LUẬN VĂN: TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM

Nó được xem như là một thế hệ thứ hai second generation, 2G .GSM là một chuẩn mở hiện tại nó được phát triển bởi 3rd .Lợi thế chính của GSM là chất lượng cuộc gọi tốt hơn giá thành thấp

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM

1.1 GIỚI THIỆU MẠNG GSM………

Hệ thống thông tin đi động toàn cầu sử dụng kĩ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) đầu tiên được ra đời ở châu âu và có tên gọi là GSM Ban đầu hệ thống này được gọi là nhóm đặc trách đi động (Group Special Mobile) sau đó được thương mại hóa thành :

Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM viết tắt của từ (tiếng anh golbal system for mobile communications) là một công nghệ dùng cho mạng thông tin

di động dịch vụ GSM được sử dụng trên 2 tỉ người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ các mạng thông tin di động gsm cho phép có thể roaming với nhau do đó những máy điện thoại đi động khác nhau có thể sử dụng nhiều nơi trên thế giới

GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động trên thế giới khả năng phủ sóng của nó rộng khắp nơi làm cho gsm trở nên phổ biến trên thế giới cho phép người sử dụng có thể sử dụng điện thoại di động của họ ở nhiều nơi trên thế giới

Nó được xem như là một thế hệ thứ hai (second generation, 2G) GSM là một chuẩn mở hiện tại nó được phát triển bởi 3rd Lợi thế chính của GSM là chất lượng cuộc gọi tốt hơn giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn thuận lợi đối với nhà phát triển mạng là khả năng triển khai từ nhiều thiết bị người cung ứng GSM có thể cho phép nhà điều hành mạng có thể sẵn sàng dịch vụ ở khắp nơi vì thế người sử dụng có thể sử dụng điện thoại ở khắp mọi nơi trên thế giới

Hình 1 miêu tả phủ sóng GSM rộng khắp mọi nơi

1.2 lịch sử phát triển mạng GSM………

vào đầu thập niên 1980 tai Châu Âu người ta đã phát triển một mạng di động chỉ sử dụng trong một số khu vực người ta chỉ sử dụng một trạm thu phát gốc chung cho tất cả các máy điện thoại di động vì vậy công suất của máy điện thoại phải lớn và số kênh (tương ứng với số cuộc gọi ) bị giới hạn Để khắc phục điều này thì mạng thông tin di động mới được ra đời ngay sau đó Cho tới năm

1982 thì nó đã được chuẩn hóa bởi CEPT và tạo ra một chuẩn GSM với mục đích phát triển một chuẩn thống nhất cho hệ thống thông tin di động có thể chuẩn hóa cho toàn châu âu mạng di động sử dụng công nghệ GSM được xây đựng và sử dụng bởi mạng điện thoại radiolinja tại Phần Lan

Đến năm 1989 công việc quản lý và tiêu chuẩn mạng GSM được chuyển cho viện viễn thông Châu Âu và các đặc tính của công nghệ GSM được công bố vào năm 1990

Từ đó có nhiều hãng khai thác kí MoU hứa sẽ có một hệ thống GSM vận hành vào 01/7/1991

Cho tới năm 1992 testra australia là mạng đầu tiên ngoài châu âu kí vào biên bản ghi nhớ của GSM MoU (Memorandum of Understading)

Cũng trong năm này thỏa thuận chuyển vùng quốc tế đầu tiên được kí kết giữa 2 nhà mạng Finlan telecom của phần lan và Vodafone của anh và cũng đồng nghĩa khi tin nhắn đầu tiên được gửi đi vào năm 1992

Và cũng sau đó thì hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM được phát triển một cách mạnh mẽ đồng nghĩa với sự gia tăng chóng mặt của các nhà mạng

ra đời số lượng thuê bao cũng gia tăng chóng mặt Và đến cuối năm 1993 thì đã dạt doanh số hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của hơn 70 nhà mạng cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia trên thế giới

Cho tới năm 1996 đã lên tới 200 nhà điều hành từ gần 100 quốc gia và trong đó có 167 mạng đã đi vào hoạt động trên 94 quốc gia với số thuê bao đạt trên 50 triệu

Năm 2000 GPRS đã được đi vào hoạt động Sau đó 1 năm thì mạng GSM (UMTS)

Được đi vào hoạt động với số thuê bao GSM đã vượt quá 500 triệu và tới năm 2006 số thuê bao đã đạt tới 2 tỉ và hơn 700 nhà điều hành chiếm gần 80% thị phần đi động thế giới

Một số nước đã phủ sóng rộng rãi ngay từ đầu và cũng có 1 số nước chỉ mới bắt đầu phục vụ bên trong và xung quanh thủ đô

Ở Việt Nam hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm

1993 và hiện nay đang được khai thác hiệu quả bởi hai nhà mạng di động đó là vinaphone và mobiphone theo tiêu chuẩn GSM

Hiện nay số thuê bao di động ở Việt Nam đã chiếm hơn 20% tổng số thuê bao toàn quốc

Hệ thống thông tin di động GSM sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo tần số (FDMA) trong đó mỗi trạm di động được cấp phát một cặp tần số và một khe thời gian

- Tự động cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động

- Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các thiết bị đầu cuối khác nhau như máy xách tay ,máy cầm tay,đặt trên ô tô

- Sử dụng băng tần 900 Mhz với hiệu quả cao nhờ sự kết hợp giữa TDMA và FDMA

- Giải quyết sự hạn chế của giải tần vô tuyến về dung lượng nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn

- Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất giữ bí mật số nhận dạng thuê bao

- Mã hóa thông tin của người sử dụng để chống nghe trộm.

- Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùng này sang vùng khác

- Cho phép phát triển các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phi thoại

- Để mang tính toàn cầu phải cho phép chuyển mạng quốc tế

- Các thiết bị cầm tay phải gọn nhẹ và tiêu thụ ít năng lượng

1.4 Các dịch vụ của mạng GSM.

1.4.1 dịch vụ thoại:

- chuyển hướng cuộc gọi vô điều kiện

- chuyển hướng cuộc gọi khi có 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 quốc tế

- Cấm tất cả các cuộc gọi đến

- Giữ cuộc gọi

- Đợi gọi

- Chuyển tiếp cuộc gọi

- Thông báo cước phí

- Dịch vụ thoại không tính cước

Các dịch vụ này chưa thực sự thích hợp với môi trường di động Một trong các yêu cầu đó là do yêu cầu thiết bị đầu cuối khá cồng kềnh , chỉ phù hợp với các mục đích bán cố hoặc những thiết bị đặt trên ô tô

1.4.3 Dịch vụ bản tin nhắn:

Đây được xem là dịch vụ khá phù hợp với môi trường di động vì các bản tin có độ dài vài octet có thể được tiếp nhận bởi các thiết bị đầu cuối rất nhỏ

Có hai loại dịch vụ tin nhắn:

- Dịch vụ tin nhắn truyền điểm –điểm (giữa hai thuê bao) loại này được chia thành hai loại nhỏ:

+ Dịch vụ bản tin nhắn kết cuối di động, điểm – điểm(SMS-MO/PP) Cho phép người dùng GSM nhận các bản tin nhắn

+ Dịch vụ bản tin nhắn khởi đầu từ mobile, điểm – điểm (SMS-MI/PP) Cho phép người sử dụng GSM gửi tin nhắn đến người sử dụng GSM khác

- Dịch vụ bản tin nhắn phát quảng bá cho phép bản tin nhắn được gửi đến máy di động trên một vùng địa lý nhất định

1.5 Các chỉ tiêu kĩ thuật của mạng GSM.

Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự do của các thuê bao trong khu vực Châu Âu, có nghĩa là một thuê bao có thể thâm nhập sang mạng của các nước khác khi di chuyển sang biên giới Trạm di động GSM – MS (GSM Mobile Station) phải có khả năng trao đổi thông tin ở bất cứ nơi nào phủ sóng quốc tế

1.5.1 Về khả năng phục vụ.

- Hệ thống được thiết kế sao cho MS có thể dùng được tất cả các nước có mạng

- Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép sự linh hoạt lớn nhất cho các loại dịch vụ khác liên quan đến mạng số kết nối đa dịch vụ (ISDN)

- Tạo một hệ thống có thể phục vụ cho các MS trên các tàu viễn dương như một mạng mở rộng có các dịch vụ di động mặt đất

1.5.2 Về chất lượng dịch vụvà an toàn bảo mật:

- Chất lượng của thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ thống di động tương tự trước đó trong điều kiện vận hành thực tế

- Hệ thống có khả năng bảo mật, mã hóa thông tin người dùng mà không ảnh hưởng đến hệ số cũng như không ảnh hưởng đến các thuê bao khác không dùng đến khả năng này

1.5.3 Về sử dụng tần số:

- Hệ thống cho phép mức độ cao và hiệu quả của dải tần mà có thể phục

vụ ở vùng thành thị và nông thôn cũng như các dịch vụ mới phát triển

- Dải tần số hoạt động là 890- 915 và 935-960 Mhz

- Hệ thống GSM 900 Mhz phải có thể tồn tại cùng các hệ thống dùng 900 Mhz trước đây

1.5.4 Về mạng:

- Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT

- Kế hoạch đánh số dựa trên khuyến nghị của CCITT

- Hệ thống phải cho phép cấu trúc và tỷ lệ tính cước khác nhau khi được nhận dùng trong các mạng khác nhau.

- Trung tâm chuyển mạng và các thanh ghi định vị phải dùng hệ thống báo hiệu được tiêu chuẩn hóa quốc tế

- Chức năng bảo vệ thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển mạng phải được cung cấp trong hệ thống

Kết luận: Chương này đã đưa ra cái nhìn tổng quát về mạng thông tin di

động GSM từ lịch sử phát triển ,các vấn đề cần quan tâm khi tìm hiểu về mạng thông tin di động GSM Sau một thời gian dài phát triển mạng thông tin đi động GSM đã có những bước đột phá quan trọng , hiện nay các ứng dụng và dịch vụ của mạng thông tin đi động GSM đã được áp dụng rộng rãi và hiệu quả trong đời sống con người GSM là một nền tảng để chúng ta phát triển lên các thế hệ

di động tiếp theo để nhằm mục đích đem mạng thông tin đi động lên một tầm cao mới cho các thế hệ tiếp theo Những chương tiếp theo của đề tài này giúp chúng ta hiểu thêm về cấu trúc cũng như các thành phần của mạng GSM

CHƯƠNG 2 : CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN CỦA MẠNG

GSM……….

2.1 CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

Một hệ thống GSM có thể được chia thành nhiều phân hệ sau đây:

- Phân hệ chuyển mạch (SS: Switching Subsystem)

- Phân hệ trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem)

- Phân hệ khai thác (OSS: Operation Subsystem)

- Trạm di động (MS: Mobile Station)

……… Truyền báo hiệu

Truyền lưu lượng

PSTN PLMN CSPDN

BSC BTS

MS

OSS

BSS NSS

MSC Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động

BSS Hệ thống trạm gốc

BTS Đài vô tuyến

BSC Đài điều khiển trạm gốc

MS Máy di động

OSS Hệ thống khai thác và giám sát

OMC Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

ISDN Mạng tổ hợp số liên kết đa dịch vụ

PSTN Mạng điện thoại mặt đất công cộng

CSPDN Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch

PLMN Mạng di động mặt đất công cộng

2.3 Phân hệ chuyển mạch SS(NSS)

Hệ thống con 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 SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác

Hệ thống con chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng sau:

- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC: Mobile Services Switching Center)

- Bộ ghi định vị tạm trú (VLR: Visitor Location Register)

- Bộ ghi định vị thường trú (HLR: Home Location Register)

- Trung tâm nhận thực (AUC: Authentication Center)

- Bộ nhận dạng thiết bị (EIR: Equipment Identity Register)

- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC: Gateway Mobile Services Switching Center)

2.4 Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng MSC

Ở NSS, chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện Nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM Một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác nó giao tiếp với mạng ngoài MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng (các chức năng tương tác IWF: Interworking Function) SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các 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 số các bộ điều khiển trạm gốc

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 được gọi là các chức năng tương tác IWF (Interworking Function) bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN (Packet Switched Public Data Network: mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói), hay CSPDN (Circuit Switched Public Data Network: mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh), nó cũng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN hay ISDN IWF có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai thì giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang ở đâu Các tổng đài cổng 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 (MSC tạm trú) Để vậy trước hêt các tổng đài cổng phải dựa trên

số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này Tổng đài cổng có một giao diện với các mạng bên ngoài với mạng GSM Về phương diện kinh tế, không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà thường được kết hợp với MSC

Bộ ghi định vị thường trú HLR

Là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của mạng GSM, lưu trữ các số liệu và địa chỉ nhận dạng cũng như các thông số nhận thực của thuê bao trong mạng Các thông tin lưu trữ trong HLR gồm: nhận dạng thuê bao IMSI, MSISDN, VLR hiện thời, trạng thái thuê bao, khoá nhận thực và chức năng nhận thực, số lưu động trạm di động MSRN

HLR chứa những cơ sở dữ liệu bậc cao của tất cả các thuê bao trong GSM Những dữ liệu này được truy nhập từ xa bởi các MSC và VLR của mạng

Bộ ghi định vị tạm trú VLR

VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC

Trung tâm nhận thực AUC

AUC quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên một khoá nhận dạng bí mật Ki để đảm bảo toàn số liệu cho các thuê bao được phép Khoá này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ ở MS Bộ nhớ này có dang Simcard có thể rút ra và cắm lại được AUC có thể được đặt trong HLR hoặc MSC hoặc độc lập với cả hai

Khi đăng ký thuê bao, khoá nhận thực Ki được ghi nhớ vào Simcard của thuê bao cùng với IMSI của nó Đồng thời khoá nhận thực Ki cũng được lưu giữ

ở trung tâm nhận thực AUC để tạo ra bộ ba thông số cần thiết cho quá trình nhận thực và mật mã hoá:

- Số ngẫu nhiên RAND

- Mật khẩu SRES được tạo ra từ Ki và số ngẫu nhiên RAND bằng thuật toán A3

- Khoá mật mã Kc được tạo ra từ Ki và số ngẫu nhiên RAND bằng thuật toán A8

Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR

Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến phần thiết bị di động ME của trạm di động MS EIR được nối với MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra

sự được phép của thiết bị bằng cách so sánh tham số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI (International Mobile Equipment Identity) của thuê bao gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu giữ trong EIR phòng trường hợp đây là những thiết bị đầu cuối bị đánh cắp, nếu so sánh không đúng thì thiết bị không thể truy nhập vào mạng được

- Quản lý quá trình Handover

- Thực hiện bảo mật kênh vô tuyến

Phân hệ BSS gồm hai khối chức năng: bộ điều khiển trạm gốc (BSC: Base Station Controller) và các trạm thu phát gốc (BTS: Base Transceiver Station) Nếu khoảng cách giữa BSC và BTS nhỏ hơn 10m thì các kênh thông tin có thể

được kết nối trực tiếp (chế độ Combine), ngược lại thì phải qua một giao diện bis (chế độ Remote) Một BSC có thể quản lý nhiều BTS theo cấu hình hỗn hợp của 2 loại trên.

A-Trạm thu phát gốc BTS

Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder and Rate Adapter Unit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt giữa BSC và MSC

BTS có các chức năng sau:

- Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến

- Quản lý giao thức cho liên kết số liệu giữa MS và BSC

có khả năng tính toán đáng kể Một BSC có thể quản lý vài chục BTS tuỳ theo lưu lượng các BTS này Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS là giao diện A-bis

Nhân viên khai thác có thể từ trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMCnạp phần mềm mới và dữ liệu xuống BSC, thực hiện một số chức năng khai thác và bảo dưỡng, hiển thị cấu hình của BSC

BSC có thể thu thập số liệu đo từ BTS và BIE (Base Station Interface Equipment: Thiết bị giao diện trạm gốc), lưu trữ chúng trong bộ nhớ và cung cấp chúng cho OMC theo yêu cầu

Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU

Trong GSM, tín hiệu thoại trên giao diện vô tuyến được mã hoá ở tốc độ 13Kbps sử dụng mã hoá tiền định tuyến LPC Để thích ứng tốc độ này các tốc

độ mạng hội thoại

cố định PSTN cần có bộ chuyển đổi mã TRAU để chuyển đổi giữa 13Kbps PCM giữa MS và MSC TRAU có thể được đặt tại BTS, BSC hoặc tại MSC Để giảm thiểu chi phí truyền dẫn, thường TRAU đặt ở MSC Khi đó cần thêm báo hiệu bổ xung vào tiếng thoại 13Kbps để truyền thông tin điều khiển từ

bộ chuyển đổi mã từ xa đặt ở BTS đến TRAU

Trạm di động MS

Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của hệ thống MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô tô Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện

vô tuyến MS còn phải cung cấp các giao diện với người sử dụng (như micrô, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với môt số các thiết bị khác (như giao diện với máy tính cá nhân, Fax…) Hiện nay, người ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động

Ba chức năng chính của MS:

- Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng GSM

- Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn

ở giao diện vô tuyến

- Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiêt bị đầu cuối với kết cuối di động Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, còn thiết bị đầu cuối lại có thể giao diện đầu cuối – modem

Máy di động MS gồm hai phần: Module nhận dạng thuê bao SIM ( Subscriber Identity Module) và thiết bị di động ME (Mobile Equipment)

Để đăng ký và quản lý thuê bao, mỗi thuê bao phải có một bộ phận gọi là SIM SIM là một module riêng được tiêu chuẩn hoá trong GSM Tất cả các bộ phận thu, phát, báo hiệu tạo thành thiết bị ME ME không chứa các tham số liên quan đến khách hàng, mà tất cả các thông tin này được lưu trữ trong SIM SIM thường được chế tạo bằng một vi mạch chuyên dụng gắn trên thẻ gọi là Simcard Simcard có thể rút ra hoặc cắm vào MS

Sim đảm nhiệm các chức năng sau:

- Lưu giữ khoá nhận thực thuê bao cùng với số nhận dạng trạm di động quốc tế IMSI nhằm thực hiện các thủ tục nhận thực và mật mã hoá thông tin

- Khai thác và quản lý số nhận dạng cá nhân PIN(Personal Identity Number) để bảo vệ quyền sử dụng của người sở hữu hợp pháp PIN là một số gồm từ 4 đến 8 chữ số, được nạp bởi nhà khai thác khi đăng ký lần đầu

2.5 Phân hệ khai thác OSS

Phân hệ khai thác OSS thực hiện ba chức năng chính sau:

•Khai thác và bảo dưỡng mạng:

Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai ô…, nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của dịch vụ

mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện tại, để chuẩn bị lưu lượng cho tương lai, để tăng vùng phủ Ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm

Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố hỏng hóc Nó có một số quan hệ với khai thác Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố

Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMN (Telecommunication Management Network: Mạng quản lý viễn thông) Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông ( các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì thâm nhập đến BTS được thực hiện qua BSC) Mặt khác, hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy Theo tiêu chuẩn GSM, hệ thống được gọi là OMC (Operation and Maintenance Center: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng)

•Quản lý thuê bao:

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên lànhập và xóa thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung Nhà khai thác phải có thể thâm nhập được tất cả các thông số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao Quản lý thuê bao ở GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao Simcard cũng đóng vai trò như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao

•Quản lý thiết bị di động:

Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thựchiện EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị

Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm Trong hệ thống GSM, EIR được coi là

hệ thống con SS

2.6 Cấu trúc địa lý mạng GSM

Mọi mạng điện thoại đều cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi vào đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi Trong mạng di động cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng

-Vùng phục vụ MSC

Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được một MSC quản lý Để định tuyến một cuộc gọi đến thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở

Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được định nghĩa như một vùng mà ở

đó có thể đạt đến một trạm di động nhờ việc trạm MS này được ghi lại ở một bộ phận ghi tạm trú

Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục

vụ MSC/VLR

-Vùng định vị LA

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó một MS có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này Vùng định vị này là vùng mà ở đó một thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm MS bị gọi vùng định vị lcó thể

có một số ô và phụ thuộc vào một hay vài BSC nhưng nó chỉ thuộc một MSC/VLR Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận

dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity) Vùng định vị được hệ thôngd

sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động

Hình 2.2 Quan hệ giữa các vùng trong hệ thống GSM

KẾT LUẬN : Trong chương này giúp chúng ta tìm hiểu được về các cấu

trúc cũng như các thành phần hệ thống trong mạng thông tin di động gsm Đồng thời giúp chúng ta hiểu thêm về chức năng của các thành phần trong hệ thống GSM , cách quản lý và khai thác mạng và các quan hệ giữa các vùng trong hệ thống thông tin di động GSM

CHƯƠNG 3 CÁC THỦ TỤC TRONG MẠNG GSM………

Nhiều sự thách thức trong thiết kế của mạng di động được quan tâm với

sự di động của những MS Trong phần này chúng ta mang một sự thể hiện thân thiện của một vài thủ tục quan trọng nhất chú ý tới tính di động trong mạng Thủ tục được giới thiệu theo trật tự: mở nguồn Power ON, gán và tách ra IMSI, cập nhật vị trí và chuyển giao Gíới thiệu về chuyển giao bao gồm nhiều chi tiết hơn những cái còn lại của thủ tục

Bắt đầu từ lúc MSC/VLR công nhận là MS tích cực và đánh dấu cờ “truy nhật tích cực” vào trường dữ liệu của mình Cờ này gắn với một số nhận dạng thuê bao: IMSI

Khi tắt nguồn một trạm MS hoặc lấy SIM ra sẻ xảy ra quá trình rời bỏ IMSI Các trao đổi báo hiệu trong trường hợp này được thực hiện như sau:

MS yêu cầu một kênh báo hiệu để phát đi bản tin thông báo cho mạng rằng MS chuẩn bị vào mạng trạng thái không tích cực Điều này có nghĩa rằng mạng không thể đạt đến MS nữa

MSC sẽ gửi bản tin IMSI đến VLR, bản tin này không được trả lời công nhận vì MS sẽ không nhận được trả lời này, VLR sẽ thiết lập cờ rời bỏ IMSI và

từ chối các cuộc gọi đến trạm MS này

Thông tin rời bỏ IMSI có thể được lưu giữ tại VLR tuỳ chọn cờ rời, mạng

có thể cũng được thiết lập ở HLR và xác nhận được gửi trở lại VLR

3.2 Gán và tách IMSI

Khi MS tắt, thủ tục tách lấy IMSI phải được thực hiện Từ điểm nhìn của

MS, thủ tục tách lấy IMSI được thực hiện bằng cách gửi một bản tin tách lấy IMSI không được xác nhận tới BSS Nếu bản tin được nhận, MS bị để ý và

không tới được HLR Khi MS được gọi, lúc đó không cần liên hệ với BTS cũ (từ

LA nhận biết trong HLR) chỉ tìm thấy rằng MS không thể tới được Thủ tục tách lấy IMSI có thể cũng được thực hiện ngầm bởi mạng nếu MS thất bại khi cập nhật định kỳ Nó không bắt buộc sử dụng thủ tục tách lấy IMSI nhưng hầu hết các bộ điều khiển chọn việc này Thủ tục cũng có thể được thực hiện trong hoàn cảnh khác Một MS phải sử dụng thủ tục này để rời khỏi nạng GSM khi tham gia mạng khác

Thủ tục gán IMSI được sử dụng để báo tin cho mạng, rằng MS có thể được sử dụng trở lại Thực tế báo hiệu chỉ là việc cập nhật vị trí và nó là không thường xuyên được coi như một thủ tục có thực Gán IMSI sẻ được trình bày phần dưới

3.3 Cập nhật vị trí

1 Cập nhật vị trí trong BSS

MS thực hiện việc cập nhật vị trí (LU) với một vài nguyên nhân Cập nhật

vị trí xãy ra khi trạm di động đang ở trạng thái rổi nhưng nó di chuyển từ một vùng định vị này sang vùng định vị khác Khi này trạm di động phải thông báo cho mang về vị trí mới của nó để mạng ghi lại vị trí mới vào VLR hoặc nếu cần thiết vào HLR (khi chuyển sang vùng phục vụ MSC mới) Thông tin để thực hiện cập nhật vị trí dựa trên LAI được thông báo thường xuyên từ BCCH của mỗi ô

Hình 3.1a: Cập nhật vị trí trong BSS

Đầu tiên MS yêu cầu một kênh điều khiển từ BSC bằng cách gửi bản tin CHAN_REQ tới BTS, BTS sẽ mã hoá bản tin tính toán khoảng cách giữa MS và BTS (dựa vào thời gian đề xuất) và chuyển tiếp tất cả thông tin tới BSC bao gồm cả thông tin ban đầu của MS và cả thông tin mà BSC thêm vào.

Tiếp theo BTS sẽ gửi một bản tin CHAN_RQD tới BSC sau khi bản tin này được nhận và xử lý, BSC sẽ truyền cho BTS thông tin về kiểu kênh, số kênh

đã được nó dành riêng cho bằng bản tin CHAN_ACT

BTS xác nhận và xử lý bản tin CHAN_ACT rồi đáp lại bằng bản tin CHAN_ACT_ACK

BSC sẻ gửi một bản tin IMM_AS_CMD bản tin này đả kích hoạt kênh dành riêng trước đó BTS gửi thông tin này qua kênh AGCH cho MS MS tìm thấy IMM_ASS_CMD của nó bởi những yêu cầu tham chiếu mà nó đã chứa sẳn trong bản tin CHAN_REQ

Ở lớp 2 kết nối LAPDm đã sẵn sàng được kích hoạt MS sẽ gữi một bản tin SABM tới BTS, ở trường hợp này là bản tin LOC_UPD_REQ Đây là một bản tin yêu cầu cập nhật vị trí

Hình 3.1b: Cập nhật vị trí trong BSS

BTS xác nhận một kết nối LAPDm được thiết lập bằng cách gửi một bản tin UA trả lời MS bản tin mang nội dung của bản tin MS yêu cầu Đồng thời nó chuyển bản tin này tới BSC Đây là một thông báo MM trong suốt nhưng BSC vẫn xữ lý vì BSC khác vẫn yêu cầu lớp thông tin ký hiệu này từ BS Sau khi xử

lý xong BSC đóng gói LOC_UPD_REQ và LAC hiện thời với CI vào trong một bản tin có nhản là CL3I (Chú ý là trong LOC_UPD_REQ từ BS vẫn chứa LAC,

CI cũ), sau đó gữi nó cùng với bản tin SCCP (đây là một thông điệp yêu cầu thành lập một kết nốí) (bản tin CR) tới MSC

Nếu MSC có khả năng đáp ứng kết nối SCCP thì yêu cầu CR được đáp lại bằng bản tin CC (Connection Confirmed) Và kể từ thời điểm này một kết nối logic được thành lập từ MS tới MSC/VLR

MSC/VLR trả lời LOC_UPD_REQ bằng một bản tin AUTH_REQ Bản tin này chuyển tới BSC thông qua kết nối SCCP đã được thiết lập và tiếp tục chuyển tới BTS rồi tới MS Nội dung bản tin là những tham số ngẫu nhiên, những tham số quan trong nhất đối với quá trình cập nhật vị trí

MS (chính xác hơn đó là SIM) sau khi nhận được bản tin RAND (số ngẫu nhiên 128bit) từ mạng và kết hợp với khoá mã Ki được lưu trong SIM thông qua giải thuật A3 cho ta SRES 13bit và MS dùng nó gửi trong bản tin AUTH_RSP tới MSC/VLR, đây là một bản tin trong suốt VLR sẽ so sánh SRES với giá trị được cung cấp bởi HLR

Hình 3.1c: Quá trình nhận thực trong GSM

Hình 3.1d: Cập nhật vị trí trong BSS

MSC/VLR sẻ kiểm tra thông tin SRES nếu chứng thực nó sẻ gửi thông tin tới MS và BTS BTS sau khi nhận được bản tin sẽ giải phóng một phần bản tin ENCR_CMD (nó là khoá mã Kc), bản tin này sau đó được thuật toán A4 biến thành chuổi ngẩu nhiên và gửi các bản tin CIPH_MOD_CM tới MS MS xác nhận bằng cách gửi bản tin CIPH_MOD_COM tới BSC và được BSC xử lý chuyển thành bản tin CIPHER_MODE_CMP tới MSC/VLR mã hoá để kích hoạt

Nếu thiết bị kiểm tra là tích cực thì MSC/VLR sẽ gửi bản tin IDENT_REQ trong suốt qua BTS và BSC tới MS yêu cầu MS cung cấp IMEI

MS nhận được yêu cầu và gửi IMEI của nó cho MSC/VLR trong bản tin IDENT_RSP Bản tin này cũng trong suốt với BTS và BSC IMEI của MS được EIR kiểm tra sự chứng thực là tích cực hay không

MSC/VLR gán TMSI (đây là thông tin được sử dụng thay cho IMSI để theo dõi những thuê bao khó hơn) TMSI được sử dụng để xác định tạm thời một thuê bao vào bản tin TMSI_REAL_CMD, một bản tin trong suôt với BTS

và BSC và gửi tới cho MS Chú ý việc ấn định một TMSI mới có thể xảy ra vào lúc cuối bên trong LOC_UPD_ACC

Hình 3.1e: Cập nhật vị trí trong BSS

MS xác nhận bằng bản tin TMSI_REAL_COM, thông báo là một TMSI mới đã nhận được và đã được lưu trử Đây cũng là một bản tin trong suốt qua BTS và BSC tới MSC/VLR

MSC/VLR đáp lại bằng bản tin trong suôt LOC_UPD_ACC cho MS rằng

đã lưu giử vị trí vùng LAI mới Đến đây một tiến trình cập nhật vị trí là hoàn thành Kênh chiếm giữ trên giao diện Air có thể được giải phóng để nhường cho việc cập nhật mới

Để giải phóng MSC gửi một bản tin CLR_CMD tới BSC, BSC xử lý và chuyển tới BTS trong bản tin CHAN_RE và qua MS Đồng thời BSC cũng gửi một gói tin DEACT_SACCH yêu cầu BTS ngừng gửi bản tin SACCH MS phản ứng đáp lại bằng bản tin DISC (LAPDm) tới BTS để yêu cầu giải phóng kết nối tại lớp 2 BTS xác nhận bằng bản tin UA và xác nhận giải phóng kết nối của giao diện không khí Air bằng bản tin REL_IND và BSC chuyển tiếp tới MSC bằng bản tin CLR_CMP BSC yêu cầu TRX trong bản tin RF_CHAN_REL để giải phóng nguồn chiếm giữ trên giao diện Air cho BTS MSC gửi bản tin RLSD yêu cầu giải phóng nguồn SCCP BTS gửi bản tin RF_CHAN_REL_ACK cho

BSC xác nhận giải phóng trên giao diện Air, đồng thời BSC cũng gửi cho MSC bản tin RLC để xác nhận việc giải phóng của nguồn SCCP.

2 Cập nhật vị trí trong NSS

Khi cập nhật vị trí làm thay đổi VLR thì luôn phải truy cập với thông tin trong HLR, còn nếu như việc cập nhật vị trí mà không làm thay đổi VLR thì không cần truy cập thông tin ở HLR Trong HLR luôn chỉ có thông tin về vùng VLR của thuê bao, nó không có thông tin cụ thể về vùng định vị Mọi trạng thái của MS luôn được EIR kiểm tra

Hình 3.2a: Cập nhật vị trí trong NSS

VLR mới yêu cầu chứng thực dữ liệu (SRES, RAND, Ki) từ VLR cũ sau khi nhận được bản tin LOC_UPD_REQ từ BSC qua giao diện A VLR mới gửi thông tin nhận dạng dữ liệu TMSI cũ cho VLR cũ nhờ HLR (dữ liệu ban đầu),

sự chứng thực dữ liệu sẻ được đáp lại cho VLR mới

Sau khi gửi bản tin LOC_UDP_ACC, VLR mới xác nhận với HLR rằng

MS đã chuyển vùng VLR mới Và gửi bản tin chứa IMSI và LMSI mới cho HLR cập nhật HLR gửi bản tin yêu cầu VLR cũ xoá dữ liệu về thêu bao để cập nhật dữ liệu về vị trí mới của thuê bao, và được VLR cũ đáp trả bằng bản tin tương tự thông báo đả huỷ Cùng lúc này VLR mới nhận được từ HLR tất cả dử liệu thuê bao trong một bản tin ‘insertSubcriberData’

VLR mới đáp trả bản tin tương tự để thông báo là đả cập nhật và HLR gửi bản tin ‘updataLocation tới cho VLR mới thông báo thủ tục cập nhật có thể khép lại cả hai bên.

Việc cập nhật và chứng thực vị trí một MS còn nhằm mục đích làm giảm

ăn trộm thiết bị viển thông Hệ thống NSS là cơ sở dữ liệu của thuê bao còn EIR chứa một khoá nhận dạng bí mật IMEI nhằm kiểm tra chứng thực thuê bao trong mạng GSM Việc kiểm tra có thể tiến hành qua các bước như sau:

Hình 3.2b: Kiểm tra IMEIKhi thiết bị kiểm tra là tích cực, MSC/VLR mới yêu cầu mã nhận dạng thiết bị IMEI từ MS bằng một bản tin IDENT_REQ thông qua BSC và BTS như đã trình bày Và việc đáp ứng yêu cầu là điều tất nhiên bằng một bản tin IDENT_RSP chứa IMEI cho MSC/VLR mới chứng thực

Để chứng thực MSC/VLR gửi nó thông qua bản tin yêu cầu kiểm tra IMEI cho EIR thông qua bản tin checkIMEI, và việc kiểm tra sẻ được EIR tiến hành

Một kết quả chứng thực sẻ được gửi trở lại MSC/VLR, nếu IMEI không bao gồm trong ‘back list’

3.4 Bắt đầu cuộc gọi

1 Bắt đầu cuộc gọi trong BSS

Cuộc gọi được khởi xướng từ trạm di động MOC:

Khi trạm MS ở trạng thái tích cực và đả đăng ký ở MSC/VLR phục vụ,

MS có thể thực hiện cuộc gọi Quá trình thực hiện cuộc gọi được cho như sau:

Hình 3.3a: Bắt đầu cuộc gọi trong BSS

Bằng kênh truy cập ngẫu nhiên RACH, MS gửi yêu cầu kênh báo hiệu đến BTS BTS giãi mã yêu cầu CHAN_REQ tính toán khoảng cách từ MS tới BTS (thời gian đề xuất) chuyển tiếp thông tin hoàn chỉnh cho BSC trong bản tin CHAN_RQD

Sau khi nhận và xử lý CHAN_RQD, BSC thông báo cho BTS về kiểu kênh và số kênh sẻ được cấp bằng bản tin CHAN_ACT

BTS xác nhận bằng bản tin CHAN_ACT_ACK

Tiếp đó BSC sẽ gửi IMM_AS_CMD để kích hoạt kênh đã được dành riềng trước đó BTS sẻ gửi thông tin trên kênh AGCH tới cho MS MS tìm IMM_AS_CMD bằng việc tham chiếu yêu cầu những cái mà có trong CHAN_REQ