PHÂN TÍCH THIẾT KẾ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG SI – SMS 66

Đồ án tốt nghiệp này được hoàn thành là kết quả của quá trình nghiên cứu, làm việc nghiêm túc của bản thân sinh viên thực hiện. Bên cạnh đó là sự hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tận tình từ phía các thầy cô, gia đình và bạn bè. Vì thế cho phép em dành những lời đầu tiên của đồ án tốt nghiệp này để gửi những lời cảm ơn chân thành nhất tới: Trước hết, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn: ThS.Nguyễn Đình Hiến, khoa Công nghệ thông tin, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông. Thầy là người đã cho em sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cùng sự quan tâm động viên vô cùng to lớn trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Công nghệ thông tin nói riêng và toàn thể các thầy cô giáo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông nói chung. Các thầy cô với những bài giảng, đã cho em những kiến thức, những bài học vô cùng bổ ích về chuyên môn và về đạo đức trong suốt năm năm học vừa qua. Những kiến thức mà thầy cô truyền dạy không chỉ giúp em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này mà chắc chắn sẽ còn giúp ích rất nhiều cho em trong tương lai. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Trung tâm giải pháp phần mềm SO2 - Công ty cổ phần NCS Solutions Corporation, nơi đã tạo điều kiện cho em thực tập, học hỏi những kỹ năng về công nghệ, về mô hình triển khai thực tế để áp dụng cho đồ án, đồng thời giúp đỡ tạo điều kiện cho em trong việc thử nghiệm sản phẩm. Sau cùng, em xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, người thân đã hết lòng động viên, giúp đỡ để em có thể hoàn thành tốt đồ án.

Đồ án tốt nghiệp này được hoàn thành là kết quả của quá trình nghiên cứu, làmviệc nghiêm túc của bản thân sinh viên thực hiện Bên cạnh đó là sự hướng dẫn,động viên và giúp đỡ tận tình từ phía các thầy cô, gia đình và bạn bè Vì thế chophép em dành những lời đầu tiên của đồ án tốt nghiệp này để gửi những lời cảm ơnchân thành nhất tới:

Trước hết, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáohướng dẫn: ThS.Nguyễn Đình Hiến, khoa Công nghệ thông tin, Học viện Côngnghệ Bưu chính Viễn thông Thầy là người đã cho em sự hướng dẫn, chỉ bảo tậntình cùng sự quan tâm động viên vô cùng to lớn trong suốt quá trình thực hiện đồán

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Công nghệ thôngtin nói riêng và toàn thể các thầy cô giáo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễnthông nói chung Các thầy cô với những bài giảng, đã cho em những kiến thức,những bài học vô cùng bổ ích về chuyên môn và về đạo đức trong suốt năm nămhọc vừa qua Những kiến thức mà thầy cô truyền dạy không chỉ giúp em hoàn thànhtốt đồ án tốt nghiệp này mà chắc chắn sẽ còn giúp ích rất nhiều cho em trong tươnglai

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Trung tâm giải pháp phần mềm SO2 - Công

ty cổ phần NCS Solutions Corporation, nơi đã tạo điều kiện cho em thực tập, họchỏi những kỹ năng về công nghệ, về mô hình triển khai thực tế để áp dụng cho đồ

án, đồng thời giúp đỡ tạo điều kiện cho em trong việc thử nghiệm sản phẩm

Sau cùng, em xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, người thân

đã hết lòng động viên, giúp đỡ để em có thể hoàn thành tốt đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, tháng 11 năm 2008

Sinh viên

NGUYỄN TRUNG NHẤT

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

LỜI GIỚI THIỆU 7

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG 8

1.1 LỊCH SỬ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 8

1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU 9

1.2.1 Khái niệm tế bào (Cellular) 11

1.2.2 Cấu trúc mạng GSM 12

1.2.3 Trạm di động (MS - Mobile Station) 12

1.2.4 Phân hệ trạm gốc (BSS - Base Station System) 13

1.2.5 Phân hệ chuyển mạch (SS - Switching Subsystem) 14

1.2.6 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS) 17

1.3 DỊCH VỤ VÔ TUYẾN GÓI CHUNG (GPRS) 18

1.3.1 Kiến trúc của GPRS 18

1.3.2 Các đầu cuối thuê bao GPRS 19

1.3.3 Các trạm BSS của mạng GPRS 19

1.3.4 Các mạng GPRS 20

1.3.5 Quản lý di động của GPRS 20

1.4 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐA NĂNG (UMTS) 21

1.4.1 Dịch vụ 3G 22

1.4.2 UMTS Giai đoạn 1 23

1.4.3 Kiến trúc UMTS giai đoạn 1 23

1.4.4 Thiết bị người dùng 25

1.4.5 Mạng UTRAN 25

1.4.6 Mạng lõi UMTS giai đoạn 1 26

1.4.7 UMTS giai đoạn 2 26

1.5 GIAO THỨC ỨNG DỤNG KHÔNG DÂY WAP 27

1.5.1 Kiến trúc của WAP 28

1.5.2 Đặc điểm của WAP 28

CHƯƠNG II: DỊCH VỤ TIN NHẮN NGẮN SMS 30

2.1 DỊCH VỤ TIN NHẮN NGẮN (SMS) 30

2.1.1 Mô tả dịch vụ 30

2.1.2 Các ứng dụng dựa trên SMS 31

2.1.2.1 Các ứng dụng dành cho người tiêu dùng 32

2.1.2.2 Các ứng dụng chuyên nghiệp 32

2.1.2.3 Các ứng dụng cho quản trị mạng 32

2.1.3 Cấu trúc mạng GSM hỗ trợ SMS 32

2.1.3.1 Short Message Entity (SME) 33

2.1.3.2 Trung tâm dịch vụ (SMS Centre_SMSC) 33

2.1.3.3 SMS Gateway 34

2.1.3.4 Email Gateway 37

2.2 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA SMS 38

2.2.1 Gửi và phát tin nhắn 38

2.2.2 Thông báo trạng thái (Delivery Report) 38

2.2.3 Đường phúc đáp (Reply Path) 39

2.2.4 Các phương thức đánh địa chỉ (đánh số) 39

2.2.5 Thời gian có hiệu lực (Validity Period) 40

2.2.6 Message Submission Report 40

2.2.7 Các lớp giao thức 41

2.2.7.1 Lớp ứng dụng 42

2.2.7.2 Lớp chuyển giao 42

2.2.7.3 Lớp chuyển tiếp 42

2.2.7.4 Lớp liên kết 42

2.3 TRAO ĐỔI TIN NHẮN GIỮA CÁC MẠNG DI ĐỘNG 43

2.3.1 Trao đổi tin nhắn SMS trong cùng mạng 43

2.3.2 Trao đổi tin nhắn SMS không cùng mạng 44

2.3.3 Tin nhắn SMS quốc tế 46

2.3.4 Cấu trúc bản tin 46

2.3.5 Cấu trúc của một đoạn tin 47

2.3.6 Quá trình trao đổi giữa SME và SMSC 48

2.4 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA SMS 49

2.4.1 Gửi những đoạn tin nhắn văn bản giữa hai người 49

2.4.2 Cung cấp thông tin 50

2.4.3 Downloading 50

2.4.4 Ứng dụng SMS để khai báo và cảnh báo 50

2.4.5 Tương tác hai chiều của những ứng dụng tin nhắn văn bản 52

CHƯƠNG III: GIAO THỨC SMPP 54

3.1 VỊ TRÍ GIAO THỨC SMPP TRÊN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 54

3.2 GIAO THỨC SMPP 55

3.2.1 Định nghĩa 55

3.2.2 Phiên SMPP 57

3.2.3 Kết nối lớp mạng SMPP 58

3.2.4 Các bản tin SMPP từ ESME đến SMSC 59

3.2.5 Các bản tin SMPP từ SMSC đến ESME 61

3.2.6 Trao đổi bản tin hai chiều giữa SMSC và ESME 63

CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG SI – SMS 66

4.1 KHẢO SÁT VÀ MÔ TẢ HỆ THỐNG 66

4.1.1 Khảo sát và đề ra mục tiêu của hệ thống 66

4.1.1.1 Khảo sát 66

4.1.1.2 Mục tiêu hệ thống 66

4.1.1.3 Đối tượng sử dụng 66

4.1.1.4 Phạm vi ứng dụng 66

4.1.2 Mô tả hệ thống và các yêu cầu chung 67

4.1.2.1 Mô hình của hệ thống 67

4.1.2.2 Các yêu cầu chung 67

4.1.3 Sơ đồ chức năng 68

4.1.4 Mô tả các chức năng 68

4.1.4.1 Chức năng tự động bóc tách thông tin chứng khoán trên internet 68

4.1.4.2 Chức năng tra cứu giá cổ phiếu trực tuyến tại 2 sàn giao dịch 68

4.1.4.3 Chức năng tra cứu chỉ số VNIndex 68

4.1.4.4 Chức năng Tra cứu thông tin về tài khoản và các giao dịch 68

4.1.5 Sử dụng nền tảng bảo mật của SMS và cơ chế tin nhắn xác nhận 69

4.2 XÂY DỰNG ỨNG DỤNG SI-SMS 70

4.2.1 Module bóc tách thông tin chứng khoán online 70

4.2.1.1 Nguyên lý hoạt động 70

4.2.1.2 Nguồn dữ liệu 70

4.2.1.3 Cơ chế 72

4.2.2 Hệ thống dịch vụ SI-SMS 74

4.2.2.1 Kiến trúc mô hình được lựa chọn 74

4.2.2.2 Cơ chế hoạt động của hệ thống dịch vụ SI-SMS 75

4.2.2.3 Cơ chế tin nhắn xác thực đảm bảo tính bảo mật 77

4.2.2.4 Thiết kế kịch bản cho dịch vụ SMS 80

4.2.3 Thiết kế cơ sở dữ liệu của ứng dụng 80

4.2.3.1 Các bảng trong CSDL 80

4.2.3.2 Quan hệ giữa các bảng trong CSDL 83

4.3 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG SI-SMS 83

4.3.1 Mô tả kết quả thử nghiệm 83

4.3.2 Đánh giá và so sánh 85

4.3.2.1 Ưu điểm và so sánh với các dịch vụ cùng loại trên thị trường 85

4.3.2.2 So sánh với dịch vụ của vnMedia.vn 85

4.3.2.3 So sánh với dịch vụ của OTC24hSMS 85

4.3.2.4 Nhược điểm 85

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết

AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến

AUC Authenticated User Community Khối trung tâm nhận thực

BSS Base Station Subsystem Hệ thống trạm gốc

BSC Base Station Controller Trạm điều khiển gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

EIR Equipment Identity Register Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị

ESME External SME Thực thể tin nhắn ngắn mở rộng

GPRS General Package Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System for Mobile

communication

Mạng thông tin di động toàn cầu

HLR Home Location Register Bộ định vị thường trú

ISDN Integrated Services Digital

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động

OMC Operation and Maintenance

Center

Trung tâm vận hành và bảo dưỡng

OSS Operation Subsystem Hệ thống vận hành

OSS Operation and Support System Hệ thống cung cấp và vận hành

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

SGSN Serving GPRS Support Node Nút phục vụ các thuê bao GPRS

SIM Subscriber Identity Module Modul nhận dạng thuê bao

SI-SMS Stock Information - SMS Thông tin chứng khoán

SS Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch

SM-TL Short Message - Tranfer Layer Lớp chuyển giao bản tin ngắn

SM-RL Short Message - Relay Layer Lớp chuyển tiếp bản tin ngắn

SM-LL Short Message - Link Layer Lớp liên kết bản tin ngắn

TACS Total Access Communication

Mạng quản lý viễn thông

TRAU Transcode/Rate Adapter Unit Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc

độTPDU Tranfer Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức chuyển giaoUSIM UMTS Subcriber Identify

Hệ thống thông tin di động đa năng

UDH User-Data - Header Mào đầu dữ liệu người sử dụng

UDHL User-Data-Header - Length Thành phần mào đầu chỉ thị độ dàiVLR Visitor Location Register Bộ định vị tạm trú

WDP WAP datagram protocol Giao thức gói tin

WML Wireless Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu vô tuyến

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Tế bào (Cell) 17

Hình 1.2: Cấu trúc mạng GSM 18

Hình 1.3: Kiến trúc GPRS 26

Hình 1.4: Dịch vụ 3G 31

Hình 1.5: Kiến trúc UMTS (giai đoạn 1) 32

Hình 1.6: Kiến trúc UMTS (giai đoạn 2) 35

Hình 1.7: Kiến trúc WAP 36

Hình 2.1: Cấu trúc mạng GSM có hỗ trợ SMS 42

Hình 2.2: SMS Gateway với chức năng chuyển tiếp 45

Hình 2.3: Mô hình kết nối của hệ thống ứng dụng tin nhắn văn bản với các SMSC không sử dụng SMS Gateway 46

Hình 2.4: Mô hình kết nối của hệ thống ứng dụng tin nhắn văn bản với các SMSC có sử dụng SMS Gateway 47

Hình 2.5: Mô hình kết nối giữa hệ thống ứng dụng tin nhắn văn bản với các thiết bị thông qua một SMS Gateway 48

Hình 2.6: Delivery report 49

Hình 2.7: Ví dụ về sub - address 50

Hình 2.8: Submisstion report 51

Hình 2.9: Các lớp giao thức SMS 52

Hình 2.10: Chuyển giao tin nhắn giữa hai SME 53

Hình 2.11: Hoạt động của tin nhắn trong cùng một mạng 55

Hình 2.12: Mô hình hoạt đông của tin nhắn khác mạng thông qua một Originator SMSC 56

Hình 2.13: Mô hình hoạt động của tin nhắn khác mạng thông qua một Originator SMSC và Recipient SMSC 56

Hình 2.14: Cấu trúc tin nhắn 58

Hình 2.15: Cấu trúc TP-Data-Unit 59

Hình 2.16: Các loại chuyển đổi 59

Hình 3.1: Giao thức SMPP theo mô hình OSI 68

Hình 3.2: Nhóm các phiên làm việc SMPP 70

Hình 3.3: Giao thức kết nối mạng giữa ESME và SMSC 72

Hình 3.4: Quá trình trao đổi các PDU giữa một máy phát ESME và SMSC 74

Hình 3.5: Quá trình trao đổi các PDU giữa một SMSC và ESME 76

Hình 3.6: Quá trình trao đổi các PDU giữa SMSC và một ESME thu phát 78

Hình 4.1: Mô hình hệ thống SI-SMS 83

Hình 4.2: Sơ đồ chức năng (WBS) 84

Hình 4.3: Minh hoạ nguồn bóc tách thông tin chứng khoán 88

Hình 4.4: Thuật toán cho luồng chính module bóc tách thông tin 90

Hình 4.5: Flowchart cho các module handle tags 91

Hình 4.6: Giải pháp thuê cổng trực tiếp từ công ty viễn thông 92

Hình 4.7: Giải pháp thuê cổng qua nhà cung cấp dịch vụ trung gian 92

Hình 4.8: Tạo kết nối giữa SI-SMS Server và SMSC 94

Hình 4.9: Cơ chế nhắn tin tra cứu thông tin 94

Hình 4.10: Cơ chế tin nhắn xác nhận 96

Hình 4.11: Lưu đồ thuật toán tin nhắn xác thực 98

Hình 4.12: Quan hệ các bảng trong CSDL 103

Hình 4.13: Minh họa màn hình SMSC 104

Hình 4.14: Minh họa màn hình dòng lệnh của SI-SMS Server 105

LỜI GIỚI THIỆU

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một dịch vụ kinh doanh không thể thiếuđược đối với tất cả các nhà khai thác viễn thông trên thế giới Đối với các kháchhàng viễn thông, thông tin di động trở thành một phương tiện liên lạc quen thuộc vàhữu ích Các dịch vụ thông tin di động đang phát triển rất mạnh mẽ đa dạng tạo nênmột bước đột phá mới trong lĩnh vực công nghệ thông tin và là nền tảng cho sự rađời của các ứng dụng mới như các dịch vụ tin nhắn ngắn SMS Hiện nay ở nước tacũng như trên thế giới đã xuất hiện rất nhiều dịch vụ kiểu này chẳng hạn như: dịch

vụ download nhạc chuông hay hình nền cho điện thoại di động, các dịch vụ tra cứu

tỉ giá ngoại tệ, giá cả thị trường, thông tin thời tiết…

Dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS - Short Messages Service) đã được ứng dụngthành công và đang ngày càng được phát triển trong thông tin di động Cứ hìnhdung với số lượng thuê bao di động hiện nay ở Việt Nam vào khoảng 25 triệu thuêbao thì cứ mỗi ngày một thuê bao nhắn 5 tin nhắn thì số lượng tin nhắn được gửi vànhận sẽ là 125 triệu tin nhắn, một con số rất lớn Từ đó ta có thể thấy được tiềmnăng về hiệu quả kinh tế của các ứng dụng dựa trên nền SMS

Đồ án “Nghiên cứu phát triển dịch vụ SMS và ứng dụng” nghiên cứu các kĩ

thuật liên quan đến SMS để có thể phát triển các ứng dụng trên nền SMS, vì cácứng dụng này ngày càng thiết thực trong cuộc sống

Thực tế tại Việt Nam, có rất ít các kênh cung cấp thông tin chứng khoán đượcthực hiện trên ứng dụng WAP, còn kênh thông tin SMS thì lại mới chỉ phục vụ chonhu cầu tra cứu đơn giản Trong khi đó, đa số người dùng thiết bị di động ở ViệtNam-vốn hầu hết chỉ được dịch vụ tin nhắn SMS mong muốn có thể thoải mái thuthập các thông tin quan tâm về chứng khoán, mà không cần cài đặt phần mềm và sửdụng các tính năng nâng cao như ở smart-phone và PDA

Đây chính là động lực để em muốn xây dựng kênh cung cấp thông tin về chứng

khoán một cách đơn giản mà cực kỳ hiệu quả này (SI-SMS) Hy vọng với kết quả

của sự nghiên cứu tìm hiểu này, ứng dụng sẽ trở thành mô hình cho nhiều loại hìnhthương mại điện tử khác trên mobile

Đồ án gồm 4 chương chính, Chương 1 trình bày cơ sở lý thuyết chung Chương 2 trình bày về dịch vụ nhắn tin SMS, các đặc trưng cơ bản của SMS, trao đổi tin nhắn…Chương 3 trình bày về giao thức SMPP Chương 4 bước đầu xây

dựng chương trình ứng dụng SI-SMS dùng để tra cứu thông tin chứng khoán thôngqua tin nhắn SMS

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG

Trong chương này ta sẽ tìm hiểu những kiến thức cơ bản về hệ thống thôngtin di động hiện nay Về lịch sử mạng thông tin di động, những bước phát triển của

hệ thống thông tin di động trong thời gian qua và hướng đi trong tương lai Nghiêncứu về các công nghệ được sử dụng trong hệ thống thông tin di động hiện nay ởViệt Nam như GSM, CDMA, PHS Đồng thời cũng tìm hiểu về một số ứng dụngliên quan như WAP, GPRS…

hạ, chất lượng và độ tin cậy của mạng ngày càng được nâng cao Trong quá trìnhphát triển, mạng thông tin di động đã trải qua các giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: xuất hiện sau năm 1946, với khả năng phục vụ nhỏ, chất lượng

và độ tin cậy của mạng thấp, giá cả lại đắt và không phù hợp với đại đa số kháchhàng

- Giai đoạn 2: phát triển vào những năm 1970 đến 1979 cùng với sự phát triểncủa kỹ thuật vi xử lý (Micro Processor) đã mở ra một hệ thống phức tạp hơn.Nhưng do vùng phủ sóng của các anten phát của các máy di động bị hạn chế, nên hệthống được chia thành các trạm phát và có thể dùng nhiều trạm thu cho một trạmphát

- Giai đoạn 3: bắt đầu xuất hiện khái niệm mạng tế bào (tổ ong) Đây là mạng

tổ ong tương tự, các trạm thu phát được sắp xếp theo các ô hình tổ ong, mỗi ô đượcgọi là một cell Mạng này đã có khả năng sử dụng lại tần số, cho phép chuyển giaogiữa các cell trong cùng một cuộc gọi

Hệ thống sử dụng tần số 450900 MHz, với các mạng điển hình là:

AMPS (Advanced Mobile Phone Service - Dịch vụ điện thoại di động tiêntiến) là hệ thống điện thoại di động tổ ong do AT&T và Motorola - Hoa Kỳ đề xuất

sử dụng vào năm 1982 AMPS được sử dụng ở khoảng 70 nước khác nhau trên thếgiới và là tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay

NMT (Nordic Mobile Telephone - Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu) là hệthống được sử dụng rộng rãi ở các nước Bắc Âu NMT sử dụng tần số 450900MHz, dùng cho các hệ thống nhỏ và trung bình

TACS (Total Access Communications Service - Dịch vụ truyền thông hoàntoàn truy nhập), là tiêu chuẩn được sử dụng ở châu Âu và nhiều nước khác TACS

là mạng thiết kế cho số lượng thuê bao lớn, sử dụng tần số 900 MHz và được vậnhành vào năm 1985

Tất cả các mạng nói trên đều dựa trên mạng truyền thoại tương tự bằngphương pháp điều tần Vùng phủ sóng chỉ ở mức quốc gia, không có khả năngchuyển vùng giữa các nước với nhau

- Giai đoạn thứ tư: là các thế hệ dựa trên truyền dẫn số

GSM (Global System for Mobile communication - Hệ thống thông tin di độngtoàn cầu) sử dụng dải tần 900 MHz, bắt đầu hoạt động vào năm 1992, ở châu Âu vànhiều nước khác trên thế giới

DCS (Digital Cellular System - Dịch vụ điện thoại tổ ong số) là sự mở rộngcủa GSM sử dụng ở dải tần 1800 MHz

CDMA (Code Division Multiple Access - Đa truy nhập phân chia theo mã)

1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU

Vào đầu thập niên 1980 tại châu Âu người ta phát triển một mạng điện thoại diđộng chỉ sử dụng trong một vài khu vực Sau đó vào năm 1982 nó được chuẩn hoábởi CEPT (European Conference of Postal and TelecommunicationsAdministrations) và tạo ra Groupe Spécial Mobile (GSM) với mục đích sử dụngchung cho toàn Châu Âu

Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào

Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM đượcchuyển cho viện viễn thông châu Âu (European Telecommunications StandardsInstitute - ETSI), và các tiêu chuẩn, đặc tính phase 1 của công nghệ GSM đượccông bố vào năm 1990 Vào cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụngmạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia.

Hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for MobileCommunications; viết tắt: GSM) là một công nghệ dùng cho mạng thông tin diđộng Dịch vụ GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên 212 quốc gia và vùnglãnh thổ Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau do đónhững máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụngđược nhiều nơi trên thế giới

GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên thế giới.Khả năng phú sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến trênthế giới, cho phép người sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng trênthế giới GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chấtlượng cuộc gọi Nó được xem như là một hệ thống ĐTDĐ thế hệ thứ hai (secondgeneration, 2G) GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được phát triển bởi 3rdGeneration Partnership Project (3GPP)

Đứng về phía quan điểm khách hàng, lợi thế chính của GSM là chất lượngcuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn Thuận lợi đối với nhà điềuhành mạng là khả năng triển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng GSM cho phépnhà điều hành mạng có thể sẵn sàng dịch vụ ở khắp nơi, vì thế người sử dụng có thể

sử dụng điện thoại của họ ở khắp nơi trên thế giới

GSM là mạng điện thoại di động thiết kế gồm nhiều tế bào do đó các máy điệnthoại di động kết nối với mạng bằng cách tìm kiếm các cell gần nó nhất Các mạng

di động GSM hoạt động trên 4 băng tần Hầu hết thì hoạt động ở băng 900 Mhz và

1800 Mhz Vài nước ở Châu Mỹ thì sử dụng băng 850 Mhz và 1900 Mhz do băng

900 Mhz và 1800 Mhz ở nơi này đã bị sử dụng trước

Và cực kỳ hiếm có mạng nào sử dụng tần số 400 Mhz hay 450 Mhz chỉ có ởScandinavia sử dụng do các băng tần khác đã bị cấp phát cho việc khác

Các mạng sử dụng băng tần 900 Mhz thì đường uplink sử dụng tần số trongdãi 890-915 MHz và đường downlink sử dụng tần số trong dải 935-960 MHz Vàchia các băng tần này thành 124 kênh với độ rộng băng thông 25 Mhz, mỗi kênhcách nhau 1 khoảng 200 Khz Sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM(time division multiplexing) để chia ra 8 kênh full rate hay 16 kênh haft rate Có 8khe thời gian gộp lại gọi là một khung TDMA Tốc độ truyền dữ liệu của một kênh

là 270.833 kbit/s và khoảng thời gian của một khung là 4.615 m

Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watt đối với băngGSM 850/900 Mhz và tối đa là 1 watt đối với băng GSM 1800/1900 Mhz

Mạng GSM sử dụng 2 kiểu mã hoá âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1 Khz

đó là mã hoá 6 và 13 kbps gọi là full rate (13 kbps) và haft rate (6 kbps) Để nén họ

sử dụng hệ thống có tên là linear predictive coding (LPC)

Vào năm 1997 thì họ cải tiến thêm cho mạng GSM là bộ mã GSM-EFR sửdụng full rate 12,2 kbps

Có tất cả bốn kích thước cell site trong mạng GSM đó là macro, micro, pico

và umbrella Vùng phủ sóng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào môi trường Macrocell được lắp trên cột cao hoặc trên các toà nhà cao tầng, micro cell lại được lắp ởcác khu thành thị, khu dân cư, pico cell thì tầm phủ sóng chỉ khoảng vài chục méttrở lại nó thường được lắp để tiếp sóng trong nhà Umbrella lắp bổ sung vào cácvùng bị che khuất hay các vùng trống giữa các cell

Bán kính phủ sóng của một cell tuỳ thuộc vào độ cao của anten, độ lợi antenthường thì nó có thể từ vài trăm mét tới vài chục km Trong thực tế thì khả năng phủsóng xa nhất của một trạm GSM là 32 km (22 dặm)

Một số khu vực trong nhà mà các anten ngoài trời không thề phủ sóng tới nhưnhà ga, sân bay, siêu thị thì người ta sẽ dùng các trạm pico để chuyển tiếp sóng từcác anten ngoài trời vào

1.2.1 Khái niệm tế bào (Cellular)

Các hệ thống thông tin di động số tế bào là các hệ thống thông tin bao gồmnhiều trạm gốc (Base Stations) hay điểm truy nhập (AP_Access Points), mỗi trạm

đó các đầu cuối có thể di chuyển tự do trong khi kết nối với trạm gốc gần nhất quagiao diện vô tuyến số.

Freq Group G

Freq Group C

Freq Group F

Freq Group B

Freq Group G

Freq Group C

Freq Group E

Freq Group F Freq Group C Freq Group D2

Freq Group B Freq Group A2 Freq Group E

Freq Group F

Freq Group G

Freq Group C

Freq Group B

Freq Group D1

Freq Group C

Freq Group E

Freq Group A1

Khoảng cách cell sử dụng lại tần số

Hình 1.1: Tế bào (Cell)

Kích thước của cell tuỳ thuộc vào số thuê bao trong vùng và cấu trúc địa lýcủa từng vùng Do sự tăng trưởng lưu lượng không ngừng trong một cell nào đó dẫnđến chất lượng giảm sút quá mức Để khắc phục hiện tượng này người ta tiến hànhviệc chia tách cell xét thành các cell nhỏ hơn Với chúng người ta dùng công suấtphát nhỏ hơn và mẫu sử dụng lại tần số được dùng ở tỷ lệ xích nhỏ hơn

OMC

MS

BTS BSC

MSC

EIR VRL

AUC ISDN

Hệ thống chuyển mạch

Nó cho phép MSC kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị Bằng cách này có thể ngăn chặnmột MS không được thâm nhập mạng

1.2.4 Phân hệ trạm gốc (BSS - Base Station System)

Là một hệ thống đặc thù riêng cho tính chất tổ ong vô tuyến của GSM BSSgiao diện trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến, vì thế nóbao gồm các thiết bị thu/phát đường vô tuyến và quản lý các chức năng này Mặtkhác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở phân hệ chuyển mạch SS Tóm lại,BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sửdụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác BSS cũng phảiđược điều khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệ vận hành và bảo dưỡng OSS.BSS bao gồm hai loại thiết bị là: BTS giao diện với MS và BSC giao diện vớiMSC

Khối BTS (Base Tranceiver Station)

Một BTS bao gồm các thiết bị thu/phát, anten và bộ xử lý tín hiệu đặc thù chogiao diện vô tuyến BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao

MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến Có thể coi BTS là cácModem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác Mỗi BTS tạo ra mộthay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào (cell) Một bộ phận quantrọng của BTS là khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ (TRAU - Transcode/RateAdapter Unit) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thùriêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trongtrường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đượcđặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC

Khối TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit)

Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ cáckênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại tiêu chuẩn (64Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài TRAU thường được điều khiển bởi BTS

Khối BSC (Base Station Controller)

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điềukhiển từ xa Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến vàchuyển giao Một phía BSC được nối với BTS, còn phía kia nối với MSC của phân

hệ SS Trong thực tế, BSC được coi như là một tổng đài nhỏ, có khả năng tính toán

đáng kể Vai trò chính của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyểngiao Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC

là giao diện A.bis

- Điều khiển nối thông các cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giảiphóng các đấu nối tới máy di động MS Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSCgiám sát Cường độ tín hiệu, chất lượng cuộc đấu nối được ở máy di động và TRXgửi đến BSC Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của MS vàTRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc đấu nối BSC cũng điều khiển quátrình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để quyết định chuyển giao MS sangcell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộc gọi tốt hơn Trong trường hợp chuyểngiao sang cell của một BSC khác thì nó phải nhờ sự trợ giúp của MSC Bên cạnh

đó, BSC cũng có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từcell này sang kênh của cell khác trong trường hợp cell này bị nghẽn nhiều

- Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các đườngtruyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin Trong trường hợp có

sự cố một tuyến nào đó, nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng

1.2.5 Phân hệ chuyển mạch (SS - Switching Subsystem)

Phân hệ chuyển mạch (SS) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính củamạng GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý diđộng 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

SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải của cácmạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hay báo hiệu giữa các phần

tử của mạng GSM Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7,mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử của SS trong một haynhiều mạng GSM

Trung tâm chuyển mạch di động (MSC - Mobile Switching Center)

MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điềukhiển trạm gốc BSC Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô

có dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình) MSC thực hiệncác chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lýcuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS vàmặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua G-MSC

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

HLR lưu giữ các số liệu cố định của thuê bao di động trong mạng như SIM,các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông, không phụ thuộcvào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuêbao

Thường HLR là một máy tính đứng riêng, không có khả năng chuyển mạchnhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao Một chức năng con của HLR

là nhận dạng trung tâm nhận thực thuê bao AUC

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

Là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục

vụ của MSC Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC Ngay

cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu sốliệu về MS từ HLR Đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở vùng MSCnào

Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tincần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR có thể coi VLR như mộtHLR phân bố VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC Nhưngkhi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan

tới nó cũng hết giá trị Vì vậy, có thể gọi HLR là hệ thống lưu giữ “ Hộ khẩu tạmtrú ” của các thuê bao vãng lai.

Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR - Equipment Identity Register)

EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng diđộng quốc tế (IMEI - International Mobile Equipment Identity) và chứa các số liệu

về phần cứng của thiết bị ME thuộc một trong ba danh sách sau:

- Nếu ME thuộc danh sách trắng (White List) thì nó được quyền truy nhập và

Khối trung tâm nhận thực AUC

Được nối đến HLR, chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần số nhậnthực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật Đường vô tuyến cũng được AUCcung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từngthuê bao Cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi thuêbao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấpdịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép

Tổng đài di động cổng G-MSC

Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến cho tổngđài vô tuyến cổng Gateway-MSC Nếu một người nào đó ở mạng cố định PSTNmuốn thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng GSM/PLMN.Tổng đài tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này đến MSC có trang bị một chức năngđược gọi là chức năng cổng Tổng đài MSC này gọi là MSC cổng và nó có thể làmột MSC bất kỳ ở mạng GSM G-MSC sẽ phải tìm ra vị trí của MS cần tìm Điềunày được thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký HLR sẽ trả lời, khi đó

MSC này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết Khi cuộc gọi đến MSCnày, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS Như vậy có thể nối thông một cuộcgọi ở mạng GSM có sự khác biệt giữa thiết bị vật lý và đăng ký thuê bao.

Khối IWF

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyềndẫn của mạng GSM với các mạng này Các thích ứng này gọi là chức năng tươngtác IWF IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn IWF cóthể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợphai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

1.2.6 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS)

OSS (Operation and Support System) thực hiện 3 chức năng chính:

- Khai thác và bảo dưỡng mạng

- Quản lý thuê bao và tính cước

Bảo dưỡng

Có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc, nó có một

số quan hệ với khai thác Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tựphát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm tra Bảo dưỡng baogồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế các thiết bị có sự cố, cũng nhưviệc sử dụng các phần mềm điều khiển từ xa

Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý củaTMN (Telecommunication Management Network - Mạng quản lý viễn thông) Lúcnày, một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạngviễn thông (MSC, HLR, VLR, BSC, và các phần tử mạng khác trừ BTS) Mặt khác

hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối tới máy tính chủ đóng vai trò giao tiếpngười - máy Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống này được gọi là trung tâm vận hành vàbảo dưỡng (OMC - Operation and Maintenance Center)

Quản lý thuê bao

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập

và xoá thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồmnhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung Nhà khai thác có thể thâm nhập được cácthông số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước cáccuộc gọi rồi gửi đến thuê bao Khi đó HLR, SIM-Card đóng vai trò như một bộphận quản lý thuê bao

Quản lý thiết bị di động

Được EIR (Equipment Identity Register: Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị) thực

hiện EIR lưu giữ tất cả các giữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR được nốiđến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị Một thiết bịkhông được phép sẽ bị cấm Ở GSM, EIR được coi như là ở hệ thống con của SS

1.3 DỊCH VỤ VÔ TUYẾN GÓI CHUNG (GPRS)

GPRS là một công nghệ mới đầy triển vọng được Viện Tiêu chuẩn Viễn thôngchâu Âu tiêu chuẩn hoá vào năm 1993, cho phép sử dụng các máy điện thoại diđộng thông thường để truy nhập Internet Nhờ GPRS người sử dụng có thể làm việcvới thư điện tử của mình, với các server Web thông thường (chứ không phải với cácversions WAP chuyên dụng) v.v Ưu thế cơ bản của các mạng GPRS là ở chỗngười sử dụng chỉ phải chi trả cho lượng thông tin phát /thu chứ không phải chothời gian vào mạng Trước khi có tiêu chuẩn công nghệ GPRS, thuê bao phải trảtiền cho toàn bộ thời gian kết nối mà không phụ thuộc vào việc họ có sử dụng kênhtruyền số liệu quy định hay không Nói một cách khác, tài nguyên của mạng chỉphát huy hiệu lực trong thời gian truyền số liệu trực tiếp từ máy điện thoại Trong

thời gian ngừng hoạt động, chẳng hạn như để duyệt thư điện tử, tài nguyên mạngđược giao cho các thuê bao khác sử dụng Ngoài ra, công nghệ GPRS là một giaiđoạn trung gian để chuyển từ thế hệ thứ hai (GMS) sang thế hệ thứ ba (UMTS -Universal Mobile Telecommunications System) Trong GPRS, tốc độ truyền số liệucao nhất có thể có là 171,2kbit/s nhanh hơn gần gấp 12 lần so với truyền số liệutrong các mạng GMS thông thường (9,6 kbit/s) Tuy nhiên,vào thời điểm hiện tạingười ta chưa cần tốc độ cao như vậy mà thường chỉ trong khoảng 30-40kbit/s.

1.3.1 Kiến trúc của GPRS

Từ một mức cao, GPRS được xem là mạng bao phủ lên mạng GSM thế hệ 2(2G) Mạng số liệu này cho phép truyền số liệu dạng gói ở tốc độ 9,6 đến 171 kbps.Ngoài ra, những người sử dụng có thể chia sẻ cùng một tài nguyên qua giao diệnkhông gian GPRS gắng tái sử dụng các thành phần mạng GSM hiện nay ở mứcmức độ có thể, nhưng để xây dựng hiệu quả một mạng tế bào di động dịch vụ gói,thì cần phi các thành phần mạng mới, các giao diện và các giao thức điều khiển lưulượng gói Vì vậy GPRS cần có sửa đổi các thành phần mạng cũ, cụ thể như hình1.3

Signaling Interface Signaling and Data – Transfer Interface

PDN

Hình 1.3: Kiến trúc GPRS

Trong cấu trúc này, các thành phần tiêu chuẩn của mạng GSM quen thuộcđược mở rộng thêm bằng các phần tử mới hoặc được đổi mới Nhìn chung, có tất cảbốn thành phần chính, trong đó có hai thành phần chưa có trong công nghệ GSMđang hoạt động

1.3.2 Các đầu cuối thuê bao GPRS

Cần phải có các đầu cuối thuê bao mới (TE) vì điện thoại GSM hiện thờikhông điều khiển giao diện không gian tăng cường, chúng cũng không có khả nănggói hoá lưu lượng trực tiếp được Có nhiều dạng đầu cuối như đã nói ở phần trước,gồm các máy điện thoại tốc độ cao hiện thời để hỗ trợ truy nhập số liệu tốc độ cao

và các card PC cho máy tính laptop Tất cả các đầu cuối này sẽ tương thích vớiGSM cho các cuộc gọi thoại dùng GSM

1.3.3 Các trạm BSS của mạng GPRS

Mỗi BSS phải cài đặt một hoặc nhiều PCU và nâng cấp phần mềm PCU cungcấp giao diện số liệu logic và vật lý ra ngoài BSS cho luồng số liệu gói BTS cầnnâng cấp phần mềm, các phần cứng không cần nâng cấp

Khi cả luồng thoại và số liệu đều xuất phát từ một đầu cuối thuê bao, nó đượctruyền qua giao diện tới BTS và từ BTS đến BSC theo cùng một chuẩn cuộc gọiGSM Tuy nhiên, ở đầu ra của BSC thì lưu lượng được tách ra; thoại được truyềnđến trung tâm chuyển mạch di động (MSC: Mobile Switching Center) theo chuẩnGSM và số liệu truyền tới thiết bị mới gọi là nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN:Serving GPRS Support Node), qua PCU trên một giao diện chuyển tiếp khung(Frame Relay)

1.3.4 Các mạng GPRS

Tại mạng lõi, các trung tâm chuyển mạch di động (MSC: Mobile SwitchingCenters) hiện tại dựa trên công nghệ trung tâm chuyển mạch và các MSC không thểđiều khiển lưu lượng gói.Vì vậy hai thành phần mới là các nút hỗ trợ GPRS đượcthêm vào:

- Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN - Serving GPRS Support Node)

- Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN - Gateway GPRS support node)

SGSN được xem như "MSC chuyển mạch gói", nó chuyển gói tới các trạm diđộng (MS) trong vùng dịch vụ của nó SGSN gửi các truy vấn tới các thanh ghiđịnh vị thường trú (HLR) để lấy số liệu khái lược của các thuê bao GPRS SGSNphát hiện các trạm di động GPRS mới trong một vùng dịch vụ xác định, xử lý việcđăng ký của các thuê bao trong một vùng xác định Vì thế SGSN thực hiện các chứcnăng quản lý di động như nối và bỏ kết nối của các thuê bao di động và quản lý vịtrí Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) nối tới hệ thống trạm cơ sở BSS qua liên kếtchuyển mạch khung tới PCU trong BSC

Dùng GGSN như các giao diện cho các mạng IP bên ngoài như Internet côngcộng, các dịch vụ GPRS của các nhà cung cấp dịch vụ di động khác, hoặc các mạngintranet thương mại

GPRS duy trì thông tin định tuyến cần thiết để truyền ngầm các đơn vị số liệugiao thức PDU tới các SGSN phục vụ các trạm di động riêng biệt Các chức năng

khác gồm quản lý mạng, thuê bao và ánh xạ địa chỉ Một hoặc nhiều GGSN có thể

hỗ trợ nhiều SGSN

1.3.5 Quản lý di động của GPRS

Quản lý tính di động trong GPRS xây dựng trên các cơ chế dùng trong cácmạng GSM; khi một trạm di động chuyển từ vùng này đến vùng khác; các chứcnăng quản lý tính di động dùng để tìm kiếm vị trí các trạm di động trong mỗi mạng

di động các SGSN liên lạc với nhau và cập nhật vị trí người sử dụng

Các khái lược của trạm di động MS được dành trước trong các thanh ghi định

vị tạm trú (VLR) có thể truy nhập bởi các SGSN qua MSC của GSM cục bộ Mộtliên kết logic được thiết lập và duy trì giữa MS và SGSN trong mỗi mạng di động ởcuối phiên truyền hoặc một MS chuyển ra khỏi vùng riêng của một SGSN, liên kếtlogic được giải phóng và các tài nguyên kết hợp với nó có thể được cấp phát lại

Các thành phần khác của mạng GPRS

- HLR (Home Location Register) - bộ ghi vị trí thường trú (các thuê bao riêngcủa mạng) có nhiệm vụ lưu trữ thông tin về mỗi cá nhân phải thanh toán cước dịch

vụ cho nhà khai thác GPRS của chính mạng này Đặc biệt là HLR lưu trữ thông tin

về các dịch vụ phụ, về các tham số chứng thực và về địa chỉ IP v.v Các thông tinnày được trao đổi giữa HLR và SGSN

- VLR (Visitor Location Register) - bộ ghi vị trí tạm trú (các thuê bao chuyểnvùng) có nhiệm vụ lưu trữ thông tin về mỗi trạm di động mà vào thời điểm chotrước đang nằm trong vùng phủ sóng của SGSN Trong VLR có lưu trữ các thôngtin về các thuê bao tương tự như trong HLR nhưng chỉ tới khi thuê bao rời khỏivùng lãnh thổ mà bộ ghi tạm trú này phục vụ

- EIR (Equipment Identity Register) - bộ ghi danh tính thiết bị (ghi các dữ liệu

để nhận dạng thiết bị) có nhiệm vụ lưu giữ các thông tin cho phép khoá các cuộcgọi từ các thiét bị gian lận, trộm cắp hoặc bất hợp pháp

1.4 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐA NĂNG (UMTS)

Ngay từ đầu những năm 90 của thế kỷ 20, Hiệp hội Tiêu chuẩn Viễn thôngchâu Âu (ETSI) đã bắt đầu trưng cầu phương án kỹ thuật của tiêu chuẩn 3G và gọi

chung kỹ thuật 3G là UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) cónghĩa là các hệ thống thông tin di động đa năng

UMTS hướng tới cung cấp các dịch vụ như duyệt web, tin nhắn, các ứng dụngthị trường, truyền hình hội nghị, và nhiều dịch vụ khác phát triển cho những nhucầu cần thiết của thuê bao với những mục tiêu sau:

- Truyền dẫn tốc độ cao dựa trên cả chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh

- Hiệu suất phổ cao và tăng giá trị toàn bộ

- Xác định giao diện vô tuyến chung cho nhiều môi trường

- Các ứng dụng linh hoạt trong nhiều môi trường khác nhau (trong nhà,ngoài trời, vùng ngoại ô, thành phố, nông thôn, di chuyển đi bộ, di chuyển bằngphương tiện…

Có thể cung cấp các dịch vụ trong nhiều môi trường không đồng nhất với môhình Kiến trúc dịch vụ mở OSA (Open Service Architecture) UMTS mở rộng cáckhả năng thoại và dữ liệu thành đa phương tiện với việc truy nhập băng thông caohơn, tới 384 Kbps khi phủ sóng toàn bộ khu vực và 2 Mbps khi chỉ phủ sóng cục

bộ UMTS được mong đợi sẽ trở thành cơ sở cho các mạng viễn thông di động mớivới các dịch vụ được cá nhân hóa và thân thiện với người dùng UMTS là hội tụ củacác kỹ thuật như điện thoại vệ tinh, vô tuyến tế bào, cordless (là dịch vụ kết hợpgiữa có dây và di động) và các mạng LAN không dây Tháng 10 năm 2001, nhàđiều hành mạng NTT Docomo đã giới thiệu các dịch vụ 3G với thị trường NhậtBản Tại những nơi khác, việc quảng bá thương mại cho các mạng và dịch vụUMTS cho một thị trường rộng lớn đã bắt đầu từ năm 2004

1.4.1 Dịch vụ 3G

Các mạng 2G cung cấp các dịch vụ âm thanh và dữ liệu hạn chế Nhằm bổsung cho các dịch vụ 2G này, các hệ thống 3G đưa ra các dịch vụ đa phương tiệntương thích với khả năng của các thiết bị đa phương tiện và các điều kiện của mạngvới khả năng cung cấp nhiều nội dung đặc biệt được định dạng theo vị trí của thuêbao UMTS forum đã chia các dịch vụ 3G thành 6 nhóm như sau:

- Nhóm truy nhập internet di động: một máy điện thoại di động truy nhậpinternet với chất lượng dịch vụ cao gần bằng các dịch vụ internet cố định Nóbao gồm truy nhập Web, truyền file, thư điện tử và dòng video và audio.

- Truy nhập intranet/extranet di động: một khung bảo mật có thể truy nhập vào

cả mạng LAN và mạng riêng ảo (VPN)

- Customized infotainment: Một thiết bị độc lập truy nhập vào các nội dung cánhân từ các cổng di động

- Dịch vụ gửi tin nhắn đa phương tiện: một phương tiện để chuyển các tin nhắnchứa các nội dung đa phương tiện bao gồm văn bản, hình ảnh và các thànhphần audio, video Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện có thể coi như một mởrộng của SMS sao cho các tin nhắn đa phương tiện được trao đổi qua lại giữacác thuê bao

- Các dịch vụ xác định vị trí (location-based services): các dịch vụ xác nhận vịtrí như theo dõi xe chạy, các quảng cáo cục bộ…

- Rich voice và simple voice: các kết nối âm thanh hai hướng, thời gian thực,bao gồm VoIP, truy nhập mạng kích hoạt âm thanh (voice-activated) và cáccuộc gọi khởi tạo internet (internet-initiated) Điện thoại di động video và cáckết nối đa phương tiện thời gian thực cũng dùng được trong các thiết bị đaphương tiện

Trong phạm vi của quá trình chuẩn hóa 3GPP, các đặc điểm kỹ thuật củaUMTS được chia làm hai giai đoạn khác nhau Giai đoạn đầu, nó mang tên UMTSrealease 99 (cũng có thể gọi là release 3), là sự phát triển trực tiếp từ các mạng 2G

và 2,5G (các mạng GSM và GPRS) Giai đoạn 2, mang tên UMTS release 4/5, làmột phát triển hoàn chỉnh với những khái niệm mới và những tính năng mới

Truy cập Internet/Intranet

di động

Thông tin cá nhân

Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện

Dịch vụ định

vị trí

Âm thanh đơn, âm thanh thực

Truy cập

Internet di

động

Liên kết trực tiếp tới người dùng Xác thực vị trí

Cá nhân Kết nối người dùng Vị trí

Thông tin di động Liên kết nội dung

Thường sử dụng tìm nội dung

Hình 1.4: Dịch vụ 3G

1.4.2 UMTS Giai đoạn 1

Kiến trúc UMTS phải giải quyết được những yêu cầu của các dịch vụ UMTSkhá đa dạng Những yêu cầu này sắp xếp từ lưu lượng thoại thời gian thực và truynhập các dữ liệu chia theo từng burst tới lưu lượng đa phương tiện không đổi.UMTS quan tâm tới việc đưa ra các dịch vụ toàn cầu chính xác Để giải quyết đượcvấn đề này, kiến trúc UMTS bao gồm các múi mặt đất được thực hiện bởi vệ tinh tạinhững chỗ cần thiết

1.4.3 Kiến trúc UMTS giai đoạn 1

Kiến trúc UMTS giai đoạn 1 dựa trên các mạng lõi GSM và GPRS và mộtmạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu UTRAN (Universal Terrestrial RadioAccess Network) Hai phương pháp này định rõ làm thế nào để các tín hiệu nhậnđược chia nhỏ so với tín hiệu phát như sau:

- Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu / song công phân chia theo thời gianUTRA/TDD (Universal Terrestrial Radio Access/Time Division Duplex):phương pháp này thực hiện truyền hai hướng bằng cách cho phép sử dụng các

khe thời gian khác nhau trên cùng một sóng mang vô tuyến để truyền các tínhiệu gửi đi và các tín hiệu nhận được.

- Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu / song công phân chia theo tần sốUTRA/FDD (Universal Terrestrial Radio Access/Frequency Division Duplex):phương pháp này thực hiện truyền hai hướng bằng cách cho phép các tín hiệugửi đi và thu được được truyền qua hai band thông vô tuyến riêng rẽ và cânxứng cho hai đường kết nối

Tên gọi CDMA băng thông rộng (Wideband CDMA - WCDMA) cũng đượcdùng để xác định hai kiểu UTRA (TDD và FDD) Các thành phần tạo thành kiếntrúc UMTS được chỉ ra trong hình 1.5

GSMC

HLR

GGSN

Mạng điện thoại công cộng

Internet

Mạng lõi UTRAN

Hình 1.5: Kiến trúc UMTS (giai đoạn 1)

Các thành phần của kiến trúc UMTS được nhóm lại thành 3 hệ thống con:thiết bị người dùng UE (User Equipment), mạng truy nhập (UTRAN) và cơ sở hạtầng chuyển mạch và định tuyến (routing), được gọi là mạng lõi CN (CoreNetwork) Các thành phần trong kiến trúc UMTS hỗ trợ cả các kết nối chuyển mạchđiện và các kết nối chuyển mạch gói

1.4.4 Thiết bị người dùng

UE thường cung cấp cho các thuê bao dưới hình thức một máy cầm tay, nó

thuê bao UMTS – USIM (UMTS Subcriber Identify Module) ME chứa máy thu vôtuyến, màn hình và các bộ xử lý tín hiệu số USIM là một ứng dụng 3G trên mộtUMTS IC Card (UICC), card này sẽ giữ lại các nhận dạng của thuê bao, các giảithuật xác minh và các thông tin khác liên quan tới thuê bao ME và USIM liên quantới giao diện điện tử trong khi UE lại kết nối với UTRAN qua giao diện vô tuyến

Uu UE luôn hỗ trợ ít nhất một loại UTRA: TDD hoặc FDD Để cho phép chuyểngiao linh hoạt sang UMTS, các UE phải có khả năng liên lạc với các hệ thống cũnhư GSM hay GPRS Các UE UMTS hỗ trợ cho các hệ thống cũ được gọi là multi-mode UE 3GPP chia các multimode UE thành 4 loại sau:

- Loại 1: Thiết bị người dùng hoạt động ở một mode đơn tại một thời điểm

(GSM hoặc UTRA) Nó không thể hoạt động trong hơn 1 mode tại một thờiđiểm được Trong khi hoạt động trong mode đã cho, thiết bị không thể quét haygiám sát được các mode khác và việc chuyển từ mode này sang mode khác chỉđược thuê bao thực hiện bằng tay

- Loại 2: trong khi hoạt động ở một mode nào đó, các thiết bị loại 2 có thể

quét và giám sát các mode khác Các thiết bị báo cáo với thuê bao tình trạngcủa các mode khác bằng cách sử dụng mode hiện thời Các thiết bị loại 2không hỗ trợ việc thu hoặc truyền đồng thời qua các mode khác nhau Chuyểnmạch từ một mode tới các mode khác được thực hiện tự động

- Loại 3: thiết bị loại 3 khác với loại 2 ở chỗ thực tế là UE loại 3 có thể

nhận nhiều hơn 1 mode tại 1 thời điểm Tuy nhiên, một UE loại 3 không thếphát đồng thời tại nhiều hơn 1 mode Chuyển mạch từ mode này sang modekhác được thực hiện tự động

- Loại 4: thiết bị loại 4 có thể nhận và phát đồng thời ở nhiều mode Chuyển

mạch từ mode này sang mode khác cũng được thực hiện đồng thời

của hệ thống Nút B liên kết với RNC qua giao diện Iub RNC điều khiển các tàinguyên trong hệ thống và giao diện mạng lõi.

1.4.6 Mạng lõi UMTS giai đoạn 1

Mạng lõi UMTS giai đoạn 1 dựa trên hệ thống con mạng GSM (miền chuyểnmạch điện) và một mạng lõi GPRS (miền chuyển mạch gói) Tiếp đó, mạng lõiUMTS bao gồm HLR, MSC/VLR và cổng MSC (để quản lý các kết nối chuyểnmạch điện), và SGSN và GGSN (để quản lý các kết nối gói)

1.4.7 UMTS giai đoạn 2

Kiến trúc UMTS ban đầu giới thiệu trong chương này dựa trên phát triển củacác mạng lõi GSM và GPRS (cung cấp hỗ trợ cho các miền chuyển mạch điện vàchuyển mạch gói tương ứng) Mục đích của kiến trúc này là nhằm cho phép các nhàđiều hành mạng di động nhanh chóng giới thiệu các mạng UMTS dựa trên cácmạng GSM và GPRS đã có sẵn từ kiến trúc UMTS giai đoạn 1, giai đoạn tiếp theo

đã tạo ra một kiến trúc với một mạng lõi chỉ dựa trên miền chuyển mạch gói tăngcường Mục đích là cho phép hội tụ tốt hơn với Internet bằng cách sử dụng các giaothức nền IP ở bất kì nơi nào có thể Cuối năm 1999, 3GPP bắt đầu hoạt động vớimột kiến trúc hoàn toàn IP Trong kiến trúc này, chức năng MSC được chia nhỏthành phần điều khiển (MSC server) và phần người dùng (cổng media) Mạng lõicủa UMTS giai đoạn 2 được giao với một mạng con IP đa phương tiện, viết tắt làIMS IMS hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện trên nền IP như VoIP Trong IMS, điềukhiển cuộc gọi được quản lý với giao thức khởi tạo phiên SIP (SSI-SMSonInitiation Protocol), được giới thiệu công khai bởi IETF và tất cả các thành phầnmạng dựa trên Ipv6

IMS có thể xem như một lớp bổ sung cung cấp các báo hiệu, điều khiển và cácchức năng nạp dành cho liên lạc trên nền IP Trong đoạnnày, các nền dịch vụ sẽ tạo

ra lợi nhuận từ IMS là các nền dịch vụ cho phép dịch vụ như Push-to-Talk (PTT) vàcác dịch vụ dựa trên vị trí Hình 1.6 chỉ ra kiến trúc của UMTS giai đoạn 2

HSS

GGSN

Mạng điện thoại công cộng

Dịch vụ ứng dụng

Mạng lõi UTRAN

Hình 1.6: Kiến trúc UMTS (giai đoạn 2)

1.5 GIAO THỨC ỨNG DỤNG KHÔNG DÂY WAP

WAP là cầu nối giữa thế giới Mobile và mạng Internet được thiết kế dànhriêng cho ĐTDĐ bằng ngôn ngữ WML (Wireless Markup Language, ngôn ngữđánh dấu vô tuyến), khác với Web là các trang trên Internet được thiết kế cho máytính bằng ngôn ngữ HTML (Hyper Text Markup Language, ngôn ngữ đánh dấu siêuvăn bản) Như ta đã biết, do đặc điểm của ĐTDĐ là màn hình rất nhỏ so với máytính nên nội dung của các trang WAP luôn đơn giản, ngắn gọn và ít hình ảnh Giốngnhư lướt Web trên máy tính, để lướt WAP trên ĐTDĐ, ta cũng cần biết địa chỉ củacác WAP Site để truy cập và tìm kiếm thông tin, cũng như cần biết một số thủ thuật

để việc sử dụng được dễ dàng, thậm chí có thể thiết kế một WAP Site riêng chomình

1.5.1 Kiến trúc của WAP

Hình 1.7: Kiến trúc WAP WDP

Giao thức gói tin(WAP datagram protocol) là lớp vận chuyển mà nó gửi vànhận messages thông qua bất kỳ mạng truyền giải rỗi nào bao gồm: SMS,USSD,CSD, CDPG ,IS–136 packet data, and GPRS

WTLS

Bảo mật lớp vận chuyển (Wireless transport layer security-WTLS), một lớpbảo mật lựa chọn, đã được mã hóa nó phân phối cho dịch vụ vận chuyển bảo mậtnới mà các ứng dụng yêu cầu về bảo mật giống như ứng dụng thương mại

Giao diện HTTP phục vụ việc truy cập nội dung WAP từ Internet với nhữngyêu cầu của người dùng.

1.5.2 Đặc điểm của WAP

Đối với mạng không dây WAP sẽ làm giảm giá thành, tăng số lượng thuê baotrên cơ sở có sự cải tiến của mạng điện thoại Ứng dụng này có thể được đưa ra mộtcách nhanh chóng và rễ dàng mà không phải thêm hay sửa bất kỳ cái trì hạ tầng củamạng.Như vậy sẽ làm tăng sự cạnh tranh đối với các nhà cung cấp

Ứng dụng WAP được viết bằng ngôn ngữ đánh dấu vô tuyến (WML), đó làmột sự mở rộng của ngôn ngữ XML Sử dụng mô hình giống mạng Internet WAPtrang bị cách hiển thị và các nhà phát triển sẽ dựa vào các thẻ WML để phát triểncác ứng dụng WAP

Người sử dụng sẽ có lợi ích từ sự tiện dụng, tính bảo mật của thông tin vànhững dịch vụ về ngân hàng, giải trí thông qua những thiết bị cầm tay của họthông qua công nghệ WAP Bởi vì phạm vi rộng của những thiết bị cầm tay có hỗtrợ WAP, người sử dụng sẽ tự do lựa chọn những thiết bị đầu cuối và những ứngdụng mà chúng hỗ trợ Người sử dụng sẽ có khả năng nhận và yêu cầu thông tintrong môi trường giá thành thấp, nhanh và tiện dụng, như vậy nhờ vào ứng dụngWAP các nhà cung cấp sẽ thu hút được nhiều khác hàng hơn, những người muốnnhiều hơn những giá trị gia tăng và chức năng mà không cần phải nâng cấp bất cứcái gì từ những thiết bị đầu cuối của họ

WAP là một chuẩn Internet giống như XML, user datagram protocol (UDP), vàInternet protocol (IP) rất nhiều giao thức dựa trên chuẩn của Internet giống nhưhypertext transfer protocol (HTTP) và WAP là sự lựa chọn cho nhà phát triển docác thiết bị cầm tay liên quan đến tốc độ băng thông,độ trễ, tốc độ sử lý, kích thướccác màn hình khác nhau

WAP tận dụng kiểu tryền nhị phân để tận dụng băng thông và tối thiểu hóa trễ

do đường truyền WML và WML Script được sử dụng để tạo ra nội dung của WAP,chúng đã được tối thiểu hóa cho thiết bị có màn hình nhỏ, Nội dung WAP có thểkhả chuyển từ những thiết bị màn hình chỉ là những dòng text cho đến những thiết

bị graphics cao hơn

Giao thức WAP được thiết kế do yêu cầu thấp nhất về băng thông, và chịuđựng được tối đa các thuê bao truy cập vào Đa truy cập sẽ được vươn tới vớinhững hệ thông như: (GSM) 900, 1,800, and 1,900 MHz; interim standard (IS)–136; digital European cordless communication (DECT); time-division multipleaccess (TDMA), personal communications service (PCS), FLEX, and code divisionmultiple access (CDMA) Tất nhiên các công nghệ trên cũng hỗ trợ SMS, USSD,circuit-switched cellular data (CSD), cellular digital packet data (CDPD), andgeneral packet radio service (GPRS).

CHƯƠNG II: DỊCH VỤ TIN NHẮN NGẮN SMS

2.1 DỊCH VỤ TIN NHẮN NGẮN (SMS)

Short Message Service (SMS) là một dịch vụ cơ bản cho phép các thuê baotrao đổi các tin nhắn dạng văn bản ngắn Năm 1992 tin nhắn đầu tiên đã đượctruyền qua các kênh báo hiệu của mạng GSM châu Âu Từ lần thử nghiệm thànhcông đó, việc sử dụng SMS phát triển với tốc độ vô cùng nhanh chóng Báo cáo củaHiệp hội dữ liệu di động (The Mobile Data Association) cho biết: có đến 20.5 tỷ tinnhắn dạng text person-to-person được gửi đi qua 4 mạng GSM của nước Anh chỉtrong năm 2003!

2.1.1 Mô tả dịch vụ

Đây là dịch vụ phát triển dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật của GSM giai đoạn

1 của Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI – European TelecommunicationStandard Insitute) và hiện tại đã được chuyển giao sang cho tổ chức 3GPP (ThirdGeneration Partnership Project) quản lý Không chỉ còn là một dịch vụ của mạngGSM, SMS đã được cải tiến và sử dụng ở các kỹ thuật mạng mới như GPRS vàCDMA

SMS cho phép các tin nhắn dạng text ngắn có thể trao đổi giữa các máy trạm

di động sử dụng mạng GSM/UMTS với một loạt các thiết bị có thể nối mạng khácnhư máy tính kết nối Internet, telex, facsimile Ngày nay dịch vụ này đã rất hoànthiện 100% các máy di động GSM và tất cả các mạng GSM trên Thế giới có hỗ trợSMS

Đúng như ý nghĩa tên gọi của nó "dịch vụ tin nhắn ngắn" dữ liệu mà nó có thểmang trong mỗi tin nhắn SMS là có giới hạn Một tin nhắn SMS chỉ có thể bao gồmnhiều nhất là 140 byte (tương đương với 1120 bit) dữ liệu vì vậy một tin nhắn chỉ

có thể bao gồm các dạng sau:

160 ký tự nếu 7 bít ký tự mã hóa được dùng 7 bít ký tự mã thích hợp cho việc

mã hóa các ký tự Latin như bảng chữ cái alphabe của tiếng Anh