Nghiên cứu triển khai GPRS trên nền mạng GSM ở việt nam

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay trên thế giới mọi mặt của đời sống xó hội đều phát triển, khụng
những về kinh tế, khoa học tự nhiờn mà cũn rất nhiều lĩnh vực khỏc. Ngành
thụng tin liên lạc được coi là ngành mũi nhọn cần phải đi trước một bước, làm
cơ sở cho cỏc ngành khỏc phỏt triển. Nhu cầu trao đổi, cập nhật thụng tin của
con người ở mọi nơi mọi lỳc ngày càng cao. Thụng tin di động ra đời và phỏt
triển đó trở thành một loại hỡnh dịch vụ, phương tiện thụng tin phổ biến, đỏp
ứng nhu cầu của cuộc sống hiện đại. Cỏc hệ thống thụng tin di động đang phỏt
triển rất nhanh cả về qui mụ, dung lượng và đặc biệt là cỏc loại hỡnh dịch vụ
mới để đỏp ứng tốt hơn nhu cầu của người sử dụng.
ở Việt Nam, mạng di động số thế hệ thứ hai (2G), sử dụng cụng nghệ
GSM, đang được phỏt triển rộng khắp cỏc tỉnh và thành phố. GSM với tốc độ
9,6 kbps chỉ ỏp dụng được cỏc dịch vụ thoại và dịch vụ bản tin ngắn, hạn chế
nhiều dịch vụ phi thoại yờu cầu tốc độ cao như hỡnh ảnh, văn bản và đặc biệt là
nhu cầu truy nhập Internet Trong khi trờn thế giới, rất nhiều nước đó tiến lờn
thế hệ điện thoại di động thứ ba (3G). Thế hệ thứ ba này cú tốc độ truyền dẫn
cao hơn, cung cấp được nhiều loại hỡnh dịch vụ, đỏp ứng được nhu cầu hiện
nay.
Việc xõy dựng, phỏt triển mạng điện thoại di động thứ ba ở Việt Nam hiện
nay là thực sự cần thiết. Nhưng nếu đầu tư thẳng lờn 3G thỡ cần lượng vốn bỏ
ra rất lớn mà lại lóng phớ cơ sở hạ tầng mạng di động sẵn cú. Vỡ vậy, để tiến
tới thế hệ thụng tin di động thứ ba này cần qua một bước trung gian gọi là thế
hệ thụng tin di động 2,5G; đú là dịch vụ thụng tin di động vụ tuyến chuyển
1
mạch gúi GPRS (General Packet Radio Service). Triển khai GPRS cho phộp
vẫn tận dụng cơ sở mạng GSM sẵn cú, đồng thời cú thể đỏp ứng nhu cầu truyền
dữ liệu tốc độ lớn, từng bước xây dựng mạng điện thoại thế hệ thứ ba. Đó là lý
do tôi chọn đề tài
“Nghiên cứu triển khai GPRS trên nền mạng GSM ở Việt Nam”
cho đồ án tốt nghiệp của mình. Hy vọng đồ ỏn này sẽ cú thể ỏp dụng trực
tiếp vào việc phỏt triển mạng điện thoại di động của Việt Nam trong điều kiện

hiện tại.
Đề tài gồm cỏc nội dung:
- Chương I: Tổng quan hệ thống thụng tin di động GSM.
- Chương II: Các đặc điểm cấu trúc chức năng mạng GPRS.
- Chương III: Các thủ tục trao đổi báo hiệu trong mạng GPRS.
- Chương IV: Triển khai GPRS trên nền mạng GSM ở Việt Nam.
Qua thời gian học tập, nghiờn cứu; được sự hướng dẫn tận tỡnh của cỏc
thầy cụ giỏo trường Đại học Bỏch khoa Hà nội. Bản đồ ỏn tốt nghiệp đến nay
đó hoàn thành. Do khả năng và thời gian cú hạn nờn sẽ khụng trỏnh khỏi những
thiếu sút. Rất mong nhận được sự gúp ý của cỏc thầy cụ giỏo và bạn bố đồng
nghiệp để em cú thể vững vàng thờm kiến thức khi ra trường.
Em xin chõn thành cảm ơn các thầy cụ giỏo trong khoa Điện tử – Viễn
thụng, bạn bố đồng nghiệp, đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sõu sắc tới Thầy
giỏo TS. Phạm Văn Bỡnh - bộ mụn Mạch và xử lý tớn hiệu, người đó tận tỡnh
chỉ bảo hướng dẫn em hoàn thành đồ ỏn này.
Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Sinh viên thực hiện
2
Nguyễn Hải Hà

Chương I: Tổng quan hệ thống
thông tin di động gsm
I. Giới thiệu về mạng thông tin di động GSM
1- Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM)
GSM trước đây được biết như Groupe Spéciale Mobile (nhóm di động đặc
biệt), là nhóm đã phát triển nó, được thiết kế từ sự bắt đầu như một dịch vụ tế
bào số quốc tế. Giao tiếp vô tuyến của GSM dựa trên công nghệ TDMA. ý định
ban đầu là các thuê bao GSM có khả năng di chuyển qua các biên giới quốc gia
sẽ nhận được các dịch vụ di động và các tính năng đi theo cùng với họ.
Kiểu GSM của Châu Âu hiện nay hoạt động ở tần số 900 MHz cũng như tần

số 1800 MHz. ở Bắc Mỹ, GSM sử dụng cho dịch vụ PCS 1900 tại vùng đông
bắc California và Nevada. Do PCS 1900 sử dụng tần số 1900 MHz, nên các
điện thoại không có khả năng kết nối hoạt động với điện thoại GSM hoạt động
trong các mạng ở tần số 900 MHz hay 1800 MHz. Tuy nhiên vấn đề này có thể
khắc phục được với các máy điện thoại đa băng hoạt động trong nhiều tần số.
Vào đầu năm 1980, thị trường hệ thống điện thoại tế bào tương tự đã phát
triển rất nhanh ở Châu Âu. Mỗi một nước đã phát triển một hệ thống tế bào độc
3
lập với các hệ thống của các nước khác. Sự phát triển không được hợp tác của
các hệ thống thông tin di động quốc gia có nghĩa là sẽ không có khả năng cho
thuê bao sử dụng cùng một máy di động cầm tay khi di chuyển trong Châu Âu.
Không chỉ các thiết bị di động bị hạn chế khai thác trong biên giới quốc gia, mà
còn có một thị trường rất hạn chế đối với mỗi kiểu thiết bị, vì thế tiết kiệm chi
phí có thể không thực hiện được. Ngoài một thị trường trong nước đầy đủ với
các mẫu chung, có thể không có một nhà chế tạo nào cạnh tranh được trên thị
trường thế giới. Hơn nữa, chính phủ các nước nhận thức rõ là các hệ thống
thông tin không tương thích có thể cản trở tiến trình để đạt được một tầm nhìn
chiến lược của họ về một Châu Âu với nền kinh tế thống nhất.
Với những cân nhắc nêu trên, hội nghị điện thoại điện báo gồm 26 quốc gia
Châu Âu (CEPT) đã thành lập một nhóm nghiên cứu gọi là Groupe Spéciale
Mobile vào năm 1982 để nghiên cứu và phát triển một hệ thống thông tin liên
Châu Âu. Đến năm 1986 tình hình trở nên sáng sủa vì một số mạng tế bào
tương tự hiện tại có thể sử dụng hết dung lượng vào năm 1990. CEPT khuyến
nghị rằng hai khối tần số trong băng tần 900 MHz được dự trữ cho hệ thống
mới. Tiêu chuẩn GSM chỉ rõ các băng tần từ 890 đến 915MHz cho băng thu và
từ 935 đến 960 MHz cho băng phát với mỗi băng được chia thành các kênh 200
MHz.
Hệ thống thông tin di động được CEPT đưa ra đã đáp ứng được các tiêu
chuẩn như sau:
- Cung cấp âm thoại chất lượng cao.

- Hỗ trợ chuyển vùng quốc tế.
- Hỗ trợ các thiết bị đầu cuối cầm tay.
- Hỗ trợ một loạt các dịch vụ và các thiết bị mới.
4
- Cung cấp hiệu quả phổ tần số.
- Cung cấp khả năng tương thích với ISDN.
- Cung cấp chi phí dịch vụ và đầu cuối thấp.
Vào năm 1989, việc phát triển các đặc tính kỹ thuật của GSM đã được
chuyển từ CEPT đến Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI). ETSI được
thành lập vào năm 1988 để thiết lập các tiêu chuẩn viễn thông cho Châu Âu và
hợp tác với các tổ chức tiêu chuẩn khác, các lĩnh vực liên quan đến truyền hình
và công nghệ thông tin văn phòng.
ESTI đã ấn bản các đặc tính kỹ thuật giai đoạn 1 của GSM vào năm 1990.
Dịch vụ thương mại đã bắt đầu vào giữa năm 1991. Đến năm 1993 đã có 36
mạng GSM tại 22 nước, và thêm 25 nước đã lựa chọn hoặc bắt đầu GSM. Từ
đó, GSM đã được chấp nhận ở Nam Phi, úc, và rất nhiều nước vùng Trung
Đông và Viễn Đông. Tại Bắc Mỹ, GSM được dùng để thực hiện PCS. Đến cuối
năm 1998 đã có 323 mạng GSM ở 118 nước phục vụ cho 138 triệu thuê bao.
Hiện nay, hệ thống GSM được gọi là hệ thống thông tin di động toàn cầu
(Global System for Mobilephone).
Mạng thông tin di động GSM là mạng thông tin di động số Cellular gồm
nhiều ô (cell). Cell là đơn vị nhỏ nhất của mạng, có hình dạng (trên lý thuyết) là
một tổ ong hình lục giác. Trong mỗi cell có một đài vô tuyến gốc BTS (Base
Transceiver Station) liên lạc với tất cả các trạm di động MS (Mobile Station) có
mặt trong cell. Khi MS di chuyển ra ngoài vùng phủ sóng của cell, nó phải được
chuyển giao sang làm việc với BTS của cell khác.
Đặc điểm của hệ thống thông tin di động Cellular là việc sử dụng lại tần số
và diện tích của mỗi cell khá nhỏ. Mỗi cell sử dụng một nhóm tần số kênh vô
tuyến. Các chữ cái A, B, C, vừa là tên của cell, vừa biểu thị một nhóm xác
5

định các tần số vô tuyến được sử dụng trong cell đó. Nhóm tần số được sử dụng
nhiều lần cho các cell với khoảng cách đủ lớn, công suất phát đủ nhỏ để nhiễu
lẫn nhau không đáng kể.
Thông thường, một cuộc gọi di động không thể kết thúc trong một cell nên
hệ thống thông tin di động cellular phải có khả năng điều khiển và chuyển giao
(handover) cuộc gọi từ cell này sang cell lân cận mà cuộc gọi được chuyển giao
không bị gián đoạn.
2 – Các chức năng của hệ thống GSM
Các đặc tính chủ yếu của hệ thống GSM như sau:
• Có thể phục vụ được một số lớn các dịch vụ và tiện ích cho thuê bao cả
trong thông tin thoại và truyền số liệu.
* Đối với thoại có thể có các dịch vụ:
- Chuyển hướng cuộc gọi vô điều kiện
- Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động bận
- Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế
- Giữ cuộc gọi
- Thông báo cước phí
- Nhận dạng số chủ gọi
* Đối với dịch vụ số liệu:
- Truyền số liệu
- Dịch vụ nhắn tin: các gói thông tin có kích cỡ 160 ký tự có thể lưu giữ .
6
• Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng sẵn
có:
* PSTN – Publich Switched Telephone Network (Mạng điện thoại chuyển
mạch công cộng).
* ISDN – Integrated Service Digital Network (mạng số tổ hợp dịch vụ) bởi
các giao diện theo tiêu chuẩn chung.
Cho phép các thuê bao lưu động (roaming) ở các nước với nhau cùng sử
dụng hệ thống GSM một cách hoàn toàn tự động. Nghĩa là thuê bao có thể

mang máy di động đi mọi nơi và mạng sẽ tự động cập nhật thông tin về vị trí
của thuê bao đồng thời thuê bao có thể gọi đi bất cứ nơi nào mà không cần biết
thuê bao khác đang ở đâu.
• Sử dụng băng tần 900 MHz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữa hai
phương pháp TDMA, FDMA.
• Giải quyết sự hạn chế dung lượng. Thực chất dung lượng sẽ tăng lên nhờ
việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật chia ô nhỏ, do vậy số thuê bao được
phục vụ sẽ tăng lên.
• Tính linh hoạt cao nhờ sử dụng các loại máy thông tin di động khác nhau:
máy cầm tay, máy xách tay, máy đặt trên ô tô
• Tính bảo mật: Mạng kiểm tra sự hợp lệ của mỗi thuê bao GSM bởi thẻ
đăng ký SIM (Subcriber Identity Module). Thẻ SIM sử dụng mật khẩu PIN
(Personal Identity Number) để bảo vệ quyền sử dụng của người sử dụng
hợp pháp. SIM cho phép người sử dụng sử dụng nhiều dịch vụ và cho phép
người dùng truy nhập vào các PLMN (Public Land Mobile Network) khác
nhau. Đồng thời trong hệ thống GSM còn có trung tâm nhận thực AuC,
7
trung tâm này cung cấp mã bảo mật chống nghe trộm cho từng đường vô
tuyến và thay đổi cho từng thuê bao.
3- Băng tần sử dụng trong hệ thống thông tin di động GSM:

2 5 M h z
2 0 0 K h z
2 5 M h z
2 0 0 K h z
8 9 0 M h z
9 1 5 M h z
9 3 5 M h z
9 6 0 M h z
B ¨ n g t Ç n l ª n

( T õ M S - B T S )
B ¨ n g t Ç n x u è n g
( T õ B T S - M S )
8 8 2 M h z
9 1 5 M h z
9 2 7 M h z
9 6 0 M h z
1 7 1 0 M h z
1 7 8 5 M h z
1 8 0 5 M h z
1 8 8 0 M h z
G S M
m ë
r é n g
D S C
Hình 1.1- Băng tần cơ bản và mở rộng của GSM
Hệ thống GSM làm việc trong băng tần 890 – 960MHz. Băng tần này được
chia làm 2 phần:
- Băng tần lên (Uplink band): 890 – 915 MHz cho các kênh vô tuyến từ
trạm di động đến hệ thống trạm thu phát gốc.
- Băng tần xuống (Downlink band): 935 – 960 MHz cho các kênh vô
tuyến từ trạm thu phát gốc đến trạm di động.
Mỗi băng rộng 25MHz, được chia thành 124 sóng mang. Các sóng mang
cạnh nhau cách nhau 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt, một cho
đường lên, một cho đường xuống. Các kênh này được gọi là kênh song công.
Khoảng cách giữa hai tần số là không đổi và bằng 45 MHz, được gọi là khoảng
cách song công. Kênh vô tuyến này mang 8 khe thời gian mà mỗi khe thời gian
là một kênh vật lý để trao đổi thông tin giữa trạm thu phát và trạm di động.
8
Ngoài băng tần cơ sở như trên còn có băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS

(Digital Cellular System).
4- Phương pháp truy nhập trong thông tin di động
ở giao diện vô tuyến, MS và BTS liên lạc với nhau bằng sóng vô tuyến. Để
tài nguyên tần số có hạn có thể phục vụ càng nhiều thuê bao di động, ngoài
việc sử dụng lại tần số, số kênh vô tuyến được dùng theo kiểu trung kế. Hệ
thống trung kế vô tuyến là hệ thống vô tuyến có số kênh sẵn sàng phục vụ ít
hơn số người dùng khả dĩ. Phương thức để sử dụng chung các kênh gọi là
phương pháp đa truy nhập: người dùng khi có nhu cầu thì được đảm bảo về sự
truy nhập vào trung kế.
• Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple
Access): phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau. người dùng được
cấp phát một kênh trong tập hợp các kênh trong lĩnh vực tần số. Phổ tần số
được chia thành 2N dải tần số kế tiếp, cách nhau một khoảng bảo vệ. Mỗi dải
tần được gán cho một kênh liên lạc, N dải dành cho liên lạc hướng lên, N dải
còn lại cho liên lạc hướng xuống.
• Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple
Access): khi có yêu cầu một cuộc gọi thì một kênh vô tuyến được ấn định. Các
thuê bao khác nhau dùng chung 1 kênh nhờ cài xen thời gian. Mỗi thuê bao
được cấp một khe trong cấu trúc khung tuần hoàn 8 khe.
• Đa truy nhập theo mã CDMA (Code Division Multiple Access): Là
phương pháp trải phổ tín hiệu, thực hiện là gán cho mỗi MS một mã riêng biệt
cho phép nhiều MS cùng thu, phát độc lập trên mặt băng tần nên tăng dung
lượng cho hệ thống. Hiện tại công nghệ CDMA đang được triển khai tại một số
quốc gia. Tại Việt Nam hiện có mạng thông tin di động S-Fone của công ty Cổ
9
phần viễn thông Sài Gòn (SPT) đang sử dụng công nghệ này.và EVN Telecom
của cụng ty viễn thụng điện lực
Ngoài ra còn có phương pháp truy nhập theo không gian SDMA. Mạng
GSM sử dụng phương pháp TDMA kết hợp FDMA.
II. Cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM

1- Cấu trúc hệ thống
Hệ thống thông tin di động gồm nhiều phần tử chức năng. Mạng GSM được
phân chia thành các phân hệ:
• Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem)
• Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)
• Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS (Operation and Support System)
• Máy di động MS (Mobile Station)
H L R
V L R
M S C
E I R
A u C
G M S C
T r a u
B s cB t s
N m c
O m C
P L M N
P S T N
I S D N
M e
S i m
M S
N S S
Hình 2.1- Mô hình hệ thống thông tin di động
10
PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng
ISDN : Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ
PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng
• Phân hệ chuyển mạch NSS bao gồm các khối chức năng:

- Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile Switching
Center)
- Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register)
- Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register)
- Trung tâm nhận thực AuC (Authentication Center)
- Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identification Register)
- Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng GMSC (Gateway
Mobile Switching Center).
• Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm các khối chức năng:
- Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Center)
- Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station)
• Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS bao gồm các khối chức năng:
- Trung tâm quản lý mạng NMC (Network Management
Center)
- Trung tâm quản lý và bảo dưỡng OMC (Operation &
Maintenance Center)
• Trạm di động MS:
- Thiết bị di động ME (Mobile Equipment)
11
- Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identity Module)
2- Chức năng các phần tử trong mạng GSM
2.1- Phân hệ chuyển mạch NSS
Phân hệ 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 hệ thống chuyển mạch là quản lý thông tin giữa
những người sử dụng mạng GSM và các mạng khác.
• Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC
MSC là một tổng đài thực hiện tất cả các chức năng chuyển mạch và báo
hiệu của MS nằm trong vùng địa lý do MSC quản lý. MSC khác với một tổng
đài cố định là nó phải điều phối cung cấp các tài nguyên vô tuyến cho thuê bao

và MSC phải thực hiện thêm ít nhất hai thủ tục:
- Thủ tục đăng ký
- Thủ tục chuyển giao
MSC một mặt giao tiếp với BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài. MSC
làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng (GMSC), có
chức năng tương tác IWF (InterWorking Function) để thích ứng các đặc điểm
truyền dẫn của GMS và các mạng ngoài. Phân hệ chuyển mạch giao tiếp với
mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền
tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM.
MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số bộ điều khiển
trạm gốc BSC.
• Bộ ghi định vị thường trú HLR
12
HLR là một cơ sở dữ liệu quan trọng trong mạng có chức năng quản lý thuê
bao. Một PLMN có thể có một hoặc nhiều HLR phụ thuộc vào lượng thuê bao.
HLR lưu hai loại số gán cho mỗi thuê bao di động, đó là:
+ MSISDN: số danh bạ (số thuê bao)
Cấu trúc:
MSISDN = CC + NDC + SN
CC: Mã quốc gia (Việt nam: 84)
NDC: Mã mạng (Vinaphone: 91, Mobiphone: 90)
SN: Số thuê bao trong mạng (gồm 7 số)
VD: 84.91.2037878
+ IMSI: Số nhận dạng thuê bao dùng để báo hiệu trong mạng
Cấu trúc:
IMSI = MCC + MNC + MSIN
MCC: Mã quốc gia (Việt nam: 452)
MNC: Mã mạng (Vinaphone: 02, Mobiphone: 01)
MSIN: Số thuê bao trong mạng (gồm 7 số)
VD: 84.91.2037878 - 452.02.2037878

Như vậy, với một số MSISDN sẽ tương ứng với một số IMSI và chỉ tồn tại
một số IMSI duy nhất trong toàn hệ thống GSM. IMSI được sử dụng để MS
truy nhập vào cơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu chứa các thông tin sau:
- Thông tin thuê bao dịch vụ thoại và phi thoại mang (bearer service).
- Giới hạn dịch vụ (giới hạn roaming)
13
- Các dịch vụ hỗ trợ. HLR chứa các thông số của dịch vụ này; tuy nhiên
nó còn có thể được lưu trong card thuê bao.
Như vậy, HLR không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý
hàng ngàn thuê bao. Khi mạng có thêm một thuê bao mới, thì các thông tin về
thuê bao sẽ được đăng ký trong HLR.
• Trung tâm nhận thực AuC
AuC kết nối với HLR, cung cấp các thông số hợp thức hoá và các khoá mã
để đảm bảo chức năng bảo mật.
• Bộ ghi định vị tạm trú VLR
VLR là cơ sở dữ liệu lớn thứ hai trong mạng, lưu trữ tạm thời số liệu thuê
bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và lưu trữ số liệu
về vị trí của thuê bao. Khi MS vào một vùng định vị mới, nó phải thực hiện thủ
tục đăng ký. MSC quản lý vùng này sẽ tiếp nhận đăng ký của MS và truyền số
nhận dạng vùng định vị (LAI) nơi có mặt thuê bao tới VLR. Một VLR có thể
phụ trách một hoặc nhiều vùng MSC.
Các thông tin cần để thiết lập và nhận một cuộc gọi của MS được lưu trong
cơ sở dữ liệu của VLR. Đối với một số dịch vụ hỗ trợ, VLR có thể truy vấn các
thông tin từ HLR: IMSI (nhận dạng máy di động quốc tế), MSISDN (ISDN của
máy di động), số chuyển vùng của thuê bao MS (MSRN), số nhận dạng thuê
bao di động tạm thời (TMSI), số nhận dạng thuê bao di động nội bộ (LMSI) và
vùng định vị nơi đăng ký MS. VLR cũng chứa các thông số gán cho mỗi MS và
được nhận từ VLR.
• Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR
14

Thực thể chức năng này chứa một hoặc nhiều cơ sở dữ liệu lưu trữ các IMEI
(số nhận dạng thiết bị) sử dụng trong hệ thống GSM. EIR được nối với MSC
qua một đường báo hiệu, nhờ vậy MSC có thể kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị.
• Trung tâm chuyển mạch dịch vụ cổng GMSC
Để thiết lập một cuộc gọi phải định tuyến đến tổng đài mà không cần biết vị
trí hiện thời của thuê bao. GMSC có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê
bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện
thời. GMSC có giao diện báo hiệu số 7 để có thể tương tác với các phần tử khác
của hệ thống chuyển mạch.
2.2 - Phân hệ trạm gốc BSS
BSS thực hiện kết nối các MS với các tổng đài, do đó liên kết người sử dụng
máy di động với những người sử dụng dịch vụ viễn thông khác. BSS cũng phải
được điều khiển nên được kết nối với OSS.
• Trạm thu phát gốc BTS
BTS giao diện với MS xử lý các tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến.
Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (khối chuyển đổi mã và thích ứng
tốc độ).
• Bộ điều khiển trạm gốc BSC
BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều
khiển từ BTS và MS như ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển
giao. Một BSC có thể quản lý nhiều BTS. Số lượng BTS mà BSC có thể quản
lý phụ thuộc vào lưu lượng của BTS.
2.3 - Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS
OSS thực hiện chức năng khai thác, bảo dưỡng và quản lý toàn hệ thống.
15
• Trung tâm quản lý mạng NMC
NMC được đặt tại trung tâm của hệ thống, chịu trách nhiệm cung cấp chức
năng quản lý cho toàn bộ mạng.
- Giám sát các nút trong mạng
- Giám sát các trạng thái các bộ phận của mạng

- Giám sát trung tâm bảo dưỡng và khai thác OMC của các vùng và cung
cấp thông tin đến các bộ phận OMC.
• Trung tâm quản lý và khai thác OMC
OMC cung cấp chức năng chính để điều khiển và giám sát các bộ phận trong
mạng (các BTS, MSC, các cơ sở dữ liệu ).OMC có các chức năng: quản lý
cảnh báo, quản lý sự cố, quản lý chất lượng, quản lý cấu hình và quản lý bảo
mật.
2.4 - Trạm di động MS
MS là thiết bị đầu cuối chứa các chức năng vô tuyến chung, xử lý giao diện
vô tuyến và cung cấp các giao diện với người dùng (màn hình, loa, bàn phím ).
Một trạm di động gồm hai phần chính:
- ME (Mobile Equipment - thiết bị di động): là phần cứng được dùng để thuê
bao truy nhập vào mạng. ME chứa kết cuối di động (MT) phụ thuộc vào ứng
dụng và các dịch vụ, có thể kết hợp các nhóm chức năng thích ứng đầu cuối
(TA) và thiết bị đầu cuối (TE) khác nhau.
- SIM (Subscriber Identity Module – modun nhận dạng thuê bao): gắn chặt
với người dùng trong vai trò một thuê bao duy nhất, có thể làm việc với nhiều
ME khác nhau. SIM là một card điện tử thông minh được cắm vào ME để nhận
dạng thuê bao và tin tức bảo vệ loại dịch vụ mà thuê bao đăng ký. SIM có phần
16
cứng và phần mềm cần thiết với bộ nhớ có thể lưu trữ thông tin. Có hai loại
thông tin là thông tin cố định và thông tin thay đổi:
+ Thông tin cố định:
* Số nhận dạng thuê bao MSISDN, IMSI. Thuê bao sẽ được kiểm tra tính
hợp lệ trước khi truy nhập vào mạng thông qua số nhận dạng IMSI được thực
hiện bởi trung tâm nhận thực AuC.
* Mã khoá cá nhân Ki.
+ Thông tin thay đổi:
* Số hiệu nhận dạng vùng định vị LAI
* Số nhận dạng thuê bao tạm thời TMSI

Một số TMSI sẽ tương ứng với một IMSI được cấp phát tạm thời để tăng
tính bảo mật cho quá trình báo hiệu giữa MS và hệ thống. TMSI sẽ thay đổi khi
MS cập nhật lại vị trí.
III. Mạng báo hiệu và các khía cạnh mạng
1 - Các giao thức báo hiệu trong hệ thống GSM
Mạng thông tin di động GSM sử dụng hệ thống báo hiệu số 7 (báo hiệu kênh
chung) để thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi. Báo hiệu số 7 là mạng dữ
liệu chuyển mạch gói được thiết kế để trao đổi báo hiệu.
17

P L M N
P S T N
I S D N
G M S C
A u C E I R
H L R
V L R
M A P
M A P
I S U P
D T A P
( p a r t o f B S S A P )
B S S M A P
( p a r t o f B S S A P )
A b i s
U m
R 2
N a t i o n a l
I S U P
T U P

M S
H × n h 3 . 1 : C ¸ c g i a o t h ø c b ¸ o h i Ö u t r o n g m ¹ n g G S M
Các giao thức giữa BSC-BTS-MS
Các giao thức này sử dụng trong các giao diện Um và Abis theo chuẩn của
ETSI. Các giao thức này hỗ trợ các chức năng của BTS và BSC như sau:
a. Gửi các thông tin của mạng và cell. Thông tin được cập nhật từ BSC,
truyền liên tục tới BTS và lưu trong BTS.
b. Nhắn tin: được khởi tạo từ MSC cho phép BSC hoạt động thông qua
BSSMAP. BSC lần lượt cho phép các BST trong một vùng định vị hoạt
động. Các BTS gửi các cuộc gọi nhắn, kiểm tra tín hiệu trả lời và gửi
thông báo tới BSC. BTS cũng nhận các cuộc gọi từ MS và gửi tới BSC.
18
c. Cung cấp và giải phóng kênh điều khiển (SDCCH). BSC thực hiện các
chức năng này, BTS sẽ xử lý trao đổi các thông tin tới /từ MS.
d. Cung cấp và giải phóng kênh lưu lượng (TCH) để thiết lập, xoá và
chuyển giao. BSC thực hiện các chức năng này và BTS xử lý các khối
kênh liên quan.
e. Nhận định hoàn thành việc chuyển giao. BTS báo với BSC khi nó đã phát
hiện có tín hiệu của MS trên kênh lưu lượng mới.
f. Điều khiển mã/giải mã. BTS thực hiện chức năng kích hoạt và giải phóng
việc mã hoá theo yêu cầu của BSC.
g. Điều khiển các mã thoại và thích ứng tốc độ của các kênh thông tin. Thiết
bị thích ứng tốc độ mã hoá - TRAU thường được đặt trong BSC nhưng
được điều khiển bởi BTS xác định các kênh lưu lượng.
h. Kiểm tra chất lượng truyền dẫn và độ dài tín hiệu trong các kênh hướng
lên đang hoạt động và ở chế độ idle (rỗi). Kiểm tra được thực hiện ở BTS
và được thông báo tới BSC.
i. Giao diện vô tuyến cũng bao gồm các chức năng được tự động xử lý bởi
BTS.
j. Thông tin đồng bộ và số nhận dạng MS được gửi liên tục tới BTS.

k. Chức năng điều khiển tần số được xử lý bởi BTS, các tín hiệu điều khiển
này được gửi liên tục từ BTS.
Giao diện vô tuyến cũng có các chức năng: mã hoá kênh, ghép kênh, quản lý
burst, TDMA và điều chế.
Các giao thức giữa MSC-BSC và MSC-MS:
19
Giao thức báo hiệu BSSAP chứa các phần tử sau: các bản tin BSSMAP,
DTAP và INTIAL MS.
* Các bản tin DTAP trao đổi giữa MSC và MS để đăng ký và nhận thực khi MS
tắt. Các bản tin TDAP được chuyển qua BSC và BTS.
• Các bản tin khởi tạo MS (IMSI) được truyền giữa MSC và MS để cập nhật
vị trí và nhắn tin.
• BSSMAP là giao thức được sử dụng giữa MSC và BSC để nhắn tin, thực
hiện cuộc gọi, chuyển giao, cung cấp, duy trì các kênh lưu lượng và để mã
hoá trong BTS, MS. Giao thức này cũng được dùng để duy trì các khe thời
gian trên các kênh PCM giữa MSC và BSC.
Các giao thức giữa các trung tâm chuyển mạch di động MSC
Khi thực hiện chuyển giao giữa các MSC, MAP được sử dụng báo hiệu
chuyển giao trong khi ISUP được sử dụng để thiết lập và xoá các kết nối.
Các giao thức giữa GMSC và MSC
ISUP được sử dụng giống như trong PSTN/ISDN.
Các giao thức giữa MSC và HLR, VLR, AuC và EIR
MAP được sử dụng cho tất cả các báo hiệu. Nó hỗ trợ đăng ký, báo hiệu các
số roaming, nhận thực và nhận dạng thiết bị.
Các giao thức với các mạng ngoài
Sử dụng TUP, ISUP và các giao thức liên quan tới kênh.
2. Các giao diện trong hệ thống GSM
A bis: BSC – BTS Um (vô tuyến): MS-BTS
A: BSC – MSC E: MSC – MSC
20

B: MSC – VLR F: MSC – EIR
C: MSC – HLR G: VLR – VLR
D: VLR – HLR H: HLR – AuC
3 - Các khía cạnh mạng
3.1 - Quản lý tài nguyên vô tuyến
Quản lý tài nguyên vô tuyến là một lớp chức năng trong quản lý mạng, được
xem xét thông qua việc thiết lập một kênh truyền giữa MS và MSC. Các phần tử
chức năng chính là MS, BSS và MSC. RR quản lý một phiên RR là thời gian mà
thiết bị di động ở một trạng thái xác định sử dụng các kênh vô tuyến. Một phiên
RR được khởi tạo từ MS thông qua một thủ tục truy nhập mạng hoặc cho cuộc
gọi đi hoặc nhận bản tin nhắn. Khi nào một kênh được cung cấp cho MS hay
phân kênh nhắn sẽ được xử lý trong lớp RR. Hơn nữa, lớp RR cũng quản lý cả
các đặc tính vô tuyến như điều khiển công suất, truyền nhận gián đoạn và định
thời.
* Chuyển giao (Handover)
Trong mạng cellular, các kênh vô tuyến và cố định không được cấp phát lâu
dài cho một cuộc gọi. Cuộc gọi sẽ được chuyển sang một kênh hoặc một cell
khác, được gọi là chuyển giao. Việc kiểm tra và thực hiện chuyển giao tạo nên
một trong những chức năng cơ bản của lớp RR. Có 4 loại chuyển giao khác
nhau trong hệ thống GSM, được thực hiện giữa:
• Các kênh (các khe thời gian) trong cùng một cell
• Các cell (BTS) do một BSC điều khiển
21
• Các cell dưới sự điều khiển của nhiều BSC khác nhau nhưng thuộc cùng
một MSC
• Các cell của các MSC khác nhau
Hai loại chuyển giao đầu tiên gọi là chuyển giao cục bộ. Để tiết kiệm băng
thông báo hiệu, việc chuyển giao chỉ do BSC mà không cần MSC quản lý và
chỉ thông báo cho MSC khi hoàn thành chuyển giao. Hai loại chuyển giao còn
lại là chuyển giao ngoài do các MSC quản lý.

Chuyển giao có thể được khởi tạo từ MS hoặc từ MSC. Trong khi các khe
thời gian ở trạng thái chờ, MS quét kênh điều khiển quảng bá (BCCH) trong 16
cell lân cận, chọn ra 6 cell tốt nhất để phục vụ chuyển giao dựa trên độ dài tín
hiệu nhận được. Thông tin này được truyền tới BSC và MSC ít nhất 1 giây một
lần.
 Chuyển giao trong cùng một BSC:
ở trường hợp này BSC phải thiết lập một đường nối đến BTS mới, dành
riêng một TCH của mình và ra lệnh cho MS phải chuyển đến 1 tần số mới đồng
thời cũng chỉ ra một TCH mới. Tình huống này không đòi hỏi thông tin gì đến
phần còn lại của mạng. Sau khi chuyển giao MS phải nhận được các thông tin
mới và các ô lân cận. Nếu như việc thay đổi đến BTS mới cũng là thay đổi vùng
định vị thì MS sẽ thông báo cho mạng về LAI của mình và yêu cầu cập nhật vị
trí.
 Chuyển giao giữa hai BSC khác nhau nhưng cùng một MSC/VLR:
Trường hợp này cho thấy sự chuyển giao trong cùng một vùng phục vụ
nhưng giữa hai BSC khác nhau. Mạng can thiệp nhiều hơn khi quyết định
chuyển giao. BSC phải yêu cầu chuyển giao từ MSC/VLR. Sau đó có một
22
đường nối thông mới (MSC/VLR ⇔ BSC mới ⇔ BSC mới) phải được thiết lập
nếu có TCH rỗi. TCH này phải được dành cho chuyển giao. Sau đó khi MS
nhận được lệnh chuyển đến tần số mới và TCH mới. Ngoài ra, sau khi chuyển
giao MS được thông báo về các ô lân cận mới. Nếu việc thay đổi BTS cùng với
việc thay đổi vùng định vị MS sẽ gửi đi yêu cầu cập nhật vị trí trong quá trình
cuộc gọi hay sau cuộc gọi.
 Chuyển giao giữa hai vùng phục vụ MSC/VLR:
Đây là trường hợp chuyển giao phức tạp nhất nhiều tín hiệu được trao đổi
trước khi thực hiện chuyển giao.
Ta sẽ xét 2 MSC/VLR, gọi MSC/VLR cũ (tham gia cuộc gọi trước khi
chuyển giao) là tổng đài phục vụ và MSC/VLR mới là tổng đài đích. Tổng đài
cũ sẽ gửi yêu cầu chuyển giao đến tổng đài đích. Sau đó, tổng đài đích sẽ đảm

nhận việc chuẩn bị nối ghép tới BTS mới. Sau khi thiết lập đường nối giữa hai
tổng đài cũ sẽ gửi đi lệnh chuyển giao đến MS.
3.2 - Quản lý di động
Quản lý di động cũng là một lớp chức năng, là lớp trên lớp RR, xử lý các
chức năng di động của thuê bao và thực hiện nhận thực và bảo mật. Quản lý vị
trí liên quan tới các thủ tục cho phép hệ thống biết vị trí hiện tại của thiết bị di
động để thực hiện định tuyến các cuộc gọi.
* Cập nhật vị trí
MS được thông báo có một cuộc gọi đến bởi một bản tin ngắn được gửi qua
kênh PAGCH của cell. Một phần của kênh được sử dụng để nhắn trong mỗi cell
trong mạng, một phần được dùng để MS truyền các bản tin cập nhật vị trí ở cấp
độ cell tới mạng. Do đó các bản tin nhắn được gửi chính xác tới một cell nhưng
sẽ rất lãng phí băng thông do số lượng các bản tin cập nhật vị trí lớn. Một giải
23
pháp được thực hiện trong GSM là nhóm các cell thành các vùng định vị LA
(Location Area). Chỉ khi LA thay đổi, MS mới gửi các bản tin cập nhật và các
MS được nhắn trong các cell của vùng định vị.
Các thủ tục cập nhật và định tuyến cuộc gọi thực hiện trong MSC, VLR và
HLR. Khi MS vào một LA mới hoặc PLMN của một nhà vận hành khác, nó
phải đăng ký với mạng để chỉ ra vị trí hiện tại của mình. Thông thường, bản tin
cập nhật vị trí được gửi tới MSC/VLR mới mà lưu các thông tin về vùng định
vị, sau đó gửi các thông tin này tới HLR của thuê bao. Thông tin được gửi tới
HLR là địa chỉ SS7 của VLR mới, nó có thể là số định tuyến. Nếu thuê bao
được phép sử dụng dịch vụ, HLR gửi một tập các thông tin cần cho việc điều
khiển cuộc gọi tới MSC/VLR mới và gửi một bản tin tới MSC/VLR cũ để xoá
đăng ký cũ.
Để đảm bảo độ tin cậy, GSM thực hiện một thủ tục cập nhật vị trí định kỳ.
Thủ tục này liên quan tới cập nhật vị trí là gán và tách IMSI (IMSI
attach/detach). Thực hiện detach chỉ ra rằng mạng không thể đạt tới MS nữa và
không phải cấp phát các kênh và gửi bản tin nhắn. Một Attach tương tự như cập

nhật vị trí thông báo cho mạng MS trở lại trạng thái hoạt động.
* Nhận thực và bảo mật
Vì tài nguyên vô tuyến có thể được truy nhập bởi bất kỳ người nào, nên việc
nhận thực người sử dụng là thành phần rất quan trọng trong mạng di động.
Nhận thực được thực hiện giữa SIM card trong MS và trung tâm nhận thực
AuC. Mỗi thuê bao có một khoá bảo mật, được lưu đồng thời trong SIM và
AuC. Trong khi nhận thực AuC sẽ phát số ngẫu nhiên tới MS. Cả MS và AuC
sau đó sử dụng số ngẫu nhiên này cùng với mã bảo mật của thuê bao và thuật
24
toán mã hoá để phát một đáp ứng được ký hiệu (SRES) lại AuC. Nếu số được
gửi từ MS giống với số được tính toán trong AuC, thuê bao sẽ được nhận thực.
Một cấp bảo mật khác được thực hiện trong MS, mỗi thiết bị GSM được
nhận dạng bởi số IMEI và được nhận thực bởi số này.
3.3 – Quản lý truyền thông
Quản lý truyền thông (CM) là lớp trên cùng, phục vụ điều khiển cuộc gọi,
quản lý dịch vụ hỗ trợ và quản lý dịch vị bản tin ngắn. Mỗi chức năng được
xem xét là một phân lớp trong lớp CM. Các chức năng của một phân lớp bao
gồm thiết lập, lựa chọn một dịch vụ và xoá một cuộc gọi.
* Định tuyến cuộc gọi
Không giống như định tuyến một cuộc gọi trong mạng cố định mà thiết bị
được kết nối với bộ phận trung tâm, người sử dụng GSM có thể chuyển vùng
quốc gia và quốc tế. Số quay trực tiếp để đạt tới thuê bao di động được gọi là
MSISDN, được định nghĩa bởi kế hoạch đánh số E.164.
Một cuộc gọi kết cuối di động được gửi tới chức năng GMSC. GMSC là một
bộ chuyển mạch kết nối với HLR lấy các thông tin định tuyến. Do đó nó có một
bảng các MSISDN tới HLR tương ứng. Thông tin định tuyến được gửi lại
GMSC là số roaming di động (MSRN). Các MSRN liên quan tới kế hoạch đánh
số vùng địa lý, không được cung cấp cho thuê bao.
Thủ tục định tuyến thường được sử dụng nhất bắt đầu với việc truy vấn HLR
của thuê bao bị gọi để lấy MSRN. HLR chỉ lưu các địa chỉ SS7 VLR hiện tại

của thuê bao mà không có MSRN. HLR do đó phải truy vấn VLR hiện tại của
thuê bao mà cung cấp tạm thời MSRN. MSRN này được gửi lại HLR và
GMSC, sau đó cuộc gọi được định tuyến tới MSC mới. Tại MSC mới, IMSI
25