Analyse de GPRS - WideReality.com

Analyse de GPRS
version : 1.0
Nom(s)
Auteur
R. Cavagna, Stagiaire ENST Bretagne
Co-Auteur
X. Lagrange, ENST Bretagne
Nature des modifications
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
Date
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
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1
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Sommaire
1
Architecture générale ........................................................................... 4
1.1
1.2
1.3
2
Introduction ..................................................................................................... 4
L’architecture de GPRS................................................................................... 4
Les terminaux dans GPRS............................................................................... 6
La pile protocolaire .............................................................................. 8
2.1
Le plan de transmission ................................................................................... 8
2.1.2 Les couches physiques................................................................................. 9
2.1.3 L’interface Gn.............................................................................................. 9
2.1.4 Le lien entre le SGSN et le PCU ................................................................. 9
2.1.5 Le lien entre le PCU et la MS...................................................................... 9
2.1.6 Le lien entre le MS et le SGSN ................................................................. 10
2.2
Le plan de signalisation ................................................................................. 10
3
La transmission sur l’interface radio.................................................. 13
3.1
Le canal physique .......................................................................................... 13
3.1.1 Le canal Packet Data Channel (PDCH)..................................................... 13
3.1.2 La multitrame dans GPRS ......................................................................... 14
3.2
Les canaux logiques paquets ......................................................................... 14
3.2.2 Les canaux communs................................................................................. 15
a) Le Packet Random Access Channel (PRACH ↑) ................................................... 16
b) Le Packet Access Grant Channel (PAGCH ↓) ...................................................... 16
c) Le Packet Paging Access Channel (PPCH ↓)........................................................ 16
d) Le Packet Notification Channel (PNCH ↓) ........................................................... 16
e) Le Packet Broadcast Control Channel (PBCCH ↓) .............................................. 16
3.2.3 Les canaux dédiés ...................................................................................... 17
a) Le Packet Data Tranfert Channel (PDTCH ↑ ou ↓) ............................................. 17
b) Le Packet Associated Control Channel (PACCH ↑ ou ↓) ..................................... 17
c) Le Packet Timing Control Channel (PTCCH ↑ ou ↓) ........................................... 17
3.3
Le codage des données .................................................................................. 17
3.3.2 L’encodage CRC ....................................................................................... 18
3.3.3 L’encodage convolutionnel ....................................................................... 18
3.3.4 Les schémas de codage dans GPRS........................................................... 18
4
L’échange de données entre le MS et le SGSN ................................. 21
4.2
Contexte PDP et flux de données .................................................................. 21
4.3
la couche SNDCP .......................................................................................... 23
4.3.1 Présentation................................................................................................ 23
4.3.2 Structure du PDU SNDCP......................................................................... 23
4.4
La couche LLC .............................................................................................. 24
4.4.1 Structure de la trame LLC ......................................................................... 24
4.4.2 Les modes de fonctionnement ................................................................... 26
Résaco
Nom Projet
a)
b)
Le mode ADM ........................................................................................................ 26
Le mode ABM......................................................................................................... 26
4.4.3
Le transfert des données ............................................................................ 27
a)
b)
c)
Le transfert des données sans acquittements ......................................................... 27
Le transfert des données avec acquittements ......................................................... 28
Les classes de services ........................................................................................... 31
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4.4.4
La négociation des paramètres................................................................... 32
a)
b)
Les paramètres négociables................................................................................... 32
Le mécanisme de négociation ................................................................................ 34
4.4.5 Récapitulatif sur la taille des PDU LLC .................................................... 36
4.5
La couche MAC/RLC.................................................................................... 36
4.5.1 Structure du bloc MAC/RLC..................................................................... 37
4.5.2 Taille des blocs de données MAC/RLC .................................................... 38
4.5.3 Le transport des PDUs LLC ...................................................................... 39
4.6
Exemple du transport d’un paquet IP de 1500 octets .................................... 40
5
les mesures faites par le mobile ......................................................... 42
5.1
Les grandeurs mesurées................................................................................. 42
5.2
La qualité du signal........................................................................................ 43
5.3
Les traitements effectués ............................................................................... 43
5.3.1 Le filtrage des mesures .............................................................................. 43
5.3.2 Le calcul de la variance et du coefficient de variation .............................. 44
Annexes A : Structure des blocs MAC/RLC ............................................ 45
5.4
5.5
5.6
Le lien montant.............................................................................................. 46
Le lien descendant ......................................................................................... 47
Glossaire des champs contenus dans les blocs MAC/RLC ........................... 48
Références ................................................................................................. 50
Glossaire.................................................................................................... 51
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1.1
Architecture générale
Introduction
Le service GPRS définit une architecture de réseau à commutation par paquets avec
gestion de la mobilité et accès par voie radio. Un réseau GPRS comprend des abonnées
propres, mobiles ou fixes, et peut être relié à divers réseaux de données fixes reposant sur
divers protocoles : IP (Internet Protocol) mais aussi X25, protocole orienté connexion de
l’ITU (Internationnal Telecommunication Union). Le protocole réseau, quel qu’il soit, est
désigné sous le terme générique de PDP, Packet Data Protocol. Par extension, le réseau est
appelé réseau PDP. Plusieurs réseaux GPRS peuvent être reliés entre eux et offrir un service
d’itinérance.
Un des intérêts de GPRS est de profiter du multiplexage statistique dans le BSS par
l’utilisation de la transmission par paquets sur la voie radio. Les recommandations permettent
l’utilisation de plus d’un slot par trame TDMA et autorisent donc des débits instantanés
théoriquement jusqu’à 171,2 kbit/s.
1.2
L’architecture de GPRS
Cellule
couverte
par la BTS
VLR
PSTN
MSC
A
RESEAU GSM
TCU
MS
Um
BTS
MS
HLR
Ater
Agprs
BSC
ISDN
D
Gs
Abis
PSPDN
Gr
PCUSN
MS
Gb
SMC
Gi
Gn
tunnel
SGSN
Gd
Gc
GGSN
Gf
Gn
EIR
SGSN
PLMN
RESEAU GPRS
[D’après LGT 00]
Figure 1.1.
L’architecture de GPRS
La figure 1.1 présente les différents éléments qui constituent l’architecture du réseau
GPRS. On constate que le Mobile Station (MS) communique avec le Base Tranceiver station
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(BTS) via l’interface radio Um. Le BTS est un émetteur / récepteur contenant un minimum
d’intelligence pour faire l’interface entre les MSs et le Base Station Controler (BSC). Le BSC
permet une première concentration des circuits et est reliée via l’interface Abis aux BTSs
qu’elle commande. Cet équipement gère la ressource radio dans le cas des handover ou de
l’allocation d’un canal pour un appel.
Pour ce qui est de l’architecture commune avec le réseau GSM, on retrouve le lien
Ater entre la BSC et le Transmission Control Unit (TCU) et le lien A entre le TCU et le
Mobile Stwitching Center (MSC). Les MSC sont des commutateurs qui sont en général
associés aux Visitor Location Register (VLR). Les VLRs contiennent pour tous les abonnés
présents dans le territoire desservi par le MSC, leurs profils et la zone de localisation où ils se
trouvent. Les MSCs permettent de gérer les appels de départs et d’arrivées. Le MSC est relié
au réseau fixe via l’interface D. Le dernier élément commun que l’on retrouve est le Home
Location Register (HLR) qui est un enregistreur de localisation nominal. Cet équipement est
la base de données de localisation et de caractérisation des abonnés du réseau.
L’architecture spécifique GPRS est constituée du Packet Control Unit System Node
(PCUSN) qui est relié au BSC via le lien Agprs. Cet équipement contient le Packet Control
Unit (PCU) qui permet de faire le relais au niveau de la couche LLC entre le SGSN et la MS.
Sa fonction principale est de gérer les canaux et le contrôle de la ressource radio. – En réalité,
comme on le montre dans la figure 1.2. le PCU peut se situer dans le BTS, le BSC ou dans un
équipement indépendant (PCUSN) – Le lien Gb permet de faire la liaison entre le PCUSN et
le Serving GPRS system Node (SGSN). Ce nœud de service dans GPRS est un routeur (relié à
une ou plusieurs BSS) qui gère les terminaux dans une zone donnée. Le CCU est une partie
du BTS qui gère principalement la couche physique, en particulier l’entrelacement et le
codage correcteur d’erreur.
Gb
CCU
CCU
BSC
PCU
BSC
CCU
CCU
BSC
Um
B
SG SN
PCU
CCU
CCU
A
SG SN
PCU
A b is
SG SN
C
Gb
[D’après BAT 01]
Figure 1.2.
les différentes positions du PCU
Le SGSN est relié via l’interface Gr, Gd, Gf et Gn respectivement au HLR, au Short
Message Control (SMC), à l’Equipment Identity Register (EIR) et au Gateway GPRS System
Node (GGSN). Le SMC permet l’envoi de messages SMS via le réseau GPRS. Le EIR est une
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base de données où sont stockées les identités des terminaux mobiles. Elle permet par
exemple de d’établir les listes noires contenant les numéros des terminaux volés. Un tunnel
est créé entre le GGSN et le SGSN pour transporter les protocoles de couches supérieures qui
arrivent via le GGSN. En effet le GGSN est un nœud passerelle dans GPRS, il fonctionne
comme un routeur relié à un ou plusieurs réseaux de données (éventuellement GPRS) qui
permet aux paquets venant des réseaux externes d’être acheminés vers le SGSN du
destinataire. Il est également capable d’envoyer les paquets sortant vers le réseau de données
adéquat. Les interfaces Gn, Gi et Gc permettent respectivement de relier le GGSN a des
SGSN du réseau, aux réseaux de données comme Internet et au HLR.
1.3
Les terminaux dans GPRS
Dans cette partie nous allons faire quelques rappels sur les différentes caractéristiques
des terminaux qui fonctionnent sur le réseau GPRS.
Trois classes de terminaux sont proposées dans GPRS, les terminaux de :
•
classe A : qui permettent à GSM et GPRS de fonctionner en même temps,
•
classe B : qui permettent à GSM ou GPRS de fonctionner alternativement (bi-mode,
c’est à dire qu’on ne peut se servir que d’un service à la fois),
•
classe C : qui permettent le choix a priori de GSM ou de GPRS (on ne peut se servir
que d’un service à la fois, mais le mobile peut écouter les deux réseaux en même
temps).
La figure 1.3. présente les différents états que peut prendre un mobile GPRS lorsque
qu’il fonctionne sur son réseau, c’est à dire à partir du moment où il est allumé.
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ready
Attachement
Time-out
Détachement
Transmission
/ Réception
idle
Stand-by
Détachement
Garde la
synchronisation et
gère l’avance en temps
[D’après LGT 00]
Figure 1.3.
Les états GPRS MM (GMM) d’un mobile GPRS
On constate que pour effectuer des transmissions, celui-ci doit être dans l’état ready.
Cet état implique qu’il se soit attaché préalablement et donc qu’il ai quitté sa position idle
initiale. Une fois qu’il est attaché au réseau, pour le cas ou il n’ait pas de transmission à
effectuer (après l’expiration du time-out), il se met dans la position standy pendant laquelle il
garde la synchronisation et gère l’avance en temps.
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La pile protocolaire
Dans cette partie on rappellera les différents éléments qui constituent la pile
protocolaire dans GPRS. On tiendra compte des différentes positions possibles du PCU et on
mettra en parallèle les éléments communs au réseau GSM. Les recommandations GSM/GPRS
établissent un découpage des fonctions et une répartition de celle-ci sur divers équipements.
La structuration en couche reprend ce découpage en respectant la philosophie générale du
modèle OSI, même si la spécificité d’un système radiomobile conduit à s’éloigner de la
structure classique en 7 couches.
2.1
Le plan de transmission
La figure 2.1. rappelle les différents aspects de la structure protocolaire du plan de
transmission de GPRS. On met en parallèle dans cette figure la partie du plan de transmission
de GSM qui utilise les mêmes équipements que GPRS (i.e le BSS). On prend aussi en compte
les différentes positions possibles du PCU dans le réseau GPRS qui sont représentée par A,B
et C (cf figure 1.2.).
MM
Um
BTS
Abis
BSC
Ater
A
TRAU
GSM
GSM RF
GSM RF
ARLC
MAC
RLC
MAC
GSM RF
L1 bis
L1 bis
MTP1
BSSGP
FR
GSM RF L1
(CCU/PCU)
App.
IP / X25
SNDCP
LLC
L1
L1
GSM RF L1
(CCU)
GSM RF L1
(CCU)
L1
B RLC
MAC
L1
(PCU)
L1
L1bis
GPRS
BSSGP
FR
FR
L1bis
L1
C
SNDCP
GTP
LLC
TCP,UDP
RLC
MAC
L1
BSSGP
FR
L1 bis
BSSGP
FR
L1 bis
PCUSN
(PCU)
Agprs
IP
L2
L1
SGSN
Gb
IP / X25
GTP
UDP,TCP
IP
L2
L1
GGSN
Gn
Gi
[D’après LGT 00, BAT 01]
Figure 2.1.
La pile protocolaire de GSM et GPRS dans le plan de transmission
La gestion du relais au niveau de la couche LLC entre le SGSN et la MS peut se faire
à différents endroits : soit dans le BTS, soit dans le BSC, soit dans un équipement
spécifique (le PCUSN). Suivant la position du PCU, les équipements intermédiaires
effectueront ou non une commutation simple des données entre le SGSN et le PCU, puis entre
le PCU et la BTS.
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Pour ce qui est du plan de transmission dans GSM, tout ce passe au niveau de la
couche physique. Dans l’interface A et dans les interfaces qui suivent le Transcoder/Rate
Adaptator Unit (TRAU) la parole est respectivement transportée dans des canaux à 64 kbit/s
puis dans des canaux à 16 kbit/s. Le TRAU est un équipement, souvent près du MSC mais
fonctionnellement intégré au BSC, qui réalise la conversion « parole numérisée a 13 kbit/s »
Ù « parole numérisée à 64 kbit/s » et une partie de l’adaptation de débit pour les données
utilisateur. En effet dans les canaux à 16 kbit/s, la parole n’utilise en réalité que 13 kbit/s.
2.1.2
Les couches physiques
Les couches L1, L1bis et GSMRF définissent l’ensemble des moyens de transmission
et de réception physique de l’information. Sur l’interface Abis, la transmission est numérique,
le plus souvent sur des voies de 64 kbit/s (une ou plusieurs liaisons MIC à 30 voies). Sur
l’interface radio (Um) cette couche est plus compliquée du fait des nombreuses opérations à
effectuer : codage correcteur d’erreur, multiplexage des canaux logiques, mesures radio à
effectuer.
2.1.3
L’interface Gn
Entre le SGSN et le GGSN, un tunnel est crée pour transporter les protocoles des
couches supérieures. Ce tunneling est possible grâce au protocole GPRS Tunnel Protocol
(GTP) qui s’appuie soit sur TCP (Transport Control Protocol) pour permettre le transport des
données avec acquittements , soit sur UDP (User Datagram Protocol) pour permettre le
transport de données sans acquittements. La norme requiert que les deux types de protocoles
soient disponibles entre le SGSN et le GGSN dans le plan de transmission. Les PDUs GTP
sont encapsulés dans des PDUs TCP ou UDP, eux même encapsulés dans des datagrammes IP
(pour l’instant IPv4 et à terme IPv6) qui contiennent les adresses des SGSNs et des GGSNs
concernés. Ce niveau réseau ne s’occupe que de l’acheminement au sein du réseau fixe
GPRS.
2.1.4 Le lien entre le SGSN et le PCU
Entre le SGSN et le PCU le protocole BSS GPRS Protocol (BSSGP) permet
principalement une gestion coordonnée de la localisation entre GPRS et GSM-circuit. Ce
protocole a un rôle similaire au protocole BSSMAP et il transporte des informations de
routage et de qualité de service entre le PCU et le SGSN. Il permet aussi la retransmission
automatique des trames par le PCU et assure que le PCU est transparent aux données
utilisateurs GPRS.
2.1.5 Le lien entre le PCU et la MS
Entre le PCU et la MS deux couches protocolaires assurent un service liaison de
données:
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•
la couche Medium Access Control (MAC) gère l’accès au canal radio. Elle alloue des
ressources aux mobiles seulement quand ils ont des données à transmettre et elle
permet un multiplexage statistique.
•
la couche Radio Link Control (RLC) assure un service liaison de données entre le MS
et le PCU. Elle peut apporter une fiabilisation de la liaison radio.
Les couches RLC et MAC interagissent étroitement et sont spécifiées dans la même
recommandation, ce qui rend la séparation MAC/RLC un peu factice.
2.1.6 Le lien entre le MS et le SGSN
La couche de convergence Subnetwork Dependant Convergence Protocol (SNDCP), a
pour objet la réutilisation des protocoles standard développés pour les réseaux fixe de données
tout en ayant des couches inférieures qui sont spécifiques aux réseaux radiomobiles. A ce
titre, SNDCP effectue une compression et une segmentation des PDUs de niveau réseau
(appelé PDU PDP).
Enfin, entre la MS et le SGSN on retrouve la couche Logical Link Control (LLC) qui
permet la liaison entre ces deux équipements. Elle assure, entre autres, le chiffrement pour
GPRS. La particularité de LLC réside dans la gestion évoluée des acquittements. Elle prend
aussi en charge le chiffrement spécifique à GPRS. Celui-ci reprend les principes du
chiffrement de GSM-circuit avec une clé de 64 bits et un algorithme de chiffrement utilisant
un compteur sur 32 bits incrémenté à chaque nouvelle trame LLC.
Le protocole LLC dispose de trois modes :
- le mode protégé sans acquittements où la redondance de contrôle porte sur l’ensemble de la
trame mais où il n’y a pas de répétition en cas de perte ou d’erreur sur la trame,
- le mode non protégé sans acquittements où la redondance porte seulement sur l’en-tête.
- le mode avec acquittements où les retransmissions en cas d’erreur sont gérées.
2.2
Le plan de signalisation
La figure 2.2. rappelle les différents aspects de la structure protocolaire du plan de
signalisation de GPRS. On remarque qu’au niveau du réseau d’accès les couches inférieures à
SNDCP sont communes aux plans de signalisation et de transmission.
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SMS/ MAP
MSC TCAP
SCCP
Gd
SGSN
Gr
MAP
TCAP
SCCP
MTP3
MTP3
MTP2
MTP1
MTP2
MTP1
Passerelle
IP-SS7
MSC/
VLR
BSSAP+
SCCP
Gs
MTP3
LLC
IP
MTP3
L2
L1
MTP2
MTP1
GGSN
HLR
MTP3
MTP2
MTP1
Gc
Gi
GTP
SM G SMS
SM G SMS
GMM
MTP3
Gb
Um
UDP
MAP
TCAP
SCCP
GTP
MTP2
MTP1
MTP2
MTP1
MS
BSSAP+
SCCP
MAP
TCAP
SCCP
BSS
GMM
LLC
GTP
UDP
RLC
MAC
RLC
MAC
BSSGP
FR
BSSGP
FR
IP
L2
GSMRF
GSMRF
L1bis
L1 bis
L1
UDP
IP
L2
PSPDN
L1
Gn
[D’après LGT 00]
Figure 2.2.
le plan de signalisation dans GPRS
Les liens Gr et Gc (Gc est optionnel) relient respectivement le SGSN et le GGSN au
HLR (via éventuellement une passerelle IP-SS7 pour le GGSN). Le lien Gs (optionnel) relie
le MSC au SGSN. Entre ces deux équipements, le protocole BSS Application Part +
(BSSAP+) qui est une adaptation de BSSAP permet des applications simultanées entre GPRS
et GSM. En effet, lorsque qu’un réseau combine le mode circuit et le mode paquets, il est
nécessaire que le SGSN dialogue avec le MSC/VLR pour coordonner la gestion de la
localisation. De plus, il peut être efficace, lors d’un appel circuit vers un mobile d’utiliser
l’appel en diffusion (paging), géré par le SGSN. Le lien Gb relie le PCU et le SGSN. Le
relais de trames est utilisé entre ces deux équipements. Entre le SGSN et le GGSN (lien Gn),
le protocole de tunneling GTP est utilisé pour transporter les protocoles des couches
supérieures. On peut noter que dans le plan de signalisation on utilise uniquement le protocole
de UDP pour transporter les données car il est plus simple. Enfin, le lien Gd permet de
délivrer des messages SMS via le réseau GPRS.
Le protocole Message Transfert Part (MTP) qui est l’ensemble des trois couches
basses du SS7 est implanté dans les MSC, VLR, HLR, SGSN et GGSN. Il permet de disposer
d’un réseau téléphonique national dédié à la signalisation, basé sur le principe du
datagramme. La gestion de l’itinérance nécessite l’utilisation du protocole adaptatif Mobile
Application Part (MAP), particulier au GSM. Pour offrir l’itinérance internationale et rendre
évolutif les formats des messages, les protocoles SCCP et TCAP sont utilisés dans les
dialogues MSC/VLR-HLR, MSC/VLR-MSC/VLR, SGSN-SMS/HLR, SGSN-HLR et GGSNHLR. Ils se placent dans la structure en couche entre le MAP et le MTP.
Sur le réseau d’accès, la couche réseau comprend deux sous-couches GPRS Mobility
Management (GMM) et Session Management (SM). La couche SM est l’équivalent de la
couche CM de GSM-circuit. Elle permet au mobile de demander la mémorisation d’un
contexte PDP dans le SGSN ou le GGSN. Ainsi les paquets arrivant du réseau PDP externe
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sont routés par le GGSN vers le SGSN sans consultation des bases de données de localisation.
La couche GMM est l’équivalent de la couche MM. Elle permet la gestion de l’itinérance du
terminal dans le réseau. Lorsqu’un même réseau GSM comprend un service circuit et un
service paquet, l’itinérance peut être gérée de façon coordonnée. La couche SM est au-dessus
de la couche GMM mais il n’y a pas d’encapsulation entre les couches. La couche GPRS
Short Message Service (GSMS) assure l’échange des messages court entre le mobile et le
SGSN.
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La transmission sur l’interface radio
Dans cette partie nous nous intéresserons plus particulièrement à l’interface radio qui
relie le MS et le BTS. La couche protocolaire utilisée pour faire le lien entre ces deux
éléments est la couche Global System for Mobile Radio Frequency (GSM RF) qui utilise une
technique d’accès TDMA. Cette technique d’accès permet à différents utilisateurs de partager
une bande de fréquence donnée. Sur une même porteuse, les slots sont regroupés par paquets
de 8 et chaque utilisateur en utilise un avec les terminaux monoslot ou plusieurs avec les
terminaux multislots. Un « canal physique » est donc constitué par la répétition périodique
d’un slot dans une trame TDMA. Chaque slot accueille un élément de signal radioélectrique
appelé burst. L’utilisation d’un canal physique plein étant trop coûteuse en ressources on
définit des structures de multitrames qui permettent d’allouer moins d’un slot par trame. Un
ensemble de slots dans une multitrame va donc permettre de transporter, avec une périodicité
bien définie, un certain type d’information de contrôle ou de signalisation. Cet ensemble de
slots forme un « canal logique ». Plusieurs schémas de codage permettent de transporter
différentes tailles de SDU au niveau physique. Le débit utilisateur peut ainsi varier suivant la
qualité du signal reçu.
3.1
3.1.1
Le canal physique
Le canal Packet Data Channel (PDCH)
Une cellule supportant le GPRS doit allouer des ressources sur un ou plusieurs canaux
physiques. Les canaux physiques partagés par les MS GPRS sont pris parmi l’ensemble des
canaux physiques disponibles dans la cellule. Cette allocation de canaux à des services de
commutation se fait dynamiquement selon le principe de la capacité et de la demande. Un
PDCH dans GPRS est donc un canal physique configuré pour GPRS. Il supporte une
multitrame à 52 trames (soit 12 blocs) qui peut être allouée pour différents canaux logiques
qui peuvent être communs ou dédiés. Un canal PDCH est dit « maître » lorsqu’il contient au
moins un canal contrôle commun, un canal de contrôle commun étant un canal partagé entre
plusieurs mobiles. Dans le cas contraire il est dit « esclave » et il ne contient que des canaux
dédiés à des mobiles en particulier. Les canaux PDCH esclaves peuvent être reconfigurés très
rapidement en canaux GSM-circuit.
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3.1.2
La multitrame dans GPRS
1 m ultitram e = 52 tram es successives = 12 blo cs radio de 4 tram es TD M A + 4 tram es
(2 idle et 2 PT C C H )
(12/13 )*5* 52 = 240 m s
B loc 0
B loc 1
B loc 2
0
B loc 10
(… )
B loc 11
3
Tram e PT C C H
Tram e idle
(12/13 )*5 = 4,61 5 m s
U ne tram e TD M A est
co m po sée de 8 slots
1
0
577 µs
1 slot =
156,25 bits
T
D ata
F
TB
F
D ata
F
GB
2
3
4
5
6
7
T = Tail (3 bits)
F = Stealing Fla g (1 bit)
D ata = (5 7 bits)
T B = Train ing Bit ( 26 bits)
G B = G uard Périod (8,25 b its)
[D’après LGT 00, BAT 01]
Figure 3.1.
La multitrame dans GPRS (voie montante ou descendante)
La multitrame de base dans GPRS décrite dans la figure 3.1. est définie pour un même
slot sur 52 trames successives. Elle est organisée en 12 blocs de 4 slots et permet donc la
transmission de 12 PDU physiques. Les 4 slots restants sont utilisés pour permettre aux
mobiles de scruter les voies balises des cellules voisines (slots idle) et pour transmettre les
informations d’avance en temps (slots PTCCH). Parmi les 12 blocs de la multitrame, chacun
peut supporter un canal logique GPRS différent du suivant ou du précédent. Un slot fait une
taille de 156,25 bits dont 114 sont des données, un bloc contient donc 114*4 = 456 bits de
données.
3.2
Les canaux logiques paquets
Les canaux logiques qui permettent une utilisation parcimonieuse de la ressource
radio sont transportés dans un ou plusieurs canaux physiques configuré pour GPRS : les
Packet Data Channel (PDCH). La notion de canaux logiques permet aussi de limiter les
efforts de scrutation des équipements. En effet, un mobile doit par exemple être constamment
à l’écoute des informations transmises par la station de base. Pour lui éviter d’écouter tous les
slots de toutes les trames, on affecte à chaque slot d’une multitrame (et sur une certaine
porteuse) une fonction précise.
GPRS utilise des canaux de broadcast spécifiques à GSM pour le réglage de la
fréquence (Frequency Control Channel, FCCH) et de la synchronisation (Synchronisation
Channel, TCH). Pour les autres besoins, deux familles de canaux logiques spécifiques à
GPRS ont été définies. Ces canaux logiques peuvent être communs à plusieurs mobiles ou
dédiés à un seul en particulier. Ils sont présentés dans la figure 3.2.
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Canaux logiques
Canaux communs
Canaux de
broadcast
Canaux de
contrôle
communs
PPCH
PBCCH
Canaux dédiés
diffusion
Canaux de
contrôle
associés
PNCH
Notification
Broadcast
PRACH
PAGCH
Accès
aléatoire
Allocation
Canaux de
trafic
PACCH
Acquittement
et Allocation
PDTCH
Trafic des
données
PTCCH
Avance en
temps
[D’après BAT 01]
Figure 3.2.
Les canaux logiques assignés dans GPRS
Les canaux logiques sont utilisés sur le lien montant (uplink, ↑ ) et (ou) sur le lien
descendant (downlink, ↓ ).
3.2.2 Les canaux communs
Un canal logique commun est simplex et partagé par un ensemble de mobiles. Dans le
sens descendant, cela signifie que les données sont diffusées et que plusieurs mobiles peuvent
être à l’écoute du canal, si la cellule est suffisamment chargée. Ces données peuvent
concerner le système dans son ensemble ou uniquement des mobiles qui doivent être réveillés
(appel entrant) et qui ne disposent pas encore de canaux dédiés. Dans le sens montant, la
fonction remplie par un canal commun est la fonction d’accès multiple ALOHA slotté. Ainsi
le slot supportant cette fonction d’accès aléatoire (random access) est a priori disponible à un
ensemble de mobiles. Chacun peut émettre et les collisions sont résolues par les méthodes
statistiques de résolution et de contention.
Les Packet Common Control Channels (PCCCH) de GPRS sont très proche des
Common Control Channels (CCCH) de GSM. Quand il n’est pas alloué dans la cellule, le
transfert de paquet peut être initié par le CCCH. Les informations systèmes et les mécanismes
d ‘accès aléatoire peuvent donc utiliser les canaux logiques GSM-circuit : BCCH, PCH,
RACH, et AGCH. Un canal logique supplémentaire appelé NCH, Notification Channel, a été
introduit pour les appels de groupes, spécifiques aux services réseau d’entreprise. L’utilisation
de ce canal est prévue pour la diffusion de données. Dans le cas contraire, Il est aussi possible
d’utiliser des canaux GPRS spécifiques pour toutes ces fonctions. Ils sont décrits ensuite.
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a)
Le Packet Random Access Channel (PRACH ↑)
Le PRACH ↑ est une fonction qui est utilisée pour initier un transfert de données ou
de signalisation. Le canal PRACH permet, suite à une demande sur celui-ci, d’obtenir des
informations d’avance en temps. La MS se signale au réseau et fait sa demande de service via
le canal PRACH. Cette requête ne peut être qu’une requête pour un accès court (en une seule
phase). Dans le cas d’un accès en deux phases, une deuxième requête de demande
d’allocation devra être transmise sur le canal dédié Packet Associated Control Channel
(PACCH). La particularité du canal PRACH est de supporter, en plus d’un burst d’accès
aléatoire sur 8 bits commun à RACH, un deuxième burst d’accès aléatoire sur 11 bits appelé
extended random access burst. Ce format spécifique prend en compte p bits supplémentaires
qui supportent la notion de priorité.
b)
Le Packet Access Grant Channel (PAGCH ↓)
Le PAGCH ↓ permet la transmission des messages d’allocation pendant la période
d’initialisation de la transmission en mode paquets. Si le mobile déjà est engagé dans une
transmission de données, le message d’allocation peut être envoyé sur le canal PACCH. Le
canal PAGCH est transmis sur un burst normal. Pour un accès mono-phase ou pour un accès
court, le PAGCH assigne plusieurs blocs. Dans le cas d’un accès en deux phases, PAGCH
assigne un seul bloc sur lequel la station mobile pourra envoyer ses demandes d’accès. Ce
canal correspondra au canal PACCH et il autorisera l’allocation plusieurs de canaux pour le
mobile.
c)
Le Packet Paging Access Channel (PPCH ↓)
Le PPCH ↓ est transmis sur n’importe quel burst et sert à mettre le mobile en veille dans sa
zone pendant l’attente de l’assignement du Packet Data Transfert Channel (PDTCH). Cet
assignement arrivera sur le canal Packet Acces Grant Channel (PAGCH) de la cellule dans
lequel le mobile se trouve. Ce canal permet l’appel en diffusion et est prioritaire sur le
transfert de données. Par exemple si une diffusion est initiée pendant qu’un mobile reçoit des
données, il recevra la diffusion avant d’avoir terminé son transfert. Ce canal suit les mêmes
règles que le canal PCH dans GSM et il supporte l’ensemble des appels en diffusion.
d)
Le Packet Notification Channel (PNCH ↓)
Le PNCH ↓ est utilisé dans les communications en point à multipoint ou multicast
(PTM-M). Dans GPRS phase II, c’est un lien uniquement descendant qui permet d’envoyer
des avis de communication PTM-M avant que le transfert de données en PTM-M ne soit
réellement effectif. Cet avis prend la forme d’un message d’allocation de ressources.
e)
Le Packet Broadcast Control Channel (PBCCH ↓)
Le PBCCH ↓ permet la diffusion des informations systèmes selon les mêmes règles
que le Broadcast Control Channel (BCCH) de GSM. L’existence du PBCCH est indiquée
dans le BCCH et si elle n’est pas allouée, les informations système seront contenues dans le
BCCH. Le PBCCH, comme le BCCH, ne saute pas en fréquence et il est transmis à puissance
constante.
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3.2.3
Les canaux dédiés
Un canal logique dédié fourni une ressource réservée à un mobile. Celui-ci se voit
attribuer dans une structure de multitrame une paire de slots (un en émission et un en
réception) dans lequel il est le seul à transmettre et à recevoir. Dans la même cellule, aucun
autre mobile ne peut transmettre ni recevoir dans le même slot à la même fréquence. Les
canaux dédiés sont duplex (dans la pratique le canal PTCCH est le seul qui soit réellement
duplex dans GPRS).
a)
Le Packet Data Tranfert Channel (PDTCH ↑ ou ↓)
Ce canal bidirectionnel est utilisé pour la transmission des données. Il est mappé
directement sur un des slots TDMA. Ce canal est dédié pour un ou plusieurs mobiles. Une
station individuelle peut utiliser plusieurs PDTCH sur différents PDCH pour le transfert de
données (au maximum 8). L’allocation de ces slots peut se faire pour un groupe de mobile
dans le cas d’une transmission PTM-M.
b)
Le Packet Associated Control Channel (PACCH ↑ ou ↓)
Ce canal est utilisé pour le transport des acquittements et le contrôle de puissance. Il
sert aussi de support aux messages d’allocation ou de réallocation de ressource. Le PACCH
partage des ressources avec le PDTCH actuellement assigné à la MS.
c)
Le Packet Timing Control Channel (PTCCH ↑ ou ↓)
C’est un canal logique de contrôle utilisé pour la gestion de l’avance en temps. La
portion montante utilise des burst d’accès aléatoires pour pouvoir faire une estimation de
l’avance en temps. La portion descendante transmet des informations d’avance en temps à
plusieurs stations mobiles. Pour ce qui est de l’avance en temps dans le GSM, le récepteur
estime l’avance en temps qui est appropriée pour la réception des burst venant du MS. La
taille des cellules, si on utilise une avance en temps d’au maximum 63 bits, tend être limitée à
35 km de rayon. La durée d’un bit étant de 3,65 ms.
3.3
Le codage des données
Plusieurs schémas de codage permettent de transporter différentes tailles de SDU au
niveau physique. Le débit utilisateur peut ainsi varier suivant la qualité du signal reçu. La
figure 3.3. présente le principe général du codage dans GPRS qui s’effectue dans le Channel
Control Unit (CCU) de la BTS.
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CRC
Bloc
de i
bits
Bloc final de
n(N1+µ )/k-p
bits
µ bits de
tail
r bits
Bloc
de i-3
bits
+
Poinçonnage
de
p bits
+
+
+
+
+
USF
protégé
+
Code
convolutionnel
de tx k/n
redondance
Bloc de
N1 bits
Extraction des 3
bits de poids faible
(USF sur voie
descendante)
N(N1+µ )/k
[D’après LGT 00]
Figure 3.3.
Principe général du codage de données dans GPRS
On constate que c’est un codage CRC couplé à un codage convolutionnel qui a été
retenu. On les présentera succinctement dans les parties suivante avant de présenter les quatre
schémas (CS-1,4) utilisés dans GPRS. Le codage CS-1 dans GPRS est identique au codage
dans GSM, les codages CS-2,3,4 sont quant à eux spécifiques à GPRS.
3.3.2 L’encodage CRC
Les Cyclic Redundant Check (CRC) sont introduits d’une manière quasi universelle
dans les réseaux pour détecter des erreurs de transmission. Ils correspondent à l’emploi de
codes cycliques utilisés en détection d’erreur seulement. Ils sont utilisés dans GSM et dans
GPRS pour indiquer au récepteur la présence d’erreurs non corrigibles par le code
convolutionnel. Les codes cycliques sont spécifiés par des polynômes générateurs g(D) dont
le degré correspond à la taille du CRC.
3.3.3
L’encodage convolutionnel
L’encodage convolutionnel permet l’abaissement du seuil C/I (rapport porteuse sur
interférence) à partir duquel une liaison est de qualité acceptable. Les codes convolutionnels
admettent un décodage relativement simple : « au maximum de vraisemblance ».
3.3.4 Les schémas de codage dans GPRS
Quatre schémas de codage sont prévus pour les données : si le C/I est fort, il est
possible d’utiliser une faible protection des données pour pouvoir disposer d’un débit plus
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18
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important. Dans des conditions plus défavorables, il est nécessaire de protéger les données, ce
qui limite les débits. La figure 3.4. rend compte des différentes caractéristiques de ces quatre
schémas de codage. On constate donc que le CS-1 (Coding Scheme, CS) dispose de la
meilleure protection ; il est identique aux canaux de contrôle (SDCCH, SACCH, BCCH, etc..)
et donne un débit approximatif de 9,05 kbits/s.
Schéma
de
codage
Bloc
de Bits de poids faible USF
CRC
N1
données de i (ou USF sur la voie protégé r
bits
bits
descendante)
CS-1
184
CS-2
271
CS-3
CS-4
µ
k/n
Sortie
codeur
convol.
½
456
½
588
Bloc
encodé
Débit approximatif de
la couche MAC en
kbit/s
3
40
224
6
16
290
315
6
16
334
½
676
15,6
431
12
16
456
1
456
21,4
3
4
9,05
456
13,4
[D’après LGT 00]
le débit approximatif est calculé sans tenir compte de l’USF,
On a donc (bloc de données i – USF)/20 = débit approximatif
Tableau 3.1.
Paramètres de codage des données GPRS
Chaque bloc contient, outre les données utilisateur, des bits USF (Uplink Status Flag).
Ces indicateurs doivent être lisibles éventuellement par plusieurs mobiles, ils sont présents
dans les blocs descendants et ils permettent d’allouer le bloc suivant à un ou plusieurs mobiles
en particulier. Ces indicateurs sont protégés de façon supplémentaire dans les schémas CS-2 à
CS-4 lorsque les données sont le sont moins. Les débits indiqués correspondent à un
utilisateur qui transmet dans les 12 blocs de la multitrame à 52 trames.
La signalisation GPRS est transmise avec le schéma CS-1, les autres schémas sont
utilisés pour le transport des données. Sur l’interface Abis les données sont transportées dans
par une ou plusieurs liaison MIC à 30 voies de 64 kbit/s chacune dans lesquelles on
multiplexe quatre voies à 16 kbit/s, ces voies correspondent aux canaux B et D du RNIS et
sont réparties en canaux de trafic et de signalisation. Typiquement les données sont donc
transmises toutes les 20 ms dans une structure de trame à 320 bits [GSM 08.60]. La structure
utilisée pour transporter de la voix à 13 kbit/s est donnée figure 3.5. D’autres structures
existent pour les données, la voix en AMR, etc …
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Octets pairs
Octets impairs
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
Octets 0,1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Octets 2,3
1
C C C C C C C
C
C C C C C C C
Octets 4,5
1
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
1
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
1
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
1
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
1
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
(…)
1
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
1
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
1
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
Octets 37,38
1
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
Octets 38,39
1
s
s
s
s
s
C C
C
C C C T
T
T
T
C : bits de contrôle
s : bits de données
T : bits d’alignement en temps
[D’après GSM-08.60 p10]
Figure 3.4.
Format de la trame de parole sur une voie à 16 kbit/s
Quelque soit la structure utilisée pour transporter les données, les 16 premiers bits sont
à 0 et les 16 suivants sont des bits de contrôle ( avec le premier bit à 1). On peut donc
transporter au maximum 320 – 32 = 288 bits. Le débit maximal utile sur l’interface Abis est
donc de 288 bits toutes les 20 ms, soit 14,4 kbit/s. Pour les schémas de codage CS-1 à 4 les
blocs de données font respectivement 184 bits, 271 bits, 315 bits et 431 bits. Les schémas de
codage CS-3 et CS-4 ne peuvent donc pas être transportés sur l’interface Abis actuelle (315 et
431 > 288 bits maxi).
On peut noter que les schémas de codage sont différenciés grâce au drapeaux de
préemption (stealing bits). Un bloc de données est transporté sur quatre burst qui comportent
globalement 8 drapeaux. Les drapeaux sont tous à 0 pour le schéma de codage CS-1. Pour les
autres schémas on utilise une combinaison de 0 et de 1.
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20
Version n° page
4
L’échange de données entre le MS et le SGSN
Dans la plupart des systèmes modernes de transmission, les données sont structurées
en messages, paquets, trames, blocs suivant le niveau ou on les considère dans cette chaîne.
On considère, en rapport avec le modèle OSI, des unités de données (DU, Data Unit) qui sont
des blocs d’informations traités d’un seul tenant par une entité ou une couche. Les Service
Data Unit (SDU) sont des unités que la couche inférieure (N-1) accepte de gérer pour le
compte d’une couche supérieure. Les Protocol Data Unit (PDU) sont les unités de protocole
qu’une couche traite avec la couche correspondante à l’autre extrémité. Très souvent le PDU
d’une couche correspond au SDU de la couche inférieure (N), mais l’intérêt du modèle OSI
est de spécifier les protocoles comme des dialogues entre entités d’un même niveau. La figure
4.1. montre le cas particulier de la transmission d’un paquet IP entre le MS et le SGSN.
IP
packet
PH
PDU
SNDCP
SH
IP layer
Information field
SNDCP layer
(…)
Information field
SH
Information field
3 ou 4
octets
LLC
frames
LLC layer
FH Information field FCS
(…)
FH Information field FCS
RLC/MAC layer
RLC
blocks
Primary
block
Following
block
BH Info. Field BCS BH Info. Field BCS
FH= Frame Header
FCS=Frame Check Sequence
BH=Block Header
BCS=Block Check Sequence
PH=Packet Header
SH=SN-PDU Header
(…)
last
block
BH Info. Field BCS BH Info. Field BCS
Physical layer
Normal burst Normal burst Normal burst Normal burst
[D’après LGT 00]
Figure 4.1.
Transmission d’un paquet IP entre le MS et le SGSN
Les paquets ou trames de la couche i sont encapsulés ou segmentés dans les trames de
la couche i-1. Les différents entêtes sont conservé et placé dans les trames de manière à être
réutilisé par les couches distantes correspondantes. L’échange de données entre le MS et le
SGSN concerne les couches protocolaires SNDCP, LLC et MAC/RLC. Dans cette partie,
après avoir défini la notion de contexte PDP et de flux de données, on présentera ces
différentes couches de manière à montrer les relations entre leurs différents PDUs / SDUs que
l’on illustrera par l’exemple de la transmission d’un paquet IP.
4.2
Contexte PDP et flux de données
Un mobile peut supporter différents protocoles réseaux. De plus, l’usager peut ouvrir
plusieurs sessions réseaux avec des qualités de services différentes sur un même terminal. On
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1.0
21
Version n° page
appelle contexte PDP, l’ensemble des informations qui sont stockées dans le mobile, le SGSN
et le GGSN pour permettre l’échange de données avec un réseau PDP. La figure 4.2. montre
les différentes correspondances qui sont faites dans les équipements du réseau GPRS pour
identifier de manière unique les flux qui transitent entre les MS du PLMN et leurs cibles. Sur
les liens on montre les identificateurs qui sont transportés.
(TFI, canal PDCH )<=> TLLI
MS
TBF
PCU
TFI
@ MSPDP <=>
(IMSI,NSAPI)
TLLI
SGSN
TID
GGSN
IMSI <=> TLLI
@ MSPDP
Machine PDP
TID = IMSI + NSAPI
Figure 4.2.
Schéma général pour la transmission de données
Entre une station de base et les mobiles GPRS actifs de la cellule, de nombreux
échanges simultanés de données se déroulent. Chaque flux de données est appelé TBF
(Temporary Block Flow). Un flux existe tant que l’émetteur a en mémoire des données à
transmettre même si, par manque de ressource, il n’y a pas de transmission en cours. Un flux
est repéré par un identificateur de TBF sur 5 bits : le TFI (Temporary Flow Identifier).
Lorsque deux flux différents se partagent la même ressource, ils doivent avoir un TFI propre
pour les différencier. Lorsque les flux sont sur des canaux disjoints, ils peuvent avoir
éventuellement le même TFI.
Un flux est identifié par le PCU de façon unique sur une cellule par son TFI et le ou
les canaux physiques alloués pour transporter ce flux (PDCH(s)). L’allocation d’un flux se
fait en adressant le mobile à l’aide du Temporary Link Layer Identity (TLLI) qui lui fournit
une identité temporaire. Vu du SGSN le mobile est identifié par son TLLI.
Le GGSN n’a pas connaissance du TLLI qui est local au SGSN. Pour se référer à un
contexte PDP, le GGSN utilise le couple International Mobile Subscriber Identity / Network
Service Access Point (IMSI, NSAPI) qui correspondent respectivement à l’identité
internationale contenue dans la carte SIM du mobile et au point d’accès au service réseau
utilisé. Ce couple est appelé TID (Tunnel Identifier) dans la norme. Le SGSN permet ensuite
de faire la correspondance entre le TLLI et l’IMSI, il identifie ainsi sans ambiguïté le contexte
PDP grâce au couple (TLLI, NSAPI).
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22
Version n° page
4.3
la couche SNDCP
4.3.1 Présentation
La couche de convergence Subnetwork Dependant Convergence Protocol (SNDCP), a
pour objet la réutilisation des protocoles standard développés pour les réseaux fixe de données
tout en ayant des couches inférieures qui sont spécifiques aux réseaux radiomobiles. A ce
titre, SNDCP effectue une compression et une segmentation des PDUs de niveau réseau
(appelés PDUs PDP).
La couche SNDCP permet donc le multiplexage de plusieurs PDU de différents
réseaux PDP sur une même liaison LLC et la compression éventuelle de ces PDUs. L’entité
SNDCP peut utiliser l’entité LLC en mode avec ou sans acquittement mais elle ne gère pas
elle-même le mécanisme de répétition (ARQ) qui se fait au niveau LLC.
La couche SNDCP permet aussi la négociation de plusieurs paramètres entre le mobile
et le SGSN, comme les algorithmes de compression des données et des entêtes utilisés. La
négociation se fait à l’aide des trames LLC XID.
4.3.2 Structure du PDU SNDCP
Les figures 4.3. et 4.4. présentent le format des PDUs SN-DATA et des PDUs SNUNITDATA qui correspondent respectivement au mode acquitté et au mode non acquitté de
la couche LLC.
Bit
8
7
6
5
4
 Oct 1
X
F
T
M
NSAPI
entête  2
 3
…
DCOMP
3
2
1
PCOMP
Numéro du N-PDU en mode acquitté
Segment de données
N
[D’après GSM 04.65]
Figure 4.3.
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Format du PDU SN-DATA (mode acquitté)
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23
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Bit
8
7
6
5
4
 Oct 1
X
F
T
M
NSAPI
 2
DCOMP
PCOMP
 3
Numéro du segment
Numéro du N-PDU en
mode non acquitté
entête 

3
2
1
4
Numéro du N-PDU en mode non acquitté (suite)
…
Segment de données

N
[D’après GSM 04.65]
Figure 4.4.
Format du PDU SN-UNITDATA (mode sans acquittements)
Le bit F correspond à l’indicateur de premier segment. Les bits X sont des bits
supplémentaires. Les quatre bits DCOMP et les quatre bits PCOMP correspondent
respectivement aux différents types de compression de données et de protocoles possibles (la
valeur 0 correspond à l’absence de compression). Le bit M est le bit More (si il est à 0, c’est
le dernier segment) et le bit T correspond au type de PDU (SN-DATA ou SN-UNITDATA).
Enfin, le NSAPI correspond au point d’accès réseau utilisé.
La couche SNDCP rajoute un entête de 3 octets lorsqu’on utilise LLC en mode
acquitté et 4 octets lorsqu’on utilise LLC en mode non acquitté (cf figures 4.3. et 4.4.).
4.4
La couche LLC
Entre le MS et le SGSN, une couche protocolaire appelée Logical Link Control (LLC)
assure un service liaison de données qui sert au transport des données et de la signalisation
dans le plan de contrôle et dans le plan utilisateur. Le protocole LLC dispose de trois
possibilités :
•
la transmission protégée sans acquittements où une redondance de contrôle (FCS,
Frame Sequence Check) porte sur l’ensemble de la trame mais où il n’y a pas de
répétition en cas de perte ou d’erreur sur la trame,
•
la transmission non protégée sans acquittements où la redondance porte seulement sur
l’en-tête,
•
la transmission avec acquittements où les retransmissions en cas d’erreur sont gérées.
La couche LLC peut aussi éventuellement assurer un service de chiffrement grâce à
une clé de 64 bits et un algorithme de chiffrement utilisant un compteur de 32 bits. Dans la
norme de nombreuses primitives de services sont définies pour les couches adjacentes.
4.4.1
Structure de la trame LLC
La figure 4.5. présente de manière simplifiée la structure de la trame LLC.
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Partenaire
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24
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8 7 6 5 4 3 2 1
1 octet
1 à 36
octets
PD C/R
SAPI
Type de trame,
(+(N(S) et N(R))
Entre 140 et
1520 octets
(négociable)
3 octets
Portée du
FCS (mode
non protégé)
Address
Control
Données de couche
supérieure
Information
Portée du
FCS (mode
protégé)
FCS
Frame Check Sequence
[D’après GSM-04.64]
Figure 4.5.
Le format général de la trame LLC
On distingue trois types de trames dans LLC (GPRS) :
•
les trames (U) qui sont des trames de contrôle,
•
les trames (S) qui sont des trames de supervision,
•
les trames (I) qui sont des trames d’information.
Parmi les différents champs constituant ces trames (cf figure 1.16.), on retrouve :
•
Un champ adresse sur un octet contenant :
o un indicateur Protocol Discriminator (PD) pour confirmer que la trame est
bien une trame LLC.
o un indicateur C/R permettant de différencier les commandes des réponses.
o un paramètre Service Access Point Identifier (SAPI) pour identifier le
service proposé par l’équipement à l’entité protocolaire de niveau
supérieur. Le SAPI 1 est utilisé pour la signalisation dans les réseaux
GPRS, les SAPIs 2 et 8 servent au transport de la signalisation dans les
réseaux non-GSM dans le cas d’une itinérance internationale, le SAPI 7
sert au transport des SMS et les SAPIs 3, 5, 9 et 11 sont utilisés pour le
transport des données. Ces quatre derniers SAPIs définissent quatre classes
de services.
•
Un champ contrôle qui permet de décrire le type de trame LLC. Suivant que la trame
LLC est une trame de contrôle (U), de supervision (S) ou d’information (I), sa taille
peut varier entre 1 et 36 octets. Les trames UI permettent le transport des informations
non acquittées, les trames I permettent de transporter des informations acquittées
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Nom Projet
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Partenaire
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25
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(éventuellement en mode bitmap si on utilise des trames SACK I), les trames S et
SACK S permettent de transporter les informations de supervision du mode acquitté et
elles peuvent être combinées avec les trames d’informations ( trames I+S ). Enfin les
trames U permettent de paramétrage de la liaison et la gestion du mode équilibré.
•
Un champ d’information d’une taille maximum négociable comprise entre 140 et
1520 octets.
•
Un champ Frame Check Sequence (FCS) sur 3 octets qui assure une redondance de
contrôle de portée variable. En effet la redondance pourra ou non prendre en compte le
champ d’information.
4.4.2
Les modes de fonctionnement
La couche LLC dispose de deux modes de fonctionnement, le mode
Asynchronous Disconnected Mode (ADM) et le mode Asynchronous Balanced Mode
(ABM) qui permettent respectivement de transporter des données en mode non acquitté
ou en mode acquitté. Pour pouvoir transporter des données en mode acquitté, une
connexion doit être établie préalablement.
a)
Le mode ADM
Le mode ADM consiste à transmettre à tout moment des informations des couches
supérieures dans des trames UI qui ne sont pas acquittées. Par défaut la liaison LLC est en
mode ADM et la transmission des données ne peut se faire qu’en mode non acquitté, ainsi
dans ce cas certains paquets risquent d’être perdus.
b)
Le mode ABM
Le mode ABM nécessite l’établissement d’une connexion pour transporter des
informations des couches supérieures dans des trames I acquittées. Les trames I acquittées ne
peuvent être transmises qu’en mode ABM. Le fait que la liaison LLC soit en mode ABM
n’empêche pas la transmission des trames UI qui ne nécessitent pas d’acquittements.
Pour passer en mode ABM, il est nécessaire d’utiliser des trames de contrôle
spécifiques pour établir ou terminer la connexion. Une fois la connexion établie, la liaison
LLC passe en mode ABM. Si on se sert du mode acquitté, les paquets qui n’ont pas été reçu
pourront être retransmis, la liaison LLC est dans ce cas fiabilisée.
Des trames U de contrôle sont utilisées pour l’établissement ou la rupture du mode
ABM. Les trames U qui permettent la gestion du mode équilibré peuvent être des trames de
commande, de réponse ou les deux. La figure 4.6. présente ces différentes trames ainsi que
leurs rôles respectifs.
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Trame
Commande
Réponse
Fonction
SABM
X
(Set Asynchronous Balanced Mode) permet d’initier la connexion
DISC
X
(Disconnect) permet de la terminer la connexion
NULL
X
(Null) permet de signifier une mise à jour de cellule
UA
X
(Unnumbered Acknowledgement) permet d’acquitter une demande de connexion
ou de déconnexion
DM
X
(Disconnected Mode) permet d’informer que l’équipement distant n’est pas en
mesure de répondre à la commande reçue
FRMR
X
(Frame Reject) permet de fournir un rapport sur les raisons de rejet d’une trame
dont la retransmission ne permet pas d’éviter ce rejet
X
(Exchange Identification) utilisée pour la négociation des paramètres de la liaison
LLC.
XID
X
[D’après GSM-04.64]
Figure 4.6.
Les différentes trames U de contrôle
On note que certains paramètres de la liaison LLC peuvent aussi être transportés dans
des trames UA ou SABM, notamment à l’initialisation de la connexion.
Le mode ABM est considéré comme établi après l’émission d’une trame SABM et la
réception d’une trame UA pour l’acquitter. La réception de la trame UA doit se faire dans un
temps imparti qui correspond au timer T200. La valeur de ce timer est négociable. Le même
mécanisme et la même valeur de temporisation sont utilisées pour n’importe quelle
commande. Pour se déconnecter, l’émetteur devra envoyer une trame DISC auquel on lui
répondra par une trame DM ou UA.
La taille des entêtes (début et fin) des trames U est de 5 octets, dont 1 octet de
contrôle. Les trames SABM, XID, UA et FRMR peuvent contenir au maximum entre 140 et
1520 octets d’information. Les trames DM, DISC et NULL ne peuvent pas transporter
d’informations. Les trames U utilisées pour la gestion du mode équilibré (ABM) ont une taille
comprise entre 5 et 1525 octets.
4.4.3
Le transfert des données
Au niveau LLC, les données peuvent être transportées avec ou sans acquittements.
Plusieurs SAPIs dont les paramètres sont négociables permettent de différencier plusieurs
classes de services spécifiques au flux de signalisation et de données.
a)
Le transfert des données sans acquittements
Le mode sans acquittement est utilisé pour le transfert des flux de données qui
supportent un taux de perte non négligeable (i.e. flux de type vidéo par exemple). Les trames
LLC perdues ne peuvent pas être retransmises par l’émetteur qui envoie les trames contenues
dans son buffer sans demander d’acquittement. Ces flux sont transportés sur le lien physique
dans des trames UI dont le champ de contrôle est présenté dans la figure 4.7. La transmission
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de ces trames UI sur le lien physique peut se faire à n’importe quel moment en mode ADM ou
en mode ABM suivant l’état de la connexion à l’instant de la transmission.
Format UI
8
7
6
5
4
3
1
1
0
X
X
N(U)
N(U)
2
1
Octet 1
E
PM
Octet 2
[D’après GSM-04.64]
Figure 4.7.
Format du champ de contrôle de la trame UI
En fonction de la valeur des indicateurs Protected Mode (PM) et Encryption mode (E),
les trames UI pourront être cryptées et protégées. Le paramètre N(U) est utilisé pour
numéroter la trame UI. La taille des entêtes (début et fin) est de 6 octets, dont 2 correspondant
au champ de contrôle. Les trames LLC en mode sans acquittement peuvent transporter au
maximum entre 140 et 1520 octets d’informations. Elles ont une taille comprise entre 6 et
1526 octets.
b)
Le transfert des données avec acquittements
Pour fiabiliser le transfert de données entre le MS et le SGSN (i.e. pour les flux de
type Internet par exemple), la couche LLC propose un mode avec acquittement qui permet
d’assurer que le flux a bien intégralement été transmis de l’émetteur au récepteur.
Le protocole LLC autorise l’utilisation d’une fenêtre d’anticipation. Cette fenêtre
d’anticipation permet d’envoyer plusieurs trames successivement sans attendre
d’acquittements. Les trames transmises mais non acquittées doivent être conservées dans un
buffer d’émission. Une double contrainte s’applique à ce buffer :
•
le paramètre k spécifie le nombre maximal de trames en attente d’acquittement,
•
le paramètre m spécifie la taille totale du buffer en nombre d’octets.
(Ces paramètres sont négociables, cf 4.3.4.)
Cette double contrainte permet de limiter l’anticipation à un faible nombre de grandes
trames et à un nombre plus important de trames courtes. En réalité, la valeur proposée par
défaut pour m correspond approximativement à k fois la taille maximale d’une trame. La
figure 4.8. montre le fonctionnement de cette fenêtre d’anticipation avec l’exemple d’un trafic
de petits et de gros paquets.
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(1) Trafic de paquets de 1500 octets
(m)
3040 octets
OU
Buffer
Au maximum 3 paquets
0 1 2 3 4 5 6 successifs du trafic (1) et 7
(k) paquets successifs du trafic (2)
(2) Trafic de paquets de 50 octets
[D’après GSM-04.64]
Figure 4.8.
Le buffer d’émission dans GPRS, exemple de limitation due au paramètre k et (ou) au
paramètre m avec deux trafics de paquets de tailles différentes
On constate que ce mécanisme permet grâce au paramètre m de limiter le nombre de
gros paquets qui peuvent être envoyés successivement. Le trafic de petits paquets est quant à
lui limité par le paramètre k.
Ce flux peut être transporté avec différents types de trames LLC qui sont transmises
uniquement en mode ABM. La figure 4.9. présente le format du champ de contrôle de ces
différentes trames.
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Format I
(I +S)
8
7
6
5
0
A
X
N(S)
N(S)
4
3
1
X
0
A
X
N(R)
X
Format
SACK I
A
X
Octet 2
S1
S2
S1
S2
N(R)
N(R)
0
1
Octet 1
N(R)
Format S
2
Octet 1
N(S)
Octet 2
Octet 1
N(S)
N(R)
N(R)
Octet 2
1
1
Octet 3
X
X
X
K
Octet 4
R(1)
R(2)
R(3)
R(4)
R(5)
R(6)
R(7)
R(8)
Octet 5
R(9)
R(10)
R(11)
R(12)
R(13)
R(14)
R(15)
R(16)
Octet 6
…
Format
SACK S
Octet 3
…
R(248)
R(249)
R(250)
R(251)
R(252)
R(253)
1
0
A
X
X
N(R)
N(R)
R(254)
R(255)
1
1
Octet 2
Octet 3
36
Octet 1
R(1)
R(2)
R(3)
R(4)
R(5)
R(6)
R(7)
R(8)
R(9)
R(10)
R(11)
R(12)
R(13)
R(14)
R(15)
R(16)
…
R(248)
Octet
Octet 4
…
R(249)
R(250)
R(251)
R(252)
R(253)
R(254)
R(255)
Octet
34
[D’après GSM-04.64]
Figure 4.9.
Format du champ de contrôle des trames LLC en mode acquitté
Les données sont transportées dans des trames I. Celles-ci peuvent être acquittées par
différentes trames de supervision RR, ACK et SACK. Les trames RR et ACK contiennent un
numéro N(R). La trame RR acquitte toutes les trames de supervision inférieures à N(R). La
trame ACK fait la même chose mais indique en plus que la trame N(R) + 1 a bien été reçue.
La trame SACK contient un bit-map et permet d’acquitter sélectivement plusieurs trames non
successives parmi un ensemble de trames. Le numéro N(S) permet quant à lui de numéroter la
trame courante.
La couche LLC utilise la technique de piggy backing qui consiste à transporter des
informations de supervision dans des trames d’informations que l’on nomme trames I+S. Ces
trames d’informations peuvent ainsi, tout en transportant des données, acquitter des trames
reçues précédemment. Ces trames sont utilisées suite à la demande explicite d’un
acquittement par l’équipement distant si le buffer de l’équipement local contient des
informations à transmettre. Dans le cas contraire, les trames S ou SACK S seront utilisées. La
demande d’acquittement se fait grâce à l’indicateur A qui est positionné à 1.
Si des retransmissions sont nécessaires le timer T201 définit le délai maximal d’attente
d’un acquittement et l’indicateur N200 définit le nombre maximal de retransmission avant
que l’on considère que la transmission est impossible.
La taille des entêtes (début et fin) des trames utilisées pour le transfert des données en
mode acquitté varient entre 6 et 40 octets dont entre 2 et 36 octets correspondant au champ de
contrôle. Les trames LLC en mode avec acquittement on une taille comprise entre 6 et 1527
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30
Version n° page
octets si on ne se sert pas du mode avec bitmap, et entre 6 et 1560 octets si on se sert du mode
avec bit-map compte tenu que ces trames peuvent transporter au maximum entre 140 et 1520
octets d’informations.
c)
Les classes de services
Dans GPRS, le SAPI défini un type et (ou) une classe de service au niveau LLC.
Chaque SAPI et donc chaque classe de service se différencie des autres par le type de flux qui
est transporté (signalisation ou données), par la taille du champ d’information, par le délai
avant retransmission des trames non acquittées, par le nombre de retransmission, par la taille
du buffer d’émission (en nombre de trames et en nombre d’octets) en uplink et en downlink.
On peut noter que suivant le type de SAPI que l’on considère, certains paramètres ne sont pas
autorisés.
En fonction des SAPIs utilisés, plusieurs classes de services sont définies. Les SAPI 3,
5, 9 et 11 sont utilisés pour le transfert de données, ils permettent de différencier quatre
classes de services spécifiques. Le SAPI 1 est utilisé pour le transport des messages de
signalisation concernant l’itinérance (protocole GPRS Mobility Management, GMM). Le
SAPI 7 sert au transport des messages courts (protocole Short Message Service, SMS). Enfin,
les SAPI 2 et 8 sont affectés au tunneling des messages de signalisation qui concernent les
réseaux non-GSM (protocole Tunneling Of Messages, TOM). On dispose de deux niveaux de
QoS pour le transport de ces messages de signalisation (SAPI 2 et SAPI 8). Les SAPIs 1, 7, 8
et 2 ne peuvent pas être utilisés pour le transport des trames I car ils sont affectés à la
signalisation et au transport des SMS. Les trames UI quant à elles peuvent être transportées
avec n’importe quel SAPI. La figure 4.10. récapitule ces différentes informations.
SAPI
Trames
autorisée(s)
UI
1
7
2
8
3
5
9
11
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Data
Data
Data
Data
I
Service
GMM
SMS
TOM
[D’après GSM-04.64]
Figure 4.10.
Les SAPIs dans GPRS
La taille du champ d’information des trames UI et I est négociable. Des valeurs par
défaut sont fixées pour la taille du champ d’information des trames UI et I, leurs valeurs est
fixée à 1503 octets pour les trames I et est comprise entre 270 et 500 octets pour les trames
UI. Par défaut la valeur du délai avant retransmission des trames (timer T201) est différente
pour chaque SAPI. Il varie entre 5 et 40 s pour les différents SAPIs. Pour le transport des
trames I, les SAPIs 3, 5, 9 et 11 prennent en compte la taille du buffer d’émission en uplink et
en downlink pour se différencier. En fonction de la valeur de ces différents paramètres, on
peut donc définir plusieurs classes de services que l’on affecte à des flux de données, de
signalisation ou de SMS.
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Partenaire
1.0
31
Version n° page
4.4.4
La négociation des paramètres
Au niveau LLC, plusieurs paramètres concernant la liaison sont négociables. Ils
permettent, en fonction des SAPIs auquels ils sont associés de définir plusieurs classes de
services dans lesquelles on transporte de la signalisation, des SMS ou des données. Pour
négocier ces différents paramètres on utilise les trames de contrôle U. Les trames de contrôle
affectées à la négociation sont les trames XID. Les trames SABM et UA peuvent aussi
transporter des paramètres.
a)
Les paramètres négociables
Au niveau LLC plusieurs paramètres sont négociables. Certains sont communs au
modes ABM et ADM, d’autres leurs sont spécifiques. La figure 4.11. présente les valeurs
possibles pour ces différents paramètres. Cette figure précise aussi le mode auquel ces
différents paramètres correspondent.
Nom du paramètre
Mode
ADM
Mode
ABM
valeurs
SAPI 1
Version du protocole LLC
X
X
0 à 15
IOV-UI
X
pour
Valeurs pour les
SAPIs 2,7 et 8
valeurs pour les
SAPIs 3,5,9 et 11
270 à 1 520
140 à 1 520
0 à 232 - 1
IOV-I
X
0 à 232 - 1
T200 et T201 (s)
X
0,1 à 409,5
N200 (retransmissions)
X
1 à 15
N201-U (octets)
le
X
400 à 1 520
N201-I (octets)
X
140 à 1 520
mD
(octets)
X
0 ou de 144 à 389120
mU
(octets)
X
0 ou de 144 à 389120
kD
(trames)
X
1 à 255
kU
(trames)
X
1 à 255
[D’après GSM-04.64]
Figure 4.11.
Valeurs possibles des paramètres de la couche LLC
Le seul paramètre commun aux mode ADM et ABM que l’on peut négocier est la
version du protocole LLC qui peut varier entre 0 et 15. Sa valeur est commune à tous les
SAPIs et elle est imposée par le SGSN.
Concernant les trames UI, plusieurs paramètres peuvent varier tels que la taille du
champ d’information et le paramètre de chiffrement. Parmi les paramètres spécifiques au
mode ADM on retrouve donc :
•
Le paramètre IOV-UI qui est une valeur de 32 bits aléatoire générée par le SGSN. Ce
paramètre sert au chiffrement des trames UI et il est commun à tous les SAPIs d’un
même TLLI.
•
Le paramètre N201-U qui correspond à la taille maximum du champ d’information des
trames UI. Pour le SAPI 1, la valeur négociable de ce paramètre est comprise entre
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ENSTB
Partenaire
1.0
32
Version n° page
400 et 1520 octets. Pour les SAPIs 2, 7 et 8, la valeur négociable de ce paramètre est
comprise entre 270 et 1520 octets. Enfin pour les SAPIs 3, 5, 9 et 11, la valeur
négociable de ce paramètre est comprise entre 140 et 1520 octets. Ces paramètres sont
imposés par le SGSN.
Concernant les trames I, plusieurs paramètres peuvent varier tels que la taille du
champ d’information, le paramètre de chiffrement, la taille du buffer d’émission (en nombre
de trames et en nombre d’octets) en uplink et en downlink, le délai avant retransmission d’une
trame et le nombre de retransmissions autorisées. Parmi les paramètres spécifiques au mode
ABM on retrouve donc :
•
Le paramètre IOV-I qui est une valeur de 32 bits aléatoire générée par le SGSN. Le
paramètre IOV-I est utilisé pour le SAPI en cours de négociation.
•
Les paramètres T200 et T201 qui sont des timers utilisé pour définir le délai avant
retransmission d’une trame. Le timer T201 est spécifique aux trames I et le timer T200
est utilisé pour les trames U. Ces paramètres sont imposés par le MS et leurs valeurs
est comprise entre 0,1 et 409,5 s.
•
Le paramètre N200 qui correspond au nombre de retransmissions possibles avant que
l’on considère que la transmission du paquet considéré est impossible. Ce paramètre
est imposé par le MS et sa valeur est comprise entre 1 et 15.
•
Le paramètre N201-I qui correspond à la taille maximum du champ d’information des
trames I. Sa valeur, comprise entre 140 et 1520 octets, est imposée par le SGSN et est
uniquement possible pour les SAPI 3, 5, 9 et 11 qui permettent le transport des
données.
•
Les paramètres mD et mU qui correspondent à la taille du buffer d’émission des
trames I en uplink et en downlink. Ces paramètres, dont les valeurs sont égales à 0 ou
comprises entre 144 et 389120 octets, sont imposés par le SGSN et ils ne sont
possibles que pour les SAPIs 3, 5, 9 et 11 qui permettent le transport des données.
•
Les paramètres kD et kU qui correspondent à la taille de la fenêtre d’émission des
trames I en uplink et en downlink. Ces paramètres, dont les valeurs sont comprises
entre 1 et 255 trames, sont imposés par le SGSN et ils ne sont possibles que pour les
SAPIs 3, 5, 9 et 11 qui permettent le transport des données.
La figure 4.12. présente les valeurs qui sont attribuées par défaut à ces différents
paramètres.
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1.0
33
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Signalisation
Msg.
courts
Tunneling des msg. de
signalisation
Transmission des données utilisateur
Paramètre LLC
SAPI 1
(GMM)
SAPI 7
(SMS)
SAPI 2
(TOM 2)
SAPI 3
Version
0
IOV-UI
0
IOV-I
Mode ABM non autorisé
T200 and T201
5s
N200
3
N201-U (octets)
400
20 s
SAPI 8
(TOM 8)
SAPI 5
SAPI 9
SAPI 11
10 s
20 s
40 s
24320
12160
6080
3040
16
8
4
2
227 • SAPI
5s
270
N201-I (octets)
20 s
5s
500
1 503
mD (octets)
Mode ABM non autorisé
mU (octets)
KD (trames)
kU (trames)
[D’après GSM-04.64]
Figure 4.12.
Paramètres par défaut pour la couche LLC en fonction du SAPI
Les SAPIs 1, 7, 2 et 8 sont affectées au transport de la signalisation et des SMS qui se
fait uniquement en mode ADM avec des trames UI de petite taille et des timers de
retransmission court. Pour le transport des données, le SAPI 3 est le plus avantageux car on
peut émettre plus de données sans demander d’acquittement, de plus le timer de
retransmission est le plus petit. Ensuite les SAPIs 5, 9 et 11 sont de moins en moins
avantageux du fait que la taille du buffer d’émission (en nombre de trames et en nombre
d’octets) en uplink et en downlink est de plus en plus petit, de plus le timer de retransmission
est de plus en plus long.
b)
Le mécanisme de négociation
Suivant le type de paramètre à modifier au niveau LLC, la négociation se fait en mode
ABM ou en mode ADM avec des trames de contrôle XID qui peuvent être des commandes ou
des réponses. Les trames UA et SABM peuvent, elles aussi, transporter des paramètres XID
concernant l’initialisation de la connexion par exemple. La trame XID, UA et SABM peuvent
transporter des informations concernant plusieurs paramètres. Pour chaque paramètre, un
champ spécifique (i.e. le champ paramètre XID) de longueur variable est transporté dans le
champ d’information de la trame LLC. Sa longueur est définie dans l’entête de ce champ. La
figure 4.13. présente le format du champ paramètre XID qui est transporté dans le champ
d’information des trames XID, SABM ou UA.
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ENSTB
Partenaire
1.0
34
Version n° page
8
7
6
5
XL
Bit
4
3
Type
Length
2
1
Octet
Length
1
X
2
X
High-order octet
2 or 3
…
…
Low-order octet
n
[D’après GSM-04.64]
Figure 4.13.
Le champ paramètre XID
Le mécanisme de négociation des paramètres est simple ; pour modifier un paramètre,
une trame XID de commande est envoyée par l ‘émetteur (éventuellement une trame SABM
dans le cas d’une initiation du mode ABM) avec les paramètres qu’il souhaite modifier. Le
récepteur répond avec une trame XID de réponse (éventuellement UA) qui contient les
mêmes paramètres que la commande avec des valeurs différentes s’il n’accepte pas ceux
proposé par l’émetteur ou avec les mêmes valeurs s’il les accepte. On peut omettre ceux qui
sont confirmés dans la réponse. Ainsi, tout paramètre qui n’est pas présent dans la réponse est
considéré comme accepté.
La négociation des paramètres XID peut être initiée au niveau LLC, dans ce cas les
indicateurs LL-XID-IND permettent de remonter les informations concernant les
modifications à la couche SNDCP de l’émetteur et du récepteur. La négociation peut être
aussi initiée au niveau de la couche SNDCP qui utilise la primitive de service LL-XID-REQ
pour faire sa requête. Des trames XID sont ensuite échangées au niveau LLC de manière à
transmettre à la couche SNDCP distante la requête (LL-XID-IND), celle-ci répondra avec la
primitive de service LL-XID-RES qui permettra à la couche SNDCP initiatrice de recevoir sa
réponse (LL-XID-CNF). Les figures 4.14. et 4.15. présentent ces deux cas.
émetteur
Couche 3
récepteur
LLC
LLC
Couche 3
émetteur
Couche 3
récepteur
LLC
LLC
Couche 3
LL-XID-REQ
XID
XID
LL-XID-IND
LL-XID-RES
XID
LL-XID-IND
XID
LL-XID-IND
LL-XID-CNF
[D’après GSM-04.64]
[D’après GSM-04.64]
Figure 4.14.
Figure 4.15.
Procédure de négociation XID
Procédure de négociation de la
couche 3 avec XID
La version ne peut pas être négociée pendant que la liaison LLC est en mode ABM.
Les paramètres de chiffrement IOV-U et I qui sont imposé par le SGSN, ne peuvent être
négocié qu’en mode ADM pour le paramètre IOV-U ou qu’a l’initialisation de la connexion
(dans les trames SABM et UA) pour le paramètre IOV-I. Les paramètres N200, T200, N201Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
35
Version n° page
U, N201-I, kD, kU, mD et mU peuvent être négociés à n’importe quel moment en mode ABM
ou en mode ADM. La nouvelle valeur du timer T200 ne peut être appliquée qu’après la
négociation. Si la valeur N201-U est négociée à une valeur inférieure à la valeur courante, les
trames U et UI qui ne correspondent pas à la nouvelle valeur du paramètre N201-U ne seront
pas transmises ou seront rejetées. Comme on l’a vu dans le paragraphe précédent, les
paramètres N201-I, kD, kU, mD et mU sont spécifiques au mode ABM. On note que la valeur
de la taille du champ d’information des trames I ne peut pas être négociée à une taille
inférieure à la taille qui a été négociée au moment de la connexion (passage en mode ABM),
par contre si la connexion n’est pas encore établie toutes les valeurs sont possibles.
4.4.5 Récapitulatif sur la taille des PDU LLC
La figure 4.16. récapitule les informations sur la taille des trames spécifiques au mode
ADM et au mode ABM. Ces deux modes correspondent respectivement au mode sans
acquittements et au mode avec acquittements de la couche LLC. Les trames U correspondent
aux trames de contrôles du mode ABM. Les trames S sont des trames de supervision du mode
acquitté et les trames I sont les trames qui transportent l’information. Pour ce qui est du
champ d’information, la taille maximum négociable est définie par le SAPI utilisé.
Mode
Type
trame
ADM
ABM
de
Champ
adresse
(octets)
Champ
contrôle
(octets)
Champ
information (max
octets)
UI
2
140 à 1520
I+S
3
1
Champ
FCS
(octets)
Taille de la
trame
(octets)
5 à 1525
3
7 à 1527
S
2
0
6
SACK I
4 à 36
140 à 1520
8 à 1560
SACK S
2 à 34
0
6 à 38
U
1
140 à 1520
5 à 1525
[D’après GSM-04.64]
Figure 4.16.
Récapitulatif des différentes tailles de trames LLC possibles dans les différents modes
On note que les trames spécifiques au mode ADM (trames UI) peuvent aussi être
transmises en mode ABM. Ces trames de données ne nécessitent pas d’acquittements.
4.5
La couche MAC/RLC
Entre le MS et le BSS, deux couches protocolaires permettent d’assurer un service
liaison de données :
•
Résaco
Nom Projet
La couche Radio Link Control (RLC) qui permet de faire l’interface entre la
couche LLC et la sous-couche MAC. Elle assure la segmentation et le
réassemblage des PDUs-LLC dans des blocs de données MAC/RLC. Cette
couche est responsable de la transmission des blocs sur l’interface physique et
elle dispose d’un mode de transmission avec ou sans acquittements.
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
36
Version n° page
•
La couche Medium Access Control (MAC), qui est un dérivé du protocole
ALOHA slotté, permet de faire le lien entre le MS et le BTS. Le rôle de la
couche MAC est de définir des règles de partage de la ressource radio entre
différents MSs. Pour la voie montante, la norme propose un mécanisme de
partage statique et un mécanisme de partage dynamique, qui sont tous deux
couplés à une procédure d’interrogation.
Ces deux couches sont intimement liées et sont définies dans la même norme
[GSM-04.60].
Les PDUs RLC peuvent contenir des données utilisateurs ou seulement des données de
contrôle du protocole. Les blocs de contrôle peuvent contenir des messages d’allocation de
ressources qui on trait à la couche Medium Access Control (MAC), ou des messages
d’acquittement du protocole qui ont trait à la couche RLC. Dans la norme les deux types de
messages sont mélangés sous l’appellation bloc de contrôle MAC/RLC.
Pour chaque bloc de données le Temporary Flow Identifier (TFI) permet d’identifier le
destinataire ou l’expéditeur. Dans certains cas particuliers, il se peut que le même TFI soit
alloué à deux mobiles sur la voie montante qui se partagent les mêmes canaux physiques.
L’utilisation du Temporary Link Layer Identity (TLLI) permet de se prévenir toute ambiguïté.
Chaque bloc de données comporte également un système d’indicateur de longueur
sophistiqué qui permet de gérer la segmentation et la concaténation des PDUs LLC dans un
même bloc RLC. En particulier, un même bloc peut contenir la fin d’une trame LLC et le
début de la suivante.
4.5.1 Structure du bloc MAC/RLC
L’entête MAC fait toujours un octet. La taille de l’entête RLC varie en fonction du
nombre de blocs de données LLC qui sont transportés dans le bloc MAC/RLC. Un bloc de
données LLC fait au minimum 5 octets. La figure 4.17. rappelle de manière très simplifiée la
structure du bloc MAC/RLC (des informations plus précises sont disponibles en annexe).
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
37
Version n° page
8 7 6 5 4 3 2 1
MAC Header
1 octet
>= 2 octets
RLC Header
Suivant qu’il s’agisse d’un bloc sur
le lien montant ou descendant
l’entête RLC contient les
informations suivantes :
-uplink : (BSN, TFI, TLLI …)
-downlink : (TFI, FBI, BSN …)
RLC Data
[D’après GSM-04.60]
Figure 4.17.
Structure du bloc MAC/RLC
Suivant que le bloc MAC/RLC d’information soit envoyé sur le lien montant ou
descendant, il ne contiendra pas les mêmes informations. Sur le lien montant le bloc
MAC/RLC peut éventuellement transporter le TLLI. Les flux de données et de contrôle
MAC/RLC d’un même Temporary Block Flow (TBF) sont identifiés grâce au Temporary
Flow Identifier (TFI) contenu dans l’entête RLC. Pour le transport de données, le Block
Sequence Number (BSN) permet d’identifier les différents segments d’un même flux.
4.5.2
Taille des blocs de données MAC/RLC
La figure 4.18. rappelle les différentes tailles des blocs de données MAC/RLC en
fonction du schéma de codage utilisé (CS-1,2,3,4.) Le bloc RLC est constitué d’un en-tête, de
données et de bits supplémentaires que l’on met à 0. Le bloc MAC/RLC contient donc suivant
le type de codage utilisé des blocs RLC de tailles différentes.
Bloc
de
données RLC
Schéma
de sans les bits
codage utilisé sup.
(octets)
Taille max. de Nombre de
données que bits sup.
l’on
peut
transporter
(octets)
Bloc
de
données
RLC avec
les
bits
sup.
Taille de taille du bloc de
l’entête
données MAC/RLC
MAC
de i bits
(octets)
(bits)
(bits)
CS-1
22
20
0
176
CS-2
32
30
7
263
184
CS-3
38
36
3
307
315
CS-4
52
50
7
423
431
1
271
[D’après GSM-04.60]
Figure 4.18.
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
Taille des blocs MAC/RLC
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
38
Version n° page
Suivant le schéma de codage utilisé, on peut transporter plus ou moins de données
dans les blocs MAC/RLC. Actuellement, on peut transporter 20 octets d’information dans les
blocs de signalisation et 30 octets dans les blocs de données qui correspondent respectivement
à l’utilisation des schémas CS-1 et CS-2. Les autres schémas de codage ne sont actuellement
pas utilisables (cf 1.3.3.3). En sortie du codeur convolutionnel, les différents blocs de i bits
font 456 bits de données et sont envoyés sur le lien physique dans quatre burst successifs.
4.5.3 Le transport des PDUs LLC
La figure 4.19. rappelle la taille des différentes trames LLC et MAC/RLC et montre de
manière exhaustive le nombre de trame MAC/RLC nécessaire pour transporter une trame
LLC.
La trame LLC de
données fait entre 6 et
1560 octets
6 octets
En tête
FCS
1560 octets
En tête
LLC
[04.64]
FCS
1 octet pour
l’entête MAC + 2
octets pour l’entête
RLC (il peut être
supérieur à 2
octets)
176 bits
Nb : la représentation n’est pas
à l’echelle
Entre 1 et 78 trames MAC/RLC pour une trame
LLC
(22 octets dans la trame RLC data)
En tête Données CS-1
263 bits
Entre 1 et 52 trames MAC/RLC pour une trame
LLC
(32 7/8 octets dans la trame RLC data)
En tête Données CS-2
307 bits
Entre 1 et 44 trames MAC/RLC pour une trame
LLC (38 3/8 octets dans la trame RLC data)
En tête Données CS-3
MAC/RLC
[04.60]
423 bits
En tête Données CS-4
Entre 1 et 32 trames MAC/RLC pour une trame
LLC
(52 7/8 octets dans la trame RLC data)
[D’après GSM-04.60]
Figure 4.19.
Encapsulation de la trame LLC dans des trames MAC/RLC
Dans cette figure on ne tient pas compte de la couche physique qui transporte les
trames MAC/RLC sur l’interface radio. On constate qu’il faut entre 1 et 78 blocs de données
MAC/RLC pour transporter une trame LLC. On peut en déduire, du fait qu’un bloc de
données MAC/RLC équivaut à 4 bursts de transfert, qu’il faudra entre 4 et 312 bursts pour
transporter une trame LLC complète.
Ce qui nous intéresse le plus pour la suite, c’est la quantité de données que l’on peut
transmettre de la couche LLC vers la couche MAC/RLC. On prend comme référence les
schémas de codage CS-1 et CS-2 qui sont utilisés respectivement pour le transfert des
messages de signalisation et d’information. Les messages de signalisations MAC/RLC
(codage CS-1) peuvent transporter 20 octets d’informations. Il faut donc entre 1 et 78 blocs de
données MAC/RLC pour transporter de la signalisation. Avec le schéma de codage CS-2, les
blocs de données MAC/RLC peuvent transporter 30 octets d’informations. Il faut donc entre 1
et 52 blocs de données MAC/RLC pour transporter des informations.
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
39
Version n° page
4.6
Exemple du transport d’un paquet IP de 1500 octets
Le paquet IP est encapsulé et segmenté respectivement et successivement par les
couches SNDCP, LLC et MAC/RLC. La taille de 1500 octets que l’on prend correspond au
Maximum Transmission Unit (MTU) d’un paquet IP. En effet, sur Internet la longueur d'un
paquet IP ne peut dépasser 1500 octets, sinon, les paquets sont fractionnés. Or certains
routeurs ou serveurs Internet ne permettent pas le fractionnement. Sur ces machines, les
paquets sont perdus. Donc, il faut éviter d'avoir des paquets IP plus gros que 1500 octets,
faute de quoi, certains sites ne se chargeront pas.
Pour notre exemple, concernant le PDU SNDCP, on prend les bits DCOMP et
PCOMP à 0 de manière à ce qu’il n’y ait pas de compression.
On considère que la taille du champ d’information de la trame LLC est sa valeur par
défaut, c’est à dire 1503 octets. On fait cette étude en prenant en compte le cas d’un transfert
de ce paquet en mode acquitté, en effet si on faisait ce transfert en mode non acquitté le
paquet IP + l’entête SNDCP ne tiendrait pas dans le champ d’information et il faudrait deux
trames LLC pour le transporter au lieu d’une. La valeur par défaut de la taille du champ
d’information de la trame LLC est donc calculée pour le transport d’un paquet IP de taille
maximum en mode acquitté sans compression. On considère que l’on n’utilise pas la fonction
bitmap de la couche LLC étant donné que l’on envoi qu’un seul paquet. On utilise donc une
trame LLC de type I pour le transport du paquet IP.
Enfin, au niveau la couche MAC/RLC, on utilise un schéma de codage CS-2 pour
transporter ce paquet IP. En effet, les schémas de codage CS-3 et 4 qui peuvent aussi
transporter de l’information ne sont pas utilisable actuellement (cf 3.3.3). Dans la figure 4.20.
on montre les différents niveaux d’encapsulation de ce paquet IP selon les postulats fait
précédemment en tenant compte que l’on utilise un terminal monoslot.
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
40
Version n° page
Paquet
IP
PH
Couche IP
Information field
Paquet IP de 1500 octets
PDU
SNDCP
SH
3 octets
Trame
LLC
1500 octets
FH Information field FCS
On met 30 octets de
données dans chaque
trame MAC/RLC
3 octets
1503 octets
Couche SNDCP
En tenant compte de
l’entête SNDCP ce
PDU fait 1503 octets
Information field
3 octets
Couche LLC
En tenant compte du
FCS et de l’entête LLC
ce PDU fait 1509 octets
Couche RLC/MAC
Blocs
RLC
Primary
block
BH
Info. Field BH
FH= Frame Header
FCS=Frame Check Sequence
BH=Block Header
BCS=Block Check Sequence
PH=Packet Header
SH=SN-PDU Header
51 blocs MAC/RLC
(…) BH Info. Field
Info. Field
Following
block
last
block
BH
Info. Field
3 octets
204 bursts
30 octets
Physical layer
Normal burst Normal burst Normal burst Normal burst
[D’après GSM-04.60]
Figure 4.20.
Transport d’un paquet IP de 1500 octets en mode connecté avec un schéma de codage
CS-2 et une trame MAC/RLC en mode sans bitmap
Il faut donc, dans les conditions précitées :
•
au niveau MAC/RLC 51 blocs MAC/RLC,
•
au niveau LLC une trame LLC,
•
et au niveau SNDCP un PDU SNDCP,
pour transporter un paquet IP de 1500 octets sur le lien radio.
Sachant que quatre bursts sont nécessaire pour transporter 1 bloc MAC/RLC contenant
30 octets de données et qu’une multitrame à 52 trames peut transporter 48 bursts de données
en 240 ms, on peut estimer le débit IP maximum selon les postulats que l’on à fait.
(1) Il faudra
(2) On aura
Résaco
Nom Projet
204
* 240 = 1020ms pour transporter le paquet IP de 1500 octets
48
1500 * 8
= 11,76kbit / s de débit IP selon les conditions que l’on a défini.
1020
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
41
Version n° page
5
les mesures faites par le mobile
Pour la gestion de la sélection et de la re-sélection de cellules, des mesures sont
régulièrement effectuées par le mobile. Suivant la configuration réseau dans lequel se trouve
le mobile, ces mesures peuvent directement être exploitées par le mobile ou au contraire être
transmises au réseau.
5.1
Les grandeurs mesurées
La multitrame dans GPRS est caractérisée par la présence de 2 slots idle et de 2 slots
PTCCH (cf 3.1.2.). Pendant les slots idle le mobile scrute les voies balises des autres cellules,
et pendant les slots PTCCH le mobile gère la mise à jour de l’avance en temps. Le mobile ne
reçoit rien qui ne lui soit spécifiquement dédié pendant ces quatre slots.
Le mobile effectue périodiquement des mesures de niveau de signal reçu. Suivant
l’instant ou il effectue ces mesures dans la multitrame, la signification de ces mesures est
différente. Le tableau 5.1. présente les mesures effectuées par le mobile ainsi que les
paramètres utilisés pour leurs transports. C correspond au niveau de signal reçu par le mobile,
I correspond au niveau d’interférence produit par les cellules voisines et N correspond au
bruit.
Instant de mesure
dans la multitrame
Grandeur
mesurée
Description
paramètre utilisé pour
le transport de la
mesure
Pendant les slots idle et
PTCCH
I
- Le mobile ne reçoit aucune transmission qui ne lui
soit spécifiquement dédié.
I_LEVEL
- Le niveau de signal qu’il mesure est considéré
comme le niveau d’interférence I produit par les
cellules qui l’entourent
C+(I+N) ≅ C
Pendant les slots
différents de idle et
PTCCH
- Pendant les autres slots de la multitrame de GPRS le
mobile effectue des mesures de niveau de signal reçu
qui correspondent en réalité à C + (I + N).
RXLEV
- Les valeurs de l’interférence et du bruit sont
négligeables en comparaison du niveau de signal C.
On considère donc que la grandeur mesurée pendant
ces slots est C qui est le niveau de puissance utile
reçue.
[D’après GSM 5.008]
Tableau 5.1.
Les grandeurs mesurées dans GPRS
Si le mobile est en mode transfert de données, il effectue ses mesures sur le canal de
broadcast de la cellule de service. Si le mobile est en mode idle, le mobile effectue ses
mesures sur les canaux de contrôle commun des cellules qui lui sont spécifiées par le réseau.
Les mesures de niveau de signal sont transportées dans le paramètre RXLEV. Les mesures
d’interférences sont transportées dans le paramètre I_LEVEL qui est en réalité une
comparaison entre le niveau de signal reçu et le niveau d’interférence. [D’après GSM-5.008]
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
42
Version n° page
5.2
La qualité du signal
D’une manière générale, les performances d’un système de transmission dépendent, au
niveau physique, d’un rapport « signal à bruit » qui fait intervenir la puissance du signal utile
et celle des perturbateurs. Ce rapport permet de déterminer la qualité de la transmission (le
taux d’erreurs binaires par exemple) ou une limite théorique sur le débit maximal
d’informations qu’il est envisageable de transmettre.
Dans le domaine radio mobile, le rapport « signal à bruit » est caractérisé par le
rapport C/(I+N). La répartition des différentes valeurs du C/(I+N) observées ou estimées au
niveau du mobile conditionne la qualité de la liaison descendante. Remarquons que le rapport
C/(I+N), qui joue un rôle majeur dans les questions d’ingénierie cellulaire, n’est pas
directement mesuré par le récepteur. Ceci est du à des problèmes de mesure tant techniques
que théoriques. [LGT 00]
Au niveau du mobile, la qualité du signal est évaluée via le paramètre RXQUAL. Il est
obtenu en quantifiant le taux d’erreurs binaires BER (Bit Error Rate). Le taux d’erreur
binaire BER est calculé sur 1/2 seconde environ. Il est stipulé que le taux d’erreur est mesuré
avant le décodage du canal mais il n’est pas précisé si l’égalisation est prise en compte.
D’autre part, il n’y a pas d’indication sur la technique de mesure. Une méthode simple
consisterait à mesurer le BER uniquement sur la séquence d’apprentissage ; il n’est pas clair
qu’elle soit satisfaisante. [LGT 00]
5.3
Les traitements effectués
Le mobile effectue des traitements sur les mesures de niveau de signal et de niveau
d’interférence qu’il effectue. Il les filtre avec un filtre de moyennes glissantes. Il calcule aussi
la variance et le coefficient de variations des mesures de niveau de signal.
5.3.1 Le filtrage des mesures
Dans GPRS [GSM 5.008] les mesures faites par le mobile sont filtrées par un filtre qui
s’avère être un filtre passe-bas. Ce filtre permet d’éliminer les mesures les plus anciennes. La
figure 5.1. présente la modélisation de ce filtre avec e(n) signal en entrée et s(n) signal filtré.
e (n )
b
+
s (n )
+
T
1 -b
[D’après GSM-05.008]
Figure 5.1.
Résaco
Nom Projet
Modélisation du filtre utilisé dans GPRS
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
43
Version n° page
Pour la modélisation du filtre présenté dans la figure 5.1. on a :
•
b facteur d’oubli tel que :
o b = 1 / (MIN (val. itération, MAX (val. prédéfinie, val. diffusée par le rsx)
pour les mesures d’interférences et pour les mesures de niveau de signal
reçu en mode idle,
o b = 1 / (val. prédéfinie * val. diffusée par le rsx)
pour les mesures de niveau de signal reçu faites en mode transfert de
données.
•
T période d’échantillonnage.
•
Z analyse harmonique du filtre tel que Z = e 2πfT .
•
f fréquence tel que :
on a Z =1 et H ( Z ) =
o pour f =0
o pour f =
b
=1
1 − (1 − b)
fe
b
(valeur max de Shannon) on a Z =−1 et H ( Z ) =
2−b
2
On a donc
s (n) = (1 − b) s (n − 1) + be(n)
Soit la transformée en Z :
S ( Z ) = (1 − b) Z −1 S ( Z ) + bE ( Z )
D’où
S (Z ) = E (Z )
b
1 − (1 − b) Z −1
5.3.2 Le calcul de la variance et du coefficient de variation
En mode transfert de données, le mobile effectue un calcul de variance qui permet de
connaître la différence entre la plus haute mesure et la plus basse mesure de niveau de signal
reçu pour les bursts d’un même bloc. A partir de ces résultats le MS détermine le coefficient
de variation et il transmet ce résultat au réseau dans chacun des acquittements qu’il envoie. Le
paramètre utilisé pour stocker les calculs de variance est le paramètre BL_VAR. Le paramètre
utilisé pour transporter les coefficients de variation est le paramètre SIGN_VAR. [GSM 5.008]
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
44
Version n° page
Annexes A : Structure des blocs MAC/RLC
Différentes structures sont définies pour les messages de transfert et les messages de
contrôle. La figure 6.1. rend compte de ces différences. On détaillera les différents éléments
qui constituent ces blocs par la suite.
RLC/MAC block (données)
RLC data block
MAC header
RLC header
RLC data unit
Spare bits
RLC/MAC block (contrôle)
MAC header
RLC/MAC control block
[D’après GSM-04.60]
Figure 5.2.
Structure des blocs RLC/MAC de contrôle et de données
Les figures suivantes permettent de détailler de manière précise les différents blocs
MAC/RLC suivant qu’on les retrouve sur le lien montant ou le lien descendant. Il est à noter
que les blocs MAC/RLC de contrôle sont toujours encodés avec le schéma de codage CS-1
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
45
Version n° page
5.4
Le lien montant
Les figures 6.2. et 6.3. présentent précisément le contenu des blocs MAC/RLC
sur le lien montant.
Bit
8
7
6
5
Payload Type
spare
4
3
2
Countdown Value
PI
1
SI
Temporary Flow Identify (TFI)
Block Sequence Number (BSN)
Length indicator
M
R
MAC header
TI
Octet 1
E
Octet 2
E
Octet 3 (optional)
.
.
.
.
.
.
Length indicator
M
E
Octet M (optional)
Octet M+1 \
TLLI
Octet M+2 } (optional)
Octet M+3 /
Octet M+4 /
Packet Flow Identifier (PFI)
E
Octet M + 5 /
Octet M+6
.
RLC data
.
.
Octet N-1
Octet N
spare
TI
E
M
R
SI
PI
=
=
=
=
=
=
spare
(if present)
TLLI Indicator
Extension
More
Retry
Stall Indicator
PFI Indicator
[D’après GSM-04.60]
Figure 5.3.
Résaco
Nom Projet
Bloc de données RLC sur le lien montant avec l’entête MAC
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
46
Version n° page
Bit
8
7
6
Payload Type
5
4
3
2
spare
1
R
MAC header
Octet 1
Octet 2
Octet 3
Control Message Contents
.
.
.
Octet 21
Octet 22
R
=
Retry
[D’après GSM-04.60]
Figure 5.4.
Bloc de contrôle RLC sur le lien montant avec l’entête MAC
Pour ce qui est du lien montant que les messages de contrôle font au maximum 23
octets, et pour ce qui est des trames de données leur taille dépend du schéma de codage utilisé
pour le bloc de données RLC.
5.5
Le lien descendant
Les figures 6.4. et 6.5. présentent précisément le contenu des blocs MAC/RLC sur le
lien descendant.
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
47
Version n° page
Bit
8
7
6
5
Payload Type
4
RRBP
3
2
S/P
PR
1
USF
MAC header
TFI
BSN
Length indicator
M
FBI
Octet 1
E
Octet 2
E
Octet 3 (optional)
.
.
.
.
.
.
Length indicator
M
E
Octet M (optional)
Octet M+1
.
RLC data
.
.
Octet N2-1
Octet N2
spare
spare
(if present)
[D’après GSM-04.60]
Figure 5.5.
Bloc de données RLC sur le lien descendant avec l’entête MAC
Bit
8
7
Payload Type
RBSN
6
5
4
RRBP
3
S/P
RTI
PR
2
1
USF
FS
TFI
MAC header
AC
Octet 1 (optional)
D
Octet 2 (optional)
Octet M
Control Message Contents
.
.
.
Octet 21
Octet 22
[D’après GSM-04.60]
Figure 5.6.
5.6
Bloc de contrôle RLC sur le lien descendant avec l’entête MAC
Glossaire des champs contenus dans les blocs MAC/RLC
Le bit Retry (R) : Durant le dernier accès au canal, ce bit permet d’indiquer si la demande d’allocation de canal
est la première ou non. Si ce bit est à 1, cette demande a déjà été faite au moins une fois.
Le bit Stall Indicator (SI) : Ce bit indique si la fenêtre de transmission du mobile est calée ou non. Quand ce bit
est à 1, la fenêtre est calée. Ce bit doit être mis à jour pour chaque bloc sur le lien montant.
Le bit Supplementary / Polling (S/P) : Il est utilisé pour indiquer si le champ RRBP est valide ou non. S’il est à
1, le champ RRBP est valide.
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
48
Version n° page
Le bit Final Bloc Indicator (FBI) : Ce bit permet d’indiquer si le bloc de données RLC sur le lien descendant est
le dernier du flux descendant (TBF ↓). Si ce bit est à 1, le bloc est le dernier du flux.
Le bit TLLI Indicator (TI) : Ce bit indique la présence ou non d’un champ TLLI optionnel dans le bloc de
données RLC (sur le lien montant). Si ce bit est à 1, le champ TLLTI optionnel est présent.
Le bit Adress Control (AC) : Il est utilisé pour signaler la présence ou non d’un champ TFI/D optionnel dans
l’entête du bloc de contrôle MAC/RLC sur le lien descendant.
Le bit Final Segment (FI) : Ce bit permet d’indiquer que le bloc de contrôle MAC/RLC contient le dernier
segment d’un message de contrôle MAC/RLC. Si ce bit est à 1, c’est le dernier segment du
message.
Le champ Radio Transaction Identifier (RTI) : Ce champ est utilisé pour grouper les blocs de contrôle
MAC/RLC sur le lien descendant et il permet d’identifier la séquence à laquelle est associé le
bloc de contrôle. La valeur de ce champ est comprise entre 0 et 31.
Le bit Direction (D) : Ce bit permet d’indiquer la direction du TBF qui est identifié par son TFI dans l’entête du
bloc MAC/RLC de contrôle sur le lien descendant. Quand ce bit est à 0 il identifie un TBF
montant, quand il est à 1 il identifie un TBF descendant.
Le champ Temporary Flow Identifier (TFI) : Le TFI permet d’identifier le TBF auquel appartient le bloc
MAC/RLC considéré.
Le champ Power Reduction (PR) : Ce champ indique le niveau de réduction de puissance du bloc RLC
considéré.
Le bit Extention (E) : Ce bit permet d’indiquer un la présence d’un octet optionnel dans l’entête du bloc de
données RLC. Si ce bit est à 0, l’extension suit directement ce bit.
Le champ Block Sequence Number (BSN) :
Le bit Reduced Block Sequence Number (RBSN) : Ce bit transporte le numéro de séquence du bloc de contrôle
MAC/RLC sur le lien descendant. Ce bit est encodé comme une séquence binaire qui varie
entre 0 et 1.
Le bit More (M) : Ce bit associé au bit E et au champ LI permet de définir la limite d’un PDU LLC dans un
TBF. Si le bit M est présent il permet d’indiquer si un PDU LLC suit ou non le PDU LLC
courant.
Le champ Length Indicator (LI) : Ce champ est utilisé pour marquer les limites des PDUs LLC dans les blocs
RLC.
Le champ TLLI : Il contient un TLLI qui est encodé.
Le bit PFI Indicator (PFI) : Ce bit indique la présence ou non du champ PFI optionnel.
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
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1.0
49
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Références
[LGT 00]
Xavier Lagrange, Philippe Godlewski, Sami Tabbane, Réseaux GSM, 5ème édition revue et
augmentée, éditions Hermes, 2000.
[Bat 01]
Regis J. “Bud" Bates, GPRS Général Packet Radio Service, éditions McGraw-Hill Telecom,
2001.
[SSP 03]
Emmanuel Seurre, Patrick Savelli, Pierre-Jean Pietri, GPRS for mobile Internet, éditions Artec
House, 2003.
[GSM 08.18]
BSS GPRS Protocol
[GSM 05.008]
Radio Access Network
[GSM 08.08]
Radio Subsystem Link Control
[GSM 01.04]
Abreviation and Acronyms
[GSM 21.905]
Vocabulary for 3GPP Specifications
[GSM 04.65]
Subnetwork Dependent Convergence Protocol (SNDCP)
[GSM 04.60]
Radio Link Control / Medium Access Control (RLC/MAC)
[GSM 04.64]
Logical Link Control (LLC)
[GSM 04.160]
Radio Link Control / Medium Access Control (RLC/MAC), Protocol Iu mode
[GSM 03.051]
Radio Access Network, Overall description
[GSM 23.060]
Service description
[GSM 44.060]
Radio Link Control / Medium Access Control (RLC/MAC), Protocol
Résaco
Nom Projet
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Date
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Partenaire
1.0
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Glossaire
BA(BCCH)
BCCH Allocation, Liste permettent de renseigner le mobile des porteuses sur lesquelles il doit
effectuer des mesures de niveau de signal reçu.
BA(GPRS)
BCCH Allocation for GPRS Reselection, idem que BA(BCCH) mais spécifique à GPRS.
BCCH
Broadcast Control CHannel. Canal logique sur lequel sont diffusées périodiquement des
informations système variant peu dans le temps (le BCCH ne saute pas ne fréquence et il est
transmis à puissance constante)
BSC
Base Station Controler, Ce contrôleur de station de base commande une ou plusieurs BTS et
permet une première concentration des circuits. Ainsi, cet équipement gère la ressource radio
dans le cas d’un hand-over ou de l’allocation d’un canal pour un appel.
BSIC
Base Station Identity Code, identité de la station de base. Le MS doit régulièrement vérifier le
BSIC des porteuses BCCH qu’il écoute. Les BSICs valables sont transmis en même temps que
les information qui permettent de mettre à jour la liste BA(GPRS).
BSS
Base Station System, sous système radio compose d’un BSC et d’une BTS. Un BSS désigne en
général un BSC et les BTS qui en dépendent. On pet utiliser ce terme lorsqu’on ne s’attache
pas au découpage précis des fonctions entre BTS et BSC.
BSSAP+
BSS Application part + (GPRS). Protocole entre SGSN et MSC/VLR permettant
principalement une gestion coordonnée de la localisation entre GPRS et GSM-circuit.
BSSGP
BSS GPRS Protocol (GPRS). Protocole entre le BSS et le SGSN assurant un rôle similaire à
BSSAP.
BSSMAP
BSS Management Application Part. Le protocole BSSMAP régit le dialogue BSC-MSC pour
tous les messages ayant trait à la gestion de la ressource radio.
BTS
Base Tranceiver Station, ces stations sont des émetteurs / récepteurs qui ont un minimum
d’intelligence, ils constituent l’interface entre le BSC et les mobiles.
Burst
Elément de signal transmis par un équipement à l’intérieur d’un slot en TDMA. La durée du
burst normal GSM est 148 bits soit 148*3/812500s = 546µs. La durée d’un burst d’accès est 88
bits soit 88*3/812500 = 325µs. (nb : un bit dure 3/812500s soit 3,6923µs)
C/I
Rapport porteuse sur interférence. C désigne la puissance du signal utile (porteuse) et I désigne
l’ensemble des interférences.
CCU
Channel Codec Unit, est une partie de la BTS qui gère principalement la couche physique, en
particulier l’entrelacement et le codage correcteur d’erreur.
Canal logique
Suite de slots dédiées à une fonction particulière.
Canal physique DUPLEX : Paire de canaux physiques simplex, l’un sur la voie montante, l’autre sur la voie
descendante.
SIMPLEX : Canal formé par un numéro de slot dans la trame TDMA sur une fréquence donnée
ou une séquence de fréquences. On distingue les canaux physiques plein-débit (1 slot par trame
TDMA) des canaux physiques demi-débit (1 slot toutes les deux trames TDMA)
CC
Call Control. Partie de la couche CM (couche 3) présente dans la MS et le MSC qui s’occupe
du traitement des appels.
CCCH
Common Control CHannel. Canal de contrôle commun. Le CCH comprend les canaux PCH,
AGCH, CBCH et RACH.
Cellule
Ensemble de points où le mobile peut dialoguer avec une station de base donnée avec une
qualité suffisante.
CRC
Cyclic Redundant Code. Redondance obtenue par division polynomiale permettant de détecter
des erreurs sur un champ d’information.
Downlink
Voir voie descendante.
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
51
Version n° page
EIR
Equipment Identity Register , C’est la base de données où sont stockées les identités des
terminaux mobiles. Elle permet par exemple d’établir les listes noires contenant les numéros
des terminaux volés.
FCCH
Frequency Correction CHannel. Canal permettant à un mobile de se caler sur la fréquence
nominale de la station de base.
GGSN
Gateway GPRS Support Node, nœud passerelle dans GPRS ; c’est un routeur relié à un ou
plusieurs réseaux de données, éventuellement GPRS, qui permet aux paquets venant des
réseaux externes être acheminés vers le SGSN du destinataire. Il est également capable
d’envoyer les paquets sortant vers le réseau de données adéquat.
GMM
GPRS Mobility Management. Sous-couche de niveau 3 entre la MS et le SGSN qui gère
l’itinérance et la sécurité. Elle fait partie du plan de signalisation GPRS.
GPRS
General Packet Radio Service. Service de transmission de données par paquets y compris sur
la voie radio. Par extension, éléments du réseau assurant ce service.
GSMS
GPRS Short Message Service. Sous-couche de niveau 3 qui gère l’échange de messages courts
GPRS entre la MS et le SGSN. Elle fait partie du plan de signalisation GPRS.
GTP
GPRS Tunnel Protocol. Protocole au-dessus TCP/IP ou UDP/IP qui permet l’encapsulation de
paquets de données dans des datagrammes IP et l’échange de la signalisation entre SGSN et
GGSN.
HLR
Home Location Register , Cet équipement est un enregistreur de localisation nominal. c’est la
base de données de localisation et de caractérisation des abonnés d’un réseau.
Hypertrame
Suite de 2 715 648 trames TDMA. (soit 3 h 28 mn 53 s 760 ms)
IMSI
Internationnal Mobile Subscriber Identity, Identité internationale d’un abonné inscrite dans la
carte SIM et conforme au plan E212.
IP
Internet Protocol. Protocole de niveau réseau utilisé dans l’Internet orienté sans connexion
(principe du datagramme).
Itinérance
Capacité pour un terminal d’être utilisable en tout point du réseau (roaming). Ce terme a
tendance à désigner maintenant la capacité d’un abonné d’un réseau à utiliser un autre réseau
pour lequel il n’a pas d’abonnement particulier.
ITU
Internationnal Telecommunication Union. Union internationale des télécommunications.
LAPDm
Link Access Protocol on the D channel. Protocole de liaison de données utilisé sur les canaux
radio de signalisation et les canaux de contrôle associés.
LLC
Logical Link Control (GPRS). Protocole de liaison entre la MS et le SGSN qui assure, entre
autres, le chiffrement pour GPRS.
MAC
Medium Access Control. Terme général qui désignant la couche qui gère le partage d’un
support de transmission entre différentes stations. Dans GPRS, la couche MAC se trouve entre
la MS et le BSS.
MIC
Modulation par Impulsion et Codage. Par abus de langage, le terme de liaison MIC désigne les
liaisons numériques composées d’un ensemble de voies à 64 kbit/s multipléxées.
MM
Mobility Management. Partie de la couche réseau présente dans la MS et le MSC qui gère les
aspects itinérance et sécurité.
Mode DRX
Pour économiser les batteries des terminaux, on les divise les blocs de paging en groupe. Par
exemple en G=10 groupes. Un mobile dont l'IMSI modulo G est égale à g appartient au groupe
g. Le réseau n'appelle un mobile du groupe g que dans le g ième bloc en comptant les blocs
modulo G. Un mobile peut alors n'écouter que 1 bloc tous les G blocs. On dit qu'il est en mode
DRX.
MS
Mobile Station, terminal GSM muni d’une carte SIM et suceptible de fonctionner sur un
réseau.
MSC
Mobile Switching Center, ce sont des commutateurs qui sont en général associés aux bases de
données VLR, ils permettent de gérer les appels de départs et d’arrivées.
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
52
Version n° page
Multitrame
Multitrame GSM sur la voie radio : suite de 26 ou 51 slots occupant la même position dans des
trames TDMA successives sur lesquels sont définis les différents canaux logigues.
NCC part
Si la cellule de service ne possède pas de canal PBCCH, le mobile utilise la liste BA(BCCH) et
aucun BSIC n’est communiqué au mobile. Dans ce cas les BSICs que le mobile décode sont
considéré comme valables si leur Network Color Code part (NCC part) correspond. Le NCC
correspond au code de couleur du PLMN de la station de base.
NSAPI
Network Service Access Point Identifier, Le point d’accès au service de niveau réseau identifie,
localement entre la MS et le SGSN, une entité réseau (IP,X25, …) qui utilise SNDCP.
Paging
Le paging correspond à l’instant ou la cellule recherche les équipements qui sont dans sa zone
de couverture. Un mobile doit écouter tous les messages de paging émis pour détecter s'il est
appelé. On a typiquement 5 blocs de paging par multitrame à 51.
PBCCH
Packet Broadcast Control CHannel. Canal logique similaire au BCCH.
PCH
Paging CHannel. Canal logique GSM supportant l’ensemble des appels en diffusion (paging).
P-TMSI
Packet Temporary Mobile Subscriber Identity, Identité temporaire similaire au TMSI mais sur
une plage de valeur spécifique
PCU
Packet Control Unit, il peut se situer dans la BTS, la BSC ou dans un équipement indépendant
(PCUSN). Il permet de faire le relai au niveau de la couche LLC entre le SGSN et la MS. Sa
fonction principale est de manager les canaux et le contrôle de la ressource radio.
PCUSN
Packet Controler Unit System Node, élément qui contient éventuellement le PCU car cet
équipement est optionnel. Le PCU peut se situer aussi dans le BSC ou BTS.
PDCH
Packet Data CHannel. Canal physique configuré pour GPRS qui supporte une multitrame à 52
trames (soit 12 blocs) qui peut être utilisée pour différents canaux logiques.
PDN
Packet Data Network, réseau de données en mode paquets.
PDP
Packet Data Protocol, Dans le contexte GPRS, désigne tout protocole réseau par paquets par
lequel GPRS offre une compatibilité. Par extension, PDP désigne aussi un réseau de données
auquel le GPRS est connecté.
PDTCH
Packet Data Transfert CHannel. Canal logique supportant la transmission de blocs MAC/RLC
de données (qui peuvent être éventuellement des informations de contrôle des couches
supérieures).
PDU
Protocol Data Unit, unité de données de protocole : terme générique des réseaux désignant un
ensemble structuré de données et d’éléments de contrôle utilisés pour un protocole. Une entité
de niveau N reçoit un ou plusieurs SDU de niveau N de l’entité supérieure et crée un ou
plusieurs PDU de niveau N. Les PDU de niveau N sont échangés entre entités de niveau N.
PLMN
Public Land Mobile Network. Réseau GSM opéré par un opérateur particulier sur un territoire.
Porteuse
Fréquence sur laquelle est transmis un signal modulé. Les porteuses GSM sont espacées de 200
khz.
Porteuse BCCH Sur Les porteuses BCCH, le slot 0 ne supporte aucune communication mais seulement du
contrôle et de la signalisation. De plus le BTS émet de manière constante et permanente sur
cette porteuse.
PPCH
Packet Paging Access CHannel. Canal logique similaire au PCH.
PRACH
Packet Random Access CHannel. Canal logique similaire au RACH.
PTCCH
Packet Timing Control CHannel. Canal logique de contrôle utilisé pour la gestion de l’avance
en temps lorsqu’un TBF est actif.
RACH
Random Access CHannel. Canal de contrôle partagé par un ensemble de mobiles et leur
permettant de signaler au réseau pour demander un service particulier. (possibilité de
contention).
RF
Radio Frequency.
Roaming
Voir itinérance.
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
53
Version n° page
RLA_P
Niveau moyen de signal reçu.
RLC
Radio Link Control. Protocole de liaison entre la MS et le BSS qui assure une liaison de
données. La couche RLC peut apporter une fiabilisation de la liaison radio.
RR
Radio Ressource management. Partie de la couche réseau présente dans la MS et le BSC (et
partiellement dans la BTS) qui gère la ressource radio (allocation de canal, hand-over et
chiffrement).
RR ’
Entité de niveau réseau de gestion de la ressource radio présente dans la BTS (fonctions très
réduites).
SACCH
Slow Associated Control CHannel. Canal de contrôle lent associé à tout canal de dédié
permettant d’en effectuer la supervision (contrôle de puissance, gestion TA, remontée des
mesures)
SAPI
Service Access Point Identifier. Identification du point d’accès utilisé entre 2 couches (terme
général). Dans GSM-circuit, le SAPI identifie, dan une trame LAPD (ou LAPDm) de niveau 2
l’entité utilisatrice de niveau 3. Dans GPRS, le SAPI identifie, dans une trame LLC, l’entité
SNDCP ou l’entité de niveau 3 (plan de signalisation) utilisatrice.
SCH
Synchronisation CHannel. Canal de synchronisation dont les bursts, diffusés par la BTS, ont
une longue séquence d’apprentissage ; il permet au mobile de se synchroniser sur la BTS.
SDCCH
Stand Alone Dedicated Control CHannel. Canal de signalisation dédié, pendant une durée
limitée, à un mobile.
SDU
Service Data Unit, Unité de données de service : terme générique des réseaux désignant des
données échangées (virtuellement) entre entités de niveau N et N+1 lors d’une demande de
service (voir aussi PDU)
SGSN
Serving GPRS Support Node, nœud de service dans GPRS ; c’est un routeur relié à une ou
plusieurs BSS qui gère les terminaux dans une zone donnée.
Slot
Intervalle de temps élémentaire en TDMA qui peut accueillir un burst (la durée d’un slot est de
15/26 ms, soit environ 577µs).
SM
Session Management. Sous-couche de niveau 3 entre la MS et le SGSN qui gère
principalement l’activation/désactivation du contexte PDP. Elle fait partie du plan de
signalisation GPRS.
SMC
Short Message Control, équipement qui permet d’envoyer des messages SMS via le réseau
GPRS.
SMS
Short Message Service. Service bidirectionnel de messages courts. Ce terme désigne également
la sous-couche de la couche CM (niveau 3) qui gère le service dans la MS et le MSC.
SNDCP
Subnetwork Dependent Convergence Protocol. Protocole entre le mobile et le SGSN, placé audessus de LLC, qui permet d’utiliser plusieurs protocoles réseaux différents et qui peut faire de
la compression.
TBF
Temporary Bloc Flow, Flux de données entre un mobile et le SGSN. Un flux est actif tant que
l’émetteur a des données en mémoire à transmettre au niveau MAC/RLC mais il ne correspond
pas forcément à une transmission effective.
TCH
Traffic CHannel. Canal de trafic. On distingue les canaux de trafic écoulant de la voix plein
débit (TCH/FS), de la voix demi-débit (TCH/HS), des données à 12000 ou 9600 bit/s
(TCH/F9.6), des données à 4800 bit/s sur une structure plein débit (TCH/F4.8), des données à
4800 bit/s sur structure demi-débit (TCH/H4.8), des données à un débit inférieur ou égal à
2400 bit/s sur structure plein débit (TCH/F2.4) et sur structure demi-débit (TCH/H2.4).
TCP
Transport Control Protocol. Protocole de transport orienté connexion permettant un échange
fiable d’une quantité quelquonque de données entre deux équipements (niveau 4 OSI) reliés
par un ou plusieurs réseaux utilisant IP.
TCU
Transmission Control Unit.
TDMA
Time Division Multiple Access.
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
54
Version n° page
TFI
Temporary Flow Identifier, Identificateur d’un flux de données entre place dans l’en-tête de
chaque bloc MAC/RLC de ce flux. Dans une cellule donnée, une valeur de TFI correspond à
un flux unique.
TID
Tunnel Identity, Identifiant du tunnel qui est mis en place grâce au protocole GTP entre le
SGSN et le GGSN.
TLLI
Temporary Link Layer Identity, Identité temporaire qui identifie un mobile particulier pour le
SGSN. Cette identité a souvent la même valeur que le P-TMSI.
TMSI
Temporary Mobile Subscriber Identity, identité temporaire attribuée par le réseau à une MS et
utilisée ensuite pour les transactions sur la voie radio.
Trame TDMA
Ensemble d’intervalles de temps répété périodiquement. La durée de la trame TDMA de GSM
est 60/13 ms soit 4,615 ms.
TRAU
Transcoder/Rate Adaptator Unit. Equipement, souvent physiquement présent près du MSC
mais fonctionnellement intégré au BSC, qui réalise la conversion « parole numérisée à 13
kbit/s » Ù « parole numérisée à 64 kbit/s » et une partie de l’adaptation de débit pour les
données utilisateurs.
UDP
User Datagram Protocol. Protocole de niveau transport sans connexion qui peut être utilisé audessus de IP lorsque la couche réseau offre un service fiable ou lorsqu’on n’a pas besoin de
fiabilité.
Uplink
Voir voie montante.
USF
Uplink Status Flag. Indicateur présent dans les blocs descendants qui alloue le bloc montant
suivant à un mobile particulier.
VLR
Visitor Location Register, C’est une base de données associée à un MSC, qui contient, pour
tous les abonnés présents dans le territoire desservi par le MSC, leur profil et la zone de
localisation où ils se trouvent.
Voie Balise
Canal utilisé par le système pour diffuser des informations permettant aux mobiles d’acquérir
les paramètres système (synchronisation, fréquence, emplacement des canaux, localisation, etc
…)
Voie descendante Sens de transmission de la BTS vers la MS.
Voie montante
Sens de transmission de la MS vers la BTS.
Résaco
Nom Projet
RESACO/ENSTB/3RE144/RC/01
Réf donnée.
14/01/04
Date
ENSTB
Partenaire
1.0
55
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