Tìm hiểu hệ thống điện thoại di động GSM

IWF ISDN PSTN PSPDN CSPDN 11 Thực hiện các chức năng chuyển mạch và liên kết mạng... GSM : MSC Thực hiện các chức năng chuyển mạch và định tuyến như một node chuyển mạch cố định đồng th

N I DUNG Ộ

 Giới thiệu hệ thống GSM

 C ác thành phần của GSM

 MSC,VLR, HLR, AuC, MS, SIM,

 Giao di ện vô tuyến Um

 Thi ết lập cuộc gọi

 Nh ận thực , c ấp quyên , truy nh ập

 V ấn đề an toàn

2

 Dịch vụ

 Di động, không dây; hỗ trợ dịch vụ dữ liệu

 Dung lượng cao

thước cell nhỏ, nhiều người dùng trên

1 cell

 Chất lượng truyền dẫn cao

ngắt cuộc gọi khi di chuyển ở tốc độ cao.

 Chức năng bảo mật

4

Gi i thiêu h th ng GSM ớ ệ ố

C u trúc c a GSM ấ ủ

 GSM là mạng di động mặt đất công cộng

(PLMN :Public Land Mobile Network)

 Trong một quốc gia có thể có nhiều nhà cung cấp dịch vụ cùng xây dựng mạng dựa trên chuẩn GSM.

 NSS (network and switching subsystem: Hệ thống con chuyển mạch

và mạng): chuyển cuộc gọi, chuyển giao, chuyển mạch.

 OSS (operation subsystem: Hệ thống con vận hành): Quản lý toàn bộ mạng

5

HLR NSS

with OSS

RSS

VLR

6

Hệ thống con

vô tuyến

Hệ thống con chuyển mạch và mạng

Um

Abis

A BSS

MS MS

BTS

BSC BTS

BTS

BSC BTS

PSPDN CSPDN

GSM: C u trúc h th ng ấ ệ ố

8

BSC BTS

MSC

9

H th ng con vô tuy n ệ ố ế

 RSS tính từ MS đến NSS

 Thành phần

 Trạm thu phát gốc (BTS): Bộ phát, bộ thu, anten

 Bộ điều khiển trạm gốc (BSC): chuyển mạch giữa các BTSs, điều khiển BTSs, quản lý tài nguyên mạng, chuyển đổi các kênh

vô tuyến (U m ) thành các kênh thường.

 BSS = BSC + sum(BTS) + liên kết

10

C u trúc h th ng: NSS ấ ệ ố

Các thành phần:

❏ MSC (Mobile Services Switching Center):

❏ IWF (Interworking Functions)

❏ ISDN (Integrated Services Digital Network)

❏ PSTN (Public Switched Telephone Network)

❏ PSPDN (Packet Switched Public Data Net.)

❏ CSPDN (Circuit Switched Public Data Net.)

IWF

ISDN PSTN

PSPDN CSPDN

11

Thực hiện các chức năng chuyển mạch và liên kết mạng

GSM

 NSS và RSS

được quản lý bởi OSS

(Transcoding and Rate adaption

Unit)

GSM

GSM : MSC

 Thực hiện các chức năng chuyển mạch và định tuyến như một node chuyển mạch cố định đồng thời thêm các chức năng quản lý di động như:

GSM components – visitor location register (VLR)

 VLR l à cơ sở dữ liệu về người dùng được cập nhật liên tục khi người dùng tới hoặc rời vùng phục vụ của MSC

tương ứng khi đó vùng phục vụ thường

được gọi là MSC/VLR

GSM – visitor location register (VLR)

 Thông tin của một Entry trong VLR :

GSM – home location register (HLR)

 HLR: Bộ định vị thường trú

 Lưu các thông tin cố định về người dùng

liệu lưu các thông tin cố định về người dùng.

IMSI, MSISDN

Thông tin về dịch vụ bổ xung

Thông tin về thiết bị di động của người dùng (IMEI)

CÁc thông tin nhận thực

GSM – authentication center (AUC)

AuC: trung tâm nhận thực

 Kho á bảo mật dữ liệu K c

 C ác thuật toán để tính ra các khoá tạm thời trong quá trình nhận thực

19

GSM - EIR

• Bộ nhận dạng thiết bị (EIR)

 Cơ sở dữ liệu tập trung để xác nhận các số IMEI

 chỉ liên quan tới thiết bị MS chứ không phải IMSI.

GSM – mobile stations (MS)

 Là thiết bị điện thoại tổ ong thực sự

 Mỗi thiết bị phân biệt nhau bởi số nhận dạng thiết bị di

động: IMEI (International Mobile Equipment Identity)

 Bao gồm các phần: keypad, display, speaker and

microphon, có thể có thêm

 Giao diện cho các dịch vụ phụ như Fax hay số liệu (Các giao diện kết nối Blutooth, IrDA, các giao tiếp nối tiếp khác)

GSM components – mobile stations (MS)

 Có 5 mức công suất dùng cho MS ở dải

900MHz

dụng cho các thiết bị di động trên xe v à 0.8W

d ùng cho các thiết bị cầm tay

 Hiện nay các ME thường được chế tạo hoạt động ở hai dải tần 900 và 1800 đồng thời

có thể đáp ứng được các dịch vụ cho thế

hệ mới (như 3G)

GSM – mobile stations (SIM)

 Thành phần thứ hai của MS là modun nhận

dạng thuê bao: SIM (Subscriber Identity Module )

 SIM chứa các thông tin sau:

 IMSI (International Mobile Subscriber Identity): số nhận dạng thuê bao di động quốc tế – 15-digit bao gồm Mobile Country Code, Mobile Network Code, Mobile Subscriber Identification Number

 Được gửi khi MS vào mạng hay thực hiện thao tác cập

nhận vị trí

 MSISDN : Số ISDN của thuê bao di động - số này không được định tuyến trong mạng cố định

GSM components – mobile stations (SIM)

 MSISDN dùng để định tuyến trong mạng điện thoại

truyền thống (không phải định tuyến trong mạng di

động)

 Được MSC chuyển đổi thành TMSI, là số duy nhất trong LA được chứa ở VLR

 TMSI được lưu tạm thời ở SIM

 Kh ông lưu cố định, thường xuyên được thay đổi để đảm bảo an toàn.

 MSRN (Mobile Station Roaming Number, GSM

internally):

 VCC = contry code of visited mobile network

 VNDC = location code (place where the user actually is)

 VMSN = ID of the visited MSC

 VSN = subscriber ID, assigned by VLR

GSM – mobile stations (SIM)

thông minh (smartcard) nó có : CPU, hệ thống bus nối RAM

và EEPROM và các giao diện điện)

GSM - (BTS)

Thực hiện các chức năng giao tiếp với MS

Chuy ển đổi các giao thức

và mã hoá tiếng & b áo hiệu

GSM – Giao di ệ n vô tuy n U ế m

 Um định nghĩa việc giao tiếp giữa MS và mạng.

Dải tần cấp phép rất nhỏ nên các kỹ thuật đa truy cập được sử dụng.

GSM – Um: FDMA & TDMA

 Uplink (MS to BTS) = 890 – 915MHz.

 Downlink (BTS to MS) = 935 – 960MHz

 Mỗi dải trên chia thành các kênh có độ rộng 200khz

 Khoảng cách cặp kênh lên và xuống: 45MHz

 Do đó 125 cặp kênh tần số được sử dụng nhưng thông thường 124 kênh được dùng và 1 kênh còn lại để bảo vệ.

 Trong thực tế, các kênh cạnh nhau không bao giờ được

sử dụng trong một Cell

890-915 MHz

124 channels (200 kHz) uplink

guard space

3 bits 57 bits 1 26 bits 1 57 bits 3

31

120 ms 235.4 ms

6.12 s

3 h 28 min 53.76 s

32

GSM – Um: FDMA & TDMA

 Tổng số kênh

vật lý trong

GSM là : 124*8

= 992.

GSM – Um: burst types / dummy burst

 Có 5 cụm

 Normal Burst ()

 Access Burst( C ụm truy nhập )

 Frequency Correction Burst (c ụm hiệu chỉnh tần

số )

 Synchronization Burst (c ụm đồng bộ )

 Dummy Burst (c ụm giả )

GSM: các kênh logic

 Rất nhiều loại thông tin cần truyền giữa

BTS và MS, chẳng hạn như số liệu người sử dụng và báo hiệu điều khiển Các kênh

logic được sắp xếp trên các kênh vật lý

nhất định

 Kênh lưu lượng

 Kênh điều khiển

 Kênh lưu thông (TCH: Traffic CHennal):

mang số liệu tiếng được mã hoá hoặc số

liệu của người sử dụng Là kênh đường lên

và xuống, điểm nối điểm Có hai dạng kênh TCH là kênh toàn tốc với tốc độ 22.8kb/s và kênh bán tốc với tốc độ 11.4kb/s.

35

GSM Channels

36

GSM: kênh logic: kênh đi u khi n ề ể

 Mang thông tin báo hiệu và số liệu đồng bộ

37

GSM: kênh qu ng bá ả

 Kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH) mang thông tin hiệu

chỉnh tần số của MS Là kênh đường xuống, điểm tới đa điểm.

 Kênh đồng bộ (SCH): Phát thông tin đồng bộ khung của

MS và nhận dạng BTS Kênh đường xuống, điểm tới đa điểm.

 Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): phát thông tin chung trên cở sở một kênh cho một BTS Kênh đường xuống,

điểm đa điểm.

38

GSM: kênh đi u khi n chung ề ể

 Kênh tìm gọi (PCH): Dùng để tìm gọi Ms

Kênh đường xuống, điểm nối điểm.

 Kênh thâm nhập ngẫu nhiên (RACH): Được

MS yêu cầu dành một SDCCH hoặc để trả lời tìm gọi hoặc để thâm nhập khi khởi đầu hoặc đăng ký cuộc gọi MS Kênh đường lên, điểm tới điểm.

được sử dụng để dành một SDCCH hay trực tiếp một TCH cho MS Kênh đường xuống,

điểm tới điểm.

39

GSM: Kênh đi u khi n riêng ề ể

(SDCCH) được sử dụng để báo hiệu hệ thống khi thiết lập một cuộc gọi trước khi ấn định một TCH Chẳng hạn đăng ký và nhận thực thực hiện ở đây Kênh đường lên/xuống,

điểm tới điểm.

Thông báo về cường độ tín hiệu thu được từ

ô hiện thời và ô lân cận Các thông tin trên cần thiết để quyết định việc chuyển giao

dùng cho mục đích chuyển giao (handover).

40

GSM: cu c g i t i MS ộ ọ ớ

PSTN

calling station GMSC

HLR VLR

BSS BSS

14 15

17

 1: G ọi thuê bao GSM

 2: chuy ển cuộc gọi tới GMSC

 3: B áo hiệu thiết lập cuộc

gọi tới HLR

 4, 5: y êu cầu MSRN t ừ VLR

 6: forward responsible

MSC to GMSC

 7: chuy ển cuộc gọi tới MSC

 8, 9: get current status of MS

Mobile Originated Call

BTS MS

paging request channel request immediate assignment paging response

authentication request authentication response ciphering command ciphering complete setup

call confirmed assignment command assignment complete alerting

connect connect acknowledge data/speech exchange

BTS MS

channel request immediate assignment service request

authentication request authentication response ciphering command ciphering complete setup

call confirmed assignment command assignment complete alerting

connect connect acknowledge data/speech exchange

43

Handover decision

receive level BTSold

receive level BTSold

HO_MARGIN

45

clear command clear complete clear complete

B áo cáo kết quả đo

46

An toàn thông tin trong GSM

 Các dịch vụ đảm bảo an toàn

 Điều khiển truy nhập và nhận thực

(Temporary Mobile Subscriber Identity)

 3 thuật toán sử dụng trong GSM

 A3 nhận thực (“secret”, open interface)

 A5 mã hoá (standardized)

 A8 tạo khoá (“secret”, open interface)

“secret”:

• A3 and A8 available via the Internet

• network providers can use stronger mechanisms

47

GSM - key generation and encryption

mobile network (BTS) MS with SIM