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Etude d'équilibre des capacités de MSC et PPS dans un réseau GSM

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par Reagel MAKASA PETEL
Institut supérieur des techniques appliquées de Kinshasa - Ingénieur technicien en électronique 2011
  

Disponible en mode multipage

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    REPUBLIQUE DEMOCRATIQUE DU CONGO

    MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR, UNIVERSITAIRE ET
    RECHERCHE SCIENTIFIQUE

    INSTITUT SUPERIEUR DE TECHNIQUES APPLIQUEES

    « I.S.T.A »

    BP : 6593 KIN 31
    SECTION : ELECTRONIQUE
    PREMIER CYCLE
    KINSHASA

    ETUDE D'EQUILIBRE DES CAPACITES DE MSC ET

    PPS DANS UN RESEAU GSM

    Par:

    MAKASA PETEL Reagel

    Directeur : Travail de Fin d'Etudes présenté en vue

    NTEKEBA MONSENGO Eddy de l'obtention du titre d'Ingénieur

    Ingénieur en télécommunications Technicien en Electronique.

    Expert en micro wave et BSS

    Chef de travaux Orientation : Radio Transmission

    Epigraphe

    L'imagination religieuse avait conçu un Dieu supérieur à ses créatures ; l'imagination technique a conçu un Dieu-ingénieur, inférieur à ses inventions.

    « S'il faut être juste pour autrui, il faut être vrai pour soi, c'est un hommage que l'honnête homme doit rendre à sa propre dignité »

    Jean Jacques Rousseau

    Dédicace

    A mon père MAKASA PETEL'AKAS Marcus, pour avoir été la voie par laquelle la vie m'a été donnée, pour son souci de valoriser ma personnalité par l'instruction et surtout, pour ses efforts à ma faveur.

    A ma mère BAKULU KUNANA Colette, pour l'affection maternelle que tu ne cesses de témoigner à mon égard et pour son soutien tant moral que financier.

    A mes oncles et tentes : Macaire MAKASA, Jean Baptiste MAKASA, Jeanne MAKASA, Léontine MAKASA, Rita MAKASA, Espérance MAKASA, LANDU MIANSANGI, Paulin BOTONGO et à toute la famille BAKULU pour leurs conseils et encouragements.

    A vous mes frères et soeurs : Souvient MAKASA, Merlene MAKASA, Ecclésiaste MAKASA, Naomi MAKASA, Deborah MAKASA, Christelle MAKASA et Tatiana MAKASA pour l'amour qu'ils m'ont témoigné.

    A mes cousins et cousines : Kalousha MBOTO, Paulin MUKWANIANGA, Baiser MIMPIYA, Yannick MUMBATA, Julio MUMBATA, Laurène ANDUN, Joyce TSHIMUNGU, Chrinovic MAKASA et Divine MAKASA.

    A mes grandes mères : BUFUMUMPEMBE Maria, NGENDA NZITA Madeleine et Thérèse LAWA.

    A mes compagnons de lutte : Yves KUDILUA, Yvon BISOMBOLO, Emmanuel MALEMBE, Rufus BUANGI, Blaise NTOMOSO, Patrick MENA, Anaël NLANDU, Merlin BILE, Cédric NDUNDU, Naz ELOKO et Giress KUAMAKOLA.

    A tous ceux qui me sont chers et précieux, je dédie ce travail fruit de persévérance.

    iii 3

    Remerciement

    Au terme des nos études à l'Institut Supérieur de Techniques Appliquées, nous tenons à remercier toutes les personnes qui ont bien voulu nous assister pour la réalisation de ce travail.

    Ce travail est le fruit des efforts que nous avons fournis durant notre premier cycle d'études supérieures qui n'a pu être réalisé que grace à la collaboration, à l'assistance et au dévouement car une seule main ne peut pas construire une maison.

    Nos sincères remerciements à monsieur NTEKEBA MONSENGO Eddy Ingénieur en télécommunications, expert en micro wave et BSS et chef de travaux à l'Institut Supérieur de Techniques Appliquées qui, en dépit de ses multiples occupations, a daigné accepter de diriger ce travail. A sa suite, nous tenons à remercier toutes les autorités académiques dudit Institut, ainsi que le corps professoral de la section électronique pour la formation dont nous étions bénéficiaires. Nous pensons également à nos chers enseignants des écoles primaire et secondaire pour les sacrifices consentis à notre faveur.

    Nos remerciements vont droit à mes chers parents; MAKASA PETEL'AKAS Marcus et BAKULU KUNANA Colette pour m'avoir montré les premiers pas de la vie en mettant tous les moyens tant financiers que matériels pour la réussite de mes études. Que l'éternel Dieu leur retourne au centuple.

    Notre sentiment de gratitude envers toute la famille MAKASA, de manière particulière à papa MAKASA Macaire et à maman LANDU MIANSANGI pour m'avoir soutenu tout au long de mon parcours académique.

    Nous pensons aussi à remercier les ingénieurs LUTETE Papy et MITUMBUKIDI Arnomitt pour leurs conseils et tous ceux, de loin ou de prêt nous ont soutenu dans notre recherche.

    Introduction générale

    1. Bref Historique

    Les premiers réseaux cellulaires furent à l'origine analogique en 1921, Aux Etats-Unis, les forces de police locale testaient déjà cette technique de réseaux analogiques de communications avec les mobiles. Après la seconde guerre mondiale vers 1946, les réseaux étaient déjà connus comme la radio cellulaire qui s'opéraient manuellement et devenir automatique aux alentours de 1960. Ce système n'utilisait pas encore les principes modernes de gestion de la mobilité, d'itinérance et de handover.

    Le téléphone mobile purement appelé cellulaire moderne, fut déployé à partir de 1978 aux Etats-Unis. Les premiers réseaux fonctionnaient dans la bande de 800MHZ. Avec la technologie analogique les messages de trafic et de signalisation n'étaient pas encore numérisés. Les techniques de modulation et d'accès multiples utilisées à cette époque étaient essentiellement du type analogique. Cette norme sera alors baptisée au nom de « Norme AMPS (Advanced Mobile Phone Système).

    L'origine du GSM remonte vers l'année 1982. Alors qu'apparaissaient les premiers services commerciaux de radiotéléphone cellulaire un peu partout en Europe et aux Etats-Unis. La CEPT (Conférence Européenne des Postes et Télécommunications) confie à un groupe de travail appelé groupe spécial mobiles la tache de rédiger les spécifications d'un système pan européen de communication basé sur des téléphones mobiles. La bande de 900MHZ, réservée depuis 1978 par la conférence Administrative Mondiale des radiocommunications (WARC) est choisie le GSM livre une première série de spécifications (dite `phase 1') en 1990, une deuxième série étant à l'étude pour ajouter de nouvelles fonctions au produit GSM. Ce nom s'internationalise très vite (GSM devient `Global System for Mobile communications') la norme étant adoptée comme standard de fait dans de nombreux pays, le GSM devient alors le premier système permettant à l'abonné d'utiliser son téléphone cellulaire à l'étranger : la notion d'itinérance (roaming) est née.

    Dès lors, le nombre d'utilisateurs augmente à travers le

    monde,

    Cette évolution fulgurante de la technique de communication entraînera aussi celle des communications, en passant par l'opératrice, le central mécanique, électromécanique, électronique et informatisés. Les centraux numériques actuels sont tellement informatisés, fonctionnent ensemble avec les bases de données telles que HLR, VLR et voire PPS.

    2. Problématique

    Pendant le fonctionnement du réseau, les abonnés sont souvent flattés par sa qualité et bien d'autres services rendus les satisfaisant et les attirant vers un attachement fidélisé. Suite à cette croissance des adhérents, un déséquilibre peut apparaître entre les capacités de PPS et MSC. Dans ce travail, nous essayons de montrer comment ce phénomène peut-il survenir et comment rétablir l'équilibre afin d'éviter le disfonctionnement du réseau qui entraîne les désagréments irréparables.

    3. Objectif

    Nous voulons dans notre sujet établir un équilibre entre la capacité de MSC et PPS.

    Et pourtant cette qualité de la fiabilité et d'efficacité d'un réseau cellulaire est tributaire de la performance de ses équipements ; particulièrement nous citons MSC et PPS qui peuvent perturber certaines applications du réseau. Pour éviter tous les inconvénients on préfère protéger le calculateur numérique PPS (Plateform Prepaid Service) et bien équilibrer sa capacité par rapport à MSC (Mobile Switching Center).

    4. Méthodologie

    Dans notre travail, nous avons adopté la méthode et technique suivantes :

    - La lecture des anciens travaux de fin d'études et mémoire, recueillir quelques informations sur terrain auprès des exploitants du système GSM.

    - Des consultations des ouvrages et notes de cours ainsi que différents sites internet traitant les matières relatives au réseau cellulaire GSM.

    5. Subdivision du travail

    Outre l'introduction et la conclusion générale, le présent travail est subdivisé en trois chapitres à savoir :

    - Chap. I : Structure et fonctionnement du réseau GSM

    - Chap. II : Méthode et principe de calcul des capacités de MSC et PPS

    - Chap.III : Etude et condition d'équilibre entre les capacités de MSC et PPS.

    C'est ainsi que dans ce paragraphe nous essayons de circonscrire le champ d'exploitation du sujet à traiter, le quel se base

    seulement sur le NSS et d'établir l'équilibre des capacités entre MSC et PPS du GSM.

    CHAP I : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT DU RESEAU GSM

    I.1 Introduction

    Les réseau de radiotéléphonie mobile ont repris les concepts de la téléphonie fixe et les ont adaptés pour offrir la possibilité de téléphoner de n'importe où, même en se déplaçant.

    Lorsqu'on téléphone à partir d'un mobile GSM, celui-ci transmet, par les ondes radio, la communication vers la station de base de sa cellule.

    La conversation est ensuite acheminée de façon plus classique (câble, fibre optique...) vers les correspondant s'il est raccordé au réseau téléphonique filaire, ou à sa station de base s'il est équipé d'un mobile.

    Cette station de base transmet finalement la conversation par les ondes radio au correspondant.

    Le GSM défini les relations entre les équipements qui constituent le réseau et des mobiles. Ces équipements sont regroupés en deux grands ensembles qui sont :

    Un réseau d'accès nommé BSS (Base Station Sub-system), aussi appelé sous-système radio ;

    Un réseau coeur baptisé NSS (Network Sus-System), souvent appelé sous-système réseau.

    A cela on ajoute un sous-système d'exploitation et de maintenance (OSS pour Operating Support Sub-system). La figure I.1 montre l'architecture du réseau cellulaire GSM.

    Figure I.1: structure architecture du réseau GSM

    Même si deux personnes se trouvent dans la même cellule et se téléphonent, la conversation ne passe jamais directement d'un MS à l'autre

    Au cours d'un déplacement, il est possible qu'on sorte d'une cellule, il est nécessaire alors de changer de station de base tout en maintenant la communication ; c'est le transfert intercellulaire ou handover.

    Pour gérer ce transfert :

    Le téléphone GSM mesure en permanence la force du signal radio reçu de la station de base et écoute aussi régulièrement les stations de base de cellules voisines.

    Lorsqu'il constate qu'il reçoit mieux une autre station de base que celle avec la quelle il échange les signaux, il en informe sa station de base.

    La station de base décide alors de passes le relais à la station de base voisine et met en oeuvre la procédure de handover.

    Ce processus oblige tous les mobiles GSM à écouter les stations de base des cellules voisines en plus de la station de base de la cellule dans laquelle il se trouve.

    I.2 Le Sous Système Radio (BSS : Base Station Sub-system)

    Le Sous Système Radio comprends les BTS qui sont des émetteurs récepteurs ayant un minimum d'intelligence et les BSC qui contrôlent un ensemble de BTS et permettent une première concentration des circuits, tel que montré à la figure I.2

    Figure : I.2 architecture matérielle du sous système radio

    I.2.1 Fonction de la BTS

    La BTS est un ensemble d'émetteurs-récepteurs appelés TRX, Elle a pour fonction la gestion :

    - Des transmissions radios (modulation, démodulation, égalisation, codage et correcteur d'erreurs).

    - De la couche physique des réseaux.

    - De la couche liaison de données pour l'échange de signalisation entre les mobiles et l'infrastructure réseau de l'opérateur.

    - De la liaison de données avec le BSC

    L'exploitation des données recueillies par la BTS est réalisée

    par le BSC.

    La capacité maximale d'une BTS est de 16 porteuses (limite technique rarement atteinte pour des raisons de fiabilité). Ainsi une

    BTS peut gérer au maximum une centaine de communications simultanées.

    On distingue deux types de BTS :

    - Les BTS dites « normales » - Les micros - BTS

    Ont distingue ensuite différentes classes de BTS normales et micro, en

    fonction de la nature du réseau (GSM 900 ou DCS 1800) et de la puissance recherchée (puissance exprimée en W).

    Les BTS normales sont les stations de base classiques utilisées dans les systèmes cellulaires avec des équipements complémentaires installes dans des locaux techniques et des antennes sur les toits.

    Les micro-BTS sont utilisées pour couvrir les zones urbaines

    denses avec des microcellules. II s'agit d'équipements de faible taille,
    de faible coût qui permet de mieux couvrir un réseau dense comme le

    quartier d'une ville à forte densité de population.

    Le rayon d'une cellule varie entre 200m à 3km en milieu urbain et 30 km en milieu rural. Une cellule est au minimum couverte par la

    triangulation de trois BTS. L'exploitation de la BTS se fait soit en local soit par télécommande au travers de son contrôleur de station (BSC). I.2.2 Fonctions du BSC

    Le BSC est l'organe intelligent du sous système radio.

    Le contrôleur de stations de base gère une ou plusieurs stations et remplit différentes fonctions de communication et d'exploitation. Pour le trafic abonné venant des BTS, le BSC joue un rôle de concentrateur.

    II a un rôle de relais pour les alarmes et les statistiques émanant des BTS vers le centre d'exploitation et de maintenance Pour le trafic issu du concentrateur, le BSC joue le rôle d'aiguilleur vers la station de base destinataire. Le BSC est une banque de données pour les versions logicielles et les données de configuration téléchargées par l'opérateur sur les BTS.

    Le BSC pilote enfin les transferts entre deux cellules ; il avise d'une part la nouvelle BTS qui va prendre en charge l'abonne « mobile » tout en informant le back end system - ici le HLR - de la nouvelle localisation de l'abonné.

    Les BTS sont « contactées » par le centre de maintenance et d'exploitation par le biais des BSC qui jouent ce rôle de relais.

    I.2.3 TRAU (Transcoder Rate Adaptator Unit)

    C'est l'unité attachée à BSC, réalisant le rôle de concentrateur des circuits de parole et de données vers le sous système réseau (NSS).

    Il reçoit à son entrée 4 circuits de 16kb/s pour sortir 64kb/s vers le MSC au respect du protocole établit dans cet interface comme illustré à la figure I.3 Les BSC, par lesquelles transitent les communications.

    MSC

    BSC

    16Kb/s

    4x16Kb/s

    2Mb/s

    BTS

    MIC

    BTS

    TRAU

    BTS

    BSC

    TRAU

    MS

    16Kb/s

    Figure I.3 : la concentration des circuits par le transcodeur

    I.2.4 Interface radio

    L'interface radio (Air interface Um) assure la transmission radio de GSM. Elle est riche en fonctions variées très différentes et plus

    sophistiquées dans l'ensemble du système.

    L'objectif de l'interface radio est donc de montrer les différents

    traitements que subit le signal de parole lorsque la communication est établie.

    Ses caractéristiques de base se résument en :

    1. Détermination de la méthode d'accès multiple (TDMA ou FDMA) et les paramètres associés tels que la largeur des canaux fréquentiels, le nombre d'utilisateurs par porteuse.

    2. Les techniques de transmission utilisées pour transmettre le signal de parole sur l'interface radio par spécification des éléments de la chaîne de transmission (type de modulation et de codage).

    3. L'analyse des options prises lors de l'élaboration de la norme GSM afin d'utiliser efficacement la ressource radio.

    Il faudrait mieux signaler que dans ce sous système,

    l'interface radio représente le maillon faible de la chaîne de
    transmission reliant un utilisateur mobile au réseau. Par interface

    radio, entendez :

    L'ensemble des caractéristiques physiques, électriques et logicielles permettant la communication entre divers éléments du sous système d'une part et entre les mobiles et le réseau d'autre part.

    Les interfaces peuvent être propriétaires ou faire l'objet de normes nationales et internationales.

    L'interface radio entre le terminal mobile et le sous système radio, appelée aussi Air Interface, est une de parties les plus sophistiquées du système. Elle est riche en fonctions variées et de natures très différentes.

    Les caractéristiques de base de l'interface radio sont surtout :


    · La méthode d'accès et la technique de transmission utilisées
    pour transmettre un signal de parole sur l'interface radio.


    · Utilisation efficace de la ressource radio, donc les bandes de fréquences allouées au système, les porteuses, les canaux, etc.

    Le système GSM utilise trois types d'interface dans sa partie BSS. Il s'agit notamment :

    1. Interface Um

    2. Interface A-bis

    3. Interface A-terre

    Le tableau I.1 regroupe ces interfaces, leur localisation et leur utilisation

    Localisation Utilisation

    Um Terminal - BTS Interface radio

    A-bis

    BTS - BSC

    Divers (transfert des communications...)

    A-terre

    BSC - MSC

    Divers (transfert de données...)

    Tableau I.1 les interfaces du sous système radio

    Le respect de l'interface A permet aux opérateurs d'avoir différents fournisseurs et de pouvoir changer au fur et à mesure du déploiement de leurs réseaux. Le BSS s'organise en cellules ; le site de la cellule (divisé en secteurs) est l'endroit physique où sont localisés le mât supportant les antennes, les TRX, la BTS, le BSC et le TRAU.

    I.3 Le sous système réseau (NSS : Network Sub System)

    Le sous système réseau (NSS) est en charge de traitement d'appel, de la connexion aux réseaux téléphoniques tiers (tiers ou mobile) et de la gestion des abonnés. Il est interfacé avec le sous système radio et a un rôle concentration, de commutation et de transport des communications.

    Un NSS se compose d'une part, des équipements de télécommunications, des bases de données relatives aux abonnés (HLR) à leur identification (AuC) et à la localisation des mobiles (VLR), de l'équipement du registre d'identité (EIC) et d'autre part, des plates-formes de services (VMS).

    Le sous système réseau contient aussi les centres de commutation de service mobile ou MSC qui établissent les appels entre les mobiles du réseau, ou entre les mobiles du réseau et les abonnés d'autres réseaux ; autrement dit, ils assurent l'interconnexion des stations de bases entre elles et avec les autres réseaux de télécommunication. La figure I.4 illustre la structure du sous système réseau NSS

    MSC

    MSC

    EIR

    GMSC

    VLR

    VLR

    HLR

    PPS

    AuC

    Figure I.4 Architecture matérielle du sous système réseau

    Il inclut les fonctions de traitement des appels, de gestion de la mobilité, d'échange des messages courts, et d'administration des services supplémentaire.

    L'interface A permet de relier les deux sous système, NSS et BSS, tandis que les BSC sont reliés au MSC par des liaisons MIC à 2 Mbits/s via TRAU et par lesquelles transitent les communications, tandis que l'interface réseau mobile -RTC ou réseau mobile- RNIS est réalisé par les passerelles GMSC (Gateway MSC) connectés au commutateur du réseau tiers par des liaisons MIC à 2 Mbits/s et par le réseau sémaphore SS7.

    La signalisation par contre utilise un réseau dédié sur la base des protocoles du réseau sémaphore SS7 et une couche

    spécifique au GSM, appelée BSSAP (BSS Application). L'échange de signalisation entre les éléments du sous système réseau est réalisé par le réseau sémaphore SS7 auquel a été ajouté le protocole MAP (Mobile Application Part). Des MSC servant de passerelle sont placés en périphérie du réseau d'un opérateur de manière à assurer une interopérabilité entre réseau d'opérateur.

    Notons que les éléments de NSS tels que HLR, VLR, AuC, EIR et PPS sont des bases de données, lesquelles gèrent les données propres aux abonnés (caractéristiques, facturations des appels, messagerie, sécurité...). Elles ont une fonction clef et sont la parie la sensible et donc la mieux protégée du réseau.

    I.3.1 Fonction de Mobile Service Switching Center (MSC)

    Le MSC est parfois appelé centre de commutation des mobiles ou commutateur du service mobile (réseau GSM).

    Son rôle principal est d'assurer la communication entre les abonnés du réseau et ceux du réseau commuté publique (RTC) ou de son équivalent numérique, le réseau RNIS (ISDN) d'un point de vue fonctionnel, il est semblable à un commutateur de réseau ISDN, mis à part quelques modifications nécessaires pour un réseau mobile.

    Il participe de plus à la fourniture des différents services aux abonnés tels que la téléphonie, les services supplémentaires et le service de messagerie.

    Il gère l'établissement et acheminement des

    communications dans le réseau, entre un mobile et un autre MSC, la transmission des messages courts (SMS) sous forme de texte, l'exécution d'un handover entre deux BTS différentes, génère toutes les informations de taxation, assure également l'interfonctionnement du système cellulaire avec les autres réseau de télécommunication (RTCP, réseau sémaphore) et enfin l'interconnexion entre le réseau de téléphone cellulaire et le réseau fixe traditionnel.

    Il dialogue avec le VLR pour gérer la mobilité des usagers c'est-à-dire par vérification des caractéristiques des abonnés visiteurs lors d'un appel dépend, le transfert des informations de localisation et permet la mise à jour des bases des données (VLR, HLR, ....).

    Le MSC est en général couplé avec le VLR et plusieurs MSC peuvent être reliés au même VLR, mais en général, il y en a un seul par VLR.

    La séparation matérielle entre MSC et VLR proposée par la norme n'est que rarement respectée. Certains constructeurs cependant intègrent le VLR dans le MSC pour simplifier le dialogue entre les deux unités. D'autres pourtant établissent un découpage différent entre les deux en utilisant l'approche « réseau intelligent » ce qui réduit fortement la capacité du central car outre la gestion des abonnés, s'ajoute les fonctions de répondeur de connexion à des réseaux numériques, de contrôle des messages courts.

    Les divers MSC d'un réseau mobile sont par ailleurs reliés entre eux par des liaisons MIC à 2Mb/s pendant que la signalisation utilise un réseau dédié sur la base des protocoles du réseau sémaphore SS7 et une couche spécifique au GSM appelée BSSAP (BSS Application). L'échange de signalisation entre les éléments du sous système réseau NSS est réalisé par le réseau sémaphore SS7 auquel est ajouté le protocole MAP (Mobile Application Part).

    I.3.2 Fonction de HLR (Home Location Register)

    Il existe au moins un enregistreur de localisation nominale par réseau (PLMN) avec les informations essentielles pour les services de téléphonie mobile et avec un accès rapide de manière à garantir un temps d'établissement de connexion aussi court que possible.

    Il représente la base de données centrale d'un réseau GSM contenant les informations nécessaires relatives à la gestion des communications des abonnés du réseau.

    Pour chaque abonné qu'il gère, le HLR possède l'identité internationale unique de l'abonné GSM utilisée dans le réseau appelée IMSI (International Mobile Subscriber Identity) que l'on peut obtenir en composant sur le clavier de votre portage : *#06# ; le numéro d'annuaire de l'abonné MSISDN (Mobile Subscriber ISDN) ou son numéro d'appel, le profil de l'abonnement (services supplémentaires souscrits, autorisation d'appel international...)

    Le HLR connaît le VLR/MSC dont dépend le mobile à un instant donné et mémorise pour chaque abonné le numéro du VLR où il est enregistré, même dans le cas où l'abonné se connecte sur un

    réseau étranger (cas des roamers) cette localisation est effectuée à partir des informations émises par le mobile et reçues par les BTS à travers le réseau.

    Il contient en outre la clé d'authentification Ki, laquelle n'est connue que d'un seul HLR et d'une seule carte SIM, ainsi qu'un certain nombre de données dynamiques telles que la position actuelle dans le réseau (son VLR), et l'état de son terminal (allumé, éteint, en communication, libre,...).

    Signalons aussi que les données dynamiques sont mises à jour par le MSC et cette base de donnée est souvent unique pour un réseau GSM, et quelques personnes seulement y ont accès directement.

    L'implantation du HLR peut être centralisée. Dans le premier cas, un HLR peut gérer plusieurs centaines de milliers d'abonnés et il constitue une machine spécifique dans le deuxième cas, il peut être intégré dans le MSC et les données d'un abonné sont physiquement stockées sur le MSC où l'utilisateur communique préférentiellement.

    Dans tous les cas d'implantation, à chaque abonné est associé un HLR unique, de façon indépendante de la localisation momentanée de cet abonné.

    I.3.3 Fonction de VLR (Visitor Location Register)

    L'enregistreur de localisation des visiteurs est une base de donnée reliée à un MSC qui stocke temporairement les informations concernant chaque mobile dans la zone de travail du MSC (Paramètre d'identification de l'abonné, sa dernière zone de localisation, les services complémentaires souscrits par celui-ci les éventuelles restrictions ou interdiction d'établissement, de la communication, numéro d'annuaire).

    Le VLR contient les données dynamiques qui lui sont transmises par le HLR avec lequel il communique lorsqu'un abonné entre dans la zone de couverture du centre de commutation mobile auquel il est rattaché ainsi lorsque l'abonné quitte cette zone de couverture, laquelle comprend plusieurs cellules d'un réseau GSM, ses données sont effacés et transmises à un autre VLR et ainsi de suite.

    Les données mémorisées par le VLR sont similaires aux données du HLR mais concernent seulement les abonnés mobiles présents dans la zone considérée, puis vient s'ajouter son identité temporaire TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity).

    Le VLR a une information de localisation plus précise que le HLR. Un moyen de 0,025 Erlang par donnée.

    I.3.4 Fonction de AuC (Authentification Center)

    Le centre d'authentification associé généralement à chaque

    HLR, mémorise pour chaque abonné une clé secrète d'authentification
    Ki unique utilisée pour authentifier les demandes de service en

    générant les triplets : Kc-RAND-SRES utilisés pour l'authentification et le chiffrement des communications.

    En fait, lorsqu'un abonné envoie une communication, il est évident que l'opérateur s'assure qu'il ne s'agit pas d'un intrus dans son réseau.

    Le système GSM prévoit deux mécanismes de contrôle, notamment :

    Le chiffrement des transmissions radio. Malheureusement c'est un chiffrement faible qui ne résiste pas longtemps à la cryptoanalyse par l'algorithme A8 ;

    L'authentification des utilisateurs du réseau au moyen d'une clé Ki, qui est à la fois présente dans le MS et dans AuC ainsi que l'algorithme A3.

    L'authentification se fera par la résolution d'un défi sur base

    d'un nombre M génère aléatoirement et envoyé au MS. A partir de ce
    nombre, un algorithme identique désigné par A3, se trouvant à la fois

    sur la SIM et dans AuC, produira un résultat sur base de la clé Ki et le nombre M.

    Ainsi, dès lorsqu'un VLR obtient l'identifiant d'un abonné, il demande au HLR du réseau de l'abonné, le nombre M servant au défi et le résultat du calcul afin de comparer à celui qui sera produit et envoyé par le MS.

    Si les deux résultats sont identiques, alors l'abonné est reconnu et accepté par le réseau. Grâce à ce mécanisme d'authentification, un VLR peut accueillir un mobile appartenant à un

    autre réseau (moyennant un accord préalable entre opérateurs) sans qu'il soit nécessaire de divulguer la clé de chiffrement du mobile.

    Donc on peut distinguer ainsi trois niveaux de protection :

    - La carte SIM qui interdit à un utilisateur non enregistré d'avoir accès au réseau ;

    - Le chiffrement des communications, destiné à empêcher l'écoute des celles-ci ;

    - La protection de l'identité de l'abonné.

    Retenons les abonnés virtuels sont crées d'abord dans le

    AuC en utilisant son MSISDN, ses clés d'authentification et de chiffrement A4 Ki, ensuite dans le HLR.

    L'ensemble peut être intégré dans un même équipement

    (HLR, AuC). Mais cependant ils ne font pas partie du même sous ensemble du point de vue fonctionnel.

    Le centre de personnalisation fournit la data base qui

    contient les éléments suivant : IMSI, A3, A8, A4 Ki et les cartes SIM chargées de l'IMSI.

    Dans cette data base l'accès au fichier est protégé par un

    mot de passe. Les figures I.5 et I.6, représentent les processus de chiffrement et d'authentification.

    Données a chiffrées Données a chiffrées

    Ki 128 bits

    Kc 64 bits Kc 64 bits

    Store Kc

    A8

    A5

    Données a chiffrées

    RAND

    Store Kc

    A5

    A8

    Ki 128 bits

    HLR (AuC)

    HLR

    M : Nombre aléatoire

    128 bits

    RAND

    Ki secrète mémorisée ds HLR pour chf Abé

    A3

    A3.

    Kc 64 bits

    AuC HLR

    SRES

    =

    Non

    Oui

    Abé Authentifié

    Abé interdit

    Figure I.6 Processus d'authentification

    I.3.5 Fonction de EIR (Equipement Identity Register)

    L'enregistreur des identités des équipements est aussi une base de données contenant les informations relatives aux téléphones mobiles et qui sont nécessaires pour vérifier si le matériel utilisé est autorisé sur un réseau, grâce au numéro international de l'équipement IMEI (International Mobile Station Equipement Identity) qui permet donc son identification. C'est donc n identifiant unique du mobile indépendant du numéro d'abonné, qui ne peut être modifié sans altérer le terminal, mais plutôt désactivé pour empêcher son utilisation.

    Malgré les mécanismes introduits pour sécuriser l'accès au réseau et le contenu des communications, le téléphone mobile doit potentiellement pouvoir accueillir n'importe quel réseau. Il est donc intolérable qu'un terminal volé soit utilisé au réseau sans être repéré. Par son IMEI, un opérateur peut décider de refuser l'accès de ce mobile au réseau.

    Un opérateur peut constituer une liste noire de terminaux dont l'accès au réseau doit être refusé.

    I.3.6 Fonction de PPS (Plateform Prepaid Service)

    Le calculateur numérique est aussi une base de donnée contenant des informations relatives sur la plateforme de prépaiement ou la facturation d'un réseau cellulaire numérique et puis elle a une fonction clé et c'est la partie la plus sensible et donc la mieux protégée du réseau.

    I.3.7 Fonction de GMSC (Gateway MSC)

    C'est un commutateur possèdent la fonction passerelle, il est activé au début de chaque appel d'abonné mobile ou fixe vers un abonné fixe ou mobile. C'est une fonction différente de celle du MSC pur.

    I.3.8 Représentation des interfaces du NSS

    Le NSS étant lui-même relié au BSS via l'interface A-terre, il contient à son tour 7 interfaces qui relient ses différentes entités.

    Le tableau I.2 nous les présente avec leurs fonctions respectives.

    Notez que les interfaces présentées dans le tableau I.2 relient les différentes entités du NSS dans le réseau GSM.

    NOM

    Localisation

    Utilisation

     
     

    B

    MSC-VLR

    Divers (transfert de donnée)

     
     

    C

    GMSC-HLR

    Interrogation HLR pour appel entrant

     
     

    D (1)

    VLR-HLR

    Gestion des informations d'abonnés

    localisation

    et

    de

    D (2)

    VLR-HLR

    Services supplémentaires

     
     

    E

    MSC-MSC
    MSC-MSC

    Exécution des Handover

    Transport des messages courts (SMS)

     
     

    F

    MSC-VLR

    Vérification de l'identité du terminal

     
     

    G

    VLR-VLR

    Gestion des informations d'abonnés

     
     

    H

    HLR-AuC

    Echange des données d'authentification

     
     

    I.4 Sous système d'exploitation et maintenance (OSS)

    Opération and Maintenance center (OMC), assure la gestion et la supervision du réseau. C'est la fonction dont l'implémentation est laissée avec le plus de liberté à l'opérateur GSM.

    La supervision du réseau intervient à des niveaux suivants : la détection et correction de pannes ou anomalies, la mise en service de site, la modification de paramétrage, la réalisation de statistique, activation (désactivation) de certains modules dans BSS ou NSS, etc....

    Dans le OMC, on distingue deux centres dont l'OMCR(Radio) qui est relié à toutes les entités de BSS par les BSC et l'OMC-S(Système) qui est relié au sous système réseau NSS à travers les MSC. La composition de l'OMC est représentée à la figure I.7

    Um BSS NSS

    MS

    BTS BSC TRAU

    LMT

    X25

    A bis

    LMT

    A sub

    OMC-BSS OMC-NSS

    LMT

    A

    VLR

    HLR

    EIR

    OMC

    Figure I.7 Emplacement de l'OMC dans l'architecture GSM.

    I.5 Conclusion

    Nous avons dans ce chapitre présenté la structure, la constitution d'un réseau téléphonique cellulaire ainsi que les différentes composantes du sous système réseau (NSS).

    CHAPITRE II. METHODE ET PRINCIPE D'EQUILIBRE ENTRE LES
    CAPACITES DE MSC ET PPS

    II.1 Introduction

    L'évolution technique, nous a permis le remplacement des équipements manuels par l'automatisme. Dans ce chapitre, nous étudions le rôle joué par le commutateur MSC et la plateforme de prépaiement PPS qui fonctionne sur les principes du calculateur numérique. Toute communication doit faire l'objet d'une facturation. Le commutateur contribue à l'exécution de la commutation tandis que le prepaid service est un équipement qui s'occupe de Billings c'est-à-dire de la taxation de cette communication. C'est ainsi que l'équilibre de capacité doit être requise entre ces deux équipements ci haut cités pour un fonctionnement normal et l'inter opérabilité s'obtient grace à cet équilibre entre les deux types d'équipements afin de bien réaliser la communication dans le réseau cellulaire GSM, et partant la fiabilité du réseau tout entier.

    II.2 GENERALITE SUR LE MSC II.2.1. Définition

    Le MSC autrement appelé commutateur est un organe électromécanique capable d'assurer une liaison provisoire entre une ligne d'entées et une ligne de sortie.

    II.2.2. Fonctionnement

    Le commutateur est une entité active et fonctionne en unités de commande dans le réseau GSM car c'est lui qui effectue les fonctions de commutation reliant les abonnées du réseau mobile entre eux ou à ceux du réseau fixe. Il commande et gère l'ensemble de communication, il effectue d'une manière générale une fonction de sélection dans le réseau GSM, commande aussi l'exécution du handover puis gère les services supplémentaires du réseau GSM (Transfert ou blocage d'appels, transmission de données, messagerie

    vocal...) il effectue en outre la collecte des informations relatives à la facturation des communications.

    Il fonctionne dans certain cas couplé au VLR, dans ce cas, il a plusieurs fonctions à assurer entre autres : le routage de communications après avoir consulté le VLR associé (profil d'abonnement, gestion de la mobilité des abonnés, vérifier les caractéristiques des abonnés visiteurs lors d'un appel départ, transfert l'information de localisation).

    Le MSC constitue avec le GMSC le coeur du réseau GSML pour la partie des circuits commutés.

    Lorsqu'il possède une fonction passerelle qui est activée au début de chaque appel d'abonnés fixes vers les abonnés mobiles du réseau GSM, il devient alors le GSMC (Gateway MSC), cette fonction passerelle est différente de sa fonction pure car elle existe aussi pour les messages courts. La figure II.1 représente le schéma de principe d'un commutateur.

    Abonnés

    Jonction de circuit d'arriver

    Venant d'autres MSC

    Réseau de
    présélection

    Circuit de liaison

    Unités de commande

    Réseau de sélection

    Jonction de
    circuit local

    Jonction de circuit de départ

    Allant vers d'autres MSC

    26

    II.2.2.1. Le réseau sémaphore SS7

    Toutes les liaisons sémaphores forment un réseau pour le transfert de la signalisation ce réseau possède des commutateurs de paquets et des équipements terminaux qui sont les centraux téléphoniques. Le réseau sémaphore permet à deux centraux de pouvoir s'échanger à tout moment des messages de signalisation indépendamment des circuits établis entre eux chaque central est relié à un terminal sémaphore qui agit comme source de messages de signalisation pour permettre le dialogue avec les autres centraux : cette fonction est appelée « point sémaphore * (PS). Le réseau sémaphore permet de faire communiquer les « PS * entre eux grâce à des commutateurs de paquets appelés « points de transfert sémaphores » (PTS). La figure II.2 illustre l'échange de données entre les commutateurs.

    MSC

     

    MSC

    A

    B

     
     
     

    Figure .II.2. Illustration d'échange de données entre les MSC

    II.2.3. La structure physique du MSC

    Le MPM (MSC processing Module) est composé de 5 niveaux (L, loyers). Dont le 5ème niveau recopie les éléments du 4ème, le MPM

    contient les modules de différents fonctions des traitements dans les applications de la commutation :

    a) Echo canceller : ce niveau est composé des modules de supervision d'échecs ;

    b) BNEL (Back phone Network Loger) ; il est composé des modules de l'interface pour la fibre optique et de module de commutation) ;

    c) BCTL (Back phone Controling Layer) il est composé du module de traitement de données de la carte de commutation du module de partage de mémoire et du module de contrôle ;

    d) BDT (Back phone Digital Trunk layer) ; il est composé des modules ou interface digitales de connexion avec les autres

    DTI ASIG
    DTI

    DTI DTI
    ASIG

    SME MP

    MP

    COM

    PEPD

    CKI SYCK

    DSN

    DSN

    FBI

    ECO

    équipements, des modules de traitements des signaux analogiques. La figure II.3 montre la structure logique d'un MPM

    Echo canceller

    BNEL

    BCTL

    BDT

    BDT

    L5

    L4

    L3

    L2

    L1

    L5

    L4

    L3

    L2

    L1

    Figure .II.3. Différent niveaux de MP

    II.2.3.1. Fonctions des modules du MSC

    DTI (Digital Trunk Interface)

    C'est une interface entre deux autocommutateurs ou entre un autocommutateur et un système de transmission digital ;

    - il convertit le signal carré en HDB3 ou en ANI (entrant) en code NRZ qui est utilisé dans le commutateur et vise versa ;

    - il extrait l'horloge du signal entrant et ce synchronise à l'horloge du MSC ;

    - il détecte les alarmes et la qualité de transmission, Un DTI peut prendre 4E1 (circuit de 2Mbits/s) ;

    ASIG `(Analogie Signal)

    - il gère les données et commande toutes les transmissions du MSC ;

    - il fonctionne toujours en redondance.

    COMM (communication) ;

    - cette carte se situe entre le MP et les autres unités ;

    - cette carte traite aussi la signalisation sémaphore 7 MON (Monotoring) ;

    - cette carte permet de contrôler tous les modules MSC. PEPD (Peripheral Environnement Paramètre Detector) ;

    - cette carte est utilisée pour la détection des paramètres liés à l'environnement du MSC ;

    - il détecte donc la température, l'humidité, la fumée, le rayon infrarouge...

    SMEM (Shared Memory)

    - c'est une mémoire partagée ; les deux MP qui font fonctionner cette mémoire.

    DSN (Digital Switching Network)

    - cette carte est utilisée pour la communication des canaux dans les MSC

    DSNI (Digital Switching Network Interface)

    - c'est l'interface du signal horloge du MSC. SYCK (Clock Synchronisation)

    - cette carte est utilisée pour la synchronisation du signal horloge au niveau du MSC ;

    FBI (Fiber Interface)

    - cette carte est utilisée pour la connexion de la fibre optique ;

    - elle est utilisée pour la liaison de deux MSC à cause de la grande capacité ( 155 Mbits/s).

    II.2.3.2. Structure logicielle du MSC

    Le système MSC est composé d'une série de sous système fonctionnel. Les différents sous systèmes sont indépendants. La communication entre ces sous systèmes se fait par le système des messages.

    Ces sous systèmes nous permettent de réaliser les commandes homme-machine pour le contrôle, la gestion, la maintenance et exploitation du MSC.

    Le logiciel d'exploitation du MSC doit être chargé (enregistre) dans le MP qui est le processeur principal pour la commutation avec l'opérateur. L'opérateur utilise une machine fonctionnant sous une plateforme bien définie (Windows 2000, Windows NT, Unix) et utilise aussi le même logiciel installé dans le MSC ;

    Le logiciel de traitement de données et Windows SQL 6.5 ;

    Le logiciel (office Excel) est utilisé aussi pour voir des tables de performance.

    II.2.3.3. Fonctionnement et service du MSC

    Le commutateur « MSC » fournit aux abonnés trois familles de services qui sont :

    > Des services supports :

    - une bande audio de 3,1KHz ;

    - une transmission de données synchrones ;

    - un service assemblage/désassemblage de paquets et la communication des modes phonies et données.

    > Des télés services :

    - téléphonie ;

    - appels d'urgence ; - télécopie.

    > Des services supplémentaires :

    - renvoi d'appel ;

    - les informations de taxation ; - les restrictions d'appels.

    II.3 Généralités sur le calculateur numérique PPS

    Le fonctionnement d'un calculateur numérique fait appel aux 2 fonctions essentielles :

    ( Le stockage de l'information, ( Le traitement de l'information.

    Cette information doit pouvoir circuler sous forme électrique et elle devra donc être codée ;

    > La plus petite quantité d'information (unité) est appelée BIT. Elle correspond à la notion de "variable booléenne ou binaire" qui ne peut prendre que les valeurs 0 ou 1.

    > L'échange d'informations entre 2 éléments (émetteur et récepteur) s'effectue par une liaison électrique (ligne). Si l'on considère le cas d'un conducteur unique, l'information provient des combinaisons des états successifs de la ligne au cours du temps: ici l'on parle de liaison " série".

    > Le débit d'informations est exprimé en bits/seconde ou «bauds".

    Il est plus avantageux d'associer plusieurs conducteurs en

    "parallèle". Cette association prend le nom de "bus". A un instant
    donné, l'état du bus est décrit par un mot binaire pouvant prendre n =

    2 N valeurs où N est le nombre de lignes juxtaposées. Il est commun d'utiliser des groupements de 8 fils, ce qui conduit à la définition de l'"octet".

    Si l'on considère 2 sous-ensembles reliés par un bus, l'information peut
    circuler dans un sens (bus unidirectionnel) ou dans les 2 sens (bus

    bidirectionnel).

    Dans le premier cas, il s'agit de la liaison entre un émetteur et un
    récepteur. Dans le second, chaque sous-ensemble peut être configuré

    soit en émetteur, soit en récepteur. Ici, une ligne supplémentaire est
    nécessaire pour fixer le sens des échanges. Elle commande le

    multiplexage interne des liaisons (utilisation d'éléments de type "3
    états"). On doit veiller à ce qu'en aucun cas 2 éléments configurés en
    émetteur commandent l'état du bus simultanément. Dans le cas général,

    plusieurs sous-ensembles peuvent être connectés sur un même bus, ce qui permet de minimiser le nombre d'interconnexions

    Un calculateur numérique se présente de façon générale comme

    suit :

    ( une unité de traitement (UT) travaille sur des données stockées dans un bloc "mémoire" (MEM).

    ( L'introduction des données et la récupération des résultats s'effectuent par l'intermédiaire d'un organe "d'entrée-sortie" (E/S). Les liaisons entre ces éléments s'effectuent par des bus.

    II.3.1 Fonction mémoire

    II.3.1.1 Définitions

    Une mémoire est un ensemble de cellules élémentaires qui stockent chacune un bit. Le nombre de cellules est appelé "capacité" de la mémoire. A chaque cellule sont associées 2 informations :

    ( Une adresse (numéro) permettant de désigner la cellule, ( Une donnée représentée par son état.

    La possibilité d'accéder à une cellule quelconque en fournissant son adresse est appelée "accès aléatoire». On distingue un mode de lecture permettant de connaître l'état de la cellule sélectionnée et un mode d'écriture permettant d'imposer son état. Ces 2 modes sont définis par l'état d'une ligne de lecture écriture (Read/Write : R/W).

    Note : la plupart des mémoires à semi-conducteur sont à accès
    aléatoire. Par contre les mémoires dites "de masse" qui ne sont pas

    décrites ici (disques, bandes, mémoires à bulles,..) sont à accès séquentiel.

    II.3.2 L'unité de traitement

    II.3.2.1 Structure interne

    L'unité de traitement (U.T.) est l'élément central du calculateur

    numérique. Elle possède des fonctions pour effectuer des opérations
    sur des données numériques (mots de donnée ou d'adresse) et des

    éléments de stockage interne. La première fonction est réalisée par une Unité Arithmétique et Logique (ALU). La seconde est réalisée par des registres. Parmi ceux-ci on distingue :

    ( des registres de données,

    ( des registres d'adresse,

    ( un registre d'états contenant différents «indicateurs"

    caractéristiques des événements qui se produisent lors de l'exécution de chaque opération. Le contenu de la mémoire est composé de 2 types d'information :- un programme comprenant une suite d'instructions,

    ( des données devant être traitées par le programme. Chaque instruction est codée sous forme binaire ; l'unité de traitement doit donc en assurer le décodage pour déduire les opérations élémentaires à effectuer. Pour cela elle dispose d'un registre

    Décrémenter le compte
    de l'Abonné

    Vérification compte de
    l'Abonné

    d'instruction qui présente à une unité de commande (U.C.) ou "séquenceur", le mot codant l'instruction courante. Sous l'action d'une horloge, l'U.C. élabore les commandes nécessaires à l'exécution de l'instruction. Dans le cas général, elle tient également compte du contenu du registre d'état où sont enregistrés certains résultats liés au déroulement des instructions (dépassements, résultats nuls,...).Les données et les adresses sont véhiculées par des bus en général de formats différents :

    le bus de données fixe la longueur du mot échangé avec la

    mémoire,

    le bus d'adresse détermine la capacité maximale d'adressage du système, c'est à dire le nombre maximum de mots de la mémoire associée (ex : 16 bits "adressent" 64 Kmots).Dans certains cas, ces 2 bus sont multiplexés sur un seul bus. Une logique externe doit alors effectuer le démultiplexage. Un certain nombre de signaux pour la gestion des échanges avec la mémoire et les organes d'entrée-sortie sont rassemblés dans un "bus de commande".

    II.3.3 Gestion de tarification

    Le serveur de tarification est une sorte de passerelle qui relie le système de tarification de l'opérateur avec les serveurs de service à

    valeur ajouté, pour gérer la tarification des clients, le serveur applicatif
    prend en charge la décrémentation du compte de l'abonne une fois que

    le service est rendu. En outre à chaque demande d'un service par le client, le serveur applicatif consulte le serveur de tarification afin de vérifier si le client possède un solde suffisant pour jouir de service. La figure II.4 représente les processus de tarification dans un réseau cellulaire.

    II.3.3.1 Classe débit

    Cette classe constitue l'interface avec les serveurs de tarification. Elle permet de faire abstraction au protocole diamètre gérant la connexion entre le serveur applicatif et le serveur de tarification. Pour la gestion de la tarification deux méthodes sont conçues, il s'agit notamment :

    - la méthode check accout () qui permet de vérifier si le solde du mobile est assez suffisant pour accéder à un service. Tan disque la méthode « directement account () » permet de décrémenter le compte de l'Abonné une fois que le service lui a été rendu.

    II.3.3.2 Système de paiement

    Pour le paiement de frais de communication ou des appels dans un réseau de télécommunication, il y a trois méthodes qui sont toujours utilisées par les opérateurs du réseau. Il s'agit notamment de :

    1. Prepaid ;

    2. Postpaid et

    3. Closed Users Group.

    1. Prepaid

    C'est le type d'abonnement qui utilise les cartes de recharge le prépaiement c'est entre les téléphone mobile sans redevance et sans facture. Outre ce pouvoir de communiquer en toute liberté, le

    prépaiement permet aux clients de gérer convenablement leurs
    budgets de communication. A l'issue de l'abonnement, le client gère

    son compte prépayé en le créditant avec des cartes de recharge.

    Dans le prepaid des que vous recharger votre compte. C'est comme si vous avez renouveler un contrat, deuxièmement nous savons bien que le calculateur numérique a ses principes de fonctionnement ou

    soit de traitement. Il traite les informations sous forme des états soit 0
    ou 1. Au moment que votre compte est vide le calculateur vous

    considère à l'état 0

    2. Postpaid

    Le post paiement (Postpaid) ou abonnement avec facturation ; est offert depuis le démarrage des activités, il est caractérisé par des frais de connexion ; un contrat d'abonnement ; une facturation mensuelle et un dépôt de garantie. Le post paiement présente des avantages pour beaucoup de clients qui sont entre autres :

    - crédits d'appel illimité ;

    - pas de contrainte de recharge.

    3. Closed Users Group

    C'est aussi parmi de service que les opérateurs mobiles ont toujours offert à ces abonnées de payer un montant déjà fixe. Le calculateur numérique (PPS) est comme une passerelle des appels réussis pour la décrémentation du compte de l'abonné une fois que le service est rendu.

    Mais ici dans ce groupe la série des numéros donnée à une entreprise pour payer à la fin du mois, ne serait pas décrémentée par le PPS, mais le MSC fera la commutation. Dans ce cas le PPS va se comporter comme une passerelle parce qu'il gère le groupe. Le PPS va laisser passer toute communication entre numéro du groupe sans facturer.

    III.3.3.3 Prepaid Service

    Il fait le gros travail d'administration et de gestion, pour gérer, il faut configurer les services provider avec un n° test, c'est-à-dire charger une carte pour vérifier si l'on est sur le vrai. Provider (soustraitant).

    La provider met ses cartes de recharge et forme une classe de

    service.

    Les clients traitent avec les provider. Après définition de la classe provider, on fait la facturation.

    On définit :

    - les localisations (Kinshasa, Région, Internet) ;

    - les classes de services (indépendants, closed group, opérateur, Customer, etc....) ;

    - gestion des classes de recharge ;

    - tout ce qui gère les classes des abonnés.

    Il faut aussi avoir les paramètres pour mesurer les performances du réseau et enfin suivre toutes les transactions qui et enfin suivre toutes les transactions qui ont une influence avec l'argent. Par ailleurs, on doit suivre aussi toute modification faite par rapport à l'argent (devise, taux d'échange, changement de tarif, classe de service,..).

    - Avant qu'un abonné accède à la plateforme de prépaiement, il faut qu'il soit au préalable crée comme utilisateur dans PPS, après avoir été crée dans le TRM.

    NB : il faut le même login entre TRM et PPS.

    - il faut passer à l'étape de la configuration du système par paramétrage logique au PPS, en créant les groupes.

    Par exemple : N° de série : 0199-N° d'abonné.

    - on fait le routage par le préfixe ou par le train groupe ; - les paramètres importants de la configuration :

     

    le n° de secours ;

    les n° verts ;

    le n° de service (opérateur) ;

    la langue (français, anglais, ...) ;

    unité monétaire ;

    durée de communication ;

    définir comment un compte peut vivre dans PPS (dessable, suspendu, retiré...) ;

    comment gérer le SMS d'un abonné :

    - quand son compte s'expire ;

    - quand il vient d'être changé c'est-à-dire, la désactivation et la recharge d'un compte.

    Dans le système de facturation, on doit définir le temps- type : - heure d'appel sur 24 heures.

    Heure de pointe ;

    Heure creuse ; Heure pleine.


    ·
    · Le jour type

    Week-end, férié


    ·
    · Calendrier

    Pour définir comment la tarification sera gérée chaque jour de l'année. Enfin, on définit la tarification :

    - Le free-time: P.ex: 3».

    - Le free-call: P. ex: 50»;

    - Additionnel charge unité par seconde; - Unité de temps et monétaire.

    Par le tableau global call-time et global call-type, on établit une correspondance :

    Tarif-temps et type d'appel possible avec leur tarif et le temps que ces appels seront faits.

    Taxation

    Taxation 1

    50''

    3''

    II.4 Conclusion

    L'évolution technique de l'informatique a permis aux réseaux cellulaires GSM un traitement a grande vitesse d'un nombre important des données, cette technique est appliquée dans le fonctionnement des MSC/GSM et PPS/GSM que nous venons d'étudier dans ce chapitre pour élucider notre théorie, il était question de s'appuyer sur quelques exemple respectivement pour les PPS et MSC. Nous avons clôturé ce chapitre par l'explication basée sur le fonctionnement des équipements types évoqués comme exemples. Au chapitre suivant et le dernier nous aborderons l'aspect dimensionnement et équilibrage entre les capacités des MSC et PPS.

    CHAPITRE III. CONDITION D'EQUILIBRE DES CAPACITES DE
    MSC ET PPS DANS UN RESEAU GSM

    III.1 Introduction

    Dans ce chapitre nous allons étudier les méthodes, les principaux voies et moyens possibles d'usage dans les réseaux cellulaires GSM, particulièrement dans le sous système réseau, qui permettent d'établir l'équilibre entre les capacités de MSC et PPS afin d'assurer une bonne fonctionnalité de ce sous système et partant du réseau tout entier.

    Le sous système NSS étant le « core Network », et fait que le réseau doit être rentable, il faut prévenir tout désagrément probable depuis l'étape de dimensionnement des équipements y afférents.

    III.2 ETUDE DE LA CAPACITES DE MSC III.2.1 Dimensionnement du MSC

    Les facteurs déterminant le dimensionnement d'un MSC sont les suivants :

     

    capacité de la base de données visiteurs (VLR)

    capacité de traitement des appels à l'heure pointe (Busy Call Attempts. BHCA)

    capacité des processus de signalisation

    Capacité de connexion (commutation)

    Capacité de traitement des informations reçues des BSC, autres MSC, VLR...

    Elle s'exprime en :

    · Max BSC : Nombre max des BSC supportés et contrôlés

    · Max CA : Nombre max tentative d'appels

    · Max Sig : Nombre de lien de signalisation

    · Max Port : Nombre max de ports d'entrées et sorties

    Deux types des capacités sont définis pour un MSC :

    · La capacité statique qui est la capacité de VLR donnée en nombre d'abonnés que cette base peut enregistrer.


    · La capacité dynamique qui limite la capacité statique d'un MSC et qui dépend des profils de mobilité et de trafic des abonnés ainsi que de l'architecture du BSS, de la densité des communications existants et de l'architecture du réseau d'interconnexion entre les équipements ; c'est la capacité de traitement du MSC.

    Cette capacité est calculée en fonction de temps de traitement des principales fonctions assurées par un MSC. Elle permet de déterminer le nombre maximum d'utilisateurs que le MSC peut gérer à l'heure de pointe.

    Les tableaux III.1, III.2 et III.3 donnent les paramètres de dimensionnement de MSC

    Tableau III.1. Exemple de partage de charge de traitement d'un MSC

    Fonction % de traitement

    Traitement d'appel, gestion de la mobilité, SMS, Handover, services des données, et services supplémentaires.

    Système, d'exploitation, maintenance, outils système, terminaux de traitement.

    70%
    15%

    Taches en arrière plan 5%

    Marge de sécurité 10%

    Tableau III.2. Exemple de dimensionnements de la capacité de traitement d'un MSC en fonction de temps de traitement des événements les plus importants et d'un profil d'abonné très simple.

    Evénement

    Durée
    événement

    Taux/ abonnés à l'heure de pointe

    Durée moyenne

    Appel sortant

    20 ms

    0,45

    9 ms

    Appel entrant

    30 ms

    0,28

    8,4 ms

    LU Inter -VLR

    40 ms

    0,09

    3,6 ms

    IMSI Attach

    10 ms

    0,22

    2,2 ms

    Consommation

    _

    _

    23,2 ms

    moyenne à

    'heure de

    pointe

    En fonction des exemples des tableaux III.2 et III.3 les nombre d'usagers que pourrait traiter ce MSC est donc de :

    0,7x3600 secondes = 23,2ms 108620 usagers.

    Dans le cas d'un système opérationnel, la capacité d'un commutateur se basera sur les statistiques issues des mesures réalisées sur le système.

    Le type d'informations nécessaires pour le dimensionnement d'un MSC est donné dans le tableau III.3

    Opération

    Nombre

    à l'heure de

    Taux

     

    pointe

     
     

    Tentatives d'appels MS-Fixe

    40 000

     

    80%

    Tentatives d'appels fixe-MS

    7500

     

    15%

    Tentatives d'appels MS-MS

    2500

     

    5%

    Appels aboutis MS-fixe

    28000

     

    70%

    Appels aboutis fixe-MS

    3750

     

    50%

    Appel aboutis MS-MS

    1000

     

    40%

    Tentatives de handover intra

    120 000

     

    --

    MSC

     
     
     

    Handover intra MSC réalisés

    24000

     

    --

    Tentatives de handover inter

    30 000

     

    --

    MSC

     
     
     

    Handover inter MSC réalisés

    4500

     

    --

    Taux de handover réussis

    --

     

    20%

    III.2.2 Procédure d'établissement d'une communication

    Nous représentons à la figure III.1 les différentes phases lorsqu'un utilisateur d'un mobile désire correspondre avec un abonné du réseau fixe :

    Figure III.1 Prise de ligne d'un mobile vers le réseau fixe

    Une fois que l'utilisateur a composé le numéro de son correspondant sur son mobile, la demande arrive à la BTS de sa cellule.

    La demande traverse le BSC.

    La demande arrive dans le commutateur du réseau où l'abonné est d'abord authentifié puis son droit d'usage vérifié.

    Le commutateur MSC transmet l'appel au réseau public.

    Le commutateur MSC demande au contrôleur BSC de réserver un canal pour la future communication.

    Lorsque l'abonné demandé décroche son téléphone, la communication est établie.

    Pour les appels dans l'autre sens, le HLR et le VLR interviennent pour déterminer la cellule où se situe l'utilisateur mobile.

    Notons que le multiplexage fréquentiel AMRF divise en 124 canaux de
    200 kHz de large chacun les deux plages de fréquences (890-915 MHz)
    terminal vers station de base et (935-960 MHz) station de base vers

    terminal. Il offre 124 voies de communication duplex en parallèle,
    chaque sens de communication possédant une voie qui lui est réservée.

    III.2.3 Traitement des informations par le MSC

    Le centre de commutation mobile est relié au sous-système radio via l'interface A. Son rôle principal est d'assurer la commutation entre

    les abonnés du réseau mobile et ceux du réseau commuté public (RTC)
    ou de son équivalent numérique, le réseau RNIS (ISDN en anglais).
    D'un point de vue fonctionnel, il est semblable à un commutateur de

    réseau ISDN, mis à part quelques modifications nécessaires pour un réseau mobile.

    De plus, il participe à la fourniture des différents services aux abonnés
    tels que la téléphonie, les services supplémentaires et les services de
    messagerie. Il permet encore de mettre à jour les différentes bases de

    données (HLR et VLR) qui donnent toutes les informations concernant les abonnés et leur localisation dans le réseau.

    Les commutateurs MSC d'un opérateur sont reliés entre eux pour la
    commutation interne des informations. Des MSC servant de passerelle

    (Gateway Mobile Switching Center, GMSC) sont placés en périphérie du
    réseau d'un opérateur de manière à assurer une interopérabilité entre
    réseaux d'opérateurs. En effet, le traitement des informations par le

    MSC engendre les trafics qui entrent dans la détermination de la
    capacité et rapidité de traitement des informations par le MSC. Parmi

    ce traitement, nous citons les événements tels que :

    > Programmation de MSC ;

    > Gestion de mobilité ;

    > Gestion de services supplémentaires ; > Contrôle de signalisation;

    > Gestion de handover inter MSC ; > Traitement des appels et SMS.

    III.2.4 Programmation des MSC dans les applications de

    commutation et de gestion des bases de données

    Le protocole MAP (Mobile Application Part) régit l'ensemble des échanges entre équipements du réseau mobile (NSS, Network Sub-

    system). Il offre les fonctions de signalisation nécessaires à un service
    de communication voix ou données dans un réseau mobile. Il a

    principalement trait à toutes les fonctions qui permettent à un mobile
    d'être itinérant. Il s'appuie sur la pile de protocole SS7 qui garantit un
    transport fiable. Le protocole MAP concerne les dialogues entre

    différentes entités du réseau mobile notamment, MSC/VLR, MSC Server, SGSN, HLR, EIR, SMSC, etc.

    III.2.4.1 Gestion de la mobilité

    La procédure de gestion de la mobilité permet au système de connaître à tout instant la position d'un mobile. Cette fonction est

    nécessaire pour que le réseau mobile puisse joindre une station mobile.
    Deux mécanismes de base interviennent dans la gestion de la mobilité

    :

    L'enregistrement (registration) ou mise à jour de la localisation (location update) qui est un mécanisme de la station mobile qui informe le réseau de sa localisation.

    La recherche de localisation (location tracking) qui est le mécanisme de localisation de la station mobile par le réseau. La recherche de localisation est requise lorsque le réseau tente de délivrer un appel ou un SMS à la station mobile.

    III.2.4.2 Gestion des services complémentaires

    L'usager peut gérer ses services complémentaires depuis son mobile, e.g. modifier son numéro de renvoi d'appel sur occupation ou

    sur non joignable, désactiver le renvoi d'appel, activer le signal d'appel, etc.

    Les messages MAP relatifs à cette gestion sont :

    MAP_REGISTER_SS : Ce service est utilisé entre le VLR et le HLR afin d'enregistrer les données relatives à un service complémentaire.

    MAP_ERASE_SS : Ce service est utilisé entre le VLR et le HLR afin de supprimer les données relatives à un service complémentaire. MAP_ACTIVATE_SS : Ce service est utilisé entre le VLR et le HLR afin d'activer un service complémentaire.

    MAP_DEACTIVATE_SS : Ce service est utilisé entre le VLR et le HLR afin de désactiver un service complémentaire. MAP_INTERROGATE_SS : Ce service est utilisé entre le VLR et le HLR afin d'interroger les données relatives à un service complémentaire.

    MAP_REGISTER_PASSWORD : Ce service est utilisé entre le VLR et le HLR si l'usager mobile demande l'enregistrement d'un nouveau mot de passe.

    MAP_GET_PASSWORD : Ce service est utilisé entre le HLR et le
    VLR lorsque le HLR reçoit une requête de l'usager mobile pour

    une opération sur un service complémentaire qui requiert un mot de passe de la part de l'usager.

    MAP_SS_INVOCATION_NOTIFY : Ce service est utilisé entre le MSC et le SCP CAMEL lorsque l'usager invoque un des services complémentaires suivants : Call Deflection (CD), Explicit Call Transfer (ECT) or Multi Party (MPTY).

    MAP_REGISTER_CC_ENTRY : Ce service est utilisé entre le VLR et le HLR afin enregistrer les données pour une demande de rappel automatique sur occupation.

    MAP_ERASE_CC_ENTRY : Ce service est utilisé entre le VLR et le HLR afin de supprimer les données pour une demande de rappel automatique sur occupation.

    Les chaînes de contrôle utilisées pour les services complémentaires sont indiquées ci-dessous. SC signifie Service Code et SI signifie Supplementary Information (e.g. mot de passe, numéro de renvoi).

    Chaîne de contrôle de la Signification

    *SC*SI# Activation

    #SC*SI# Désactivation

    *#SC*SI# Interrogation

    *SC*SI# et **SC*SI# Enregistrement

    ##SC*SI# Suppression

    III.2.4.3 Gestion du Handover inter-MSC

    Lorsqu'une station mobile se déplace d'un MSC vers un autre pendant une communication, une procédure de transfert intercellulaire

    (handover) inter-MSC doit être exécutée afin de garantir la continuité
    de la communication. A cette fin, les MSCs ou MSC Server doivent

    échanger des données afin d'initier puis de réaliser l'opération de
    transfert. L'interface utilisée entre MSCs ou MSC Server pour la mise en

    oeuvre du handover inter-MSC ou inter-MSC Server s'appuie sur le protocole MAP. Les messages MAP impliqués sont :

     

    MAP_SEND_END_SIGNAL : Ce service est utilisé entre le MSC-B et le MSC-A, indiquant que le chemin de communication entre le MSC-B et le mobile a été établi.

    MSC-A conserve le contrôle de l'appel jusqu'à la libération de cet appel.
    La réponse est utilisée par le MSC-A afin d'informer le MSC-B que

    toutes les ressources de l'appel peuvent été libérées au niveau du MSC-B, soit parce que l'appel a été libéré dans le MSC-A soit parce que l'appel a été transféré (relocated) du MSC-B au MSC-A.

    MAP_PROCESS_ACCESS_SIGNALLING : Ce service est utilisé entre le MSC-B et le MSC-A afin de passer l'information reçue sur l'interface A (Interface entre MSC et BSC) ou l'interface Iu (Interface entre MSC et RNC) du MSC-B au MSC-A.

    MAP_FORWARD_ACCESS_SIGNALLING : Ce service est utilisé entre le MSC-A et le MSC-B afin de passer l'information qui doit être relayée à l'interface A ou l'interface Iu du MSC-B. MAP_PREPARE_SUBSEQUENT_HANDOVER : Ce service est utilisé entre le MSC-B et le MSC-A afin d'informer le MSC-A qu'il a été décidé qu'un handover (transfert) au MSCA ou à un MSC tiers (MSC B') est nécessaire. Le schéma de la figure III.2, expose la procédure d'exécution du handover avec trafique des messages concernes.

    Figure III.2 procédure d'exécution du Handover inter-MSC

    III.2.4.4 Services de traitement d'appel

    Lors d'un appel entrant, le réseau nominal de l'appelé mobile doit identifier la localisation du mobile afin de l'informer de cet appel. Tout

    appel entrant est acheminé par le réseau origine au GMSC du réseau nominal de l'appelé. Le GMSC interroge alors le HLR pour obtenir les informations de routage permettant l'acheminement de l'appel au mobile. Les messages

    MAP impliquées sont :

    MAP_SEND_ROUTING_INFORMATION : Ce service est utilisé entre le GMSC et le HLR. Il est invoqué par le GMSC afin d'interroger le HLR et obtenir les informations de routage (i.e., le MSRN, Mobile Station Roaming Number) qui permettent l'acheminement de l'appel au mobile.

    MAP_PROVIDE_ROAMING_NUMBER : Ce service est utilisé entre le HLR et le VLR. Ce service est invoqué par le HLR afin de demander au VLR un numéro MSRN afin que le HLR puisse retourner cette information au GMSC.

    III.2.4.5 Service SMS

    Le service de messages courts (SMS, Short Message Service) encore appelé "texto", s'appuie sur la capacité d'un terminal mobile à

    émettre / recevoir des messages alphanumériques. Les messages courts sont des messages textuels d'au plus 160 caractères (codés à l'aide d'ASCII 7 bits sur 140 octets) et sont délivrés en quelques secondes lorsque le destinataire est rattaché au réseau.

    Pour mettre en place ce service de messages courts, l'opérateur doit
    prévoir un ou plusieurs serveurs dédiés et reliés au réseau. On appelle

    ce serveur le Short Message Service Centre (SMSC). Son rôle est de
    recevoir les messages envoyés afin de les redistribuer aux destinataires

    lorsque ceux-ci sont connectés au réseau. Dans le cas contraire, il
    stocke ces messages. Lorsque le mobile du destinataire peut être de
    nouveau localisé, le réseau notifie le SMSC qui est alors en mesure de

    relayer le message. Pour transmettre un message à un mobile, le SMSC utilise les services du MSC auquel est rattaché le destinataire.

    Le service SMS s'appuie sur le protocole MAP. MAP permet le transport
    du SMS du MSC de l'émetteur au SMSC, l'interrogation du SMSC au

    HLR pour identifier le MSC du destinataire, puis le transport du SMS du SMSC au MSC du destinataire.

    Les messages MAP relatifs au service SMS sont :

    MAP-SEND-ROUTING-INFO-FOR-SMS: Ce service est utilisé entre le SMSC et le HLR afin que le SMSC obtienne l'information de routage lui permettant d'acheminer le message court au MSC, MSC Server ou SGSN auquel est rattaché le destinataire.

    MAP-MT-FORWARD-SHORT-MESSAGE : Ce service est utilisé entre le SMSC et le MSC, MSC Server ou SGSN afin de délivrer le message court.

    MAP-REPORT-SM-DELIVERY-STATUS : Ce service est utilisé entre le SMSC et le HLR.

    Il permet de positionner les données MWD (Message Waiting Data) dans le HLR lorsque le message n'a pas pu être délivré au destinataire ou d'informer le HLR du transfert avec succès du SMS. Ce service est invoqué par le SMSC.

    soit parce que le mobile a de nouveau une mémoire disponible pour recevoir des SMS soit parce que le mobile a de nouveau un contact radio avec le MSC ou SGSN alors que le fanion Message Waiting est positionné au niveau du VLR ou du SGSN.

    MAP-ALERT-SERVICE-CENTRE : Ce service est utilisé entre le HLR et le SMSC. Le HLR initie ce service si le HLR détecte qu'un usager, dont le MSISDN est dans le fichier Message Waiting Data, est de nouveau joignable ou si le mobile a de nouveau de la mémoire disponible pour recevoir le SMS.

    MAP-INFORM-SERVICE-CENTRE : Ce service est utilisé entre le HLR et le SMSC afin que le HLR informe le SMSC que son adresse SS7 (titre global) est stockée dans le fichier Message Waiting Data. La figure III.4 illustre le trafic de signalisation entre deux MSC.

    Figure III.4 Envoi d'un SMS à un destinataire joignable

    Avec le service SM-MO, la station mobile envoie un message court au SMSC. dans ce cas, le cheminement logique des messages courts est le suivant : MSMSCSMSC (Figure III.4).

    Lorsque l'utilisateur mobile souhaite envoyer un message court, il doit indiquer le MSISDN du destinataire et l'adresse du SMSC. L'adresse du SMSC est présente sur le module SIM.

    L'émetteur remet le message court à son MSC/VLR de rattachement (VMSC/VLR, Visited MSC/VLR) à travers la demande SMS-SUBMIT.

    Le MSC émet un message MAP-SEND-INFO-FOR-MO-SMS à son VLR pour lui demander le numéro de téléphone (MSISDN, Mobile Station ISDN Number) de l'émetteur et pour vérifier qu'aucune restriction n'est imposée à cet émetteur, e.g. SMS-Barring. Le VLR retourne alors une réponse MAP-SEND-INFO-FOR-SMS-ack. Si la réponse est positive, le MSC émet le message MAP-MOFORWARD-SHORTMESSAGE au SMSC. Ce message contient l'adresse du SMSC, les numéros MSISDN de l'émetteur et du destinataire, et le message court. Le message court est donc véhiculé dans une transaction MAP. Le SMSC stocke le message et les adresses dans sa mémoire.

    Le SMSC demande des informations de routage du message au HLR du destinataire du SMS à travers la requête MAP-SENDROUTING-INFO-FOR-SM, informations qui lui permettent de relayer le message au MSC approprié (MSC auquel est rattachée la station mobile destinataire). Cette requête contient notamment le numéro MSISDN du destinataire. Le HLR utilise ce numéro pour rechercher les informations de routage qu'il retourne au SMSC à travers la réponse MAP-SEND-ROUTING-INFO-FOR-SM-ack. Cette réponse contient l'IMSI du destinataire et l'adresse du MSC de rattachement.

    Le SMSC délivre le message court au MSC à travers une requête MAP-MT-FORWARDSHORT-MESSAGE. Le MSC émet la requête MAP-SEND-INFO-FOR-MT-SMS à son VLR en vue d'obtenir des informations relatives au destinataire. Le paramètre passé dans cette requête est l'IMSI du destinataire.

    A partir de l'IMSI fourni par le MSC, le VLR identifie la zone de localisation (LA, Location Area) du mobile destinataire. Le VLR lance alors une procédure de paging, technique consistant à effectuer une recherche sur l'ensemble de la zone où est susceptible de se trouver le mobile demandé. La procédure de paging est initiée par le VLR mais effectuée par le MSC. La station mobile destinataire répond positivement. Le VLR retourne une réponse MAP-SEND-INFO-FOR-MT-SMS-ack au MSC.

    Le MSC relaye le message court à la station mobile destinataire
    via le message SMSDELIVER et reçoit un acquittement SMS-
    STATUS-REPORT. La figure III.5, montre l'exemple de dialogue

    par signalisation entre MSC et MS au cours de recherche (tentative) d'établissement d'une communication

    figure III.5. Envoi d'un SMS à un destinataire injoignable

    Le destinataire s'est détaché du réseau. Le MSC/VLR qui le prenait en charge conserve son profil dans son VLR et positionne l'état de l'usager associé à "detached". Le HLR n'est pas informé de l'événement.

    Les messages de 1 à 7 sont identiques au cas où le destinataire est joignable.

    Si la station mobile destinataire est hors tension ou n'est pas joignable car le mobile est dans une zone non couverte, le SMSC reçoit du MSC/VLR destinataire un acquittement à son message MAP-FTFORWARD-SHORT-MESSAGE indiquant la cause (Figure III.5).

    numéro MSISDN du destinataire dans un fichier de données des messages en attente (MWD File, Message Waiting Data File). MWD consiste en une liste d'adresses de SMSC ayant des messages en attente de livraison à la station mobile destinataire. Lorsque l'usager s'enregistre ou redevient joignable, le MSC/VLR de rattachement de ce destinataire envoie un message MAPREADY-FOR-SM au HLR car il avait reçu un SMS qu' 'il n'avait pas pu délivrer au mobile.

    Le HLR notifie alors le SMSC de la présence du mobile destinataire à travers un message MAP-ALERT-SERVICE-CENTER.

    Au vue de toutes les responsabilités affectées à MSC, il s'avère nécessaire de prendre en compte le calcul de dimensionnement du MSC

    pour déterminer sa capacité réelle et maximale de fonctionnement. La
    limitation de cette capacité est relative au prix de la licence qui varie

    d'autans plus que le MSC est modulaire. A travers toutes les
    procédures des dialogues entre MSC, bases de données et MS, l'on

    s'aperçoit qu'outre les trafics des données facturées (voix,
    téléchargement, fax, téléfax) que le MSC doit commuer, il ya aussi
    celui de la signalisation qu'il faut prendre en compte dans la

    détermination de la capacité de MSC et de PPS. C'est un aspect
    important lié à l'utilisation des canaux de contrôle d'une part (BSS) et

    du MSC d'autre part dans NSS.

    III.3 ETUDE DE LA CAPACITE DE PPS

    Il est constitué de puissant microprocesseur, la plateforme de prépaiement est utilisée dans les réseaux GSM, pour exercer les

    fonctions d'incrémentation et décrémentation la taille de PPS dépendra
    alors de sa capacité en termes de débit d'informations à traiter et du

    temps réel de traitement. Et pourtant, aucun opérateur ne voudrait
    construire un réseau de faible capacité. Ainsi, pour un nombre

    important de communications à commuter à un instant donné par le MSC ; le PPS doit à l'instant même traiter cas par cas, donc répondre aux impératifs de billing (taxation) dans le réseau.

    D'où l'équilibre entre les capacités de MSC et PPS est recherché pour un fonctionnement normal du réseau.

    III.3.1 Numérisation du signal

    Parallèlement aux microprocesseurs et aux micros contrôleurs, les processeurs de traitement numérique du signal ont bénéficié des énormes propres en rapidité et en puissance de calculs des composants logiques intégrés programmables. D'une manière générale, tous les processeurs vérifient la loi de Moore.

    Grâce à ses possibilités de traitement rapide de certaines commandes numériques faisant appel à des algorithmes complexes permettant ainsi le travail en << temps réel ». En utilisant des données numériques extraites d'un signal on rend les systèmes de commande et de gestion électroniques beaucoup plus fiables, et reproductibles. Là où il fallait des réglages en électronique analogique, il suffit d'imposer une valeur constante convenablement choisie dans un registre particulier du composant. On fixe ainsi l'amplification ou la bande passante d'un filtre numérique, et ceci de manière définitive.

    III.3.2 Puissance de calcul d'un PPS

    C'est un autre critère de classification des PPS. Cette puissance de calcul dépend de la rapidité de l'exécution des instructions, et donc de l'horloge. Dans un PPS, le MAC (Multiplicateur et Accumulateur) calcule le produit de deux entrées codées sur N bits, dans un temps << record » de 7ns à 150ns. Un cycle d'horloge, le multiplicateur est obtenu de manière asynchrone. Le résultat est chargé dans un accumulateur à 2x N bits. L'utilisateur choisit de garder seulement les N bits de poids fort en simple précision, et effectue alors une troncature ou alors l'ensemble de résultat en double précision. Bien entendu, si le PPS est à virgule flottante, l'effet de la troncature est moins gênant. La méthode classique pour évaluer les performances d'un PPS est basée sur sa vitesse d'exécution, encore faut-il trouver une bonne définition de ce qu'est la vitesse d'exécution, ce qui n'est pas forcement simple. Cette méthode de base consiste donc à compter le nombre d'instructions effectuées par seconde. Un obstacle apparaît alors, car une instruction ne signifie pas forcément la même chose d'une famille de PPS à l'autre. Le tableau III.4 résume les principales définitions en usage.

    Tableau III.4 illustre la puissance de calcul d'un PPS

    III.3.3 Méthode de dialogue entre MSC/PPS

    MSC

    2 3

    Serveur applicatif

    P

    4

    5

    6

    P

    Serveur de tarification

    1

    Un commutateur a pour rôle d'établir les liaisons entre les appelants et les appelés d'une façon automatique c'est-à-dire sans aucune intervention humaine tandis que le calculateur numérique PPS est un élément qui est le plus intelligent du sous système réseau `'NSS» qui effectue les opérations comme les calculs des appels et la taxation etc... , en outre le PPS est un circuit ou système qui contient les informations relatives à la taxation ou Billing. La figure III.6 représente la méthode de dialogue appliquée entre MSC et PPS

    1. Tentative d'appel ;

    2. Interrogation pour vérifier le compte ou le solde principal de l'abonné si les crédits peuvent suffire pour effectuer une communication ;

    3. réponse après la vérification du compte de l'abonné appelant ;

    4. décrémentation du compte de l'abonné appelant ;

    5. Ok ;

    6. ouverture du circuit...

    III.4 LES CONDITIONS D'EQUILIBRE DES CAPACITES DE MSC ET
    PPS DANS UN RESEAU CELLULAIRE GSM

    III.4.1 Rôle de MSC dans la réalisation d'une communication

    Outre sont rôle primaire évoqué au point III.3, le switch (commutateur) est un élément moins intelligent du sous système réseau, s'occupe essentiellement de l'acheminement des appels, après avoir reçu les instructions et commandes provenant des bases de données sous forme des protocoles et signalisation.

    III.4.2 Rôles de PPS dans la réalisation d'une communication

    Le prepaid service est l'un des éléments les plus intelligents du système GSM. Il contient les informations relatives sur la plate forme

    de prépaiement mobile et effectue aussi des calculs de durée de
    minutes consommée, lors de l'établissement d'une communication. Il
    est autrement appelé le serveur de tarification qui fait la somme des

    minutes consommées pendant une durée indéterminée. Il gère tous ce
    qui est de caractéristique de calcul et facturation dans un réseau

    mobile.

    III.4.3 Condition d'équilibre des capacités de MSC/PPS

    Pour le bon fonctionnement des équipements du réseau cellulaire que nous parlons dans notre présent travail, tel que le commutateur du

    réseau mobile (MSC) et le calculateur numérique (PPS), il faut que leurs capacités soient équilibrées pour éviter certains désagrément qui peuvent aussi perturber le réseau en général.

    données. Dans cette dernière partie de notre travail nous nous basons sur les conditions d'équilibre du commutateur et calculateur numérique PPS.

    Nous avons trois conditions à développer :

    > 1ère cas la capacité de MSC = PPS ; > 2ème cas la capacité de MSC = PPS ; > 3ème cas la capacité de MSC PPS.

    1ère cas la capacité MSC = PPS

    Dans cette condition le réseau peut bien fonctionner à condition qu'il ne fasse pas la saturation. Au cas où une telle situation se présentait, il y aura des pertes de communication et l'on parle souvent de la saturation du réseau. Ce qui nécessitera l'ajout des modules dans le MSC avec achat de nouvelle licence et l'ajout de la capacité de PPS. La figure III.7 illustre la capacité MSC= PPS.

    MSC

    PPS

    Fig.III.7. Illustration de la condition MSC = PPS

    2ème cas la capacité MSC = PPS

    Dans le deuxième cas les conditions d'équilibre sont respectées et c'est parmi les méthodes les plus utilisées. Dans cette condition d'équilibre, même si le MSC atteint le nombre maximal de connexion le PPS est à même de bien gérer les communications quand bien même que le MSC atteignait la saturation. La figure III.8.montre la condition MSC = PPS.

    55

    Capacité du MSC

    Réserve

    Capacité du PPS

    Réserve

    Fig.III.8. Illustration de la condition MSC = PPS

    3ème cas la capacité MSC PPS

    Dans le troisième cas, le réseau va fonctionner normalement mais avec une mauvaise condition. Si par exemple un grand nombre d'abonnés appelait au même moment le MSC de son côté va pouvoir commuter les appels normalement comme sa matricule de connexion est disponible, sans tenir compte de la capacité de PPS. Lorsque le PPS atteindra sa capacité maximale, le grand nombre de communications qui sera trop supérieur a sa capacité entraînera son disfonctionnement. Par exemple, si la capacité de MSC est de 800 GB et PPS 500 GB, si le MSC arrive à plus de 500 GB, le PPS va céder. A ce moment, tous les abonnés auront l'opportunité d'appeler sur toutes les destinations, en outre passant le PPS. Donc le PPS va s'emballer parce qu'il n'arrive plus à gérer le calcul et la facturation des appels. Tous ces désagréments, c'est parce que leurs capacités respectives ne sont pas équilibrées. La figure III.9 illustre la condition MSC supérieur à PPS

    Capacité de MSC

    Dépassemen

    Capacité de PPS

    MSC

    P
    P

    S

    Fig.III.9 illustration de la condition MSC > PPS

    III.5 Conclusion

    Dans notre troisième chapitre nous avons exposé les caractéristiques des équipements des types évoqués et leurs méthodes de dialogue ainsi que leurs conditions d'équilibre.

    Cela après avoir parcouru les rôles joués par chacun d'équipement qui contribue à la réalisation d'une communication dans le réseau GSM. Partant des spécificités de chacun d'eux, on comprend pourquoi ses détails sont nécessaires tant dans le dimensionnement et la détermination de leur capacités respectives.

    Dans les conditions d'équilibre, il s'est avéré nécessaire de bien définir ces capacités pour un fonctionnement normal du sous système réseau.

    CONCLUSION GENERALE

    Nous voici au terme de notre travail dans lequel, nous nous sommes basés sur l'étude et condition d'équilibre des capacités de MSC et PPS dans un réseau cellulaire de norme GSM.

    Dans notre travail, nous avons montré comment établir l'équilibre afin d'éviter le disfonctionnement du système qui entraînera les désagréments déplorables dans un réseau entier et particulièrement dans les applications du sous système réseau (NSS).

    Pour augmenter la qualité de service et la fiabilité du réseau, il faudrait que leurs capacités (MSC et PPS) soient équilibrées. D'où la meilleure condition est que la capacité du PPS soit toujours supérieure ou égale à celle du MSC.

    Au terme, il sied de signaler aussi que lors de planification d'un réseau dans un pays ou dans une ville, il faut toujours tenir compte de dimensionnement et de la normalisation des licences, parce que chacun des équipements est tributaire de leurs capacités. Ce principe reste la base de conception des réseaux cellulaires.

    Etant donné que c'est une oeuvre humaine, et que cette matière est très souvent confidentielle chez n'importe quel opérateur, il serait malvenu de prétendre avoir épuisé la quintessence de ce sujet. Nous sommes par contre ouvert à toute remarque ou critique qui permettrait d'ajouter un plus pour l'amélioration de la qualité de ce travail de fin d'études

    Références bibliographiques

    1. Réseau GSM, Xavier lagrage, Hermès, 2004, pp. 1 à 200 ;

    2. Les réseaux, Guy Pujolle, Eyrolles, 2001, pp. 1 à 100 et 130 à 180 ;

    3. Réseaux et systèmes informatiques mobiles, Samuel pierre, presses internationales polytechniques, 2003, pp. 1 à 190 ;

    4. C.DEMOULIN et M.VAN DROOGENBROECK, principes de base du fonctionnement du réseau GSM, édition 2005, pp. 1 à 28 ;

    5. J.L LANGLOIS, le GSM, édition 2003, pp. 2 à 19 ;

    6. Eddy NTEKEBA MONSENGO, cours de téléphonie mobile, G3 RT, ISTA 2012 ;

    7. Célestin MISILU, cours de commutation, G3 Com, ISTA 2012. Sites web

    1. www.google.com

    2. www.wikipedia.com

    3. www.commentçamarche.net

    Abréviations

    AMPS: Advanced Mobile Phone System

    APN: Access Point Name

    ASCII: American Standard Code for Information Interchange

    ASIG: Analogy Signal

    AuC: Authentification Center

    BCTL: Back phone Controlling Layer BDT: Back phone Digital trunk Layer BHCA: Busy Hour Call Attemps BNEL: Back phone Network Layer BSC: Base Station Controller

    BSS AP: Base Station Sub-system Application

    BTS: Base Transceiver Station CD: Call Detection

    CDMA: Code Division Multiple Access

    CEPT:Conférence Européenne des Postes et Télécommunication CUG: Closed Users Groupe

    DSN: Digital Switching Network

    DSNI: Digital Switching Network Interface

    DSP : Digital Signal Processing DTI: Digital trunk Interface

    EDGE : Enhanced Data rate for GSM Evolution

    EIR: Equipment Identity Register FBI: Fiber Interface

    FDMA: Frequency Division Multiple Access

    GMSC : Gateway Mobile Switching Center

    GMSL: Genomic Messaging System Language

    GPRS: General Packet Radio Service GPS: Global Positioning System

    GSM: Global System for Mobile communication

    HDB3: High Density Bipolar 3 HLR: Home Location Register IMEI : International Mobile Station Equipement Identity

    IMSI : International Mobile Subscriber Identity

    IP: Internet Protocol

    ISO: International Organization for Standardization

     

    60

    LMT: Lustre Monitoring Tool

    MAP: Mobile Application Part

    MCC: Mobile Country Code

    MIC: Modulation par Impulsion et Codage MNC: Mobile Network Code

    MPM: MSC Processing Module

    MS: Mobile Station

    MSC: Mobile Switching Center

    MSISDN: Mobile Station International Subscriber Directory Number

    MSRN : Mobile Station Roaming Number MWD: Message Waiting Data

    NMC : Network and Maintenance Center NRZ: Non Return to Zero

    NSS: Network Sub System

    OMC: Operation and Maintenance Center

    OMC-R: Operation and Maintenance Center Radio

    OMC-S: Operation and Maintenance Center System

    OSI: Open Systems Interconnection OSS: Operation Sub System

    OSS: Operation Support Sub-system

    PEPD: Peripheral Environment Parameter Detector

    PIN: Personal Identification Number PLMN : Public Land and Mobile Network PPS: Platform Prepaid Service

    PS: Point Sémaphore

    PSTN: Public Switched Telephone Network PTS: Points de Transfert Sémaphore

    PUK: PIN Unlock Key

    QoS: Qualité de service

    RNIS : Réseau Numérique a l'Intégration de Service

    RTC : Réseau Téléphonique Commuté

    RTCP : Réseau Téléphonique Commuté Public

    SGSN: Serving GPRS Support Node SIM: Subscriber Identity Module SMEN: Shared Memory

    SMS : Short Message Service

    SMSC: Short Message Service Center SS7: Signaling System 7

    SYCK: Clock Synchronization

    TDMA: Time Division Multiple Access

    TMSI : Temporary Mobile Subscriber Identity TRAU: Trancoder Rate Adaptator Unit

    TRX: Transceiver

    UC: Unité de Commande

    UIT : Union International des Télécommunications UMTS: Universal Mobile Telecommunication system UT: Unité de Traitement

    VLR: Visitor Location Register

    VMS: Voice Mail Service

    WAP: Wireless Application

    W-CDMA: Wade band Code Division Multiple Access

    Table de matières

    Epigraphe~~~~.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ i

    Dédicace~.~~~~.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~ ii Remerciement~~~~~.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~ iii Introduction générale~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~.~ 1

    1. Bref Historique~~~~~~~~~~~~~ ~~~~.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.~~1

    2. Problématique~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 2

    3. Objectif~~~~.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 2

    4. Méthodologie~~~~~~~~~~~.~~~~~~~.~~~~~~~.~~~~~~~~~~~~~~.4 5.Subdivision du travail 4

    CHAP I : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT DU REASEAU GSM~ ~~ 5

    I.1 Introduction 5

    I.2 Le Sous Système Radio (BSS : Base Station Sub-system)~~~~~~~~~~~~~~~~.6 I.2.1 Fonction de la BTS~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 8

    I.2.2 Fonctions du BSC~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~9

    I.2.3 TRAU (Transcoder Rate Adaptator Unit) 10

    I.2.4 Interface radio~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 11

    I.3 Le sous système réseau (NSS : Network Sub System)~~~~~~~~~~~~~~~~~ 15

    I.3.1 Fonction de Mobile Service Switching Center (MSC)~~~ ~~~~~~~~~~~~~ 17

    I.3.2 Fonction de HLR (Home Location Register)~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~18 I.3.3 Fonction de VLR (Visitor Location Register)~~~~~.~ ~~~~~~~~~~~~~~~ 18

    I.3.4 Fonction de AuC (Authentification Center)~~~~~~~~~.~ 19

    I.3.5 Fonction de EIR (Equipement Identity Register)~~~.~~~~~~~~~~~~~~~~ 21

    I.3.6 Fonction de PPS (Plateform Prepaid Service)~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 21

    I.3.7 Fonction de GMSC (Gateway MSC)~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 22

    I.3.8 Représentation des interfaces du NSS 22

    I.4 Sous système d'exploitation et maintenance (OSS)~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 22

    I.5 Conclusion~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 23 CHAPITRE II. METHODE ET PRINCIPE D'EQUILIBRE ENTRE LES CAPACITES DE MSC ET

    PPS~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.24

    II.1 Introduction 24

    II.2 GENERALITE SUR LE MSC~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 24 II.2.1 DEFINITION~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.24 II.2.2 Fonctionnement~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~.24 II.2.2.1 Le réseau sémaphore SS7~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~.25 II.2.3 La structure physique du MSC~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 26 II.2.3.1 Fonctions des modules du MSC~~~~~~~~~~~~~.~~~~~~~~~~~~~~~.27 II.2.3.2 Structure logicielle du MSC~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~.28 II.2.3.3 Fonctionnement et service du MSC~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 29

    II.3 Généralités sur le calculateur numérique PPS~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 29

    II.3.1 Fonction mémoire 31

    II.3.1.1 Définitions~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 31

    II.3.2 L'unité de traitement~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 31

    II.3.2.1 Structure interne~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.~~~~~~~~~~~~~~~~ 31

    II.3.3. Gestion de tarification~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 33
    II.3.3.1. Classe débit~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 34

    II.3.3.2. Système de paiement~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 34

    III.3.3.3 Prepaid service~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 35

    II.4 Conclusion~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 37

    CHAPITRE III. CONDITION D'EQUILIBRE DES CAPACITES DE PPS ET MSC DANS UN RESEAU

    GSM~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 38 Introduction~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.38 III.1 ETUDE DE LA CAPACITES DE MSC~~~~~~~~~~~.~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~ 38 III.1.1. Dimensionnement du MSC~~~~~~~~~~~~~~~~.~~~~~~~~~~~~ ~~~~~ 38 III.1.2 Procédure d'établissement d'une communication~~~ 40
    III.1.3 Traitement des informations par le MSC~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 41 III.1.4. Programmation des MSC dans les applications de commutation et de gestion des bases de données~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~.42 III.1.4.1 Gestion de la mobilité~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~42 III.1.4.2 Gestion des services complémentaires~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~ 42 III.1.4.3 Gestion du Handover inter-MSC~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~ 43 III.1.4.4 Services de traitement d'appel~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.~~~~~~ 45

    III.1.4.5 Service SMS~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 46
    III.2. ETUDE DE LA CAPACITE DE PPS~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~ 51 III.2.1. Numérisation du signal~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.~~~~~ 51 III.2.2 Puissance de calcul d'un PPS~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~ 52

    III.2.3 Méthode de dialogue entre MSC/PPS~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 53
    III.3 LES CONDITIONS D'EQUILIBRE DES CAPACITES DE MSC ET PPS DANS UN RESEAU CELLULAIRE

    GSM~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.~~~53 III.3.1 Role de MSC dans la réalisation d'une communication~~~~~~~~~~~~~ ~~~~ ~.54 III.3.2 Rôles de PPS dans la réalisation d'une communication.~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~ 54 III.3.4. Condition d'équilibre des capacités de MSC/PPS 57
    III.4. Conclusion~~~~~.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.~~~ ~~~~~~.~~~.58 CONCLUSION GENERALE~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~ ~~~~59

    Référence~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.~~~~~~~~~~.~~~ 60

    Abréviations~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~ ~.61

    Table des matières~~~~~~~~ 63






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"Tu supportes des injustices; Consoles-toi, le vrai malheur est d'en faire"   Démocrite