GPRS

 I. Introduction :

    Tout d’abord, avant de commencer, il faut rappeler que la téléphonie mobile est un  système de radiotéléphonie dit cellulaire. En effet, un réseau est dit cellulaire si ce dernier est découpé en « cellules », qui sont des  petites zones où se trouvent une série d’équipements de radiotéléphonie.

    Aujourd'hui, le transport des données sur le réseau GSM n'autorise qu'au mieux des débits de 9,6 kbit/s. Si ces débits permettent d'utiliser des services WAP basiques, peu consommateurs en bande passante, ils ne permettent pas d'offrir un véritable service d'accès à Internet.

  Le mode de connexion du standard GSM est un mode connecté en utilisant la commutation de circuit. Une fois la communication établie, le canal de données dans la cellule du réseau GSM est monopolisé pour cette connexion, y compris pendant les temps d'inactivité de l'usager. Le canal est donc rendu indisponible à d'autres utilisateurs, alors qu'aucun trafic ne transite par ce canal. La monopolisation d'un canal a, outre le problème de l'indisponibilité pour les autres utilisateurs, l'inconvénient de générer un coût de connexion élevé, dû d'ailleurs principalement à cette monopolisation.

    C'est pourquoi la technologie GPRS (General Packet Radio Service) a été définie, permettant de contourner le problème de monopolisation de canal, et par la même de résoudre le problème de la facturation à la durée, ainsi que de permettre des débits résolument plus importants.

    En effet, GPRS est le premier protocole à  commutation par paquets dans le monde de  l’Internet mobile, et constitue une couche supplémentaire à un réseau GSM existant. 

Et grâce à ce dernier, les applications de l’Internet mobile vont pouvoir se développer

II. Historique :

    GPRS est une technologie datant de la fin des années 1990.  Les deux grandes phases du GPRS sont 1997 et 1999, et marquent une avancée vers les  premiers tests. Et ce n’est qu’à partir du début 2002, que le GPRS arrive sur le marché français. En effet, les  opérateurs de téléphonie mobile ont du mettre en place un certain  nombre d’équipements et les déployer au fur et à mesure bien que GPRS utilise en partie le  réseau GSM. 

    En effet, GSM est la technologie « 2G », qui véhicule la voix, et la prochaine technologie qui  sera plus rapide est dite « 3G » et s’appelle l’UMTS (Universal Mobile Telecommunication  System). 

III. Définition GPRS :

    Le GPRS (General packet Radio service) est une technologie de communication sans fil se situant entre le GSM, de deuxième génération (2G), et la future technologie de troisième génération (3G) qu’est l’UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).

    Le GPRS n’apportant pas de véritable révolution au niveau technologique, il n’est pas considère comme l’instigateur d’une nouvelle génération, c’est pourquoi on le qualifie de 2,5G .comme son nom l’indique, il s’agit d’un mode de transmission de données par paquets qui permet une coopération avec les protocoles TCP/IP utilisés sur internet.    

    GPRS permet d’atteindre un débit théorique maximal de  171,2 Kbits/s, ce qui correspond à débit d’environ 115 Kbits/s pour l’utilisateur final dans des  conditions optimales.  Cependant, il ne faut pas oublier que GPRS s’appuyant sur le réseau GSM, ils se complètent  alors tous les deux. En effet, l’architecture GSM fournit les services voix, tandis que l’architecture GPRS fournit  les services de données par paquets avec un débit élevé.  Ainsi, les applications basées  sur des protocoles de données standard sont supportées par le  protocole GPRS. 

    On peut donc résumer les intérêts principaux du GPRS comme étant les temps d’accès  réduits, de l’ordre d’une seconde pour commencer un transfert de données, un débit plus élevé  qu’en GSM, un mode de commutation par paquets permettant d’utiliser les ressources radios, et enfin la possibilité de facturer en fonction du volume de  données transféré  plutôt qu’en fonction du temps de connexion. 

    IV. Application :

    Un support pour de nouveaux services, parmi les applications envisageables grâce au réseau GPRS, figurent :

• La navigation sur Internet à partir d’un portable ou d’un PDA.
• L’envoi et la réception de photos ou cartes postales.
• L’envoi et la réception de séquences vidéo telles que des bandes annonce.
• L’usage des groupes de discussions (chat).
• L’accès au réseau Intranet de son entreprise.
• Le partage des données.
• La télémétrie.

Ces applications n’étant pas exhaustives, de nombreuses nouvelles applications vont apparaître sur le marché au fur est à mesure que le taux de transfert augmentera.

• Une intégrité du transfert des données : GPRS améliore l'intégrité du transfert de données à travers plusieurs mécanismes. 
• Des mécanismes de sécurité sophistiqués : GPRS s'appuie sur le modèle d'authentification et de chiffrement proposé par GSM. Lorsqu'une station mobile tente d'initier une session GPRS, elle est authentifiée grâce à des clés d'authentification et des calculs réalisés par la carte SIM et l'AuC. Outre l'authentification GPRS, une seconde authentification peut être mise en œuvre pour l'accès à Internet ou à un réseau de données d'entreprise en utilisant le protocole RADIUS (Remote Authentication Dial In User Service).GPRS assure par ailleurs le chiffrement des données de l'usager entre la station mobile et le sous-système réseau GPRS alors que dans le réseau GSM, le chiffrement est assuré entre la station mobile et l'entité BTS.
• Un passage obligé pour la migration vers l'UMTS : Les nœuds GPRS seront réutilisés pour la migration vers l'UMTS.

    V. Les différentes classes du mobile :

On distingue 3 types de mobiles GPRS :

1. le mobile classe A : qui est complètement bivalent sur les 2 réseaux GSM et GPRS il peut à la fois écouter les 2 réseaux et surtout supporter une communication simultanée en mode CSD et en mode paquet.
2. Un mobile de classe B : lui peut écouter les 2 réseaux en même temps par contre il ne pourra soutenir 2 communications selon les 2 modes en même temps.  
3. mobile de Classe C : qui peuvent écouter ou communiquer sur les 2 réseaux mais pas simultanément, le basculement entre les 2réseaux se faisant de manière plus ou moins automatique. La plus part des mobiles actuels sont plus du mode Classe B.

    VI. Principales caractéristiques du GPRS :

    La norme GPRS spécifie un nouveau service de support de transmission de données en mode paquets. GPRS permet notamment de transporter des données utilisateur et des données de signalisation en optimisant les ressources radios de façon dynamique.

1. Spectre des fréquences :

    GPRS utilise les mêmes fréquences attribuées au GSM.  En effet, le GSM utilise une partie du spectre radio pour fonctionner. Ainsi, l’U.I.T (Union  Internationale des Télécommunications) lui a dédié 2 bandes de fréquence, l’une aux  alentours des 900 MHz, l’autre autour des 1800 MHz (1900 MHz pour les USA et 1500 MHz  pour le Japon).  Cependant, précisons que la bande des 1800 MHz sert pour le DSC1800 et non pour le GSM  à proprement parlé. Cependant, par un abus de langage, on dit que DSC1800 est GSM.  En effet, chez les opérateurs français, SFR et Orange utilisent tous deux la bande des 900  MHz, tandis que Bouygues utilise la bande des 1800 MHz.  

    Ces fréquences se découpent en deux bandes,  l’une pour les liaisons montantes, l’autre pour  les liaisons descendantes.  Ainsi, dans GSM, nous avons les bandes de 890–915 MHz et 935-960 MHz, et pour  DSC1800, 1710-1785 MHz et 1805-1880 MHz. 

    2. Débit :

    En fait, GPRS utilise la même technique pour transmette les données que dans GSM, à  savoir la technique de multiplexage temporel, dite TDMA (Time Division Multiple Access).  Etant donné qu’une bande de fréquence dans GSM peut véhiculer 8 fois le débit d’une  conversation téléphonique, on va alors segmenter le temps d’émission/réception en 8  intervalles de temps répétés à l’infini que l’on appellera « slot » ou « time slot ». 

Un time slot est en fait un canal capable de transporter de l’information telle que de la voix ou  encore des données.  Une séquence des ces 8 slots est appelée une trame TDMA. 

La différence entre GSM et GPRS est que GSM n’utilise qu’un time slot par trame TDMA,  tandis que GPRS peut utiliser plusieurs time slots (jusqu’à 8, qui est le maximum) sur une  seule trame pour transporter les données. GPRS utilise ces times slots de façon dynamique et  peut donc justifier d’un débit beaucoup plus important que GSM. 

Le débit maximal correspond à l’utilisation de tous les slots et  sans corrections d’erreurs,  autant dire que cela restera un débit théorique et non un débit qu’obtiendra l’utilisateur.  De plus, au niveau application, le débit est plus faible du fait des entêtes entre chaque couche. 

    3. Catégories de services :

Il existe deux catégories de services GPRS : 

1. les services Point à Point (PTP) : ils fournissent une transmission d’un ou plusieurs paquets entre deux utilisateurs (l’expéditeur et le destinataire). 
2. les services Point à Multipoints (PTM) : ils fournissent une transmission de paquets entre un demandeur de service et un groupe d’abonnés receveurs se trouvant dans une zone définie par le demandeur de service. Un abonné peut ainsi envoyer des données à de multiples destinations avec une seule demande de service.

    4. Localisation :

    En GPRS on rajoute à la notion de Localisation Area la notion derouting Area qui est généralement une sub-division de la localisation Area et représente la ou les cellules qui sont gérées par un SGSN. Comme dans le réseau GSM le réseau GPRS utilise les techniques dites de « paging » pour rechercher le mobile à qui est destiné l’appel. On distingue toutefois plusieurs modes de paging du essentiellement aux différentes phases de déploiement du réseau GPRS. 

    5. Attachement /détachement :

    Avant tout échange de données à l ‘initiative du réseau ou du mobile il faudra que le terminal mobile fasse un attachement GPRS qu’il pourra combiner ou non avec une localisation GSM. 

    Cet attachement GPRS permettra de localiser précisément le terminal dans le réseau avec une précision à la cellule prêt et il y aura un changement d’état au niveau de la couche GMM Le détachement GPRS lui interviendra soit explicitement après l’arrêt du service soit après le non transfert pendant un certain temps sur le lien logique.

    VII. Architecture GPRS :

Dans cette partie nous allons vous montrer l’architecture d’un réseau GPRS. Cependant, comme nous l’avons mentionné, GPRS est un service complément de GSM et s’intègre dans ce dernier. 

C’est pourquoi nous verrons le sous réseau GSM dans l’architecture GPRS. Nous allons voir les différentes parties qui composent cette  architecture avec les interconnexions entre ces entités. 

 

    1. Présentation de l’architecture :

C’est ici que nous présentons  l’architecture générale d’un  réseau GPRS avec la figure suivante. 

 

Cette architecture peut paraître complexe, cependant GPRS étant un service de GSM, une partie de cette infrastructure est le sous réseau GSM. 

Ce réseau est composé en différentes parties  que nous allons expliquer, avec les différents équipements et interfaces d’interconnexions. 

    2. Equipement réseau :

        Voici maintenant un descriptif de chacune des entités du réseau GPRS :  

•  MS (Mobile Station) : terminal mobile de l’utilisateur (TE pour Terminal Equipment) avec sa carte SIM (Subscriber Identity Mobile).  

•  BTS (Base Transceiver Station) : émetteur / récepteur gérant une cellule, la couche physique sur la voie radio et la couche liaison de données avec le mobile. 

•  BSC (Base Station Controller) : commutateur qui réalise une première concentration de circuits, qui s’occupe de la gestion  de la ressource radio  (allocation des canaux, …). 

•  MSC (Mobile services Switching Center) : commutateur du réseau GSM, qui gère l’établissement de circuits à travers le réseau. 

•  VLR (Visitor Location Register) : base de données locale qui contient les profils de touts les abonnés présents dans la zone gérée par ce VLR. Dans la plupart du temps, cet équipement est dans le même équipement que le MSC. 

•  HLR (Home Location Register) : base de données globale du réseau GSM, dans laquelle les profils de services des abonnés, la localisation des abonnées et la gestion de la sécurité sont enregistrés. 

•  EIR (Equipment Identity Register) : base de données dans laquelle sont enregistrés les numéros d’identification des terminaux mobiles au sens matériel avec l’IMEI (International station Mobile Equipment Identity). 

•  SMS-GMSC (Short Message Service – Gateway Mobile Services Switching Center) et SMS-IWMSC (Short Message Service – Inter Working MSC) : ces deux MSC sont des commutateurs dédiés au service des messages courts.  

•  SMS-SC (Short Message Service – Service Center) : cette entité est très importante dans le traitement des messages courts. 

•  PCU (Packet Control Unit) : cet équipement gère les fonctions de couches basses, c'est-à-dire les protocoles RLC, MAC, contrôle de puissance, adaptation des débits, … 

Pour envoyer sur le réseau « GPRS ». Il  gère les fonctions de transmissions et d’acquittements. 

•  SGSN (Serving GPRS Support Node) : serveur d’accès au service GPRS (équivalent au MSC), et qui gère les MS présentes dans une zone donnée. Son rôle est de délivrer des paquets aux MS. 

•  GGSN (Gateway GPRS Support Node) : routeur connectant le réseau GPRS et un réseau externe de commutation par paquets (IP ou X.25). Il sert de passerelle entre les SGSN du réseau GPRS et les autres réseaux de données. 

    3. Les différents  sous-ensembles :

    Comme nous pouvons le voir sur la figure  précédente, de nombreux équipements sont présents dans l’architecture d’un réseau GPRS. C’est pourquoi, voyons désormais les différents sous ensembles qui constituent ce réseau. 

• Equipement utilisateur. 

 Il est composé du terminal utilisateur (TE) ainsi que de la carte SIM. Ceci est appelé la MS. Celui-ci est raccordé au sous-système radio par l’interface Um. 

• Sous-système radio. 

 Ce sous-système radio est appelé BSS (Base Station System). Il est composé de la BTS et la BSC. 

Ce sous-système radio est connecté au sous-système réseau GSM via l’interface A, et au sous-système réseau GPRS via l’interface Gb. 

• Sous-système réseau GSM. 

 Ce sous-système réseau GSM est composé des MSC/VLR, HLR et EIR qui sont très peu implémentées compte tenu du coût de ce genre d’équipement. 

De plus, les équipements SMS-GMSC et SMS-IWMSC font partie de ce sous-système, mais ils sont utilisés dans le sous-système réseau GPRS, car tout utilisateur GPRS comme tout utilisateur GSM, peut émettre et recevoir des messages courts. 

• Sous-système réseau GPRS. 

 Le sous-système réseau GPRS se compose principalement des SGSN et des GGSN. 

    4. Les interfaces :

    Ces différents sous-systèmes sont connectés entre eux via différentes interfaces que nous allons décrire maintenant afin de mieux comprendre le rôle de chacune.  

•  interface Um : c’est l’interface  radio entre le terminal et le sous-système radio. En réalité, cette interface est nommée interface « air ».  

•  interface A bis : cette interface relie les deux équipements du sous-système radio. 

•  interface A : cette interface relie le sous-système radio via la BSC, et le sous-système réseau GSM via le MSC/VLR.  

•  interface Gb : cette interface est définie entre le sous-système réseau GSM et le sous-système réseau GPRS. 

•  interface Gn : cette interface est définie entre deux nœuds GPRS (SGSN ou GGSN) appartenant au même réseau PLMN GPRS. Remarquons qu’un réseau de mobiles est appelé Public Land Mobile Network (PLMN), cette notion est importante à noter. Les messages IP ou X.25 sont transportés entre les nœuds GPRS, par tunnelling grâce au protocole GTP (GPRS Tunnelling Protocol). 

•  interface Gs : cette interface, définie entre  le SGSN et le MSC/VLR, est optionnelle. Elle permet au SGSN d’envoyer par exemple des informations de localisation au MSC/VLR et d’éviter des échanges redondants de signalisation liés à la gestion de la mobilité entre le terminal mobile et le SGSN, puis entre le terminal mobile et le MSC. Le SGSN peut aussi recevoir des requêtes de paging émises par le MSC/VLR pour le service GSM. 

•  interface Gd : cette interface est définie entre les entités fonctionnelles qui permettent respectivement d’acheminer des SMS à destination d’un terminal mobile et de relayer des SMS émis par un terminal mobile (appelés SMS-GMSC et SMS-IWMSC), et le SGSN pour offrir à un terminal mobile GPRS la possibilité d’émettre et de recevoir des SMS via des canaux radio GPRS. 

•  interface Gr : cette interface est définie entre le SGSN et le HLR pour des échanges de données liés aux profils de données des abonnées et à la gestion de la mobilité. 

•  interface Gc : cette interface, définie entre le GGSN et le HLR, est optionnelle et sert au GGSN pour demander au  HLR des informations de  localisation concernant un terminal mobile. 

•  interface Gf : cette interface relie un SGSN et un équipement de type EIR pour les échanges liés à l’identification du terminal. 

•  interface Gi : cette interface, définie entre le GGSN  et les réseaux de données par paquets externes, permet les échanges entre le réseau GPRS et le monde extérieur.  

•  interface Gp : cette interface définie entre deux PLMN différents est  équivalente à l’interface Gn avec, en plus des fonctions de sécurisation entre les deux PLMN. 

Cependant, seules les interfaces Gb (entre le sous-système radio et le SGSN), Gn (entre des nœuds GPRS, à savoir SGSN et GGSN) et Gr (entre le SGSN et le HLR) sont obligatoires. Les autres interfaces sont optionnelles, et leur mise en œuvre dépend des choix des fonctions d’inter fonctionnement entre le GSM existant et le GPRS. 

    VIII. Pile protocolaire :

    Nous allons voir les différentes couches présentes dans les différents équipements du réseau GPRS. 

    1. Présentation :

    Voyons la pile protocolaire entre le terminal mobile, qui est la MS, et le GGSN. En effet, pour établir une voie de communication entre le terminal mobile et le GGSN, on utilise 2 protocoles : 

•  le protocole LLC : entre le terminal et le SGSN. 

•  le protocole GTP : entre le SGSN et le GGSN, GTP s’appuyant soit sur TCP (transport avec acquittement), soit sur UDP (transport sans acquittement). 

En fait, dans GPRS, une MS ne gère pas une mais des piles de protocoles situés dans deux plans différents : 

•  plan de signalisation. 

•  plan de transmission. 

    Le plan de signalisation sert à assurer la gestion de la mobilité (MM : Mobility Management), quant au plan de transmission, il sert à transférer toutes les données utilisateurs. 

Cependant, seuls les sommets de ces deux piles diffèrent. 

    Dans le plan signalisation, on trouve au sommet la couche GMM (GPRS Mobility Management), surmontées des couches SM (Session Management) et GSMS (GPRS SMS). 

    Dans le plan transmission, on trouve au sommet de la pile SNDCP (SubNetwork Dependent Convergence Protocol) 

    2. Les couches de pile protocolaire :

• Couche Physique. 

    Cette couche Physique se subdivise en deux sous-couches, et s’occupe du codage du canal, point que nous développerons plus tard. 

• la RFL (Physical Radio Frequency Layer) est la couche la plus basse de la pile protocolaire, et est responsable de la modulation et démodulation. C’est en en fait le modem du terminal. 
• la PLL (Physical Link Layer) : 
• fait le lien entre la couche MAC et le modem.
• transporte les paquets RLC/MAC. 
• réalise le codage du canal. 
• surveillance et évaluation de la qualité du signal radio. 
• gestion de la batterie. 
• contrôle de la puissance de transmission. 
• détecte la congestion sur le canal. 

• Couche MAC :

Le protocole MAC (Medium Acces Control) : 

• permet aux terminaux mobiles de partager le médium commun de transmission. 
• contrôle l’accès aux canaux radio (messages de signalisation de type demande et allocation de canal). 
• fournit le multiplexage des données, c'est-à-dire le multiplexage temporel TDMA qui permet d’utiliser plusieurs times slots dans une trame TDMA. 
• permet à un terminal mobile (MS) d’utiliser plusieurs canaux physiques (PDCH : Packet Data CHannel) en parallèle. 
• fournit les procédures de file d’attente et d’ordonnancement pour un trafic de données entrant vers le terminal. 
• fournit l’arbitrage entre les terminaux mobiles qui tentent d’accéder simultanément au médium commun de transmission, pour un trafic originaire du terminal mobile. 
• réservation du canal. 
• contrôle les débits de download et d’upload. 
• réalise les différents canaux logiques nécessaires pour le partage du médium commun de transmission par différents terminaux mobiles. 

• Couche RLC : 

Le protocole RLC (Radio Link Control) : 

• interface permettant de transmettre les LLC PDU entre les couches LLC et MAC. 
• segmentation et réassemblage des paquets LLC PDU en blocs RLC/MAC. 
• fonctionne en mode acquitté et non acquitté selon la qualité de services demandée. 
• détection des paquets RLC erronés. 
• retransmission des paquets RLC erronés si le mode acquitté est requis. 
• contrôle la liaison radio et fournit un lien fiable dépendant de la technologie radio utilisée (le contrôle d’erreurs et le contrôle de flux sont adaptés aux canaux GSM). 

•  Couche NS : 

Le protocole NS (Network Service) : 

• transporte les PDU BSSGP.
• Couche BSSGP :

Le protocole BSSGP (Base Station System GPRS Protocol) : 

• relaie les trames LLC sans garantie d’intégrité. 
• transporte les informations liées au routage et à la qualité de service entre le BSS et le SGSN. 
• ne fait pas de correction d’erreur. 
• gère le trafic entre les cellules et le SGSN. 
• indique toujours la cellule courante. 

• Couche LLC :

Le protocole LLC (Logical Link Control) : 

• fournir un lien logique fiable et sécurisé le terminal mobile et le SGSN. 
• transporte les paquets de données utilisateur (PDU SNDCP), ou la signalisation entre le terminal mobile et le SGSN. 
• doit être indépendant des protocoles sous-jacents à l’interface radio pour permettre l’introduction de nouvelles  solutions radio pour GPRS avec un minimum de changements. 
• réalise des fonctions de chiffrement, de contrôle de flux, de contrôle de séquence. permet de faire une distinction de qualité de services entre les différents types d’utilisateurs. 
• fonctionne en mode acquitté et non acquitté. 
• fournit la détection et la correction des erreurs de transmission, s’il est utilisé en mode acquitté. 
• signale uniquement les erreurs sans les corriger, s’il est utilisé en mode non acquitté. 
•  Couche SNDCP

Le protocole SNDCP (SubNetwork Dependent Convergence Protocol) : 

• transporte de façon transparente les unités de données de la couche de protocole réseau utilisée par l’application (IP ou X.25), à savoir qu’un changement de protocole de couche réseau n’induit pas un changement de toutes les couches de protocoles GPRS, mais seulement du SNDCP. 
• gère la compression et décompression des en-têtes, de façon à augmenter l’efficacité des canaux. 
• gère la compression et décompression des données. 
• assure le respect de la séquence des messages, la segmentation et la reconstitution des paquets de données pour fournir des blocs  de données de taille acceptable pour le protocole LLC. 

• Couche GMM. 

 Le protocole GMM (GPRS Mobility Management) : 

• gère l’itinérance du terminal dans le réseau GPRS.  

    IX. La protection de données :

    Quatre niveaux de codage convolutionnel CS1, CS2, CS3 et CS4   sont disponibles, suivant la qualité de liaison souhaitée et le taux de brouillage existant dans la cellule.

   

    Le niveau CS1 correspond à une protection maximale des données. Le codage convolutionnel fait alors passer  le bloc de 181 à 456 bits, ce qui donne : 

• 181 bits transmis sur 4 bursts dans 4 trames consécutives 
• durée totale : 4x 4.62 ms = 18,5 ms 
• débit résultant brut : D = 181/18,5 = 9,8 Kbits/s 
• débit résultant net : D = 9,05 Kbits/s  si on enlève les bits d’en-tête et de contrôle 

    La station de base peut choisir l’un ou l’autre de ces niveaux de protection en fonction du taux d’erreur observé et de la qualité souhaitée par l’utilisateur. 

 

    X. L’attribution des canaux :

• Classes multi slot des terminaux GPRS Le GPRS définit 29 classes de terminaux afin de pouvoir profiter d’un débit supérieur au débit maximal accessible avec 1 time slot (21,4 Kbits/s).

• Les terminaux multi slots peuvent selon les classes transmettre ou recevoir sur un nombre défini de time slots en uplink et en downlink.

• La classe 1 correspond aux mobiles classiques ne pouvant transmettre ou recevoir que sur un seul TS

• Les classes 13 à 18 correspondent à des terminaux full-duplex, adaptés aux débits élevés, qui sont capables de recevoir et de transmettre simultanément.

• Les classes 1 à 12 et 19 à 29 peuvent être supportées par des mobiles half-duplex grâce à une allocation judicieuse des TS. Ces classes ont des débits modérés

 

    Ces vitesses de transfert sont envisageables sans impact notable sur la conception existante du mobile ou de l'équipement terminal. Ce n'est pas le cas des services au-delà de la classe 12 qui exigent des modifications tant logicielles que matérielles d'un autre ordre puisque le mobile devra être capable de fonctionner simultanément en émission et en réception. 

    On constate que chaque trame de transmission de données au standard GPRS est différente, et les time-slots sont affectés en fonction des besoins des différents utilisateurs.

    XI. Description fonctionnelle du GPRS :

    Dans cette partie, nous allons montrer le fonctionnement général du GPRS, et en particulier comment l’on échange les données dans GPRS. 

    En effet, après voir vu les caractéristiques générales ainsi que son architecture détaillée, il est temps de voir comment fonctionne le GPRS. 

    Cette étape n’arrive que maintenant, car il était nécessaire d’introduire de nombreuses notions, surtout au niveau de l’architecture. 

    1. Schéma fonctionnel :

    Ce schéma présente l’architecture du GPRS  en soulignant l’importance du réseau IP comme support du réseau GPRS. 

    Le réseau GPRS est inséré dans son environnement, c'est-à-dire avec le système de taxation, les passerelles de taxation et les serveurs de noms essentiels pour les traductions d’adresses.    

    Ce schéma introduit également le principe d’inter fonctionnement d’un réseau GPRS avec un autre réseau GPRS, indispensable en cas d’itinérance de l’utilisateur, via les borders Gateway qui relient le réseau GPRS à tout réseau de données par paquet externe (réseau GPRS ou autre). 

    2. Mécanisme de transfert de paquet GPRS :

    Lors d’une communication, le réseau GPRS est interconnecté à un autre réseau à commutation par paquet. 

    Ainsi, lorsqu’un utilisateur désire transmettre des paquets vers un réseau de données en mode paquet, il utilise le protocole PDP (Packet Data Protocol). 

    Cette notion de PDP est associée à la notion de contextes au niveau  de la mobilité d’un utilisateur GPRS. 

    C’est pourquoi, avant de voir les mécanismes de transmission en mode paquet, nous allons introduire la gestion de la mobilité dans le GPRS. 

    3. Gestion de la mobilité :

    Afin de mieux comprendre les mécanismes de transmission d’informations, il convient d’expliquer quelques notions attachées à l’itinérance d’un utilisateur. 

• Etats GPRS : 

    Dans le cadre de la gestion de la mobilité  pour le GPRS, trois états sont associés à un terminal mobile : 

• IDLE : le terminal est en veille, inactif. 
• STANDBY : le terminal est dans un état intermédiaire dans lequel il est prêt à émettre et recevoir des données. 
• READY : le terminal émet ou reçoit des communications. 

 

    Sur ce schéma, nous pouvons observer comment le terminal passe d’un état à l’autre. 

• Contextes GPRS :

Dans le cadre de la gestion de mobilité du GPRS, on définit la notion de contextes. 

Les contextes introduits dans GPRS sont liés à l’ensemble des informations caractéristiques d’un abonné relativement à : 

• sa mobilité, contexte MM (Mobility Management). 
• ses données, contexte PDP (Packet Data Protocol). 

 

• Contexte MM :

Le contexte MM continent tous les paramètres liés à la gestion de la mobilité, au terminal mobile et à la sécurité : 

• l’IMSI (International Mobile Subscriber Identity) et le P-TMSI (Packet Temporary Mobile Station Identity), qui permettent d’identifier l’abonné. 
• l’état de la mobilité de l’abonné : IDLE, STANDBY, READY. 
• l’identifiant du SGSN, qui est l’adresse  du SGSN servant le terminal mobile actuellement. 

• Contexte PDP :

    Le protocole PDP est spécifique aux données paquet. On lui associe un contexte et une adresse. Chaque adresse PDP est décrite par un  contexte PDP dans le  terminal mobile, le SGSN et le GGSN. 

    Le contexte PDP est lié aux données et regroupe des informations de routage vers le GGSN qui seront utilisées par le terminal mobile. 

     Il contient les paramètres de la gestion de session, définis relativement à l’adresse PDP allouée à l’utilisateur et que celui-ci utilise pour cette session GPRS. Il est ainsi composé d’un ensemble d’informations qui permettent de caractériser l’émission et la réception des données GPRS, comme l’adresse réseau PDP à utiliser et des informations pour le routage vers le GGSN. 

     Un contexte PDP doit être créé afin que l’abonné puisse émettre ou recevoir des données. Chaque contexte PDP existe indépendamment dans l’un des états PDP (INACTIF ou ACTIF). 

    L’état PDP indique si l’adresse PDP est activée pour le transfert de données ou non. 

    4. Emission de données :

    Imaginons qu’un utilisateur GPRS désire envoyer des paquets de données à un utilisateur situé sur le réseau Internet. 

    Voici un descriptif des étapes à réaliser pour cette situation, et  ceci dans l’ordre chronologique. 

L’établissement de la liaison montante :  

•  le terminal mobile doit récupérer le BCCH (Broadcast Control CHannel, qui est le canal logique sur lequel sont diffusées de façon périodique des informations système) de la cellule afin de déterminer si un canal GPRS est présent (terminal en état IDLE). 

•  le terminal mobile effectue un GPRS Attach (procédure permettant de déclarer le mobile sur le réseau GPRS et établi un lien logique entre lui et le SGSN) afin d’établir un contexte GPRS avec le SGSN, en précisant son identité ainsi que la qualité de service désirée. 

•  après négociation de ces paramètres avec la station de base, le SGSN la charge de la réservation du canal (les times slots) et de l’établissement de la liaison. 

•  le terminal reçoit des informations concernant le canal alloué sur le BCCH et passe à l’état STANDBY. 

•  le terminal passe à l’état READY en transmettant sur la liaison montant au SGSN un message identifiant le canal courant. 

Un échange de paquets commence : 

•  les données sont transmises dans les times slots réservés. 

•  un accusé de réception positif est envoyé par la station de base si l’ensemble des données a été bien reçu. 

•  les données sont dés encapsulées et envoyées au SGSN. 

•  le SGSN encapsule les données à l’aide du protocole GTP et les envois au GGSN. 

•  le paquet est dés encapsulé, et l’adresse et le protocole sont vérifiés afin que la bonne route soit sélectionnée.  

Le paquet est alors envoyé via le réseau de données externe jusqu’au destinataire. 

Ce transfert se termine par un message d’accusé réception de la part du SGSN qui peut être positif ou négatif. 

    5. Réception de données :

    Imaginons qu’un utilisateur désire envoyer des paquets de données IP à un utilisateur GPRS.  

    Voici un descriptif des étapes à réaliser pour cette situation, et  ceci dans l’ordre chronologique.  

•  les paquets venant du réseau de données externe sont acheminés jusqu’au GGSN du réseau GPRS. 

•  le GGSN effectue les conversions de formats de données, de protocoles de signalisation et d’informations d’adresses. 

•  le GGSN vérifie s’il possède un contexte GPRS pour ce terminal mobile : 

• si le terminal mobile est dans l’état IDLE, le trafic paquet sera rejeté. 
• si le terminal mobile est dans l’état STANDBY ou ACTIF, le GGSN achemine le paquet, dans un format encapsulé, vers le SGSN (utilisation du GTP). 
• si le terminal mobile est en état STANDBY, le SGSN demande au MSC de réaliser un paging GPRS dans la zone de routage du terminal. 

•  le terminal mobile répond au paging en précisant la cellule dans laquelle il est situé, et se met dans le mode ACTIF. 

•  le paquet est acheminé du SGSN via la MSC à la station de base une fois que la route a été établie. 

•  la station de base réserve un time slot sur le PDCH (Packet Date CHannel), encapsule le paquet et l’envoie au terminal mobile. 

•  si cette donnée est reçue correctement, un accusé de réception positif est généré. 

•  le terminal dés encapsule le paquet, et l’envoie au destinataire final, par exemple l’application sur un ordinateur portable connecté au téléphone mobile. 

 Pour tous les paquets qui seront ensuite envoyés pendant une période de temps donnée, le terminal mobile restera dans un mode ACTIF  et indiquera au réseau lorsqu’il change de cellule. Le chemin vers le terminal mobile est connu, donc tous les paquets seront acheminés vers ce terminal comme via un tunnel. 

    XII. Avantage :

    Il se dégage trois avantages principaux dans GPRS. 

Le premier est le débit. En effet, GPRS a un débit supérieur à celui du GSM. On peut atteindre théoriquement un débit de 171,2 kbit/s. 

Le second est la commutation de paquets. Cette méthode permet de ne pas monopoliser les ressources radios lors de la consultation sur Internet, consultation d’email, etc… 

De plus, avec la commutation de paquets, on peut interconnecter le réseau GPRS avec un réseau de données paquets externe tel qu’un réseau IP ou X.25. 

Enfin, le dernier avantage non négligeable, est l’apparition de la tarification au volume. Cela permet à un utilisateur de ne plus se soucier du temps de téléchargement des données, il payera seulement la taille de ce téléchargement et non sa durée. 

    XIII. Inconvénients :

    Cependant, bien que GPRS apporte une réelle avancée dans le monde de l’Internet mobile, il existe des limites. 

     La première est que le débit réel observé  est très inférieur à celui annoncé dans les spécifications du protocole. En effet, on peut constater qu’en moyenne, le débit est d’environ 50 kbit/s, et l’on peut atteindre un débit d’environ 115 kbit/s dans des conditions optimales. 

    En fait, la réalité montre que l’on est plus souvent proche des 50 kbit/s que des hauts débits. Ceci peut poser un problème au développement du GPRS et mettre en frein, car sur le papier on nous propose des débits intéressants, et en réalité, il y a une grande différence. 

    Egalement, une autre limite est le coût de la mise en place de l’infrastructure GPRS. En effet, bien que GPRS utilise une partie  de l’architecture GSM,  comme nous l’avons vu dans ce rapport, la mise en place des équipements GPRS est onéreuse. 

    XIV. Conclusion :

    Le service GPRS, technologie 2,5G, est implémenté sur une majeure partie du réseau du GSM français, et permet alors l’accès à l’Internet mobile avec des débits beaucoup plus élevés que dans GSM. Cependant, malgré ses avantages, les spécialistes du marché sont devant un dilemme. En effet, vu les limites que nous avons évoquées, on peut se demander si mettre en place un réseau GPRS est intéressant au point de vue financier. La réponse que l’on peut apporter à ce problème est oui. Il ne faut pas oublier que GPRS est assez facile à mettre en œuvre malgré des coûts onéreux. 

    Donc, l’avenir se tournant vers des technologies de troisième génération, 3G, telle que l’UMTS, on peut penser que le GPRS a encore  un bel avenir devant lui. Il pourra être un complice à cette technologie 3G et prendre le relais si la couverture n’est plus assurée (par UMTS par exemple).