mai, 25 2022

GSM quésaco ? Tout sur le Global System for Mobile Communication

Définition rapide : le sigle GSM signifie Global System for Mobile Communications. Cette norme décrit le fonctionnement des réseaux cellulaires 2G (2ème génération). L’arrivée du GSM a marqué une amélioration considérable par rapport à la 1ère génération de réseaux cellulaires, avec le passage d’un système analogique à des télécommunications numériques.

Glossaire M2M
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Le GSM est actuellement la technologie réseau la plus répandue dans le domaine de l’internet des objets (IoT), pour sa simplicité et son accessibilité réseau. Mais cela est vraisemblablement amené à changer dans les années à venir.

Quand le GSM est apparu en Europe en 1991, les réseaux 2G ont permis l’apparition de connexions sans fil plus rapides et plus sécurisées. Pour la première fois, les appels vocaux étaient encodés numériquement avant d’être transmis sur le réseau.

Pendant des années, le GSM a détenu le titre de standard de communication mobile le plus utilisé au monde. Mais aujourd’hui, les réseaux 2G sont considérablement plus lents que les autres réseaux cellulaires, et dans certains pays, ils sont même progressivement mis hors service.

Les opérateurs de réseaux mobiles ont pour objectif de proposer les meilleurs débits avec la couverture la plus large. Or, les réseaux GSM s’appuient sur des infrastructures mises en place depuis des décennies, ils offrent donc une bonne couverture, mais ils ne sont pas au niveau des réseaux 3G, 4G et 5G en termes de vitesse, de polyvalence et de sécurité.

De plus, le GSM a été pensé pour les téléphones mobiles, et non les objets connectés. De nos jours, des milliards d’appareils (parcmètres, équipements industriels, systèmes multimédia des voitures, systèmes de sécurité, etc) s’appuient sur les réseaux cellulaires et les utilisent différemment des téléphones mobiles. C’est pourquoi des réseaux spécialisés sont apparus, afin de satisfaire les nouveaux besoins de connectivité cellulaire.

Dans ce contexte, la norme GSM a-t-elle encore sa place aujourd’hui ? Est-elle pertinente pour des applications M2M? Avant de répondre à ces questions, intéressons-nous au fonctionnement des réseaux GSM.

Structure des réseaux GSM

La norme GSM distingue 4 parties dans un réseau :

  1. La station mobile (Mobile Station)
  2. Le sous-système de station de base (Base Station Subsystem, BSS)

  3. Le sous-système de commutation du réseau (Network Switching System, NSS)
  4. Le système de soutien aux opérations (Operations Support System, OSS)

Chaque partie du réseau regroupe plusieurs composants. C’est l’ensemble de ces composants qui forment un réseau cellulaire complet. Chaque opérateur de téléphonie possède sa propre infrastructure contenant tous ces éléments.

La station mobile (Mobile Station)

La station mobile désigne le point d’accès d’un utilisateur au réseau. Il s’agit d’un appareil (un système d’alarme par exemple) doté d’une carte SIM (SIM signifie “Subscriber Identity Module” ou “module d’identité abonné”). La carte SIM associe l’appareil à un abonné unique, ce qui lui permet de se connecter au sous-système de station de base (BSS) le plus proche.

Le sous-système de station de base (Base Station Subsystem, BSS)

Le BSS inclut des stations de transmission de base (Base Transceiver Stations, BTS) et un contrôleur de station de base (Base Station Controller, BSC). Les BTS regroupent des composants tels que des récepteurs et une antenne, ce qui permet aux appareils connectés d’envoyer et de recevoir des signaux. Le BSC permet aux BTS de transmettre les signaux reçus vers le réseau, via le sous-système de commutation du réseau (NSS).

Le sous-système de commutation du réseau (Network Switching System, NSS)

Le NSS désigne les composants principaux d’un cœur de réseau 2G. À l’origine, le NSS servait à fluidifier les appels vocaux orientés connexion, grâce au Home Location Register (HLR), Authentication Center (AuC), Message Service Center (MSC), et au Visitor Location Register (VLR).

Depuis l’arrivée des cœurs de réseau GPRS et de leurs nœuds de support (GGSN et SGSN), le NSS joue aussi un rôle dans les transferts de données.

Le système de soutien aux opérations (Operations Support System, OSS)

L’OSS est un ensemble de processus, de données et d’applications qui facilitent aux opérateurs la gestion de leur réseau. L’OSS leur permet de :

  1. Configurer des éléments du réseau
  2. Configurer et gérer leurs services

  3. Monitorer l’état du système et résoudre les erreurs
  4. Piloter la qualité de service et d’expérience sur la base d’indicateurs

Les réseaux cellulaires plus perfectionnés présentent une structure comparable, mais sont dotés de composants supplémentaires qui renforcent leur sécurité et leurs capacités.

Le GSM est-il encore utile ?

Les réseaux GSM ont maintenant plus de 30 ans, et trois générations de réseaux cellulaires leur ont succédé, avec des débits de données bien plus élevés, plus de sécurité, et des capacités de connexion perfectionnées. Au fil des ans, les opérateurs ont mis en place des améliorations visant à tirer le maximum des réseaux GSM, mais dans plusieurs pays, la 2G touche à sa fin.

Cela impacte peu les particuliers dont les smartphones sont généralement compatibles avec plusieurs technologies. En revanche, le GSM a longtemps été l’option privilégiée par les industriels de l’IoT cellulaire. Les nouveaux fabricants d’objets connectés doivent aujourd’hui se poser la question de la viabilité d’une connectivité 2G pour leurs produits, selon la région de déploiement.

Réutiliser les fréquences 2G

Tandis que de nombreux pays exploitent toujours leurs réseaux 2G, certains opérateurs ont commencé à couper les leurs dès 2016. Cela s’explique par le caractère limité des radio-fréquences (RF) disponibles. Les réseaux 2G occupent une partie du spectre qui pourrait être mise à profit par des technologies plus avancées.

On peut envisager le spectre RF comme un théâtre dont le nombre de places est limité. Depuis 1991, tous les protagonistes ont réservé des places définies (dans les bandes de fréquences 850-900 MHz et 1800-1900 MHz) pour leurs connexions 2G. Aujourd’hui, les fournisseurs de téléphonie modifient leurs réservations, afin que leurs réseaux 3G, 4G et 5G puissent occuper ces places. A titre d'exemple, en France, l'attribution des fréquences est gérée par l'ARCEP (Autorité de Régulation des Communications Electroniques, des Postes et de la Distribution de la Presse) qui a, en Septembre 2020, mise aux enchères les fréquences dédiées à la 5G: 90 MHz pour Orange, 80 MHz pour SFR, 70 MHz pour Bouygues & Free.

La 2G comme solution de repli

Cependant, certains opérateurs continuent à utiliser la 2G comme solution de secours dans les zones non couvertes par les réseaux plus modernes. Dans certains pays en retard sur le déploiement des standards récents, la 2G reste la solution de connectivité la plus répandue. C’est pourquoi il est toujours utile de prévoir une connectivité GSM dans la conception de ses appareils.

Choisir la bonne technologie pour votre produit

Le GSM a permis de poser les fondations des communications cellulaires modernes. Et même si certains opérateurs s’orientent désormais vers des réseaux plus modernes, cette technologie reste extrêmement plébiscitée pour sa grande disponibilité à travers le monde et son très faible coût. Avec l’émergence d’alternatives bon marché telles que les technologies LPWAN (LTE-M et NB-IoT), la 2G tendra certes à disparaître. Mais en attendant, elle reste une option avantageuse pour de nombreuses applications M2M.

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