Qu'est-ce que le GSM ou Global System for Mobile communication ?
Le GSM, ou Global System for Mobile communication, est le standard de téléphonie mobile le plus utilisé dans le monde. La connaissance de cette technologie est importante pour bien comprendre le fonctionnement d’une carte SIM ; et plus particulièrement d’une carte SIM M2M.
Développé en 1987, il a révolutionné la téléphonie mobile avec ses fonctionnalités avancées. Mais qu’est-ce que le GSM exactement et quels sont ses avantages ? Découvrez tous les détails dans cet article.
Qu’est-ce que le GSM (Global System for Mobile communication) ? Définition !
Le GSM (Global System for Mobile communication) est un réseau mobile numérique largement utilisé par les utilisateurs de téléphones mobiles en Europe ; et dans d’autres zones géographiques du monde.
Le GSM utilise une variante de l’accès multiple par répartition dans le temps (AMRT). C’est la plus utilisée des trois technologies de téléphonie numérique sans fil : TDMA, GSM et CDMA.
Le GSM numérise et compresse les données. Ensuite, il les envoie sur un canal avec deux autres flux de données utilisateur, chacun dans son propre créneau temporel. Il fonctionne sur la bande de fréquence de 900 mégahertz (MHz) ou de 1 800 MHz.
Le GSM, ainsi que d’autres technologies, fait partie de l’évolution des télécommunications mobiles sans fil qui comprend les données à commutation de circuits à haut débit (HSCSD), le service général de radiocommunication par paquets (GPRS), l’environnement GSM à données améliorées (EDGE) et le service universel de télécommunications mobiles (UMTS).
Histoire du GSM
Les prédécesseurs du GSM, notamment l’Advanced Mobile Phone Service (AMPS) aux États-Unis et le Total Access Communication System (TACS) au Royaume-Uni, ont été construits avec une technologie analogique. Cependant, ces systèmes de télécommunications n’ont pas pu évoluer avec l’adoption d’un plus grand nombre d’utilisateurs. Les lacunes de ces systèmes ont fait apparaître le besoin d’une technologie cellulaire plus efficace qui pourrait également être utilisée à l’échelle internationale.
Pour atteindre cet objectif, en 1983, la Conférence européenne des administrations des postes et des télécommunications (CEPT) a créé un comité chargé d’élaborer une norme européenne pour les télécommunications numériques. La CEPT a défini plusieurs critères auxquels le nouveau système devait répondre ; support de l’itinérance internationale, haute qualité vocale, support des appareils portables, faible coût du service, support des nouveaux services et capacité du réseau numérique à intégration de services (RNIS).
En 1987, les représentants de 13 pays européens ont signé un contrat pour déployer une norme de télécommunications. L’Union européenne (UE) a ensuite adopté des lois pour imposer le GSM comme norme en Europe. En 1989, la responsabilité du projet GSM a été transférée de la CEPT à l’Institut européen des normes de télécommunications (ETSI).
Les services mobiles basés sur le GSM ont été lancés pour la première fois en Finlande au début des années 90, en 1991. La même année, la bande de fréquences standard du GSM a été étendue de 900 MHz à 1 800 MHz. En 2010, le GSM représentait 80 % du marché mondial de la téléphonie mobile. Cependant, plusieurs opérateurs de télécommunications ont mis hors service leurs réseaux GSM ; notamment Telstra en Australie. En 2017, Singapour a mis hors service son réseau GSM 2G.
Composition du réseau GSM
Le réseau GSM est composé de quatre parties distinctes qui travaillent ensemble pour fonctionner comme un tout ; le dispositif mobile lui-même, le sous-système de la station de base (BSS), le sous-système de commutation du réseau (NSS) et le sous-système d’exploitation et de support (OSS).
Dispositif mobile – Téléphones
Le dispositif mobile se connecte au réseau via le matériel. La carte SIM (Subscriber Identity Module) fournit au réseau des informations d’identification sur l’utilisateur mobile.
Le BSS – Antennes
Le BSS gère le trafic entre le téléphone portable et le NSS. Il se compose de deux éléments principaux : la station émettrice-réceptrice de base (BTS) et le contrôleur de station de base (BSC). La BTS contient l’équipement qui communique avec les téléphones mobiles. Principalement les récepteurs et les antennes-relais de l’émetteur radio ; tandis que le BSC est l’intelligence qui se cache derrière. Le BSC communique avec un groupe de stations émettrices-réceptrices de base et les contrôle.
Le NSS
La partie NSS de l’architecture du réseau GSM, souvent appelée réseau central, suit la localisation des appelants pour permettre la fourniture de services cellulaires. Les opérateurs mobiles sont propriétaires du NSS. Le NSS est composé de plusieurs éléments, dont le centre de commutation mobile (MSC) et le registre de localisation du domicile (HLR). Ces composants remplissent différentes fonctions ; telles que l’acheminement des appels et du service de messages courts (SMS) ainsi que l’authentification et le stockage des informations relatives au compte de l’appelant via les cartes SIM.
Comme de nombreux opérateurs de réseaux GSM ont conclu des accords d’itinérance avec des opérateurs étrangers, les utilisateurs peuvent souvent continuer à utiliser leur téléphone lorsqu’ils se rendent dans d’autres pays. Les cartes SIM qui contiennent des configurations d’accès au réseau domestique peuvent être remplacées par des cartes à accès local payant. Ce qui permet de réduire considérablement les coûts d’itinérance ; sans pour autant réduire le service.
Détails de la sécurité GSM
Bien que le GSM ait été conçu comme un système sans fil sécurisé, il peut néanmoins subir des attaques. Le GSM utilise des mesures d’authentification, telles que l’authentification par défi-réponse. Ce dernier invite l’utilisateur à fournir une réponse valide à une question, et une clé pré-partagée qui se présente sous la forme d’un mot de passe ou d’une phrase de passe.
GMS utilise quelques algorithmes de sécurité cryptographique. Notamment des algorithmes de chiffrement par flux qui chiffrent les chiffres en clair. A5/1, A5/2 et A5/3 sont trois ciphers à flux qui garantissent la confidentialité de la conversation d’un utilisateur. Cependant, les algorithmes de A5/1 et A5/2 ont été cassés et publiés. Ils sont donc susceptibles d’être attaqués en clair.
Le GSM utilise le GPRS, un service de communication par paquets, pour transmettre des données, par exemple lors de la navigation sur Internet. Cependant, les chiffres utilisés par le GPRS, GEA1 et GEA2, ont également été cassés et publiés en 2011. Les chercheurs ont publié un logiciel open source pour renifler les paquets dans le réseau GPRS.
Quelles sont les différences entre les technologies GSM, CDMA et LTE ?
La grande différence entre les communications cellulaires sans fil GSM, CDMA et LTE (Long-Term Evolution) réside dans la technologie qui les sous-tend et dans les objectifs commerciaux que chacune d’elles est censée atteindre.
GSM – CDMA
Le GSM est le plus ancien des trois. Développé et adopté comme norme en Europe, le GSM utilisait les technologies de processeur/puce disponibles à l’époque pour coder et décoder les données.
Pendant un certain temps, les opérateurs mobiles ont déployé le GSM 2G dans de nombreux pays du monde ; à l’exception des États-Unis et de plusieurs pays d’Amérique du Sud. L’incompatibilité avec les systèmes analogiques AMPS existants a largement motivé ces exceptions. Pour assurer la compatibilité provisoire nécessaire avec le GSM, ils ont évalué les économies d’échelle du GSM pour leurs réseaux. Les opérateurs ont utilisé le D-AMPS (Digital-Advanced Mobile Phone Service), une version numérique de l’AMPS basée sur la norme intérimaire (IS)-136 pour les réseaux AMRT (elle-même une évolution de la norme D-AMPS 2GL originale, IS-54) de l’Electronics Industries Association/Telecommunication Industry Association. Il est toutefois apparu que les protocoles AMRT n’étaient pas suffisamment efficaces en termes de spectre pour prendre en charge les services cellulaires en pleine expansion. Cela a conduit à l’introduction des protocoles AMRC.
La norme IS-95 de l’UIT, également connue sous le nom de cdmaOne, est devenue la norme cellulaire numérique AMRC en 1993 ; gagnant en popularité dans les pays utilisant les anciens systèmes analogiques AMPS. Cela dit, la norme IS-95 nécessitait des processeurs puissants, car le codage et le décodage du CDMA exigeaient une puissance de calcul nettement supérieure à celle du décodage et du codage du TDMA. En conséquence, les téléphones CDMA étaient plus chers que les modèles GSM.
GPRS – EDGE – 3G – 4G LTE
La technologie cellulaire a évolué à partir de là. Pour les données, le GSM a introduit le GPRS, qui a conduit à l’EDGE. Tandis que le cdmaOne a conduit à l’ANSI-2000 1xRTT. Ensuite, ce dernier, à son tour, a conduit à EV-DO. En raison de leur efficacité supérieure, le 3GPP a adopté les protocoles CDMA sous le nom de Wide-Band CDMA (W-CDMA) pour les mettre en œuvre dans le 3G UMTS.
En revanche, la 4G LTE est une technologie GSM et constitue une amélioration majeure par rapport à la 3G ; en termes de vitesse de transfert des données. Aussi, elle ne permet pas de passer des appels téléphoniques au sens traditionnel du terme. Pour passer des appels téléphoniques ordinaires, la technologie LTE utilise la voix sur protocole Internet (VoIP) spécialisée dans ce que l’on appelle la technologie VoLTE.
Les technologies CDMA et GSM ont fini par converger grâce à l’accès multiple par répartition en fréquence orthogonale (OFDMA) ; le protocole de codage du LTE. L’OFDMA est également le protocole de codage utilisé pour les réseaux WiMAX et Wi-Fi.
5G
À mesure que la 5G se banalise, on s’attend à ce qu’elle s’accompagne de nouveaux protocoles de codage. Il est encore trop tôt pour prédire si la 5G sera une évolution progressive des télécommunications ou si elle marquera une révolution technologique sur ce marché. Quoi qu’il en soit, la plupart des observateurs du secteur des télécommunications s’accordent à dire que ses effets seront spectaculaires et de portée mondiale. Notamment dans le domaine du M2M et de l’IoT.
Les principales applications de la technologie GSM en France
Envoi et réception de messages courts
La capacité d’envoyer et de recevoir des messages texte vers et depuis des téléphones mobiles est connue sous le nom de Short Message Service (SMS). Le SMS fournit des services liés à la radiomessagerie bidirectionnelle ; sauf qu’il comporte plus de fonctions intégrées à l’appareil cellulaire ou au port. La messagerie textuelle permet à un utilisateur de téléphone cellulaire de recevoir un court message rapide sur son téléphone cellulaire. De même, cet utilisateur peut composer un bref message à envoyer à d’autres utilisateurs.
Les SMS délivrent des messages courts de 140 octets maximum via l’interface aérienne du système de contrôle de la plate-forme GSM. Le centre de service de messages courts (SMSC) stocke et transmet les messages courts des utilisateurs mobiles à leurs destinataires. On peut l’utiliser pour envoyer et recevoir des messages brefs. Ce qui permet de gagner du temps grâce à la transmission rapide des communications. En outre, il n’est pas nécessaire d’aller en ligne ; l’appareil mobile dispose d’un signal, et il peut envoyer et recevoir des messages courts.
Le GSM et la sécurité des données
La sécurité des flux de données est le facteur le plus crucial pour les opérateurs d’usage. Des aspects spécifiques sont maintenant mis en œuvre dans le GSM pour améliorer la sécurité. Il existe actuellement une indication pour ME et MS dans ce cadre. Le système propose deux sous-systèmes. Le sous-système de contrôle des appareils permet aux utilisateurs de contrôler à distance les appareils ménagers ; tandis que le sous-système d’alerte de sécurité assure un contrôle de sécurité entièrement automatisé.
Ce même système peut indiquer aux utilisateurs, par SMS à partir d’un numéro de téléphone particulier, comment modifier l’état de l’appareil ménager en fonction des besoins et des préférences de la personne. Le client est configuré via la carte SIM, ce qui permet au système d’observer les abonnés mobiles dans la base de données. Le GSM comprend également des fonctions de cryptage du signal.
Le deuxième élément de la sécurité GSM est l’alerte de sécurité, qui serait réalisée de telle manière que, dès l’identification d’une infraction, le système permettrait la création automatique de SMS ; avertissant ainsi l’utilisateur d’une menace potentielle.
La technologie GSM permet de communiquer avec n’importe qui, n’importe où et à n’importe quel moment. L’architecture fonctionnelle du GSM fait appel à des principes de mise en réseau sophistiqués. L’idée est de faire du GSM le premier pas vers un authentique réseau de communication personnel. Avec une homogénéité suffisante pour garantir la compatibilité.
GSM pour le transfert de système mobile
La procédure de handover dans tout système mobile est critique. Il s’agit d’un processus nécessaire, et le transfert peut entraîner des pertes d’appels s’il n’est pas effectué correctement. Les appels non distribués peuvent être particulièrement pénibles pour les abonnés. Plus le pourcentage d’appels non distribués augmente, plus les utilisateurs sont mécontents ; et plus ils sont susceptibles de changer de réseau.
C’est pourquoi le transfert GSM a fait l’objet d’une attention particulière lors de la création de la norme. Chaque fois qu’un client de téléphonie mobile change de cellule, le signal radio passe de l’ancienne à la nouvelle. Même si le réseau GSM est compliqué, contrairement à d’autres systèmes, la flexibilité de la procédure GSM offre de meilleures performances aux abonnés. Dans un réseau GSM, il existe quatre types de transferts de base :
- Le handover intra-cellulaire : Ce type de handover est utilisé pour améliorer le trafic de données dans la cellule ou pour renforcer les performances de la connexion en modifiant le signal porteur.
- Transfert intercellulaire : Ce type de transfert est également connu sous le nom de transfert intra-BSC. Dans ce cas, le mobile change de cellule tout en restant dans le BSC. Ici, c’est le BSC qui contrôle la procédure de transfert.
- Transfert inter-BSC : Il est également connu sous le nom de handover intra-MSC. Comme le BSC ne peut gérer qu’un nombre restreint de cellules, il peut être nécessaire de déplacer un téléphone d’un BSC à l’autre. Ici, le handover est géré par le MSC.
- Transfert inter-MSC : Cela se produit lorsqu’un appareil mobile se déplace d’une zone MSC à une autre. Le MSC est réparti sur une large zone.
Le GSM dans les services médicaux
Si le patient est gravement blessé ou malade, mais qu’il n’a accès qu’à un téléphone, essayer de se connecter à l’hôpital le plus proche serait simple. Si le patient est connecté au médecin, il peut recevoir les premiers soins pendant son trajet vers l’établissement de santé. En cas de maladie, les médecins peuvent examiner les antécédents du patient et préparer des tests supplémentaires ; tout en prodiguant les soins appropriés.
Lorsqu’un patient ou un membre du personnel hospitalier se retrouve bloqué dans l’enceinte de l’hôpital en raison d’une panne de courant, les terminaux cellulaires fixes GSM permettent à la personne de se connecter très rapidement aux services d’urgence les plus proches. Une personne dans cette situation peut demander de l’aide en utilisant la carte SIM GSM du terminal cellulaire fixe (FCT) installé. Les services de télémédecine sont responsables de l’ensemble de la situation. On peut utiliser le système de télémédecine de l’une des trois façons énumérées ci-dessous.
- Grâce à la vidéoconférence, les patients assis en un même lieu peuvent communiquer directement avec les médecins ; poursuivant ainsi le processus de guérison.
- En utilisant des capteurs de surveillance de la santé qui mettent à jour en permanence les informations sur la santé du patient et guident les hôpitaux et les médecins dans la poursuite du traitement.
- Transmettre les dossiers médicaux obtenus et transmettre les données obtenues pour consultation et traitement.
Quelles sont les limites du GSM ?
Bien que le GSM soit la technologie préférée des écosystèmes de télécommunication actuels, il n’est pas exempt de défauts. Voici quelques inconvénients du GSM :
- Interférences électroniques. Comme le GSM utilise une technologie de transmission par impulsions, il est connu pour interférer avec des appareils électroniques comme les prothèses auditives. Ces interférences électromagnétiques expliquent pourquoi certains endroits comme les aéroports, les stations-service et les hôpitaux exigent que les téléphones portables soient éteints.
- Décalage de la bande passante. Lors de l’utilisation des technologies GSM, plusieurs utilisateurs accèdent à la même bande passante. Ce qui entraîne parfois une latence considérable lorsque de nouveaux utilisateurs rejoignent le réseau.
- Taux de transfert de données limité. Le GSM offre un taux de transfert de données quelque peu limité. Pour atteindre des débits de données plus élevés, un utilisateur doit passer à un appareil doté de formes plus avancées de GSM.
- Répéteurs. Les technologies GSM nécessitent que les opérateurs installent des répéteurs pour augmenter la couverture.
Glossaire GSM
Antenne-relais : Les antennes-relais GSM sont des dispositifs qui permettent de relier des appareils mobiles à une station de base pour assurer une couverture réseau.
Bandes de fréquence : Les GSM utilisent différentes bandes de fréquence pour leurs communications ; allant de la fréquence GSM850 à la fréquence GSM1900.
Cellules : Les cellules GSM sont des réseaux cellulaires qui permettent aux utilisateurs de communiquer par téléphone mobile. Chaque cellule est un site cellulaire qui se compose de plusieurs éléments.
Interconnexion : L’interconnexion est la liaison physique du réseau d’un opérateur avec des équipements ou des installations n’appartenant pas à ce réseau. Le terme peut désigner une connexion entre les installations d’un transporteur et l’équipement appartenant à son client, ou une connexion entre deux (ou plusieurs) transporteurs.
Roaming : Le roaming, ou itinérance, permet de garantir qu’un appareil GSM en déplacement (généralement un téléphone mobile) reste connecté à un réseau sans rompre la connexion. Dans le domaine des télécommunications sans fil, l’itinérance traditionnelle est un terme général désignant la possibilité pour un client de téléphonie cellulaire de passer et de recevoir automatiquement des appels vocaux, d’envoyer et de recevoir des données ou d’accéder à d’autres services, lorsqu’il voyage en dehors de la zone de couverture géographique du réseau domestique, en utilisant un réseau visité.
FAQ autour de la thématique GSM
C’est quoi une bande de fréquence GSM ?
Les bandes de fréquence de fonctionnement constituent un élément clé des spécifications d’un téléphone mobile. Les bandes de fréquences prises en charge déterminent si un certain combiné, ou un appareil GSM, est compatible avec un certain opérateur réseau. Voici un résumé synthétique des différentes bandes de fréquence.
- Bandes de fréquence 2G : GSM 900, GSM 1800
- Bandes de fréquence 3G : UMTS 900, UMTS 2100
- Bandes de fréquence 4G : LTE 700 (28), LTE 800 (20), LTE 1800 (3), LTE 2100 (1), LTE 2600 (7)
- Bandes de fréquence 5G : 5G 2100 (1), 5G 3500 (78)
GSM ou CDMA : lequel est le plus populaire ?
Entre le GSM et le CDMA, le GSM, et, par extension, ses descendants 5G New Radio (NR), UMTS et LTE, est plus populaire. Les technologies basées sur le GSM sont déployées dans pratiquement tous les pays du monde.
Le CDMA, en revanche, est actuellement utilisé dans moins de 10 pays. De plus, les opérateurs fermeront presque tous ces réseaux CDMA au cours des cinq prochaines années.
Quelle est la différence entre un smartphone ou un portable GSM ?
Un téléphone portable GSM et un smartphone sont tous deux des appareils mobiles que vous pouvez utiliser pour appeler et envoyer des SMS. Les options d’un téléphone mobile s’arrêtent là, à l’exception des modèles dotés d’un appareil photo. Un smartphone possède toutes sortes de fonctions supplémentaires ; comme l’accès à Internet, la possibilité de télécharger des applications et un meilleur appareil photo.
Quel matériel GSM choisir ?
Les appareils mobiles GSM (également appelés stations mobiles) sont des appareils d’entrée et de sortie de voix et/ou de données. Ils sont utilisés pour communiquer avec une tour radio (sites cellulaires).
Les dispositifs GSM pour utilisateurs finaux comprennent des modules d’identité d’abonné (SIM) amovibles qui contiennent des informations sur l’abonnement au service. Les types courants de dispositifs GSM disponibles sont les téléphones mobiles bien connus du grand public, les cartes PCMCIA, les modules radio intégrés et les modems radio externes.
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