Báo cáo đề tài:" Nghiên cứu cấu trúc mạng GPRS trên nền mạng thông tin di động GMS thế hệ thứ 2"

Chia sẻ: Hoangvancong Cong | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:116

Thêm vào BST

Báo xấu

260
lượt xem 77
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay trờn thế giới mọi mặt của đời sống xó hội đều phỏt triển, khụng những về kinh tế, khoa học tự nhiờn mà cũn rất nhiều lĩnh vực khỏc. Ngành thụng tin liờn lạc được coi là ngành mũi nhọn cần phải đi trước một Nhu cầu trao đổi, cập nhật thụng tin của con người ở mọi nơi mọi lỳc ngày càng cao. Thông tin di động ra đời và phát triển đó trở thành một loại hình dịch vụ, phương tiện thông tin phổ biến, đáp ứng nhu cầu của cuộc sống hiện đại....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo đề tài:" Nghiên cứu cấu trúc mạng GPRS trên nền mạng thông tin di động GMS thế hệ thứ 2"

lời mở đầu Hiện nay trờn thế giới mọi mặt của đời sống xó hội đều ph ỏt tri ển, khụng những về kinh tế, khoa học tự nhiờn mà cũn rất nhi ều lĩnh v ực kh ỏc. Ngành thụng tin liờn lạc được coi là ngành mũi nhọn cần phải đi trước một bước, làm cơ sở cho cỏc ngành khỏc phỏt triển. Nhu cầu trao đổi, cập nhật thụng tin của con người ở mọi nơi mọi lỳc ngày càng cao. Thụng tin di đ ộng ra đời và phỏt triển đó trở thành một loại hỡnh dịch vụ, phương tiện th ụng tin phổ biến, đỏp ứng nhu cầu của cuộc sống hiện đại. Cỏc h ệ th ống th ụng tin di động đang phỏt triển rất nhanh cả về qui mụ, dung lượng và đặc biệt là cỏc loại hỡnh dịch vụ mới để đỏp ứng tốt h ơn nhu cầu c ủa ng ười s ử dụng. ở Việt Nam, mạng di động số thế hệ thứ hai (2G), sử dụng cụng nghệ GSM, đang được phỏt triển rộng khắp cỏc tỉnh và thành phố. GSM với tốc độ 9,6 kbps chỉ ỏp dụng được cỏc dịch vụ thoại và dịch vụ bản tin ngắn, hạn chế nhiều dịch vụ phi thoại yờu cầu tốc độ cao như hỡnh ảnh, văn bản và đặc biệt là nhu cầu truy nhập Internet... Trong khi trờn thế giới, rất nhiều nước đó tiến lờn thế hệ điện thoại di động thứ ba (3G). Thế hệ thứ ba này cú tốc độ truyền dẫn cao hơn, cung cấp được nhiều loại hỡnh dịch vụ, đỏp ứng được nhu cầu hiện nay. Việc xõy dựng, phỏt triển mạng điện thoại di động thứ ba ở Việt Nam hiện nay là thực sự cần thiết. Nhưng nếu đầu tư thẳng lờn 3G th ỡ cần lượng vốn bỏ ra rất lớn mà lại lóng phớ cơ sở hạ tầng mạng di động sẵn cú. Vỡ vậy, để tiến tới thế hệ thụng tin di động thứ ba này cần qua một bước trung gian gọi là thế hệ thụng tin di động 2,5G; đú là d ịch v ụ th ụng tin di 1
động vụ tuyến chuyển mạch gúi GPRS (General Packet Radio Service). Triển khai GPRS cho phộp vẫn tận dụng cơ sở mạng GSM sẵn cú, đồng thời cú thể đỏp ứng nhu cầu truyền dữ liệu tốc độ lớn, từng bước xây dựng mạng điện thoại thế hệ thứ ba. Đó là lý do tôi chọn đề tài “Nghiờn cứu cấu trỳc mạng GPRS trờn nền mạng thụng tin di đ ộng GMS thế hệ thứ hai ” cho đồ ỏn tốt nghiệp của mỡnh. Hy vọng đồ ỏn này sẽ cú th ể ỏp dụng trực tiếp vào việc phỏt triển mạng điện thoại di động của Việt Nam trong điều kiện hiện tại. Đề tài gồm cỏc nội dung: - Chương I: Tổng quan hệ thống thụng tin di động GSM. - Chương II: Cỏc đặc điểm cấu trỳc chức năng mạng GPRS. - Chương III: Cỏc thủ tục trao đổi bỏo hiệu trong mạng GPRS. - Chương IV: Triển khai GPRS trờn nền mạng GSM ở Việt Nam. Qua thời gian học tập, nghiờn cứu; được sự hướng dẫn tận tỡnh của cỏc thầy cụ giỏo trường Đại học Bỏch khoa Hà nội. Bản đồ ỏn tốt nghiệp đến nay đó hoàn thành. Do khả năng và th ời gian cú h ạn n ờn s ẽ kh ụng tr ỏnh khỏi những thiếu sút. Rất mong nhận được sự gúp ý của cỏc thầy cụ giỏo và bạn bố đồng nghiệp để em cú thể vững vàng thờm kiến thức khi ra trường. Em xin chõn thành cảm ơn cỏc thầy cụ giỏo trong khoa Đi ện t ử – Vi ễn thụng, bạn bố đồng nghiệp, đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sõu sắc tới Thầy giỏo TS. Phạm Văn Bỡnh - bộ mụn Mạch và xử lý tớn hi ệu, ng ười đó tận tỡnh chỉ bảo hướng dẫn em hoàn thành đồ ỏn này. Hà Nội, ngày thỏng năm 2009 Sinh viờn thực hiện Nguyễn Văn Thịnh 2
Chương I: tổng quan hệ thống thông tin di động gsm Giới thiệu về mạng thông tin di động GSM I. 1- Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) GSM trước đây được biết như Groupe Spéciale Mobile (nhóm di động đặc biệt), là nhóm đã phát triển nó, được thiết kế từ sự bắt đầu nh ư một d ịch v ụ tế bào số quốc tế. Giao tiếp vô tuyến của GSM dựa trên công nghệ TDMA. ý định ban đầu là các thuê bao GSM có khả năng di chuy ển qua các biên giới quốc gia sẽ nhận được các dịch vụ di động và các tính năng đi theo cùng v ới họ. Kiểu GSM của Châu Âu hiện nay hoạt động ở tần s ố 900 MHz cũng nh ư tần số 1800 MHz. ở Bắc Mỹ, GSM sử dụng cho dịch vụ PCS 1900 tại vùng đông bắc California và Nevada. Do PCS 1900 sử dụng tần số 1900 MHz, nên các điện thoại không có khả năng kết nối hoạt động với điện tho ại GSM hoạt động trong các mạng ở tần số 900 MHz hay 1800 MHz. Tuy nhiên vấn đề này có thể khắc phục được với các máy điện thoại đa băng hoạt động trong nhiều tần số. 3
Vào đầu năm 1980, thị trường hệ thống điện thoại tế bào t ương t ự đã phát triển rất nhanh ở Châu Âu. Mỗi một nước đã phát triển một h ệ th ống t ế bào độc lập với các hệ thống của các nước khác. Sự phát triển không được hợp tác của các hệ thống thông tin di động quốc gia có nghĩa là s ẽ không có khả năng cho thuê bao sử dụng cùng một máy di động cầm tay khi di chuy ển trong Châu Âu. Không chỉ các thiết bị di động bị h ạn ch ế khai thác trong biên giới quốc gia, mà còn có một thị trường rất hạn chế đối với mỗi kiểu thiết bị, vì thế tiết kiệm chi phí có thể không thực hiện được. Ngoài một thị trường trong nước đầy đủ với các mẫu chung, có thể không có một nhà ch ế tạo nào cạnh tranh được trên thị trường thế giới. Hơn nữa, chính ph ủ các nước nhận thức rõ là các hệ thống thông tin không tương thích có thể cản trở tiến trình để đạt được một tầm nhìn chiến lược của h ọ về một Châu Âu với nền kinh tế thống nhất. Với những cân nhắc nêu trên, hội nghị điện thoại điện báo gồm 26 quốc gia Châu Âu (CEPT) đã thành lập một nhóm nghiên cứu gọi là Groupe Spéciale Mobile vào năm 1982 để nghiên cứu và phát triển một hệ thống thông tin liên Châu Âu. Đến năm 1986 tình hình trở nên sáng sủa vì một s ố mạng tế bào tương tự hiện tại có thể sử dụng hết dung lượng vào năm 1990. CEPT khuyến nghị rằng hai khối tần số trong băng tần 900 MHz được dự trữ cho hệ thống mới. Tiêu chuẩn GSM chỉ rõ các băng t ần t ừ 890 đ ến 915MHz cho băng thu và từ 935 đến 960 MHz cho băng phát với mỗi băng được chia thành các kênh 200 MHz. Hệ thống thông tin di động được CEPT đưa ra đã đáp ứng được các tiêu chuẩn như sau: - Cung cấp âm thoại chất lượng cao. - Hỗ trợ chuyển vùng quốc tế. 4
- Hỗ trợ các thiết bị đầu cuối cầm tay. - Hỗ trợ một loạt các dịch vụ và các thiết bị mới. - Cung cấp hiệu quả phổ tần số. - Cung cấp khả năng tương thích với ISDN. - Cung cấp chi phí dịch vụ và đầu cuối thấp. Vào năm 1989, việc phát triển các đặc tính kỹ thuật của GSM đã đ ược chuyển từ CEPT đến Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI). ETSI được thành lập vào năm 1988 để thiết lập các tiêu chuẩn viễn thông cho Châu Âu và hợp tác với các tổ chức tiêu chuẩn khác, các lĩnh vực liên quan đến truyền hình và công nghệ thông tin văn phòng. ESTI đã ấn bản các đặc tính kỹ thuật giai đoạn 1 của GSM vào năm 1990. Dịch vụ thương mại đã bắt đầu vào giữa năm 1991. Đến năm 1993 đã có 36 mạng GSM tại 22 nước, và thêm 25 nước đã lựa chọn hoặc bắt đầu GSM. Từ đó, GSM đã được chấp nhận ở Nam Phi, úc, và rất nhiều nước vùng Trung Đông và Viễn Đông. Tại Bắc Mỹ, GSM được dùng để thực hiện PCS. Đến cuối năm 1998 đã có 323 mạng GSM ở 118 nước ph ục vụ cho 138 tri ệu thuê bao. Hiện nay, hệ thống GSM được gọi là hệ thống thông tin di đ ộng toàn cầu (Global System for Mobilephone). Mạng thông tin di động GSM là mạng thông tin di động s ố Cellular g ồm nhiều ô (cell). Cell là đơn vị nhỏ nhất của mạng, có hình dạng (trên lý thuyết) là một tổ ong hình lục giác. Trong mỗi cell có một đài vô tuy ến gốc BTS (Base Transceiver Station) liên lạc với tất cả các trạm di đ ộng MS (Mobile Station) có mặt trong cell. Khi MS di chuy ển ra ngoài vùng ph ủ sóng của cell, nó phải được chuyển giao sang làm việc với BTS của cell khác. Đặc điểm của hệ thống thông tin di động Cellular là vi ệc sử d ụng lại t ần số và diện tích của mỗi cell khá nhỏ. Mỗi cell sử dụng một nhóm t ần s ố 5
kênh vô tuyến. Các chữ cái A, B, C,...vừa là tên của cell, vừa bi ểu th ị một nhóm xác định các tần số vô tuyến được sử dụng trong cell đó. Nhóm t ần s ố được sử dụng nhiều lần cho các cell với khoảng cách đủ lớn, công suất phát đủ nhỏ để nhiễu lẫn nhau không đáng kể. Thông thường, một cuộc gọi di động không thể kết thúc trong một cell nên hệ thống thông tin di động cellular phải có khả năng điều khi ển và chuyển giao (handover) cuộc gọi từ cell này sang cell lân cận mà cu ộc gọi được chuyển giao không bị gián đoạn. 2 – Các chức năng của hệ thống GSM Các đặc tính chủ yếu của hệ thống GSM như sau: • Có thể phục vụ được một số lớn các dịch vụ và tiện ích cho thuê bao c ả trong thông tin thoại và truyền số liệu. * Đối với thoại có thể có các dịch vụ: - Chuyển hướng cuộc gọi vô điều kiện - Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động bận - Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế - Giữ cuộc gọi - Thông báo cước phí - Nhận dạng số chủ gọi... * Đối với dịch vụ số liệu: Truyền số liệu - Dịch vụ nhắn tin: các gói thông tin có kích cỡ 160 ký tự có th ể l ưu - giữ . 6
• Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng sẵn có: * PSTN – Publich Switched Telephone Network (Mạng đi ện tho ại chuy ển mạch công cộng). * ISDN – Integrated Service Digital Network (mạng số tổ hợp dịch vụ) bởi các giao diện theo tiêu chuẩn chung. Cho phép các thuê bao lưu động (roaming) ở các nước với nhau cùng sử dụng hệ thống GSM một cách hoàn toàn tự động. Nghĩa là thuê bao có th ể mang máy di động đi mọi nơi và mạng sẽ tự động cập nhật thông tin về vị trí của thuê bao đồng thời thuê bao có thể gọi đi bất cứ nơi nào mà không cần biết thuê bao khác đang ở đâu. • Sử dụng băng tần 900 MHz với hiệu quả cao bởi sự kết h ợp giữa hai phương pháp TDMA, FDMA. • Giải quyết sự hạn chế dung lượng. Thực chất dung lượng sẽ tăng lên nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật chia ô nh ỏ, do v ậy s ố thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên. • Tính linh hoạt cao nhờ sử dụng các loại máy thông tin di động khác nhau: máy cầm tay, máy xách tay, máy đặt trên ô tô... • Tính bảo mật: Mạng kiểm tra sự hợp lệ của mỗi thuê bao GSM b ởi th ẻ đăng ký SIM (Subcriber Identity Module). Thẻ SIM sử dụng mật kh ẩu PIN (Personal Identity Number) để bảo vệ quyền sử dụng của người sử dụng hợp pháp. SIM cho phép người sử dụng sử dụng nhi ều dịch v ụ và cho phép người dùng truy nhập vào các PLMN (Public Land Mobile Network) khác nhau. Đồng thời trong hệ thống GSM còn có trung tâm 7
nhận thực AuC, trung tâm này cung cấp mã bảo mật chống nghe trộm cho từng đường vô tuyến và thay đổi cho từng thuê bao. 3- Băng tần sử dụng trong hệ thống thông tin di động GSM: 890 M hz 882 M hz 1710 M hz 200 K hz B ¨ n g tÇ n lª n 25 M hz (T õ M S - B T S) 915 M hz 915 M hz G SM 1785 M hz më D SC réng 935 M hz 927 M hz 1805 M hz 200 K hz B ¨ n g tÇn x u è n g 25 M hz (T õ B T S - M S) 960 M hz 960 M hz 1880 M hz Hình 1.1- Băng tần cơ bản và mở rộng của GSM Hệ thống GSM làm việc trong băng tần 890 – 960MHz. Băng tần này được chia làm 2 phần: - Băng tần lên (Uplink band): 890 – 915 MHz cho các kênh vô tuy ến t ừ trạm di động đến hệ thống trạm thu phát gốc. - Băng tần xuống (Downlink band): 935 – 960 MHz cho các kênh vô tuyến từ trạm thu phát gốc đến trạm di động. Mỗi băng rộng 25MHz, được chia thành 124 sóng mang. Các sóng mang cạnh nhau cách nhau 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt, một cho đường lên, một cho đường xuống. Các kênh này được gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa hai tần số là không đổi và bằng 45 MHz, được gọi là khoảng cách song công. Kênh vô tuyến này mang 8 khe th ời gian mà m ỗi khe thời gian là một kênh vật lý để trao đổi thông tin gi ữa trạm thu phát và tr ạm 8
di động. Ngoài băng tần cơ sở như trên còn có băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS (Digital Cellular System). 4- Phương pháp truy nhập trong thông tin di động ở giao diện vô tuyến, MS và BTS liên lạc với nhau bằng sóng vô tuy ến. Để tài nguyên tần số có hạn có thể phục vụ càng nhiều thuê bao di động, ngoài việc sử dụng lại tần số, số kênh vô tuyến được dùng theo kiểu trung kế. Hệ thống trung kế vô tuyến là hệ thống vô tuy ến có s ố kênh sẵn sàng phục vụ ít hơn số người dùng khả dĩ. Phương thức để sử dụng chung các kênh gọi là phương pháp đa truy nhập: người dùng khi có nhu cầu thì được đảm bảo về sự truy nhập vào trung kế. Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division • Multiple Access): phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau. người dùng được cấp phát một kênh trong tập hợp các kênh trong lĩnh vực tần số. Phổ tần số được chia thành 2N dải tần số kế tiếp, cách nhau m ột khoảng bảo vệ. Mỗi dải tần được gán cho một kênh liên lạc, N dải dành cho liên lạc hướng lên, N dải còn lại cho liên lạc hướng xuống. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple • Access): khi có yêu cầu một cuộc gọi thì một kênh vô tuyến được ấn định. Các thuê bao khác nhau dùng chung 1 kênh nhờ cài xen thời gian. Mỗi thuê bao được cấp một khe trong cấu trúc khung tuần hoàn 8 khe. Đa truy nhập theo mã CDMA (Code Division Multiple Access): Là • phương pháp trải phổ tín hiệu, thực hiện là gán cho mỗi MS m ột mã riêng biệt cho phép nhiều MS cùng thu, phát độc lập trên mặt băng t ần nên tăng dung lượng cho hệ thống. Hiện tại công nghệ CDMA đang được triển khai tại một số quốc gia. Tại Việt Nam hiện có mạng thông tin di động S-Fone 9
của công ty Cổ phần viễn thông Sài Gòn (SPT) đang sử dụng công nghệ này.và EVN Telecom của cụng ty viễn thụng điện lực Ngoài ra còn có phương pháp truy nhập theo không gian SDMA. M ạng GSM sử dụng phương pháp TDMA kết hợp FDMA. Cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM II. 1- Cấu trúc hệ thống Hệ thống thông tin di động gồm nhiều phần tử chức năng. Mạng GSM được phân chia thành các phân hệ: • Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem) • Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS (Operation and Support System) • • Máy di động MS (Mobile Station) N SS A uC PLM N VLR HLR PSTN G M SC M SC EIR Nm c IS D N Om C Tr a u Si m MS Bt s Bsc Me Hình 2.1- Mô hình hệ thống thông tin di động PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng 10
ISDN : Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng • Phân hệ chuyển mạch NSS bao gồm các khối chức năng: - Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile Switching Center) - Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register) - Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register) - Trung tâm nhận thực AuC (Authentication Center) - Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identification Register) - Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng GMSC (Gateway Mobile Switching Center). • Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm các khối chức năng: Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Center) - Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station) - • Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS bao gồm các khối chức năng: Trung tâm quản lý mạng NMC (Network Management - Center) Trung tâm quản lý và bảo dưỡng OMC (Operation & - Maintenance Center) • Trạm di động MS: Thiết bị di động ME (Mobile Equipment) - - Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identity Module) 11
2- Chức năng các phần tử trong mạng GSM 2.1- Phân hệ chuyển mạch NSS Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của hệ thống chuyển mạch là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM và các mạng khác. • Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC MSC là một tổng đài thực hiện tất cả các chức năng chuy ển mạch và báo hiệu của MS nằm trong vùng địa lý do MSC quản lý. MSC khác với một tổng đài cố định là nó phải điều phối cung cấp các tài nguyên vô tuy ến cho thuê bao và MSC phải thực hiện thêm ít nhất hai thủ tục: - Thủ tục đăng ký - Thủ tục chuyển giao MSC một mặt giao tiếp với BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài. MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng (GMSC), có chức năng tương tác IWF (InterWorking Function) để thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của GMS và các mạng ngoài. Phân h ệ chuyển mạch giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một s ố bộ đi ều khiển trạm gốc BSC. • Bộ ghi định vị thường trú HLR 12
HLR là một cơ sở dữ liệu quan trọng trong mạng có chức năng quản lý thuê bao. Một PLMN có thể có một hoặc nhiều HLR phụ thuộc vào l ượng thuê bao. HLR lưu hai loại số gán cho mỗi thuê bao di động, đó là: + MSISDN: số danh bạ (số thuê bao) Cấu trúc: MSISDN = CC + NDC + SN CC: Mã quốc gia (Việt nam: 84) NDC: Mã mạng (Vinaphone: 91, Mobiphone: 90) SN: Số thuê bao trong mạng (gồm 7 số) VD: 84.91.2037878 + IMSI: Số nhận dạng thuê bao dùng để báo hiệu trong mạng Cấu trúc: IMSI = MCC + MNC + MSIN MCC: Mã quốc gia (Việt nam: 452) MNC: Mã mạng (Vinaphone: 02, Mobiphone: 01) MSIN: Số thuê bao trong mạng (gồm 7 số) VD: 84.91.2037878 - 452.02.2037878 Như vậy, với một số MSISDN sẽ tương ứng với một số IMSI và ch ỉ t ồn tại một số IMSI duy nhất trong toàn hệ thống GSM. IMSI đ ược sử d ụng đ ể MS truy nhập vào cơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu chứa các thông tin sau: - Thông tin thuê bao dịch vụ thoại và phi thoại mang (bearer service). - Giới hạn dịch vụ (giới hạn roaming) 13
- Các dịch vụ hỗ trợ. HLR chứa các thông số của dịch vụ này; tuy nhiên nó còn có thể được lưu trong card thuê bao. Như vậy, HLR không có khả năng chuyển mạch nhưng có kh ả năng quản lý hàng ngàn thuê bao. Khi mạng có thêm một thuê bao m ới, thì các thông tin về thuê bao sẽ được đăng ký trong HLR. • Trung tâm nhận thực AuC AuC kết nối với HLR, cung cấp các thông số hợp thức hoá và các khoá mã để đảm bảo chức năng bảo mật. • Bộ ghi định vị tạm trú VLR VLR là cơ sở dữ liệu lớn thứ hai trong mạng, lưu trữ tạm thời số li ệu thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và lưu trữ số liệu về vị trí của thuê bao. Khi MS vào một vùng định vị m ới, nó ph ải thực hiện thủ tục đăng ký. MSC quản lý vùng này sẽ ti ếp nh ận đăng ký c ủa MS và truyền số nhận dạng vùng định vị (LAI) nơi có mặt thuê bao tới VLR. Một VLR có thể phụ trách một hoặc nhiều vùng MSC. Các thông tin cần để thiết lập và nhận một cuộc gọi của MS được l ưu trong cơ sở dữ liệu của VLR. Đối với một số dịch vụ hỗ trợ, VLR có thể truy vấn các thông tin từ HLR: IMSI (nh ận dạng máy di đ ộng qu ốc t ế), MSISDN (ISDN của máy di động), số chuyển vùng của thuê bao MS (MSRN), số nhận dạng thuê bao di động tạm thời (TMSI), số nhận dạng thuê bao di động nội bộ (LMSI) và vùng định vị nơi đăng ký MS. VLR cũng ch ứa các thông số gán cho mỗi MS và được nhận từ VLR. • Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR 14
Thực thể chức năng này chứa một hoặc nhiều c ơ sở d ữ li ệu l ưu tr ữ các IMEI (số nhận dạng thiết bị) sử dụng trong hệ thống GSM. EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu, nhờ vậy MSC có th ể kiểm tra sự h ợp l ệ của thiết bị. • Trung tâm chuyển mạch dịch vụ cổng GMSC Để thiết lập một cuộc gọi phải định tuyến đến tổng đài mà không cần biết vị trí hiện thời của thuê bao. GMSC có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời. GMSC có giao diện báo hiệu số 7 để có th ể tương tác với các phần tử khác của hệ thống chuyển mạch. 2.2 - Phân hệ trạm gốc BSS BSS thực hiện kết nối các MS với các tổng đài, do đó liên kết người s ử dụng máy di động với những người sử dụng dịch vụ viễn thông khác. BSS cũng phải được điều khiển nên được kết nối với OSS. • Trạm thu phát gốc BTS BTS giao diện với MS xử lý các tín hiệu đặc thù cho giao di ện vô tuy ến. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (kh ối chuy ển đổi mã và thích ứng tốc độ). • Bộ điều khiển trạm gốc BSC BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các l ệnh điều khiển từ BTS và MS như ấn định, giải phóng kênh vô tuy ến và qu ản lý chuyển giao. Một BSC có thể quản lý nhiều BTS. S ố l ượng BTS mà BSC có thể quản lý phụ thuộc vào lưu lượng của BTS. 2.3 - Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS 15
OSS thực hiện chức năng khai thác, bảo dưỡng và quản lý toàn hệ thống. • Trung tâm quản lý mạng NMC NMC được đặt tại trung tâm của hệ thống, chịu trách nhiệm cung c ấp chức năng quản lý cho toàn bộ mạng. - Giám sát các nút trong mạng - Giám sát các trạng thái các bộ phận của mạng - Giám sát trung tâm bảo dưỡng và khai thác OMC của các vùng và cung cấp thông tin đến các bộ phận OMC. Trung tâm quản lý và khai thác OMC • OMC cung cấp chức năng chính để điều khiển và giám sát các bộ ph ận trong mạng (các BTS, MSC, các cơ sở dữ liệu...).OMC có các ch ức năng: quản lý cảnh báo, quản lý sự cố, quản lý chất lượng, quản lý cấu hình và quản lý bảo mật. 2.4 - Trạm di động MS MS là thiết bị đầu cuối chứa các chức năng vô tuy ến chung, xử lý giao diện vô tuyến và cung cấp các giao diện với người dùng (màn hình, loa, bàn phím...). Một trạm di động gồm hai phần chính: - ME (Mobile Equipment - thiết bị di động): là phần cứng được dùng để thuê bao truy nhập vào mạng. ME chứa kết cuối di động (MT) phụ thuộc vào ứng dụng và các dịch vụ, có thể kết hợp các nhóm chức năng thích ứng đầu cuối (TA) và thiết bị đầu cuối (TE) khác nhau. - SIM (Subscriber Identity Module – modun nhận dạng thuê bao): gắn chặt với người dùng trong vai trò một thuê bao duy nhất, có thể làm việc với 16
nhiều ME khác nhau. SIM là một card điện tử thông minh được c ắm vào ME để nhận dạng thuê bao và tin tức bảo vệ loại dịch vụ mà thuê bao đăng ký. SIM có phần cứng và phần mềm cần thiết với bộ nhớ có thể lưu trữ thông tin. Có hai loại thông tin là thông tin cố định và thông tin thay đổi: + Thông tin cố định: * Số nhận dạng thuê bao MSISDN, IMSI. Thuê bao s ẽ đ ược ki ểm tra tính hợp lệ trước khi truy nhập vào mạng thông qua số nhận dạng IMSI đ ược thực hiện bởi trung tâm nhận thực AuC. * Mã khoá cá nhân Ki. + Thông tin thay đổi: * Số hiệu nhận dạng vùng định vị LAI * Số nhận dạng thuê bao tạm thời TMSI Một số TMSI sẽ tương ứng với một IMSI được cấp phát tạm th ời đ ể tăng tính bảo mật cho quá trình báo hiệu giữa MS và h ệ th ống. TMSI s ẽ thay đổi khi MS cập nhật lại vị trí. III. Mạng báo hiệu và các khía cạnh mạng 1 - Các giao thức báo hiệu trong hệ thống GSM Mạng thông tin di động GSM sử dụng hệ thống báo hiệu số 7 (báo hiệu kênh chung) để thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi. Báo hiệu số 7 là mạng dữ liệu chuyển mạch gói được thiết kế để trao đổi báo hiệu. 17
AuC E IR MAP PLM N IS U P TUP HLR PSTN GMSC MAP R2 N a t io n a l IS D N VLR IS U P BSSMAP D TA P (p a rt o f B S S A P ) (p a rt o f B S S A P ) A b is Um MS H ×n h 3 . 1 : C ¸ c g i a o t h ø c b ¸ o h i Ö u t r o n g m ¹ n g G S M Các giao thức giữa BSC-BTS-MS Các giao thức này sử dụng trong các giao diện Um và Abis theo chuẩn của ETSI. Các giao thức này hỗ trợ các chức năng của BTS và BSC như sau: a. Gửi các thông tin của mạng và cell. Thông tin được cập nhật từ BSC, truyền liên tục tới BTS và lưu trong BTS. b. Nhắn tin: được khởi tạo từ MSC cho phép BSC hoạt động thông qua BSSMAP. BSC lần lượt cho phép các BST trong một vùng đ ịnh v ị hoạt động. Các BTS gửi các cuộc gọi nhắn, kiểm tra tín hiệu tr ả l ời và g ửi thông báo tới BSC. BTS cũng nhận các cuộc gọi từ MS và gửi tới BSC. 18
c. Cung cấp và giải phóng kênh điều khiển (SDCCH). BSC th ực hi ện các chức năng này, BTS sẽ xử lý trao đổi các thông tin tới /từ MS. d. Cung cấp và giải phóng kênh lưu lượng (TCH) để thi ết l ập, xoá và chuyển giao. BSC thực hiện các chức năng này và BTS xử lý các khối kênh liên quan. e. Nhận định hoàn thành việc chuyển giao. BTS báo với BSC khi nó đã phát hiện có tín hiệu của MS trên kênh lưu lượng mới. f. Điều khiển mã/giải mã. BTS thực hiện chức năng kích ho ạt và gi ải phóng việc mã hoá theo yêu cầu của BSC. g. Điều khiển các mã thoại và thích ứng tốc độ của các kênh thông tin. Thiết bị thích ứng tốc độ mã hoá - TRAU thường được đ ặt trong BSC nhưng được điều khiển bởi BTS xác định các kênh lưu lượng. h. Kiểm tra chất lượng truyền dẫn và độ dài tín hiệu trong các kênh hướng lên đang hoạt động và ở chế độ idle (rỗi). Kiểm tra được thực hiện ở BTS và được thông báo tới BSC. i. Giao diện vô tuyến cũng bao gồm các chức năng được tự động xử lý bởi BTS. j. Thông tin đồng bộ và số nhận dạng MS được gửi liên tục tới BTS. k. Chức năng điều khiển tần số được xử lý bởi BTS, các tín hiệu đi ều khiển này được gửi liên tục từ BTS. Giao diện vô tuyến cũng có các chức năng: mã hoá kênh, ghép kênh, qu ản lý burst, TDMA và điều chế. Các giao thức giữa MSC-BSC và MSC-MS: 19
Giao thức báo hiệu BSSAP chứa các phần tử sau: các bản tin BSSMAP, DTAP và INTIAL MS. * Các bản tin DTAP trao đổi giữa MSC và MS để đăng ký và nhận thực khi MS tắt. Các bản tin TDAP được chuyển qua BSC và BTS. • Các bản tin khởi tạo MS (IMSI) được truyền giữa MSC và MS đ ể c ập nhật vị trí và nhắn tin. • BSSMAP là giao thức được sử dụng giữa MSC và BSC đ ể nh ắn tin, th ực hiện cuộc gọi, chuyển giao, cung cấp, duy trì các kênh lưu lượng và để mã hoá trong BTS, MS. Giao thức này cũng được dùng đ ể duy trì các khe thời gian trên các kênh PCM giữa MSC và BSC. Các giao thức giữa các trung tâm chuyển mạch di động MSC Khi thực hiện chuyển giao giữa các MSC, MAP được sử dụng báo hiệu chuyển giao trong khi ISUP được sử dụng để thiết lập và xoá các kết nối. Các giao thức giữa GMSC và MSC ISUP được sử dụng giống như trong PSTN/ISDN. Các giao thức giữa MSC và HLR, VLR, AuC và EIR MAP được sử dụng cho tất cả các báo hiệu. Nó h ỗ trợ đăng ký, báo hi ệu các số roaming, nhận thực và nhận dạng thiết bị. Các giao thức với các mạng ngoài Sử dụng TUP, ISUP và các giao thức liên quan tới kênh. 2. Các giao diện trong hệ thống GSM Um (vô tuyến): MS-BTS A bis: BSC – BTS A: BSC – MSC E: MSC – MSC 20