Chapitre 8 Interface A

L'interface A se situe entre le sous-système radio (BSS) et le sous-système réseau (NSS). A travers cette interface transitent de nombreux messages de signalisation. Cette signalisation s'appuie sur les protocoles des couches MTP et SCCP du système de signalisation n°7 du CCITT, et aussi sur les protocoles BSSMAP et DTAP pour les couches les plus hautes qui sont propres à la norme GSM.

Par conséquent, le MSC n'est pas seulement relié aux différents BSC par des circuits de parole mais également par des canaux sémaphores directs : des Intervalles de Temps (Time Slot) sont donc réservés à la signalisation.

8.1 Le système de signalisation n°7 du CCITT

Ce système de signalisation par canal sémaphore normalisé par le CCITT permet de séparer la signalisation de la transmission en faisant transiter la signalisation sur un canal spécifique. De ce fait, on peut échanger des messages de signalisation sans établissement réel de circuit de communication.

Les avantages de la signalisation sémaphore sont :

·       La possibilité de transférer de la signalisation pure indépendamment de l'établissement d'un circuit.

·       La réduction des délais de transfert de la signalisation et diminution du temps d'occupation inefficace des circuits.

·       La possibilité de transférer la signalisation à fort débit pendant une communication sans que l'utilisateur soit gêné.

·       La possibilité de réserver les circuits pour un appel seulement lorsque le correspondant demandé est réellement joignable.

8.2 Le réseau sémaphore SS7

Toutes les liaisons sémaphores forment un réseau pour le transfert de la signalisation. Ce réseau possède des commutateurs de paquets et des équipements terminaux qui sont les centraux téléphoniques.

Le réseau sémaphore permet à deux centraux de pouvoir s'échanger à tout moment des messages de signalisation indépendamment des circuits établis entre eux. Chaque central est relié à un terminal sémaphore qui agit comme source de messages de signalisation pour permettre le dialogue avec les autres centraux : cette fonction est appelée "Point Sémaphore" (PS). Le réseau sémaphore permet de faire communiquer les PS entre eux grâce à des commutateurs de paquets appelés "Points de Transfert Sémaphores" (PTS).

Le réseau sémaphore.

Le réseau français utilise deux modes de fonctionnement :

·       le mode associé : deux points sémaphores sont directement reliés par une liaison sémaphore, et la commande des circuits entre ces points sémaphores se fait via cette liaison sémaphore.

·       le mode quasi-associé : deux points sémaphores ne sont pas directement reliés par une liaison sémaphore, et les messages SS7 concernant les circuits entre ces deux PS transitent via un ou  plusieurs PTS prédéterminés.

8.3 Architecture du SS7

La structure en couches basses du SS7 est proche du modèle OSI. Par ailleurs, nous ne détaillerons que les quatre premières couches de protocoles (MTP1, MTP2, MTP3, SCCP) car ce sont les seules couches reprises par le système GSM à l'interface A.

Le MTP (Message Transfert Part)

Le MTP offre un service de transfert fiable des messages de signalisation. Il est divisé en trois niveaux (MTP1, MTP2, MTP3) proches des trois premières couches du modèle OSI :

·       MTP1 : couche physique

·       MTP2 : procédures d'acheminement des données sur une liaison

·       MTP3 : routage et contrôle

Le MTP1 définit les caractéristiques physiques, électriques et fonctionnelles d'une liaison physique (= liaison sémaphore de données dans le vocabulaire SS7) et les moyens d'y accéder. On utilise le plus souvent des conduits numériques à 64 kbit / s.

Le MTP2 définit les fonctions et les procédures de transfert des messages de signalisation de façon à fournir un transfert fiable entre deux points. Ce niveau est comparable à la couche liaison de données du modèle OSI. Les données échangées sont des "trames sémaphores". Le protocole utilisé contient un mécanisme de contrôle du flux, de détection d'erreur et de correction par retransmission. Par conséquent, le MTP2 comporte un mécanisme de surveillance du taux d'erreur sur la liaison sémaphore.

Le MTP3 définit les fonctions et les procédures de transfert de messages entre les nœuds du réseau sémaphore (PS ou PTS). Il comprend deux fonctions : orientation des messages de signalisation et gestion du réseau sémaphore.

-         la fonction d'orientation réalise le routage des messages entre l'expéditeur et le destinataire à travers le réseau sémaphore SS7.

-         la fonction de gestion sémaphore permet d'établir des actions et procédures nécessaires pour assurer le service de signalisation et de réagir en cas de défaillance du réseau sémaphore afin que le fonctionnement du SS7 se déroule toujours dans les conditions normales. Par exemple, des canaux sémaphores de secours peuvent être utilisés pour détourner le trafic de signalisation. Pour détecter les défaillances, le MTP3 utilise les informations de surveillance provenant du niveau 2.

Le SCCP (Signalling Connection Control Part)

Le SCCP offre deux services supplémentaires par rapport au MTP :

-         l'échange de signalisation pure au niveau international : le SCCP permet de réaliser l'interconnexion de réseaux et l'adressage au sein de plusieurs réseaux.

-         le service orienté connexion : le SCCP permet d'offrir des services avec connexion non présents dans le MTP.

En effet, il offre quatre types de services (deux sont sans connexion et les deux autres sont avec connexion) et le système GSM exploite deux d'entre eux : le service sans connexion sans garantie de séquencement (classe 0) et le service orienté connexion sans contrôle de flux (classe 2). On retrouve ce dernier service au niveau de l'interface A.

Le service orienté connexion est réalisé grâce à trois types de messages :

-         des messages d'établissement de connexion :

"CONNECTION REQUEST", CR

"CONNECTION CONFIRM", CC

"CONNECTION REFUSED", CREF

-         des messages destinés à transférer les données :

"DATA FORM 1", DT1

-         et ceux de fermeture de connexion :

"RELEASED", RLSD

"RELEASE COMPLETE", RLC.

Il est intéressant de remarquer que certains messages dont "CONNECTION REQUEST" et "CONNECTION CONFIRM" peuvent transporter des données des couches supérieures.

Dans ce qui suit, au niveau de l'interface A, le SCCP demandeur et le SCCP demandé sont soit le SCCP du BSC et le SCCP du MSC, soit l'inverse.

Phase de connexion :

Un SCCP demandeur (du BSC ou du MSC) envoie un message "CR" au SCCP demandé (du MSC ou du BSC) pour lui demander d'établir une connexion sémaphore. A la réception du message "CR", le SCCP demandé engage, s'il le peut, l'établissement de la  connexion sémaphore.

Si l'établissement de la connexion a été bien exécuté, le SCCP demandé informe le SCCP demandeur par le message "CC". Au contraire, si le SCCP demandé refuse d'établir la connexion, un message "CREF" est généré.

Phase de transfert de données :

Un message DT1 peut être envoyé par l'une ou l'autre des extrémités d'une connexion sémaphore établie, et sert à faire passer de façon transparente des données utilisateur entre deux nœuds SCCP.

Phase de déconnexion :

Lorsque d'un SCCP veut libérer la connexion sémaphore, il envoie un message "RLSD" à l'autre SCCP. Après la réception de ce message, un autre message "RLC" est généré dans l'autre sens pour confirmer le bon déroulement de la procédure de déconnexion.

8.4 Les couches hautes du réseau GSM à l’interface A

Au dessus des couches MTP et SCCP, on trouve le BSSAP (BSS Application Part). Cette couche est formée de deux sous-couches : la sous-couche BSSMAP et la sous-couche DTAP.

Entre le BSC et le MSC transitent deux types de messages :

-         les messages interprétés par le BSC qui ont trait à la gestion des ressources radio (sous-couche BSSMAP)

-         et les autres messages qui sont en fait échangés entre le mobile et le MSC (sous-couche DTAP) : dans ce deuxième cas, le BSC joue le rôle de répéteur. Une "fonction de distribution" permet d'orienter les messages vers la couche BSSMAP ou DTAP.

Le BSSMAP (BSS Management Application Part)

Le protocole BSSMAP spécifie le dialogue pour les messages véritablement générés ou interprétés par le BSC. Ses messages peuvent être classés en deux catégories : ceux qui concernent un BSC et ceux qui sont liés à un canal radio dédié particulier.

Pour la première catégorie, les messages générés utilisent le SCCP en mode non connecté (classe 0) et concernent :

-         la mise hors service de circuits de parole entre le BSC et le MSC

-         l'interrogation des ressources disponibles au BSC

-         la réinitialisation du MSC ou du BSC

-         l'appel en diffusion d'un mobile sur une zone de localisation donnée

-         la suggestion faite au BSC de transférer si possible des communications depuis une cellule désignée vers une liste donnée de cellules.

Pour la seconde catégorie, les messages envoyés utilisent le SCCP en mode connecté (classe 2) et concernent :

-         la remise au MSC du message initial du mobile émis sur canal radio dédié

-         l'allocation d'un canal radio TCH

-         l'exécution d'un handover

-         le passage en mode chiffré

-         la libération du canal radio dédié

Le DTAP (Direct transfert Application Part)

Le protocole DTAP gère des échanges de messages entre le mobile et le MSC passant par le BSC. Ce dernier réémet tous les messages reçus sans aucune interprétation. Le DTAP utilise le SCCP en mode connecté (classe 2).

Un message DTAP appartient à l'une des classes suivantes :

-         RR (Radio Ressource management)

-         MM (Mobility Management)

-         CM (Call Management). Cette couche est découpée en trois sous-couches : CC (Call Control), SMS (Short Message Service) et SS (Supplementary Services).

RR - Gestion des ressources radio :

La couche RR permet l'établissement, le maintien et la libération de canaux radio dédiés. Elle gère également le handover et le chiffrement. Cette couche est présente au niveau du mobile et du BSC. Toutefois, deux messages peuvent apparaître au MSC (transitant à l'interface A) :

-         le message "RR Handover Command" est transmis par le MSC dans le message "BSSMAP Handover Command" ou par le BSC cible dans le message "BSSMAP Handover Request Acknowledge .

-         le message "RR Paging Response" émis par le mobile et encapsulé dans le message "BSSMAP Complete Layer 3 Information" arrive jusqu'au MSC. Ce message est la réponse du mobile à l'appel du MSC (message "Paging").

MM - Gestion de l'itinérance :

La couche MM permet de remplir les fonctions suivantes :

-         la localisation de l'abonné

-         l'authentification

-         l'allocation de TMSI (identifiant temporaire de l'abonné mobile)

-         l'établissement d'une transaction CM d'origine MS

-         la synchronisation pour les niveaux supérieurs

-         la surveillance de l'activité de l'infrastructure

-         le rétablissement de communication

Localisation de l’abonné

Lorsque le mobile est en veille, le réseau mémorise son emplacement en termes de zone de localisation. Les procédures engendrées sont :

-         mise à jour de localisation, périodique ou normale,

-         IMSI Attach, invoqué lors de l’activation de la station mobile,

-         IMSI Detach signalant la mise hors tension du mobile ou le retrait de la carte SIM.

L’échange relatif à la mise à jour de localisation (et IMSI Attach) est illustré sur la figure suivante. L’IMSI Detach se fait par l’envoi du message MM_IMSIDetachIndication.

Mise à jour de localisation.

Authentification

Le rôle de la procédure d’authentification est double :

-         vérifier que l’identité fournie par le mobile est correcte,

-         transmettre au mobile la clé de chiffrement.

Les messages impliqués sont :

MM_AuthenticationRequest,

MM_AuthenticationResponse,

MM_AuthenticationReject.

Allocation de TMSI

L’intérêt d’une identité temporaire est de protéger l’abonné contre l’identification et localisation par un intrus.

Le TMSI est une identité locale restreinte à une zone de localisation.

L’allocation de TMSI peut être accomplie par la procédure dédiée à cet effet ou implicitement par d’autres procédures utilisant le TMSI (mise à jour de localisation, établissement d’appel).

Le réseau lance la procédure en envoyant le message MM_TMSIReallocation Command contenant le nouveau couple (LAI, TMSI). L’opération est acquittée par le message MM_TMSIReallocationComplete.

Etablissement d’une transaction

L’établissement d’une transaction CM d’origine MS consiste en un message précurseur MM_CMServiceRequest, envoyé par le mobile, et une séquence de signalisation orchestrée par le MSC. Ce dernier peut demander l’authentification de l’abonné et le passage en mode chiffré. La réponse positive à la demande du MS est réalisée par l’envoi d’un  MM_CMServiceAccept. Le MSC peut refuser l’accès au service CM par l’intermédiaire du MM_CMServiceReject. Du fait que le message MM_CMServiceRequest ne contient pas de référence de la connexion CM à établir, puisque l’identifiant de transaction n’est présent que dans les messages CM, le lancement d’une seconde procédure d’établissement générique avant l’aboutissement de la première est interdit.

Synchronisation pour les niveaux supérieurs

Cette fonction veille à ce qu’il n’y ait pas de procédure d’établissement de connexion CM entreprise pendant l’exécution d’une procédure de mise à jour de localisation (avant l’arrivée du MM_LocationUpdatingAccept).

Surveillance de l’activité de l’infrastructure

La couche MM vérifie continûment s’il y a une transaction CM en cours sur les canaux dédiés établis. Dans le cas contraire, si l’infrastructure ne se manifeste pas avant un certain temps (timer), le mobile relâche les canaux et retourne en état veille.

Rétablissement de communication

Cette procédure est similaire au handover déclenché par le mobile dans d’autres systèmes de radiocommunications. Elle permet de reprendre la communication par suite d’une perte due par exemple à une tentative de handover trop lente.

CM - Gestion des communications :

La couche CM est divisée en trois sous-couches :

-          CC (Call Control) : gestion d'établissement d'appel

-          SMS (Short Message Service) : gestion des messages courts

-          SS (Supplementary Services) : gestion des services supplémentaires

La gestion des communications (Communication Management) se chargent des fonctions suivantes :

-          gestion des attributs d'une communication

-          établissement du circuit entre demandeur et demandé

-          gestion des services à l'alternat (basculement parole/données)

-          gestion des appels multiples (conférence, mise en instance/attente de l'appel)

-          libération de l'appel

-          gestion des services supplémentaires

-          communication des messages courts

            Contrôle des appels

CC est la partie de la couche CM qui s’occupe du traitement des erreurs. Elle gère les procédures suivantes :

-          établissement d’appel

-          signalisation durant l’état actif de la communication

-          libération d’appel.

Echange de messages lors de l’établissement d’un appel sortant / entrant

Libération de la communication

            Messages courts (service SMS)

Le service de messages courts point-à-point permet la transmission de quelques dizaines de caractères entre une station mobile GSM et une entité munie du protocole approprié. Le transfert se fait par l’intermédiaire d’un serveur, appelé Service Centre (SMS-SC). Tout PLMN est capable de réaliser le service de messages entrants (Mobile Terminating SMS). Par contre, certains MSC n’assurent pas la transmission de messages sortants (Mobile Originating SMS). Quant à l’abonné, ces services ne lui sont disponibles que s’il dispose d’un appareil mobile supportant les fonctionnalités associées (et qu’il en soit souscripteur).

            Gestion des services supplémentaires

Les services supplémentaires apportent une valeur ajoutée au service téléphonique de base. Ils permettent aux abonnés un certain niveau de contrôle sur l’établissement des appels (ex : renvoi d’appel, interdiction d’appel) ou bien une meilleure gestion des communications (ex: indication de taxation, mise en instance/attente d’appel).