Protocoles GSM : architecture et couches
GSM (Global System for Mobile Communications) est la norme 2G historique (1991), base des réseaux 3G/4G/5G. Architecture en couches (modèle OSI simplifié) pour signalisation et transport.
Architecture réseau GSM
- MS (Mobile Station) : Téléphone + SIM.
- BSS (Base Station Subsystem) : BTS (antenne/relais) + BSC (contrôleur).
- NSS (Network Switching Subsystem) : MSC (commutateur), VLR/HLR (registres localisation), AUC (authentification), EIR (identité équipement), SMSC (SMS).
- OSS (Operation Support Subsystem) : Maintenance, facturation, gestion.
Pile protocolaire interface Um (Radio MS-BTS)
| Couche OSI | Couche GSM | Protocoles / Fonctions |
|---|---|---|
| 1. Physique | L1 | Modulation GMSK, TDMA (8 canaux/porteuse 200kHz), saut de fréquence, puissance, synchronisation. |
| 2. Liaison | L2 (LAPDm) | LAPDm (ISDN LAPD modifié) : trames, contrôle erreur, contrôle flux, multiplexage canaux logiques (TCH, SDCCH, SACCH, BCCH...). |
| 3. Réseau | L3 (Couche 3) | Trois sous-couches (sous-systèmes) : |
Couche 3 - Trois sous-systèmes
- RR (Radio Resources Management) : Établissement/relâchement canaux radio, handover (transfert cellule), mesure puissance/qualité, sélection/réélection cellule, allocation canaux (TCH, SDCCH), saut fréquence, cryptage (A5/1, A5/2, A5/3).
- MM (Mobility Management) : Gestion mobilité : attachement/détachement IMSI, mise à jour localisation (Location Update), authentification (A3/A8, Ki, RAND, SRES, Kc), gestion TMSI, chiffrement, sécurité.
- CM (Connection Management) : Trois entités :
- CC (Call Control) : Signalisation appels vocaux (setup, alerting, connect, release, DTMF, modifications).
- SS (Supplementary Services) : Services supplémentaires (renvoi, attente, conférence, présentation numéro, CLIR, barring).
- SMS (Short Message Service) : Transfert SMS (RP, CP, TP couches), point-à-point, broadcast (CBS).
Interfaces principales
- Um (Air) : MS ↔ BTS (L1+L2+L3 RR/MM/CM).
- Abis : BTS ↔ BSC (L1+L2+L3 BTSM + O&M).
- A : BSC ↔ MSC (SCCCP/M3UA/TCAP/MAP sur SS7).
- MAP (Mobile Application Part) : Signalisation cœur de réseau (MSC↔VLR/HLR/AUC/SMSC) sur SS7/TCAP.
Évolution vers 3G/4G/5G
- UMTS (3G) : RNC (Radio Network Controller) remplace BSC, NodeB remplace BTS, WCDMA (5 MHz), pile protocolaire RANAP/RNSAP/NBAP sur Iu/Interfaces.
- LTE (4G) : eNodeB (BTS+BSC), EPC (MME, SGW, PGW, HSS), pile E-UTRA (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC), S1/X2 interfaces, Diameter/ GTP-U.
- 5G NR : gNodeB, 5GC (AMF, SMF, UPF, AUSF, UDM), NFV/SDN, numerology flexible, URLLC/mMTC/eMBB.
L'article original listait MS/BTS/BSC/MSC protocols de façon simplifiée. La réalité est une pile protocolaire complexe standardisée 3GPP (TS 24.007, 24.008, 44.018, 48.058, 29.002...).