CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 2G và GPRS 1.1 Mạng di động GSM 1. Giới thiệu về mạng di động GSM GSM là viết tắt của từ “Global System for Mobile Communication” - Mạng thông tin di động toàn cầu. Nó là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G có cấu trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lượng cao với các băng tần khác nhau: 400Mhz, 900Mhz, 1800Mhz và 1900Mhz được tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (European Telecommunications Standards Institute - ETSI) quy định. Hiện nay, GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên hơn 212 quốc gia và các vùng lãnh thổ khác nhau trên thế giới.
GSM là chuẩn phổ biết nhất cho điện thoại di động trên thế giới do khả năng phủ sóng rộng khắp nơi, cho phép người dùng có thể sử dụng điện thoại di động của mình ở nhiều vùng trên thế giới do các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện việc ký kết chuyển vùng với nhau. GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu lẫn tốc độ và chất lượng cuộc gọi. Lợi thế của mạng di động GSM chính là chất lượng cuộc gọi tốt, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn dễ dàng. Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệ GSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên có thể kết nối dễ dàng với các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị.
GSM cũng được phát triển thêm tính năng truyền dữ liệu như GPRS với tốc độ cao hơn sử dụng EDGE như trước đây. Tại Việt Nam, công nghệ GSM đã vào Việt Nam từ năm 1993 qua việc cung cấp hệ thống đầu tiên ở miền Bắc. Hiện nay, ba mạng GSM của Việt Nam đang chiếm hầu hết thị trường đó là Viettel, Vinaphone và Mobiphone. Đặc điểm mạng di động 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.
Chính điều này đã tạo điều kiện cho người thiết kế phần cứng sáng tạo thêm tính năng và cho Page 8 Đỗ Văn Phương – CB 110890 Nghiên cứu, thiết kế và chế thử hệ thống quản lý thiết bị điện từ xa cho các phòng học ứng dụng cho các trường cao đẳng và đại học trong cả nước. phép công ty vận hành mạng mua các thiết bị từ nhiều hãng khác nhau. Cho phép gửi và nhận những mẫu tin nhắn văn bản bằng ký tự dài đến 126 ký tự. Cho phép chuyển giao và nhận dữ liệu, Fax giữa các mạng GSM với tốc độ lên tới 9.
Tính phủ sóng cao: công nghệ GSM không chỉ cho phép các thuê bao trong cùng mạng, cùng lãnh thổ quốc gia thực hiện việc kết nối với nhau, mà nó còn cho phép chuyển giao giữa các mạng GSM trên toàn cầu và cho phép thực hiện việc kết nối khi người sử dụng muốn. Điều đó có nghĩa là thuê bao có thể mang thiết bị đi mọi nơi và các mạng sẽ tự động cập nhật vị trí thuê bao, đồng thời thuê bao có thể gọi, nhắn tin.đi bất kỳ nơi nào mà không cần biết thuê bao cần liên lạc đang ở đâu (thuê bao di động - Roaming). Mạng GSM sử dụng hai kiểu mã hóa âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3.1khz đó là mã hóa 6kbps và 13kbps gọi là haft rate (6kbps) và full rate (13kbps). Giải quyết sự hạn chế về dung lượng nhờ việc kỹ thuật sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật chia ô nhỏ, do vậy số thuê bao phục vụ sẽ tăng lên.
Tính bảo mật cao. Mạng kiểm tra sự hợp lệ của mỗi thuê bao GSM bởi thẻ đăng ký SIM (Subscriber Idertity Module). Thẻ SIM sử dụng mật khẩu PIN (Personal Identity Number) để bảo vệ quyền sử dụng của người sử dụng. Page 9 Đỗ Văn Phương – CB 110890 Nghiên cứu, thiết kế và chế thử hệ thống quản lý thiết bị điện từ xa cho các phòng học ứng dụng cho các trường cao đẳng và đại học trong cả nước.
Cấu trúc hệ thống mạng GSM Hình 1. Cấu trúc mạng GSM Cấu trúc của mạng GSM có thể được chia thành ba phần: Trạm di động (Mobile Station) được người thuê bao mang theo bao gồm điện thoại di động và một thẻ thông minh xác thực thuê bao (SIM). Hệ thống trạm gốc (Base Station Subsystem) điều khiển kết nối vô tuyến với trạm di động, gồm có hai phần Trạm thu phát gốc (BTS) và Trạm điều khiển gốc (BSC). Hai phần này giao tiếp với nhau qua giao diện Abis, cho phép các thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau có thể "kết nối" với nhau được.
• Chức năng của BSC: điều khiển một số trạm BTS xử lý các bản tin báo hiệu - Khởi tạo kết nối - Điều khiển chuyển giao: Intra & Inter BTS HO - Kết nối đến các MSC, BTS và OMC • Chức năng của BTS: Thu phát vô tuyến - Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý - Mã hóa và giải mã - Mật mã / giải mật mã - Điều chế / giải điều chế. Page 10 Đỗ Văn Phương – CB 110890 Nghiên cứu, thiết kế và chế thử hệ thống quản lý thiết bị điện từ xa cho các phòng học ứng dụng cho các trường cao đẳng và đại học trong cả nước. Hệ thống mạng (Network Subsystem), với bộ phận chính là Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (MSC), thực hiện việc chuyển mạch cuộc gọi giữa các thuê bao di động và giữa các thuê bao di động với thuê bao của mạng cố định. MSC cũng thực hiện các chức năng quản lý di động.
Ở hình trên không vẽ trung tâm vận hành bảo dưỡng (OMC) với chức năng đảm bảo vận hành và thiết lập mạng. Trạm di động và hệ thống trạm gốc giao tiếp thông qua giao diện Um, hay gọi là giao diện không gian hoặc kết nối vô tuyến. Hệ thống trạm gốc giao tiếp với MSC qua giao diện A. Tổng quan về tin nhắn SMS 1.
Lịch sử tin nhắn SMS SMS là viết tắt của Short Message Service - dịch vụ tin nhắn ngắn. Nó là một công nghệ cho phép việc gửi và nhận tin nhắn giữa các điện thoại di động. SMS lần đầu tiên xuất hiện ở châu Âu vào năm 1992. Nó đã được bao gồm trong công nghệ GSM tiêu chuẩn ngay từ đầu.
Sau đó nó được chuyển đến công nghệ không dây như CDMA và TDMA. Các tiêu chuẩn GSM và tin nhắn SMS đã được ban đầu được phát triển bởi Viện Tiêu Chuẩn viễn thông Châu Âu. Bây giờ GPP (Third Generation Partnership Project) chịu trách nhiệm cho sự phát triển và duy trì các tiêu chuẩn GSM và tin nhắn SMS. Theo đề nghị của tên "Dịch vụ tin nhắn ngắn", các dữ liệu có thể được tổ chức bởi một tin nhắn SMS là rất hạn chế.
Một tin nhắn SMS có thể chứa nhiều nhất là 140 byte (1120 bit) dữ liệu, do đó, một tin nhắn SMS có thể chứa đến: • 160 ký tự nếu 7 bit mã hóa ký tự được sử dụng. • 70 ký tự nếu 16 bit Unicode mã hóa ký tự UCS2 được sử dụng. Tin nhắn văn bản SMS hỗ trợ ngôn ngữ quốc tế. Nó hoạt động tốt với tất cả các ngôn ngữ được hỗ trợ bởi Unicode, bao gồm cả tiếng Ả Rập, Trung Quốc, Nhật Bản và Hàn Quốc.
Ngoài văn bản, tin nhắn SMS cũng có thể mang dữ liệu nhị phân. Có thể gửi Page 11 Đỗ Văn Phương – CB 110890 Nghiên cứu, thiết kế và chế thử hệ thống quản lý thiết bị điện từ xa cho các phòng học ứng dụng cho các trường cao đẳng và đại học trong cả nước. nhạc chuông, hình ảnh, logo mạng, hình nền, hình động, thẻ kinh doanh (ví dụ như vCards) và cấu hình WAP đến một điện thoại di động với tin nhắn SMS. Một lợi thế lớn của tin nhắn SMS là nó được hỗ trợ bởi 100% điện thoại di động GSM.
Hầu như tất cả các thuê bao có kế hoạch cung cấp bởi các hãng không dây bao gồm dịch vụ tin nhắn SMS không tốn kém. Không giống như tin nhắn SMS, công nghệ điện thoại di động như WAP và điện thoại di động Java không hỗ trợ nhiều mô hình điện thoại di động cũ. Một số thành phần mạng GSM liên quan đến SMS Các thành phần trong mạng GSM có chức năng liên quan đến SMS bao gồm: SME (Short Messaging Entities): là một thành phần mà tại đó có thể gửi hoặc nhận thông điệp. SME có thể đặt tại một vị trí cố định trong mạng, trạm di động hoặc các trung tâm dịch vụ khác.
SMSC (Short Message Service Center): Chịu trách nhiệm chứa và chuyển tiếp các thông điệp ngắn giữa SME và trạm di động, nó đảm bảo việc phân phối thông điệp trong mạng. Thông điệp sẽ được chứa tại SMSC cho đến khi đích sẵn sàng nhận, vì vậy người dùng có thể gửi và nhận thông điệp bất kỳ lúc nào. SMS Gateway: có nhiệm vụ kết nối và duy trì kết nối với trung tâm dịch vụ nhắn tin SMSC, giao thức kết nối là SMPP, phiên bản phổ biến hiện nay là SMPP v3. Kết nối này được khởi tạo một lần và duy trì liên tục trong suốt quá trình hoạt động.
Trong trường hợp có sự cố về mạng dẫn tới kết nối bị gián đoạn, SMS Gateway sẽ kiểm tra đường liên tục và lập tức kết nối lại với SMSC ngay sau khi sự cố được khắc phục. SMS Gateway với chức năng chuyển tiếp Ngoài ra SMS Gateway còn có chức năng lưu trữ và gửi đi: Chức năng này đảm bảo an toàn dữ liệu và phục vụ các mục đích thống kê lưu lượng. Trong trường hợp sự cố xảy ra, cơ chế này cho phép lưu trữ các bản tin và gửi đi khi hệ thống đã sẵn sàng. Toàn bộ Page 12 Đỗ Văn Phương – CB 110890 Nghiên cứu, thiết kế và chế thử hệ thống quản lý thiết bị điện từ xa cho các phòng học ứng dụng cho các trường cao đẳng và đại học trong cả nước.
các tin nhắn gửi qua đều được SMS Gateway lưu trữ vào cơ sở dữ liệu tập trung và có các công cụ để người quản trị theo dõi giám sát lưu lượng. HLR (Home Location Register): Là một cơ sở dữ liệu dùng để lưu trữ và quản lí các thông tin thường xuyên về thuê bao. Nó được truy vấn bởi SMSC. MSC (Mobile Switching Center): Thực hiện chức năng chuyển mạch của hệ thống, điều khiển các cuộc gọi đến từ các hệ thống điện thoại và các hệ thống dữ liệu khác.
VLR (Visitor Location Register): Là một cơ sở dữ liệu chứa đựng các thông tin tạm thời về thuê bao.