CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM VÀ GPRS 1.HỆ THỐNG GSM 1.Lịch sử hình thành mạng GSM -1982-1985 Conférence Européennedes Postes et Télécommunications (CEPT – Hiệp hội bưu chính viễn thông Châu Âu) bắt đầu đưa ra chuẩn viễn thông kỹ thuật số Châu Âu tại băng tần 900MHz, tên là GSM-Global System for Mobile communication (hệ thống truyền thông di động toàn cầu). -1986: CEPT lập nhiều vùng thử nghiệm tại Paris để lựa chọn công nghệ truyền phát. Cuối cùng kỹ thuật Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA – Time Division Mutiple Access) và đa truy cập theo tần số (FDMA – Frequence Division Mutiple Access) đã được lựa chọn. -1986: Hai kỹ thuật trên đã được kết hợp để tạo nên công nghệ phát cho GSM.
Các nhà khai thác của 12 nước Châu Âu đã cùng ký bản ghi nhớ Memorandum of Understanding (MoU) quyết tân giới thiệu GSM vào năm 1991. -1988: CEPT bắt đầu xây dựng đặc tả GSM cho giai đoạn hiện thực và đã có thêm 5 nước gia nhập MoU. -1989: Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI–European Telecommunication Standards Institude) nhận trách nhiệm phát triển đặc tả GSM. -1990: Đặc tả giai đoạn 1 đã được đưa cho các nhà sản xuất phát triển thiết bị mạng.
-1991: chuẩn GSM 1800 được công bố và thống nhất cho phép các nước ngoài CEPT được tham gia bản MoU. -1992: Đặc tả giai đoạn 1 hoàn tất. Mạng GSM giai đoạn 1 thương mại đầu tiên được công bố. Thỏa thuận chuyển vùng (roaming) quốc tế đầu tiên giữa Telecom Finland và Vodafone (Anh) được ký kết.
-1993: Úc là nước đầu tiên ngoài CEPT ký MoU, khi đó MoU đã được 70 nước tham gia. Mạng GSM được công bố tại Áo, Ai-xơ-len, Hồng Kông, Na Uy và Úc. Thuê bao GSM lên đến hàng triệu. Hệ thống DCS thương mại đầu tiên được công bố ở Anh.
-1994: MoU có hơn 100 tổ chức tham gia tại 60 nước. Nhiều mạng GSM ra đời, tổng số thuê bao lên 3 triệu. 11 -1995: Đặc tả cho Dịch vụ liên lạc cá nhân (PCS – Personal communications Service) được phát triển tại Mỹ, đây là một phiên bản GSM hoạt động trên tần số 1900MHz. GSM tiếp tục phát triển nhanh, mỗi ngày thuê bao GSM tăng 10.
-4/1995:MoU có 188 thành viên trên 69 quốc gia. Hệ thống GSM 1900 có hiệu lực tuân theo chuẩn PCS 1900. -1998: Mou có 253 thành viên trên 100 nước và có trên 70 triệu thuê bao trên toàn cầu chiếm 31% thị trường di động thế giới. -6/2002 Hiệp hội GSM có 600 thành viên, đạt 79 triệu thuê bao chiếm 71% thị trường di động số trên 173 quốc gia.
Kiến trúc mạng GSM Thành phần: 1. Mạng GSM được chia thành 2 hệ thống: Hệ thống chuyển mạch (SS - switching system) và hệ thống trạm phát (BSS - base station system). Mỗi hệ thống được xây dựng trên nhiều thiết bị chuyên dụng khác nhau. Ngoài ra, giống như các mạng liên lạc khác, GSM cũng được vận hành, bảo trì và quản lý bởi các trung tâm máy tính.
Hệ thống chuyển mạch chuyên xử lý cuộc gọi và các công việc liên quan đến thuê bao. BSS xử lý công việc liên quan đến truyền phát sóng radio. OMC thực hiện nhiệm vụ vận hành và bảo trì mạng, như theo dõi lưu lượng cảnh báo khi cần thiết. OMC có quyền truy xuất đến cả SS và BSS.
Kiến thức dạng địa lý: Với mọi mạng điện thoại, kiến trúc là nền tảng quan trọng để xây dựng qui trình kết nối cuộc thoại đến đúng đích. Với mạng di động thì điều này lại càng quan trọng: do người dùng luôn di chuyển nên kiến trúc phải có khả năng theo dõi được vị trí của thuê bao. Ô (cell): Là đơn vị cơ bản của hệ thống tế bào, được định nghĩa theo vùng phủ sóng của BTS. Mỗi ô được cấp một số định danh duy nhất gọi là CGI (Cell Global Identity).
Để phủ sóng toàn quốc, người ta cần đến một số lượng rất lớn BTS. Để phủ sóng toàn bộ 61 tỉnh thành Mobifone bố trí 358 BTS, Việc bố trí dựa trên một mức độ khai thác của từng khu vực, chỉ riêng khu vực 2 (từ Lâm Đồng trở vào) đã đặt đến 12 gần 300 BTS (chiếm gần một nữa tổng số BTS của mạng); trong tương lai, GPC (công ty quản lý mạng Vinaphone) và VMS (MobiFone) vẫn sẽ tiếp tục lắp đặt thêm BTS để mở rộng và nâng cấp chất lượng vùng phủ sóng. Vùng định vị (LA-Location Area): Nhiều ô được ghép nhóm và gọi là một LA. Trong mạng, vị trí của thuê bao do LA khu vực của thuê bao nắm giữ.
Số định danh cho LA được lưu thành thông số LAI (Location Area Identity) ứng với từng thiết bị di động (điện thoại di động) trong VLR. Khi thiết bị di chuyển sang ô của LA khác thì bắt buộc phải đăng ký lại vị trí với mạng, nếu dịch chuyển giữa các ô trong cùng một LA thì không phải thực hiện qui trình trên. Khi có cuộc gọi đến thiết bị, thông điệp được phát ra (broadcast) toàn bộ các ô của LA đang quản lý thiết bị. Vùng phục vụ của MSC: Nhiều vùng LA được quản lý bởi một MSC.
Để có thể kết nối cuộc thoại đến thiết bị di động, thông tin vùng dịch vụ MSC cũng được theo dõi và lưu lại HLR. Vùng phục vụ của nhà khai thác: Vùng phục vụ của nhà khai thác bao gồm toàn bộ các ô mà công ty có thể phục vụ; nói cách khác, đây chính là toàn bộ của vùng phủ sóng của nhà khai thác mà thuê bao có thể truy nhập vào hệ thống. Mỗi nhà khai thác sẽ có thông số vùng phục vụ riêng. Việt Nam hiện có hai vùng phục vụ MobiFone và Vinaphone, hy vọng sắp tới sẽ sớm có thêm vùng phục vụ của Saigon Postel liên doanh với SLD (Singapore), Vietel, Viễn Thông Sài Gòn.
Vùng dịch vụ GSM: Vùng dịch vụ GSM là toàn bộ vùng địa lý mà thuê bao có thể truy nhập vào mạng GSM, và sẽ càng mở rộng khi có thêm nhiều nhà khai thác ký thỏa ước hợp tác với nhau. Hiện tại thì vùng dịch vụ GSM đã phủ hàng chục quốc gia, kéo dài từ Ai-xơ-len đến Châu Úc và Nam Phi. Chuyển vùng là khả năng cho phép thuê bao truy nhập mạng của mình từ mạng khác. Mô hình mạng di động tế bào có thể được trình bày giữa hai góc độ.
Băng tần: Hiện tại mạng GSM đang hoạt động trên 3 băng tần: 900, 1800, 1900MHz. Chuẩn GSM ban đầu sử dụng băng tần 900MHz, gọi là phiên bản P-GSM (Primary GSM). Để tăng dung lượng, băng tần dần mở sang 1800 và 1900MHz, gọi là phiên 13 bản mở rộng (E-GSM). Chính vì thế, thị trường đã xuất hiện nhiều loại điện thoại hỗ trợ nhiều băng tần nhằm tạo thuận lợi cho người dùng thường xuyên đi nước ngoài và tận dụng được hết ưu thế chuyển vùng quốc tế của mạng GSM hiện nay.Đặc tả GSM GSM được thiết kế độc lập với hệ thống nên hoàn toàn không phụ thuộc vào phần cứng mà chỉ tập trung vào chức năng và ngôn ngữ giao tiếp của hệ thống.
Điều này tạo điều kiện cho người thiết kế phần cứng sáng tạo thêm tính năng và cho phép công ty vận hành mạng mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau. Bản đặc tả gồm 12 mục, mỗi mục do 1 nhóm chuyên gia và 1 công ty riêng biệt phụ trách viết, ESTI giữ vai trò điều phối chung. GSM 1800 được xem là phần phụ lục, nó chỉ đề cập đến sự khác nhau giữa GSM 900 và GSM 1800. GSM 1900 được viết dựa trên GSM 1800 nhưng có thay đổi cho phù hợp với chuẩn ANSI (American National Standards Institude) của Mỹ.
Các thủ tục cơ bản của GSM Thiết bị sẽ tự động thực hiện quy trình cần thiết mà không cần đến sự quan tâm hay điều khiển của người dùng.Đăng nhập thiết bị vào mạng: Khi thiết bị (điện thoại di động) ở trạng thái tắt, nó được tách ra khỏi mạng. Khi bật lên, thiết bị dò tần số GSM để tìm kênh điều khiển. Sau đó, thiết bị đo cường độ của tín hiệu từ các kênh và ghi lại. Cuối cùng thì chuyển sang kết nối với kênh có tín hiệu mạnh nhất.
Chuyển vùng: Vì GSM là một chuẩn chung nên thuê bao có thể dùng điện thoại hệ GSM tại hầu hết các mạng GSM trên thế giới. Trong khi di chuyển, thiết bị liên tục dò kênh để luôn duy trì tín hiệu với trạm là mạnh nhất. Khi tìm thấy trạm có tín hiệu mạnh hơn, thiết bị sẽ tự động chuyển sang mạng mới; nếu trạm mới nằm trong LA khác, thiết bị sẽ báo cho mạng biết vị trí mới của mình. Riêng với chế độ chuyển vùng quốc tế hoặc chuyển vùng giữa mạng của hai nhà khai thác dịch vụ khác nhau thì quá trình cập nhật vị trí đòi hỏi phải có sự chấp thuận và hỗ trợ từ cấp nhà khai thác dịch vụ.
14 * Thực hiện cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định: 1. Thiết bị kiểu yêu cầu một kênh báo hiệu. BSC/TRC sẽ chỉ định kênh báo hiệu. Thiết bị gửi yêu cầu thiết lập cuộc gọi cho MSC/VLR.
Thao tác đăng ký trạng thái tích cực cho thiết bị vào VLR, xác thực, mã hóa, nhận dạng thiết bị, gửi số được gọi cho mạng, kiểm tra xem thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi ra đều được thực hiện trong bước này. - Nếu hợp lệ, MSC/VLR báo cho BSC/TRC một kênh đang rỗi. - MSC/VLR chuyển tiếp số được gọi cho mạng PSTN. - Nếu máy được gọi trả lời, kết nối sẽ được thiết lập.
* Thực hiện cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động: Điểm khác biệt quan trọng so với gọi từ thiết bị di động là vị trí của thiết bị không được biết chính xác. Chính vì thế trước khi kết nối, mạng phải thực hiện công việc xác định vị trí của thiết bị di động. Từ điện thọai cố định, số điện thoại di động được gửi đến mạng PSTN. Mạng sẽ phân tích, và nếu phát hiện ra từ khóa gọi ra mạng di động, mạng PSTN sẽ kết nối với trung tâm GMSC của nhà khai thác thích hợp.
GMSC phân tích số điện thoại di động để tìm ra vị trí đăng ký gốc trong HLR của thiết bị và cách thức nối đến MSC/VLR phục vụ. HLR phân tích số điện thoại di động để tìm ra MSC/VLR đang phục vụ cho thiết bị. Nếu có đăng ký dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi đến, cuộc gọi sẽ được trả về GMSC với số điện thoại được yêu cầu chuyển đến. HLR liên lạc với MSC/VLR đang phục vụ.
MSC/VLR gửi thông điệp trả lời qua HLR đến GMSC. GMSC phân tích thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR. MSC/VLR biết địa chỉ LA của thiết bị nên gửi thông điệp đến BSC quản lý LA này.