité et de la demande. Un PDCH dans GPRS est donc un canal physique configuré pour GPRS. Il supporte une multitrame à 52 trames (soit 12 blocs) qui peut être allouée pour différents canaux logiques qui peuvent être communs ou dédiés. Un canal PDCH est dit «maître» lorsqu il contient au moins un canal contrôle commun, un canal de contrôle commun étant un canal partagé entre plusieurs mobiles. Dans le cas contraire il est dit «esclave» et il ne contient que des canaux dédiés à des mobiles en particulier. Les canaux PDCH esclaves peuvent être reconfigurés très rapidement en canaux GSM-circuit. Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 13
3.1.2 La multitrame dans GPRS 1 multitrame = 52 trames successives = 12 blocs radio de 4 trames TDMA + 4 trames (2 idle et 2 PTCCH) (12/13)*5*52 = 240 ms Bloc 0 Bloc 1 Bloc 2 Bloc 10 Bloc 11 0 ( ) 3 Trame PTCCH (12/13)*5 = 4,615 ms Trame idle Une trame TDMA est composée de 8 slots 0 1 2 3 4 5 6 7 1 slot = 156,25 bits T 577 µs Data F TB F Data F GB T = Tail (3 bits) F = Stealing Flag (1 bit) Data = (57 bits) TB = Training Bit ( 26 bits) GB = Guard Périod (8,25 bits) [D après LGT 00, BAT 01] Figure 3.1. La multitrame dans GPRS (voie montante ou descendante) La multitrame de base dans GPRS décrite dans la figure 3.1. est définie pour un même slot sur 52 trames successives. Elle est organisée en 12 blocs de 4 slots et permet donc la transmission de 12 PDU physiques. Les 4 slots restants sont utilisés pour permettre aux mobiles de scruter les voies balises des cellules voisines (slots idle) et pour transmettre les informations d avance en temps (slots PTCCH). Parmi les 12 blocs de la multitrame, chacun peut supporter un canal logique GPRS différent du suivant ou du précédent. Un slot fait une taille de 156,25 bits dont 114 sont des données, un bloc contient donc 114*4 = 456 bits de données. 3.2 Les canaux logiques paquets Les canaux logiques qui permettent une utilisation parcimonieuse de la ressource radio sont transportés dans un ou plusieurs canaux physiques configuré pour GPRS : les Packet Data Channel (PDCH). La notion de canaux logiques permet aussi de limiter les efforts de scrutation des équipements. En effet, un mobile doit par exemple être constamment à l écoute des informations transmises par la station de base. Pour lui éviter d écouter tous les slots de toutes les trames, on affecte à chaque slot d une multitrame (et sur une certaine porteuse) une fonction précise. GPRS utilise des canaux de broadcast spécifiques à GSM pour le réglage de la fréquence (Frequency Control Channel, FCCH) et de la synchronisation (Synchronisation Channel, TCH). Pour les autres besoins, deux familles de canaux logiques spécifiques à GPRS ont été définies. Ces canaux logiques peuvent être communs à plusieurs mobiles ou dédiés à un seul en particulier. Ils sont présentés dans la figure 3.2. Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 14
Canaux logiques Canaux communs Canaux dédiés Canaux de broadcast Canaux de contrôle communs Canaux de contrôle associés Canaux de trafic PBCCH Broadcast PPCH diffusion PNCH Notification PACCH Acquittement et Allocation PDTCH Trafic des données PRACH PAGCH PTCCH Accès aléatoire Allocation Avance en temps [D après BAT 01] Figure 3.2. Les canaux logiques assignés dans GPRS Les canaux logiques sont utilisés sur le lien montant (uplink, ) et (ou) sur le lien descendant (downlink, ). 3.2.2 Les canaux communs Un canal logique commun est simplex et partagé par un ensemble de mobiles. Dans le sens descendant, cela signifie que les données sont diffusées et que plusieurs mobiles peuvent être à l écoute du canal, si la cellule est suffisamment chargée. Ces données peuvent concerner le système dans son ensemble ou uniquement des mobiles qui doivent être réveillés (appel entrant) et qui ne disposent pas encore de canaux dédiés. Dans le sens montant, la fonction remplie par un canal commun est la fonction d accès multiple ALOHA slotté. Ainsi le slot supportant cette fonction d accès aléatoire (random access) est a priori disponible à un ensemble de mobiles. Chacun peut émettre et les collisions sont résolues par les méthodes statistiques de résolution et de contention. Les Packet Common Control Channels (PCCCH) de GPRS sont très proche des Common Control Channels (CCCH) de GSM. Quand il n est pas alloué dans la cellule, le transfert de paquet peut être initié par le CCCH. Les informations systèmes et les mécanismes d accès aléatoire peuvent donc utiliser les canaux logiques GSM-circuit : BCCH, PCH, RACH, et AGCH. Un canal logique supplémentaire appelé NCH, Notification Channel, a été introduit pour les appels de groupes, spécifiques aux services réseau d entreprise. L utilisation de ce canal est prévue pour la diffusion de données. Dans le cas contraire, Il est aussi possible d utiliser des canaux GPRS spécifiques pour toutes ces fonctions. Ils sont décrits ensuite. Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 15
a) Le Packet Random Access Channel (PRACH ) Le PRACH est une fonction qui est utilisée pour initier un transfert de données ou de signalisation. Le canal PRACH permet, suite à une demande sur celui-ci, d obtenir des informations d avance en temps. La MS se signale au réseau et fait sa demande de service via le canal PRACH. Cette requête ne peut être qu une requête pour un accès court (en une seule phase). Dans le cas d un accès en deux phases, une deuxième requête de demande d allocation devra être transmise sur le canal dédié Packet Associated Control Channel (PACCH). La particularité du canal PRACH est de supporter, en plus d un burst d accès aléatoire sur 8 bits commun à RACH, un deuxième burst d accès aléatoire sur 11 bits appelé extended random access burst. Ce format spécifique prend en compte p bits supplémentaires qui supportent la notion de priorité. b) Le Packet Access Grant Channel (PAGCH ) Le PAGCH permet la transmission des messages d allocation pendant la période d initialisation de la transmission en mode paquets. Si le mobile déjà est engagé dans une transmission de données, le message d allocation peut être envoyé sur le canal PACCH. Le canal PAGCH est transmis sur un burst normal. Pour un accès mono-phase ou pour un accès court, le PAGCH assigne plusieurs blocs. Dans le cas d un accès en deux phases, PAGCH assigne un seul bloc sur lequel la station mobile pourra envoyer ses demandes d accès. Ce canal correspondra au canal PACCH et il autorisera l allocation plusieurs de canaux pour le mobile. c) Le Packet Paging Access Channel (PPCH ) Le PPCH est transmis sur n importe quel burst et sert à mettre le mobile en veille dans sa zone pendant l attente de l assignement du Packet Data Transfert Channel (PDTCH). Cet assignement arrivera sur le canal Packet Acces Grant Channel (PAGCH) de la cellule dans lequel le mobile se trouve. Ce canal permet l appel en diffusion et est prioritaire sur le transfert de données. Par exemple si une diffusion est initiée pendant qu un mobile reçoit des données, il recevra la diffusion avant d avoir terminé son transfert. Ce canal suit les mêmes règles que le canal PCH dans GSM et il supporte l ensemble des appels en diffusion. d) Le Packet Notification Channel (PNCH ) Le PNCH est utilisé dans les communications en point à multipoint ou multicast (PTM-M). Dans GPRS phase II, c est un lien uniquement descendant qui permet d envoyer des avis de communication PTM-M avant que le transfert de données en PTM-M ne soit réellement effectif. Cet avis prend la forme d un message d allocation de ressources. e) Le Packet Broadcast Control Channel (PBCCH ) Le PBCCH permet la diffusion des informations systèmes selon les mêmes règles que le Broadcast Control Channel (BCCH) de GSM. L existence du PBCCH est indiquée dans le BCCH et si elle n est pas allouée, les informations système seront contenues dans le BCCH. Le PBCCH, comme le BCCH, ne saute pas en fréquence et il est transmis à puissance constante. Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 16
3.2.3 Les canaux dédiés Un canal logique dédié fourni une ressource réservée à un mobile. Celui-ci se voit attribuer dans une structure de multitrame une paire de slots (un en émission et un en réception) dans lequel il est le seul à transmettre et à recevoir. Dans la même cellule, aucun autre mobile ne peut transmettre ni recevoir dans le même slot à la même fréquence. Les canaux dédiés sont duplex (dans la pratique le canal PTCCH est le seul qui soit réellement duplex dans GPRS). a) Le Packet Data Tranfert Channel (PDTCH ou ) Ce canal bidirectionnel est utilisé pour la transmission des données. Il est mappé directement sur un des slots TDMA. Ce canal est dédié pour un ou plusieurs mobiles. Une station individuelle peut utiliser plusieurs PDTCH sur différents PDCH pour le transfert de données (au maximum 8). L allocation de ces slots peut se faire pour un groupe de mobile dans le cas d une transmission PTM-M. b) Le Packet Associated Control Channel (PACCH ou ) Ce canal est utilisé pour le transport des acquittements et le contrôle de puissance. Il sert aussi de support aux messages d allocation ou de réallocation de ressource. Le PACCH partage des ressources avec le PDTCH actuellement assigné à la MS. c) Le Packet Timing Control Channel (PTCCH ou ) C est un canal logique de contrôle utilisé pour la gestion de l avance en temps. La portion montante utilise des burst d accès aléatoires pour pouvoir faire une estimation de l avance en temps. La portion descendante transmet des informations d avance en temps à plusieurs stations mobiles. Pour ce qui est de l avance en temps dans le GSM, le récepteur estime l avance en temps qui est appropriée pour la réception des burst venant du MS. La taille des cellules, si on utilise une avance en temps d au maximum 63 bits, tend être limitée à 35 km de rayon. La durée d un bit étant de 3,65 ms. 3.3 Le codage des données Plusieurs schémas de codage permettent de transporter différentes tailles de SDU au niveau physique. Le débit utilisateur peut ainsi varier suivant la qualité du signal reçu. La figure 3.3. présente le principe général du codage dans GPRS qui s effectue dans le Channel Control Unit (CCU) de la BTS. Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 17
+ + Poinçonnage + + + + + CRC r bits µ bits de tail Bloc final de n(n1+µ )/k-p bits Bloc de i bits Bloc de i-3 bits USF protégé Code convolutionnel de tx k/n de p bits redondance Extraction des 3 bits de poids faible (USF sur voie descendante) Bloc de N1 bits N(N1+µ )/k [D après LGT 00] Figure 3.3. Principe général du codage de données dans GPRS On constate que c est un codage CRC couplé à un codage convolutionnel qui a été retenu. On les présentera succinctement dans les parties suivante avant de présenter les quatre schémas (CS-1,4) utilisés dans GPRS. Le codage CS-1 dans GPRS est identique au codage dans GSM, les codages CS-2,3,4 sont quant à eux spécifiques à GPRS. 3.3.2 L encodage CRC Les Cyclic Redundant Check (CRC) sont introduits d une manière quasi universelle dans les réseaux pour détecter des erreurs de transmission. Ils correspondent à l emploi de codes cycliques utilisés en détection d erreur seulement. Ils sont utilisés dans GSM et dans GPRS pour indiquer au récepteur la présence d erreurs non corrigibles par le code convolutionnel. Les codes cycliques sont spécifiés par des polynômes générateurs g(d) dont le degré correspond à la taille du CRC. 3.3.3 L encodage convolutionnel L encodage convolutionnel permet l abaissement du seuil C/I (rapport porteuse sur interférence) à partir duquel une liaison est de qualité acceptable. Les codes convolutionnels admettent un décodage relativement simple : «au maximum de vraisemblance». 3.3.4 Les schémas de codage dans GPRS Quatre schémas de codage sont prévus pour les données : si le C/I est fort, il est possible d utiliser une faible protection des données pour pouvoir disposer d un débit plus Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 18
important. Dans des conditions plus défavorables, il est nécessaire de protéger les données, ce qui limite les débits. La figure 3.4. rend compte des différentes caractéristiques de ces quatre schémas de codage. On constate donc que le CS-1 (Coding Scheme, CS) dispose de la meilleure protection ; il est identique aux canaux de contrôle (SDCCH, SACCH, BCCH, etc..) et donne un débit approximatif de 9,05 kbits/s. Schéma de codage Bloc de données de i bits Bits de poids faible (ou USF sur la voie descendante) USF protégé CRC r bits N1 µ k/n Sortie codeur convol. Bloc encodé Débit approximatif de la couche MAC en kbit/s CS-1 184 3 40 224 ½ 456 9,05 CS-2 271 3 6 16 290 4 ½ 588 456 13,4 CS-3 315 6 16 334 ½ 676 15,6 CS-4 431 12 16 456 1 456 21,4 [D après LGT 00] le débit approximatif est calculé sans tenir compte de l USF, On a donc (bloc de données i USF)/20 = débit approximatif Tableau 3.1. Paramètres de codage des données GPRS Chaque bloc contient, outre les données utilisateur, des bits USF (Uplink Status Flag). Ces indicateurs doivent être lisibles éventuellement par plusieurs mobiles, ils sont présents dans les blocs descendants et ils permettent d allouer le bloc suivant à un ou plusieurs mobiles en particulier. Ces indicateurs sont protégés de façon supplémentaire dans les schémas CS-2 à CS-4 lorsque les données sont le sont moins. Les débits indiqués correspondent à un utilisateur qui transmet dans les 12 blocs de la multitrame à 52 trames. La signalisation GPRS est transmise avec le schéma CS-1, les autres schémas sont utilisés pour le transport des données. Sur l interface Abis les données sont transportées dans par une ou plusieurs liaison MIC à 30 voies de 64 kbit/s chacune dans lesquelles on multiplexe quatre voies à 16 kbit/s, ces voies correspondent aux canaux B et D du RNIS et sont réparties en canaux de trafic et de signalisation. Typiquement les données sont donc transmises toutes les 20 ms dans une structure de trame à 320 bits [GSM 08.60]. La structure utilisée pour transporter de la voix à 13 kbit/s est donnée figure 3.5. D autres structures existent pour les données, la voix en AMR, etc Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 19
Octets pairs Octets impairs 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 Octets 0,1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Octets 2,3 1 C C C C C C C C C C C C C C C Octets 4,5 1 s s s s s s s s s s s s s s s 1 s s s s s s s s s s s s s s s 1 s s s s s s s s s s s s s s s 1 s s s s s s s s s s s s s s s 1 s s s s s s s s s s s s s s s ( ) 1 s s s s s s s s s s s s s s s 1 s s s s s s s s s s s s s s s 1 s s s s s s s s s s s s s s s Octets 37,38 1 s s s s s s s s s s s s s s s Octets 38,39 1 s s s s s C C C C C C T T T T C : bits de contrôle s : bits de données T : bits d alignement en temps [D après GSM-08.60 p10] Figure 3.4. Format de la trame de parole sur une voie à 16 kbit/s Quelque soit la structure utilisée pour transporter les données, les 16 premiers bits sont à 0 et les 16 suivants sont des bits de contrôle ( avec le premier bit à 1). On peut donc transporter au maximum 320 32 = 288 bits. Le débit maximal utile sur l interface Abis est donc de 288 bits toutes les 20 ms, soit 14,4 kbit/s. Pour les schémas de codage CS-1 à 4 les blocs de données font respectivement 184 bits, 271 bits, 315 bits et 431 bits. Les schémas de codage CS-3 et CS-4 ne peuvent donc pas être transportés sur l interface Abis actuelle (315 et 431 > 288 bits maxi). On peut noter que les schémas de codage sont différenciés grâce au drapeaux de préemption (stealing bits). Un bloc de données est transporté sur quatre burst qui comportent globalement 8 drapeaux. Les drapeaux sont tous à 0 pour le schéma de codage CS-1. Pour les autres schémas on utilise une combinaison de 0 et de 1. Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 20
4 L échange de données entre le MS et le SGSN Dans la plupart des systèmes modernes de transmission, les données sont structurées en messages, paquets, trames, blocs suivant le niveau ou on les considère dans cette chaîne. On considère, en rapport avec le modèle OSI, des unités de données (DU, Data Unit) qui sont des blocs d informations traités d un seul tenant par une entité ou une couche. Les Service Data Unit (SDU) sont des unités que la couche inférieure (N-1) accepte de gérer pour le compte d une couche supérieure. Les Protocol Data Unit (PDU) sont les unités de protocole qu une couche traite avec la couche correspondante à l autre extrémité. Très souvent le PDU d une couche correspond au SDU de la couche inférieure (N), mais l intérêt du modèle OSI est de spécifier les protocoles comme des dialogues entre entités d un même niveau. La figure 4.1. montre le cas particulier de la transmission d un paquet IP entre le MS et le SGSN. IP packet PH Information field IP layer PDU SNDCP SH Information field ( ) SH Information field 3 ou 4 octets SNDCP layer LLC frames FH Information field FCS ( ) FH Information field FCS LLC layer RLC blocks Primary Following block block BH Info. Field BCS BH Info. Field BCS ( ) FH= Frame Header FCS=Frame Check Sequence BH=Block Header BCS=Block Check Sequence PH=Packet Header SH=SN-PDU Header Normal burst Normal burst Normal burst Normal burst RLC/MAC layer last block BH Info. Field BCS BH Info. Field BCS Physical layer [D après LGT 00] Figure 4.1. Transmission d un paquet IP entre le MS et le SGSN Les paquets ou trames de la couche i sont encapsulés ou segmentés dans les trames de la couche i-1. Les différents entêtes sont conservé et placé dans les trames de manière à être réutilisé par les couches distantes correspondantes. L échange de données entre le MS et le SGSN concerne les couches protocolaires SNDCP, LLC et MAC/RLC. Dans cette partie, après avoir défini la notion de contexte PDP et de flux de données, on présentera ces différentes couches de manière à montrer les relations entre leurs différents PDUs / SDUs que l on illustrera par l exemple de la transmission d un paquet IP. 4.2 Contexte PDP et flux de données Un mobile peut supporter différents protocoles réseaux. De plus, l usager peut ouvrir plusieurs sessions réseaux avec des qualités de services différentes sur un même terminal. On Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 21
appelle contexte PDP, l ensemble des informations qui sont stockées dans le mobile, le SGSN et le GGSN pour permettre l échange de données avec un réseau PDP. La figure 4.2. montre les différentes correspondances qui sont faites dans les équipements du réseau GPRS pour identifier de manière unique les flux qui transitent entre les MS du PLMN et leurs cibles. Sur les liens on montre les identificateurs qui sont transportés. (TFI, canal PDCH )<=> TLLI MS TBF TFI PCU SGSN TLLI TID @ MSPDP <=> (IMSI,NSAPI) GGSN IMSI <=> TLLI @ MSPDP TID = IMSI + NSAPI Machine PDP Figure 4.2. Schéma général pour la transmission de données Entre une station de base et les mobiles GPRS actifs de la cellule, de nombreux échanges simultanés de données se déroulent. Chaque flux de données est appelé TBF (Temporary Block Flow). Un flux existe tant que l émetteur a en mémoire des données à transmettre même si, par manque de ressource, il n y a pas de transmission en cours. Un flux est repéré par un identificateur de TBF sur 5 bits : le TFI (Temporary Flow Identifier). Lorsque deux flux différents se partagent la même ressource, ils doivent avoir un TFI propre pour les différencier. Lorsque les flux sont sur des canaux disjoints, ils peuvent avoir éventuellement le même TFI. Un flux est identifié par le PCU de façon unique sur une cellule par son TFI et le ou les canaux physiques alloués pour transporter ce flux (PDCH(s)). L allocation d un flux se fait en adressant le mobile à l aide du Temporary Link Layer Identity (TLLI) qui lui fournit une identité temporaire. Vu du SGSN le mobile est identifié par son TLLI. Le GGSN n a pas connaissance du TLLI qui est local au SGSN. Pour se référer à un contexte PDP, le GGSN utilise le couple International Mobile Subscriber Identity / Network Service Access Point (IMSI, NSAPI) qui correspondent respectivement à l identité internationale contenue dans la carte SIM du mobile et au point d accès au service réseau utilisé. Ce couple est appelé TID (Tunnel Identifier) dans la norme. Le SGSN permet ensuite de faire la correspondance entre le TLLI et l IMSI, il identifie ainsi sans ambiguïté le contexte PDP grâce au couple (TLLI, NSAPI). Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 22
4.3 la couche SNDCP 4.3.1 Présentation La couche de convergence Subnetwork Dependant Convergence Protocol (SNDCP), a pour objet la réutilisation des protocoles standard développés pour les réseaux fixe de données tout en ayant des couches inférieures qui sont spécifiques aux réseaux radiomobiles. A ce titre, SNDCP effectue une compression et une segmentation des PDUs de niveau réseau (appelés PDUs PDP). La couche SNDCP permet donc le multiplexage de plusieurs PDU de différents réseaux PDP sur une même liaison LLC et la compression éventuelle de ces PDUs. L entité SNDCP peut utiliser l entité LLC en mode avec ou sans acquittement mais elle ne gère pas elle-même le mécanisme de répétition (ARQ) qui se fait au niveau LLC. La couche SNDCP permet aussi la négociation de plusieurs paramètres entre le mobile et le SGSN, comme les algorithmes de compression des données et des entêtes utilisés. La négociation se fait à l aide des trames LLC XID. 4.3.2 Structure du PDU SNDCP Les figures 4.3. et 4.4. présentent le format des PDUs SN-DATA et des PDUs SN- UNITDATA qui correspondent respectivement au mode acquitté et au mode non acquitté de la couche LLC. Bit 8 7 6 5 4 3 2 1 entête Oct 1 X F T M NSAPI 2 DCOMP PCOMP 3 Numéro du N-PDU en mode acquitté Segment de données [D après GSM 04.65] N Figure 4.3. Format du PDU SN-DATA (mode acquitté) Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 23
Bit 8 7 6 5 4 3 2 1 entête Oct 1 X F T M NSAPI 2 DCOMP PCOMP 3 Numéro du segment Numéro du N-PDU en mode non acquitté 4 Numéro du N-PDU en mode non acquitté (suite) Segment de données N [D après GSM 04.65] Figure 4.4. Format du PDU SN-UNITDATA (mode sans acquittements) Le bit F correspond à l indicateur de premier segment. Les bits X sont des bits supplémentaires. Les quatre bits DCOMP et les quatre bits PCOMP correspondent respectivement aux différents types de compression de données et de protocoles possibles (la valeur 0 correspond à l absence de compression). Le bit M est le bit More (si il est à 0, c est le dernier segment) et le bit T correspond au type de PDU (SN-DATA ou SN-UNITDATA). Enfin, le NSAPI correspond au point d accès réseau utilisé. La couche SNDCP rajoute un entête de 3 octets lorsqu on utilise LLC en mode acquitté et 4 octets lorsqu on utilise LLC en mode non acquitté (cf figures 4.3. et 4.4.). 4.4 La couche LLC Entre le MS et le SGSN, une couche protocolaire appelée Logical Link Control (LLC) assure un service liaison de données qui sert au transport des données et de la signalisation dans le plan de contrôle et dans le plan utilisateur. Le protocole LLC dispose de trois possibilités : la transmission protégée sans acquittements où une redondance de contrôle (FCS, Frame Sequence Check) porte sur l ensemble de la trame mais où il n y a pas de répétition en cas de perte ou d erreur sur la trame, la transmission non protégée sans acquittements où la redondance porte seulement sur l en-tête, la transmission avec acquittements où les retransmissions en cas d erreur sont gérées. La couche LLC peut aussi éventuellement assurer un service de chiffrement grâce à une clé de 64 bits et un algorithme de chiffrement utilisant un compteur de 32 bits. Dans la norme de nombreuses primitives de services sont définies pour les couches adjacentes. 4.4.1 Structure de la trame LLC La figure 4.5. présente de manière simplifiée la structure de la trame LLC. Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 24
1 octet 1 à 36 octets 8 7 6 5 4 3 2 1 PDC/R SAPI Type de trame, (+(N(S) et N(R)) Address Control Portée du FCS (mode non protégé) Entre 140 et 1520 octets (négociable) Données de couche supérieure Information Portée du FCS (mode protégé) 3 octets Frame Check Sequence FCS [D après GSM-04.64] Figure 4.5. Le format général de la trame LLC On distingue trois types de trames dans LLC (GPRS) : les trames (U) qui sont des trames de contrôle, les trames (S) qui sont des trames de supervision, les trames (I) qui sont des trames d information. Parmi les différents champs constituant ces trames (cf figure 1.16.), on retrouve : Un champ adresse sur un octet contenant : o un indicateur Protocol Discriminator (PD) pour confirmer que la trame est bien une trame LLC. o un indicateur C/R permettant de différencier les commandes des réponses. o un paramètre Service Access Point Identifier (SAPI) pour identifier le service proposé par l équipement à l entité protocolaire de niveau supérieur. Le SAPI 1 est utilisé pour la signalisation dans les réseaux GPRS, les SAPIs 2 et 8 servent au transport de la signalisation dans les réseaux non-gsm dans le cas d une itinérance internationale, le SAPI 7 sert au transport des SMS et les SAPIs 3, 5, 9 et 11 sont utilisés pour le transport des données. Ces quatre derniers SAPIs définissent quatre classes de services. Un champ contrôle qui permet de décrire le type de trame LLC. Suivant que la trame LLC est une trame de contrôle (U), de supervision (S) ou d information (I), sa taille peut varier entre 1 et 36 octets. Les trames UI permettent le transport des informations non acquittées, les trames I permettent de transporter des informations acquittées Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 25
(éventuellement en mode bitmap si on utilise des trames SACK I), les trames S et SACK S permettent de transporter les informations de supervision du mode acquitté et elles peuvent être combinées avec les trames d informations ( trames I+S ). Enfin les trames U permettent de paramétrage de la liaison et la gestion du mode équilibré. Un champ d information d une taille maximum négociable comprise entre 140 et 1520 octets. Un champ Frame Check Sequence (FCS) sur 3 octets qui assure une redondance de contrôle de portée variable. En effet la redondance pourra ou non prendre en compte le champ d information. 4.4.2 Les modes de fonctionnement La couche LLC dispose de deux modes de fonctionnement, le mode Asynchronous Disconnected Mode (ADM) et le mode Asynchronous Balanced Mode (ABM) qui permettent respectivement de transporter des données en mode non acquitté ou en mode acquitté. Pour pouvoir transporter des données en mode acquitté, une connexion doit être établie préalablement. a) Le mode ADM Le mode ADM consiste à transmettre à tout moment des informations des couches supérieures dans des trames UI qui ne sont pas acquittées. Par défaut la liaison LLC est en mode ADM et la transmission des données ne peut se faire qu en mode non acquitté, ainsi dans ce cas certains paquets risquent d être perdus. b) Le mode ABM Le mode ABM nécessite l établissement d une connexion pour transporter des informations des couches supérieures dans des trames I acquittées. Les trames I acquittées ne peuvent être transmises qu en mode ABM. Le fait que la liaison LLC soit en mode ABM n empêche pas la transmission des trames UI qui ne nécessitent pas d acquittements. Pour passer en mode ABM, il est nécessaire d utiliser des trames de contrôle spécifiques pour établir ou terminer la connexion. Une fois la connexion établie, la liaison LLC passe en mode ABM. Si on se sert du mode acquitté, les paquets qui n ont pas été reçu pourront être retransmis, la liaison LLC est dans ce cas fiabilisée. Des trames U de contrôle sont utilisées pour l établissement ou la rupture du mode ABM. Les trames U qui permettent la gestion du mode équilibré peuvent être des trames de commande, de réponse ou les deux. La figure 4.6. présente ces différentes trames ainsi que leurs rôles respectifs. Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 26
Trame Commande Réponse Fonction SABM X (Set Asynchronous Balanced Mode) permet d initier la connexion DISC X (Disconnect) permet de la terminer la connexion NULL X (Null) permet de signifier une mise à jour de cellule UA X (Unnumbered Acknowledgement) permet d acquitter une demande de connexion ou de déconnexion DM X (Disconnected Mode) permet d informer que l équipement distant n est pas en mesure de répondre à la commande reçue FRMR X (Frame Reject) permet de fournir un rapport sur les raisons de rejet d une trame dont la retransmission ne permet pas d éviter ce rejet XID X X (Exchange Identification) utilisée pour la négociation des paramètres de la liaison LLC. [D après GSM-04.64] Figure 4.6. Les différentes trames U de contrôle On note que certains paramètres de la liaison LLC peuvent aussi être transportés dans des trames UA ou SABM, notamment à l initialisation de la connexion. Le mode ABM est considéré comme établi après l émission d une trame SABM et la réception d une trame UA pour l acquitter. La réception de la trame UA doit se faire dans un temps imparti qui correspond au timer T200. La valeur de ce timer est négociable. Le même mécanisme et la même valeur de temporisation sont utilisées pour n importe quelle commande. Pour se déconnecter, l émetteur devra envoyer une trame DISC auquel on lui répondra par une trame DM ou UA. La taille des entêtes (début et fin) des trames U est de 5 octets, dont 1 octet de contrôle. Les trames SABM, XID, UA et FRMR peuvent contenir au maximum entre 140 et 1520 octets d information. Les trames DM, DISC et NULL ne peuvent pas transporter d informations. Les trames U utilisées pour la gestion du mode équilibré (ABM) ont une taille comprise entre 5 et 1525 octets. 4.4.3 Le transfert des données Au niveau LLC, les données peuvent être transportées avec ou sans acquittements. Plusieurs SAPIs dont les paramètres sont négociables permettent de différencier plusieurs classes de services spécifiques au flux de signalisation et de données. a) Le transfert des données sans acquittements Le mode sans acquittement est utilisé pour le transfert des flux de données qui supportent un taux de perte non négligeable (i.e. flux de type vidéo par exemple). Les trames LLC perdues ne peuvent pas être retransmises par l émetteur qui envoie les trames contenues dans son buffer sans demander d acquittement. Ces flux sont transportés sur le lien physique dans des trames UI dont le champ de contrôle est présenté dans la figure 4.7. La transmission Résaco RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01 14/01/04 ENSTB 1.0 27