Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 8
Chương 2: Cấu trúc mạng GSM
CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC MẠNG GSM
2.1 Các đặc tính và phục vụ của GSM
Từ các khuyền nghị của GSM ta có thể tổng hợp nên các đặc tính chủ yếu sau:
• Số lượng lớn các dịch vụ và tiện ích cho các thuê bao cả trong thông tin
thoại và số liệu.
• Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng có sẵn
(PSTN-ISDN) bởi các giao diện theo tiêu chuẩn chung.
• Tự động cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động.
• Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các đầu cuối thông tin di động khác nhau như
máy xách tay, máy cầm tay đặt trên ôtô
• Sử dụng băng tần số 900MHz với hiệu quả cao nhờ sự kết hợp giữa TDMA
(Time Division Multiple Access) với FDMA (Frequency Division Multiple
Access)
• Giải quyết sự hạn chế dung lượng nhời việc sử dụng lại tần số tốt hơn
Các dịch vụ được tiêu chuẩn ở GSM:
Các dịch vụ thoại:
• Chuyển hướng các cuộc gọi vô điều kiện
• Chuyển hướng các cuộc gọi khi thuê bao di động không bận
• Chuyển hướng các cuộc gọi khi thuê bao di động bận
• Chuyển hướng cuộc gọi khi không đến được MS
• Chuyển hướng cuộc gọi khi ứ nghẽn vô tuyến
• Cấm tất cả các cuộc gọi ra
• Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế
• Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế trừ các nước PLMN thường trú
• Cấm tất cả các cuộc gọi đến khi lưu động ở ngoài nước có PLMN thường trú
• Giữ cuộc gọi, đợi gọi, chuyển tiếp cuộc gọi.
• Hoàn thành các cuộc gọi đến các thuê bao bận
• Nhóm và sử dụng khép kín, dịch vụ 3 phía, thông báo cước phí
• Dịch vụ điện thông không trả cước
• Nhận dạng số chủ gọi, số thoại được nối, cuộc gọi hiềm thù.
Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 9
Chương 2: Cấu trúc mạng GSM
Các dịch vụ số liệu:
• Truyền dẫn số liệu.
• Dịch vụ bản tin ngắn, hộp thư thoại
• Phát quảng bá trong cell.
2.2 Cấu trúc mạng GSM
Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc mạng GSM
OSS: Hệ thống khai thác và hỗ trợ
AUC: Trung tâm nhận thực
HLR: Bộ ghi định vị thường trú
MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động
BSS: Hệ thống trạm gốc
BSC: Đài điều khiển trạm gốc
OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng
PSPDN: Mạng chuyển mạch gói công cộng
PSDN: Mạng chuyển mạch điện thoại côg cộng
SS: Hệ thống chuyển mạch
SS
AUC
MS
EIR
MSC
HLR
BSS
BSC
BTS
VLR
ISDN
OMC
PSPDN
PLMN
PSTN
CSPDN
Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 10
Chương 2: Cấu trúc mạng GSM
VLR: Bộ ghi định vị tạm trú
EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị
BTS: Đài vô tuyến gốc
MS: Máy di động
ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ
CSPDN: Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch
PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng
2.2.1 Hệ thống GSM
Hệ thống này được chia thành hệ thống chuyển mạch SS và hệ thống trạm gốc
BSS, mỗi hệ thống này có một số chức năng tại đó thực hiện tất cả các chức năng của
hệ thống. Và những khối chức năng này được thực hiện ở các thiết bị khác nhau.
Hệ thống được thực hiện nhự một mạng gồm nhiều cell vô tuyến cạnh nhau để
cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ sóng của vùng phục vụ. Mỗi cell một trạm vô tuyến
gốc BTS làm việc ở một tập hợp các kênh vo tuyến. Các kênh này khác với các kênh
được sử dụng ở các cell lân cận để tránh nhiễu giao thoa.
• Một bộ điều khiển trạm gốc BSC sẽ điều khiển một nhóm BTS. BSC
điều khiển các chức năng như chuyển giao và điều khiển công suất
• Một MSC (trung tâm chuyễn mạch các dịch vụ di động) phục vụ một số
bộ điều khiển trạm gốc, MSC điều khiển các cuộc gọi tới và đi từ mạng chuyển mạch
điện thoại công cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng di động mặt đất
công cộng PLMN và các mạng số liệu công cộng PSDN, và có thể là các mạng riêng.
Các khối nói trên đều tham gia vào việc nối thông giữa một trạm di động MS và
một thuê bao di động ở PSDN. Nếu không thể thực hiện một cuộc gọi đến MS ta sẽ
thông cần bất cứ một thiết bị nào khác. Vấn đề nảy sinh khi ta muốn thực hiện một
cuộc gọi kết cuối ở MS, người gọi hầu như không biết MS được gọi ở đâu. Vì thế cần
một số cơ sở dữ liệu mạng để theo dõi MS. Cơ sở dữ liệu quan trọng nhất là bộ đăng
ký thường trú HLR. Khi một thuê bao di động mua một đăng ký từ một hãng khai thác
GSM, thuê bao di động này sẽ được đăng ký ở HLR của hãng này. HLR chứa các
thông tin về thuê bao như các dịch vụ bổ xung và các tần số nhận thực, quyền thâm
nhập của thuê bao, các dịch vụ mà thuê bao đăng ký, các số liệu động về vùng mà ở đó
đang chứa thuê bao của nó (Roaming), trong HLR còn tạo báo hiệu số 7 trên giao diện
với MSC. Ngoài ra sẽ có thông tin về vị trí của MS tức là hiện thời vị trí của MS ở đâu
thuộc MSC nào. Thông tin này thay đổi khi MS di động. MS sẽ gửi thông tin về vị trí
Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 11
Chương 2: Cấu trúc mạng GSM
thông qua MSC/HLR đến HLR của mình, nhờ vậy đảm bảo phương tiện để thu một
cuộc gọi.
2.2.2 Hệ thống con chuyển mạch (SS)
Hệ thống con chuyển mạch (SS): 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 nãng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng
mạng GSM với nhau và với mạng khác.
MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là
điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp
với hệ thống con BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua G-MSC.
SS cũng cần 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 hay báo hiệu giưã các phần tử
của mạng GSM. Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7, mạng
này đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử của SS trong một hay nhiều mạng
GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển
trạm gốc BSC. Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô có dân cư
vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình).
• Khối IWF:
Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền
dẫn của GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức năng tương tác IWF.
IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. IWF có thể thực hiện
trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa
MSC và IWF được để mở.
• Khối HLR :
Giữ các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông không phụ
thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê
bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch nhưng
có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Một chức năng con của HLR là nhận
dạng trung tâm nhận thực thuê bao AUC.
• Khối trung tâm nhận thực AUC ;
Được nối đến HLR chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần số nhận
thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đương vô tuyến cũng được AUC
cung cấp mã bảo mật chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê
Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trang 12
Chương 2: Cấu trúc mạng GSM
bao cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác về thuê bao và phải
được bảo vệ chống mọi thâm nhập trái phép.
• Bộ ghi định vị tạm trú VLR;
Là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ
của MSC. Mỗi MSC có VLR. Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới. VLR
liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời HLR sẽ được thông báo
rằng MS đang ở vùng MSC nào. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ
có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR có thể
coi VLR như một HLR phân bố. VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở
vùng MSC.
• Tổng đài di động cổng GMSC :
Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM /PLMN sẽ được định tuyến cho tổng
đài vô tuyến cổng Gateway-MSC. Nếu người nào đó ở mạng cố định PSTN muốn thực
hiện một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng GSM. Tổng đài tại PSTN sẽ kết
nối cuộc gọi này đến MSC có trang bị một chức năng được gọi là chức năng cổng.
Tổng đài MSC này gọi là MSC cổng và nó có thể là một MSC bất kỳ ở mạng GSM.
GMSC sẽ phải tìm ra vị trí của MS cần tìm. Điều này được thực hiện bằng cách hỏi
HLR nơi MS đăng ký. HLR sẽ trả lời khi đó MSC này có thể định tuyến lại cuộc gọi
đến MSC cần thiết. Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của
MS. Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở GSM có sự khác biệt giữa thiết bị vật lý
và đăng ký thuê bao.
2.2.3 Trạm di động(MS) :
MS là một đầu cuối di động, có thể đặt trên ô tô hay xách tay. Tại GSM có một
khối nhỏ gọi là modun nhận dạng thuê bao SIM, là một khối vật lý tách riêng chẳng
hạn là một IC Card còn gọi là card thông minh SIM cung với thiết bị trạm hợp thành
trạm di động. Không có SIM, MS không thể thâm nhập đến mạng trừ trường hợp gọi
khẩn. Khi liên kết đăng ký thuê bao với card SIM chứ không phải với MS.
Đăng ký thuê bao có thể có thể sử dụng trạm MS khác như của chính mình.
Điều này làm nẩy sinh vấn đề MS bị lấy cắp, vì không có biện pháp để chặn đăng ký
thuê bao nếu bị lấy cắp thì khi đó sẽ cần một cơ sở dữ liệu chứa số liệu phần cứng của
thiết bị: thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (nhưng hiện nay ở Việt Nam thì người ta
không dùng thiết bị này nữa bởi vì khi có EIR thì nó yêu cầu máy có chỉ tiêu chất
lượng tốt. Do kinh tế thị trường thì không phải ai cũng có thể mua một máy có chất
lượng đạt yêu cầu ). EIR được nối Với MSC qua một đường báo hiệu. Nó cho phép