Báo cáo Hệ thông thông tin di động gsm

Khoa - ĐTVT

Hệ thống thơng tin
di động GSM

TẬP ĐỒN ĐIỆN LỰC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN ĐTVT

Hệ thông thông tin di động GSM
Giáo viên hướng dẫn :

Sinh viên thực hiện : Vũ Ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến
Lớp

: Đ4LT – ĐTVT3

Nam Định, 10 - 2010

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

1

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thơng tin
di động GSM

Lới Nói Đầu

Một trong những phát minh vĩ đại nhất của con người trong thời gian
khoảng thập niên 80 là việc con người đã phát minh ra điện thoại di động. Điện
thoại di động đem lại lợi ích vơ cùng lớn cho con người, trong mọi lĩnh vực thơng
tin liên lạc, nó giúp con người xích lại gần nhau khơng phân biệt khoảng cách xa
gần, xóa bỏ khoảng cách khơng gian về địa lý mọi người đều có thể trực tiếp nói
chuyện với nhau điều này góp phần to lớn trong việc trao đổi bn bán giao lưu
kinh tế nó tham gia một cách tích cực vào cuộc sống của con người .kể từ khi điện
thoai di động ra đời nó đã trở thành thiết bị mang tính chuyên biệt rồi trở thành vật
dụng thiết yếu đối với mỗi con người trong cuộc sống và sinh hoạt. Qua II thập kỷ
gần đây với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ nói chung và cơng
nghệ di động nói riêng đã có những bước tiến đáng kể nó đã đáp ứng được rất
nhiều các dịnh vụ mà con người cần thiết
Chính sự quan trọng của công nghệ di động đối với cuộc sống và sự đam mê đối
với nghành cơng nghệ cịn khá mới mẻ này. Là một sinh viên khoa điện tử viễn
thông em đã quyết định chọn đề tài “hệ thống thông tin di động mang GSM” để
nghiên cứu.

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

2

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến

Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM

Chương I: Cấu trúc mạng GSM

1. Tổng quan mạng mạng GSM
11. Cấu trúc mạng GSM

Hình 1.1. CẤU TRÚC MẠNG GSM
Trong đó:
SS: Swithching system – hệ thống chuyển mạch
AUC: Trung tâm nhận thực
VLR: Bộ ghi định vị tạm trú

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

3

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM

HLR: Bộ ghi định vị thường trú
EIR: Equipment Identifed Reader – Bộ ghi nhận dạng thiết bị
MSC: Mobile Switching Central –trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động
BTS: Base station system –hệ thống trạm gốc
BSC: Base station Control – Đài điều khiển trạm gốc
MS: Máy di động
OSS: Operating and surveilance System –Hệ thống khai thác và giám sát.
OMC: Operating and Maintaining Central –trung tâm khai thác và bảo dưỡng
ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ
PSTN: Mạng điện thoại mặt đất công cộng
CSPDN: Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch
PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng
MS: Máy di động.
Hệ thống GSM được chia thành hệ thống chuyển mạch (SS hay NSS) và hệ
thống trạm gốc (BSS). Hệ thống được thực hiện như một mạng gồm nhiều ô vô
tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo tồn bộ vùng phủ sóng của vùng phục vụ. Mỗi ơ
có một trạm vơ tuyến gốc BTS làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến. Các kênh
này khác với các kênh được sử dụng ở các ô lân cận để tránh giao thoa nhiễu. Một
bộ điều khiển trạm gốc BSC điều khiển nhóm BTS. BSC điều khiển các chức năng
như một trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC điều khiển một số trạm
BTS. MSC điều khiển các cuộc gọi đến và từ mạng chuyển mạch điện thoại công
cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng di động mặt đất cơng cộng
PDN, và có thể là các mạng riêng. Ở mạng cũng có một số các cơ sở dữ liệu để theo
dõi như:
- Bộ đăng ký định vị thường trú HLR chứa thông tin về thuê bao như các dịch vụ
bổ xung các thông số nhận thực và thông tin về vị trí của MS.

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

4

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM

- Trung tâm nhận thực AUC được nối đến HLR. Chức năng của AUC là cung cấp
cho HLR các thông số nhận thực và các khóa mật mã để sử dụng cho các khóa bảo
mật.
- Bộ ghi định vị tạm trú VLR : là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS
hiện đang phục vụ của vùng MSC, Mỗi MSC có một VLR.
- Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu nó
cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị,chuyển giao, điều khiển công suất.
1.2. Cấu trúc địa lý của mạng
Mọi mạng điện thoại đều có một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc
gọi đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. Trong mạng di động cấu
trúc này rất quan trọng do tính lưu thơng của các th bao trong mạng.
Về mặt địa lý một mạng di động bao gồm :
- Vùng mạng.
- Vùng phục vụ.
- Vùng định vị.
- Ơ (Cell).

Hình 1.2. Ví dụ về phân cấp cấu trúc địa lý của

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

5

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM
mạng di động cellular (GSM)

a. Vùng mạng
Các đường truyền giữa mạng GSM/PLMN và mạng PSTN/ISDN khác hay các
mạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Trong một
mạng GSM/PLMN tất cả các cuộc gọi kết cuối di động đều được định tuyến đến
một tổng đài vô tuyến cổng (GMSC). GMSC làm việc như một tổng đài trung kế
vào cho GSM/PLMN. Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho
các kết cuối di động

Hình 1.3 Vùng mạng GSM/PLMN

b. Vùng phục vụ: MSC/VLR
Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được MSC quản lý. Để định tuyến cuộc
gọi đến thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ được nối đến MSC ở vùng
phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở.
Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được định nghĩa như một vùng mà ở đó
có thể đạt đến một trạm di động nhờ việc trạm MS này được ghi lại ở một bộ ghi

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

6

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM

tạm trú, một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ
MSC/LVR.
c. Vùng định vị (LA: Location Area )
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị. Vùng
định vi là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó một MS có thể chuyển
động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí tổng đài MSC/VLR. Hệ thống
có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng đinh vị LAI.
Vùng định vị hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao Đang ở trạng thái hoạt động.
d. Ô (Cell)
Vùng định vị được chia thành một số ơ. Ơ là một vùng bao phủ vô tuyến
được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ơ tồn cầu (CGI –Cell Global Identity).
Trạm di động tự nhận dạng ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc
(BISC Base station Identity Code ).
Các vùng ở GSM có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Mối quan hệ giữa các
vùng của GSM (được thể hiện ở hình 1.3).
1.3. Hệ thống chuyển mạch (ss- swictching subsytem)
Hệ thống chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM

cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của
thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng
của mạng GSM với nhau và với mạng khác.
a. Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC –Mobile service
switching centre)
Ở SS chức năng chính chuyển mạch chính được MSC thực hiện, nhiệm vụ
chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng
GSM. Một mặt BSC giao tiếp với hệ thống con BSS, mặt khác giao tiếp với mạng
ngoài được gọi là MSC cổng. Việc giao tiếp với mạng ngồi để đảm bảo thơng tin
cho những người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng. SS cũng cần giao tiếp

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

7

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thơng tin
di động GSM

với mạng ngồi để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc
truyền tai số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM.
Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS7), mạng này
bảo đảm hoạt động tương tác giữa các phần tử của SS trong nhiều hay một mạng
GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều
khiển trạm gốc BSC. Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đơ thị và ngoại ơ

có dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình).
Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm
truyền dẫn của GSM với các mạng này. Các thích ứng này được gọi là các chức
năng tương tác. IWF bao gồm một số thiết bị để thích ứng giao tiếp truyền dẫn. Nó
cho phép kết kết nối với các mạng: PSTPDN (Packet swictched public dât network:
Mạng số liệu cơng cộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (Circuit siched public daat
network: Mạng số liệu chuyển mạch công cộng chuyển mạch theo mạch), nó cũng
tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN hay ISDN. IWF có thể được thực
hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao
tiếp giữa MSC và IWF được để mở.
b. Bộ ghi định vị thường trú ( HLR –Home Location Register)
Ngoài MSC, SS bao gồm các cơ sở dữ liệu. Các thông tin liên quan đến việc
cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR không phụ thuộc vào vị trí
hiện thời của thuê bao. HLR cũng chứ các thơng tin liên quan đến vị trí hiện thời
của th bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng khơng có khả năng chuyển
mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm thuê bao. Một chức năng con của HLR
là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC mà nhiêm vụ của trung tâm này là quản lý
an toàn số liệu của các thuê bao được phép.
c. Bộ ghi định vị tạm trú (VRL-Lisitor –location register)
VRL là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM. Nó được nối với một hay
nhiều MSC và có nhiện vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện
đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

8

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến

Khoa - ĐTVT

Hệ thống thơng tin
di động GSM

vị trí của các th bao nói trên ở mức độ chính sác hơn HLR. Mỗi MSC có một
HLR. Ngay khi MS lưu động vào một vùng MSC mới, VLR liên kết với MSC sẽ
yêu cầ số liệu về MS này từ HLR. Đồng thời HLR sẽ thông báo là MS đang ở vùng
phục vụ nào. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VRL sẽ có tất cả thơng
tin cần thiết để thiết lập cuộc gọi mà không cần hỏi HLR. Có thể coi VLR như một
HLR phân bố.
- Dữ liệu bổ xung được lưu giữ ở HLR gồm:
+ Tình trạng của thuê bao (bận, rỗi, không trả lời…)
+ Nhận dạng vùng định vị (LAI).
+ Nhận dạng của thuê bao di động tam thời (TMSI).
+ Số lưu động của trạm di động (MSRN).
Các chứ năng VLR thường được liên kết với chức năng MSC.
d. Tổng đài di động cổng (GMSC – Gate MSC)
SS có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR. Để thiết lập một cuộc gọi đến người
sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến tổng đài cổng được gọi
là GSMC mà không cần biết hiện thời thuê bao đang ở đâu. Các tổng đài cổng có
nhiệm vụ lấy thơng tin về vị trí của th bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài
đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC tạm trú). Để vậy, trước hết các
tổng đài cổng phải dựa trên số danh bạ của thêu bao để tìm đúng HLR cần thiết và
hỏi HLR này. Tổng đài cổng có một giao diện với một mạng bên ngồi thơng qua
giao diện này nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các các mạng bên ngoài với mạng
GSM. Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệu đường dây số 7 (CCS7) để
có thể tương tác với các phần tử khác của SS. Về phương diện kinh tế không phải
bao giờ tổng đài cũng đứng riêng mà thường được kết hợp với MSC.

e. Trung tâm nhận thực (AUC-Authentication Center)
Trung tâm nhận thực AUC có chức năng cung cấp cho HLR các thơng số
nhận thực và các khóa mật mã. Trung tâm nhận thực liên tục cung cấp các bộ ba

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

9

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM

cho từng thuê bao. Các bộ ba này được coi như là số liệu liên quan đến thuê bao.
Một bộ ba (RAND, SRES, khóa mật mã (Ks) được sử dụng để nhận thực một cuộc
gọi để tránh trường hợp Card thuê bao (card thơng minh) bị mất. Ít nhất phải ln
có bộ ba mới (cho một th bao) ở HLR để ln có thể cung cấp bộ ba này theo yêu
cầ của MSC/VLR. AUC chủ yếu chứa một số các máy tính cá nhân gọi là PC- AUC
để tạo ra các bộ ba và cung cấp chúng đến HLR.
PC- AUC được coi như thiết bị vào/ra (I/O).
Trong AUC các bước sau đây để tạo ra bộ ba:
- Một số ngẫu nhiên không thể đoán trước được (RAND) được tạo ra.
- RAND và Ki được sử dụng để tính tốn trả lời được mật hiệu (SRES) và khóa
mật mã (Kc) bằng hai thuật tốn:
SRES = A3(RAND, Ki)
Kc = A8 (RAND, Ki)

- RAND, SRES và Kc cũng được đưa đến HLR như một bộ ba.
- Qúa trình nhận thực sẽ ln diễn ra mỗi lần thuê bao truy cập vào mạng của hệ
thống.
Qúa trình nhận thực diễn ra như sau:
VLR có tất cả thơng tin yêu cầu để thực hiện quá trình nhận thực (Kc, SRES,
RAND). Nếu các thơng tin này khơng sẵn có ở VLR thì VLR sẽ yêu cầu chúng từ
HLR/AUC.
1. Bộ ba (Kc, SRES, RAND) được lưu giữ nó trong VLR.
2. VLR gửi RAND qua MSC và BSS tới MS ( không được mã hóa).
3 . MS sử dụng các thuật tốn A3 và A8 và tham số Ki được lưu giữ trong
SIM card của MS, cùng với RAND nhận được từ VLR, sẽ tính tốn các giá trị
của SRES và Kc.
4. MS gửi SRES khơng mã hóa tới VLR.

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

10

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM

5. Trong VLR giá trị của SERS được so sánh với SRES mà nhận được từ máy di
động. Nếu hai giá trị này là phù hợp thì nhận thực là thành cơng.
6. Máy di động tính tốn Kc từ RAND và Ki (Ki ở trong SIM) bằng thuật toán

A8.
7. Dùng Kc, thuật toán A5 và số siêu siêu khung sự mã hóa giữa MS và BSS bây
giờ có thể xảy ra qua giao diện vô tuyến.
f. Chức năng tương tác (IWF –Interworking function)
IWM cung cấp chức năng để đảm bảo hệ thống GSM có thể giao tiếp với nhiều
dạng khác nhau của mạng số liệu tư nhân và công cộng đang được sử dụng.
Các đặc điển cơ bản của IEM gồm:
- Sự thích hợp tốc độ dữ liệu.
- Sự chuyển đổi giao thức.
Một số hệ thống yêu cầu nhiều khả năng của IWM hơn các hệ thống khác,
điều này phụ thuộc vào mạng mà IWM được nối tới.
CCS7 phụ thuộc quy định của từng nước, một hãng khai thác GSM có thể có
mạng báo hiệu CCS7 riêng hay chung. Nếu hãng khai thác có mạng báo hiệu này thì
riêng các điểm chuyển giao báo hiệu (STP) có thể là một bộ phận của SS và có thể
được thực hiện ở các điểm nút riêng hay trong cùng một MSC tùy thuộc vào hoàn
cảnh kinh tế. Tương tự, một nhà khai thác GSM cũng có thể có quyền thực hiện một
mạng riêng để định tuyến các cuộc gọi giữa GMSC và MSC hay thậm chí định
tuyến cuộc gọi ra đến điểm gần nhất trước khi sử dụng mạng cố định. Lúc này các
tổng đài quá giang có thể sẽ là một bộ phận của mạng GSM và có thể được thực
hiện như một nút đứng riêng hay kết hợp với MSC.
1.4. Hệ thống trạm gốc BSS.
Có thể nói BSS là một hệ thống các thiết bị đặc thù riêng cho các tính chất tổ
ong vô tuyến của GSM. BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động (MS) thông
qua giao diện vô tuyến. Vì thế nó bao gồm các thiết bị phát và thu đường truyền vô

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

11

SV: Vũ ngọc Oánh

Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM

tuyến và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng
đài SS. Tóm lại BSS thực hiện đấu các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những
người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác. BSS
cũng phải được điều khiển và ít vậy nó được đấu nối với OSS.
BSS bao gồm hai loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với
MSC.

a. Trạm thu phát gốc (BTS –Base transceiver station)
Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho
giao diên vơ tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vơ tuyến phức tạp có thêm một
số các chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU. TRAU là thiết
bị mà ở đó q trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến
hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ truyền, trường hợp truyền số liệu.
TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt cách xa BTS và thậm chí
trong nhiều trường hợp được đặt giữa BSC và MSC.
Các chức năng chính của BTS là :
- Biến đổi truyền dẫn (dây dẫn –vô tuyến).
- Các phép đo vô tuyến.
- Phân tập anten.
- Mật mã.
- Nhảy tần.
- Truyền dẫn không liên tục.

- Đồng bộ thời gian.
- Giám sát và kiểm tra.

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

12

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thơng tin
di động GSM

Mỗi BTS có thể có tối đa 4 bộ thu phát (TRX –Transceiver). Bộ thu phát cho
phép đấu nối 16 TRX trên cùng một anten. Có thể đấu nối 32 TRX đến cùng một
trạm anten thu.

b. BSC
BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều
khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vơ
tuyến và quản lý chuyển giao (Handover). Một phía BSC được nối với BTS cịn
phía kia được nối với MSC của SS. Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả
năng tính tốn đáng kể. Vai trị chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô
tuyến và chuyển giao. Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ
thuộc vào lưu lượng của các BTS này. Giao diện giữa BSC với MSC được gọi là
giao diện A, cịn giao diện giữa nó với BTS được gọi là giao diện Abis.
BSC có các chức năng chính sau:

- Giám sát các trạm vơ tuyến gốc.
- Quản lý mạng vô tuyến.
- Điều khiển nối thông đến các máy di động.
- Định vị và chuyển giao.
- Quản lý tìm gọi.
- Khai thác bảo dưỡng của BSS.
- Quản lý mạng truyền dẫn.
- Chức năng chuyển đổi máy (gồm cả ghép 4 kênh lưu thơng GSM tồn bộ tốc độ
vào một kênh 64kbit/s).
- Mã hóa tiếng (giảm tốc độ bít xuống 13kbit/s) sẽ được thực hiện ở BSC. Vì vậy
một đường PCM có thể truyền được 4 cuộc nối tiếng.

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

13

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM

1.5. Trạm di động MS
Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xun
nhìn thấy của hệ thống. MS có thể là thiết bị đặt trong ơ tô hay thiết bị xách tay hay
cầm tay. Loại thiết bị nhỏ cầm tay sẽ là thiết bị trạm di động phổ biến nhất. Ngồi
việc chứa các chức năng vơ tuyến chung và sử lý giao diện vô tuyến, MS còn phải

cung cấp giao diện với người sử dụng (như mic, loa, màn hình, bàn phím để quản lý
cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị khác như giao diện với máy tính cá
nhân, fax… Hiện nay người ta đang cố gắng sản suất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ
để đấu nối với trạm di động. Việc lựa chọn các thiết bị đầu cuối hiện để mở cho các
nhà sản suất. Ta có thể liệt kê ba chức năng chính:
- Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên kết qua mạng GSM.
- Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở
giao diện vơ tuyến.
- Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với
kết cuối di động. Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngồi trạm di
động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối – modem.
Cấu trúc của một máy di động:
Máy di động gồm thiết bị di động ME (Mobile equipment) và modun nhận
dạng thuê bao SIM.
Modun nhận dạng thuê bao:
SIM là một modun tháo rút được để cắm vào mỗi khi thuê bao muốn sử dụng
MS và rút ra khi MS khơng có người hoặc lắp đặt ở MS khi ban đầu đăng ký thuê
bao. Có hai phương án được đưa ra:
- SIM dạng card IC.
- SIM dạng cắm.

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

14

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM

a) SIM dạng card IC: Là một modun để có một giao tiếp với bên ngoài theo các
tiêu chuẩn ISO về các card IC. SIM có thể là một bộ phận của card đa dịch vụ trong
đó viễn thơng di động GSM là một trong số các ứng dụng.

b) SIM dạng cắm: Là một modun riêng hồn tồn được tiêu chuẩn hóa trong hệ
thống GSM. Nó được dự định lắp đặt bán cố định ở ME . Các khai thác mạng GSM
là các khai thác khi thiết lập, hoạt động xóa một cuộc gọi. Khi sử dụng ở ME, SIM
đảm bảo các chức năng sau nếu nó nằm trong khai thác của mạng GSM:
- Lưu giữ thông tin bảo mật liên quan đến thuê bao (như IMSI) và thực hiện các cơ
chế nhận thực và tạo khóa mật mã.
- Khai thác PIN người sử dụng (nếu cần mã PIN) và quản lý.
- Quản lý thông tin liên quan đến thuê bao di động chỉ được thực hiện khai thác
mạng GSM khi SIM có một IMSI đúng.
- SIM phải có khả năng sử lý một số nhận dạng cá nhân (PIN), kể cả khi khơng bao
giời sử dụng nó. PIN bao gồm 4 đến 8 chữ số. Một PIN ban đầu được nạp bởi bộ
hoạt động dịch vụ ở thời điểm đăng ký. Sau đó người sử dụng có thể thay đổi PIN
cũng như độ dài PIN tùy ý. Người sử dụng cũng có thể sử dụng chức năng PIN hay
không bằng một chức năng SIM-ME được gọi là chức năng cấm PIN. Việc cấm
này giữ nguyên cho đến khi người sử dụng cho phép lại kiểm tra PIN. Nhân viên
được phép của hãng khai thác có thể chặn chức năng cấm PIN khi đăng ký thuê bao,
nghĩa là thuê bao khi bị chặn chức năng cấm PIN khơng cịn lựa chọn nào khác là
sử dụng PIN. Chặn SIM nghĩa là đặt nó vào trạng thái cấm khai thác mạng GSM, có
thể dùng khóa giải tỏa chặn cá nhân để giải tỏa chặn.
Ngoài ra SIM phải có bộ nhớ khơng mất thơng tin cho một số khối thông tin
như:

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

15

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM

- Số seri: Là số đơn vị xác định SIM và chứa thông tin về nhà sản suất, thế hệ điều
hành, số SIM,…
- Trạng thái SIM (chặn hay khơng).
- Khóa nhận thực.
- Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI).
- Khóa mật mã.
- Số trình tự khóa mật mã.
- Nhận dạng số thuê bao di động tạm thời (TMSI).
- Loại điều khiển thâm nhập thuê bao.
- Số nhận dạng cá nhân (PIN).

1.6. Hệ thống vận hành khai thác và bảo dưỡng OSS
OSS thực hiện ba chức năng chính sau:
- Khai thác và bảo dưỡng mạng.
- Quản lý thuê bao và tính cước.
- Quản lý thiết bị di động.
Dưới đây ta xét tổng quát các chức năng nói trên:

a. Khai thác và bảo dưỡng mạng
Khai thác là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của
mạng như: tải của hệ thống, mức độ chậm, số lượng chuyển giao (handover) giữa
hai ơ…, nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ vật chất của dịch vụ mà
họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời sử lý sự cố. Khai thác cũng bao gồm việc
thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề suất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị
tăng lưu lượng trong tương lai, để tăng vùng phủ. Việc thay đổi mạng có thể được

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

16

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM

thực hiện “mềm” qua báo hiệu, hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện
trường. Ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thác được thực hiện bằng máy vi tính
và được tập trung ở một trạm.
Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị, sữa chữa các sự cố và hỏng hóc.
Nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị hiện đại của mạng viễn thơng có
khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra. Trong
nhiều trường hợp người ta dự phòng cho thiết bi để khi có sự cố có thể thay thế
bằng thiết bị dự phịng. Sự thay thế này có thể được thực hiện bằng điều khiển từ

xa. Bảo dưỡng cũng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay đổi thiết bị
có sự cố.
Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được thực hiện trên nguyên lý TMN
(Telecommunication Management Network: mạng quản lý viễn thông). Lúc này
một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến phần tử của mạng viễn
thông (các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì thâm nhập đến
BTS được thực hiện qua BSC). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được
nối đến máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy. Theo tiêu chuẩn GSM hệ
thống được gọi là OMC.

b. Quản lý thuê bao
Bao gồm các hoạt động đăng ký quản lý thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập
và xóa thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng rất phức tạp, bao gồm nhiều
dịch vụ và tính năng bổ sung. Nhà khai thác phải có thể thâm nhập vào tất cả các
thơng số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của nhà khai thác là tính cước các
cuộc gọi. Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao. Quản lý thuê bao ở mạng
GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR
với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với th bao. SIM
card cũng đóng vai trị như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao.

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

17

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM

c. Quản lý thiết bị di động
Quản lý thiết bị di động được đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equiment
Identity Register) thực hiện. EIR lưu giữa tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di
động MS. EIR Chứa số liệu phần cứng của của thiết bị đó là nhận dạng thiết bị di
động quốc tế ( IMEI). IMEI là duy nhất đối với một thiết bị di động (ME) nhưng nó
khơng phải là duy nhất đối với thuê bao mà đang sử dụng nó thiết lập hay nhận một
cuộc gọi. EIR được nối với MSC qua một đường báo hiện. Nó cho phép MSC kiểm
tra sự hợp lệ của thiết bị, bằng cách này có thể cấm một MS có dạng không được
chấp thuận. Cơ sở dữ liệu của EIR chứa danh sách của các IMEI được tổ chức như
sau:
- Danh sách trắng: Chứa các IMEI mà được dùng để ấn định trước sự hợp lệ của
thiếp bị di động.
- Danh sách đen: Chứa các IMEI của MS mà được thông báo là bị mất cắp hay bị
từ chối phục vụ vì một số lý do khác.
- Danh sách sám: Chứa các IMEI của MS mà có vấn đề (ví dụ: lỗi phần mềm). Tuy
nhiên chúng chưa đủ lý do xác đáng để đưa vào danh sách đen.

d. Trung tâm quản lý mạng
OMC cung cấp khả năng phân phối việc quản lý mạng được phân vùng hóa
theo phân cấp của một hệ thống GSM hoàn chỉnh. NMC chịu trách nhiệm cho khai
thác và bảo dưỡng ở mức mạng. NMC nằm ở đỉnh của cấu trúc mạng và vùng cấp
mạng quản lý toàn cầu.

e. Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

18

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến


Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM

OMC cung cấp một điển trung tâm mà từ đó điều khiển và giám sát các thực
thể khác của mạng (như: các trạm cơ sở, các chuyển mạch, cơ sở dữ liệu …) cũng
như giám sát chất lượng dịch vụ mà được cung cấp.

Có hai loại OMC là:
- OMC (R): điều khiển BSS.
- OMC (S): điều khiển NSS.
OMC cung cấp các chức năng sau: - Quản lý, cảnh báo sự kiện.
- Quản lý việc thực hiện.
- Quản lý cấu hình.
- Quản lý an toàn

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

19

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến

Khoa - ĐTVT

Hệ thống thông tin
di động GSM

Chương II : Các giao diện và thông tin trong hệ
thống GSM

2.1. Các giao diện nội bộ mạng.

SS
VLR
D

ISDN
SSSD
N
ISDN
SSSD
N
ISDN
SSSD
N

VLR
Ngoại vi

AUC
HLR

EIR

C
B

F

MSC

OMC
C

E

ISDN
SSSD
N

BSS

Ngoại vi

BSC
Abits

ISDN
SSSD
N

BTS

U

MS

Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

20

SV: Vũ ngọc Oánh
Vũ Văn Tiến