Le marché des terminaux mobiles a connu un développement croissant ces dernières années. Au début des années 90 les terminaux étaient mono-bande (900 MHz ou 1800 MHz) et supportaient seulement les services de la téléphonie et les messages courts SMS (Short Message Service). Au fil du temps, les téléphones sont devenus multi-bande: support des données haut débit EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), support des applications paquets GPRS (General Packet Radio Service), support multi-mode : UMTS, GSM, WIFI, DVB-H, support des applications circuit et paquets haut débit HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), support pour l’LTE (Long Terme Evolution). Dans la plupart des cas, les avances technologiques ont été réalisées, en général et particulièrement dans le cas de l’UMTS, d’une manière qu’il ait une compatibilité entre les nouveaux standards et ceux en place. Une exception à cette règle est le Japon, ou la technologie UMTS a été mise en place par l’opérateur NTT DoCoMo sans qu’il ait une compatibilité avec le réseau de deuxième génération utilisé.
B.1.1. Structure de l’équipement utilisateur
La structure du terminal mobile UMTS est évoluée par rapport terminal mobile GSM. Dans le cas du GSM la station mobile MS (Mobile Station) est composée d’un équipement mobile ME (Mobile Equipment) doté d’une carte à puce. Dans le cas du mobile 3G (UMTS, etc…), l’équipement utilisateur UE (User Equipment), a une structure plus complexe. Il divise le ME, en MT (Mobile Termination) et en TE (Terminal Equipment). L’ensemble ME et la carte à puce USIM (Universal Subscriber Identity Module) qui contienne une application spéciale, est l’UE. La carte à puce de l’UMTS est évoluée par rapport a celle du GSM. L’accès aux services dans un réseau UMTS est conditionné par la présence de la carte à puce. Sans elle, le ME ne peut pas accéder aux services. Il peut seulement appeler les numéros d’urgence (112 en Europe, 911 aux États-Unis). La structure de l’UE est montrée dans la figure B.1.
183 Annexe B : Description du fonctionnement du réseau UMTS
Figure B.1: Structure de l’équipement d’utilisateur UE en UMTS
Le MT gère la communication avec l’interface radio UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). Il gère les fonctions de la couche physique ainsi que les protocoles de niveau 2. Le TE travaille au niveau application, il englobe les services directement accessibles à l’usager. L’interaction entre le MT et le TE est réalisée avec une interface qui utilise des commandes AT (3GPP TS 27.007).
B.1.2. Carte à puce USIM
La carte à puce utilisée en GSM et en UMTS est appelée UICC (Universal Integrated Circuit Card). Pour les réseaux GSM, la carte à puce contient l’application de sécurité SIM. Pour l’UMTS l’application est évoluée et est appelée USIM. Les spécifications de l’UICC pour le GSM et l’UMTS sont précisées dans les standards 7816 de l’ISO/IEC. Les différents aspects traités dans les spécifications ISO sont : les caractéristiques physiques, les dimensions et positions des contacts électriques, les signaux électroniques et protocoles d’échanges des données avec la carte, le système de fichiers et les commandes applicatives.
Actuellement il existe deux formats de carte à puce:
¾ Le format « plug in », 15x25 mm, qui est le plus courant, appelé aussi ID-000.
¾ Le format « mini », 12x15 mm, introduit à la demande du Japon pour permettre la réduction de la taille des terminaux. Il est appelé aussi mini UICC.
Toutes les cartes contiennent 8 contacts. Deux sont réservés et les autres sont: ¾ VCC : Alimentation.
¾ GND : Masse. ¾ RST: Réinitialisation. ¾ VP : Reprogrammation. ¾ CLK: Horloge.
¾ I/O: Echange des données.
UE USIM ME MT Commandes AT TE Protocole USAT
La carte UICC, comme la plupart des cartes à puce, intègre les éléments suivants: ¾ Un microprocesseur.
¾ Une mémoire ROM (Read Only Memory) contenant le système de gestion de fichiers et les données permanentes.
¾ Une mémoire EEPROM (Electrically Erasable Programable Read Only Memory) contenant les données persistantes.
¾ Une mémoire RAM (Random Access Memory) contenant les données temporaires. L’alimentation des cartes peut être réalisée avec une tension de 5 V, de 3 V ou de 1.8 V. Toutes avec une précision de 10%. La fréquence de l’horloge peut varier entre 1 et 5 MHz. La communication avec la carte à puce est décrite par les spécifications ISO/IEC 7816-3 et est réalisée en mode half-
duplex.
Les données contenues dans la carte UICC sont structurés en fichiers distincts. La gamme des données contenues dans une carte est très variée. Pour l’application USIM par exemple, comme types de données, nous avons: l’IMSI, le numéro d’appel, le répertoire, la clé secrète permanente K, les clés temporaires de chiffrement et d’authentification CK et IK, la liste des réseaux interdits, l’identité temporaire de l’utilisateur TMSI, etc. La norme ISO 7816-4 décrit la structure des fichiers de la carte. Il s’agit d’une structure arborescente qui contienne trois types de fichiers :
¾ MF: (Master File), est le fichier maître, situé à la racine de la structure arborescente. ¾ EF: (Elementary File), est un fichier de base utilisé pour stocker l’information. Il existe trois types de format pour les EF:
o Le format transparent – une suite d’octets non structurés.
o Le format fixe linéaire (linear fixed) – enregistrements de taille fixe, structurés. Un exemple est le fichier répertoire.
o Le format cyclique – utilisé, par exemple, pour le journal d’appels.
¾ DF: (Dedicated File), est un répertoire qui regroupe un nombre des fichiers EF. Il s’agit du même concept utilisé par les dossiers des ordinateurs.
Chaque fichier a des règles très strictes pour la lecture, l’écriture et la mise a jour des données. La norme 3GPP décrit quatre types de conditions d’accès:
¾ ALW: (Always), indique que l’information est accessible sans restriction. Elle est utilisée pour les données les moins sensibles, e.g. la langue utilisée.
¾ PIN: (Personal Identification Number), indique que l’information est accessible seulement après la vérification du PIN de l’usager.
185 Annexe B : Description du fonctionnement du réseau UMTS
¾ NEV: (Never), indique que l’information n’est pas accessible.
Par exemple, le fichier EFIMSI, qui contient l’IMSI de l’abonné, utilise la règle PIN pour la lecture et ADM pour la mise à jour. De même, les fichiers EFKeys et EFKeysPS, qui contiennent les clés de chiffrement et d’intégrité pour le domaine circuit, respectivement paquets, ont la règle PIN pour la lecture et pour la mise à jour.
Le standard 3GPP considère que l’UICC doit pouvoir contenir plusieurs applications: plusieurs USIM ou USIM et d’autres applications de type: carte bancaire, porte-monnaie électronique, etc. L’utilisation des plusieurs USIM sur la même UICC est contrainte par la recommandation qu’une seule carte USIM est active à un moment donné.
Les autres applications possibles dans le domaine des télécommunications sont: l’ISIM (IP Multimedia Services Identity Module), les réseaux IP multimédia et l’EAP (Extensible Authentication Protocol) utilisé pour l’accès aux réseaux Wi-Fi. L’ISIM, (TS 31.103) est l’équivalent de l’USIM pour un réseau IP multimédia. Il a été conçu comme une application indépendante pour les terminaux dédiés uniquement à ce type de communications. Les operateurs de télécommunications mobiles s’opposent actuellement à une telle approche, car cela permettra aux operateurs fournissant uniquement des services IP de profiter de leurs réseaux de service radio. L’EAP (TS 102.310) permet à un terminal Wi-Fi d’offrir des services d’authentification renforcés, basés sur les algorithmes 3G présents sur la carte. Cela est particulièrement intéressant pour les operateurs qui offrent des services de téléphonie et aussi des points d’accès à l’Internet.
La carte à puce n’est pas l’esclave du terminal mobile, elle est un élément proactif, capable d’envoyer des commandes pour provoquer des affichages, récupérer des informations ou échanger des données à travers le terminal mobile. L’environnement qui permet cette interaction (TS 31.111) est l’USAT (USIM Application Toolkit) et est composé d’un jeu de 34 commandes optionnelles incluant:
¾ DISPLAY TEXT: Affichage du texte ou d’une icône sur l’écran du terminal. ¾ SETUP CALL: Etablissement d’un appel circuit.
¾ SEND SHORT MESSAGE: Envoie du SMS à travers le terminal.
¾ RUN AT COMMAND: Envoie d’une commande AT de la carte USIM vers le MT comme si elle était issue du TE.