OVERVIEW OF GSM SYSTEM

Mỗi hệ thống bao gồm một số lượng đơn vị chức năng hoặc các thành phần riêng lẻ của mạng • Switching System: Hệ thống chuyển mạch SS • Base Station System: Hệ thống trạm gốc BSS Ngoài ra

Mạng GSM được chia thành 2 hệ thống Mỗi hệ thống bao gồm một số lượng đơn vị chức năng hoặc các thành phần riêng lẻ của mạng

• Switching System: Hệ thống chuyển mạch (SS)

• Base Station System: Hệ thống trạm gốc (BSS)

Ngoài ra, như với tất cả các mạng viễn thông, mạng GSM hoạt động, duy trì và quản lý từ các trung tâm máy tính

PHẦN 2.1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠNG GSM

 Một số thuật ngữ viết tắt:

 AUC AUthentication Center

 BSC Base Station Controller

 BTS Base Transceiver Station

 EIR Equipment Identity Register

 HLR Home Location Register

 MS Mobile Station

 MSC Mobile services Switching Center

 NMC Network Management Center

 OMC Operation and Maintenance Center

 VLR Visitor Location Register

 Mobile services Switching Center (MSC)

 Home Location Register (HLR)

 Visitor Location Register (VLR)

 AUthentication Center (AUC)

 Equipment Identity Register (EIR)

 Base Station Controller (BSC)

 Base Transceiver Station (BTS)

I Mobile Stations (MS)

 MS: là thiết bị thu phát cá nhân do người đăng ký thuê bao trực tiếp sử dụng bao gồm:

1.Thiết bị di động : ME – Mobile equipment.

2 Module nhận dạng thuê bao: SIM – Subscriber Identity Module.

 SIM- cất giữ thông tin về thuê bao, mạng bao gồm:

+IMSI-International Mobile Subscriber Identity

+TMSI-Temporary Mobile Subscriber Identity

+LAI-Location Area Identity

+Module nhớ số danh bạ, tin nhắn

II Switching Systems( ss )

1 MOBILE SERVICES SWITCHING CENTER (MSC)

MSC là node chính trong mạng GSM

MSC kiểm soát các cuộc gọi giữa Mobile Station (MS)

Giao diện với PSTN, ISDN

Chức năng của MSC:

 Chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi: Một MSC

◦Kiểm soát việc thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi

◦Có thể tương tác với các node khác để thiết lập thành côngmột cuộc gọi

◦Định tuyến các cuộc gọi từ MS đến các mạng khác như

là một mạng PSTN

 Dịch vụ cung cấp: các dịch vụ bổ sung được cung cấp và

quản lý bởi một MSC Ngoài ra, các dịch vụ tin nhắn SMS được xử lý bởi MSCs

trong quá trình thiết lập, giải phóng cuộc gọi

 Giao tiếp với các MSC khác: trong suốt quá trình thiết lập cuộc gọi hoặc handover (chuyển giao) giữa các cell thuộc MSC khác

 Kiểm soát kết nối đến các BSC (Base Station Controller):

◦ Mỗi MSC có thể kiểm soát nhiều BSC

◦ Thiết lập cuộc gọi và chuyển giao giữa hai BSC

 Truy cập trực tiếp đến các dịch vụ Internet:

◦ Một MSC truy cập đến Internet của một nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) thông qua một mạng hiện có như mạng PSTN

◦ Tuy nhiên, cũng có thể kích hoạt một MSC để có thể truy cập trực tiếp với Internet, do đó làm giảm thời gian thiết lập

◦ Truy cập trực tiếp có thể được cung cấp bằng cách sử dụng một dịch vụ truy cập được gọi là Tigris (từ việc cải tiến truyền thông máy tính) có thể được tích hợp trong một MSC kết nối độc lập với MSC

2 HOME LOCATION REGISTER (HLR): đăng kí địa chỉ thường trú

 HLR: là một cơ sở dữ liệu mạng tập trung lưu trữ và quản lí các thuê bao di động thuộc về một nhà khai thác mạng cụ thể

 HLR lưu trữ vĩnh viễn thông tin thuê bao người dùng cho đến khithuê bao bị hủy bỏ

 Các thông tin được lưu trữ trong HLR bao gồm:

◦ Xác nhậận thuê bao ( thông qua IMSI-International Mobile Subscriber Identity và MSISDN-Mobile Station ISDN Number)

◦ Các diậch vuậ bôổ sung thuê bao

◦ Thông tin viậ trí thuê bao (tứức là khu vứậc diậch vuậ (điậa chiổ) MSC-VLR)

◦ Thông tin xác thứậc thuê bao

 Các chức năng chính của HLR bao gồm:

◦ Quản lí cơ sở dữ liệu thuê bao:

 HLR phải xử lý dữ liệu một cách nhanh chóng trong việc hồi phục dữ liệu và cập nhật dữ liệu yêu cầu từ nút mạng khác

 HLR hoạt động như một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu

 Mỗi bản ghi thuê bao có chứa một số lượng đáng kể các thông số

◦ Giao tiếp với MSC:

 MSC liên kết với HLR để truy xuất thông tin => phục vụ cho việc định tuyến thông tin

 Bằng cách phân tích MSISDN-Mobile Station ISDN Number…

◦ Giao tiếp với GMSC (Gate MSC): yêu cầu thông tin vị trí của MS thuộc MSC/VLR nào từ HLR => định tuyến

◦ Giao tiếp với AUC (Authentication Center) : trước khi bất kỳ hoạt động nào liên quan đến thay đổi hoặc sử dụng thông tin đăng ký diễn ra, HLR phải lấy các thông số xác thực mới từ một AUC

 Vai trò của một VLR trong mạng GSM là cơ sở dữ liệu nơi lưu trữ tạm thời thông tin thuê bao của 1 MS thuộc 1 khu vực dịch vụ MSC cụ thể

 Khi 1 MS di chuyển sang 1 khu vực dịch vụ MSC mới thì VLR thực hiện 1 số chức năng sau:

 VLR lưu trữ thông tin thuê bao cho MS, bao gồm cả vị trí và trạng thái (nhàn rỗi)

 Khi MS di chuyển sang vị trí khác VLR kiểm tra cơ sở dữ liệu của nó để xác định có hay không có thông tin của MS

( tức là xem MS có di chuyển sang 1 khu vực dịch vụ MSC mới hay không? ) (dựa trên IMSI-International Mobile Subscriber Identity của thuê bao-lưu trong SIM)

 Khi VLR không tìm thấy hồ sơ về MS ( MS đã di chuyển sang khu vực dịch vụ MSC mới) , lúc này nó sẽ gửi một

yêu cầu đến Home Location Registry (HLR) để cập nhật lại thông tin của MS vào VLR mới, đồng thời yêu cầu VLR

cũ xóa thông tin về MS

 Lưu ý: VLR cho biết MS thuộc LAI (Local Area Identify) nào nhưng HLR chỉ cho biết MS thuộc vùng quản lý của MSC-VLR nào

4 AUTHENTICATION CENTER (AUC)

 Chức năng: chính của một AUC là để cung cấp thông tin, sau đó được sử dụng bởi một MSC / VLR để thực hiện xác thực thuê bao và thiết lập thủ tục mã hoá trên các kết nối vô tuyến giữa mạng và MS

 AuC được kết hợp với HLR, chứa khóa nhận thực của các thuê bao đã đăng ký trong HLR

 Khóa này được dùng để tạo ra: Dữ liệu được dùng để nhận thực 1 MS có quyền truy nhập vào mạng hay không? +

mật mã thông tin trên đường vô tuyến

 Các thông tin cung cấp được gọi là một bộ ba(triplet) và bao gồm:

 Một số ngẫu nhiên không thể dự đoán được (RAND)

 Một Ký hiệu phản ứng (SRES)

Key mã hoá (Kc)

 Mỗi thuê bao được chỉ định bởi 1 số xác thực thuê bao đó (authentication Key (Ki) ) Ki được lưu trữ trong ALU

cùng với IMSI- International Mobile Subscriber Identity của thuê bao đó.Cả Ki+IMSI đều được lưu trong SIM

5 GATEWAY MSC (GMSC)

 GMSC là 1 thiết bị định tuyến lưu lượng trong 1 mạng di động đến đích đến

 GMSC truy cập HLR của mạng để tìm xem thuê bao di động được gọi thuộc MSC-VLR nào

 Một MSC riêng biệt có thể đóng vai trò như 1 GMSC

 Nhà điều hành mạng có thể dùng 1 hay nhiều GMSC

 GMSC định tuyến cuộc gọi giữa các MSC hay giữa MSC với mạng ngòai

6.EQUIPMENT IDENTITY REGISTER (EIR): thủ tục xác nhận thiết bị

 EIR => xác nhận thiết bị di động dựa vào IMEI-International Mobile Equipment Identity để đảm bảo rằng thiết bị

đầu cuối MS là hợp lệ

 1 MSC / VLR sẽ yêu cầu số IMEI từ MS

 2 MS sẽ gửi IMEI đến MSC

 3 MSC / VLR sẽ gửi IMEI tới EIR

 4 Tiếp nhận của số IMEI, EIR xem xét ba danh sách:

- Một danh sách trắng: có chứa tất cả các thiết bị được phân bổ tại các quốc gia khác nhau tham gia vào mạng GSM

- Một danh sách đen: có chứa tất cả các thiết bị đã bị cấm

- Một danh sách màu xám: có chứa bị lỗi hoặc không chấp thuận thiết bị di động có thể được quyền sử dụng dịch

vụ mạng nhưng dưới tầm giám sát của mạng

5 Kết quả được gửi đến MSC / VLR, sau đó quyết định có hay không

cho phép truy cập mạng

III.Base Station System ( Hệ thống trạm gốc)

 INTRODUCTION

 Hệ thống trạm gốc (BSS) chịu trách nhiệm liên quan đến tất cả các chức năng của mạng vô tuyến

như:

• Giao tiếp vô tuyến với các đơn vị mobile (di động)

• Handover (chuyển giao) cuộc gọi trong tiến trình giữa các cell (tế bào)

• Quản lý tất cả các tài nguyên mạng vô tuyến và cấu hình dữ liệu cell.

1.Base Transceiver Station (BTS) ( Trạm thu phát gốc)

 Kiểm soát giao diện vô tuyến tới MS

 BTS bao gồm:

 Các thiết bị vô tuyến như máy thu phát tín hiệu

 Ăng-ten

 Các thiết bị điều khiển và xử lý tín hiệu

 Một nhóm của BTSs được điều khiển bởi 1 BASE STATION CONTROLLER (BSC)

 Hiện nay 1 BTS gồm có 3 anten đặt theo 3 hướng khác nhau Mỗi anten tại ra một

Vùng phủ sóng nhỏ gọi là cell Nhiều cell tạo thành 1 Local Area (LA) Tùy theo lọai thiết bị BTS mà cho phép 1 cell

có thể có tối đa bao nhiêu thiết bị thu phát

2 TRANSCODER CONTROLLER (TRC)

TRC FUNCTIONS

 Các chức năng chính của một TRC để thực hiện chuyển mã và thực hiện

thích ứng tốc độ truyền bit

 Transcoding: Chức năng chuyển đổi thông tin mã PCM (sau chuyển đổi D /A) sang thông tin mã GSM.Chức năng này

hiện diện trong cả hai MS và BSS

◦ TRC cũng hôỗ trơậ truyêần taổi không liên tuậc Nêứu dò thậứy có sứậ taậm dứầng trong quá trình truyêần tín hiêậu

=> nhiêỗu đứơậc taậo ra bơổi TRAU khi hứơứng thông tin đêứn MSC / VLR.

3.BASE STATION CONTROLLER (BSC)

BSC FUNCTION

 BSC quản lý tất cả các chức năng liên quan đến phát sóng vô tuyến của một mạng GSM:

 Quản lí mạng vô tuyến : lưu lượng, có cell nào bị cấm truy cập?…

 Cấp phát, phân bổ, kênh vô tuyến

 Thu thập cấu hình dữ liệu cell

 Handover(chuyển giao) Mobile Station (MS)

 Quản lí đường truyền dẫn

 Hổ trợ đa băng tần

 Duy tri hoạt động , bảo trì nội bộ BSC, điều khiển công suât phát của BTS , MSC

 Điều khiển 1 hay nhiều BTS

4 NETWORK MONITORING CENTER

(trung tâm giám sát mạng)

Operation and Maintenance Center (OMC)

(trung tậm vậận hành và baổo dứơỗng)

 Một OMC:là một trung tâm giám sát được kết nối với các

thành phần trong mạng như :MSC và BSC qua chuẩn X.25

 Cập nhật thông tin trạng thái hệ thống, giám sát, kiểm soát các thông số

 Có thể có một hoặc nhiều OMC trong một mạng tùy thuộc vào kích thước mạng.

PHẦầN 2.2-GSM GEOGRAPHICAL NETWORK STRUCTURE

(Cậứu trúc điậa lý maậng GSM )

 Mỗi mạng điện thoại cần có một cấu trúc đặc thù để định tuyến các cuộc gọi đến tới chính xác tổng đài và sau đó đến thuê bao cụ thể

 Trong một mạng di động thì cấu trúc này rất quan trọng vì các thuê bao không cố định di chuyển xuyên suốt trong mạng Những cấu trúc này được sử dụng để giám sát các thuê bao

I CELL

 Một tế bào (cell) là đơn vị cơ bản của một hệ thống tổ ong

 Cell được định nghĩa là một vùng phủ sóng vô tuyến được tạo ra bởi một hệ thống ăng-ten của BSS, cụ thể là BTS (Base Transciever System)

 Mỗi tế bào được chỉ định số duy nhất gọi là CGI (Cell Global Identity) Trong một mạng lưới hoàn chỉnh của quốc gia thì số lượng các tế bào có thể khá nhiều

2.PLMN SERVICE AREA: (khu vực dịch vụ mạng di động công cộng)

ĐN: A Public Land Mobile Network (PLMN) service area là toàn bộ tập hợp các cell dịch vụ trong 1 hệ thống mạng và

nó được định nghĩa là 1 khu vực hoạt động của 1 vùng phủ sóng vô tuyến và truy cập vào mạng Mỗi quốc gia thì có thể

có nhiều PLMN service area

3.GSM SERVICE AREA: khu vực dịch vụ GSM

Điậnh nghĩa: The GSM service area là toàn bộ khu vực địa lý mà ở đó 1 thuê bao có thể truy cập vào mạng GSM Việc tăng cường khu vực dịch vụ GSM thì giúp ích cho các nhà khai thác có thể thỏa thuận kí hợp đồng làm việc với nhau Hiện tại khu vực dịch vụ GSM trải rộng trên hàng chục Quốc gia từ Icerland cho tới Australia, South Africa and the Americas

4.MSC SERVICE AREA: khu vực dịch vụ MSC

ĐN: Một khu vực dịch vụ MSC là một tập hợp 1 số lượng LA(Local Area) và là 1 khu vực địa lý được điều khiển bởi một MSC Để được có thể để định tuyến cuộc gọi đến một MS, khu vực dịch vụ MSC của thuê bao cũng được

ghi nhận và theo dõi Khu vực dịch vụ MSC của thuê bao được lưu trữ trong HLR

PHẦầN 2.3-GSM FREQUENCY BANDS

(Dãy tậần hoaật đôậng cuổa GSM)

 GSM phát triển trên toàn thế giới, nó mở rộng tầm hoạt động ở 4 băng tần chính: 900, 800 và 1800,1900

GSM 900 :

GSM sử dụng phân chia tần số song công (FDD), mỗi kênh đường lên và xuống hoạt động ở một tần số khác nhau Do đó,

có 2 băng tần đựơc cấp cho GSM, cách nhau 20MHz

 Băng tần đầu tiên được cấp trong GSM (P-GSM):

 Băng tần 890MHz đến 915MHz cho đường lên (uplink) từ MS đến BTS

Băng tần 935MHz đến 960MHz cho đường xuống (downlink) từ BTS đến MS

 Mỗi băng tần được chia thành một số sóng mang, mỗi sóng mang có băng thông 200KHz Do đó có 125 sóng mang cho mỗi băng tần lên, xuống Trong đó, một kênh được dùng như kênh bảo vệ, điều này làm giảm số kênh còn 124 kênh

 Hai tần số ấn định cho mỗi cặp kênh cách nhau 45MHz

 Mỗi cặp tần số được nhận dạng bởi một số ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel)

 Tính toán tần số kênh đường lên và xuống:

  Các tần số uplink: Ful (n) = 890 MHz + (0,2 MHz) × n

  Các tần số downlink: Fdl (n) = Ful (n) + 45 MHz

 n = ARFCN với 1 <= n <= 124