Chapitre 6 Piles de protocoles du système GSM

Le réseau GSM est défini à partir de couches de protocoles utilisées au niveau des différentes interfaces :

·       l'interface Um (entre le MS et la BTS)

·       l'interface Abis (entre la BTS et le BSC)

·       l'interface A (entre le BSC et le MSC)

Les interfaces ainsi que les protocoles qu'elles utilisent sont normalisés. Toutefois, les normes de certaines interfaces telles que l'interface Abis ne sont pas toujours respectées par les constructeurs.

Présentation des piles de protocoles sur les différentes interfaces.

La structuration en couches reprend le modèle OSI pour les 3 premières couches:

·       couche physique,

·       couche liaison de données,

·       couche réseau.

La couche physique définit l'ensemble des moyens de transmission et de réception physique de l'information.

Sur l'interface Abis, le transport des informations se fait numériquement. Au niveau de l'interface radio, cette couche est plus compliquée à cause de multiples opérations à effectuer : codage correcteur d'erreur, multiplexage des canaux logiques, mesures radio à effectuer...

La couche de liaison de données permet de fiabiliser la transmission entre deux équipements.

Sur l’interface Abis, cette couche reprend les principales caractéristiques du RNIS; On utilise, pour le support de la signalisation, le protocole LAPD (Link Access Protocol for the D Channel) basé sur le protocole HDLC (numérotation des trames, mécanisme de correction d’erreurs... ).

Sur les interfaces Um et A, on utilise respectivement le LAPDm spécifique au GSM (Link Access Protocol for the D Channel modified) et le MTP niveau 2 (SS7, Signalling System number 7).

La couche réseau permet d'établir, de maintenir et de libérer des circuits commutés (parole ou données) avec un abonné du réseau fixe. Cette couche comprend 3 couches RR, MM et CM, cette dernière couche étant elle-même divisée en 3 sous-couches CC, SS et SMS.

Dans le but d’indiquer à quelle couche ou sous-couche chaque message de niveau 3 se rattache, on introduit un discriminateur de protocole ( PD : Protocol Discriminator ) avec PD = RR, MM...

La sous-couche Radio Ressource (RR) traite l'ensemble des aspects radio. En effet, elle gère l'établissement, le maintien et la libération des canaux logiques. Au niveau du mobile, elle sélectionne les cellules et surveille la voie balise à partir des mesures effectuées par la couche physique. Elle est principalement présente dans la MS et le BSC : les messages transitent entre les deux entités en passant par la BTS mais ne sont pas interprétés par celle-ci. Toutefois, quelques messages sont échangés entre le mobile et la BTS ou entre la BTS et le BSC. Pour cela, la BTS comporte deux entités RR' et RSL permettant de dialoguer respectivement avec l'entité RR de la MS et l'entité RSL du BSC.

La sous-couche Mobility Management (MM) gère l'itinérance. Elle prend donc en charge la localisation, l'authentification et l'allocation du TMSI.

La sous-couche Connection Management (CM) est découpée en trois parties :

·       L'entité Call Control (CC) traite la gestion des connexions de circuits

·       L'entité Short Message Service (SMS) assure la transmission et la réception des messages courts.

·       L'entité Supplementary Services (SS) gère les services supplémentaires.

Les messages des sous-couches CM et MM transitent dans le BSS sans être pris en compte par la BTS et le BSC.

L’interface A utilise les protocoles suivants :

·      Le protocole MTP (Message Transfert Part) qui est divisé en trois niveaux (MTP1, MTP2 et MTP3) proches des trois premières couches du modèle OSI (couche physique, couche liaison de données et couche réseau). Son but est de permettre le transport et la distribution fiable des informations de signalisation à travers le réseau et aussi de réagir aux pannes afin d'assurer continuellement la transmission.

·      Le protocole SCCP (Signalling Connection Control Part) : ce protocole permet de transporter des informations de signalisation avec ou sans connexion.

·      Le BSSAP (BSS Application Part) comprend le BSSMAP et le DTAP. Deux types de messages peuvent être échangés entre le BSC et le MSC : les messages interprétés par le BSC concernent la sous-couche BSSMAP et les autres messages transitant entre le mobile et le MSC sont traités par la sous-couche DTAP (dans ce deuxième cas, le BSC joue le rôle d'un répéteur). Un mécanisme de distribution permet d'aiguiller correctement les messages suivant leur type DTAP ou BSSMAP.

Le protocole BSSMAP (BSS Management Application Part) : cette sous-couche BSSMAP gère les ressources radio. Elle est utilisée pour gérer les HO et les mises à jour de localisation. Les trames BSSMAP sont encapsulées dans la partie "données" des trames SCCP.

Le protocole DTAP (Direct Transfert Application Part) : ce protocole prend en charge les messages CM et MM entre le mobile et le MSC. Le BSC est considéré comme "transparent" : les messages transitent sans modification entre le mobile et le MSC. Les trames DTAP sont encapsulées directement dans des trames SCCP ou bien dans des trames BSSMAP.

Ces différents protocoles sont détaillés dans les pages suivantes.

Les différentes interfaces avec leurs débits respectifs.

Comme le MSC est relié au RTCP qui utilise des débits de 64 kbit/s, l’interface A doit présenter également le même débit pour être compatible.

Or, la capacité des canaux de trafic à l’interface Abis est de 16 kbit/s. Par conséquent, il est impératif de convertir les débits : ceci est réalisé grâce au Transcodeur (TRAU) placé entre le BSC et le MSC. L’interface A est en réalité l’interface qui relie le MSC au TRAU.

Quant au lien qui existe entre le BSC et le TRAU, c’est l’interface ATER (MIC HighWay). Mais avant cette opération, on multiplexe d’abord plusieurs interfaces Abis sur une même interface Ater. Puis, après le passage dans le transcodeur, une interface Ater peut être scindée en 3 interfaces A.