PowerPoint Presentation Báo cáo Hệ Phân Tán Tìm hiểu về mạng di động GSM 1h I Tổng quan về mạng di động GSM • GSM (Global System for Mobile Communication) là hệ thống thông tin di động số toàn cầu ở d[.]
Trang 1Báo cáo Hệ Phân Tán
Tìm hiểu về mạng di động GSM
Trang 2I Tổng quan về mạng di động GSM
• GSM (Global System for Mobile Communication) là hệ thống thông tin di động số toàn cầu ở dải tần
900MHz, 1800MHz và 1900MHz được tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI) quy định GSM là một
tổ hợp các giải pháp bao gồm hệ thống chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, nút điều khiển vô
tuyến và các trạm phát gốc cùng với cơ sở dữ liệu (CSDL) mạng, các dịch vụ cơ bản và các nút quản
lý mạng
• Hệ thống thông tin di động GSM sử dụng kết hợp phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time-Division Multiple Access) và phân chia theo tần số FDMA (Frequency-Division Multiple Access), trong đó mỗi MS được cấp phát một cặp tần số và một khe thời gian để truy nhập vào mạng
• Kiến trúc hệ thống GSM
Một hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ thống con như sau:
1 Phân hệ chuyển mạch NSS (Networking Switch Subsystem)
2 Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)
3 Trạm di động MS (Mobile Station)
Trang 3• BTS: Base Transceiver Station
• BSC: Base Station Controller
• MSC: Mobile Switching Center
• VLR: Visitor Location Register
• HLR: Home Location
Trang 41 Phân hệ chuyển mạch NSS (Networking Switch Subsystem)
• NSS bao gồm các chức năng chuyển mạch chính cũng như CSDL cần thiết cho số liệu thuê bao và
sự quản lý di động của thuê bao Chức năng chính của NSS là quản lý thông tin giữa những người
sử dụng mạng với nhau và với các mạng khác
• Phân hệ NSS bao gồm: MSC, VLR, HLR, GMSC, AUC và EIR
a) Trung tâm chuyển mạch di động (MSC - Mobile Switching Center)
b) Bộ đăng kí định vị thường trú (HLR - Home Location Register)
c) Bộ đăng kí định vị tạm trú (VLR - Visitor Location Register)
d) Tổng đài GMSC (Gateway-MSC)
e) Trung tâm nhận thực (AuC - Authentication Center)
f) Thanh ghi nhận thực thiết bị (EIR - Equipment Identity Register)
Trang 52 Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)
• BSS là một hệ thống đặc thù riêng cho tính chất tổ ong vô tuyến của GSM BSS giao tiếp trực tiếp
với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến, vì thế nó bao gồm các thiết bị thu/phát
đường vô tuyến và quản lý các chức năng này Mặt khác BSS thực hiện giao tiếp với các tổng đài ở phân hệ chuyển mạch NSS BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS
• BSS bao gồm hai loại thiết bị là: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC
a) Trạm thu phát gốc (BTS - Base Transceiver Station)
b) Trung tâm điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller)
Trang 6a) Trạm thu phát gốc (BTS - Base Transceiver Station)
• BTS gồm tất cả các thiết bị giao tiếp truyền dẫn và vô tuyến cần thiết ở trạm vô tuyến dù trạm phủ một hay nhiều cell
• BTS thực hiện các chức năng sau:
- Thu phát vô tuyến
- Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý
- Mã hóa và giải mã hóa
- Mật mã hóa và giải mật mã
- Điều chế và giải điều chế
• Bộ phận quan trọng nhất trong BTS chính là khối chuyển đổi mã và tốc độ TRAU -Transcode/Rate
Adapter Unit TRAU thực hiện mã hóa và giải mã thoại rất đặc thù cho TTDĐ số cellular TRAU cũng
thực hiện thích ứng tốc độ truyền số liệu
Trang 7b) Trung tâm điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller)
• BSC là khối chức năng điều khiển, giám sát các BTS và các liên lạc vô tuyến trong hệ thống BSC
điều khiển công suất, quản lý giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển của BTS và MS
• Vai trò chủ yếu của BSC là quản lý các kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao Một BSC quản lý hàng chục BTS tạo thành một trạm gốc Một tập hợp các trạm gốc gọi là phân hệ trạm gốc Giao diện
Abis được quy định giữa BSC và MSC Sau đó, giao diện Abis cũng được quy định giữa BSC và BTS
• BSC được ấn định các chức năng chính sau:
- Quản lý mạng vô tuyến
- Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS
- Điều khiển nối thông các cuộc gọi
- Quản lý mạng truyền dẫn
Trang 83 Trạm di động MS (Mobile Station)
• MS là một đầu cuối di động, có thể được đặt trên ô tô hay xách tay Sự hợp tác giữa các mạng
thông tin tạo điều kiện để MS được chuyển giao trong phạm vi bất kì MS có bộ phận ME đầy đủ phần cứng và phần mềm để phối ghép với giao diện vô tuyến được quy định sẵn
a) ME là phần cứng để thuê bao truy nhập mạng Có 3 loại ME:
- Trên xe (lắp đặt trong xe, anten ngoài xe)
- Xách tay (anten không liền tổ hợp cầm tay)
- Cầm tay (anten liền với tổ hợp cầm tay, máy cầm tay nằm gọn trong lòng bàn tay)
ME có số nhận dạng là IMEI Nhờ có IMEI mà ME bị mất sẽ không được phục vụ
b) Module nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Indentity Module)
Là một card điện tử cắm vào ME để nhận dạng thuê bao và các loại dịch vụ mà thuê bao đăng ký Nhà cung cấp dịch vụ di động bán SIM cho thuê bao khi đăng ký
Trang 94 Phân hệ bảo dưỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem)
• Hệ thống OSS được nối với tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyển mạch và nối đến BSC.
• OSS thực hiện 3 chức năng chính:
- Khai thác và bảo dưỡng mạng
- Quản lý thuê bao và tính cước
- Quản lý thiết bị di động
Trang 10II Báo hiệu và chuyển giao trong hệ thống GSM
1) Báo hiệu trong hệ thống GSM
2) Chuyển giao trong GSM
Trang 111) Báo hiệu trong hệ thống GSM
a) Các giao diện cơ bản trong mạng di động GSM
Các giao diện cơ bản của mạng GSM được chia thành hai loại : giao diện nội bộ mạng GSM và các giao diện ngoại vi Trong đó giao diện nội bộ mạng GSM lấy hệ thống báo hiệu số 7 (CCS7) làm cơ sở cho các quá trình điều khiển việc trao đổi thông tin giữa các phần tử của mạng khi cung cấp các dịch
vụ cho thuê bao và quản lý mạng Các giao diện ngoại vi với các mạng khác như PSTN, ISDN, PSDN hay với các PLMN khác sử dụng R2, CCS7 hay X25 tuỳ thuộc vào từng mạng cụ thể
• Giao diện nội bộ mạng
- Giao diện vô tuyến U m: Là giao diện giữa BTS và MS Đây là giao diện quantrọng nhất, quyết định lớn nhất đến chất lượng dịch vụ của mạng GSM TrongGSM, giao diện vô tuyến sử dụng tổng hợp
cả hai phương thức FDMA và TDMA
- Giao diện A bis: là giao diện giữa BTS và BSC Giao diện này được sử dụng để trao đổi thông tin thuê bao (thoại, số liệu ) và thông tin điều khiển (báo hiệu, đồng bộ ) BSC kiểm soát các BTS qua giao diện này Abis sử dụng đường truyền chuẩn PCM 32 (2,4Mb/s) với mã sửa sai CRC4 theo CCITT,
G732 Giao thức trong kênh báo hiệu tuân theo chuẩn CCITT LAPD
Trang 121) Báo hiệu trong hệ thống GSM
- Giao diện A là giao diện giữa MSC và BSC, qua bộ chuyển mã TRAU
- Giao diện B là giao diện giữa MSC và VLR (sử dụng CCS7 để trao đổi số liệu giữa MSC và VLR)
- Giao diện C là giao diện giữa MSC và HLR (MSC sử dụng giao diện này để truy nhập HLR lấy số liệu)
- Giao diện D là giao diện giữa VLR và HLR (trao đổi số liệu về các thuê bao di động giữa các cơ sở dữ
liệu của HLR và VLR)
- Giao diện E là giao diện giữa các tổng đài trong mạng GSM (thiết lập các cuộc nối giữa các thuê bao
thuộc vùng kiểm soát của các tổngđài khác nhau)
- Giao diện F là giao diện giữa EIR và MSC (trao đổi số liệu về việc nhận dạng thiết bị thuê bao quốc
tế IMEI với cơ sở dữ liệuđã được ghi sẵn trong EIR khi cần kiểm tra các thuê bao MS)
- Giao diện G là giao diện giữa các VLR (trao đổi số liệu về MS trong quá trìnhtạo lập và lưu giữ hộ
khẩu tạm trú của các MS đó)
- Giao diện Ater: là giao diện giữa BSC và TRAU
Trang 131) Báo hiệu trong hệ thống GSM
• Giao diện ngoại vi
- Giao diện với OMC: Là giao diện giữa OMC và MSC, VLR, HLR, EIR, BSC
- Giao diện với PSTN: Giao diện giữa các mạng GSM với mạng thoại PSTN
- Giao diện với ISDN: Giao diện mạng GSM với ISDM
- Giao diện với PSDN: Giao diện với mạng số liệu X25 cũng được tiêu chuẩn hoá ở GSM
- Giao diện với PLMN qua PSTN/ISDN: Giao diện giữa các mạng GSM với nhau thông qua mạng
PSTN hoặc ISDN được tiêu chuẩn hoá cho GSM
Trang 141) Báo hiệu trong hệ thống GSM
b) Báo hiệu trong GSM
Vấn đề báo hiệu trong mạng di động phức tạp hơn nhiều trong mạng điện thoại thông thường vì tính chất di động của các thuê bao trong mạng Trong mạng di động, các thuê bao di động (MS) có thể
di chuyển quanh mạng nên phải có yêu cầu cập nhật vị trí địa lý của các MS và xử lý việc thay đổi kênh lưu lượng (chuyển ô) khi MS di chuyển từ ô này sang ô khác Điều này yêu cầu phải có một hệ thống báo hiệu nhanh và mạnh Mạng di động số GSM sử dụng hệ thống báo hiệu số 7
Ở CCSN 7 (common channel signalling network), đường báo hiệu tách riêng so với đường tiếng
Kênh báo hiệu có thể chiếm một khe thời gian bất kỳ trên các đường truyền dẫn 2Mbps và được sử dụng để truyền tất cả các báo hiệu của các kênh thoại ở đoạn nối tương ứng CCSN 7 có rất nhiều ưu điểm:
- Dung lượng truyền báo hiệu cao, một kênh báo hiệu có thể đảm bảo báo hiệu cho 5000 mạch tiếng
- Cho phép sử dụng nhiều dịch vụ mới
- Cho phép giảm kích thước các thiết bị vì không cần thiết phải ấn định thiết bị báohiệu riêng cho
từng mạch tiếng
- Độ tin cậy cao nhờ có dự phòng
Trang 151) Báo hiệu trong hệ thống GSM
Một số trường hợp báo hiệu trong GSM:
- Tìm đến kênh đồng bộ SCH (Synchronization Channel) để nhận được số khung TDMA cho đồng bộ
- Cập nhật vị trí để thông báo cho VLR phụ trách và HLR về vị trí của mình Các CSDL này sẽ ghi lại LAI (Location Area Identity) hiện thời của MS Giống như cập nhật vị trí bình thường thông tin về LAI được MS nhận từ BCCH (Broadcast control channel)
(1)
(2) (3)
(4)
Trang 161) Báo hiệu trong hệ thống GSM
Bắt đầu từ lúc MSC/VLR công nhận MS là tích cực và đánh dấu cờ “truy nhập vị trí tích cực” vào trường dữ liệu của mình Cờ này gắn với một số nhận dạng thuê bao IMSI
(4)
Trang 171) Báo hiệu trong hệ thống GSM
Một số trường hợp báo hiệu trong GSM:
• Cập nhật vị trí
Cập nhật vị trí xảy ra khi MS đang ở trạng thái rỗi nhưng nó di chuyển từ vùng định vị này sang vùng định vị khác Khi đó, MS phải thông báo cho mạng vị trí của nó để mạng ghi lại vị trí mới này vào VLR hay HLR (nếu chuyển vùng định vị xảy ra đồng thời với chuyển sang MSC mới)
Thông tin để thực hiện cập nhật vị trí dựa trên LAI được thông báo thường xuyên từ BCCH của mỗi
Trang 182) Chuyển giao trong GSM
Khi đang đàm thoại, một kênh được xác lập Khi một MS chuyển động ra khỏi vùng phủ sóng của cell cho trước, tín hiệu đầu thu của cell này sẽ giảm Khi đó, cell đang sử dụng sẽ yêu cầu một chuyển giao (Handover - HO) đến hệ thống Đến một mức quy định, hệ thống sẽ chuyển mạch cuộc gọi đến một cell có tần số với cường độ tín hiệu thu mạnh hơn mà không làm gián đoạn cuộc gọi hay gửi cảnh báo đến người sử dụng Cuộc gọi được tiếp tục mà người dùng không nhận thấy quá trình HO diễn ra.a) Phân loại Handover
Intra-cell Hand Over (Chuyển giao trong nội bộ tế bào): Thủ tục chuyển giao thực hiện giữa hai
kênh vật lý của cell đang phục vụ
Trang 192) Chuyển giao trong GSM
a) Phân loại Handover
Inter-cell Hand Over (Chuyển giao liên tế bào): MS được chuyển mạch sang một kênh vô tuyến mới
của một cell khác nhưng được điều khiển của cùng một bộ điều khiển trạm gốc BSC
Trang 202) Chuyển giao trong GSM
a) Phân loại Handover
Intra-MSC Hand Over: Chuyển giao giữa 2 BSC trong nội bộ tổng đài di động MSC
Trang 212) Chuyển giao trong GSM
a) Phân loại Handover
Inter-MSC Hand Over: Chuyển giao giữa hai tổng đài di động MSC Trong trường hợp này, MSC
ban đầu giữ toàn quyền điều khiển cuộc gọi và sắp đặt truy nhập mạng cho đến khi kết thúc cuộc gọi Cuộc gọi được định tuyến vật lý lại từ MSC ban đầu trực tiếp đến MSC đích
Trang 222) Chuyển giao trong GSM
b) Quy trình chuyển giao cuộc gọi
Về cơ bản, thủ tục Handover bao gồm 4 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: BSC quyết định thực hiện handover để đảm bảo kết nối
- Giai đoạn 2: Một kết nối mới được thiết lập, song song với kết nối gốc
- Giai đoạn 3: MSC chuyển cuộc gọi sang kết nối mới
- Giai đoạn 4: Kết nối gốc được giải phóng
Trang 232) Chuyển giao trong GSM
chuyển giao Thông thường thì thủ tục Handover sẽ được thực hiện ngay sau đó
(Trong lúc kết nối, MS vẫn tiếp tục đo đạc mức thu và chất lượng truyền dẫn của cell phục vụ và những cell xung quanh)
Trang 242) Chuyển giao trong GSM
• BSC sẽ thông báo cho MSC về sự cần thiết thực hiện thủ tục Handover, và khai báo thông tin với MSC1
Trang 252) Chuyển giao trong GSM
• Nếu đặt giá trị HO Margin quá thấp sẽ dẫn tới HO quá nhiều, ngược lại khi giá trị này quá lớn có thể làm giảm chất lượng cuộc gọi Vì vậy, tùy vào tính chất phủ sóng của từng vùng cũng như mức độ nhiễu của từng cell phục vụ, HO Margin cần được điều chỉnh thích hợp để đạt được chất lượng tốt nhất
Trang 262) Chuyển giao trong GSM
Giai đoạn 2:
MSC1 yêu cầu một Handover Number (HON) từ MSC2 và thông báo với MSC2 thông tin về cell B
MSC2 yêu cầu VLR cung cấp một mã HON, đồng thời yêu cầu BSC cung cấp kênh vô tuyến Sau đó, kênh vô tuyến và mã HON được gửi lại cho MSC1
Trang 272) Chuyển giao trong GSM
• Mã HON chỉ quan trọng trong trường hợp Inter-MSC Handover MSC1 dùng HON để thiết lập kết nối kênh lưu lượng với MSC2 Cấu trúc của mã HON cũng giống nhưmã MSRN và được cung cấp bởi VLR mới
Trang 282) Chuyển giao trong GSM
Giai đoạn 3:
Với mã HON, MSC1 có thể thiết lập kênh lưu lượng kết nối với MSC2 MSC1 thông báo cho MS về kênh vô tuyến mà nó phải chuyển mạch tới
Trang 292) Chuyển giao trong GSM
Giai đoạn 4:
Giải phóng kết nối với trạm BTS cũ
Trang 30III Thiết lập cuộc gọi trong GSM
BSC
MSC
VLR HLR
BTS (1)
BTS (2)
Trang 31III Thiết lập cuộc gọi trong GSM
1 Yêu cầu kênh
MS phát tín hiệu yêu cầu kênh qua RACH
(Random Access Channel)
BSC
MSC
VLR HLR
BTS (2)
1: RACH
Trang 32III Thiết lập cuộc gọi trong GSM
2 Chấp nhận truy cập
BSC sử dụng AGCHcho phép MS truy cập vào kênh
(Access Grant Channel)
BSC
MSC
VLR HLR
BTS (1)
BTS (2)
2: AGCH
Trang 33III Thiết lập cuộc gọi trong GSM
3 Thiết lập báo hiệu
Thiết lập báo hiệu giữa MS và BSC (Stand Alone Dedicated Control Channel
- Kênh điều khiển chuyên dụng độc lập)
BSC
MSC
VLR HLR
BTS (2)
3: SDCCH
Trang 34III Thiết lập cuộc gọi trong GSM
4 Yêu cầu dịch vụ
CR (Connect Request): Yêu cầu nối thông
CC (Connect Confirm): Xác nhận nối thông VLR tiến hành nhận thực (nếu MS đã từng đăng kí ở đây)
Hoặc tham chiếu đến HLR để lấy thông tin thực
BSC MSC
VLR HLR
BTS (1)
BTS (2)
CR CC
Trang 35III Thiết lập cuộc gọi trong GSM
5 Nhận thực, mật mã
Yêu cầu nhận thực Nếu quá trình nhận thực hợp lệ,
Đáp ứng nhận thực tiến hành thiết lập cuộc gọi
Yêu cầu mật mã Nếu không hợp lệ, MS sẽ nhận thông báo
Đáp ứng mật mã “Từ chối nhận thực”
BSC MSC
VLR HLR
BTS (2)
Trang 36III Thiết lập cuộc gọi trong GSM
6 Thiết lập cuộc gọi
7 Hoàn thành thiết lập
BSC MSC
VLR HLR
BTS (1)
BTS (2)
SDCCH
Trang 37III Thiết lập cuộc gọi trong GSM
8 Thiết lập và hoàn thành thiết lập TCH
MSC chỉ định kênh lưu lượng (TCH – Trafic Channel) cho BSC BST chỉ định TCH vô tuyến cho MS
MS trả lời lại BSC và gửi tới MSC
BSC MSC
VLR HLR
BTS (2)
SDCCH FACCH
Trang 38III Thiết lập cuộc gọi trong GSM
9 Tìm MS được gọi
MSC/VLR xác định được LAI của MS được gọi Thông qua thông tin ở quá trình thiết lập cuộc gọi
BSC MSC
VLR HLR
BTS (1)
BTS (2)
Trang 39III Thiết lập cuộc gọi trong GSM
10 Phát tín hiệu tìm gọi MS
BSC gửi thông báo tìm gọi đến BTS ở vùng LAI đã xác định BTS phát bản tin tìm gọi thông qua kênh PCH (Paging Channel)
BSC MSC
VLR HLR
BTS (2)
Trang 40III Thiết lập cuộc gọi trong GSM
11 Xác nhận và yêu cầu kênh
MS gửi bản tin yêu cầu kênh thông qua RACH12.BSC cho phép MS truy cập
MS gửi bản tin đã thiết lập (Temporary Mobile Subscriber Identity
và yêu cầu TMSI - Số nhận dạng trạm di động tạm thời)
BSC MSC
VLR HLR
BTS (1)
BTS (2)
RACH AGCH SDCCH
Trang 41III Thiết lập cuộc gọi trong GSM
13 Cấp phát TMSI và hoàn thành thiết lập cuộc gọi
BSC MSC
VLR HLR
BTS (2)
SDCCH
TMSI
TMSI TMSI