# Déploiement et configuration d'une architecture matérielle de capture et d'analyse de la signalisation des réseaux cellulaires pour la détection des fraudes à la SIMBox

Cliton Stephane Nyobe

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Cliton Stephane Nyobe. Déploiement et configuration d'une architecture matérielle de capture et d'analyse de la signalisation des réseaux cellulaires pour la détection des fraudes à la SIMBox. Informatique [cs]. 2021. hal-04581045

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Submitted on 21 May 2024

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Distributed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License
Université de Yaoundé 1

<figure><img src="image_1.png" /></figure>

Ecole Nationale Supérieure Polytechnique
de Yaoundé

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Département des Génies Électrique et des
Télécommunications

<figure><img src="image_3.png" /></figure>

<figure><img src="image_4.png" /></figure>

University of Yaoundé 1

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

National Advanced School of Engineering
of Yaoundé

<figure><img src="image_6.png" /></figure>

Department of Electrical and
Telecommunications Engineering

<figure><img src="image_7.png" /></figure>

DÉPLOIEMENT ET CONFIGURATION D'UNE ARCHITECTURE
MATÉRIELLE DE CAPTURE ET D'ANALYSE DE LA
SIGNALISATION DES RESEAUX CELLULAIRES POUR LA
DETECTION DES FRAUDES A LA SIMBOX.

MÉMOIRE DE FIN D'ETUDES

PRÉSENTÉ ET SOUTENU PAR :

NYOBE CLITON STEPHANE

EN VUE DE L'OBTENTION DU :

DIPLOME D'INGENIEUR DE CONCEPTION EN TELECOMMUNICATIONS

SOUS LA DIRECTION DE :

LELE CHRISLIN MARTIAL, Chargé de cours, ENSPY

DEVANT LE JURY COMPOSÉ DE :

PRÉSIDENT : NGOHE-EKAM PAUL SALOMON, MAÎTRE DE CONFÉRENCES, UY1

RAPPORTEUR : LELE CHRISLIN MARTIAL, CHARGÉ DE COURS, UY1

EXAMINATEUR : BINELE ALPHONSE, CHARGÉ DE COURS, UY1

INVITÉ : TCHANA ALAIN, PROFESSEUR, ENS LYON

INVITÉ : ALINE CARNEIRO VIANA, HDR, INRIA

INVITÉ : KOUAM ANNE JOSIANE, DOCTORANTE, INRIA

ANNEE ACADÉMIQUE : 2020-2021

Date de soutenance : 29/09/2021
Université de Yaoundé 1

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Ecole Nationale Supérieure Polytechnique
de Yaoundé

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Département des Génies Électrique et des
Télécommunications

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University of Yaoundé 1

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National Advanced School of Engineering
of Yaoundé

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Department of Electrical and
Telecommunications Engineering

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DÉPLOIEMENT ET CONFIGURATION D'UNE ARCHITECTURE
MATÉRIELLE DE CAPTURE ET D'ANALYSE DE LA
SIGNALISATION DES RESEAUX CELLULAIRES POUR LA
DETECTION DES FRAUDES A LA SIMBOX.

MÉMOIRE DE FIN D'ETUDES

PRÉSENTÉ ET SOUTENU PAR :
NYOBE CLITON STEPHANE

EN VUE DE L'OBTENTION DU :
DIPLOME D'INGENIEUR DE CONCEPTION EN TELECOMMUNICATIONS

SOUS LA DIRECTION DE :
LELE CHRISLIN MARTIAL, Chargé de cours, ENSPY

DEVANT LE JURY COMPOSÉ DE :

PRÉSIDENT : NGOHE-EKAM PAUL SALOMON, MAÎTRE DE CONFÉRENCES, UY1

RAPPORTEUR : LELE CHRISLIN MARTIAL, CHARGÉ DE COURS, UY1

EXAMINATEUR : BINELE ALPHONSE, CHARGÉ DE COURS, UY1

INVITÉ : TCHANA ALAIN, PROFESSEUR, ENS LYON

INVITÉ : ALINE CARNEIRO VIANA, HDR, INRIA

INVITÉ : KOUAM ANNE JOSIANE, DOCTORANTE, INRIA

ANNEE ACADÉMIQUE : 2020-2021

Date de soutenance : 29/09/2021
DÉDICACE

A LA FAMILLE NYOBE

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en Télécommunications
DÉDICACE

A LA FAMILLE NYOBE

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en Télécommunications
REMERCIEMENTS

* A JESUS-CHRIST le Dieu Tout Puissant sans qui rien n'est possible ;

* Au **Professeur NGOHE EKAM Paul Salomon**, pour l'immense honneur qu'il nous fait de présider ce jury ;

* Au **Docteur LELE Chrislin Martial**, mon encadreur académique et enseignant pour sa disponibilité, sa rigueur et son engagement dans notre formation ;

* Au **Docteur BINELE Alphonse** pour le temps précieux à moi accordé pour avoir examiné ce travail ;

* A la **Direction de l'INRIA Saclay** pour m'avoir accordé ce stage ;

* A mon encadreur professionnel, le **Professeur TCHANA Alain**, pour ses consignes, ses conseils et la confiance qu'il m'a accordée ;

* A **Aline CARNEIRO VIANA** pour son encadrement, sa disponibilité inconditionnelle et ses conseils inestimables ;

* A l'**Ingénieur KOUAM Josiane**, de la promotion 2019 de l'ENSPY auprès de qui j'ai travaillé et énormément appris ;

* A tout le personnel du centre INRIA Saclay pour nous avoir accueilli spécialement **Mesdames Laurence FONTANA, Valérie BERTHOU et Monsieur GOMIS** ;

* A tous les **membres de l'équipe TRIBE** qui ont rendu mon apprentissage plus riche ;

* Au **corps professoral de l'Ecole Nationale Supérieure Polytechnique**, pour toutes les connaissances transmises durant toutes ces années et en particulier au **Professeur TONYE Emmanuel** et au **Professeur NDZANA Benoit** ;

* A mes **parents NYOBE Charles Ernest et NYOBE Victorine** pour leur immense soutien dans tous les aspects de ma vie ;

* A mes **frères et sœurs LIPOT Andrienne, BATOCK Charles, MBOCK NYOBE Nicolas et NYOBE Thérèse Esther** pour leur amour et soutien inconditionnels ;

* A **MVONGO ESSENGUE Philibert Lionel** qui m'a accompagné, conseillé et aidé pendant tout mon séjour en France ;
REMERCIEMENTS

* A JESUS-CHRIST le Dieu Tout Puissant sans qui rien n'est possible ;

* Au **Professeur NGOHE EKAM Paul Salomon**, pour l'immense honneur qu'il nous fait de présider ce jury ;

* Au **Docteur LELE Chrislin Martial**, mon encadreur académique et enseignant pour sa disponibilité, sa rigueur et son engagement dans notre formation ;

* Au **Docteur BINELE Alphonse** pour le temps précieux à moi accordé pour avoir examiné ce travail ;

* A la **Direction de l'INRIA Saclay** pour m'avoir accordé ce stage ;

* A mon encadreur professionnel, le **Professeur TCHANA Alain**, pour ses consignes, ses conseils et la confiance qu'il m'a accordée ;

* A **Aline CARNEIRO VIANA** pour son encadrement, sa disponibilité inconditionnelle et ses conseils inestimables ;

* A l'**Ingénieur KOUAM Josiane**, de la promotion 2019 de l'ENSPY auprès de qui j'ai travaillé et énormément appris ;

* A tout le personnel du centre INRIA Saclay pour nous avoir accueilli spécialement **Mesdames Laurence FONTANA, Valérie BERTHOU et Monsieur GOMIS** ;

* A tous les **membres de l'équipe TRIBE** qui ont rendu mon apprentissage plus riche ;

* Au **corps professoral de l'Ecole Nationale Supérieure Polytechnique**, pour toutes les connaissances transmises durant toutes ces années et en particulier au **Professeur TONYE Emmanuel** et au **Professeur NDZANA Benoit** ;

* A mes **parents NYOBE Charles Ernest et NYOBE Victorine** pour leur immense soutien dans tous les aspects de ma vie ;

* A mes **frères et sœurs LIPOT Andrienne, BATOCK Charles, MBOCK NYOBE Nicolas et NYOBE Thérèse Esther** pour leur amour et soutien inconditionnels ;

* A **MVONGO ESSENGUE Philibert Lionel** qui m'a accompagné, conseillé et aidé pendant tout mon séjour en France ;
* A mes camarades du Génie Electrique et Télécommunications ayant contribué de près ou de loin à ma réussite en particulier NKUH Rholy, KAMGAING Steve, ADAMOU MASSAMA, ABESSO Kevy, NGWASIRI Carlson, KETCHEMEN Armel, EKASSI Anicet, EMINE II, TAMWA Daniel, TSANGA Emmanuel, ASSOUALA Gérard, TATAH Noel, NLEMBA Cécile, NGANE Noelle, MARYLYNE ENONCHONG, TCHUISSEU Leslie, BISI FLORA, NDONGO Sonia, DIKWELE, KOUWOS, MOUGNOL BOL Alima, SAGOU Djunis, TCHAPO Jean Roger, MANGA Yvan, NKANA Yvan, NGUEGUIM Auriol, TEJIONA, KAMGNO, M.MBANGA, EYOMANE Audrey, ABOUBAKAR et tous ceux que je ne peux mentionner;

* A mes amis de tous horizons toujours présents NSATA Ange, MACHE Kevin, MBOKE Kevin, EPIE Kingsley, NFORMI Kingsley, KUETE Berry, DJOMO Eddy, WAFO Jerry, Menehould LAVAL-JEANTET ;

* A mes ainés les ingénieurs SEPPE Lionel, OTTOU Abed, NGNADOU Leticia, ABOUBAKAR ISSIAKOU, CHUISSEU Francelle, BANG Florent, LYEB Harry ;

* A mes camarades de promotion ONANA MOUTASSI Christian, TEGUIA Brice, FANDIO Esdras, MAMOUDOU, MUKAM Augusta, TITA DOH, NGUIFFO Samuel et tous les autres.
* A mes camarades du Génie Electrique et Télécommunications ayant contribué de près ou de loin à ma réussite en particulier NKUH Rholy, KAMGAING Steve, ADAMOU MASSAMA, ABESSO Kevy, NGWASIRI Carlson, KETCHEMEN Armel, EKASSI Anicet, EMINE II, TAMWA Daniel, TSANGA Emmanuel, ASSOUALA Gérard, TATAH Noel, NLEMBA Cécile, NGANE Noelle, MARYLYNE ENONCHONG, TCHUISSEU Leslie, BISI FLORA, NDONGO Sonia, DIKWELE, KOUWOS, MOUGNOL BOL Alima, SAGOU Djunis, TCHAPO Jean Roger, MANGA Yvan, NKANA Yvan, NGUEGUIM Auriol, TEJIONA, KAMGNO, M.MBANGA, EYOMANE Audrey, ABOUBAKAR et tous ceux que je ne peux mentionner;

* A mes amis de tous horizons toujours présents NSATA Ange, MACHE Kevin, MBOKE Kevin, EPIE Kingsley, NFORMI Kingsley, KUETE Berry, DJOMO Eddy, WAFO Jerry, Menehould LAVAL-JEANTET ;

* A mes ainés les ingénieurs SEPPE Lionel, OTTOU Abed, NGNADOU Leticia, ABOUBAKAR ISSIAKOU, CHUISSEU Francelle, BANG Florent, LYEB Harry ;

* A mes camarades de promotion ONANA MOUTASSI Christian, TEGUIA Brice, FANDIO Esdras, MAMOUDOU, MUKAM Augusta, TITA DOH, NGUIFFO Samuel et tous les autres.
LISTE DES ACRONYMES

3GPP: Third Generation Partnership Project

A

ACD: Average Call Duration

AM: Acknowledged Mode

ANN: Artificial Neural Network

APN: Access Point Name

ART : Agence de Régulation des Télécommunications

AS: Access Stratum

ASN.1: Abstract Syntax Notation One

ASR: Answer Seizure Ratio

AuC: Authentication Center

B

BSS: Base Station Subsystem

C

CDMA : Code Division Multiple Access

CFCA: Communications Fraud Control Association

CDR: Call Detail Records

CN: Core Network

CS: Circuit Switched

D

DC-HSPA: Dual Carrier- High Speed Packet Access

DN: Data Network

E

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en
Télécommunications
LISTE DES ACRONYMES

3GPP: Third Generation Partnership Project

A

ACD: Average Call Duration

AM: Acknowledged Mode

ANN: Artificial Neural Network

APN: Access Point Name

ART : Agence de Régulation des Télécommunications

AS: Access Stratum

ASN.1: Abstract Syntax Notation One

ASR: Answer Seizure Ratio

AuC: Authentication Center

B

BSS: Base Station Subsystem

C

CDMA : Code Division Multiple Access

CFCA: Communications Fraud Control Association

CDR: Call Detail Records

CN: Core Network

CS: Circuit Switched

D

DC-HSPA: Dual Carrier- High Speed Packet Access

DN: Data Network

E

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en
Télécommunications
EIR: Equipment Identity Register

EPC: Evolved Packet Core

ETSI: European Telecommunications Standards Institute

E-UTRAN: Enhanced Universal Terrestrial Radio Access Network

F

FDMA: Frequency Division Multiplexing Access

FDD: Frequency Division Duplexing

FEC: Forward Error Correction

FMS: Fraud Management System

G

GoIP: GSM over IP

GPRS: General Packet Radio Service

GSM: Global System for Mobile Communications

GTP: GPRS Tunneling Protocol

GUTI: Globally Unique Temporary Identifier

H

HARQ: Hybrid Automatic Repeat reQuest

HBS: Human Behaviour Simulation

HSS: Home Subscriber Server

HTTP: Hyper Text Transfer Protocol

I

IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers

IMEI: International Mobile Equipment Identity

IMSI: International Subscriber Identity

IMT: International Mobile Telecommunications

IP: Internet Protocol

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en Télécommunications
EIR: Equipment Identity Register

EPC: Evolved Packet Core

ETSI: European Telecommunications Standards Institute

E-UTRAN: Enhanced Universal Terrestrial Radio Access Network

F

FDMA: Frequency Division Multiplexing Access

FDD: Frequency Division Duplexing

FEC: Forward Error Correction

FMS: Fraud Management System

G

GoIP: GSM over IP

GPRS: General Packet Radio Service

GSM: Global System for Mobile Communications

GTP: GPRS Tunneling Protocol

GUTI: Globally Unique Temporary Identifier

H

HARQ: Hybrid Automatic Repeat reQuest

HBS: Human Behaviour Simulation

HSS: Home Subscriber Server

HTTP: Hyper Text Transfer Protocol

I

IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers

IMEI: International Mobile Equipment Identity

IMSI: International Subscriber Identity

IMT: International Mobile Telecommunications

IP: Internet Protocol

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en Télécommunications
ISDN: Integrated Services Digital Network

ITR: International Termination Rate

J

JSON : JavaScript Object Notation

L

LAN: Local Access Network

LLC: Logical Link Control

LTE: Long Term Evolution

LTE-A: Long Term Evolution- Advanced

LTR: Local Termination Rate

M

MAP: Mobile Application Part

ME: Mobile Equipment

MIMO: Multiple Input Multiple Output

MME: Mobility Management Equipment

MMTC: Massive Machine Type Communications

MNO: Mobile Network Operator

MT : Mobile Termination

N

NAS : Non-Access Stratum

NAT : Network Address Translation

NSS: Network and Switching Subsystem

O

OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OSI: Open Systems Interconnection

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en
Télécommunications
ISDN: Integrated Services Digital Network

ITR: International Termination Rate

J

JSON : JavaScript Object Notation

L

LAN: Local Access Network

LLC: Logical Link Control

LTE: Long Term Evolution

LTE-A: Long Term Evolution- Advanced

LTR: Local Termination Rate

M

MAP: Mobile Application Part

ME: Mobile Equipment

MIMO: Multiple Input Multiple Output

MME: Mobility Management Equipment

MMTC: Massive Machine Type Communications

MNO: Mobile Network Operator

MT : Mobile Termination

N

NAS : Non-Access Stratum

NAT : Network Address Translation

NSS: Network and Switching Subsystem

O

OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OSI: Open Systems Interconnection

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en
Télécommunications
OTT: Over The Top

P

PBX: Private Branch Exchange

PCF: Policy Control Function

PCRF: Policy Charging and Rules Functions

PDCP: Packet Data Convergence Protocol

PDN: Packet Data Network

PDU: Protocol Data Unit

PGW: PDN Gateway

PLCP: Physical Layer Convergence Procedure

PS: Packet Switched

Q

QoS: Quality of Service

R

RAN: Radio Access Network

RB: Resource Block

RLC: Radio Link Control

RNIS: Réseau Numérique à Intégration de Services

RRC: Radio Resource Control

RTP: Real Time Protocol

RoHC: Robust Header Compression

RSSI: Received Signal Strength Indicator

S

SC-FDMA: Single Carrier-Frequency Division Multiplexing

SDR: Software Defined Radio

SDU: Service Data Unit

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en
Télécommunications
OTT: Over The Top

P

PBX: Private Branch Exchange

PCF: Policy Control Function

PCRF: Policy Charging and Rules Functions

PDCP: Packet Data Convergence Protocol

PDN: Packet Data Network

PDU: Protocol Data Unit

PGW: PDN Gateway

PLCP: Physical Layer Convergence Procedure

PS: Packet Switched

Q

QoS: Quality of Service

R

RAN: Radio Access Network

RB: Resource Block

RLC: Radio Link Control

RNIS: Réseau Numérique à Intégration de Services

RRC: Radio Resource Control

RTP: Real Time Protocol

RoHC: Robust Header Compression

RSSI: Received Signal Strength Indicator

S

SC-FDMA: Single Carrier-Frequency Division Multiplexing

SDR: Software Defined Radio

SDU: Service Data Unit

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en
Télécommunications
SIM: Subscriber Identity Module

SIP: Session Initiation Protocol

SINR: Signal Noise to Ratio

SGW: Serving Gateway

SVM : Support Vector Machine

T

TA: Tracking Area

TAC: Type Allocation Code

TCG: Test Call Generators

TCP: Transmission Control Protocol

TDMA: Time Division Multiplexing Access

TE: Terminal Equipment

TM: Transparent Mode

U

UDP: User Datagram Protocol

UE: User Equipment

UICC : Universal Integrated Circuit Card

UIT : Union Internationale des Télécommunications

UM: Unacknowledged Mode

UMTS: Universal Mobile Telecommunications System

URI: Uniform Resource Identifier

USD: US Dollar

USSD: Unstructured Supplementary Service Data

UTRAN: Universal Terrestrial Radio Access Network

V

VoIP: Voice Over IP

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en
Télécommunications
SIM: Subscriber Identity Module

SIP: Session Initiation Protocol

SINR: Signal Noise to Ratio

SGW: Serving Gateway

SVM : Support Vector Machine

T

TA: Tracking Area

TAC: Type Allocation Code

TCG: Test Call Generators

TCP: Transmission Control Protocol

TDMA: Time Division Multiplexing Access

TE: Terminal Equipment

TM: Transparent Mode

U

UDP: User Datagram Protocol

UE: User Equipment

UICC : Universal Integrated Circuit Card

UIT : Union Internationale des Télécommunications

UM: Unacknowledged Mode

UMTS: Universal Mobile Telecommunications System

URI: Uniform Resource Identifier

USD: US Dollar

USSD: Unstructured Supplementary Service Data

UTRAN: Universal Terrestrial Radio Access Network

V

VoIP: Voice Over IP

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en
Télécommunications
W

WCDMA : Wideband Code Division Multiple Access
W

WCDMA : Wideband Code Division Multiple Access

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en Télécommunications
RÉSUMÉ

Le recours à la technologie pour commettre de la fraude n'est pas une nouveauté et les réseaux cellulaires, constituent depuis des décennies une des principales cibles de plusieurs méthodes de fraude. Méthodes qui grâce à l'évolution d'internet et des techniques d'automatisation, ont gagné en éfficacité, réduisant de la même manière la détectabilité des fraudeurs et par ricochet augmentant le nombre de fraudeurs. Ces attaques constituent un véritable problème pour les opérateurs de télécommunications et leur coûtent environ 28,3 milliards USD par an, comme l'indique la Communications Fraud Control Association en 2019. La fraude à la SIMBox consiste à détourner des appels internationaux sur le réseau VoIP et à les faire aboutir en tant qu'appels locaux à l'aide d'un dispositif, communiquant avec le réseau mobile. Les méthodes de détection de la SIMBox sont assez peu nombreuses. La plupart sont basées sur les comportements anormaux d'utilisateurs dans le réseau mobile. Ces méthodes deviennent de moins en moins éfficaces, avec l'évolution de la SIMBox qui permet de simuler le comportement humain de façon automatique. D'où l'intérêt du developpement d'une méthode de détection inaltérable par les fraudeurs. Dans cette optique, nous avons ainsi d'une part déployé et configuré des architectures de SIMBox dans un écosystème de réseau 4G, et d'autre part nous avons analysé la signalisation correspondante au niveau de la station de base afin de faire ressortir un critère de classification, permettant d'identifier les cas de SIMBox parmi terminaux réguliers. Les expérimentations que nous avons menées nous ont permi d'observer que la latence engrendrée par la signalisation pendant la procédure d'attachement au réseau 4G était beaucoup plus élévée dans le cas de la SIMBox. Cela constituant ainsi un moyen éfficace de détecter la SIMBox avant que toute fraude ne puisse être effectuée.

Mots clés : Fraude à la SIMBox, Signalisation, Réseaux mobiles, LTE
RÉSUMÉ

Le recours à la technologie pour commettre de la fraude n'est pas une nouveauté et les réseaux cellulaires, constituent depuis des décennies une des principales cibles de plusieurs méthodes de fraude. Méthodes qui grâce à l'évolution d'internet et des techniques d'automatisation, ont gagné en éfficacité, réduisant de la même manière la détectabilité des fraudeurs et par ricochet augmentant le nombre de fraudeurs. Ces attaques constituent un véritable problème pour les opérateurs de télécommunications et leur coûtent environ 28,3 milliards USD par an, comme l'indique la Communications Fraud Control Association en 2019. La fraude à la SIMBox consiste à détourner des appels internationaux sur le réseau VoIP et à les faire aboutir en tant qu'appels locaux à l'aide d'un dispositif, communiquant avec le réseau mobile. Les méthodes de détection de la SIMBox sont assez peu nombreuses. La plupart sont basées sur les comportements anormaux d'utilisateurs dans le réseau mobile. Ces méthodes deviennent de moins en moins éfficaces, avec l'évolution de la SIMBox qui permet de simuler le comportement humain de façon automatique. D'où l'intérêt du developpement d'une méthode de détection inaltérable par les fraudeurs. Dans cette optique, nous avons ainsi d'une part déployé et configuré des architectures de SIMBox dans un écosystème de réseau 4G, et d'autre part nous avons analysé la signalisation correspondante au niveau de la station de base afin de faire ressortir un critère de classification, permettant d'identifier les cas de SIMBox parmi terminaux réguliers. Les expérimentations que nous avons menées nous ont permi d'observer que la latence engrendrée par la signalisation pendant la procédure d'attachement au réseau 4G était beaucoup plus élévée dans le cas de la SIMBox. Cela constituant ainsi un moyen éfficace de détecter la SIMBox avant que toute fraude ne puisse être effectuée.

Mots clés : Fraude à la SIMBox, Signalisation, Réseaux mobiles, LTE
ABSTRACT

The use of technology to commit fraud is not new and cellular networks have been one
of the main targets of various fraud methods for decades. These methods, due to the evolution
of the Internet and automation techniques, have become more efficient, decreasing the
detectability of fraudsters and in the same way increasing their number. These attacks are a real
problem for telecom operators, costing them approximately 28.3 billion USD per year, as
indicated by the Communications Fraud Control Association in 2019. SIMBox fraud involves
diverting international calls over the VoIP network and terminating them as local calls using a
device or a set of devices, communicating with the mobile network. The SIMBox detection
methods are quite few. Most of them are based on the abnormal behavior of users in the mobile
network. These methods are becoming less and less efficient, with the evolution of the SIMBox
which allows to simulate human behavior automatically. This is why it is important to develop
a detection method that is unalterable by fraudsters. In this perspective, we have deployed and
configured SIMBox architectures in a 4G network ecosystem, and we have analyzed the
corresponding signaling at the base station level in order to bring out a classification criterion,
allowing to identify SIMBox cases among regular terminals. The experiments we have
conducted have allowed us to observe that the latency generated by the signaling during the
attachment procedure to the 4G network was much higher in the case of the SIMBox. This is
an efficient way to detect the SIMBox before any fraud can be performed.

Key Words: SIMBox fraud, Signaling, Cellular networks, LTE
ABSTRACT

The use of technology to commit fraud is not new and cellular networks have been one
of the main targets of various fraud methods for decades. These methods, due to the evolution
of the Internet and automation techniques, have become more efficient, decreasing the
detectability of fraudsters and in the same way increasing their number. These attacks are a real
problem for telecom operators, costing them approximately 28.3 billion USD per year, as
indicated by the Communications Fraud Control Association in 2019. SIMBox fraud involves
diverting international calls over the VoIP network and terminating them as local calls using a
device or a set of devices, communicating with the mobile network. The SIMBox detection
methods are quite few. Most of them are based on the abnormal behavior of users in the mobile
network. These methods are becoming less and less efficient, with the evolution of the SIMBox
which allows to simulate human behavior automatically. This is why it is important to develop
a detection method that is unalterable by fraudsters. In this perspective, we have deployed and
configured SIMBox architectures in a 4G network ecosystem, and we have analyzed the
corresponding signaling at the base station level in order to bring out a classification criterion,
allowing to identify SIMBox cases among regular terminals. The experiments we have
conducted have allowed us to observe that the latency generated by the signaling during the
attachment procedure to the 4G network was much higher in the case of the SIMBox. This is
an efficient way to detect the SIMBox before any fraud can be performed.

Key Words: SIMBox fraud, Signaling, Cellular networks, LTE
TABLE DES FIGURES

<table><tr><td>Figure 1 : Architecture générique d'un réseau mobile [8]</td><td>5</td></tr><tr><td>Figure 2 : Le Concept cellulaire (une couleur, une fréquence)</td><td>7</td></tr><tr><td>Figure 3 : Evolution des réseaux et des services mobiles [10]</td><td>8</td></tr><tr><td>Figure 4 : Architecture du réseau LTE [13]</td><td>10</td></tr><tr><td>Figure 5 : Interfaces entre équipements dans le réseau 4G [12]</td><td>13</td></tr><tr><td>Figure 6 : Pile protocolaire LTE, plan de contrôle et plan utilisateur [16]</td><td>14</td></tr><tr><td>Figure 7 : Système VoIP standard [21]</td><td>18</td></tr><tr><td>Figure 8 : Architecture d'un système H.323 [23]</td><td>19</td></tr><tr><td>Figure 9 : Processus d'un appel H.323 [25]</td><td>21</td></tr><tr><td>Figure 10 : Processus d'un appel SIP [26]</td><td>24</td></tr><tr><td>Figure 11 : Cash-flow dans le cas d'un appel international entre opérateurs [28]</td><td>27</td></tr><tr><td>Figure 12 : Call flow dans un scénario de fraude à la SIMBox [28]</td><td>28</td></tr><tr><td>Figure 13 : Diagramme d'intrusions possibles dans le routage d'un appel international. [28]</td><td>28</td></tr><tr><td>Figure 14 : Sommaire des caractéristiques d'une GSM gateway à quatre canaux, du constructeur HyberTone [32]</td><td>30</td></tr><tr><td>Figure 15 : Apparence physique d'une GSM gateway à huit canaux, du constructeur HyberTone [32]</td><td>31</td></tr><tr><td>Figure 16 : Apparence physique d'une SIMBank 32 slots, HyberTone [33]</td><td>31</td></tr><tr><td>Figure 17 : Les deux modes de fonctionnement de la SIMBank [33]</td><td>32</td></tr><tr><td>Figure 18 : Diagramme de communication de la SIMBox : call-flow d'un appel [28]</td><td>35</td></tr><tr><td>Figure 19 : Evolution du nombre d'abonnés mobile dans le monde sur la période 2006-2026 [34]</td><td>44</td></tr></table>

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en Télécommunications
TABLE DES FIGURES

<table><tr><td>Figure 1 : Architecture générique d'un réseau mobile [8]</td><td>5</td></tr><tr><td>Figure 2 : Le Concept cellulaire (une couleur, une fréquence)</td><td>7</td></tr><tr><td>Figure 3 : Evolution des réseaux et des services mobiles [10]</td><td>8</td></tr><tr><td>Figure 4 : Architecture du réseau LTE [13]</td><td>10</td></tr><tr><td>Figure 5 : Interfaces entre équipements dans le réseau 4G [12]</td><td>13</td></tr><tr><td>Figure 6 : Pile protocolaire LTE, plan de contrôle et plan utilisateur [16]</td><td>14</td></tr><tr><td>Figure 7 : Système VoIP standard [21]</td><td>18</td></tr><tr><td>Figure 8 : Architecture d'un système H.323 [23]</td><td>19</td></tr><tr><td>Figure 9 : Processus d'un appel H.323 [25]</td><td>21</td></tr><tr><td>Figure 10 : Processus d'un appel SIP [26]</td><td>24</td></tr><tr><td>Figure 11 : Cash-flow dans le cas d'un appel international entre opérateurs [28]</td><td>27</td></tr><tr><td>Figure 12 : Call flow dans un scénario de fraude à la SIMBox [28]</td><td>28</td></tr><tr><td>Figure 13 : Diagramme d'intrusions possibles dans le routage d'un appel international. [28]</td><td>28</td></tr><tr><td>Figure 14 : Sommaire des caractéristiques d'une GSM gateway à quatre canaux, du constructeur HyberTone [32]</td><td>30</td></tr><tr><td>Figure 15 : Apparence physique d'une GSM gateway à huit canaux, du constructeur HyberTone [32]</td><td>31</td></tr><tr><td>Figure 16 : Apparence physique d'une SIMBank 32 slots, HyberTone [33]</td><td>31</td></tr><tr><td>Figure 17 : Les deux modes de fonctionnement de la SIMBank [33]</td><td>32</td></tr><tr><td>Figure 18 : Diagramme de communication de la SIMBox : call-flow d'un appel [28]</td><td>35</td></tr><tr><td>Figure 19 : Evolution du nombre d'abonnés mobile dans le monde sur la période 2006-2026 [34]</td><td>44</td></tr></table>

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en Télécommunications
<table><tr><td>Figure 20: Latences supplémentaires dans la communication de la SIMBox</td><td>55</td></tr><tr><td>Figure 21: Architecture de SIMBox avec une gateway seule</td><td>59</td></tr><tr><td>Figure 22: Architecture de SIMBox complète connectée en réseau local</td><td>60</td></tr><tr><td>Figure 23: Architecture de SIMBox complète connectée via internet</td><td>61</td></tr><tr><td>Figure 24: Images de cage de faraday en extérieur et à l'intérieur [40]</td><td>62</td></tr><tr><td>Figure 25: Attachement au réseau EPS [13]</td><td>63</td></tr><tr><td>Figure 26: Procédure d'attachement de l'UE au réseau 4G (du point de vue de la station de base)</td><td>66</td></tr><tr><td>Figure 27: Processus de collecte et d'analyse des données</td><td>67</td></tr><tr><td>Figure 28: Logo Ubuntu</td><td>69</td></tr><tr><td>Figure 29: Logo Amarisoft</td><td>69</td></tr><tr><td>Figure 30: Logo Wireshark</td><td>69</td></tr><tr><td>Figure 31: Logo Python</td><td>70</td></tr><tr><td>Figure 32: Interface graphique d'Amarisoft callbox</td><td>72</td></tr><tr><td>Figure 33: Capture d'écran de l'Entête du fichier de journalisation de l'eNodeB</td><td>73</td></tr><tr><td>Figure 34: Capture d'écran du début de l'activité de l'eNodeB : connexion à l'interface S1</td><td>74</td></tr><tr><td>Figure 35: Capture d'écran du début de la procédure d'attachement pour un utilisateur</td><td>74</td></tr><tr><td>Figure 36: Latence de l'attachement par type d'UE</td><td>75</td></tr><tr><td>Figure 37: Débits réels, moyens mesurés sur l'interface Ethernet du SIM Server pour différents débits 10, 100 et 1000 Mbps</td><td>76</td></tr><tr><td>Figure 38: Evolution de la latence de la procédure d'attachement en fonction du débit</td><td>76</td></tr><tr><td>Figure 39: Latence de la procédure d'attachement dans cas de connexion en local et via internet entre équipements de la SIMBox</td><td>77</td></tr></table>
<table><tr><td>Figure 20: Latences supplémentaires dans la communication de la SIMBox</td><td>55</td></tr><tr><td>Figure 21: Architecture de SIMBox avec une gateway seule</td><td>59</td></tr><tr><td>Figure 22: Architecture de SIMBox complète connectée en réseau local</td><td>60</td></tr><tr><td>Figure 23: Architecture de SIMBox complète connectée via internet</td><td>61</td></tr><tr><td>Figure 24: Images de cage de faraday en extérieur et à l'intérieur [40]</td><td>62</td></tr><tr><td>Figure 25: Attachement au réseau EPS [13]</td><td>63</td></tr><tr><td>Figure 26: Procédure d'attachement de l'UE au réseau 4G (du point de vue de la station de base)</td><td>66</td></tr><tr><td>Figure 27: Processus de collecte et d'analyse des données</td><td>67</td></tr><tr><td>Figure 28: Logo Ubuntu</td><td>69</td></tr><tr><td>Figure 29: Logo Amarisoft</td><td>69</td></tr><tr><td>Figure 30: Logo Wireshark</td><td>69</td></tr><tr><td>Figure 31: Logo Python</td><td>70</td></tr><tr><td>Figure 32: Interface graphique d'Amarisoft callbox</td><td>72</td></tr><tr><td>Figure 33: Capture d'écran de l'Entête du fichier de journalisation de l'eNodeB</td><td>73</td></tr><tr><td>Figure 34: Capture d'écran du début de l'activité de l'eNodeB : connexion à l'interface S1</td><td>74</td></tr><tr><td>Figure 35: Capture d'écran du début de la procédure d'attachement pour un utilisateur</td><td>74</td></tr><tr><td>Figure 36: Latence de l'attachement par type d'UE</td><td>75</td></tr><tr><td>Figure 37: Débits réels, moyens mesurés sur l'interface Ethernet du SIM Server pour différents débits 10, 100 et 1000 Mbps</td><td>76</td></tr><tr><td>Figure 38: Evolution de la latence de la procédure d'attachement en fonction du débit</td><td>76</td></tr><tr><td>Figure 39: Latence de la procédure d'attachement dans cas de connexion en local et via internet entre équipements de la SIMBox</td><td>77</td></tr></table>
Figure 40: Impact du protocole de la couche de transport utilisé entre équipements de la SIMBox sur la latence de la procédure d'attachement .................................................... 78

Figure 41: Impact du format de données des cartes SIM sur la latence, dans le cas de TCP.. 79

Figure 42: Impact du format de données des cartes SIM sur la latence, dans le cas de UDP. 79

Figure 43: Latence de la procédure d'attachement étape par étape pour chaque type d'UE... 80
Figure 40: Impact du protocole de la couche de transport utilisé entre équipements de la SIMBox sur la latence de la procédure d'attachement .................................................... 78

Figure 41: Impact du format de données des cartes SIM sur la latence, dans le cas de TCP.. 79

Figure 42: Impact du format de données des cartes SIM sur la latence, dans le cas de UDP. 79

Figure 43: Latence de la procédure d'attachement étape par étape pour chaque type d'UE... 80
LISTE DES TABLEAUX

<table><tr><td>Tableau 1: Interfaces principales du réseau LTE [12]</td><td>13</td></tr><tr><td>Tableau 2: Comparaison entre SIP et H.323 [27]</td><td>25</td></tr><tr><td>Tableau 3: Top 5 des destinations pour la terminaison d'appels en Afrique [34]</td><td>45</td></tr><tr><td>Tableau 4: Comparaison des méthodes de détection de la fraude à la SIMBox</td><td>52</td></tr><tr><td>Tableau 5: Tableau problème – solution de la méthode de détection à développer</td><td>56</td></tr><tr><td>Tableau 6: Matériel requis pour réaliser l'expérience</td><td>68</td></tr><tr><td>Tableau 7: Tableau récapitulatif des caractéristiques de qualité des connexions IP</td><td>77</td></tr><tr><td>Tableau 8: Tableau récapitulatif des expériences menées</td><td>81</td></tr><tr><td>Tableau 9: Fonctionnalités de la SIMBox en fonction des différents fabricants</td><td>88</td></tr></table>
LISTE DES TABLEAUX

<table><tr><td>Tableau 1: Interfaces principales du réseau LTE [12]</td><td>13</td></tr><tr><td>Tableau 2: Comparaison entre SIP et H.323 [27]</td><td>25</td></tr><tr><td>Tableau 3: Top 5 des destinations pour la terminaison d'appels en Afrique [34]</td><td>45</td></tr><tr><td>Tableau 4: Comparaison des méthodes de détection de la fraude à la SIMBox</td><td>52</td></tr><tr><td>Tableau 5: Tableau problème – solution de la méthode de détection à développer</td><td>56</td></tr><tr><td>Tableau 6: Matériel requis pour réaliser l'expérience</td><td>68</td></tr><tr><td>Tableau 7: Tableau récapitulatif des caractéristiques de qualité des connexions IP</td><td>77</td></tr><tr><td>Tableau 8: Tableau récapitulatif des expériences menées</td><td>81</td></tr><tr><td>Tableau 9: Fonctionnalités de la SIMBox en fonction des différents fabricants</td><td>88</td></tr></table>
TABLE DES MATIÈRES

<table><tr><td>DÉDICACE</td><td>i</td></tr><tr><td>REMERCIEMENTS</td><td>ii</td></tr><tr><td>LISTE DES ACRONYMES</td><td>iv</td></tr><tr><td>RÉSUMÉ</td><td>x</td></tr><tr><td>ABSTRACT</td><td>xi</td></tr><tr><td>TABLE DES FIGURES</td><td>xii</td></tr><tr><td>LISTE DES TABLEAUX</td><td>xv</td></tr><tr><td>TABLE DES MATIÈRES</td><td>xvi</td></tr><tr><td>INTRODUCTION GÉNÉRALE</td><td>1</td></tr><tr><td>CHAPITRE I : CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE</td><td>3</td></tr><tr><td>Partie 1 : CONTEXTE</td><td>3</td></tr><tr><td>1. Le centre de recherche d'acueil</td><td>4</td></tr><tr><td>2. Généralités sur les réseaux mobiles</td><td>4</td></tr><tr><td>2.1. Définition et présentation générale d'un réseau mobile</td><td>4</td></tr><tr><td>2.2. Evolution des réseaux mobiles</td><td>7</td></tr><tr><td>2.3. Le réseau 4G</td><td>8</td></tr><tr><td>2.4. La signalisation dans les réseaux mobiles</td><td>14</td></tr><tr><td>3. La téléphonie sur IP</td><td>17</td></tr><tr><td>3.1. Définition</td><td>17</td></tr><tr><td>3.2. Fonctionnement</td><td>17</td></tr><tr><td>3.3. Protocoles utilisés dans la VoIP</td><td>19</td></tr><tr><td>4. La fraude à la SIM box</td><td>26</td></tr><tr><td>4.1. Généralités sur l'écosystème des réseaux mobiles</td><td>26</td></tr></table>

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en Télécommunications
TABLE DES MATIÈRES

<table><tr><td>DÉDICACE</td><td>i</td></tr><tr><td>REMERCIEMENTS</td><td>ii</td></tr><tr><td>LISTE DES ACRONYMES</td><td>iv</td></tr><tr><td>RÉSUMÉ</td><td>x</td></tr><tr><td>ABSTRACT</td><td>xi</td></tr><tr><td>TABLE DES FIGURES</td><td>xii</td></tr><tr><td>LISTE DES TABLEAUX</td><td>xv</td></tr><tr><td>TABLE DES MATIÈRES</td><td>xvi</td></tr><tr><td>INTRODUCTION GÉNÉRALE</td><td>1</td></tr><tr><td>CHAPITRE I : CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE</td><td>3</td></tr><tr><td>Partie 1 : CONTEXTE</td><td>3</td></tr><tr><td>1. Le centre de recherche d'acueil</td><td>4</td></tr><tr><td>2. Généralités sur les réseaux mobiles</td><td>4</td></tr><tr><td>2.1. Définition et présentation générale d'un réseau mobile</td><td>4</td></tr><tr><td>2.2. Evolution des réseaux mobiles</td><td>7</td></tr><tr><td>2.3. Le réseau 4G</td><td>8</td></tr><tr><td>2.4. La signalisation dans les réseaux mobiles</td><td>14</td></tr><tr><td>3. La téléphonie sur IP</td><td>17</td></tr><tr><td>3.1. Définition</td><td>17</td></tr><tr><td>3.2. Fonctionnement</td><td>17</td></tr><tr><td>3.3. Protocoles utilisés dans la VoIP</td><td>19</td></tr><tr><td>4. La fraude à la SIM box</td><td>26</td></tr><tr><td>4.1. Généralités sur l'écosystème des réseaux mobiles</td><td>26</td></tr></table>

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<table><tr><td>4.2. Principe de la fraude à la SIM box</td><td>27</td></tr><tr><td>4.3. Architecture de la SIM box</td><td>29</td></tr><tr><td>4.4. Stratégies de fraude à la SIM Box [28]</td><td>36</td></tr><tr><td>Partie 2: PROBLÉMATIQUE</td><td>43</td></tr><tr><td>1. Challenges pour les opérateurs de réseaux mobiles</td><td>44</td></tr><tr><td>1.1. L'explosion du marché des télécommunications</td><td>44</td></tr><tr><td>1.2. Les facteurs de prolifération de la fraude</td><td>44</td></tr><tr><td>1.3. Evolution de la SIMBox</td><td>46</td></tr><tr><td>2. Enoncé du problème</td><td>46</td></tr><tr><td>CHAPITRE II : MÉTHODOLOGIE</td><td>48</td></tr><tr><td>Partie 1 : ETAT DE L'ART</td><td>48</td></tr><tr><td>1. Les méthodes passives</td><td>49</td></tr><tr><td>1.1. Analyse basée sur les CDR</td><td>49</td></tr><tr><td>1.2. Analyse basée sur la qualité audio</td><td>49</td></tr><tr><td>1.3. Analyse basée sur la signalisation</td><td>50</td></tr><tr><td>2. Les méthodes actives</td><td>50</td></tr><tr><td>2.1 Test call generators (TCG)</td><td>50</td></tr><tr><td>2.1 Méthode basée sur des règles (rule-based method in Fraud Management System)</td><td>51</td></tr><tr><td>3. Choix de la méthode utilisée</td><td>52</td></tr><tr><td>Partie 2 : ANALYSE ET CONCEPTION</td><td>54</td></tr><tr><td>1. Hypothèse de base</td><td>55</td></tr><tr><td>2. Synthèse des problèmes et solutions</td><td>56</td></tr><tr><td>2.1. Difficultés liées à cette solution</td><td>56</td></tr><tr><td>2.2. Propositions de solution</td><td>56</td></tr><tr><td>Partie 3 : MODÉLISATION</td><td>58</td></tr></table>

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<table><tr><td>4.2. Principe de la fraude à la SIM box</td><td>27</td></tr><tr><td>4.3. Architecture de la SIM box</td><td>29</td></tr><tr><td>4.4. Stratégies de fraude à la SIM Box [28]</td><td>36</td></tr><tr><td>Partie 2: PROBLÉMATIQUE</td><td>43</td></tr><tr><td>1. Challenges pour les opérateurs de réseaux mobiles</td><td>44</td></tr><tr><td>1.1. L'explosion du marché des télécommunications</td><td>44</td></tr><tr><td>1.2. Les facteurs de prolifération de la fraude</td><td>44</td></tr><tr><td>1.3. Evolution de la SIMBox</td><td>46</td></tr><tr><td>2. Enoncé du problème</td><td>46</td></tr><tr><td>CHAPITRE II : MÉTHODOLOGIE</td><td>48</td></tr><tr><td>Partie 1 : ETAT DE L'ART</td><td>48</td></tr><tr><td>1. Les méthodes passives</td><td>49</td></tr><tr><td>1.1. Analyse basée sur les CDR</td><td>49</td></tr><tr><td>1.2. Analyse basée sur la qualité audio</td><td>49</td></tr><tr><td>1.3. Analyse basée sur la signalisation</td><td>50</td></tr><tr><td>2. Les méthodes actives</td><td>50</td></tr><tr><td>2.1 Test call generators (TCG)</td><td>50</td></tr><tr><td>2.1 Méthode basée sur des règles (rule-based method in Fraud Management System)</td><td>51</td></tr><tr><td>3. Choix de la méthode utilisée</td><td>52</td></tr><tr><td>Partie 2 : ANALYSE ET CONCEPTION</td><td>54</td></tr><tr><td>1. Hypothèse de base</td><td>55</td></tr><tr><td>2. Synthèse des problèmes et solutions</td><td>56</td></tr><tr><td>2.1. Difficultés liées à cette solution</td><td>56</td></tr><tr><td>2.2. Propositions de solution</td><td>56</td></tr><tr><td>Partie 3 : MODÉLISATION</td><td>58</td></tr></table>

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en
Télécommunications
<table><tr><td>1. Architectures de réseau</td><td>59</td></tr><tr><td>1.1. Architecture avec gateway seule</td><td>59</td></tr><tr><td>1.2. Architecture complète de SIMBox connectée en réseau local</td><td>60</td></tr><tr><td>1.3. Architecture complète de SIMBox connectée via internet</td><td>60</td></tr><tr><td>2. Conditions expérimentales</td><td>61</td></tr><tr><td>3. Calcul de la latence de la procédure d'attachement</td><td>62</td></tr><tr><td>3.1. La procédure d'attachement au réseau LTE</td><td>62</td></tr><tr><td>3.2. Méthode de calcul de la latence</td><td>65</td></tr><tr><td>4. Processus de collecte des données</td><td>66</td></tr><tr><td>5. Matériel et logiciels utilisés</td><td>68</td></tr><tr><td>5.1. Matériel</td><td>68</td></tr><tr><td>5.2. Logiciel</td><td>69</td></tr><tr><td>CHAPITRE III : RÉSULTATS ET DISCUSSIONS</td><td>71</td></tr><tr><td>1. Résultats de la station de base</td><td>72</td></tr><tr><td>2. Latence de la Procédure d'attachement au réseau</td><td>74</td></tr><tr><td>2.1. Latence par type d'UE</td><td>75</td></tr><tr><td>2.2. Impact de la connexion IP entre équipements SIMBox sur la latence au niveau LTE</td><td>75</td></tr><tr><td>2.3. Impact de la configuration de la SIMBox</td><td>78</td></tr><tr><td>3. Observation détaillée de la signalisation</td><td>80</td></tr><tr><td>4. Bilan des expériences</td><td>81</td></tr><tr><td>CONCLUSION GÉNÉRALE ET PERSPECTIVES</td><td>83</td></tr><tr><td>RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES</td><td>84</td></tr><tr><td>ANNEXE</td><td>88</td></tr><tr><td>Fabricants de SIMBox et spécificités</td><td>88</td></tr></table>
<table><tr><td>1. Architectures de réseau</td><td>59</td></tr><tr><td>1.1. Architecture avec gateway seule</td><td>59</td></tr><tr><td>1.2. Architecture complète de SIMBox connectée en réseau local</td><td>60</td></tr><tr><td>1.3. Architecture complète de SIMBox connectée via internet</td><td>60</td></tr><tr><td>2. Conditions expérimentales</td><td>61</td></tr><tr><td>3. Calcul de la latence de la procédure d'attachement</td><td>62</td></tr><tr><td>3.1. La procédure d'attachement au réseau LTE</td><td>62</td></tr><tr><td>3.2. Méthode de calcul de la latence</td><td>65</td></tr><tr><td>4. Processus de collecte des données</td><td>66</td></tr><tr><td>5. Matériel et logiciels utilisés</td><td>68</td></tr><tr><td>5.1. Matériel</td><td>68</td></tr><tr><td>5.2. Logiciel</td><td>69</td></tr><tr><td>CHAPITRE III : RÉSULTATS ET DISCUSSIONS</td><td>71</td></tr><tr><td>1. Résultats de la station de base</td><td>72</td></tr><tr><td>2. Latence de la Procédure d'attachement au réseau</td><td>74</td></tr><tr><td>2.1. Latence par type d'UE</td><td>75</td></tr><tr><td>2.2. Impact de la connexion IP entre équipements SIMBox sur la latence au niveau LTE</td><td>75</td></tr><tr><td>2.3. Impact de la configuration de la SIMBox</td><td>78</td></tr><tr><td>3. Observation détaillée de la signalisation</td><td>80</td></tr><tr><td>4. Bilan des expériences</td><td>81</td></tr><tr><td>CONCLUSION GÉNÉRALE ET PERSPECTIVES</td><td>83</td></tr><tr><td>RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES</td><td>84</td></tr><tr><td>ANNEXE</td><td>88</td></tr><tr><td>Fabricants de SIMBox et spécificités</td><td>88</td></tr></table>
INTRODUCTION GÉNÉRALE

La téléphonie mobile est un secteur d'activité qui représente aujourd'hui une très grande source de revenus aussi bien pour les opérateurs de télécommunications que pour les équipementiers. En 2018 les technologies et services mobiles ont généré plus de 144 milliards de Dollars USD en Afrique subsaharienne soit 8.6% du PIB (Produit Intérieur Brut) de cette région [1]. Dans bien des pays africains en général et au Cameroun en particulier, il devient de plus en plus utilisé pour des applications et services divers. Ce secteur florissant est sujet à de nombreuses fraudes, engendrant d'énormes pertes pour les opérateurs en Afrique et dans le monde. Selon le CFCA (Communications Fraud Control Association), la perte totale due à la fraude dans les réseaux cellulaires est estimée à 28.3 milliards de dollars USD en 2019 [2]. Dans ce contexte, la terminaison illégale d'appels, également connue sous le nom de fraude à la SIMBox, est de loin l'une des fraudes les plus répandues affectant le marché des télécommunications [3]. Dans de nombreux pays, le tarif de terminaison d'appel international ou International Termination Rate (ITR) est considérablement plus élevé que le tarif de terminaison d'appel local, Local Termination (LTR) à l'intérieur d'un pays (par exemple, jusqu'à 2,8 fois de différence au Cameroun [4]). Il est donc rentable pour les fraudeurs de contourner l'opérateur d'interconnexion régulier lorsqu'ils terminent des appels dans le pays cible, car ils peuvent payer le tarif local plus faible plutôt que l'ITR. La fraude à la SIMBox est un problème majeur dans les pays en voie de développement et dans le cas d'espèce du Cameroun en 2015, des pertes s'élevant à 39,9 millions de dollars USD [5]. De nombreux facteurs favorisent cette fraude, autant dans la règlementation, sur le plan humain, que sur le plan technique. Tout ceci fait que la fraude SIMBox se situe dans le top trois des types de fraudes de système téléphonique qui causent une perte importante pour les opérateurs de réseaux mobiles [6]. Les techniques de détection sont assez peu nombreuses, classifiées en méthodes actives et passives selon le degré d'implication humaine dans le processus. Parmi ces méthodes, nous nous sommes intéressés à une méthode récente pas encore explorée [7] qui suggère une analyse de la signalisation du réseau cellulaire afin de reconnaitre la SIMBox. C'est dans cette optique que nous avons observé la latence de communication de la SIMBox, dans un réseau LTE pour
INTRODUCTION GÉNÉRALE

La téléphonie mobile est un secteur d'activité qui représente aujourd'hui une très grande source de revenus aussi bien pour les opérateurs de télécommunications que pour les équipementiers. En 2018 les technologies et services mobiles ont généré plus de 144 milliards de Dollars USD en Afrique subsaharienne soit 8.6% du PIB (Produit Intérieur Brut) de cette région [1]. Dans bien des pays africains en général et au Cameroun en particulier, il devient de plus en plus utilisé pour des applications et services divers. Ce secteur florissant est sujet à de nombreuses fraudes, engendrant d'énormes pertes pour les opérateurs en Afrique et dans le monde. Selon le CFCA (Communications Fraud Control Association), la perte totale due à la fraude dans les réseaux cellulaires est estimée à 28.3 milliards de dollars USD en 2019 [2]. Dans ce contexte, la terminaison illégale d'appels, également connue sous le nom de fraude à la SIMBox, est de loin l'une des fraudes les plus répandues affectant le marché des télécommunications [3]. Dans de nombreux pays, le tarif de terminaison d'appel international ou International Termination Rate (ITR) est considérablement plus élevé que le tarif de terminaison d'appel local, Local Termination (LTR) à l'intérieur d'un pays (par exemple, jusqu'à 2,8 fois de différence au Cameroun [4]). Il est donc rentable pour les fraudeurs de contourner l'opérateur d'interconnexion régulier lorsqu'ils terminent des appels dans le pays cible, car ils peuvent payer le tarif local plus faible plutôt que l'ITR. La fraude à la SIMBox est un problème majeur dans les pays en voie de développement et dans le cas d'espèce du Cameroun en 2015, des pertes s'élevant à 39,9 millions de dollars USD [5]. De nombreux facteurs favorisent cette fraude, autant dans la règlementation, sur le plan humain, que sur le plan technique. Tout ceci fait que la fraude SIMBox se situe dans le top trois des types de fraudes de système téléphonique qui causent une perte importante pour les opérateurs de réseaux mobiles [6]. Les techniques de détection sont assez peu nombreuses, classifiées en méthodes actives et passives selon le degré d'implication humaine dans le processus. Parmi ces méthodes, nous nous sommes intéressés à une méthode récente pas encore explorée [7] qui suggère une analyse de la signalisation du réseau cellulaire afin de reconnaitre la SIMBox. C'est dans cette optique que nous avons observé la latence de communication de la SIMBox, dans un réseau LTE pour
la comparer avec celle de terminaux ordinaires, dans le but d'établir un critère de détection,
partant du principe que chaque communication IP entre équipements de la SIMBox s'ajouterait
à la latence observée du point de vue LTE. Ainsi dans ce mémoire de fin d'études il s'agira
pour nous de traiter du sujet suivant : « Déploiement et configuration d'une architecture
matérielle de capture et d'analyse de la signalisation des réseaux cellulaires pour la
détection des fraudes a la SIMBox. ». Afin d'y parvenir, notre travail s'est articulé autour des
trois chapitres suivants :

* Chapitre 1 : Contexte et Problématique : qui nous permettra d'appréhender le cadre dans lequel notre travail est effectué, de présenter les notions qui seront utilisées et par la suite poser le problème auquel répond notre projet de fin d'études ;

* Chapitre 2 : Méthodologie : nous présenterons les solutions existantes permettant de résoudre ce problème et nous expliquerons par la suite la démarche méthodologique que nous avons adoptée afin de mener notre expérience ;

* Chapitre 3 : Résultats et discussions : Il présentera les résultats obtenus après expérience assortis de quelques commentaires liés à ces derniers.

A la fin de notre travail seront évoquées la conclusion et les perspectives liées à notre projet de fin d'études, pour la continuité de la recherche dans le domaine.
la comparer avec celle de terminaux ordinaires, dans le but d'établir un critère de détection,
partant du principe que chaque communication IP entre équipements de la SIMBox s'ajouterait
à la latence observée du point de vue LTE. Ainsi dans ce mémoire de fin d'études il s'agira
pour nous de traiter du sujet suivant : « Déploiement et configuration d'une architecture
matérielle de capture et d'analyse de la signalisation des réseaux cellulaires pour la
détection des fraudes a la SIMBox. ». Afin d'y parvenir, notre travail s'est articulé autour des
trois chapitres suivants :

* Chapitre 1 : Contexte et Problématique : qui nous permettra d'appréhender le cadre dans lequel notre travail est effectué, de présenter les notions qui seront utilisées et par la suite poser le problème auquel répond notre projet de fin d'études ;

* Chapitre 2 : Méthodologie : nous présenterons les solutions existantes permettant de résoudre ce problème et nous expliquerons par la suite la démarche méthodologique que nous avons adoptée afin de mener notre expérience ;

* Chapitre 3 : Résultats et discussions : Il présentera les résultats obtenus après expérience assortis de quelques commentaires liés à ces derniers.

A la fin de notre travail seront évoquées la conclusion et les perspectives liées à notre projet de fin d'études, pour la continuité de la recherche dans le domaine.
# CHAPITRE I: CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE

## Partie 1: CONTEXTE

### DESCRIPTION

Cette partie nous permettra de présenter le contexte dans lequel notre travail s'effectue, c'est-
à-dire l'ensemble des éléments qui sont à l'origine du problème que nous cherchons à résoudre.
Nous allons donc étudier à tour les notions de réseaux cellulaire et de fraude à SIMBox.

### PLAN :

<table><tr><td>1.</td><td>Le centre de recherche d'acueil</td><td>4</td></tr><tr><td>2.</td><td>Généralités sur les réseaux mobiles</td><td>4</td></tr><tr><td>2.1.</td><td>Définition et présentation générale d'un réseau mobile</td><td>4</td></tr><tr><td>2.2.</td><td>Evolution des réseaux mobiles</td><td>7</td></tr><tr><td>2.3.</td><td>Le réseau 4G</td><td>8</td></tr><tr><td>2.4.</td><td>La signalisation dans les réseaux mobiles</td><td>14</td></tr><tr><td>3.</td><td>La téléphonie sur IP</td><td>17</td></tr><tr><td>3.1.</td><td>Définition</td><td>17</td></tr><tr><td>3.2.</td><td>Fonctionnement</td><td>17</td></tr><tr><td>3.3.</td><td>Protocoles utilisés dans la VoIP</td><td>19</td></tr><tr><td>4.</td><td>La fraude à la SIM box</td><td>26</td></tr><tr><td>4.1.</td><td>Généralités sur l'écosystème des réseaux mobiles</td><td>26</td></tr><tr><td>4.2.</td><td>Principe de la fraude à la SIM box</td><td>27</td></tr><tr><td>4.3.</td><td>Architecture de la SIM box</td><td>29</td></tr><tr><td>4.4.</td><td>Stratégies de fraude à la SIM Box [28]</td><td>36</td></tr></table>

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en
Télécommunications
# CHAPITRE I: CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE

## Partie 1: CONTEXTE

### DESCRIPTION

Cette partie nous permettra de présenter le contexte dans lequel notre travail s'effectue, c'est-
à-dire l'ensemble des éléments qui sont à l'origine du problème que nous cherchons à résoudre.
Nous allons donc étudier à tour les notions de réseaux cellulaire et de fraude à SIMBox.

### PLAN :

<table><tr><td>1.</td><td>Le centre de recherche d'accesil</td><td>4</td></tr><tr><td>2.</td><td>Généralités sur les réseaux mobiles</td><td>4</td></tr><tr><td>2.1.</td><td>Définition et présentation générale d'un réseau mobile</td><td>4</td></tr><tr><td>2.2.</td><td>Evolution des réseaux mobiles</td><td>7</td></tr><tr><td>2.3.</td><td>Le réseau 4G</td><td>8</td></tr><tr><td>2.4.</td><td>La signalisation dans les réseaux mobiles</td><td>14</td></tr><tr><td>3.</td><td>La téléphonie sur IP</td><td>17</td></tr><tr><td>3.1.</td><td>Définition</td><td>17</td></tr><tr><td>3.2.</td><td>Fonctionnement</td><td>17</td></tr><tr><td>3.3.</td><td>Protocoles utilisés dans la VoIP</td><td>19</td></tr><tr><td>4.</td><td>La fraude à la SIM box</td><td>26</td></tr><tr><td>4.1.</td><td>Généralités sur l'écosystème des réseaux mobiles</td><td>26</td></tr><tr><td>4.2.</td><td>Principe de la fraude à la SIM box</td><td>27</td></tr><tr><td>4.3.</td><td>Architecture de la SIM box</td><td>29</td></tr><tr><td>4.4.</td><td>Stratégies de fraude à la SIM Box [28]</td><td>36</td></tr></table>

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Télécommunications
# 1. LE CENTRE DE RECHERCHE D'ACCEUIL

L'Institut national de recherche en informatique et en automatique (Inria) est un institut de recherche français public, à caractère scientifique et technologique spécialisé en mathématiques et informatique, créé le 3 janvier 1967. Il est constitué de plusieurs centres disséminés dans les quatre coins de la France, et de plusieurs équipes travaillant sur des thèmes spécifiques autour des mathématiques et de l'informatique. Nous avons travaillé dans l'équipe TriBE (inTeRnet BEyond the usual) basée à Palaiseau, dans le bâtiment Alan Turing. Cette équipe travaille sur des problématiques liées au réseaux et à leurs multiples usages. Dans le cadre de ce projet de fin d'études, nous avons travaillé dans le cadre d'un projet de recherche, qui à terme proposera des solutions pour la détection de la fraude à la SIMBox.

# 2. GENERALITES SUR LES RESEAUX MOBILES

## 2.1. Définition et présentation générale d'un réseau mobile

### 2.1.1. Définition

Un réseau de téléphonie mobile est un réseau téléphonique qui permet l'utilisation simultanée de millions de téléphones sans fil, immobiles ou en mouvement, y compris lors de déplacements à grande vitesse et sur une grande distance. Pour ce faire, un ensemble d'équipements doivent être déployés notamment pour la couverture réseau sans-fil et pour la gestion et les calculs importants. En somme une architecture particulière doit être déployée pour pouvoir atteindre ce but de desserte de services à des terminaux mobiles. Les réseaux mobiles ont donc une architecture de base commune indépendamment de la technologie utilisée.

### 2.1.2. Architecture générique d'un réseau mobile [8]

Un réseau mobile comprend trois grandes parties (Figure 1) essentielles à savoir :

* **Access Network** : qui est le réseau d'accès radio responsable de la couverture réseau sans-fil des utilisateurs.
# 1. LE CENTRE DE RECHERCHE D'ACCEUIL

L'Institut national de recherche en informatique et en automatique (Inria) est un institut de recherche français public, à caractère scientifique et technologique spécialisé en mathématiques et informatique, créé le 3 janvier 1967. Il est constitué de plusieurs centres disséminés dans les quatre coins de la France, et de plusieurs équipes travaillant sur des thèmes spécifiques autour des mathématiques et de l'informatique. Nous avons travaillé dans l'équipe TriBE (inTeRnet BEyond the usual) basée à Palaiseau, dans le bâtiment Alan Turing. Cette équipe travaille sur des problématiques liées au réseaux et à leurs multiples usages. Dans le cadre de ce projet de fin d'études, nous avons travaillé dans le cadre d'un projet de recherche, qui à terme proposera des solutions pour la détection de la fraude à la SIMBox.

# 2. GENERALITES SUR LES RESEAUX MOBILES

## 2.1. Définition et présentation générale d'un réseau mobile

### 2.1.1. Définition

Un réseau de téléphonie mobile est un réseau téléphonique qui permet l'utilisation simultanée de millions de téléphones sans fil, immobiles ou en mouvement, y compris lors de déplacements à grande vitesse et sur une grande distance. Pour ce faire, un ensemble d'équipements doivent être déployés notamment pour la couverture réseau sans-fil et pour la gestion et les calculs importants. En somme une architecture particulière doit être déployée pour pouvoir atteindre ce but de desserte de services à des terminaux mobiles. Les réseaux mobiles ont donc une architecture de base commune indépendamment de la technologie utilisée.

### 2.1.2. Architecture générique d'un réseau mobile [8]

Un réseau mobile comprend trois grandes parties (Figure 1) essentielles à savoir :

* **Access Network** : qui est le réseau d'accès radio responsable de la couverture réseau sans-fil des utilisateurs.
* **Core Network** : le réseau cœur responsable de l'ensemble des processus internes du réseau.

* **UE (User Equipment)** : qui représente le terminal de l'utilisateur.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figure 1 : Architecture générique d'un réseau mobile [8]</figcaption></figure>

Dans la suite nous présentons chacune de ces parties.

### 1.1.1.1. Le terminal de l'utilisateur

C'est tout équipement qui permet à l'utilisateur d'accéder aux services de téléphonie mobile cellulaire. Cela inclut les téléphones, les tablettes, les routeurs 3G/4G et même un ordinateur s'il est connecté à une clé 3G/4G. Il se connecte au réseau par le réseau d'accès. Le terminal mobile a de diverses appellations selon le standard de téléphonie utilisé. Le terminal est constitué de deux parties :

* **Mobile Equipment (ME)** : le téléphone en lui-même, identifié par son IMEI

* **Carte SIM (USIM)** : la carte à insérer dans le ME pour qu'il puisse se connecter et bénéficier des services du réseau mobile. A partir de la 3G il prend la dénomination de USIM.

### 1.1.1.2. Le réseau d'accès

Le réseau d'accès est constitué d'un ensemble de stations de base, qui communiquent par ondes électromagnétiques avec les terminaux afin de leur fournir les services. Pour atteindre cet objectif, toutes les technologies d'accès radio doivent résoudre un même problème
* **Core Network** : le réseau cœur responsable de l'ensemble des processus internes du réseau.

* **UE (User Equipment)** : qui représente le terminal de l'utilisateur.

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Figure 1 : Architecture générique d'un réseau mobile [8]</figcaption></figure>

Dans la suite nous présentons chacune de ces parties.

### 1.1.1.1. Le terminal de l'utilisateur

C'est tout équipement qui permet à l'utilisateur d'accéder aux services de téléphonie mobile cellulaire. Cela inclut les téléphones, les tablettes, les routeurs 3G/4G et même un ordinateur s'il est connecté à une clé 3G/4G. Il se connecte au réseau par le réseau d'accès. Le terminal mobile a de diverses appellations selon le standard de téléphonie utilisé. Le terminal est constitué de deux parties :

* **Mobile Equipment (ME)** : le téléphone en lui-même, identifié par son IMEI

* **Carte SIM (USIM)** : la carte à insérer dans le ME pour qu'il puisse se connecter et bénéficier des services du réseau mobile. A partir de la 3G il prend la dénomination de USIM.

### 1.1.1.2. Le réseau d'accès

Le réseau d'accès est constitué d'un ensemble de stations de base, qui communiquent par ondes électromagnétiques avec les terminaux afin de leur fournir les services. Pour atteindre cet objectif, toutes les technologies d'accès radio doivent résoudre un même problème
: répartir aussi efficacement que possible une bande de fréquences hertzienne unique entre de très nombreux utilisateurs. Pour cela, diverses techniques de multiplexage sont utilisées pour la cohabitation et la séparation des utilisateurs et des cellules radio : le multiplexage temporel (TDMA), le multiplexage en fréquence (FDMA) et le multiplexage par codes (CDMA), ou le plus souvent une combinaison de ces techniques.

1.1.1.3. Le réseau coeur [9]

C'est l'organe central du réseau, c'est lui qui fournit les services aux utilisateurs en fonction de leur souscription. Les services fournis par le cœur de réseau peuvent être classés en deux domaines :

* Le **domaine de commutation de circuit** dont les services sont la téléphonie, le SMS, la messagerie vocale, le customized ring back tone, le push to talk, les services prépayés.

* Le **domaine de commutation de paquets** dont les services sont l'accès à Internet/Intranet, la télévision mobile, MMS (Multimedia Messaging Service), le streaming vidéo, le mail (e.g., Blackberry Mail), le WEB/WAP, la messagerie instantanée (e.g., Blackberry Messenger), les communications machine to machine (M2M), etc.

Ces services sont acheminés jusqu'à l'utilisateur final via un ensemble d'équipements interconnectés et communicant les uns avec les autres par des protocoles.

1.1.1.4. Les interfaces entre équipements

Les interfaces sont en fait les moyens d'interconnexion existants entre différents équipements du réseau cellulaire. Elles sont différentes pour chaque type d'équipement à interconnecter.
: répartir aussi efficacement que possible une bande de fréquences hertzienne unique entre de très nombreux utilisateurs. Pour cela, diverses techniques de multiplexage sont utilisées pour la cohabitation et la séparation des utilisateurs et des cellules radio : le multiplexage temporel (TDMA), le multiplexage en fréquence (FDMA) et le multiplexage par codes (CDMA), ou le plus souvent une combinaison de ces techniques.

1.1.1.3. Le réseau coeur [9]

C'est l'organe central du réseau, c'est lui qui fournit les services aux utilisateurs en fonction de leur souscription. Les services fournis par le cœur de réseau peuvent être classés en deux domaines :

* Le **domaine de commutation de circuit** dont les services sont la téléphonie, le SMS, la messagerie vocale, le customized ring back tone, le push to talk, les services prépayés.

* Le **domaine de commutation de paquets** dont les services sont l'accès à Internet/Intranet, la télévision mobile, MMS (Multimedia Messaging Service), le streaming vidéo, le mail (e.g., Blackberry Mail), le WEB/WAP, la messagerie instantanée (e.g., Blackberry Messenger), les communications machine to machine (M2M), etc.

Ces services sont acheminés jusqu'à l'utilisateur final via un ensemble d'équipements interconnectés et communicant les uns avec les autres par des protocoles.

1.1.1.4. Les interfaces entre équipements

Les interfaces sont en fait les moyens d'interconnexion existants entre différents équipements du réseau cellulaire. Elles sont différentes pour chaque type d'équipement à interconnecter.
2.1.3. Le concept cellulaire

Un réseau de téléphonie mobile a une structure « cellulaire » qui permet de réutiliser de
nombreuses fois les mêmes fréquences ; il permet aussi à ses utilisateurs en mouvement de
changer de cellule (handover) sans coupure des communications en cours. Dans un même pays,
aux heures d'affluence, plusieurs centaines de milliers, voire plusieurs millions d'appareils sont
en service répartis (dans le cas du GSM) sur seulement 500 canaux disponibles.

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Figure 2 : Le Concept cellulaire (une couleur, une fréquence)</figcaption></figure>

## 2.2. Evolution des réseaux mobiles

Apparue dans les années 70, la 1G, qui est la première génération de réseaux mobiles est uniquement dédiée aux appels vocaux. Elle reposait sur une technologie dite « analogique ». Ceci à la différence des générations suivantes (2G, 3G, 4G, 5G) qui, elles, exploitent la technologie « numérique ». La 2G a marqué l'arrivée des réseaux numériques intégrant des services à valeur ajoutée dont les SMS, les appels et de meilleure qualité et le début de l'internet mobile, mais a des débits très faibles. La 3G quant à elle a apporté la notion d'internet mobile haut débit, démocratisant ainsi les applications du web, telles que l'envoi d'images, les appels video de basse qualité, le streaming, et d'autres. La 4G quant a elle a permi un révolution totale de l'internet mobile, permettant de nouveaux usages, comme le streaming haute definition, la télépresence, les jeux en ligne. Et enfin la 5G qui aujourd'hui va encore plus loin avec la multiplication des objets connectés, l'industrie 4.0, l'ultra haut debit la realité augmentée et bien d'autres applications [10]. Dans la suite nous nous appesantirons sur le réseau 4G, sur lequel nous avons majoritairement travaillé.
2.1.3. Le concept cellulaire

Un réseau de téléphonie mobile a une structure « cellulaire » qui permet de réutiliser de
nombreuses fois les mêmes fréquences ; il permet aussi à ses utilisateurs en mouvement de
changer de cellule (handover) sans coupure des communications en cours. Dans un même pays,
aux heures d'affluence, plusieurs centaines de milliers, voire plusieurs millions d'appareils sont
en service répartis (dans le cas du GSM) sur seulement 500 canaux disponibles.

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figure 2 : Le Concept cellulaire (une couleur, une fréquence)</figcaption></figure>

## 2.2. Evolution des réseaux mobiles

Apparue dans les années 70, la 1G, qui est la première génération de réseaux mobiles est uniquement dédiée aux appels vocaux. Elle reposait sur une technologie dite « analogique ». Ceci à la différence des générations suivantes (2G, 3G, 4G, 5G) qui, elles, exploitent la technologie « numérique ». La 2G a marqué l'arrivée des réseaux numériques intégrant des services à valeur ajoutée dont les SMS, les appels et de meilleure qualité et le début de l'internet mobile, mais a des débits très faibles. La 3G quant à elle a apporté la notion d'internet mobile haut débit, démocratisant ainsi les applications du web, telles que l'envoi d'images, les appels video de basse qualité, le streaming, et d'autres. La 4G quant a elle a permi un révolution totale de l'internet mobile, permettant de nouveaux usages, comme le streaming haute definition, la télépresence, les jeux en ligne. Et enfin la 5G qui aujourd'hui va encore plus loin avec la multiplication des objets connectés, l'industrie 4.0, l'ultra haut debit la realité augmentée et bien d'autres applications [10]. Dans la suite nous nous appesantirons sur le réseau 4G, sur lequel nous avons majoritairement travaillé.
<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Figure 3 : Evolution des réseaux et des services mobiles [10]</figcaption></figure>

## 2.3. Le réseau 4G

### 2.3.1. Le standard LTE

La norme LTE, définie par le consortium 3GPP, a d'abord été considérée comme une norme de troisième génération « 3.9G » (car proche de la 4G), spécifiée dans le cadre des technologies IMT-2000, car dans les « versions 8 et 9 » de la norme, elle ne satisfaisait pas toutes les spécifications techniques imposées pour les normes 4G par l'Union internationale des télécommunications (UIT). C'est en octobre 2010, que l'UIT a reconnu la technologie LTE-Advanced (évolution de LTE définie par le 3GPP à partir de sa release 10) comme une technologie 4G à part entière [11]. Nous présentons ensuite ses caractéristiques.

### 2.3.2. Caractéristiques de la 4G [12]

Les spécifications générales de la 4G sont :

* **Bandes de fréquences** : largeur pouvant varier de 1,4 MHz à 20 MHz,

* **Fréquences** : allant de 450 MHz à 3,8 GHz selon les pays,

* **Débit binaire théorique** (pour une largeur de bande de 20 MHz) : 300 Mbit/s en liaison descendante.

* **Utilisation d'algorithmes d'ordonnancement et de configurations multi-antennes** avancées prises en charge qui améliorent les débits de données avec DL – 4x 2, 2x2, 2x1, 1x1 et avec UL – 1x2 et 1x1.

* **Efficacité du spectre** : DL 3 à 4 fois celle du HSDPA Release 6 et UL 2 à 3 fois celle du HSUPA Release 6.
<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Figure 3 : Evolution des réseaux et des services mobiles [10]</figcaption></figure>

## 2.3. Le réseau 4G

### 2.3.1. Le standard LTE

La norme LTE, définie par le consortium 3GPP, a d'abord été considérée comme une norme de troisième génération « 3.9G » (car proche de la 4G), spécifiée dans le cadre des technologies IMT-2000, car dans les « versions 8 et 9 » de la norme, elle ne satisfaisait pas toutes les spécifications techniques imposées pour les normes 4G par l'Union internationale des télécommunications (UIT). C'est en octobre 2010, que l'UIT a reconnu la technologie LTE-Advanced (évolution de LTE définie par le 3GPP à partir de sa release 10) comme une technologie 4G à part entière [11]. Nous présentons ensuite ses caractéristiques.

### 2.3.2. Caractéristiques de la 4G [12]

Les spécifications générales de la 4G sont :

* **Bandes de fréquences** : largeur pouvant varier de 1,4 MHz à 20 MHz,

* **Fréquences** : allant de 450 MHz à 3,8 GHz selon les pays,

* **Débit binaire théorique** (pour une largeur de bande de 20 MHz) : 300 Mbit/s en liaison descendante.

* **Utilisation d'algorithmes d'ordonnancement et de configurations multi-antennes** avancées prises en charge qui améliorent les débits de données avec DL – 4x 2, 2x2, 2x1, 1x1 et avec UL – 1x2 et 1x1.

* **Efficacité du spectre** : DL 3 à 4 fois celle du HSDPA Release 6 et UL 2 à 3 fois celle du HSUPA Release 6.
* Latence : Pour le plan de contrôle (C-plane), moins de 50 à 100 ms pour établir le plan utilisateur (U-plane) et pour le U-plane, moins de 10 ms entre l'UE et le serveur.

* Mobilité : optimisé pour les faibles vitesses (< 15 km/h), haute performance pour des vitesses allant jusqu'à 120 km/h ; et liaison maintenue pour des vitesses allant jusqu'à 350 km/h (et des vitesses ciblées jusqu'à 500 km/h avec prise en compte de la bande de fréquence).

* Rayon de couverture de pleine performance jusqu'à 5 km ; légère dégradation de 5 à 30 km.

La « vraie 4G », appelée LTE Advanced offre un débit descendant pouvant atteindre ou dépasser 1 Gbit/s ; ce débit nécessite l'utilisation de bandes de fréquences agrégées de 2×100 MHz de largeur qui sont définies dans les versions 10 à 15 (3GPP releases 10, 11, 12, 13, 14 et 15) des normes LTE Advanced.

### 2.3.3. Architecture et composants d'un réseau 4G

#### 2.3.3.1. Architecture du réseau LTE

Le LTE est une évolution de l'accès radio et de l'accès non radio. L'accès radio évolue grâce à l'UTRAN amélioré (E-UTRAN). L'accès radio correspond essentiellement à l'évolution de la couche physique du LTE, tandis que l'accès non radio est regroupé dans l'évolution de l'architecture du système sous le nom de System Architecture Evolution (SAE), est l'évolution de l'architecture de réseau du LTE. Les principaux composants de l'architecture du système LTE (Figure 4) sont les suivants [13] :

* User Equipment (UE), tel que UE = Terminal + USIM

* Réseau d'accès radio, Evolved UTRAN(E-UTRAN)

* Le cœur de réseau, Evolved Packet Core (EPC)
* **Latence** : Pour le plan de contrôle (C-plane), moins de 50 à 100 ms pour établir le plan utilisateur (U-plane) et pour le U-plane, moins de 10 ms entre l'UE et le serveur.

* **Mobilité** : optimisé pour les faibles vitesses (< 15 km/h), haute performance pour des vitesses allant jusqu'à 120 km/h ; et liaison maintenue pour des vitesses allant jusqu'à 350 km/h (et des vitesses ciblées jusqu'à 500 km/h avec prise en compte de la bande de fréquence).

* **Rayon de couverture de pleine performance** jusqu'à 5 km ; légère dégradation de 5 à 30 km.

La « vraie 4G », appelée LTE Advanced offre un débit descendant pouvant atteindre ou dépasser 1 Gbit/s ; ce débit nécessite l'utilisation de bandes de fréquences agrégées de 2×100 MHz de largeur qui sont définies dans les versions 10 à 15 (3GPP releases 10, 11, 12, 13, 14 et 15) des normes LTE Advanced.

### 2.3.3. Architecture et composants d'un réseau 4G

#### 2.3.3.1. Architecture du réseau LTE

Le LTE est une évolution de l'accès radio et de l'accès non radio. L'accès radio évolue grâce à l'UTRAN amélioré (E-UTRAN). L'accès radio correspond essentiellement à l'évolution de la couche physique du LTE, tandis que l'accès non radio est regroupé dans l'évolution de l'architecture du système sous le nom de System Architecture Evolution (SAE), est l'évolution de l'architecture de réseau du LTE. Les principaux composants de l'architecture du système LTE (Figure 4) sont les suivants [13] :

* User Equipment (UE), tel que UE = Terminal + USIM

* Réseau d'accès radio, Evolved UTRAN(E-UTRAN)

* Le cœur de réseau, Evolved Packet Core (EPC)
<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figure 4: Architecture du réseau LTE [13]</figcaption></figure>

Présentons leurs différentes fonctions et rôles de chacune de ces entités.

### 2.3.3.2. Le réseau cœur : EPC

Le réseau cœur assure le contrôle global de l'UE et établit les bearers. Le CN comporte un certain nombre de nœuds différents, dont les suivants :

* Mobility Management Entity (MME);

* Passerelle (P-GW) du réseau de données par paquets (PDN);

* Passerelle de service (S-GW);

* Evolved Serving Mobile Location Centre (E-SMLC);

* Policy and Charging Rules Function (PCRF);

* Home Subscriber Service (HSS);

**MME** [14]: Le MME est le principal nœud de contrôle de l'EPC. Les informations du plan de contrôle provenant de l'eNodeB sont principalement acheminées vers le MME. Les protocoles responsables de la communication entre l'UE et le CN sont les protocoles Non-Access Stratum (NAS). Les rôles principaux du MME sont :

* **La signalisation EMM et ESM avec l'UE** : Les terminaux LTE disposent des protocoles comme EMM (EPS Mobility Management) et ESM (EPS Session Management) qui leur permettent de gérer leurs mobilités (attachement, détachement, mise à jour de localisation) et de gérer leurs sessions
<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figure 4: Architecture du réseau LTE [13]</figcaption></figure>

Présentons leurs différentes fonctions et rôles de chacune de ces entités.

### 2.3.3.2. Le réseau cœur : EPC

Le réseau cœur assure le contrôle global de l'UE et établit les bearers. Le CN comporte un certain nombre de nœuds différents, dont les suivants :

* Mobility Management Entity (MME);

* Passerelle (P-GW) du réseau de données par paquets (PDN);

* Passerelle de service (S-GW);

* Evolved Serving Mobile Location Centre (E-SMLC);

* Policy and Charging Rules Function (PCRF);

* Home Subscriber Service (HSS);

**MME** [14]: Le MME est le principal nœud de contrôle de l'EPC. Les informations du plan de contrôle provenant de l'eNodeB sont principalement acheminées vers le MME. Les protocoles responsables de la communication entre l'UE et le CN sont les protocoles Non-Access Stratum (NAS). Les rôles principaux du MME sont :

* **La signalisation EMM et ESM avec l'UE** : Les terminaux LTE disposent des protocoles comme EMM (EPS Mobility Management) et ESM (EPS Session Management) qui leur permettent de gérer leurs mobilités (attachement, détachement, mise à jour de localisation) et de gérer leurs sessions
(établissement/libération de session de données). Ces protocoles sont utilisés pour
les échanges entre l'UE et le MME ;

* **L'authentification** : L'entité MME est responsable de l'identification des équipements utilisateurs grâce aux informations recueillies par l'entité HSS ;

* **La joignabilité de l'UE dans l'état ECM-IDLE (incluent le « paging »)** : L'entité MME prend la responsabilité du « paging », lorsque l'UE est dans l'état IDLE, les paquets à destination de l'équipement utilisateur sont reçus et sauvegardés en mémoire par le Serving Gateway ;

* **La gestion de la liste de zone de localisation (Tracking Area)** : Ce mécanisme consiste à informer l'équipement utilisateur d'être sur les zones de localisation prises en charge par le MME, appelée « Tracking Area ». L'équipement utilisateur met à jour sa localisation lorsqu'il se retrouve dans une « Tracking Area » qui n'est pas encore prise en charge par son MME ;

* **La sélection du « Serving Gateway » et du « PDN-GW »** : C'est le travail du MME de sélectionner le « Serving GW » et le « PDN GW » qui serviront à mettre en œuvre le « Default Bearer » au moment où l'équipement utilisateur se joindra au réseau.

* **La sélection de MME lors d'un « handover » avec changement de MME** : Lorsque l'usager est dans l'état ACTIF et qu'il se déplace d'une zone prise en charge et sous le contrôle d'un autre MME, il est nécessaire que l'ancien et le nouveau MME s'engagent pour le « handover » ;

* **La sélection du SGSN (Serving GPRS Support Node) lors d'un « handover » avec les réseaux d'accès 2G et 3G** : Au moment où l'usager se déplace d'une zone LTE à une zone 2G/3G, c'est l'entité MME qui sélectionnera le SGSN qui sera impliqué dans la mise en place du « default bearer » ;

* **Le « roaming » avec interaction avec le HSS (Home Subscriber Server) nominal** : Lorsque l'usager se rattache au réseau, l'entité MME s'interface au HSS nominal. Le but est de mettre à jour la localisation du mobile et d'obtenir le profil de l'usager ;
(établissement/libération de session de données). Ces protocoles sont utilisés pour
les échanges entre l'UE et le MME ;

* **L'authentification** : L'entité MME est responsable de l'identification des équipements utilisateurs grâce aux informations recueillies par l'entité HSS ;

* **La joignabilité de l'UE dans l'état ECM-IDLE (incluent le « paging »)** : L'entité MME prend la responsabilité du « paging », lorsque l'UE est dans l'état IDLE, les paquets à destination de l'équipement utilisateur sont reçus et sauvegardés en mémoire par le Serving Gateway ;

* **La gestion de la liste de zone de localisation (Tracking Area)** : Ce mécanisme consiste à informer l'équipement utilisateur d'être sur les zones de localisation prises en charge par le MME, appelée « Tracking Area ». L'équipement utilisateur met à jour sa localisation lorsqu'il se retrouve dans une « Tracking Area » qui n'est pas encore prise en charge par son MME ;

* **La sélection du « Serving Gateway » et du « PDN-GW »** : C'est le travail du MME de sélectionner le « Serving GW » et le « PDN GW » qui serviront à mettre en œuvre le « Default Bearer » au moment où l'équipement utilisateur se joindra au réseau.

* **La sélection de MME lors d'un « handover » avec changement de MME** : Lorsque l'usager est dans l'état ACTIF et qu'il se déplace d'une zone prise en charge et sous le contrôle d'un autre MME, il est nécessaire que l'ancien et le nouveau MME s'engagent pour le « handover » ;

* **La sélection du SGSN (Serving GPRS Support Node) lors d'un « handover » avec les réseaux d'accès 2G et 3G** : Au moment où l'usager se déplace d'une zone LTE à une zone 2G/3G, c'est l'entité MME qui sélectionnera le SGSN qui sera impliqué dans la mise en place du « default bearer » ;

* **Le « roaming » avec interaction avec le HSS (Home Subscriber Server) nominal** : Lorsque l'usager se rattache au réseau, l'entité MME s'interface au HSS nominal. Le but est de mettre à jour la localisation du mobile et d'obtenir le profil de l'usager ;
* **Le Fonctionnement de la gestion du « bearer » incluant l'établissement de « dedicated bearer »** : Parmi les fonctions de MME l'une d'elles est d'établir pour le compte de l'usager les « defaults » et « dedicated bearers » nécessaires pour la prise en charge des communications ;

* **L'interception légale du trafic de signalisation** : L'entité MME reçoit toute la signalisation qui a été envoyé par l'équipement utilisateur et peut la sauvegarder à des fins de traçabilité.

**P-GW** : Le P-GW sert de routeur intermédiaire de point d'extrémité entre l'EPS et les réseaux réseaux externes. Il fournit principalement une connexion IP et effectue également l'adressage IP des UE, le traçage et le filtrage lorsque cela est nécessaire.

**S-GW** : Le S-GW est responsable de la gestion des tunnels du plan utilisateur et de la commutation. Il fait office d'ancre mobile entre l'EPC et le RAN LTE. Tous les paquets des utilisateurs sont acheminés par le S-GW.

**PCRF** : Le PCRF assure les fonctions de contrôle des politiques et de tarification.

**HSS** : C'est une base de données qui contient les détails de l'abonnement de tous les utilisateurs. Il contient les informations sur le PDN auquel chaque utilisateur est connecté ou peut se connecter. En fait, il contient toutes les données des abonnés permanents. Le HSS peut également intégrer le centre d'authentification (AuC).

#### 2.3.3.3. Le réseau d'accès : E-UTRAN

Le réseau d'accès LTE (appelé E-UTRAN) est une composition de réseaux d'eNodeBs. Il est responsable des fonctions liées à la radio au sein du réseau :

* Gestion des ressources radio,

* La compression des en-têtes,

* La sécurité,

* Le positionnement et la connectivité EPC.

L'eNodeB se distingue des autres stations de base des précédentes générations du fait qu'il n'a pas de contrôleur central. C'est un équipement intelligent. Les eNodeBs sont interconnectés
* **Le Fonctionnement de la gestion du « bearer » incluant l'établissement de « dedicated bearer »** : Parmi les fonctions de MME l'une d'elles est d'établir pour le compte de l'usager les « defaults » et « dedicated bearers » nécessaires pour la prise en charge des communications ;

* **L'interception légale du trafic de signalisation** : L'entité MME reçoit toute la signalisation qui a été envoyé par l'équipement utilisateur et peut la sauvegarder à des fins de traçabilité.

**P-GW** : Le P-GW sert de routeur intermédiaire de point d'extrémité entre l'EPS et les réseaux réseaux externes. Il fournit principalement une connexion IP et effectue également l'adressage IP des UE, le traçage et le filtrage lorsque cela est nécessaire.

**S-GW** : Le S-GW est responsable de la gestion des tunnels du plan utilisateur et de la commutation. Il fait office d'ancre mobile entre l'EPC et le RAN LTE. Tous les paquets des utilisateurs sont acheminés par le S-GW.

**PCRF** : Le PCRF assure les fonctions de contrôle des politiques et de tarification.

**HSS** : C'est une base de données qui contient les détails de l'abonnement de tous les utilisateurs. Il contient les informations sur le PDN auquel chaque utilisateur est connecté ou peut se connecter. En fait, il contient toutes les données des abonnés permanents. Le HSS peut également intégrer le centre d'authentification (AuC).

#### 2.3.3.3. Le réseau d'accès : E-UTRAN

Le réseau d'accès LTE (appelé E-UTRAN) est une composition de réseaux d'eNodeBs. Il est responsable des fonctions liées à la radio au sein du réseau :

* Gestion des ressources radio,

* La compression des en-têtes,

* La sécurité,

* Le positionnement et la connectivité EPC.

L'eNodeB se distingue des autres stations de base des précédentes générations du fait qu'il n'a pas de contrôleur central. C'est un équipement intelligent. Les eNodeBs sont interconnectés
par des interfaces appelées "interface X2" et sont connectés à l'EPC par des interfaces S1 (cette connexion est faite vers le S-GW par des interfaces S1-U et vers le MME par l'interface S1-MME).

#### 2.3.3.4. Les interfaces entre équipements du réseau 4G

La Figure 5 présente les différentes interfaces du réseau 4G, et le Tableau 1 les plus importantes.

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Figure 5: Interfaces entre équipements dans le réseau 4G [12]</figcaption></figure>

<table><thead><tr><td>Type d'interface</td><td>Rôle</td></tr></thead><tbody><tr><td>Interface X2</td><td>Utilisée pour la mobilité entre deux eNodeBs et pour la préparation de procédures de handover.</td></tr><tr><td>Interface S1-MME</td><td>Permet la communication entre EPC et E-UTRAN</td></tr><tr><td>Interface S1-U</td><td>Connecte l'E-UTRAN et le S-GW correspondant</td></tr></tbody></table>

Nous présenterons par la suite le type de données qui transitent dans le réseau 4G.
par des interfaces appelées "interface X2" et sont connectés à l'EPC par des interfaces S1 (cette connexion est faite vers le S-GW par des interfaces S1-U et vers le MME par l'interface S1-MME).

#### 2.3.3.4. Les interfaces entre équipements du réseau 4G

La Figure 5 présente les différentes interfaces du réseau 4G, et le Tableau 1 les plus importantes.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Figure 5: Interfaces entre équipements dans le réseau 4G [12]</figcaption></figure>

<table><thead><tr><td>Type d'interface</td><td>Rôle</td></tr></thead><tbody><tr><td>Interface X2</td><td>Utilisée pour la mobilité entre deux eNodeBs et pour la préparation de procédures de handover.</td></tr><tr><td>Interface S1-MME</td><td>Permet la communication entre EPC et E-UTRAN</td></tr><tr><td>Interface S1-U</td><td>Connecte l'E-UTRAN et le S-GW correspondant</td></tr></tbody></table>

Nous présenterons par la suite le type de données qui transitent dans le réseau 4G.
## 2.4. La signalisation dans les réseaux mobiles

### 2.4.1. Définition de la signalisation : plan de contrôle et plan
utilisateur

En télécommunications, la signalisation peut désigner trois choses [15] :

1. L'utilisation de signaux pour contrôler des communications

2. L'échange d'information permettant l'établissement et le contrôle d'un circuit de télécommunication et la gestion du réseau, en opposition avec le transfert de données utilisateurs.

3. L'envoi d'un signal par une terminaison en émission d'un circuit de télécommunication pour informer un utilisateur situé sur la terminaison en réception qu'un message doit être envoyé.

Dans notre cas c'est la deuxième définition qui nous intéresse. On peut donc en dégager deux différents plans. Le plan de contrôle représentant les échanges d'information avant tout transfert d'informations utilisateur, et le plan utilisateur étant lesdites informations. Dans la suite nous nous intéresserons au plan de contrôle réseau LTE.

### 2.4.2. La signalisation dans le réseau 4G

#### 2.4.2.1. Pile protocolaire LTE

En effet, LTE possède deux piles protocolaires : la première est pour la signalisation ou le contrôle, et la seconde pour les données utilisateur [14]. L'architecture et les couches du réseau LTE peuvent être résumées par les figures suivantes :

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figure 6: Pile protocolaire LTE, plan de contrôle et plan utilisateur [16]</figcaption></figure>
## 2.4. La signalisation dans les réseaux mobiles

### 2.4.1. Définition de la signalisation : plan de contrôle et plan
utilisateur

En télécommunications, la signalisation peut désigner trois choses [15] :

1. L'utilisation de signaux pour contrôler des communications

2. L'échange d'information permettant l'établissement et le contrôle d'un circuit de télécommunication et la gestion du réseau, en opposition avec le transfert de données utilisateurs.

3. L'envoi d'un signal par une terminaison en émission d'un circuit de télécommunication pour informer un utilisateur situé sur la terminaison en réception qu'un message doit être envoyé.

Dans notre cas c'est la deuxième définition qui nous intéresse. On peut donc en dégager deux différents plans. Le plan de contrôle représentant les échanges d'information avant tout transfert d'informations utilisateur, et le plan utilisateur étant lesdites informations. Dans la suite nous nous intéresserons au plan de contrôle réseau LTE.

### 2.4.2. La signalisation dans le réseau 4G

#### 2.4.2.1. Pile protocolaire LTE

En effet, LTE possède deux piles protocolaires : la première est pour la signalisation ou le contrôle, et la seconde pour les données utilisateur [14]. L'architecture et les couches du réseau LTE peuvent être résumées par les figures suivantes :

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure 6: Pile protocolaire LTE, plan de contrôle et plan utilisateur [16]</figcaption></figure>
Ces figures nous montrent un parallèle avec le modele OSI. Nous présentons dans la suite,
chacune des couches et son role dans la pile.

2.4.2.2. La couche NAS [16]

Cette couche est responsable de plusieurs tâches de contrôle comme :

* La gestion des entrées au réseau ;

• L'authentification ;

* La gestion de la mobilité ;

* Elle est responsable de la mise en place du porteur de données (Data bearer).

La sécurité de la transmission des données de signalisation est assurée par le système de
chiffrement et la protection de l’intégrité. Le transfert des messages de NAS depuis et vers les
UE est réalisé par la couche RRC (Radio Resource Control).

2.4.2.3. La couche RRC (Radio Resource Control) [16]

La couche RRC au niveau de l'eNodeB est responsable des opérations suivantes :

* La diffusion des informations du système ;

• La procédure de paging ;

* Elle prend les décisions de « handover » en se basant sur les informations d'UE sur les cellules voisines ;

* L'allocation des identifiants temporaires aux UE ;

* Elle assure le transfert du contexte de « handover » entre deux eNodeB à l'UE ;

* La configuration de la signalisation des bearers radio pour la connexion RRC ;

* Elle facilite les services MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service).

2.4.2.4. La couche PDCP (Packet Data Convergence Protocol)

La couche PDCP au plan utilisateur prend la charge d'assurer : la compression et la
décompression des entêtes IP liées aux données utilisateurs. Elle utilise ROHC (Robust Header
Compression) pour augmenter l'efficacité de la bande passante. Elle est aussi responsable du
chiffrement des données sur les deux plans (données et signalisation). Les messages de la
Ces figures nous montrent un parallèle avec le modele OSI. Nous présentons dans la suite,
chacune des couches et son role dans la pile.

2.4.2.2. La couche NAS [16]

Cette couche est responsable de plusieurs tâches de contrôle comme :

* La gestion des entrées au réseau ;

• L'authentification ;

* La gestion de la mobilité ;

* Elle est responsable de la mise en place du porteur de données (Data bearer).

La sécurité de la transmission des données de signalisation est assurée par le système de
chiffrement et la protection de l’intégrité. Le transfert des messages de NAS depuis et vers les
UE est réalisé par la couche RRC (Radio Resource Control).

2.4.2.3. La couche RRC (Radio Resource Control) [16]

La couche RRC au niveau de l'eNodeB est responsable des opérations suivantes :

* La diffusion des informations du système ;

• La procédure de paging ;

* Elle prend les décisions de « handover » en se basant sur les informations d'UE sur les cellules voisines ;

* L'allocation des identifiants temporaires aux UE ;

* Elle assure le transfert du contexte de « handover » entre deux eNodeB à l'UE ;

* La configuration de la signalisation des bearers radio pour la connexion RRC ;

* Elle facilite les services MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service).

2.4.2.4. La couche PDCP (Packet Data Convergence Protocol)

La couche PDCP au plan utilisateur prend la charge d'assurer : la compression et la
décompression des entêtes IP liées aux données utilisateurs. Elle utilise ROHC (Robust Header
Compression) pour augmenter l'efficacité de la bande passante. Elle est aussi responsable du
chiffrement des données sur les deux plans (données et signalisation). Les messages de la
couche NAS sont chiffrés deux fois, au niveau du MME et de l'eNodeB, puisqu'ils passent par
la couche RRC. Enfin, elle assure le transfert du SDU reçu du NAS vers la couche RLC et vice
versa. [17]

2.4.2.4.1. La couche RLC (Radio Link Control)

Cette couche est située au-dessous de la couche PDCP, son travail est de formater et de
transporter les données entre l'eNodeB et l'UE. Elle offre trois modes de fiabilité [14] :

* **AM (Acknowledged Mode)**, qui nécessite un acquittement. Ce mode est intéressant pour les applications tolérantes aux délais tels que le téléchargement de fichiers ;

* **UM (Unacknowledged Mode)** ne nécessite pas d'acquittement. Il convient aux applications à temps réel, comme le streaming vidéo ;

* **TM (Transparent Mode)** qui n'ajoute aucune des entêtes des couches supérieures, le paquet garde sa taille d'origine (PDU = SDU + entête PDCP). [18]

2.4.2.4.2. La couche MAC (Media Access Control)

Elle est parmi les couches les plus importantes du modèle. Elle assure le mappage des données entre les canaux logiques et les canaux de transport en utilisant une fonction de multiplexage de RLC. Au niveau de cette couche, les mesures de l'état du trafic et de la correction des erreurs sont assurées par la méthode de retransmission HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest). De plus, la couche MAC offre le service d'ordonnancement. [19]

2.4.2.4.3. La couche PHY [14]

Cette couche a comme tâche de :

* Assurer la détection des erreurs de transmission et la notification vers la couche supérieure ;

* Utiliser FEC (Forward Error Correction) du canal de transmission pour les fonctions de codage et de décodage ;

* Permettre le mappage des symboles codés avec les canaux physiques ;

* Assurer la modulation/démodulation ;

* Fournir la synchronisation des fréquences et de l'horloge ;

* Mesurer les caractéristiques radios et envoyer les indications aux couches supérieures ;
couche NAS sont chiffrés deux fois, au niveau du MME et de l'eNodeB, puisqu'ils passent par
la couche RRC. Enfin, elle assure le transfert du SDU reçu du NAS vers la couche RLC et vice
versa. [17]

2.4.2.4.1. La couche RLC (Radio Link Control)

Cette couche est située au-dessous de la couche PDCP, son travail est de formater et de
transporter les données entre l'eNodeB et l'UE. Elle offre trois modes de fiabilité [14] :

* **AM (Acknowledged Mode)**, qui nécessite un acquittement. Ce mode est intéressant pour les applications tolérantes aux délais tels que le téléchargement de fichiers ;

* **UM (Unacknowledged Mode)** ne nécessite pas d'acquittement. Il convient aux applications à temps réel, comme le streaming vidéo ;

* **TM (Transparent Mode)** qui n'ajoute aucune des entêtes des couches supérieures, le paquet garde sa taille d'origine (PDU = SDU + entête PDCP). [18]

2.4.2.4.2. La couche MAC (Media Access Control)

Elle est parmi les couches les plus importantes du modèle. Elle assure le mappage des données entre les canaux logiques et les canaux de transport en utilisant une fonction de multiplexage de RLC. Au niveau de cette couche, les mesures de l'état du trafic et de la correction des erreurs sont assurées par la méthode de retransmission HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest). De plus, la couche MAC offre le service d'ordonnancement. [19]

2.4.2.4.3. La couche PHY [14]

Cette couche a comme tâche de :

* Assurer la détection des erreurs de transmission et la notification vers la couche supérieure ;

* Utiliser FEC (Forward Error Correction) du canal de transmission pour les fonctions de codage et de décodage ;

* Permettre le mappage des symboles codés avec les canaux physiques ;

* Assurer la modulation/démodulation ;

* Fournir la synchronisation des fréquences et de l'horloge ;

* Mesurer les caractéristiques radios et envoyer les indications aux couches supérieures ;
* Être le support du MIMO (Multiple Input Multiple Output).

La couche physique utilise la technique OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) pour le flux descendant (eNodeB vers UE) et la technique SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) pour le flux montant. Elle offre aussi la possibilité d'utiliser trois modes de transmission : Full Duplex FDD (Frequency Division Duplex), Half Duplex FDD et TDD (Time Division Duplex).

# 3. LA TELEPHONIE SUR IP

## 3.1. Définition

La voix sur IP, ou « VoIP » pour « Voice over IP », est une technologie informatique qui permet de transmettre la voix sur des réseaux compatibles IP, via Internet ou des réseaux privés (intranets) ou publics, qu'ils soient filaires ( câble/ADSL/fibre optique) ou non (satellite, Wi-Fi et réseaux mobiles) [20], qui autrefois était transmise par le RTC.

## 3.2. Fonctionnement

La VoIP fonctionne par numérisation de la voix, décomposition puis envoi sous forme de paquets IP, puis par reconversion des paquets en voix à l'arrivée. Le format numérique est plus facile à contrôler, il peut être compressé, routé et converti en un nouveau format meilleur. Il est bien plus tolérant au bruit que l'analogique. La pile protocolaire TCP/IP est ainsi la pierre angulaire de ce moyen de communication. La notion de protocole de communication au niveau de la couche application de ladite pile devient fondamentale. La Figure 7 illustre les éléments constituant un réseau téléphonique basé sur la VoIP.
* Être le support du MIMO (Multiple Input Multiple Output).

La couche physique utilise la technique OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) pour le flux descendant (eNodeB vers UE) et la technique SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) pour le flux montant. Elle offre aussi la possibilité d'utiliser trois modes de transmission : Full Duplex FDD (Frequency Division Duplex), Half Duplex FDD et TDD (Time Division Duplex).

# 3. LA TELEPHONIE SUR IP

## 3.1. Définition

La voix sur IP, ou « VoIP » pour « Voice over IP », est une technologie informatique qui permet de transmettre la voix sur des réseaux compatibles IP, via Internet ou des réseaux privés (intranets) ou publics, qu'ils soient filaires ( câble/ADSL/fibre optique) ou non (satellite, Wi-Fi et réseaux mobiles) [20], qui autrefois était transmise par le RTC.

## 3.2. Fonctionnement

La VoIP fonctionne par numérisation de la voix, décomposition puis envoi sous forme de paquets IP, puis par reconversion des paquets en voix à l'arrivée. Le format numérique est plus facile à contrôler, il peut être compressé, routé et converti en un nouveau format meilleur. Il est bien plus tolérant au bruit que l'analogique. La pile protocolaire TCP/IP est ainsi la pierre angulaire de ce moyen de communication. La notion de protocole de communication au niveau de la couche application de ladite pile devient fondamentale. La Figure 7 illustre les éléments constituant un réseau téléphonique basé sur la VoIP.
<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Figure 7: Système VoIP standard [21]</figcaption></figure>

Nous pouvons observer plusieurs éléments que nous présentons plus en détail.

### 3.2.1. Le PBX (Private Branch Exchange) [21]

Un système IPBX (PBX sur IP) est la composante centrale de la plupart des standards VoIP. Le serveur IPBX est similaire à un serveur proxy. Les softphones ou téléphones matériels, s'enregistrent sur le serveur et quand ils souhaitent passer des appels téléphoniques, ils demandent au PBX d'établir la connexion.

### 3.2.2. Le réseau de l'entreprise [21]

Il s'agit du réseau local de l'entreprise, via lequel les ordinateurs sur lesquels sont installés des clients SIP tels que des softphones, et les téléphones IP, se connectent directement à l'IPBX.

### 3.2.3. Le routeur/pare-feu de l'entreprise [21]

Il se connecte à Internet et de là, il peut se connecter aux extensions distantes. Les extensions distantes incluent les ordinateurs personnels qui utilisent des softphones du PBX, des téléphone IP distants, des appareils portables avec les applications Android ou iOS, ou d'autres PBX connectés via ponts. Le routeur peut aussi se connecter au réseau RTC si un opérateur de VoIP est utilisé.
<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Figure 7: Système VoIP standard [21]</figcaption></figure>

Nous pouvons observer plusieurs éléments que nous présentons plus en détail.

### 3.2.1. Le PBX (Private Branch Exchange) [21]

Un système IPBX (PBX sur IP) est la composante centrale de la plupart des standards VoIP. Le serveur IPBX est similaire à un serveur proxy. Les softphones ou téléphones matériels, s'enregistrent sur le serveur et quand ils souhaitent passer des appels téléphoniques, ils demandent au PBX d'établir la connexion.

### 3.2.2. Le réseau de l'entreprise [21]

Il s'agit du réseau local de l'entreprise, via lequel les ordinateurs sur lesquels sont installés des clients SIP tels que des softphones, et les téléphones IP, se connectent directement à l'IPBX.

### 3.2.3. Le routeur/pare-feu de l'entreprise [21]

Il se connecte à Internet et de là, il peut se connecter aux extensions distantes. Les extensions distantes incluent les ordinateurs personnels qui utilisent des softphones du PBX, des téléphone IP distants, des appareils portables avec les applications Android ou iOS, ou d'autres PBX connectés via ponts. Le routeur peut aussi se connecter au réseau RTC si un opérateur de VoIP est utilisé.
### 3.2.4. Passerelle VoIP

Une passerelle VoIP connecte le PBX directement au réseau RTC pour que vous puissiez continuer à passer des appels et à répondre à des appels entrants depuis des lignes analogiques. Une fois l'aspect matériel des systèmes de VoIP présenté, montrons à présent son aspect protocolaire.

## 3.3. Protocoles utilisés dans la VoIP

On en compte plusieurs, mais deux principaux dont SIP et H.323.

### 3.3.1. H.323

H.323 regroupe un ensemble de protocoles de communication de la voix, de l'image et de données sur IP. C'est un protocole développé par l'UIT-T qui le définit comme : « systèmes de communication multimédia en mode paquet ». La première version est publiée en novembre 1996 et l'actuelle date de 2009. Il est dérivé du protocole H.320, utilisé sur RNIS, (Réseau Numérique à Intégration de Services ISDN en anglais) [22].

#### 3.3.1.1. Architecture et composants d'un système H.323 [23]

La Figure 8 présente l'architecture d'un système H.323 complet et ses composants.

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure 8: Architecture d'un système H.323 [23]</figcaption></figure>

On peut citer :

* Les terminaux H.323 : Ce sont des téléphones IP, des smartphones, ou même un combiné téléphonique à condition d'implémenter au minimum la norme de compression de la voix G.711.
### 3.2.4. Passerelle VoIP

Une passerelle VoIP connecte le PBX directement au réseau RTC pour que vous puissiez continuer à passer des appels et à répondre à des appels entrants depuis des lignes analogiques. Une fois l'aspect matériel des systèmes de VoIP présenté, montrons à présent son aspect protocolaire.

## 3.3. Protocoles utilisés dans la VoIP

On en compte plusieurs, mais deux principaux dont SIP et H.323.

### 3.3.1. H.323

H.323 regroupe un ensemble de protocoles de communication de la voix, de l'image et de données sur IP. C'est un protocole développé par l'UIT-T qui le définit comme : « systèmes de communication multimédia en mode paquet ». La première version est publiée en novembre 1996 et l'actuelle date de 2009. Il est dérivé du protocole H.320, utilisé sur RNIS, (Réseau Numérique à Intégration de Services ISDN en anglais) [22].

#### 3.3.1.1. Architecture et composants d'un système H.323 [23]

La Figure 8 présente l'architecture d'un système H.323 complet et ses composants.

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Figure 8: Architecture d'un système H.323 [23]</figcaption></figure>

On peut citer :

* Les terminaux H.323 : Ce sont des téléphones IP, des smartphones, ou même un combiné téléphonique à condition d'implémenter au minimum la norme de compression de la voix G.711.
* **La gateway H.323** : elle assure l'interconnexion du réseau IP/H.323 avec d'autres réseaux comme le RTC ou RNIS, par la translation de formats de transmission.

* **MCU (Multipoint Control Unit)** : ils offrent aux utilisateurs la possibilité de faire des visioconférences à trois terminaux et plus en « présence continue» ou en «activation à la voix». Une MCU consiste en un Contrôleur Multipoint (MC), auquel est rajouté un ou plusieurs Processeurs Multipoints (MP). Le MC prend en charge les négociations H.245 entre tous les terminaux pour harmoniser les paramètres audio et vidéo de chacun. Il contrôle également les ressources utilisées et plusieurs MP distribués sur le réseau et faisant partie d'autres MCU. [24]

* **Gatekeeper** : c'est le point d'entrée au réseau pour un client H.323. Il définit une zone sur le réseau, appelée zone H.323, regroupant plusieurs terminaux, Gateways et MCU dont il gère le trafic, le routage LAN, et l'allocation de la bande passante. Les clients ou les Gateway s'enregistrent auprès du Gatekeeper dès l'activation de celui-ci, ce qui leur permet de retrouver n'importe quel autre utilisateur à travers son identifiant fixe obtenu auprès de son Gatekeeper de rattachement [24].
* **La gateway H.323** : elle assure l'interconnexion du réseau IP/H.323 avec d'autres réseaux comme le RTC ou RNIS, par la translation de formats de transmission.

* **MCU (Multipoint Control Unit)** : ils offrent aux utilisateurs la possibilité de faire des visioconférences à trois terminaux et plus en « présence continue» ou en «activation à la voix». Une MCU consiste en un Contrôleur Multipoint (MC), auquel est rajouté un ou plusieurs Processeurs Multipoints (MP). Le MC prend en charge les négociations H.245 entre tous les terminaux pour harmoniser les paramètres audio et vidéo de chacun. Il contrôle également les ressources utilisées et plusieurs MP distribués sur le réseau et faisant partie d'autres MCU. [24]

* **Gatekeeper** : c'est le point d'entrée au réseau pour un client H.323. Il définit une zone sur le réseau, appelée zone H.323, regroupant plusieurs terminaux, Gateways et MCU dont il gère le trafic, le routage LAN, et l'allocation de la bande passante. Les clients ou les Gateway s'enregistrent auprès du Gatekeeper dès l'activation de celui-ci, ce qui leur permet de retrouver n'importe quel autre utilisateur à travers son identifiant fixe obtenu auprès de son Gatekeeper de rattachement [24].
3.3.1.2. Signalisation H.323 [25]

La Figure 9 présente, le flow complet de
communications, pour un appel H.323. Il se fait
en 4 étapes :

*   **SETUP** : le terminal appelant s'enregistre auprès du gatekeeper et fait une demande de connexion avec la destination. Une fois que la destination reçoit le message, le terminal s'enregistre de la même manière que la source, et renvoie la sonnerie à l'appelant. Enfin, il envoie le message CONNECT pour indiquer que le lien est établi.

*   **CONTROL SIGNALLING** : cette phase consiste à un échange de messages pour définir le contexte de la communication.

*   **AUDIO** : Les terminaux communiquent en s'envoyant des données voix via le protocole RTP.

*   **RELEASE** : L'une des deux parties interrompt l'appel, et les deux terminaux se désenregistrent.

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Figure 9: Processus d'un appel H.323 [25]</figcaption></figure>

Dans la suite nous présentons le protocole SIP.

3.3.2. SIP (Session Initiation Protocol)

Le protocole SIP (Session Initiation Protocol) a été initié par le groupe MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) en 1999 et est désormais repris et maintenu par l'IETF en tant que RFC 3261. SIP est un protocole de signalisation appartenant à la couche
3.3.1.2. Signalisation H.323 [25]

La Figure 9 présente, le flow complet de
communications, pour un appel H.323. Il se fait
en 4 étapes :

*   **SETUP** : le terminal appelant s'enregistre auprès du gatekeeper et fait une demande de connexion avec la destination. Une fois que la destination reçoit le message, le terminal s'enregistre de la même manière que la source, et renvoie la sonnerie à l'appelant. Enfin, il envoie le message CONNECT pour indiquer que le lien est établi.

* **CONTROL SIGNALLING** : cette phase consiste à un échange de messages pour définir le contexte de la communication.

* **AUDIO** : Les terminaux communiquent en s'envoyant des données voix via le protocole RTP.

* **RELEASE** : L'une des deux parties interrompt l'appel, et les deux terminaux se désenregistrent.

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Figure 9: Processus d'un appel H.323 [25]</figcaption></figure>

Dans la suite nous présentons le protocole SIP.

3.3.2. SIP (Session Initiation Protocol)

Le protocole SIP (Session Initiation Protocol) a été initié par le groupe MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) en 1999 et est désormais repris et maintenu par l'IETF en tant que RFC 3261. SIP est un protocole de signalisation appartenant à la couche
application du modèle OSI. Son rôle est d'ouvrir, modifier et libérer les sessions. L'ouverture de ces sessions permet de réaliser de l'audio ou vidéoconférence, de l'enseignement à distance, de la voix (téléphonie) et de la diffusion multimédia sur IP essentiellement.

### 3.3.2.1. Fonctionnement global de SIP [26]

SIP fonctionne aussi bien avec IPv4 qu'avec IPv6. SIP est supporté par TCP ou UDP sur le port 5060 par défaut. La version sécurisée SIP-TLS utilise par défaut le port TCP 5061.
SIP prend en charge cinq facettes de l'établissement et de la terminaison de communications multimédia :

* **Localisation de l'utilisateur** : détermination du système terminal à utiliser pour la communication ;

* **Disponibilité de l'utilisateur** : détermination de la volonté de l'appelé à s'engager dans une communication ;

* **Capacités de l'utilisateur** : détermination du support et des paramètres de support à utiliser ;

* **Etablissement de session** : "sonnerie", établissement des paramètres de session à la fois chez l'appelant et l'appelé ;

* **Gestion de session** : y compris le transfert et la terminaison des sessions, la modification des paramètres de session, et l'invocation des services.

La notion de numéro de téléphone est présente dans SIP. Elle porte le nom de URI (Uniform Resource Identifier) et est formatté comme suit :

$$ \text{SIP URI} = \textit{sip:x@y:Port} \quad x=\text{nom d'utilisateur et y=hôte (domaine ou IP)} $$

### 3.3.2.2. Architecture et composants d'un système SIP

On distingue plusieurs rôles logiques dans un système SIP. Dont :

* **Les Users Agents (UA)** : ce sont les extrémités du système, on a le client SIP ou User Agent Client (UAC) qui fait des requêtes d'enregistrement au serveur SIP ou User Agent Server (UAS) qui rejettent acceptent, rejettent ou redirigent celles-ci.
application du modèle OSI. Son rôle est d'ouvrir, modifier et libérer les sessions. L'ouverture de ces sessions permet de réaliser de l'audio ou vidéoconférence, de l'enseignement à distance, de la voix (téléphonie) et de la diffusion multimédia sur IP essentiellement.

### 3.3.2.1. Fonctionnement global de SIP [26]

SIP fonctionne aussi bien avec IPv4 qu'avec IPv6. SIP est supporté par TCP ou UDP sur le port 5060 par défaut. La version sécurisée SIP-TLS utilise par défaut le port TCP 5061.
SIP prend en charge cinq facettes de l'établissement et de la terminaison de communications multimédia :

* **Localisation de l'utilisateur** : détermination du système terminal à utiliser pour la communication ;

* **Disponibilité de l'utilisateur** : détermination de la volonté de l'appelé à s'engager dans une communication ;

* **Capacités de l'utilisateur** : détermination du support et des paramètres de support à utiliser ;

* **Etablissement de session** : "sonnerie", établissement des paramètres de session à la fois chez l'appelant et l'appelé ;

* **Gestion de session** : y compris le transfert et la terminaison des sessions, la modification des paramètres de session, et l'invocation des services.

La notion de numéro de téléphone est présente dans SIP. Elle porte le nom de URI (Uniform Resource Identifier) et est formatté comme suit :

$$ \text{SIP URI} = \text{sip:x@y:Port} \quad x=\text{nom d'utilisateur et y=hôte (domaine ou IP)} $$

### 3.3.2.2. Architecture et composants d'un système SIP

On distingue plusieurs rôles logiques dans un système SIP. Dont :

* **Les Users Agents (UA)** : ce sont les extrémités du système, on a le client SIP ou User Agent Client (UAC) qui fait des requêtes d'enregistrement au serveur SIP ou User Agent Server (UAS) qui rejettent acceptent, rejettent ou redirigent celles-ci.
* **Les proxy ou serveurs mandataires** : ce sont des intermédiaires qui agissent à la fois comme des clients et des serveurs.

* **Les serveurs de redirection** : qui redirige le client par des réponses.

* **B2BUA - Back-to-Back User Agent** : est une entité logique entre des UA qui reçoit une requête et la traite comme UAS. Afin de déterminer comment il devrait répondre à la requête, il agit comme un UAC vers l'UAS final et génère lui-même des requêtes.

* **REGISTRAR Server** : gère les requêtes REGISTER envoyées par les Users Agents pour signaler leur emplacement courant.

* **SBC - Session Border Controller** : est placé comme élément intermédiaire pour rendre des services entre les UA et les serveurs SIP en matière de sécurité, de camouflage de topologie, de filtrage ou encore de chiffrement du trafic.

* **Les Gateways (passerelles)** : sont des entités logiques qui sont capables d'établir des liaisons vers des destinations non-IP notamment les réseaux PSTN.

### 3.3.2.3. Requêtes SIP [26]

Le client envoie des requêtes au serveur ; serveur qui, en retour, lui renvoie une réponse.
Les méthodes de base (RFC 3261) comprises dans ces requêtes sont :

* **INVITE** : permet à un client de demander une nouvelle session,

* **ACK** : confirme l'établissement de la session,

* **CANCEL** : annule un INVITE en suspens,

* **BYE** : termine une session en cours,

* **OPTIONS** : permet de récupérer les capacités de gestion des usagers, sans ouvrir de session,

* **REGISTER** : permet de s'enregistrer auprès d'un serveur d'enregistrement.

D'autres méthodes existent et sont spécifiées dans les autres RFC relatives à SIP. A chacune des requêtes effectuées par un client SIP, correspondra une réponse conformément à la situation.
* **Les proxy ou serveurs mandataires** : ce sont des intermédiaires qui agissent à la fois comme des clients et des serveurs.

* **Les serveurs de redirection** : qui redirige le client par des réponses.

* **B2BUA - Back-to-Back User Agent** : est une entité logique entre des UA qui reçoit une requête et la traite comme UAS. Afin de déterminer comment il devrait répondre à la requête, il agit comme un UAC vers l'UAS final et génère lui-même des requêtes.

* **REGISTRAR Server** : gère les requêtes REGISTER envoyées par les Users Agents pour signaler leur emplacement courant.

* **SBC - Session Border Controller** : est placé comme élément intermédiaire pour rendre des services entre les UA et les serveurs SIP en matière de sécurité, de camouflage de topologie, de filtrage ou encore de chiffrement du trafic.

* **Les Gateways (passerelles)** : sont des entités logiques qui sont capables d'établir des liaisons vers des destinations non-IP notamment les réseaux PSTN.

### 3.3.2.3. Requêtes SIP [26]

Le client envoie des requêtes au serveur ; serveur qui, en retour, lui renvoie une réponse.
Les méthodes de base (RFC 3261) comprises dans ces requêtes sont :

* **INVITE** : permet à un client de demander une nouvelle session,

* **ACK** : confirme l'établissement de la session,

* **CANCEL** : annule un INVITE en suspens,

* **BYE** : termine une session en cours,

* **OPTIONS** : permet de récupérer les capacités de gestion des usagers, sans ouvrir de session,

* **REGISTER** : permet de s'enregistrer auprès d'un serveur d'enregistrement.

D'autres méthodes existent et sont spécifiées dans les autres RFC relatives à SIP. A chacune des requêtes effectuées par un client SIP, correspondra une réponse conformément à la situation.
### 3.3.2.4. Réponses SIP ou status code [26]

Selon les contextes une réponse est attendue après chaque requête SIP. Les réponses possibles sont similaires aux réponses HTTP. Dans le meilleur des cas on obtient un 200 OK.
On distingue six catégories de status code :

* **Provisional (1xx)** : La requête est reçue et est en cours de traitement.

* **Success (2xx)** : L'action a été reçue, comprise et acceptée avec succès.

* **Redirection (3xx)** : Une action supplémentaire doit être prise (par l'appelant) pour compléter la requête.

* **Client Error (4xx)** : La requête comporte une mauvaise syntaxe et ne peut être prise en charge par le serveur.

* **Server Error (5xx)** : Le serveur a échoué remplir une requête apparemment valide.

* **Global Failure (6xx)** : La requête ne peut être prise en charge par aucun serveur.

### 3.3.2.5. Processus d'un appel SIP

La Figure 10 présente la signalisation et le trafic (RTP) d'un appel SIP complet avec l'ensemble des requêtes et réponses.

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Figure 10: Processus d'un appel SIP [26]</figcaption></figure>

1. Une requête **INVITE** est envoyée à un serveur proxy pour initier une session.
### 3.3.2.4. Réponses SIP ou status code [26]

Selon les contextes une réponse est attendue après chaque requête SIP. Les réponses possibles sont similaires aux réponses HTTP. Dans le meilleur des cas on obtient un 200 OK.
On distingue six catégories de status code :

* **Provisional (1xx)** : La requête est reçue et est en cours de traitement.

* **Success (2xx)** : L'action a été reçue, comprise et acceptée avec succès.

* **Redirection (3xx)** : Une action supplémentaire doit être prise (par l'appelant) pour compléter la requête.

* **Client Error (4xx)** : La requête comporte une mauvaise syntaxe et ne peut être prise en charge par le serveur.

* **Server Error (5xx)** : Le serveur a échoué remplir une requête apparemment valide.

* **Global Failure (6xx)** : La requête ne peut être prise en charge par aucun serveur.

### 3.3.2.5. Processus d'un appel SIP

La Figure 10 présente la signalisation et le trafic (RTP) d'un appel SIP complet avec l'ensemble des requêtes et réponses.

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Figure 10: Processus d'un appel SIP [26]</figcaption></figure>

1. Une requête INVITE est envoyée à un serveur proxy pour initier une session.
2. Le serveur proxy envoie immédiatement une réponse **100 Trying** à l'appelant (Alice) pour arrêter les retransmissions de la demande **INVITE**.

3. Le serveur proxy recherche l'adresse de Boris dans le serveur de localisation. Après avoir obtenu l'adresse, il transmet la demande **INVITE**.

4. Ensuite, **180 Ringing** (réponses provisoires) est générée par Boris est renvoyée à Alice.

5. Une réponse **200 OK** est générée peu après que Boris ait décroché le téléphone.

6. Boris reçoit un **ACK** de la part d'Alice, une fois qu'il a reçu **200 OK**.

7. En même temps, la session est établie et les paquets RTP (conversations) commencent à circuler des deux côtés.

### 3.3.3. Comparaison SIP et H.323

Bien que le protocole H.323 et le protocole SIP proposent deux ensembles de structures de systèmes téléphoniques IP, ils poursuivent les mêmes objectifs. Ils sont indépendants l'un de l'autre. Un seul à la fois peut être sélectionné dans une implémentation. Le Tableau 2 synthétise la comparaison entre les deux protocoles.

<table><caption>Tableau 2: Comparaison entre SIP et H.323 [27]</caption><thead><tr><td></td><td>SIP</td><td>H323</td></tr></thead><tbody><tr><td>Nombre échanges pour établir la connexion</td><td>1,5 aller-retour</td><td>6 à 7 aller-retour</td></tr><tr><td>Maintenance du code protocolaire</td><td>Simple par sa nature textuelle à l'exemple de HTTP</td><td>Complexe et nécessitant un compilateur</td></tr><tr><td>Evolution du protocole</td><td>Protocole ouvert à de nouvelles fonctions</td><td>Ajout d'extensions propriétaires sans concertation entre vendeurs</td></tr><tr><td>Méyhode de codage</td><td>Plus complexe utilise le codage ASN1</td><td>Utilise n'importe quel type de protocole de codec</td></tr><tr><td>Fonction de conférence</td><td>Distribuée</td><td>Centralisée par l'unité MC</td></tr><tr><td>Fiabilité</td><td>Moins élevée</td><td>Très élévée</td></tr><tr><td>Capacité de traitement</td><td>Très accrue</td><td>Réduite</td></tr><tr><td>Signalisation multicast</td><td>Oui, par défaut</td><td>Non</td></tr></tbody></table>
2. Le serveur proxy envoie immédiatement une réponse **100 Trying** à l'appelant (Alice) pour arrêter les retransmissions de la demande **INVITE**.

3. Le serveur proxy recherche l'adresse de Boris dans le serveur de localisation. Après avoir obtenu l'adresse, il transmet la demande **INVITE**.

4. Ensuite, **180 Ringing** (réponses provisoires) est générée par Boris est renvoyée à Alice.

5. Une réponse **200 OK** est générée peu après que Boris ait décroché le téléphone.

6. Boris reçoit un **ACK** de la part d'Alice, une fois qu'il a reçu **200 OK**.

7. En même temps, la session est établie et les paquets RTP (conversations) commencent à circuler des deux côtés.

### 3.3.3. Comparaison SIP et H.323

Bien que le protocole H.323 et le protocole SIP proposent deux ensembles de structures de systèmes téléphoniques IP, ils poursuivent les mêmes objectifs. Ils sont indépendants l'un de l'autre. Un seul à la fois peut être sélectionné dans une implémentation. Le Tableau 2 synthétise la comparaison entre les deux protocoles.

<table><caption>Tableau 2: Comparaison entre SIP et H.323 [27]</caption><thead><tr><th></th><th>SIP</th><th>H323</th></tr></thead><tbody><tr><td>Nombre échanges pour établir la connexion</td><td>1,5 aller-retour</td><td>6 à 7 aller-retour</td></tr><tr><td>Maintenance du code protocolaire</td><td>Simple par sa nature textuelle à l'exemple de HTTP</td><td>Complexe et nécessitant un compilateur</td></tr><tr><td>Evolution du protocole</td><td>Protocole ouvert à de nouvelles fonctions</td><td>Ajout d'extensions propriétaires sans concertation entre vendeurs</td></tr><tr><td>Méyhode de codage</td><td>Plus complexe utilise le codage ASN1</td><td>Utilise n'importe quel type de protocole de codec</td></tr><tr><td>Fonction de conférence</td><td>Distribuée</td><td>Centralisée par l'unité MC</td></tr><tr><td>Fiabilité</td><td>Moins élevée</td><td>Très élévée</td></tr><tr><td>Capacité de traitement</td><td>Très accrue</td><td>Réduite</td></tr><tr><td>Signalisation multicast</td><td>Oui, par défaut</td><td>Non</td></tr></tbody></table>
Ainsi présentés nous avons tous les éléments nécessaires au sujet des réseaux mobiles utiles
pour notre étude de la fraude à la SIMBox que nous présenterons ensuite.

4. LA FRAUDE A LA SIM BOX

Notre travail sur la SIMBox est basé sur une étude menée par Anne Josiane Kouam
dans [28], qui a investigué sur les méthodes et stratégies de fraude à la SIMBox, les méthodes
de détection et fait une projection dans les prochaines années de l'évolution du marché de la
fraude à la SIMBox. Nous allons nous focaliser sur le principe de la fraude, les architectures
de SIMBox et les stratégies associées.

4.1. Généralités sur l'écosystème des réseaux mobiles.

Le secteur des télécommunications étant devenu très florissant ces dernières années, le nombre de méthodes de fraude a également augmenté. Il existe un écosystème complet autour duquel évolue le secteur de la téléphonie. On distingue :

* Les réseaux cellulaires : qui proposent les services de téléphonie et d'internet

* Les opérateurs de VoIP : qui acheminent le trafic voix sous forme de paquets

* Les utilisateurs finaux : qui profitent des services fournis

* Les organes de régulation : qui définissent la règlementation de la fourniture de services à l'échelle nationale.

* International carriers : ce sont des entités qui peuvent être étatiques ou bien privées dont la fonction est de router du trafic international émanant d'une source vers une destination, moyennant une commission.

La Figure 11 nous montre comment se déroule la facturation (cash-flow) dans le cas d'un appel international réussi sans influence d'une quelconque fraude.
Ainsi présentés nous avons tous les éléments nécessaires au sujet des réseaux mobiles utiles
pour notre étude de la fraude à la SIMBox que nous présenterons ensuite.

4. LA FRAUDE A LA SIM BOX

Notre travail sur la SIMBox est basé sur une étude menée par Anne Josiane Kouam
dans [28], qui a investigué sur les méthodes et stratégies de fraude à la SIMBox, les méthodes
de détection et fait une projection dans les prochaines années de l'évolution du marché de la
fraude à la SIMBox. Nous allons nous focaliser sur le principe de la fraude, les architectures
de SIMBox et les stratégies associées.

4.1. Généralités sur l'écosystème des réseaux mobiles.

Le secteur des télécommunications étant devenu très florissant ces dernières années, le nombre de méthodes de fraude a également augmenté. Il existe un écosystème complet autour duquel évolue le secteur de la téléphonie. On distingue :

* Les réseaux cellulaires : qui proposent les services de téléphonie et d'internet

* Les opérateurs de VoIP : qui acheminent le trafic voix sous forme de paquets

* Les utilisateurs finaux : qui profitent des services fournis

* Les organes de régulation : qui définissent la règlementation de la fourniture de services à l'échelle nationale.

* **International carriers** : ce sont des entités qui peuvent être étatiques ou bien privées dont la fonction est de router du trafic international émanant d'une source vers une destination, moyennant une commission.

La Figure 11 nous montre comment se déroule la facturation (cash-flow) dans le cas d'un appel international réussi sans influence d'une quelconque fraude.
<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Figure 11 : Cash-flow dans le cas d'un appel international entre opérateurs [28]</figcaption></figure>

## 4.2. Principe de la fraude à la SIM box

### 4.2.1. Techniques de fraude à la SIM box [28]

La fraude à la SIMBox consiste à détourner le trafic d'appel des routes conventionnelles vers le réseau VoIP en utilisant des passerelles appropriées. Son schéma peut être décomposé en quatre étapes, résumées dans la Figure 12.

1. Un appel (mobile ou fixe) est émis d'un pays à l'autre et transite par des routes réglementées jusqu'à un *carrier* frauduleux.

2. L'opérateur frauduleux utilise une passerelle VoIP pour acheminer le trafic à travers le réseau VoIP vers un pays où les partenaires des fraudeurs ont une SIMBox, et le trafic est reçu au niveau de la SIMBox (manipulation du routage des appels).

3. La SIMBox reconvertit le trafic VoIP en un appel mobile en utilisant une carte SIM comme origine de l'appel.
<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Figure 11 : Cash-flow dans le cas d'un appel international entre opérateurs [28]</figcaption></figure>

## 4.2. Principe de la fraude à la SIM box

### 4.2.1. Techniques de fraude à la SIM box [28]

La fraude à la SIMBox consiste à détourner le trafic d'appel des routes conventionnelles vers le réseau VoIP en utilisant des passerelles appropriées. Son schéma peut être décomposé en quatre étapes, résumées dans la Figure 12.

1. Un appel (mobile ou fixe) est émis d'un pays à l'autre et transite par des routes réglementées jusqu'à un *carrier* frauduleux.

2. L'opérateur frauduleux utilise une passerelle VoIP pour acheminer le trafic à travers le réseau VoIP vers un pays où les partenaires des fraudeurs ont une SIMBox, et le trafic est reçu au niveau de la SIMBox (manipulation du routage des appels).

3. La SIMBox reconvertit le trafic VoIP en un appel mobile en utilisant une carte SIM comme origine de l'appel.
4) L'appel émis par la SIMBox est acheminé jusqu'au destinataire de l'appel. L'appel transite par l'opérateur local fournissant le réseau de la carte SIM utilisée par la SIMBox.

Pour que la quatrième étape puisse être réalisée, les fraudeurs ont besoin d'un grand nombre de cartes SIM appartenant à l'opérateur cible. Les fraudeurs disposent de divers moyens :

* Obtenues illégalement par vol ou clonage (superimposed fraud [29] ; [30])

* Par usurpation de comptes existants (subscription fraud [31]).

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Figure 12 : Call flow dans un scénario de fraude à la SIMBox [28]</figcaption></figure>

4.2.2. Source de revenu des fraudeurs

La principale motivation de la fraude au SIMBox est d'ordre financier. Les fraudeurs visent à obtenir une part de la facturation des appels internationaux : les frais de terminaison. Plus ils sont coûteux, plus c'est intéressant pour les fraudeurs. Pour gagner de l'argent de cette activité, les fraudeurs s'insèrent dans l'itinéraire de terminaison du trafic vocal

<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Figure 13: Diagramme d'intrusions possibles dans le routage d'un appel international. [28]</figcaption></figure>
4) L'appel émis par la SIMBox est acheminé jusqu'au destinataire de l'appel. L'appel transite par l'opérateur local fournissant le réseau de la carte SIM utilisée par la SIMBox.

Pour que la quatrième étape puisse être réalisée, les fraudeurs ont besoin d'un grand nombre de cartes SIM appartenant à l'opérateur cible. Les fraudeurs disposent de divers moyens :

* Obtenues illégalement par vol ou clonage (superimposed fraud [29] ; [30])

* Par usurpation de comptes existants (subscription fraud [31]).

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Figure 12 : Call flow dans un scénario de fraude à la SIMBox [28]</figcaption></figure>

### 4.2.2. Source de revenu des fraudeurs

La principale motivation de la fraude au SIMBox est d'ordre financier. Les fraudeurs visent à obtenir une part de la facturation des appels internationaux : les frais de terminaison. Plus ils sont coûteux, plus c'est intéressant pour les fraudeurs. Pour gagner de l'argent de cette activité, les fraudeurs s'insèrent dans l'itinéraire de terminaison du trafic vocal

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>Figure 13: Diagramme d'intrusions possibles dans le routage d'un appel international. [28]</figcaption></figure>
afin de détourner l'itinéraire conventionnel et de percevoir les frais correspondants. Cela peut
se faire soit à l'origine de l'appel, en incitant les abonnés à ne pas envoyer le trafic à leur
opérateur mais à leur envoyer directement le trafic, ou quelque part sur l'itinéraire de l'appel en
tant que carrier frauduleux. Dans les deux cas, le comportement typique des fraudeurs est de
prétendre pouvoir acheminer des appels à des coûts suffisamment bas pour intéresser leur
public.

Dans la Figure 13, Les cercles rouges représentent les acteurs frauduleux. Les cercles bleus représentent les acteurs qui pourraient être usurpés.

Les fraudeurs utilisent une technique appelée *number range hijacking* qui consiste pour des
carriers frauduleux de proposer des coûts très faibles pour une plage de numéros de téléphone
de destination. Cela pousse les opérateurs à utiliser ceux-ci. Cela est facilité car :

* Il n'existe pas de mécanisme d'authentification directe d'un possesseur d'une plage de numéros.

* Les accords de partenariats entre carriers ne sont pas toujours optimisés.

4.3. Architecture de la SIM box

Il existe plusieurs manières de déployer la SIMBox dans un réseau cellulaire. Ces différentes architectures peuvent être résumées en un seul équipement ou alors distribuées, selon le matériel à disposition du fraudeur. La SIMBox peut être composée de trois équipements principaux : la GSM gateway, la SIMBank, le SIM Server.

4.3.1. La GSM Gateway [28] [32]

Cet équipement permet la terminaison d'appels depuis le réseau VoIP vers le réseau
cellulaire (2G, 3G,4G) et inversement. Il reçoit le trafic depuis un softswitch et assure son
routage dans le réseau cellulaire. Il est constitué de :

* GSM modules : qui est constitué de canaux responsables de l'établissement de la connexion avec le réseau cellulaire. Ces modules peuvent être compatibles pour d'autres standards (3G et 4G). Chaque canal possède son firmware et de ce fait un IMEI, l'identifiant comme équipement mobile.
afin de détourner l'itinéraire conventionnel et de percevoir les frais correspondants. Cela peut
se faire soit à l'origine de l'appel, en incitant les abonnés à ne pas envoyer le trafic à leur
opérateur mais à leur envoyer directement le trafic, ou quelque part sur l'itinéraire de l'appel en
tant que carrier frauduleux. Dans les deux cas, le comportement typique des fraudeurs est de
prétendre pouvoir acheminer des appels à des coûts suffisamment bas pour intéresser leur
public.

Dans la Figure 13, Les cercles rouges représentent les acteurs frauduleux. Les cercles bleus représentent les acteurs qui pourraient être usurpés.

Les fraudeurs utilisent une technique appelée *number range hijacking* qui consiste pour des
carriers frauduleux de proposer des coûts très faibles pour une plage de numéros de téléphone
de destination. Cela pousse les opérateurs à utiliser ceux-ci. Cela est facilité car :

* Il n'existe pas de mécanisme d'authentification directe d'un possesseur d'une plage de numéros.

* Les accords de partenariats entre carriers ne sont pas toujours optimisés.

## 4.3. Architecture de la SIM box

Il existe plusieurs manières de déployer la SIMBox dans un réseau cellulaire. Ces différentes architectures peuvent être résumées en un seul équipement ou alors distribuées, selon le matériel à disposition du fraudeur. La SIMBox peut être composée de trois équipements principaux : la GSM gateway, la SIMBank, le SIM Server.

### 4.3.1. La GSM Gateway [28] [32]

Cet équipement permet la terminaison d'appels depuis le réseau VoIP vers le réseau cellulaire (2G, 3G,4G) et inversement. Il reçoit le trafic depuis un softswitch et assure son routage dans le réseau cellulaire. Il est constitué de :

* **GSM modules** : qui est constitué de canaux responsables de l'établissement de la connexion avec le réseau cellulaire. Ces modules peuvent être compatibles pour d'autres standards (3G et 4G). Chaque canal possède son firmware et de ce fait un IMEI, l'identifiant comme équipement mobile.
* **SIM client** : qui est responsable de l'association entre carte SIM et canal. Il fait des requêtes au SIM Server pour lier un canal a une carte SIM dans le cas où ledit canal n'est pas encore lie. Une fois qu'ils sont lies ils constituent un *voice channel* et peuvent de ce fait faire des appels, SMS ou requêtes USSD

Un canal GSM est caractérisé par :

* **IMEI** qui identifie le canal comme un terminal mobile.

* **IMSI** de la carte SIM, s'il y en a.

* **Remaining call duration time** le temps de communication restant du canal.

* **Carrier**, l'opérateur de la carte SIM, s'il y en a.

* **Current base station ID (BST ID)** si le status est *mobile registered*.

* **Received Signal Strength Indicator (RSSI)** de la cellule actuelle.

* **Bit Error Rate**, le taux d'erreur binaire entre le module GSM et la station de base.

* **Answer-Seizure Ratio (ASR)**, le pourcentage d'appels décrochés.

* **Average Call Duration (ACD)**, la Moyenne des durées d'appels.

* **Post Dial Delay**, la durée entre l'initiation de l'appel et la sonnerie.

* **Status**, l'état du canal comme : *Idle*, quand le canal est inactif ; *Processing*, quand un appel est en train d'être établi ; *Alerting*, quand le téléphone destinataire sonne ; *Active*, quand l'appel est en cours ; and *Calling Waiting*, quand la gateway reçoit un appel pendant qu'elle est active dans un autre appel.

* **Idle time** indiquant le temps écoulé après le dernier appel.

La Figure 14, présente, un extrait de l'interface graphique d'une GSM gateway.

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Figure 14: Sommaire des caractéristiques d'une GSM gateway à quatre canaux, du constructeur HyberTone [32]</figcaption></figure>
* SIM client : qui est responsable de l'association entre carte SIM et canal. Il fait des requêtes au SIM Server pour lier un canal a une carte SIM dans le cas où ledit canal n'est pas encore lie. Une fois qu'ils sont lies ils constituent un *voice channel* et peuvent de ce fait faire des appels, SMS ou requêtes USSD

Un canal GSM est caractérisé par :

* IMEI qui identifie le canal comme un terminal mobile.

* IMSI de la carte SIM, s'il y en a.

* Remaining call duration time le temps de communication restant du canal.

* Carrier, l'opérateur de la carte SIM, s'il y en a.

* Current base station ID (BST ID) si le status est *mobile registered*.

* Received Signal Strength Indicator (RSSI) de la cellule actuelle.

* Bit Error Rate, le taux d'erreur binaire entre le module GSM et la station de base.

* Answer-Seizure Ratio (ASR), le pourcentage d'appels décrochés.

* Average Call Duration (ACD), la Moyenne des durées d'appels.

* Post Dial Delay, la durée entre l'initiation de l'appel et la sonnerie.

* Status, l'état du canal comme : Idle, quand le canal est inactif ; Processing, quand un appel est en train d'être établi ; Alerting, quand le téléphone destinataire sonne ; Active, quand l'appel est en cours ; and Calling Waiting, quand la gateway reçoit un appel pendant qu'elle est active dans un autre appel.

* Idle time indiquant le temps écoulé après le dernier appel.

La Figure 14, présente, un extrait de l'interface graphique d'une GSM gateway.

<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>Figure 14: Sommaire des caractéristiques d'une GSM gateway à quatre canaux, du constructeur HyberTone [32]</figcaption></figure>
Sur le plan physique la GSM gateway est un équipement possédant une ou plusieurs antennes pour communiquer sur la voie radio, un ou deux ports Ethernet pour la connexion à internet/intranet et sa configuration via une interface graphique. Il peut parfois posséder un port USB, et nécessairement une alimentation. La Figure 15 nous montre l'aspect physique d'une gateway.

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>Figure 15: Apparence physique d'une GSM gateway à huit canaux, du constructeur HyberTone [32]</figcaption></figure>

4.3.2. La SIM Bank [28]

Le rôle de la SIMBank est de contenir un ensemble de cartes SIM utilisées par le système pour l'acheminement des appels. La SIMBank n'est pas indispensable à l'architecture de la SIMBox car certains modèles de GSM gateway intègrent des emplacements de SIM. Cependant, contrairement aux GSM gateways, la SIMBank a l'avantage d'offrir une capacité d'opération à distance, ce qui facilite les tâches de gestion, minimise les dépenses de maintenance, et résout le problème de blocage de cartes SIM. On peut y mettre des cartes de SIM d'opérateurs différents et les connecter a des canaux de gateways situées à des lieux différents. Elle peut accueillir entre 32 [33] et 256 cartes SIM.

<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>Figure 16: Apparence physique d'une SIMBank 32 slots, HyberTone [33]</figcaption></figure>
Sur le plan physique la GSM gateway est un équipement possédant une ou plusieurs antennes
pour communiquer sur la voie radio, un ou deux ports Ethernet pour la connexion à
internet/intranet et sa configuration via une interface graphique. Il peut parfois posséder un port
USB, et nécessairement une alimentation. La Figure 15 nous montre l'aspect physique d'une
gateway.

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>Figure 15: Apparence physique d'une GSM gateway à huit canaux, du constructeur HyberTone [32]</figcaption></figure>

4.3.2. La SIM Bank [28]

Le rôle de la SIMBank est de contenir un ensemble de cartes SIM utilisées par le système pour l'acheminement des appels. La SIMBank n'est pas indispensable à l'architecture de la SIMBox car certains modèles de GSM gateway intègrent des emplacements de SIM. Cependant, contrairement aux GSM gateways, la SIMBank a l'avantage d'offrir une capacité d'opération à distance, ce qui facilite les tâches de gestion, minimise les dépenses de maintenance, et résout le problème de blocage de cartes SIM. On peut y mettre des cartes de SIM d'opérateurs différents et les connecter a des canaux de gateways situées à des lieux différents. Elle peut accueillir entre 32 [33] et 256 cartes SIM.

<figure><img src="image_25.png" /><figcaption>Figure 16: Apparence physique d'une SIMBank 32 slots, HyberTone [33]</figcaption></figure>
La SIMBank a deux parties essentielles :

* **SIM Manager** : qui gère les SIM slots (emplacements de carte SIM)

* **Control Server** : qui permet d'interconnecter la SIM Bank avec des gateways et faire des mappages entre SIM slot et canaux de GSM gateway.

Elle a deux modes de fonctionnement principaux :

* **En serveur** : dans ce cas elle joue le point de connexion de toutes les gateways, et peut leur distribuer ses cartes SIM. L'inconvénient majeur de ce mode est la limitation du nombre de cartes SIM. En effet on ne peut pas avoir plus de canaux connectés que le nombre de SIM slots. (Figure 17.a)

* **En client** : dans ce cas la SIMBank est passive, et se connecte au SIM serveur qui gère les cartes SIM. Dans cette configuration on peut avoir plusieurs SIMBank pour plusieurs gateways. (Figure 17.b)

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>Figure 17: Les deux modes de fonctionnement de la SIMBank [33]</figcaption></figure>

4.3.3. Le SIM Server [28]

Le SIM Server est l'équipement central de l'architecture comme le montre la Figure 17.b. Il est basé sur un système linux ainsi et d'un système de base de données. Il peut être installé localement ou alors dans un serveur dans le cloud. Il a 3 principaux rôles :
La SIMBank a deux parties essentielles :

* **SIM Manager** : qui gère les SIM slots (emplacements de carte SIM)

* **Control Server** : qui permet d'interconnecter la SIM Bank avec des gateways et faire des mappages entre SIM slot et canaux de GSM gateway.

Elle a deux modes de fonctionnement principaux :

* **En serveur** : dans ce cas elle joue le point de connexion de toutes les gateways, et peut leur distribuer ses cartes SIM. L'inconvénient majeur de ce mode est la limitation du nombre de cartes SIM. En effet on ne peut pas avoir plus de canaux connectés que le nombre de SIM slots. (Figure 17.a)

* **En client** : dans ce cas la SIMBank est passive, et se connecte au SIM serveur qui gère les cartes SIM. Dans cette configuration on peut avoir plusieurs SIMBank pour plusieurs gateways. (Figure 17.b)

<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>Figure 17: Les deux modes de fonctionnement de la SIMBank [33]</figcaption></figure>

### 4.3.3. Le SIM Server [28]

Le SIM Server est l'équipement central de l'architecture comme le montre la Figure 17.b. Il est basé sur un système linux ainsi et d'un système de base de données. Il peut être installé localement ou alors dans un serveur dans le cloud. Il a 3 principaux rôles :
* **Rôle 1** : Il permet de visualiser et de configurer l'ensemble des équipements principaux de l'architecture. Il conserve les données (configurations, statistiques, journal, etc.) dans une base de données. Il communique avec une interface graphique accessible à distance via un navigateur.

* **Rôle 2** : Il met en place les voice channels pour le routage des appels en faisant des associations entre cartes SIM et les modules GSM des gateways distantes. Ces liens sont établis de façon continue qu'il y ait appel ou non. Il existe deux manières de créer de tels groupes :
  * Les canaux GSM en *GSM groups* et les cartes SIM en *SIM groups* créés par l'administrateur : Un *GSM group* est un ensemble de canaux GSM appartenant à différents voice servers mais partageant la même configuration. Le nom de groupe doit être unique. Il en va de même pour les SIM groups respectivement. Ainsi l'administrateur fait des liens entre GSM groups et SIM groups de manière à ce que les cartes SIM dans un groupe ne peuvent s'associer qu'a des canaux GSM dans le GSM group associée.
  * Les liens sont faits sur la base d'un *scheduling group* : qui inclue plusieurs cartes SIM et canaux GSM. Un scheduling group implique que les SIM slots et canaux GSM channels en son sein peuvent être dynamiquement liés selon les règles d'ordonnancement du groupe.

* **Rôle 3** : il réalise le routage du trafic VoIP aux gateways GSM via un softswitch. Le softswitch connecte le système avec le réseau VoIP externe et reçoit du trafic d'appel SIP ou H.323. Dans ce but, pendant la configuration des gateway GSM, des comptes SIP sont créés et enregistrés au niveau du softswitch (fonctionnant comme un serveur SIP) qui envoie du trafic a chaque compte. Ainsi il y a plusieurs possibilités :

* (i) **Config by Line** : Un seul compte pour chaque canal GSM du système, et le trafic est directement envoyé à chaque gateway sans ambiguïté ;

* (ii) **Single server mode** : Un seul compte pour tous les canaux GSM du système ou plusieurs comptes pour des groupes de canaux GSM ;

* (iii) **Trunk gateway mode** : Aucun compte créé et de ce fait la gateway utilise des trunks SIP pour recevoir des appels VoIP.
* **Rôle 1** : Il permet de visualiser et de configurer l'ensemble des équipements principaux de l'architecture. Il conserve les données (configurations, statistiques, journal, etc.) dans une base de données. Il communique avec une interface graphique accessible à distance via un navigateur.

* **Rôle 2** : Il met en place les voice channels pour le routage des appels en faisant des associations entre cartes SIM et les modules GSM des gateways distantes. Ces liens sont établis de façon continue qu'il y ait appel ou non. Il existe deux manières de créer de tels groupes :
  * Les canaux GSM en *GSM groups* et les cartes SIM en *SIM groups* créés par l'administrateur : Un *GSM group* est un ensemble de canaux GSM appartenant à différents voice servers mais partageant la même configuration. Le nom de groupe doit être unique. Il en va de même pour les SIM groups respectivement. Ainsi l'administrateur fait des liens entre GSM groups et SIM groups de manière à ce que les cartes SIM dans un groupe ne peuvent s'associer qu'a des canaux GSM dans le GSM group associée.
  * Les liens sont faits sur la base d'un *scheduling group* : qui inclue plusieurs cartes SIM et canaux GSM. Un scheduling group implique que les SIM slots et canaux GSM channels en son sein peuvent être dynamiquement liés selon les règles d'ordonnancement du groupe.

* **Rôle 3** : il réalise le routage du trafic VoIP aux gateways GSM via un softswitch. Le softswitch connecte le système avec le réseau VoIP externe et reçoit du trafic d'appel SIP ou H.323. Dans ce but, pendant la configuration des gateway GSM, des comptes SIP sont créés et enregistrés au niveau du softswitch (fonctionnant comme un serveur SIP) qui envoie du trafic a chaque compte. Ainsi il y a plusieurs possibilités :

* (i) **Config by Line** : Un seul compte pour chaque canal GSM du système, et le trafic est directement envoyé à chaque gateway sans ambiguïté ;

* (ii) **Single server mode** : Un seul compte pour tous les canaux GSM du système ou plusieurs comptes pour des groupes de canaux GSM ;

* (iii) **Trunk gateway mode** : Aucun compte créé et de ce fait la gateway utilise des trunks SIP pour recevoir des appels VoIP.
La deuxième option est la plus utilisée car elle est moins coûteuse que la première. Mais il faut définir des algorithmes pour le choix du canal qui terminera l'appel. On distingue :

* **In-Turn** : Le trafic est envoyé au premier canal disponible.

* **Balance** : Le trafic est envoyé au canal qui a le moins communiqué.

* **Sequence** : le trafic est acheminé par canal vocal ascendant.

* **Random** : le voice channel est choisi au hasard parmi les canaux disponibles.

On peut également faire du routage intelligent en associant des préfixes dans la configuration des canaux GSM. Par exemple en ajoutant le préfixe +237, ce canal terminera les appels à destination du Cameroun. Dans la suite nous présentons les méthodes de déploiement de la SIMBox.

### 4.3.4. Interactions et déploiement d'une architecture complète

#### 4.3.4.1. Interactions entre équipements de la SIMBox [28]

Dans cette partie nous présentons un scénario complet des communications de la SIMBox, consigné dans la Figure 18.

(1) Un appel vient du réseau VoIP externe vers le softswitch.

(2) Le commutateur logiciel envoie la demande de routage de l'appel au serveur de contrôle.

(3) Après le traitement de la demande (qui comprend des règles anti-spam), le serveur de contrôle répond avec la route appropriée (voice channel), le cas échéant. Dans le cas contraire, l'appel est abandonné. Le canal vocal est choisi en fonction de la politique définie dans le rôle 3 du serveur de contrôle (Page 32).

(4) Le softswitch achemine l'appel vers le voice server du voice channel sélectionné.

(5) Le voice channel termine l'appel vers le réseau cellulaire.

(6) Enfin, la connexion de l'appel est terminée.

(0) En tant qu'étape préalable, les canaux vocaux sont continuellement créés dans le système par les requêtes des SIM clients au serveur :

a. Lorsqu'un SIM client demande une carte SIM pour un canal GSM libéré, le serveur de contrôle recherche parmi les cartes SIM (par exemple, les SIM groups liés à son GSM group).
La deuxième option est la plus utilisée car elle est moins coûteuse que la première. Mais il faut définir des algorithmes pour le choix du canal qui terminera l'appel. On distingue :

* **In-Turn** : Le trafic est envoyé au premier canal disponible.

* **Balance** : Le trafic est envoyé au canal qui a le moins communiqué.

* **Sequence** : le trafic est acheminé par canal vocal ascendant.

* **Random** : le voice channel est choisi au hasard parmi les canaux disponibles.

On peut également faire du routage intelligent en associant des préfixes dans la configuration des canaux GSM. Par exemple en ajoutant le préfixe +237, ce canal terminera les appels à destination du Cameroun. Dans la suite nous présentons les méthodes de déploiement de la SIMBox.

### 4.3.4. Interactions et déploiement d'une architecture complète

#### 4.3.4.1. Interactions entre équipements de la SIMBox [28]

Dans cette partie nous présentons un scénario complet des communications de la SIMBox, consigné dans la Figure 18.

(1) Un appel vient du réseau VoIP externe vers le softswitch.

(2) Le commutateur logiciel envoie la demande de routage de l'appel au serveur de contrôle.

(3) Après le traitement de la demande (qui comprend des règles anti-spam), le serveur de contrôle répond avec la route appropriée (voice channel), le cas échéant. Dans le cas contraire, l'appel est abandonné. Le canal vocal est choisi en fonction de la politique définie dans le rôle 3 du serveur de contrôle (Page 32).

(4) Le softswitch achemine l'appel vers le voice server du voice channel sélectionné.

(5) Le voice channel termine l'appel vers le réseau cellulaire.

(6) Enfin, la connexion de l'appel est terminée.

(0) En tant qu'étape préalable, les canaux vocaux sont continuellement créés dans le système par les requêtes des SIM clients au serveur :

a. Lorsqu'un SIM client demande une carte SIM pour un canal GSM libéré, le serveur de contrôle recherche parmi les cartes SIM (par exemple, les SIM groups liés à son GSM group).
b. Ces cartes SIM sont ordonnées selon un critère permettant d'assurer la rotation des cartes SIM. Selon ce critère, la première carte SIM est choisie pour le canal GSM et des vérifications sont effectuées. Le serveur de contrôle vérifie la disponibilité de la carte SIM en fonction de ses paramètres de limitation d'activité (limitation de temps ou de crédit de communication). Si la carte SIM est indisponible, la carte SIM suivante est sélectionnée, et la même vérification est effectuée jusqu'à ce qu'une carte SIM appropriée soit trouvée.

c. Le serveur de contrôle vérifie ensuite si la carte SIM sélectionnée peut être connectée au canal GSM selon les configurations de sélection du canal GSM de la carte SIM pour la migration (page 38). Le serveur de contrôle choisit la première carte SIM qui valide les deux contrôles. Si aucune carte SIM ne valide, la procédure de création de voice channel est annulée et peut être reprise ultérieurement.

<figure><img src="image_25.png" /><figcaption>Figure 18: Diagramme de communication de la SIMBox : call-flow d'un appel [28]</figcaption></figure>

4.3.4.2. Disposition géoraphique nécessaire

En pratique, l'installation de ces différents composants dans le contexte d'une activité
de terminaison d'appels dans un pays commence par le choix des différents emplacements des
GSM gateways. Ces emplacements doivent être des lieux très fréquentés tels que les centres-
villes, les immeubles de grande hauteur au centre du marché, les quartiers des gares, les zones
de marché, les quartiers résidentiels denses ou les call-centers. Les endroits très fréquentés
b. Ces cartes SIM sont ordonnées selon un critère permettant d'assurer la rotation des cartes SIM. Selon ce critère, la première carte SIM est choisie pour le canal GSM et des vérifications sont effectuées. Le serveur de contrôle vérifie la disponibilité de la carte SIM en fonction de ses paramètres de limitation d'activité (limitation de temps ou de crédit de communication). Si la carte SIM est indisponible, la carte SIM suivante est sélectionnée, et la même vérification est effectuée jusqu'à ce qu'une carte SIM appropriée soit trouvée.

c. Le serveur de contrôle vérifie ensuite si la carte SIM sélectionnée peut être connectée au canal GSM selon les configurations de sélection du canal GSM de la carte SIM pour la migration (page 38). Le serveur de contrôle choisit la première carte SIM qui valide les deux contrôles. Si aucune carte SIM ne valide, la procédure de création de voice channel est annulée et peut être reprise ultérieurement.

<figure><img src="image_27.png" /><figcaption>Figure 18: Diagramme de communication de la SIMBox : call-flow d'un appel [28]</figcaption></figure>

4.3.4.2. Disposition géoraphique nécessaire

En pratique, l'installation de ces différents composants dans le contexte d'une activité
de terminaison d'appels dans un pays commence par le choix des différents emplacements des
GSM gateways. Ces emplacements doivent être des lieux très fréquentés tels que les centres-
villes, les immeubles de grande hauteur au centre du marché, les quartiers des gares, les zones
de marché, les quartiers résidentiels denses ou les call-centers. Les endroits très fréquentés
permettent de camoufler les appels SIMBox par les flux massifs d'appels effectués dans ces
zones.

Une fois la première condition remplie, les GSM gateways doivent être installées dans des lieux avec une alimentation stable et un accès à Internet à bon débit. Ces gateways sont ensuite connectées au système par des adresses publiques obtenues par NAT. D'autre part, la ou les SIMBank du système peuvent être situées n'importe où dans le pays cible ou même à l'étranger.

Dans l'architecture Hybertone, par exemple, l'environnement réseau entre le SIM Server, les SIMBank et les GSM gateways doit respecter :

* Un taux de retard de paquets de moins de 300ms

* Perte de paquets inférieure à 1%.

* La largeur de bande du réseau requise dépend du nombre de cartes SIM utilisées simultanément. Elle est à son maximum de 11Kbps lors d'un enregistrement d'une GSM gateway.

Ainsi il est préférable d'avoir des SIMBank situées à l'endroit où réside l'administrateur du système afin qu'il puisse facilement ajouter ou retirer une carte SIM du système, si nécessaire. Le SIM Server, comme mentionné ci-dessus, est généralement hébergé sur un serveur privé, et son interface de visualisation et de configuration est accessible via un navigateur internet. Enfin, les softswitches qui émettent le trafic VoIP vers le système sont gérés par des partenaires frauduleux qui détournent le trafic et l'envoient conformément à un contrat prédéfini.

## 4.4. Stratégies de fraude à la SIM Box [28]

Les opérateurs sont suffisamment outillés pour inférer un comportement très proche de celui d'une SIMBox (appels à des heures improbables, trafic trop élevé, sédentarité etc...) et de bloquer lesdites SIM. Les nouveaux modèles de SIMBox permettent donc de déjouer la vigilance des opérateurs en simulant le comportement humain. Cet ensemble méthodes est appelé Human Behaviour Simulation (HBS). Dans cette partie nous présentons ses différentes déclinaisons.
permettent de camoufler les appels SIMBox par les flux massifs d'appels effectués dans ces
zones.

Une fois la première condition remplie, les GSM gateways doivent être installées dans des lieux avec une alimentation stable et un accès à Internet à bon débit. Ces gateways sont ensuite connectées au système par des adresses publiques obtenues par NAT. D'autre part, la ou les SIMBank du système peuvent être situées n'importe où dans le pays cible ou même à l'étranger.

Dans l'architecture Hybertone, par exemple, l'environnement réseau entre le SIM Server, les SIMBank et les GSM gateways doit respecter :

* Un taux de retard de paquets de moins de 300ms

* Perte de paquets inférieure à 1%.

* La largeur de bande du réseau requise dépend du nombre de cartes SIM utilisées simultanément. Elle est à son maximum de 11Kbps lors d'un enregistrement d'une GSM gateway.

Ainsi il est préférable d'avoir des SIMBank situées à l'endroit où réside l'administrateur du système afin qu'il puisse facilement ajouter ou retirer une carte SIM du système, si nécessaire. Le SIM Server, comme mentionné ci-dessus, est généralement hébergé sur un serveur privé, et son interface de visualisation et de configuration est accessible via un navigateur internet. Enfin, les softswitches qui émettent le trafic VoIP vers le système sont gérés par des partenaires frauduleux qui détournent le trafic et l'envoient conformément à un contrat prédéfini.

## 4.4. Stratégies de fraude à la SIM Box [28]

Les opérateurs sont suffisamment outillés pour inférer un comportement très proche de celui d'une SIMBox (appels à des heures improbables, trafic trop élevé, sédentarité etc...) et de bloquer lesdites SIM. Les nouveaux modèles de SIMBox permettent donc de déjouer la vigilance des opérateurs en simulant le comportement humain. Cet ensemble méthodes est appelé Human Behaviour Simulation (HBS). Dans cette partie nous présentons ses différentes déclinaisons.
4.4.1. Rotation de cartes SIM

La rotation de cartes SIM permet d'utiliser plusieurs cartes SIM dans un canal GSM.
Cela garantit la distribution du trafic de terminaison entre les cartes SIM du système,
empêchant ainsi qu'une carte SIM ou un petit groupe de cartes ne soient utilisées de manière
excessive pendant les heures de travail ou au-delà d'un certain seuil. Ainsi, les cartes SIM
fonctionneront pendant un nombre limité d'heures par jour, simulant ainsi le comportement de
clients réguliers. Le choix de la prochaine carte SIM à lier au canal GSM, peut déterminé par
les algorithmes suivants :

* La méthode *round-robin* ou *constant method* place toutes les cartes SIM disponibles dans une boucle et choisit les prochaines à utiliser, étape par étape.

* La méthode *random* choisit aléatoirement une carte SIM parmi celles disponibles (la carte SIM active exclue).

* La méthode *statistic based factor* choisit la prochaine SIM selon les valeurs croissantes ou décroissantes d'un facteur particulier (temps de parole restant des cartes SIM, durée cumulée d'appel, nombre total d'appels ou le nombre total de SMS)

* La méthode *statistic based factor per time period* suit le même principe que la précédente, à l'exception du fait que les facteurs sont agrégés par période de temps.

4.4.2. Limitation de l'activité des cartes SIM

Un autre moyen de simuler le comportement humain c'est de fixer des limites d'activité des cartes SIM. Les limitations configurées permettent de verrouiller les cartes SIM du système automatiquement de telle sorte que le déverrouillage ne se fasse que manuellement ou automatiquement après une période définie. Les limitations sont classées comme suit :

Classe 1 – *Parameters limitations* : De nombreux facteurs liés au comportement des cartes SIM en matière d'appels et de SMS. Ils sont déduits en termes de nombre d'occurrences, de nombre total ou de durée totale.

Classe 2 - *Parameters limitations per time unit* : Certains paramètres sont agrégés et mesurés par unité de temps (jour, semaine et mois).
4.4.1. Rotation de cartes SIM

La rotation de cartes SIM permet d'utiliser plusieurs cartes SIM dans un canal GSM.
Cela garantit la distribution du trafic de terminaison entre les cartes SIM du système,
empêchant ainsi qu'une carte SIM ou un petit groupe de cartes ne soient utilisées de manière
excessive pendant les heures de travail ou au-delà d'un certain seuil. Ainsi, les cartes SIM
fonctionneront pendant un nombre limité d'heures par jour, simulant ainsi le comportement de
clients réguliers. Le choix de la prochaine carte SIM à lier au canal GSM, peut déterminé par
les algorithmes suivants :

* La méthode *round-robin* ou *constant method* place toutes les cartes SIM disponibles dans une boucle et choisit les prochaines à utiliser, étape par étape.

* La méthode *random* choisit aléatoirement une carte SIM parmi celles disponibles (la carte SIM active exclue).

* La méthode *statistic based factor* choisit la prochaine SIM selon les valeurs croissantes ou décroissantes d'un facteur particulier (temps de parole restant des cartes SIM, durée cumulée d'appel, nombre total d'appels ou le nombre total de SMS)

* La méthode *statistic based factor per time period* suit le même principe que la précédente, à l'exception du fait que les facteurs sont agrégés par période de temps.

4.4.2. Limitation de l'activité des cartes SIM

Un autre moyen de simuler le comportement humain c'est de fixer des limites d'activité des cartes SIM. Les limitations configurées permettent de verrouiller les cartes SIM du système automatiquement de telle sorte que le déverrouillage ne se fasse que manuellement ou automatiquement après une période définie. Les limitations sont classées comme suit :

Classe 1 – *Parameters limitations* : De nombreux facteurs liés au comportement des cartes SIM en matière d'appels et de SMS. Ils sont déduits en termes de nombre d'occurrences, de nombre total ou de durée totale.

Classe 2 - *Parameters limitations per time unit* : Certains paramètres sont agrégés et mesurés par unité de temps (jour, semaine et mois).
Classe 3 - *Time limitation* : Le système permet de fixer pour chaque carte SIM ou pour un groupe de cartes SIM, des périodes de travail, des temps de pause par jour ou des délais entre chaque utilisation. Pour certains systèmes, l'utilisateur peut sélectionner les jours de la semaine pendant lesquels une carte SIM ou un groupe de cartes SIM pourront fonctionner. Un groupe d'horaires par exemple, est caractérisé par deux propriétés nommées *reallocation interval* se rapportant au temps de travail et *sleep time* se rapportant à un temps de pause après chaque session de travail. Lorsque le temps de travail se termine, les cartes SIM et les canaux GSM annulent la liaison et se mettent dans un état d'hibernation. La durée de l'état d'hibernation est le sleep time.

4.4.3. Migration de cartes SIM

L'objectif de la migration de cartes SIM est de simuler la mobilité. En effet,
l'équipement SIMBox est immobile (comme indiqué précédemment, son installation nécessite
la mise en place d'un environnement favorable), ce qui ne correspond pas du tout au
comportement d'un client ordinaire car les humains se déplacent et peuvent passer des appels
à de nombreux endroits différents. Pour éviter d'être détectés, les SIMBox permettent de
simuler des déplacements de cartes SIM en migrant leurs liens avec les canaux GSM d'une
GSM gateway à l'autre (les GSM gateways étant situées à différents endroits de la ville).

Pour une carte SIM, le choix de la passerelle GSM à laquelle elle sera connectée s'effectue selon les méthodes suivantes :

*   **Manually fixed method** : l'administrateur peut spécifier manuellement une liaison entre une carte SIM spécifique et un canal GSM spécifique. Par conséquent, la liaison sera arrêtée soit lors de la désactivation de l'un des deux éléments (canal GSM ou emplacement de SIM), soit manuellement par l'administrateur.

*   Any except previous : une carte SIM peut s'enregistrer sur n'importe quel canal GSM, à l'exception d'une quantité déterminée des canaux précédents auxquels elle était liée. Le nombre de canaux GSM précédents est appelé profondeur de passerelle précédente (*previous gateway depth*).

*   Any except previous zone ID : Une carte SIM ne doit pas sélectionner un canal GSM ayant le même ID de zone que le canal GSM précédent. De cette façon, les
Classe 3 - *Time limitation* : Le système permet de fixer pour chaque carte SIM ou pour un groupe de cartes SIM, des périodes de travail, des temps de pause par jour ou des délais entre chaque utilisation. Pour certains systèmes, l'utilisateur peut sélectionner les jours de la semaine pendant lesquels une carte SIM ou un groupe de cartes SIM pourront fonctionner. Un groupe d'horaires par exemple, est caractérisé par deux propriétés nommées *reallocation interval* se rapportant au temps de travail et *sleep time* se rapportant à un temps de pause après chaque session de travail. Lorsque le temps de travail se termine, les cartes SIM et les canaux GSM annulent la liaison et se mettent dans un état d'hibernation. La durée de l'état d'hibernation est le sleep time.

4.4.3. Migration de cartes SIM

L'objectif de la migration de cartes SIM est de simuler la mobilité. En effet,
l'équipement SIMBox est immobile (comme indiqué précédemment, son installation nécessite
la mise en place d'un environnement favorable), ce qui ne correspond pas du tout au
comportement d'un client ordinaire car les humains se déplacent et peuvent passer des appels
à de nombreux endroits différents. Pour éviter d'être détectés, les SIMBox permettent de
simuler des déplacements de cartes SIM en migrant leurs liens avec les canaux GSM d'une
GSM gateway à l'autre (les GSM gateways étant situées à différents endroits de la ville).

Pour une carte SIM, le choix de la passerelle GSM à laquelle elle sera connectée s'effectue selon les méthodes suivantes :

*   *Manually fixed method* : l'administrateur peut spécifier manuellement une liaison entre une carte SIM spécifique et un canal GSM spécifique. Par conséquent, la liaison sera arrêtée soit lors de la désactivation de l'un des deux éléments (canal GSM ou emplacement de SIM), soit manuellement par l'administrateur.

*   Any except previous : une carte SIM peut s'enregistrer sur n'importe quel canal GSM, à l'exception d'une quantité déterminée des canaux précédents auxquels elle était liée. Le nombre de canaux GSM précédents est appelé profondeur de passerelle précédente (*previous gateway depth*).

*   Any except previous zone ID : Une carte SIM ne doit pas sélectionner un canal GSM ayant le même ID de zone que le canal GSM précédent. De cette façon, les
cartes SIM changent automatiquement de canal GSM et d'emplacement à chaque
réallocation.

* Any gateway : les cartes SIM s'enregistrent sur n'importe quelle gateway.

* *Specified order* : les cartes SIM s'enregistrent en fonction d'une liste de canaux GSM dont la séquence est définie. La liste comprend des canaux GSM sélectionnés parmi ceux disponibles et ordonnés selon une progression donnée définie par l'administrateur.

4.4.4. Changement/verrouillage de station de base

Cette méthode permet de reproduire les micro mouvements des humains dans les
cellules. En sélectionnant une station de base selon un critère, du point de vue de l'opérateur le
terminal portant ladite carte SIM, soit la SIMBox, se déplace. Les différents critères de choix
sont :

*   **Mode 1 – *Manually***: l'administrateur choisit la station de base à laquelle le canal GSM de la gateway se connectera ;

* Mode 2 – *Default* : le choix de la station de base se fait par défaut ;

*   Mode 3 – *Fixed* : il verrouille le canal GSM a une station de base spécifique ou le limite à un choix entre jusqu'à trois stations de base

*   Mode 4 – *Random* : la station de base est choisie aléatoirement mais selon les conditions, dont la puissance minimale du signal, la fréquence de changement de station de base, et selon si le système peut changer de station de base pendant un appel.

*   Mode 5 – *Poll*: Ce mode permet à l'appareil de passer à la station de base suivante d'une liste ordonnée à une fréquence spécifiée. Cette liste est appelée *polling list* des stations de base. Elle rassemble toutes les stations de base environnantes dans l'ordre décroissant de l'intensité de leur signal, tel qu'enregistré par le module GSM. Le *maximum polling channel* définit le nombre maximum de stations de base dans la polling list. L'intervalle de changement de canal établit la fréquence d'occurrence du changement de station de base. La valeur de la fréquence peut être choisie de manière aléatoire à chaque commutation, entre une fourchette définie par l'administrateur. Une liste blanche et une liste noire de stations de base peuvent être
cartes SIM changent automatiquement de canal GSM et d'emplacement à chaque
réallocation.

* Any gateway : les cartes SIM s'enregistrent sur n'importe quelle gateway.

* *Specified order* : les cartes SIM s'enregistrent en fonction d'une liste de canaux GSM dont la séquence est définie. La liste comprend des canaux GSM sélectionnés parmi ceux disponibles et ordonnés selon une progression donnée définie par l'administrateur.

4.4.4. Changement/ verrouillage de station de base

Cette méthode permet de reproduire les micro mouvements des humains dans les cellules. En sélectionnant une station de base selon un critère, du point de vue de l'opérateur le terminal portant ladite carte SIM, soit la SIMBox, se déplace. Les différents critères de choix sont :

* Mode 1 – *Manually* : l'administrateur choisit la station de base à laquelle le canal GSM de la gateway se connectera ;

• Mode 2 – *Default* : le choix de la station de base se fait par défaut ;

* Mode 3 – *Fixed* : il verrouille le canal GSM a une station de base spécifique ou le limite à un choix entre jusqu'à trois stations de base

* Mode 4 – *Random* : la station de base est choisie aléatoirement mais selon les conditions, dont la puissance minimale du signal, la fréquence de changement de station de base, et selon si le système peut changer de station de base pendant un appel.

* Mode 5 – *Poll* : Ce mode permet à l'appareil de passer à la station de base suivante d'une liste ordonnée à une fréquence spécifiée. Cette liste est appelée *polling list* des stations de base. Elle rassemble toutes les stations de base environnantes dans l'ordre décroissant de l'intensité de leur signal, tel qu'enregistré par le module GSM. Le *maximum polling channel* définit le nombre maximum de stations de base dans la polling list. L'intervalle de changement de canal établit la fréquence d'occurrence du changement de station de base. La valeur de la fréquence peut être choisie de manière aléatoire à chaque commutation, entre une fourchette définie par l'administrateur. Une liste blanche et une liste noire de stations de base peuvent être
éditées pour définir les stations de base qui vont être utilisées dans le polling et les
stations de base qui ne feront pas partie de la polling list respectivement ;

* Mode 6 – *Advanced* : Ce mode configure la commutation de station de base lors que le canal GSM, atteint une valeur limite, selon certains paramètres.

4.4.5. Changement d'IMEI

Une GSM gateway compte un IMEI par canal GSM. De ce fait, toutes les cartes SIM utilisées par un canal GSM correspondent à l'IMEI de ce canal GSM dans les CDR des opérateurs mobiles. C'est un moyen évident de détecter les SIMBox, car l'utilisation d'un grand nombre de cartes SIM dans un seul appareil mobile est assez inhabituel. La SIMBox offre la possibilité de définir un IMEI à n'importe quelle carte SIM utilisée pour surmonter cette faiblesse et simuler le comportement d'un client normal. Selon le fabricant de la SIMBox, les changements d'IMEI peuvent être effectués soit sur les canaux GSM ou pour chaque carte SIM.

Les changements liés au canal GSM peuvent être faits manuellement par l'administrateur ou
automatiquement. Dans ce dernier cas, l'IMEI est modifié selon :

* Une fréquence spécifiée (par défaut par heure et pas plus que toutes 10 minutes),

* Un seuil sur le nombre d'appels effectués par le canal (pas moins de 10) et chaque fois qu'une carte SIM change.

Les changements au niveau de la carte SIM sont soit manuels, soit automatiques.
Appliqués à un groupe préformé de cartes SIM selon l'un des schémas suivants : aléatoirement
ou basé sur un préfixe (similaire à l'aléatoire, mais avec un préfixe), basé sur le Type Allocation
Code (TAC qui est la partie initiale à huit chiffres de l'IMEI à 15 chiffres et de l'IMEISV à 16
chiffres utilisés pour identifier de manière unique les appareils sans fil), ou basé sur un registre
(le code IMEI complet provient d'une liste d'IMEI).

4.4.6. Utilisation d'autres services du réseau

L'utilisation principale des cartes SIM de SIMBox est de terminer le trafic voix par le
biais d'appels téléphoniques. C'est une faiblesse car les utilisateurs réguliers utilisent d'autres
services tels que les SMS, les commandes USSD et internet. Certaines SIMBox permettent
d'utiliser les services SMS/MMS ou l'Internet, et d'envoyer des commandes USSD, afin de
simuler ce comportement humain.
éditées pour définir les stations de base qui vont être utilisées dans le polling et les
stations de base qui ne feront pas partie de la polling list respectivement ;

* Mode 6 – *Advanced* : Ce mode configure la commutation de station de base lors que le canal GSM, atteint une valeur limite, selon certains paramètres.

4.4.5. Changement d'IMEI

Une GSM gateway compte un IMEI par canal GSM. De ce fait, toutes les cartes SIM utilisées par un canal GSM correspondent à l'IMEI de ce canal GSM dans les CDR des opérateurs mobiles. C'est un moyen évident de détecter les SIMBox, car l'utilisation d'un grand nombre de cartes SIM dans un seul appareil mobile est assez inhabituel. La SIMBox offre la possibilité de définir un IMEI à n'importe quelle carte SIM utilisée pour surmonter cette faiblesse et simuler le comportement d'un client normal. Selon le fabricant de la SIMBox, les changements d'IMEI peuvent être effectués soit sur les canaux GSM ou pour chaque carte SIM.

Les changements liés au canal GSM peuvent être faits manuellement par l'administrateur ou
automatiquement. Dans ce dernier cas, l'IMEI est modifié selon :

* Une fréquence spécifiée (par défaut par heure et pas plus que toutes 10 minutes),

* Un seuil sur le nombre d'appels effectués par le canal (pas moins de 10) et chaque fois qu'une carte SIM change.

Les changements au niveau de la carte SIM sont soit manuels, soit automatiques.
Appliqués à un groupe préformé de cartes SIM selon l'un des schémas suivants : aléatoirement
ou basé sur un préfixe (similaire à l'aléatoire, mais avec un préfixe), basé sur le Type Allocation
Code (TAC qui est la partie initiale à huit chiffres de l'IMEI à 15 chiffres et de l'IMEISV à 16
chiffres utilisés pour identifier de manière unique les appareils sans fil), ou basé sur un registre
(le code IMEI complet provient d'une liste d'IMEI).

4.4.6. Utilisation d'autres services du réseau

L'utilisation principale des cartes SIM de SIMBox est de terminer le trafic voix par le
biais d'appels téléphoniques. C'est une faiblesse car les utilisateurs réguliers utilisent d'autres
services tels que les SMS, les commandes USSD et internet. Certaines SIMBox permettent
d'utiliser les services SMS/MMS ou l'Internet, et d'envoyer des commandes USSD, afin de
simuler ce comportement humain.
4.4.7. List of family

Cette stratégie consiste à construire une famille virtuelle de contacts dans le réseau pour chaque carte SIM utilisée dans la SIMBox. En effet, les cartes SIM utilisées par le SIMBox effectuent plusieurs appels sortants vers un grand nombre de consommateurs de réseau non apparentés, dans le cadre de la terminaison du trafic vocal. Il s'agit d'un comportement anormal car la plupart des consommateurs réguliers n'appellent et reçoivent des appels d'un groupe restreint de consommateurs du réseau, appelé *list of family*, ou famille de contact qui, dans certains cas, passent également des appels entre eux. Par conséquent, certaines SIMBox offrent la possibilité d'échanger des SMS et du trafic vocal entre les différentes cartes SIM du système de sorte que ces cartes SIM constituent une list of family pour chacune d'entre elles. Les fonctions associées sont :

* SMS inter-sending : envoi automatique de messages entre membres

* Inter-calling : appels automatiques entre membres

4.4.8. Redirection d'appels

La fonction de transfert d'appel permet de transférer un appel destiné à une carte SIM utilisée dans la SIMBox vers un numéro spécifique afin qu'un complice humain puisse répondre à l'appel.

4.4.9. Autres fonctionnalités de la SIM Box

4.4.9.1. Anti-spam

C'est une méthode qui consiste à établir des listes afin de filtrer les appels. On peut en
configurer trois types :

* White list : les numéros autorisés à faire des appels sortants

* Grey list : les numéros autorisés à appeler mais moyennant certaines conditions

* Black list : les numéros qui ne peuvent faire d'appels sortants

4.4.9.2. Configuration des codecs pour la voix

Les configurations de la voix et des codecs utilisés par le système, peuvent améliorer la qualité de l'appel. Ceci est utile pour les fraudeurs car certaines méthodes de détection sont
4.4.7. List of family

Cette stratégie consiste à construire une famille virtuelle de contacts dans le réseau pour chaque carte SIM utilisée dans la SIMBox. En effet, les cartes SIM utilisées par le SIMBox effectuent plusieurs appels sortants vers un grand nombre de consommateurs de réseau non apparentés, dans le cadre de la terminaison du trafic vocal. Il s'agit d'un comportement anormal car la plupart des consommateurs réguliers n'appellent et reçoivent des appels d'un groupe restreint de consommateurs du réseau, appelé *list of family*, ou famille de contact qui, dans certains cas, passent également des appels entre eux. Par conséquent, certaines SIMBox offrent la possibilité d'échanger des SMS et du trafic vocal entre les différentes cartes SIM du système de sorte que ces cartes SIM constituent une list of family pour chacune d'entre elles. Les fonctions associées sont :

* SMS inter-sending : envoi automatique de messages entre membres

* Inter-calling : appels automatiques entre membres

4.4.8. Redirection d'appels

La fonction de transfert d'appel permet de transférer un appel destiné à une carte SIM utilisée dans la SIMBox vers un numéro spécifique afin qu'un complice humain puisse répondre à l'appel.

4.4.9. Autres fonctionnalités de la SIM Box

4.4.9.1. Anti-spam

C'est une méthode qui consiste à établir des listes afin de filtrer les appels. On peut en
configurer trois types :

* White list : les numéros autorisés à faire des appels sortants

* Grey list : les numéros autorisés à appeler mais moyennant certaines conditions

* Black list : les numéros qui ne peuvent faire d'appels sortants

4.4.9.2. Configuration des codecs pour la voix

Les configurations de la voix et des codecs utilisés par le système, peuvent améliorer la qualité de l'appel. Ceci est utile pour les fraudeurs car certaines méthodes de détection sont
basées sur l'identification des chutes de qualité des appels audio (pertes de paquets et gigue).
La SIMBox dispose d'une variété de codecs. L'utilisateur peut les activer et les ordonner en
fonction de ses préférences. Certains codecs sont : G.711 a-law, G.711 -law, G.723, G.723.1,
G.729, G.729-16, G.729-24, G.729-32, G.729-40, G.729A et G.729AB.

4.4.9.3. Gestion des CDR

La SIMBox fournit des CDR générés par son activité pour la gestion du trafic et de la comptabilité. Les CDR sont sauvegardés soit sur un disque externe, soit sur un serveur auquel il est possible de faire des requêtes. Les requêtes visent à obtenir des enregistrements CDR qui répondent à certaines conditions sur la durée de l'appel, les identifiants de l'appelant et de l'appelé, le début de l'appel, l'heure de fin d'appel et le type d'appel etc. Elles permettent aux fraudeurs d'identifier les cartes SIM/canaux GSM qui peuvent avoir un comportement suspect et ainsi affiner leur activité.

SYNTHÈSE

Dans cette partie, il a été question pour nous de vous présenter les réseaux mobiles dans leur fonctionnement global, d'une part et d'autre part de présenter la fraude à la SIMBox de façon sommaire. Nous constatons ainsi que la SIMBox est une méthode de fraude qui s'incorpore pratiquement parfaitement au réseau mobile et permet aux fraudeurs de tromper la vigilance des opérateurs dans la terminaison des appels.
basées sur l'identification des chutes de qualité des appels audio (pertes de paquets et gigue).
La SIMBox dispose d'une variété de codecs. L'utilisateur peut les activer et les ordonner en
fonction de ses préférences. Certains codecs sont : G.711 a-law, G.711 -law, G.723, G.723.1,
G.729, G.729-16, G.729-24, G.729-32, G.729-40, G.729A et G.729AB.

4.4.9.3. Gestion des CDR

La SIMBox fournit des CDR générés par son activité pour la gestion du trafic et de la comptabilité. Les CDR sont sauvegardés soit sur un disque externe, soit sur un serveur auquel il est possible de faire des requêtes. Les requêtes visent à obtenir des enregistrements CDR qui répondent à certaines conditions sur la durée de l'appel, les identifiants de l'appelant et de l'appelé, le début de l'appel, l'heure de fin d'appel et le type d'appel etc. Elles permettent aux fraudeurs d'identifier les cartes SIM/canaux GSM qui peuvent avoir un comportement suspect et ainsi affiner leur activité.

SYNTHÈSE

Dans cette partie, il a été question pour nous de vous présenter les réseaux mobiles dans leur fonctionnement global, d'une part et d'autre part de présenter la fraude à la SIMBox de façon sommaire. Nous constatons ainsi que la SIMBox est une méthode de fraude qui s'incorpore pratiquement parfaitement au réseau mobile et permet aux fraudeurs de tromper la vigilance des opérateurs dans la terminaison des appels.
# Partie 2: PROBLÉMATIQUE

## DESCRIPTION

Dans cette partie il sera question pour nous de présenter les différents challenges à relever par les opérateurs de réseau mobile par rapport à la fraude à la SIMBox et d'énoncer le problème que nous voulons résoudre dans notre travail.

## PLAN :

<table><tr><td>1.</td><td>Challenges pour les opérateurs de réseaux mobiles</td><td>44</td></tr><tr><td>1.1.</td><td>L'explosion du marché des télécommunications</td><td>44</td></tr><tr><td>1.2.</td><td>Les facteurs de prolifération de la fraude</td><td>44</td></tr><tr><td>1.3.</td><td>Evolution de la SIMBox</td><td>46</td></tr><tr><td>2.</td><td>Enoncé du problème</td><td>46</td></tr></table>

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en Télécommunications
# Partie 2: PROBLÉMATIQUE

## DESCRIPTION

Dans cette partie il sera question pour nous de présenter les différents challenges à relever par les opérateurs de réseau mobile par rapport à la fraude à la SIMBox et d'énoncer le problème que nous voulons résoudre dans notre travail.

## PLAN :

<table><tr><td>1.</td><td>Challenges pour les opérateurs de réseaux mobiles</td><td>44</td></tr><tr><td>1.1.</td><td>L'explosion du marché des télécommunications</td><td>44</td></tr><tr><td>1.2.</td><td>Les facteurs de prolifération de la fraude</td><td>44</td></tr><tr><td>1.3.</td><td>Evolution de la SIMBox</td><td>46</td></tr><tr><td>2.</td><td>Enoncé du problème</td><td>46</td></tr></table>

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Conception en Télécommunications
# 1. CHALLENGES POUR LES OPERATEURS DE RESEAUX MOBILES

Les opérateurs de téléphonie mobile font face à plusieurs challenges. On peut citer :

* L'explosion du marché des télécommunications ;

* La prolifération de la fraude à la SIMBox ;

* L'évolution de la fraude.

## 1.1. L'explosion du marché des télécommunications

Dans le monde, le nombre d'abonnés au réseau de télécommunications mobiles a subi une importante croissance passant de 2 Milliards d'abonnées en 2006 à environ 7.95 milliards d'abonnés en 2019 selon [34]. Une Augmentation qui témoigne le succès de ce secteur dans l'économie mondiale.

<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>Figure 19: Evolution du nombre d'abonnés mobile dans le monde sur la période 2006-2026 [34]</figcaption></figure>

Au Cameroun depuis 2007, nous constatons une augmentation vertigineuse du nombre d'abonnés au réseaux mobiles. Selon l'ART le Cameroun est passé de 4 Millions d'abonnés en 2007 à 14 Millions d'abonnés en 2013, pour atteindre 19,7 Millions d'abonnés en 2017. Cette croissance exponentielle du nombre d'abonnés contribue à la dissolution du trafic frauduleux parmi les utilisateurs réguliers.

## 1.2. Les facteurs de prolifération de la fraude

La fraude à la SIMBox cause des pertes importantes pour les opérateurs de télécommunications, et sa proportion est encore considérable au point où en 2019, plus de 80% des opérateurs de téléphonie mobile africains en ont été victimes [35]. La Communications
# 1. CHALLENGES POUR LES OPERATEURS DE RESEAUX MOBILES

Les opérateurs de téléphonie mobile font face à plusieurs challenges. On peut citer :

* L'explosion du marché des télécommunications ;

* La prolifération de la fraude à la SIMBox ;

* L'évolution de la fraude.

## 1.1. L'explosion du marché des télécommunications

Dans le monde, le nombre d'abonnés au réseau de télécommunications mobiles a subi une importante croissance passant de 2 Milliards d'abonnées en 2006 à environ 7.95 milliards d'abonnés en 2019 selon [34]. Une Augmentation qui témoigne le succès de ce secteur dans l'économie mondiale.

<figure><img src="image_28.png" /><figcaption>Figure 19: Evolution du nombre d'abonnés mobile dans le monde sur la période 2006-2026 [34]</figcaption></figure>

Au Cameroun depuis 2007, nous constatons une augmentation vertigineuse du nombre d'abonnés au réseaux mobiles. Selon l'ART le Cameroun est passé de 4 Millions d'abonnés en 2007 à 14 Millions d'abonnés en 2013, pour atteindre 19,7 Millions d'abonnés en 2017. Cette croissance exponentielle du nombre d'abonnés contribue à la dissolution du trafic frauduleux parmi les utilisateurs réguliers.

## 1.2. Les facteurs de prolifération de la fraude

La fraude à la SIMBox cause des pertes importantes pour les opérateurs de télécommunications, et sa proportion est encore considérable au point où en 2019, plus de 80% des opérateurs de téléphonie mobile africains en ont été victimes [35]. La Communications
Fraud Control Association (CFCA) réalise une enquête tous les deux ans, pour faire l'état de
la fraude chez les opérateurs. Dans cette étude pour le compte de la session de 2019, elle a
montré que les pertes mondiales dues à la fraude étaient estimées à **28,3 milliards de dollars (USD)**. Cela correspondait à **1,74 %** des revenus mondiaux estimés pour 2019 dans le secteur
des télécommunications dans le monde qui s'élevaient à **1,625 trillions de dollars USD** [2]. Il
s'agit d'une augmentation par rapport aux chiffres de 2017 de **1,27 %**. La fraude par
contournement (bypass fraud) dont fait partie la SIMBox, est classée 3e parmi les types de
fraudes et est responsable d'une perte de **2.71 milliards de dollars (USD)** [2]. Cela dû à des
facteurs à de nombreux facteurs dont, l'immense différence entre ITR et LTR, l'accès facile
aux cartes SIM prépayées, la corruption, la différence dans la réglementation des
télécommunications, que nous présenterons tour à tour.

1.2.1. L'immense différence entre International Termination Rates (ITRs) and Local Termination Rates (LTRs)

C'est le carburant de la fraude à la SIMBox. La terminaison d'un appel peut être
segmentée en trois parties, chacune impliquant un coût :

(1) La transmission nationale de l'appel depuis le terminal d'origine jusqu'à la passerelle internationale du pays d'origine,

(2) L'acheminement de l'appel depuis la passerelle internationale du pays d'origine vers le pays de destination,

(3) L'accès à l'infrastructure de l'opérateur mobile de destination pour la terminaison de l'appel, constituant par ailleurs le coût le plus important. Le Tableau 3 montre les destinations les plus intéressantes pour la terminaison d'appels.

<table><caption>Tableau 3: Top 5 des destinations pour la terminaison d'appels en Afrique [34]</caption><thead><tr><td>Country</td><td>Population</td><td>Mobile penetration</td><td>Local call rate</td></tr></thead><tbody><tr><td>1- Nigeria</td><td>203 million</td><td>75%</td><td>$0.042-$0.048</td></tr><tr><td>2- Côte d'Ivoire</td><td>25.9 million</td><td>128%</td><td>$0.1</td></tr><tr><td>3- Tanzania</td><td>58.9 million</td><td>90%</td><td>$0.12</td></tr><tr><td>4- Mali</td><td>19.9 million</td><td>91%</td><td>$0.17</td></tr><tr><td>5- Algeria</td><td>43.5 million</td><td>117%</td><td>$0.02-$0.22</td></tr></tbody></table>

1.2.2. Un accès facile aux cartes SIM prépayées

La fraude à la SIMBox nécessitant un grand nombre de cartes SIM, et surtout les
fraudeurs n'ayant pas envie que leurs informations personnelles soient découvertes, la carte
Fraud Control Association (CFCA) réalise une enquête tous les deux ans, pour faire l'état de
la fraude chez les opérateurs. Dans cette étude pour le compte de la session de 2019, elle a
montré que les pertes mondiales dues à la fraude étaient estimées à **28,3 milliards de dollars (USD)**. Cela correspondait à **1,74 %** des revenus mondiaux estimés pour 2019 dans le secteur
des télécommunications dans le monde qui s'élevaient à **1,625 trillions de dollars USD** [2]. Il
s'agit d'une augmentation par rapport aux chiffres de 2017 de **1,27 %**. La fraude par
contournement (bypass fraud) dont fait partie la SIMBox, est classée 3e parmi les types de
fraudes et est responsable d'une perte de **2.71 milliards de dollars (USD)** [2]. Cela dû à des
facteurs à de nombreux facteurs dont, l'immense différence entre ITR et LTR, l'accès facile
aux cartes SIM prépayées, la corruption, la différence dans la réglementation des
télécommunications, que nous présenterons tour à tour.

1.2.1. L'immense différence entre International Termination Rates (ITRs) and Local Termination Rates (LTRs)

C'est le carburant de la fraude à la SIMBox. La terminaison d'un appel peut être
segmentée en trois parties, chacune impliquant un coût :

(1) La transmission nationale de l'appel depuis le terminal d'origine jusqu'à la passerelle internationale du pays d'origine,

(2) L'acheminement de l'appel depuis la passerelle internationale du pays d'origine vers le pays de destination,

(3) L'accès à l'infrastructure de l'opérateur mobile de destination pour la terminaison de l'appel, constituant par ailleurs le coût le plus important. Le Tableau 3 montre les destinations les plus intéressantes pour la terminaison d'appels.

<table><caption>Tableau 3: Top 5 des destinations pour la terminaison d'appels en Afrique [34]</caption><thead><tr><td>Country</td><td>Population</td><td>Mobile penetration</td><td>Local call rate</td></tr></thead><tbody><tr><td>1- Nigeria</td><td>203 million</td><td>75%</td><td>$0.042-$0.048</td></tr><tr><td>2- Côte d'Ivoire</td><td>25.9 million</td><td>128%</td><td>$0.1</td></tr><tr><td>3- Tanzania</td><td>58.9 million</td><td>90%</td><td>$0.12</td></tr><tr><td>4- Mali</td><td>19.9 million</td><td>91%</td><td>$0.17</td></tr><tr><td>5- Algeria</td><td>43.5 million</td><td>117%</td><td>$0.02-$0.22</td></tr></tbody></table>

1.2.2. Un accès facile aux cartes SIM prépayées

La fraude à la SIMBox nécessitant un grand nombre de cartes SIM, et surtout les
fraudeurs n'ayant pas envie que leurs informations personnelles soient découvertes, la carte
SIM prépayée constitue le graal pour cette fraude. Cela car elle ne nécessite pas d'information
précise sur son possesseur avant utilisation. En effet, en moyenne, **94%** des abonnements
mobiles en Afrique sont prépayés, on en compte environ **80 %** au Moyen-Orient et **75%** dans
le monde [36].

1.2.3. La corruption dans l'industrie des télécommunications

L'écosystème de la fraude à la SIMBox ne se limite pas à l'aspect technique. En effet les fraudeurs utilisent d'autres moyens frauduleux pour rendre leur business plus efficace. En effet les fraudeurs les plus avertis gagnent suffisamment d'argent pour soudoyer autant le revendeur de cartes SIM en kiosque, que les responsables d'équipe au sein des opérateurs.

1.2.4. Les différences dans la règlementation des télécommunications

Les pays n'étant pas soumis à la même législation en termes de télécommunications,
les fraudeurs peuvent jouer sur ces failles pour se faire de l'argent. Notamment via les grey
routes. Ce sont des routes qui sont légales à l'un des deux bouts de la communication, et
illégales à l'autre. Leur utilisation massive permet aux fraudeurs d'éviter de payer des frais
supplémentaires.

1.3. Evolution de la SIMBox

D'après l'enquête de 2019 du CFCA, **73 %** des opérateurs ont déclaré que les pertes dues à la fraude avaient augmenté ou étaient restées les mêmes [37]. Cela témoigne de l'évolution des méthodes de fraude. Au fil du temps, la SIMBox étend ses limites matérielles pour fournir une plus grande capacité de terminaison et de nouvelles architectures. Les fonctionnalités existantes sont affinées pour ressembler de plus en plus au comportement humain, posant ainsi de réels problèmes dans la détection.

2. ENONCE DU PROBLEME

Actuellement dans le monde et plus spécifiquement en Afrique et au Moyen-Orient, la fraude à la SIMBox engendre de lourds manques à gagner chez les opérateurs de téléphonie mobile. Notre travail se résume donc à la problématique suivante :
SIM prépayée constitue le graal pour cette fraude. Cela car elle ne nécessite pas d'information
précise sur son possesseur avant utilisation. En effet, en moyenne, **94%** des abonnements
mobiles en Afrique sont prépayés, on en compte environ **80 %** au Moyen-Orient et **75%** dans
le monde [36].

1.2.3. La corruption dans l'industrie des télécommunications

L'écosystème de la fraude à la SIMBox ne se limite pas à l'aspect technique. En effet les fraudeurs utilisent d'autres moyens frauduleux pour rendre leur business plus efficace. En effet les fraudeurs les plus avertis gagnent suffisamment d'argent pour soudoyer autant le revendeur de cartes SIM en kiosque, que les responsables d'équipe au sein des opérateurs.

1.2.4. Les différences dans la règlementation des télécommunications

Les pays n'étant pas soumis à la même législation en termes de télécommunications,
les fraudeurs peuvent jouer sur ces failles pour se faire de l'argent. Notamment via les grey
routes. Ce sont des routes qui sont légales à l'un des deux bouts de la communication, et
illégales à l'autre. Leur utilisation massive permet aux fraudeurs d'éviter de payer des frais
supplémentaires.

1.3. Evolution de la SIMBox

D'après l'enquête de 2019 du CFCA, **73 %** des opérateurs ont déclaré que les pertes dues à la fraude avaient augmenté ou étaient restées les mêmes [37]. Cela témoigne de l'évolution des méthodes de fraude. Au fil du temps, la SIMBox étend ses limites matérielles pour fournir une plus grande capacité de terminaison et de nouvelles architectures. Les fonctionnalités existantes sont affinées pour ressembler de plus en plus au comportement humain, posant ainsi de réels problèmes dans la détection.

2. ENONCE DU PROBLEME

Actuellement dans le monde et plus spécifiquement en Afrique et au Moyen-Orient, la fraude à la SIMBox engendre de lourds manques à gagner chez les opérateurs de téléphonie mobile. Notre travail se résume donc à la problématique suivante :
« Comment détecter la fraude à la SIMBox au sein d'un opérateur de télécommunications ?» de manière à :

* Réduire le manque à gagner pour les opérateurs ;

* Réduire au maximum le nombre de faux positifs/ faux négatifs ;

* Réduire le cout de déploiement des techniques de détection de la fraude à la SIMBox ;

* Ouvrir une brèche dans la recherche pour la détection en temps réel de la fraude à la SIMBox.

SYNTHÈSE

Dans de cette partie il a été question pour nous présenter la problématique de notre sujet de mémoire. Il en ressort que du fait de l'explosion du marché des télécommunications, de l'existence de facteurs de la prolifération de la fraude et de son évolution vertigineuse, il en ressort que développement d'une méthode efficace pour la détection de la fraude devient une évidence. D'où le thème de notre mémoire « Déploiement et configuration d'une architecture matérielle de capture et d'analyse de la signalisation des réseaux cellulaires pour la détection des fraudes a la SIMbox. »