CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM I. Giới thiệu chung. GSM được phát triển từ năm 1982, khi các nước Bắc Âu đề nghị Hội nghị châu Âu về bưu chính viễn thông CEPT quy định dịch vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900MHz.
GSM là hệ thống thông tin di động số chia ô. Trong mỗi ô có một trạm thu phát gốc BTS liên lạc với mọi trạm di động MS có mặt trong ô. Đặc điểm của hệ thống thông tin di động số chia ô là việc sử dụng lại tần số và diện tích mỗi ô khá nhỏ (350m đến 35km). Mỗi ô sử dụng một nhóm tần số vô tuyến và nhóm tần số này được sử dụng lại nhiều lần cho các ô khác nhằm tăng dung lượng mạng với khoảng cách đủ lớn, công suất phát đủ nhỏ để nhiễu lẫn nhau không đáng kể.
Các đặc tính của GSM.[14] GSM có những đặc tính chủ yếu sau: ¾ Đáp ứng nhiều dịch vụ tiện ích cho thuê bao cả về thoại và dữ liệu. ¾ Có khả năng tương thích với dịch vụ của các mạng sẵn có như mạng PSTN, PSPDN, CSPDN, ISDN và các mạng PLMN khác. ¾ Chất lượng GSM ở điều kiện xấu tốt, hơn hẳn các hệ thống tương tự. ¾ Sử dụng tần số hiệu quả cao, giải quyết sự hạn chế về dung lượng nhờ kết hợp kỹ thuật FDMA và TDMA, sử dụng lại tần số và phân chia ô.
¾ Độ linh hoạt cao vì các loại đầu cuối khác nhau đều sử dụng được. ¾ Tự động định vị và cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động. ¾ Tính bảo mật cho thuê bao cao, ngăn chặn hoàn toàn việc nghe trộm. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Các dịch vụ của GSM.[13] GSM cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh cho thoại và dữ liệu. Tốc độ tối đa cho người sử dụng là 9,6 kbps giữa MS và MSC. Dịch vụ thoại. Thoại là dịch vụ quan trọng nhất của GSM, cho phép thực hiện cuộc gọi hai chiều giữa thuê bao GSM với thuê bao bất kỳ ở mạng điện thoại nói chung nào.
Ngoài ra còn có các dịch vụ sửa đổi và làm phong phú thêm dịch vụ thoại, cho phép thuê bao lựa chọn cuộc gọi đến và đi sẽ được mạng xử lý như thế nào hoặc cung cấp thêm các thông tin như: Chặn hướng/giữ/chuyển/đợi cuộc gọi, hiển thị/cấm hiển thị số máy chủ gọi, cho phép thuê bao chuyển vùng/chuyển mạng. Dịch vụ dữ liệu. GSM được thiết kế để đưa ra rất nhiều các dịch vụ dữ liệu như truyền dữ liệu, dịch vụ nhắn tin ngắn SMS (các MS gửi cho nhau) và dịch vụ phát quảng bá trong ô (cho phép thuê bao nhận được các bản tin ngắn do mạng gửi). Cấu trúc mạng GSM.
Cấu trúc mạng GSM và các giao diện. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 20 Mạng GSM gồm 3 phân hệ chính: 9 Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem). 9 Phân hệ chuyển mạch mạng NSS (Network Switching Subsystem). 9 Hệ thống khai thác và bảo dưỡng OSS (Operation & Support System).
Trạm di động (MS). Thuê bao giao tiếp trực tiếp với mạng GSM qua MS. MS có thể là thiết bị đặt trong ô tô, xách tay hoặc cầm tay. Ngoài chức năng giao diện vô tuyến với mạng GSM, MS còn cung cấp các giao diện với người sử dụng (micro, loa, màn hiển thị, bàn phím .) hoặc giao diện với một số thiết bị khác (máy tính cá nhân, Fax.
MS gồm 2 phần: Thiết bị di động (ME) và mô đun nhận dạng thuê bao SIM. ME là thiết bị phần cứng được thuê bao sử dụng để truy cập vào mạng. Mỗi MS có số nhận dạng thiết bị quốc tế (IMEI) duy nhất chống việc đánh cắp ME. SIM là card cắm vào ME, do nhà khai thác cung cấp và quản lý, chứa các thông tin về thuê bao, được bảo vệ bằng số nhận dạng mật khẩu PIN.
Giữa mạng và MS là truyền dẫn số vì mã hoá và giải mã được thực hiện ngay tại MS. Do đó đảm bảo chất lượng truyền dẫn cao ngay cả khi đường truyền vô tuyến không tốt nhờ sử dụng các loại mã chống lỗi và bảo mật đường truyền. MS còn sử dụng các kỹ thuật tiết kiệm công suất như chế độ nghỉ và truyền dẫn không liên tục nhằm kéo dài thời gian sử dụng pin. Phân hệ trạm gốc (BSS).
BSS giám sát các đường ghép nối vô tuyến, liên kết kênh vô tuyến với máy phát và quản lý cấu hình các kênh qua việc điều khiển thay đổi tần số và công suất phát vô tuyến, mã hoá kênh, bảo mật kênh vô tuyến, phối hợp tốc độ truyền tin, quản lý quá trình chuyển giao (Handover). BSS gồm trạm thu phát gốc BTS, bộ điều khiển trạm gốc BSC, bộ chuyển đổi mã hóa và thích ứng tốc độ TRAU. Trạm thu phát gốc BTS LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Sơ đồ khối trạm thu phát gốc BTS với một TRX.
BTS trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến Um. Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù. Có thể coi BTS như một “modem” vô tuyến phức tạp với các chức năng sau: ¾ Phát quảng bá thông tin hệ thống trên BCCH, phát các thông tin tìm gọi trên CCCH, ấn định các kênh DCCH dưới sự điều khiển của BSC. ¾ Khối vô tuyến tương tự để điều chế, khuếch đại và phối hợp thu phát.
¾ Khối băng gốc để phối hợp tốc độ thoại, dữ liệu và mã hoá kênh. ¾ Khối điều khiển thực hiện chức năng khai thác và bảo dưỡng BTS. ¾ Khối truyền dẫn để ghép tín hiệu trên giao diện Abis với BSC. Bộ điều khiển trạm gốc BSC BSC làm việc như thiết bị chuyển mạch.
Một BSC có thể quản lý tới vài chục BTS, phụ thuộc lưu lượng các BTS này. BSC gồm khối giao diện A với MSC, các khối chức năng điều khiển BTS, khối giao diện với OMC và khối chuyển mạch. Các chức năng của BSC: Quản lý mạng vô tuyến: Quản lý các ô và kênh logic của chúng về lưu lượng ở 1 ô, chất lượng vô tuyến, số cuộc gọi bị mất, số lần chuyển giao thành công/thất bại. Quản lý BTS: Trước khi đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình và các tần số cho mỗi BTS.
Nhờ việc quản lý này, BSC có một số kênh có sẵn dành cho cuộc gọi. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 22 Điều khiển nối thông MS: BSC có nhiệm vụ thiết lập, theo dõi và giải phóng các đấu nối đến MS. Dựa vào cường độ tín hiệu và chất lượng thoại đo ở MS, BSC quyết định công suất phát tốt nhất để giảm nhiễu, nâng cao chất lượng nối thông. BSC còn điều khiển quá trình chuyển giao để MS chuyển sang ô chất lượng tốt hơn, chuyển giao giữa các TCH trong một ô khi chất lượng nối thông quá thấp nhưng không được phép chuyển sang ô khác hoặc chuyển giao để cân bằng tải giữa các ô.
Quản lý mạng truyền dẫn: BSC quản lý, giám sát đường truyền từ BTS đến MSC để đảm bảo thông tin đúng và chính xác. Bộ chuyển đổi mã hóa và thích ứng tốc độ TRAU Hình 1. Các vị trí có thể đặt TRAU. GSM sử dụng mã hoá tiền định tuyến tính LPC cho thoại trên giao diện vô tuyến Um ở tốc độ 13kbps.
TRAU thực hiện chuyển đổi 13kbps LPC với tốc độ mạng thoại cố định PSTN 64kbps PCM giữa MS và MSC. TRAU có thể đặt tại BTS, BSC hoặc MSC. Để giảm thiểu chi phí truyền dẫn, thường đặt TRAU ở MSC. Phân hệ chuyển mạch mạng NSS.
NSS bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho dữ liệu thuê bao và quản lý di động. Chức năng chính của NSS là quản lý thông tin giữa các thuê bao GSM với nhau và với các mạng khác. NSS gồm các khối chức năng sau: MSC, HLR, VLR, EIR và AuC. Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 23 MSC là hạt nhân của mạng PLMN, thường là một tổng đài lớn, điều khiển và quản lý một số BSC, thực hiện chức năng chuyển mạch ở NSS.
Nó làm nhiệm vụ định tuyến và kết nối các phần tử mạng, các thuê bao di động với nhau hay với các thuê bao của mạng khác như PSTN, ISDN. MSC có giao diện với tất cả các phần tử trong mạng (BSS/HLR/VLR/AuC/EIR/OMC) và với các mạng ISDN, PSTN. qua các chức năng tương tác IWF. Ngoài ra, nó chứa dữ liệu và thực hiện chuyển giao.
Tổng đài vô tuyến cổng GMSC Cuộc gọi tới thuê bao GSM được định tuyến đến tổng đài cổng GMSC mà không cần biết vị trí hiện tại của thuê bao. GMSC tìm thông tin về vị trí hiện tại của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài hiện tại đang quản lý thuê bao. GMSC có giao diện với mạng bên ngoài để kết nối với mạng GSM và giao diện SS7 với các phần tử khác của NSS. GMSC thường kết hợp với MSC.
Bộ ghi định vị thường trú HLR HLR là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của mạng GSM, lưu trữ các dữ liệu về thuê bao đăng ký trong mạng. HLR lưu trữ: MSRN, IMSI, MSISDN, dữ liệu về VLR đang phục vụ thuê bao đó, trạng thái thuê bao, quyền truy cập của thuê bao. HLR thường là một máy tính độc lập không có khả năng chuyển mạch nhưng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. MSC/VLR có thể truy cập các dữ liệu này từ xa.
Bộ ghi định vị tạm trú VLR VLR chứa các dữ liệu về mọi thuê bao đang ở trong vùng phục vụ của MSC, gán cho các thuê bao từ vùng phục vụ MSC/VLR khác tới một số thuê bao tạm thời. VLR còn thực hiện trao đổi thông tin về thuê bao chuyển vùng giữa HLR nơi thuê bao đăng ký. Dữ liệu thuê bao lưu giữ trong VLR chính xác hơn trong HLR. Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR EIR bảo vệ mạng PLMN khỏi sự truy cập của các thuê bao trái phép bằng cách từ chối thuê bao nếu không có sự tương ứng khi so sánh số IMEI do thuê bao gửi đến và số IMEI lưu trong EIR.
Trong mạng có thể có nhiều EIR. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Trung tâm nhận thực AuC GSM có nhiều biện pháp an toàn khác nhau. AuC cung cấp mã bảo mật chống nghe trộm, mã này thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao và lưu trong SIM.
AuC còn lưu nhiều thông tin cần thiết về thuê bao và phải được bảo vệ chống mọi truy cập trái phép. AuC có thể được đặt ở trong HLR hay MSC hay đứng độc lập. Phân hệ khai thác OSS.