Tài liệu Mobile Wireless Network chương 4

Global System for Mobile Communication GSM là một chuẩn mạng không dây diện rộng dạng số Được dẫn hướng bởi các nhà sản xuất nhà điều hành các Được dẫn hướng bởi các nhà sản xuất, n

Trang 1

(Mobile & Wireless Network)

CHƯƠNG 4

GSM SMS ROAMING QUỐC TẾ

GSM, SMS, ROAMING QUỐC TẾ,

OAM, GPRS

College Of Information & Communication Technology

Department of Computer System & Data Communication

1

Department of Computer System & Data Communication

Nguyễn Hoàng Việt

Thao tác, quản trị, bảo dưỡng trong mạng GSM , q ị, g g ạ g

Dịch vụ vô tuyến gói tổng quát

Trang 2

(Global System for Mobile Communication)

GSM là một chuẩn mạng không dây (diện rộng) dạng số

Được dẫn hướng bởi các nhà sản xuất nhà điều hành các

Được dẫn hướng bởi các nhà sản xuất, nhà điều hành, các

uỷ ban chuẩn hoá của Châu Âu

Được dùng phổ biến trên toàn thế giới

Department of Computer System & Data Communication 3

Khả năng di động của dịch vụ (Service Portability):

Có thể dùng mobile tại bất kỳ quốc gia thành viên nào với roaming

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM

Các

Các yêu yêu cầu cầu của của GSM GSM

quốc tế và cuộc gọi, định số được chuẩn hoá (với giá khác nhau)

Có thể dùng cho các dịch vụ cả cố định và di động

Có thể dùng khi đi bộ, lái xe, trên tàu, … (tối đa 250 km/g)

Chất lượng của dịch vu và bảo mật:

Chất lượng ít nhất phải tốt bằng hệ thống tương tự (analog) trước

đây

Có khả năng mật mã hoá

Sử dụng tốt tần số vô tuyến (radio frequency):

Hiệu quả ở phổ tần cao

Có thể đồng tồn tại với các hệ thống trước trong cùng băng tần

Trang 3

Mạng hiện đại:

Theo khuyến cáo của ITU (International Telecommunication

Các

Các yêu yêu cầu cầu của của GSM GSM

Union) – cho phép cùng thao tác hiệu quả với mạng ISDN

Hỗ trợ tiếng nói và dữ liệu tốc độ thấp

Hỗ trợ hoán chuyển và di động đã được chuẩn hoá

Các giao diện đã được chuẩn hoá giữa các subsystem

Tối ưu hoá hệ thống để giảm giá thành cho mobile

GSM yêu cầu các mobile độ phức tạp cao hơn các hệ thống

t t ( l ) t ớ đâ

tương tự (analog) trước đây

Giá cước thuê bao phải kém hơn hoặc bằng các hệ thống tương

Trang 4

Gồm 2 thành phần:

Subscriber Identity Module (SIM)

Mobile Station (MS)

Mobile Equipment (ME)

Có thể kết nối với Terminal Equipment (TE)/Mobile

Terminal

SIM (Subscriber Identity Module)

Smart card, như thẻ tín dụng, không thích hợp cho handset

Mobile Station (MS)

Plug-in SIM có kích thước nhỏ hơn

Chứng thực người dùng qua PIN (Personal Identity Number),

có thể cập nhật bởi thuê bao

Chứa thông tin của thuê bao:

Thông tin cố định, cập nhật bởi thao tác viên

Thông tin thay đổi bởi người dùng (danh bạ điện thoại, SMS, …)

Được cập nhật thông qua:

Không khí (OTA: over the air): dùng tin nhắn SMS được gởi bởi

thuê bao, phần mềm ứng dụng, … được tạo ra qua SIM Toolkit

Bàn phím hoặc thiết bị đầu cuối được nối kết vào MS

Cũng chứa International Mobile Subscriber Identity (IMSI)

Trang 5

Mobile Equipment (ME)

Thiết bị của người dùng: giao diện vô tuyến, bàn phím, màn hình, …

Mobile Station (MS)

Thực hiện:

Cuộc gọi (không có SIM chỉ thực hiện được gọi khẩn cấp 112)

Truyền nhận vô tuyến, chứng thực, chuyển tiếp, mã hoá & giải mã

kênh truyền

Nhận diện qua International Mobile Equipment Identity (IMEI)

User ID và Device ID:

IMEI (International Mobile Equipment Identity): 15 hexadecimal

Mobile Station (MS)

digits

IMSI (International Mobile Subscriber Identity): 15 decimal digits

TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity): 32 bits

Trang 6

Terminal Equipment (TE)/Mobile Terminal (MT)

Là bất kỳ thiết bị nối kết với MS để cung cấp các dịch vụ cho

Mobile Station (MS)

người dùng

Không chứa đựng các chức năng xác định cho GSM

Thường là PDA (Personal Digital Assistant), PC (Personal

Computer)

Giao diện:

Serial (DTE-DCE) cable

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International

Association): một chuẩn khe cắm mở rộng trên laptop

IrDA: nối kết hồng ngoại

Một hoặc nhiều BTS (Base Transceiver Station)

BSC (Base Station Controller):

Quản lý tài nguyên vô tuyến, lảm nhiệm vụ switching trong BSS

Cấp phát/Giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển tiếp

Giao tiếp với các BTS dùng giao thức ISDN thông qua giao diện

A-bis

BTS (Base Transceiver Station)

Chứa các thiết bị truyền, nhận, báo hiệu, anten

TRAU (Transcoder/Rate Adapter Unit)

Mã hoá/giải mã tiếng nói và điều khiển tốc độ trong truyền dữ liệu

Trang 7

Thành phần:

Các MSC:

Network and Switching System (NSS)

Trong đó Gateway MSC (GMSC) có nối kết với các mạng khác

Sử dụng giao thức báo hiệu dùng trong mạng điện thoại

Databases:

Home Location Register (HLR):

Cơ sở dữ liệu quản trị thuê bao di động, lưu trữ international mobile

subscriber identity (IMSI), mobile station ISDN number (MSISDN) và

địa chỉ visitor location register (VLR) hiện tại

Theo dõi các dịch vụ được kết hợp với mỗi MS

Một HLR có thể được dùng cho nhiều MSC

Visitor Location Register (VLR):

Lưu trữ nhanh (cache) một số thông tin từ HLR cần thiết cho điều

ể

khiển cuộc gọi và dịch vụ dự phòng cho mobile đang định vị trong

vùng địa lý được giám sát bởi VLR

Được nối kết với một MSC và thường tích hợp vào trong MSC

Trang 8

Databases:

Authentication Center (AuC)

Cơ sở dữ liệu được bảo vệ mà có một bản sao của khoá bí mật của

mỗi SIM card của mỗi thuê bao

Khoá bí mật này được dùng cho chứng thực và mã hoá thông qua

kênh vô tuyến

Thường chứa trong HLR

Equipment Identity Register (EIR)

Chứa một danh sách tất cả các MS trong mạng, trong đó mỗi MS

ở

được nhận dạng bởi international mobile equipment identity (IMEI)

Được chia thành 3 database:

White list: tất cả đều biết, good IMEI

Black list: handset bị mất cắp

Grey list: handset/IMEI không chắc chắn/hay thay đổi

Trung tâm bảo trì và thao tác (Operation and Maintenance

Center)

Operration

Operration Sub Sub System (OSS) System (OSS)

Quản lý dịch vụ (Service management)

Quản lý đăng ký thuê bao mới

Điều chỉnh và xoá thuê bao

Thông tin tính toán chi phí

Phát hiện gian lận, …

Trang 9

Quản lý các khối chức năng của GSM: MSC, BSC (và

gián tiếp đối với các BTS)

Operation and Maintenance Center (OMC)

Bào trì các thao tác thích hợp của mạng GSM

Dựa trên sự quan sát tải của hệ thống, tốc độ của các

khối chức năng, các chuyển tiếp (handoff)

Các hoạt động:

Network Management System (NMS): điều chỉnh cấu hình của

mạng

Trang 10

Các giao giao diện diện của của GSM GSM Các Các tầng tầng

Các số trong ngoặc chỉ ra các chỉ định tương ứng của ETSI-GSM)

Layer 1: Physical layer

Truyền tín hiệu vật lý

Các

Các giao giao diện diện của của GSM GSM –– Các Các tầng tầng

Đo lường chất lượng kênh truyền

Dùng các link GSM Rec 04.04, PCM 30 hoặc ISDN (GSM Rec

08.54 trên giao diện Abis và 08.04 trên các giao diện từ A đến F)

Layer 2: Data link layer

Đa hợp các nối kết ở tầng 2 trên các kênh điều khiển/báo hiệu

Phát hiện lỗi (dựa trên HDLC)

Điều khiển luồng (Flow control)

Bảo đảm chất lượng truyền dữ liệu

Chọn đường

Trang 11

Layer 3: Network layer

Quản lý nối kết (air interface)

Layer 1 (GSM Rec 04.04): giao diện Um

Layer 2 (GSM Rec 04.05/06): giao thức LAP-Dm (tương

Các

Các giao giao diện diện của của GSM GSM –– GD GD không không khí khí

Layer 2 (GSM Rec 04.05/06): giao thức LAP Dm (tương

Trang 12

Layer 3 (GSM Rec 04.07/08) với các tầng con cho việc

điều khiển các chức năng của kênh báo hiệu (BCH, CCCH

Các

Các giao giao diện diện của của GSM GSM –– GD GD không không khí khí

và DCCH):

Quản lý tài nguyên vô tuyến (RR:Radio resource management): thiết

lập và xoá các nối kết ổn định giữa MS và MSC trong khoảng thời gian

cuộc gọi và giữ vững nối kết bất chấp sự di chuyển của người dùng (chức

năng của MSC)

Chọn cell

Chuyển tiếp (handoff)

Cấp phát và thu hồi các kênh point-to-point

Giám sát và chuyển tiếp (forward) các nối kết vô tuyến

VLR gán, quản trị, cập nhật TMSI thay cho IMSI của MS viếng thăm

Quản lý vị trí của thuê bao

Connection management (CM): thiết lập, bảo trì và thu hồi nối kết cho

cuộc gọi

Call control (CC): quản lý nối kết cuộc gọi

Supplementary service support (SS): quản lý các dịch vụ đặc biệt

Short message service support (SMS): truyền các tin nhắn ngắn

giao thức direct transfer application part (DTAP) trên giao diện A

application part (BSSAP) cho việc trao đổi với MSC

Trang 13

Các thông điệp RR được ánh xạ đến/từ base station system

application part (BSSAP) cho việc trao đổi với MSC

200 KHz carrier frequency: 124 cặp kênh duplex

Khung được chia thành 8 khe thời gian (burst/time slot):

Tailing Data Flag Training Flag Data Tailing Guard

3 57 bits 1 26 bits 1 57 bits 3 8.25 bits

Burst (148 bits or 0.546 m sec)

Trang 14

Phân chia line giữa chức năng BSC và BTS

BSC và BTS có thể được nối kết dùng leased lines, radio

Abis Interface

BSC và BTS có thể được nối kết dùng leased lines, radio

link, metropolitan area network (MAN), LAN, …

Tồn tại 2 dạng kênh giữa BSC và BTS:

Traffic channel (TCH): được cấy hình theo dạng 8, 16 và 64 kbps,

dùng cho chuyển dữ liệu người dùng

Signaling channel: được cấu hình theo dạng 16, 32, 56 và 64

kbps, dùng cho mục đích báo hiệu giữa BTS và BSC

Mỗi transceiver (transmitter + receiver) thường yêu cầu

một kênh báo hiệu trên Abisinterface

Dữ liệu được gởi như khung Transcoder Rate Adapter

Dùng giao thức LAP-D cho thông điệp dữ liệu giữa BTS và BSC

Service Access Point Identifier (SAPI) cho nhận dạng link được

truyền trong giao thức LAPD (có từ ISDN)

Layer 3 (GSM Rec 08.58/4.08)

BTS management (BTSM) qua 3 nối kết báo hiệu logic được nhận

dạng qua Service Access Point Identifier (SAPI):

SAPI 0 được dùng bởi tất cả thông điệp đến/đi qua g.diện vô tuyến

SAPI 62 cung cấp vận chuyển thông điệp O&M giữa BTS và BSC

Trang 15

Định nghĩa giao diện giữa BSC và MSC

TCH được chuyển đổi từ 64 kbps thành 16 kbps trong

A

A Interface Interface

thiết bị transcoder

Hai trường hợp cho nơi chứa thiết bị transcoder:

Tại BSC hoặc BTS: traffic channel (TCH) giữ toàn bộ 64 kbps

timeslot trong liên kết 2 Mbps hoặc 1.544 Mbps PCM link (layer 1,

GSM Rec 08.04)

Tại MSC: TCH là 16 kbps trên A interface

Ít nhất 2 timeslot trên PCM link cần thiết cho mục đích

điều khiển và báo hiệu

Giao thức báo hiệu (tầng 2 & 3) giữa BSC và MSC dựa trên

chuẩn SS7

A

A Protocol Protocol

Được truyền theo dữ liệu người dùng trong PCM link (dùng

timeslot 16 (TS16) của 64 kbps frame)

Các giao thức:

Layer 1 (GSM Rec 08.04): 2.048 Mbps (ITU-T: E1) hoặc 1.544

Mbps (ANSI: T1) PCM link

Layer 2 (GSM Rec 08.06) SS7-based protocols:

Gthức Message transfer part (MTP): truyền bảo mật giữa BSC & MSC

Giao thức Signaling connection control part (SCCP)

Nối kết SCCP có thể được khởi tạo bởi MS hoặc MSC

Trang 16

Một nối kết SCCP có thể gồm các giao thức sau:

Layer 3 (GSM Rec 08.08):

Trên BSC: Giao thức Base station system application part (BSSAP)

Trên MSC:

GThức Base station management application part (BSSMAP)

GThức Direct transfer application part (DTAP): truyền các thông điệp CC và

MM thông qua BTS và BSC

Giao

Giao diện diện MSC MSC và và các các giao giao thức thức

Mobile Application Part (MAP) (GSM Rec 09.02)

Điều khiển các truy vấn cơ sở dữ liệu trên mạng vô tuyến di động

(HLR, VLR, EIR, …)

Quản lý truy cập và định vị, MSC-MSC handoff, chức năng bảo mật,

O&M, SMS, và các dịch vụ bổ sung

Transaction Capabilities Application Part (TCAP)

Cung cấp các cuộc gọi và các chức năng quản lý các yêu cầu đến

các quá trình ứng dụng phân tán

Trang 17

ISDN User Part (ISUP)

Điều khiển interworking (ví dụ thiết lập/xoá cuộc gọi) giữa Public

Giao

Giao diện diện MSC MSC và và các các giao giao thức thức

Land Mobile Networks (PLMNs) và các mạng khác và cung cấp

cùng chức năng như TUP

Intelligent Network Application Part (INAP)

Cài đặt các dịch vụ bổ sung thông minh (ví dụ cuộc gọi miễn phí,

chọn đường phụ thuộc vào thời gian)

Telephone User Part (TUP)

Cài đặt interworking giữa PLMNs và các mạng khác

Được dùng cung cấp các nối kết quốc tế và đã được thay thế bằng

ISUP

GSM Logical Channels

Trang 18

TCH/H (Half-rate TCH): 6.5 Kbps (tiếng nói); 4.8/2.4 Kbps (dữ liệu)

Multiframe: nhóm của 26 khung TDMA (chiều dài 120 ms)

24 được dùng cho lưu thông (tiếng nói hoặc dữ liệu người dùng)

1 được dùng cho slow associated control channel (SACCH)

1 hiện chưa dùng

TCHs cho uplink và downlink được chia theo thời gian bởi 3 burst

(time slot) periods

MS không phải truyền và nhận đồng thời

Đơn giản mạch điện tử; tránh các bộ lọc antena duplex

Giảm đi sự phức tạp giúp giảm tiêu thụ công suất

Chỉ cho kênh có khả năng giao tiếp point-to-multipoint, trong đó các

thông điệp ngắn được truyền đồng thời đến nhiều MS

Broadcast control channel (BCCH)

Thông tin chung, cell xác định Ví dụ local area code (LAC), thao

tác mạng, các thông số truy cập, danh sách các cell láng giềng,…

MS nhận tín hiệu qua BCCH từ nhiều BTS bên trong sùng mạng

và/hoặc các mạng khác nhau

Báo cho các MS mức công suất ban đầu của chúng

Trang 19

Broadcast channels (BCH)

Frequency correction channel (FCCH)

Sửa đổi tần số của MS

Truyền tần số chuẩn cho MS

Cũng được dùng cho đồng bộ hoá của một việc thu nhận bằng

cách cung cấp ranh giới giữa các timeslot và vị trí của timeslot đầu tiên của một TDMA frame

Synchronization channel (SCH)

Đồng bộ hoá frame (TDMA frame number) và nhận dạng cùa BS

Tiếp nhận một SCH burst cung cấp cho MS tất cả thông tin cần

thiết để đồng bộ hoá một BTS đã cho

Common control channels (CCCH)

Các kênh uplink và downlink giữa MS card và BTS

Chuyển thông tin từ mạng đến các MS và cung cấp truy cập mạng

Paging channel (PCH)

Chỉ cho downlink; MS được thông báo (bởi BTS) về các call đến bằng PCH

Access grant channel (AGCH)

Chỉ cho downlink; BTS cấp phát một TCH/SDCCH cho MS, cho phép MS

truy cập vào mạng

Random access channel (RACH)

Chỉ cho uplink

Cho phép MS yêu cầu một Stand-alone dedicated control channel

(SDCCH) để trả lời một trang hoặc một cuộc gọi

MS chọn một thời gian ngẫu nhiên để gởi trên kênh này

Định dạng
Số trang	24
Dung lượng	469,67 KB