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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)

  1. Allumage → Le téléphone scanne le BCCH, sélectionne la meilleure cellule

  2. Enregistrement → Envoie l’IMSI, le réseau authentifie la SIM

  3. Appel/SMS → Signalisation sur DCCH, voix/données sur TCH

  4. Handover → Si déplacement, le réseau commute BTS/BSC

  5. 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 :

  1. 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.

  2. 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.

  3. 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).

  4. SMS

    • Les SMS transitent côté signalisation via le réseau SS7, entre les MSC, SMSC (Short Message Service Center), HLR, etc.

  5. 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.