Bases du GSM : Vue d’ensemble
GSM (Global System for Mobile Communications) est le standard cellulaire le plus utilisé au monde, initialement conçu pour la voix et les SMS 2G, puis étendu à la donnée (GPRS/EDGE).
Qu’est-ce que le GSM ?
Standard cellulaire numérique pour voix et données mobiles
Lancé en Europe en 1991, adopté mondialement
Bandes : 900/1800 MHz (Europe/Asie), 850/1900 MHz (Amériques)
Concepts clés
Réseau cellulaire : Divise la couverture en « cellules », chacune desservie par une station de base (BTS)
Carte SIM : Stocke l’identité de l’abonné et les clés secrètes
Voix, SMS, données bas débit : Services de base (l’accès Internet a été ajouté ensuite)
Architecture GSM
MS (Mobile Station) : Le téléphone (matériel + SIM)
BTS (Base Transceiver Station) : « Antenne relais » – gère le lien radio avec le téléphone
BSC (Base Station Controller) : Gère plusieurs BTS, handover et ressources radio
MSC (Mobile Switching Center) : Bascule appels/SMS, gère mobilité et authentification
HLR/VLR (Home/Visitor Location Register) : Bases de données abonnés et itinérance
AUC : Centre d’authentification (gère SIM/IMSI/Ki)
EIR : Registre des équipements (bloque les téléphones volés)
[MS] ⇄ [BTS] ⇄ [BSC] ⇄ [MSC] ⇄ [HLR/VLR]
Fréquences et modulation
TDMA : Time Division Multiple Access (plusieurs utilisateurs par fréquence, via des intervalles de temps)
GMSK : Gaussian Minimum Shift Keying (modulation radio efficace et robuste)
Sécurité & SIM
Chaque SIM possède un IMSI unique et une clé secrète Ki
Authentification : Algorithmes A3/A8, génération d’une clé session (Kc) pour chaque appel
Interface radio GSM & pile de protocoles
L’« interface radio » GSM définit comment le téléphone communique avec le réseau sur le canal radio : fréquences, slots temporels, couches de protocoles…
Canaux radio & intervalles de temps
Bandes de fréquences : GSM900, 1800, 850, 1900 MHz
Canal = fréquence porteuse (200 kHz) découpée en 8 timeslots (TDMA)
Un utilisateur = un timeslot par trame (hors canaux de contrôle/données « packet »)
Types de canaux
Traffic Channels (TCH) : Transportent voix ou données utilisateur
Control Channels (CCH) :
BCCH : Broadcast Control (infos réseau, paramètres cellule)
CCCH : Common Control (paging, accès)
DCCH : Dedicated Control (établissement d’appel, authent, signalisation SMS)
Pile de protocoles
Couche 1 (physique) : Modulation, transmission RF (GMSK)
Couche 2 (liaison) : LAPDm — correction d’erreurs, tramage
Couche 3 (réseau) : RR/MM/CC — gestion radio, mobilité, contrôle d’appel
Séquence d’appel (simplifiée)
Allumage → Le téléphone scanne le BCCH, sélectionne la meilleure cellule
Enregistrement → Envoie l’IMSI, le réseau authentifie la SIM
Appel/SMS → Signalisation sur DCCH, voix/données sur TCH
Handover → Si déplacement, le réseau commute BTS/BSC
Chiffrement → Flux chiffré (A5/1 etc.) activé après authentification
Données par paquets
GPRS/EDGE : Utilise des timeslots additionnels pour la data (canaux « packet »), gérés par SGSN/GGSN dans le cœur
Débits : De ~9,6 kbps (GSM) à 236 kbps (EDGE)
Quel est le rôle de SS7 dans GSM ?
SS7 (Signaling System No. 7) est le protocole de signalisation universel utilisé dans le cœur des réseaux télécoms (fixes et mobiles).
Dans le GSM, il joue un rôle clé dans toutes les opérations de gestion du réseau, de l’abonné, du roaming et des services.
Principales fonctions de SS7 dans GSM :
Gestion de la mobilité / Roaming
SS7 permet au réseau de savoir où se trouve chaque abonné, même en itinérance (roaming international).
Les messages SS7 servent à mettre à jour les bases HLR/VLR (Home Location Register / Visitor Location Register) à chaque changement de zone.
Authentification et sécurité
Utilisé pour véhiculer les messages d’authentification entre les MSC (commutateur mobile), HLR, AUC (Authentication Center).
Transfert de clés, challenge/réponse lors de l’attachement d’un mobile.
Établissement et routage des appels
Toute la “logique” d’établissement, d’acheminement, de libération des appels (voix, SMS) repose sur la signalisation SS7.
Routage intelligent : SS7 sait trouver la destination réelle d’un numéro, même si l’abonné a bougé ou a activé des services (transfert d’appel, portabilité, etc).
SMS
Les SMS transitent côté signalisation via le réseau SS7, entre les MSC, SMSC (Short Message Service Center), HLR, etc.
Services avancés
Gestion du numéro court, services à valeur ajoutée (ex : renvoi, messagerie vocale, USSD, etc).
Exemples de messages SS7 dans GSM
MAP (Mobile Application Part) : localise, authentifie, transfère l’état de l’abonné.
ISUP (ISDN User Part) : gère l’établissement d’appels voix.
SCCP (Signalling Connection Control Part) : routage avancé des messages.
Pourquoi SS7 est critique dans GSM ?
C’est le “langage” entre tous les grands équipements cœur de réseau (MSC, HLR, VLR, SMSC, AUC, EIR…).
Sans SS7, pas d’itinérance, pas de gestion d’abonnés, pas de routage automatique.
Il rend possible la mobilité mondiale et la gestion dynamique de millions d’abonnés à l’échelle opérateur.
À retenir
SS7 dans GSM = le “système nerveux” qui coordonne toutes les opérations invisibles du réseau mobile, du simple appel au roaming international, en passant par la sécurité et les SMS.