Nghiên cứu và xây dựng phương án thử nghiệm mạng NGN - MOBILE Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





LÊ VIỆT HÀ






NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN
THỬ NGHIỆM MẠNG NGN-MOBILE VIỆT NAM






Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông.
Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử
Mã số : 60 52 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS NGUYỄN CẢNH TUẤN







HÀ NỘI - 2008




MỤC LỤC


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ I
DANH MỤC BẢNG BIỂU II
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT III
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC MẠNG MOBILE HIỆN TẠI 3
1.1. KHÁI QUÁT QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CÁC MẠNG MOBILE 3
1.2. MẠNG MOBILE CÔNG NGHỆ GSM 7
1.1.2. CẤU TRÚC ĐỊA LÝ MẠNG GSM 7

1.2.2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GSM 9
1.2.3. TRẠM DI ĐỘNG 13
1.2.4. PHÂN HỆ QUẢN LÝ - OSS 14
1.3. MẠNG MOBILE CÔNG NGHỆ CDMA 14
1.3.1. CDMA-ONE 15
1.3.2. CDMA2000 16
1.3.3. CẤU TRÚC VẬT LÝ MẠNG CDMA 16
1.4. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC MẠNG MOBILE HIỆN TẠI 18
1.5. NHỮNG HẠN CHẾ CỦA CÁC MẠNG DI ĐỘNG HIỆN TẠI 20
1.6. XU THẾ PHÁT TRIỂN THEO NGN-MOBILE 20
CHƯƠNG II: CẤU TRÚC MẠNG NGN-MOBILE 22
2.1. ĐỊNH NGHĨA MẠNG NGN-MOBILE THEO ITU 22
2.2. CẤU TRÚC PHÂN LỚP CỦA NGN-MOBILE 23
2.3. CẤU TRÚC DỰA TRÊN SOFTSWITCH VÀ IMS 25
2.3.1. CẤU TRÚC TRÊN CƠ SỞ SOFTSWITCH 25
2.3.2. CẤU TRÚC TRÊN CƠ SỞ IMS 29
2.4. TIẾN TRÌNH CHUYỂN ĐỔI LÊN NGN-MOBILE 37
2.4.1. TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN NGN-MOBILE 39
2.4.2. TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ CDMA LÊN NGN-MOBILE 46
2.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGN-MOBILE TRÊN THẾ GIỚI 54
2.5.1. GIẢI PHÁP NGN-MOBILE CỦA CÁC NHÀ CUNG CẤP THIẾT BỊ 55
2.5.2. CÁC MÔ HÌNH TRIỂN KHAI NGN-MOBILE TRÊN THẾ GIỚI 59


CHƯƠNG III: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THỬ NGHIỆM MẠNG NGN-MOBILE
TẠI VIỆT NAM 63
3.1. XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG NGN-MOBILE VIỆT NAM 63
3.1.1. YÊU CẦU CHUNG 63
3.1.2. XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG 64
3.2. NGUYÊN TẮC TỔ CHỨC MẠNG NGN-MOBILE TẠI VIỆT NAM 66

3.2.1. PHÂN VÙNG MẠNG 66
3.2.2. TỔ CHỨC CÁC LỚP TRONG CẤU TRÚC MẠNG 67
3.2.3. LIÊN KẾT GIỮA NGN-MOBILE VỚI CÁC MẠNG 71
3.3. XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN MẠNG NGN-MOBILE THỬ NGHIỆM 73
3.3.1. YÊU CẦU VÀ CÁC MỤC TIÊU 73
3.3.2. CẤU TRÚC MẠNG MOBILE HIỆN TẠI 74
3.3.3. XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THỬ NGHIỆM 75
3.3.4. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VÀ QUY MÔ MẠNG THỬ NGHIỆM 79
3.3.5. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 90
KẾT LUẬN 100
TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

i
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Xu hướng công nghệ và ứng dụng của các mạng Mobile 3
Hình 1.2 Phân cấp cấu trúc địa lý và phân vùng mạng PLMN - GSM 7
Hình 1.3 Vùng dịch vụ và vùng định vị trong GSM 8
Hình 1.4 Cấu trúc vật lý mạng GSM 9
Hình 1.5 Mạng tế bào CDMA cho cấu trúc IS-95 và CDMA2000 17
Hình 1.6 Cấu trúc tổng thể mạng thông tin di động 19
Hình 2.1 Cấu trúc phân lớp của NGN-Mobile 24
Hình 2.2 So sánh cấu trúc chuyển mạch kênh với cấu trúc Softswitch 25
Hình 2.3 Các phần tử và giao thức đặc trưng trong cấu trúc Softswitch 26
Hình 2.4 Cấu trúc lớp chức năng của softswitch 28
Hình 2.5 Cấu trúc lớp chức năng IMS 30
Hình 2.6 Liên kết thực thể trong lớp ứng dụng với CSCF và HSS 31
Hình 2.7 Giao diện Diameter giữa HSS, SLF và CSCF 35
Hình 2.8 Liên kết các thực thể trong IMS với các mạng ngoài 36
Hình 2.9 Mô hình tiến hóa của các mạng di động 38

Hình 2.10 Cấu trúc và giao diện trong 3GPP-R99 40
Hình 2.11 Cấu trúc và giao diện trong 3GPP-R4 42
Hình 2.12 Cấu trúc và giao diện trong 3GPP-R5 43
Hình 2.13 Kiến trúc mạng của 3GPP LTE 45
Hình 2.14 Lộ trình tiến hóa của hệ thống CDMA 46
Hình 2.15 Các bước tiến hóa trong cấu trúc mạng lõi CDMA 51
Hình 2.16 Cấu trúc bổ sung LMSD 52
Hình 2.17 Cấu trúc chuyển đổi R12/R5 của Ericson 56
Hình 2.18 Cấu hình TAO sau chuyển đổi 60
Hình 2.19 Cấu trúc mạng giai đoạn 4 của China Unicom 61

ii
Hình 3.1 Thị phần của các nhà cung cấp di động lớn tại Việt Nam 63
Hình 3.2 Cấu trúc mạng NGN-Mobile 64
Hình 3.3 Nguyên tắc phân vùng mạng 66
Hình 3.4 Tổ chức lớp dịch vụ 67
Hình 3.5 Tổ chức lớp điều khiển 68
Hình 3.6 Tổ chức lớp truyền tải 69
Hình 3.7 Kết nối với mạng GSM-TDM 71
Hình 3.8 Kết nối với mạng PSTN 72
Hình 3.9 Kết nối với mạng NGN cố định 72
Hình 3.10 Mạng di động hiện tại của VNPT 75
Hình 3.11 Liên kết MSOFTX3000 và các thực thể mạng 83
Hình 3.12 Các giao thức liên kết mạng của MSOFT3000 84
Hình 3.13 Cấu trúc chức năng của UMG8900 trong liên kết mạng 85
Hình 3.14 Cấu trúc và vị trí của SGSN9810 trong miền lõi PS 86
Hình 3.15 Giao diện liên kết các thực thể mạng của GGSN9811 86
Hình 3.16 Mô hình mạng truy nhập với RNC-BSC6800 87
Hình 3.17 Cấu trúc iManager2000 88
Hình 3.18 Cấu trúc mạng thử nghiệm NGN-Mobile 89

Hình 3.19 Kiến trúc QoS End to End 98

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Lưu lượng người dùng trong giờ bận 91
Bảng 2: Lưu lượng người dùng trung bình trong BH 91
Bảng 3: Các tham số giả thiết tính toán quỹ đường truyền 92
Bảng 4: Kích thước vùng phủ 92
Bảng 5: Lưu lượng trung bình BH quy đổi của mỗi thuê bao 93
Bảng 6: Lưu lượng người dùng cho mỗi RNC 94
Bảng 7: Thông số QoS cơ bản đối với dịch vụ tải 99

iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1G First Generation
1xEV-DO 1x Evolution-Data Only
1xEV-DV 1x Evolution-Data Voice
1xRTT 1x Radio Transmission Technology
2G Second Generation
3G Third Generation
3GPP Third - Generation Partnership Project
3GPP2 Third - Generation Partnership Project 2
3xRTT 3x Radio Transmission Technology
A
AAA Authentication, Authorization, and Accounting
AC Authentication Center
ACM Adaptive Modulation and Coding
A-F Accounting Funtion
AMPS Advanced Mobile Phone Systems

API Aplication Programming Interface
A-RACF Access- Routing Area Code Function
AS Application Server
AS-F Application Server Function
ATM Asynchronous Transfer Mode
AuC Authentication Center
B
BcN Broadband convergence Network
BGCF Breakout Gateway Control Function
BGF Border Gateway Funtion
BICC Bearer Independent Call Control
BSC Base Station Controller
BSS Base Station System-
BSSAP Base Station System Application Part
BTS Base Transceiver Station
C
CA Certification Authority
CA-F Call Agent Funtion

iv
CAMEL Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic
CAP CAMEL Application Part
CDMA Code Division Multiple Access
CDR Call Detail Record
CG Charging Gateway
CN Core Netwwork
CS Circuit Switched
CSCF Call Session Control Function
CS-MGW Circuit Switched Media Gateway
D

DAMPS Digital Advanced Mobile Phone Service
DHCP Dynamic Host Configuration Protocol
DMB Digital Multimedia Broadcasting
DNS Domain Name System
DS-CDMA Direct Sequence Code Division Multiple Access
E
EDGE Enhanced Data Rates for Global GSM Evolution
EIA Electronic Industries Association
EIR Equypment Identity Register
ETSI European Telecommunications Standards Institute
F
FDD Frequency Division Duplex
FPLMTS Future Public Land Mobile Telecommunications System
FTTH Fiber To The Home
G
GMSC Gateway Mobile Switching Center
GERAN GSM EDGE Radio Access Network
GGSN Gateway GPRS Support Node
G-MSC Gateway - Mobile Service Switching Center
GPRS General Packet Radio Service
GSM Global System for Mobile Communications
GSTN General Switched Telephone Network
H
HARQ Hybrid Automatic Repeat-Request
HLR Home Location Register
HLRe Home Location Register emulation
HSPA High-Speed Packet Access

v
HSPDA High Speed Downlink Packet Access

HSS Home Subscriber Server
I
IAS IMS Application Server
I-CSCF Interrogating Call State Control Function
IETF Internet Engineering Task Force
IMEI International Mobile Equypment Identity
IMS IP Multimedia Session Subsystem
IM-SSF IP Multimedia Service Switching Function
IN Intelligent Network
INAP Intelligent Network Application Part
IP Internet Protocol
IPv4/ IPv6 Internet Protocol version 4/ version 6
ISUP ISDN User Part
ITU International Telecommunications Union
ITU-T ITU Telecommunication Standardization Sector
IWF Interworking Function
L
L2TP Layer-2 Tunneling Protocol
LA Location Area
LAN Local Area Network
LDAP Lightweight Directory Access Protocol
LMSD Legacy MS Domain
LTE Long Term Evolution
M
MAP Mobile Application Part
MBMS Multimedia Broadcast and Multicast Service
MC-CDMA Multi-Carrier Code Division Multiple Access
MG Media Gateway
MGC Media Gateway Controller
MGCF Media Gateway Control Function

MGW Media Gateway
MIMO Multi In Multi Out
MMD Multimedia Domain
MMS Multimedia Messaging Service
MPLS Multi Protocol Label Switching
MRC Multimedia Resource Controller

vi
MRF Multimedia Resource Function
MRFC Multimedia Resource Function Controller
MRFP Media Resource Function Processor
MS Mobile Station
MSC Mobile-services Switching Center
MSCe Mobile Switching Center emulation
MS-F Media Server Function
MSISDN Mobile Subscriber ISDN Number
MWIF Mobile Wireless Internet Forum
N
NAM Network Architecture Model
N-AMPS Narrowband AMPS
NMS Network Management System
NNI Network to Network Interface
O
OMC Operation and Maintenance Center
OSS Operation and Support System
OSA Open Service Access
OSA-API OSA -Application Programming Interface
OSA-SCS Open Service Access-Serving Capability Server
P
PCF Policy Control Funtions

P-CSCF Proxy Call State Control Function
PDF Policy Decision Function
PDN Packet Data Network
PDNS Packet Data Serving Node
PDP Packet Data Protocol
PDS Packet Data Subsystem
PIN Personal Identity Number
PPP Point-to-Point Protocol
PS Packet Switched
PSPDN Packet Switched Public Data Network
PSS Packet-switched Streaming Services
PSTN Public Switched Telephone Network
Q
QoS Quality of Service
R

vii
RAC Routing Area Code
RACS Resource and Admission Control Subsystem
RADIUS Remote Authentication Dial In User Service
RAN Radio Access Network
RANAP Radio Access Network Application Part
R-F Routing Funtion
RN Radio Network
RNC Radio Network Controller
RNS Radio Network Subsystem
RTCP Real-Time Transport Protocol
S
SCP Service Control Point
SCPe Service Control Point emulation

S-CSCF Serving Call State Control Function
SDMA Spatial Division Multiple Access
SBC Session Border Controllers
SG/ SGW Signal Gateway
SGCP Simple Gateway Control Protocol
SGSN Serving GPRS Support Node
SIGTRAN Signaling Transport Protocol
SIM Subscriber Identity Module
SIP Session Initiation Protocol
SIP-AS SIP-Access Server
SIP-T SIP for Telephone
SLF Subscriber Location Funtion
SMS Short Message Service
SN Service Node
SNMP Simple Network Management Protocol
SS7 Signaling System No. 7
STP Signalling Transfer Point
SS Switching System
T
TACS Total Access Communications Services
TCAP Transactional Capabilities Application Part
TCP Transmission Control Protocol
TDD Time Division Duplex
TDMA Time Division Multiple Access

viii
TE Terminal Equypment
TFO Tandem Free Operation
TIA Telecommunications Industry Association
TMN Telecommunication Management Network

TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity
TRAU Transcoding and Rate Adapter Unit
TrFO Transcoder Free Operation
U
UDP User Datagram Protocol
UE User Equypment
UMB Ultra Mobile Broadband
UMTS Universal Mobile Telecommunications System
UNI Network to User Interface
USIM UMTS Subscriber Identity Module
UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network
V
ViG Video Gateway
VLR Visitor Location Register
VMSC Visited Mobile Switching Center
VoIP Voice over IP
VPN Virtual Private Network
W
WB-AMR Wide Band Adaptive Multi-Rate.
WCDMA Wideband Code Division Multiple Access
WIMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access
WLAN Wireless Local Area Network


1


MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển không ngừng của thị trường viễn thông Thế giới,

thị trường viễn thông Việt Nam cũng đang phát triển một cách mạnh mẽ. Áp lực
cạnh tranh giữa các nhà khai thác dịch vụ viễn thông, đặc biệt là dịch vụ thông
tin di động ngày càng tăng. Hạ tầng mạng thông tin di động 2G, 2,5G tại Việt
Nam đã được khai thác tối đa cho các dịch vụ truyền thống.
Để có hạ tầng mạng thích hợp cung cấp các dịch vụ mới trên nền IP, các
dịch vụ truyền thông đa phương tiện multimedia, các dịch vụ hội tụ Di động - Cố
định…, với giá thành thấp, đòi hỏi các nhà khai thác cần có những bước chuyển
đổi, nâng cấp hạ tầng mạng với những lộ trình cụ thể.
Đứng trước xu hướng tự do hóa thị trường, cạnh tranh và hội nhập, việc
nâng cấp và chuyển đổi mạng di động hiện tại theo hướng NGN với các công
nghệ phù hợp là một giải pháp tất yếu hiện nay đối với các nhà cung cấp dịch vụ
di động. Giải pháp này đã được nhiều hãng thiết bị đề xuất và nhiều nhà khai
thác triển khai trên thực tế với những kết quả rất khả quan. Các tổ chức tiêu
chuẩn lớn trên thế giới như 3GPP, ETSI, ITU, 3GPP2, TISPAN… cũng đã chuẩn
hoá cấu trúc hệ thống này.
Trước các yêu cầu thực tế đó, việc xây dựng cấu trúc mạng NGN-Mobile
thử nghiệm, nhằm mục đích đưa ra một công cụ đánh giá khả năng triển khai
mạng thông tin di động và cung cấp các dịch vụ tiên tiến phù hợp với hạ tầng
truyền dẫn và điều kiện địa lý thực tế tại Việt Nam sẽ có ý nghĩa về mặt thực
tiễn. Đây chính là mục đích lựa chọn của luận văn: “NGHIÊN CỨU VÀ XÂY
DỰNG PHƯƠNG ÁN THỬ NGHIỆM MẠNG NGN-MOBILE VIỆT NAM”.
Nội dung luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan các mạng Mobile hiện tại
Giới thiệu tổng quan về đặc điểm cấu trúc của các mạng thông tin di động
hiện tại, những hạn chế xuất phát từ cấu trúc và khả năng cung cấp dịch vụ của
các mạng thông tin di động này. Từ đó, đề cập đến xu thế phát triển tất yếu của
các các mạng di động theo mô hình NGN.

2

Chương 2: Cấu trúc mạng NGN-Mobile
Trình bày về nguyên tắc, cấu trúc, các phần tử cơ bản của mạng NGN-
Mobile, tiến trình chuyển đổi các mạng di động sang NGN-Mobile.
Giới thiệu một số nghiên cứu và các các giải pháp chuyển đổi sang NGN-
Mobile của một số quốc gia, các nhà cung cấp thiết bị trên thế giới. Thông qua
các mô hình đã và đang được triển khai có thể phân tích và rút ra các bài học
kinh nghiệm trong việc ứng dụng vào triển khai tại Việt Nam.
Chương 3: Xây dựng phương án thử nghiệm mạng NGN-Mobile tại
Việt Nam.
Xây dựng nguyên tắc, cấu trúc và các phần tử mạng NGN-Mobile tại Việt
Nam. Giải quyết các vấn đề liên kết giữa mạng NGN-Mobile Việt Nam với các
mạng thông tin hiện có.
Trên cơ sở cấu trúc mạng NGN-Mobile đã xây dựng, kết hợp với việc
phân tích các mô hình đã được triển khai trên thế giới, lựa chọn phần tử mạng và
xây dựng mạng NGN-Mobie thử nghiệm có tính mở, phù hợp với điều kiện thực
tế tại Việt Nam.
NGN-Mobile là xu hướng tất yếu cho các mạng di động hiện nay, nhưng
lại là một lĩnh vực rất mới, hạn chế về tài liệu. Hơn nữa, phạm vi của luận văn
đòi hỏi phải tiếp cận nhiều cấu trúc hệ thống trong một phạm vi rộng. Chính vì
vậy, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự chỉ
bảo, góp ý của các Thầy, Cô và các đồng nghiệp.
Để hoàn thành luận văn này tôi đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều của các
Thầy, Cô và đồng nghiệp. Qua đây, cho tôi gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô
trong khoa Điện tử - Viễn thông, Đại học Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội, các
bạn bè, đồng nghiệp tại: Ban Viễn thông-VNPT, công ty Vinaphone,
Mobiphone, Viettel, VTI, VTN… Đặc biệt, cho tôi gửi lời biết ơn sâu sắc đến
Thầy Nguyễn Cảnh Tuấn, người đã hết sức tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận
văn này.
Học viên

Lê Việt Hà


3


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC MẠNG MOBILE HIỆN TẠI
1.1. KHÁI QUÁT QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CÁC MẠNG MOBILE
Một thế hệ thông tin di động mới thường được đánh dấu bằng những cải
tiến quan trọng về đặc điểm cấu trúc và tính năng hoạt động. Trong lịch sử, các
mạng mobile đã phát triển qua ba thế hệ. Các thế hệ mobile thường được định
nghĩa thông qua các công nghệ giao tiếp không gian, công nghệ truyền tải, cũng
như khả năng cung cấp dịch vụ tới người dùng.
Để có cái nhìn khái quát về quá trình phát triển của các thế hệ thông tin di
động, có thể mô tả một cách tổng quan các thế hệ mobile, các công nghệ truyền
tải và các ứng dụng của nó như sau:

Hình 1.1 Xu hướng công nghệ và ứng dụng của các mạng Mobile
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)
Ở thế hệ thứ nhất: công nghệ sử dụng dựa trên cơ sở tế bào tương tự
(analog cellular technology). Thế hệ di động này đáp ứng các ứng dụng điện
thoại di động cơ bản, dựa trên công nghệ truy cập phân chia theo tần số (FDMA)
để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động. Nhược
điểm của các hệ thống này là chất lượng thấp, vùng phủ sóng hẹp và dung lượng
nhỏ. Các hệ thống này phát triển ở cả Châu Âu, Bắc Mỹ và Nhật Bản. Có thể
đưa ra một số mạng di động tiêu biểu của thế hệ 1G như sau:
- Hệ thống di động tổ ong tương tự đầu tiên của hãng NTT được đưa ra
năm 1979.
4

- Tiếp sau đó, hệ thống điện thoại di động của Bắc Âu (NMT-Nordic
Mobile Telephone) được đưa vào khai thác năm 1981. Hệ thống này hoạt động ở
cả hai băng tần 450-900MHz.
- Năm 1983, Mỹ cho ra đời hệ thống thông tin di động tiên tiến (AMPS-
Advance Mobile Phone System). Tiếp theo, năm 1985, hệ thống thông tin truy
nhập tổng thể (TACS-Total Access Communication) được bắt đầu sử dụng ở
nước Anh và sau đó là ở Đức.
- Năm 1991, Mỹ phát triển hệ thống AMPS thành hệ thống AMPS băng
hẹp N-AMPS (Narrowband AMPS). Với một số thay đổi về băng tần, hệ thống
N-AMPS có thể phục vụ nhiều thuê bao hơn mà không cần thêm các cell mới.
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G)
Các mạng vô tuyến thế hệ thứ 2 bắt đầu xuất hiện từ đầu những năm 1990.
Chúng có những cải tiến đáng kể so với các mạng vô tuyến 1G. Trong đó, công
nghệ truyền dẫn và xử lý tín hiệu số được sử dụng nhằm tăng cường dung lượng
hệ thống vô tuyến và nâng cao hiệu suất phổ.
Các tiêu chuẩn cho mạng lõi và mạng truy nhập được cải tiến để nâng cao
chất lượng thoại, hỗ trợ chuyển vùng giữa các mạng của các nhà khai thác khác
nhau và giữa các quốc gia với nhau.
Các mạng tiêu biểu cho 2G có thể kể đến như sau:
- Tại Bắc Mỹ: Hai tiêu chuẩn 2G chính được đưa ra trong những năm
1990 là: IS-136 cho các hệ thống Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
và IS-95 cho các hệ thống Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA).
- Tại Châu Âu: Các quốc gia Châu Âu quyết định cùng tham gia phát triển
bộ tiêu chuẩn cho hệ thống vô tuyến 2G và mạng lõi 2G để thay thế các hệ thống
vô tuyến 1G đã được sử dụng tại Châu Âu. Kết quả là GSM (Global System for
Mobile communications) ra đời. GSM hoạt động ở băng tần 900Mhz và
1800Mhz ở Châu Âu và băng tần 800Mhz và 1900Mhz tại Mỹ.
- Năm 1993, NTT đưa ra tiêu chuẩn di động số đầu tiên của nước này
(JPD-Japanish Personal Digital Cellular System) và phát triển hệ thống thông tin

5


di động số cá nhân (PDC-Personal Digital Cellular) với băng tần hoạt động là
900-1400MHz.
Hệ thống thông tin di động thế hệ 2,5G
Trong quá trình phát triển của mình, rất nhiều mạng di động thế hệ 2G đã
ứng dụng công nghệ chuyển mạch gói (những mạng 2G tích hợp công nghệ
chuyển mạch gói này còn được biết đến với cái tên 2,5G). Đây có thể coi là một
bước ngoặt đáng kể trong quá trình chuyển tiếp giữa 2G và 3G và có tác động rất
lớn đến những người sử dụng dịch vụ.
Vào năm 1999, DoCoMo lần đầu tiên đưa ra dịch vụ I-mode, đặt dấu mốc
quan trọng trong việc chuyển đổi từ 2G sang 2,5G. Đây được coi như một động
lực hướng đến người dùng của nhà cung cấp dịch vụ. I-mode đã trở thành dịch
vụ đầu tiên trên thế giới cho phép các thiết bị cầm tay thông minh sử dụng trình
duyệt định vị và truy cập các trang web. Các cải tiến trong các dịch vụ dữ liệu
không dây, dạng gói, cho phép một người dùng có thể sử dụng dịch vụ trên nhiều
thiết bị cầm tay khác nhau. Thêm vào đó, chức năng tính toán di động của các
dịch vụ này cũng cho phép người dùng thực hiện các tiện ích đa dạng khác như:
Telephone Banking, đặt chỗ máy bay, giao dịch chứng khoán, gửi/nhận thư điện
tử, chơi game, xem các bản tin thời tiết, truy cập web…
Một hệ thống tiêu biểu trong các tiện ích tính toán di động có thể kể đến là
DPC-P (Pesonal Digital Cellunar Packet). Trong hệ thống DPC-P người ta sử
dụng các gói dữ liệu trên giao diện không gian, trong khi vẫn sử dụng mạng
chuyển mạch kênh DPC. Điều này cho phép người sử dụng có thể tùy chọn các
dịch vụ dữ liệu trên cơ sở gói. Dịch vụ I-mode hoạt động trên cơ sở các dịch vụ
gói này, nhờ vào đó nó vẫn tiếp tục gặt hái được những thành công.
Tiếp theo sự thành công của mạng DPC-P, GPRS-General Packet Radio
Service được biết như một dịch vụ giá trị gia tăng phi thoại. Dịch vụ này cho
phép người sử dụng có thể gửi và nhận thông tin qua mạng thông tin di động.

Mạng thông tin di động 2,5G có thể dễ dàng kết nối và gửi, nhận thông tin
ngay lập tức. Chính vì vậy, các thiết bị mobile 2,5G còn được gọi như các thiết
bị “mọi lúc, mọi nơi – always connected, always on” [8]. Các kết nối dịch vụ
6


Internet cung cấp cho người sử dụng trong mạng 2,5G được coi là một chức
năng nhảy vọt trong quá trình phát triển của mạng mobile.
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G)
Ngày nay, các mạng thông tin di dộng ngày nay đang tiến tới một hệ thống
thế hệ thứ ba (3G). Các mạng di động 3G với đặc điểm: có khả năng mang dung
lượng thoại lớn hơn, kết nối dữ liệu di động tốc độ cao hơn, sử dụng các ứng
dụng đa phương tiện Các hệ thống di động thế hệ này cũng cung cấp các dịch
vụ thoại với chất lượng tương đương các hệ thống hữu tuyến và dịch vụ truyền
số liệu có tốc độ từ 144Kbps đến 2Mbps (lớn hơn rất nhiều tốc độ 9,6 kbps ở
mạng 2G và lớn hơn vài chục lần so với mạng 2,5G).
Các tiêu chuẩn về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đã được ITU-R
tiến hành chuẩn hoá cho IMT-2000. Tại thời điểm hiện tại, mạng di động 3G dã
được triển khai ở một số Quốc gia trên thế giới và một số Quốc gia khác cũng
sớm triển khai mạng này trong tương lai gần.
Hệ thống thông tin di động 3,5G và 4G
Hệ thống 3,5G là sự nâng cấp của 3G sử dụng các công nghệ như công
nghệ truy cập gói dữ liệu tốc độ cao HSPDA (High Speed Downlink Packet
Acces), song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex) và các
công nghệ đặc quyền như Flash OFDM.
Mạng 3,5G và 4G là một sự hội tụ của nhiều công nghệ mạng hiện có và
đang phát triển như 2G, 3G, WiMAX, Wi-Fi, IEEE 802.20, IEEE 802.22, pre-
4G, UMB, satellite… Nó không hẳn chỉ giới hạn như là một mở rộng của mạng
tế bào.
Với các công nghệ tiên tiến, thế hệ mạng 3,5G/4G mang tính chất hội tụ rõ

nét để cung cấp kết nối vô tuyến đúng nghĩa: rộng khắp, mọi lúc, mọi nơi, không
kể mạng thuộc nhà cung cấp nào, không kể người dùng đang dùng thiết bị di
động gì. Người dùng trong các mạng thuộc thế hệ này có thể kết nối mạng bất cứ
nơi đâu với tốc độ cao, giá thành thấp, dịch vụ chất lượng đảm bảo và mang tính
đặc thù cho từng cá nhân.

7


1.2. MẠNG MOBILE CÔNG NGHỆ GSM
Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile
Communications) là một tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động số toàn Châu
Âu đã được ETSI (European Telecommunication Standard Institute - Viện tiêu
chuẩn viễn thông châu Âu) phát triển. Đây là một trong những công nghệ mạng
điện thoại di động phổ biến nhất trên thế giới. Cho đến nay, công nghệ này có
hơn 2 tỷ thuê bao sử dụng trên phạm vi toàn thế giới. Giao tiếp vô tuyến của
GSM dựa trên công nghệ TDMA (Đa truy nhập phân chia theo thời gian) kết hợp
với FDMA (Đa truy nhập phân chia theo tần số). Ưu điểm của công nghệ GSM
là ngoài việc truyền âm thanh và truyền số liệu với chất lượng cao còn cho phép
dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau do
công nghệ GSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở để tạo thuận lợi cho các
nhà cung cấp dịch vụ.
1.1.2. CẤU TRÚC ĐỊA LÝ MẠNG GSM
Trong hệ thống GSM, mạng được phân chia thành các phân vùng địa lý,
bao gồm: Tế bào (cell), các vùng định vị (LA), các vùng dịch vụ (MSC/VLR) và
các vùng mạng (PLMN).
1.2.1.1. VÙNG MẠNG PLMN
Phân cấp đầu tiên trong các vùng địa lý GSM là vùng mạng PLMN
(Public Land Mobile Network). Đây là vùng dịch vụ mà tại đó vùng phục vụ
thuộc một nhà khai thác dịch vụ. PLMN có thể là một hay nhiều vùng trong một

quốc gia tùy theo kích thước của vùng phục vụ.

Hình 1.2 Phân cấp cấu trúc địa lý và phân vùng mạng PLMN - GSM
8


Các đường truyền kết nối giữa mạng di động GSM/PLMN và các mạng
khác đều ở mức tổng đài trung kế Quốc gia hay Quốc tế. Tất cả các cuộc gọi vào
hay ra mạng GSM/PLMN đều được định tuyến thông qua tổng đài vô tuyến cổng
G-MSC (Gateway - Mobile Service Switching Center).
1.2.1.2. VÙNG DỊCH VỤ MSC/VLR
Vùng dịch vụ MSC/VLR là một phần của mạng GSM. Nó là vùng phục vụ
của một MSC. Mọi thông tin để định tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động hiện
đang trong vùng phục vụ của MSC được lưu giữ trong bộ ghi định vị tạm trú
VLR. Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng dịch vụ
MSC/VLR.
1.2.1.3. VÙNG ĐỊNH VỊ

Hình 1.3 Vùng dịch vụ và vùng định vị trong GSM
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị LA
(LA - Location Area). Vùng định vị là một phần của vùng dịch vụ MSC/VLR,
mà ở đó một MS có thể hoạt động mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho
tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này.
Vùng định vị này là một vùng mà ở đó thông báo tìm gọi sẽ được phát
quảng bá để tìm một thuê bao di động bị gọi. Vùng định vị LA được hệ thống sử
dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động.
1.2.1.4. CELL (Tế bào)
Vùng định vị được chia thành một số cell (tế bào) mà khi MS di chuyển
trong đó thì không cần cập nhật thông tin về vị trí với mạng. Cell là đơn vị cơ sở
9

của mạng, là một vùng phủ sóng vô tuyến. Mỗi cell được quản lý bởi một trạm
vô tuyến gốc BTS.
1.2.2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GSM

Hình 1.4 Cấu trúc vật lý mạng GSM
Có rất nhiều thành phần trong một mạng thông tin tế bào. Tuy nhiên, cấu
trúc của một hệ thống GSM có thể phân chia thành bốn phân hệ chính như sau:
ü Phân hệ chuyển mạch (Switching System – SS)
ü Phân hệ trạm gốc (Base Station System- BSS)
ü Trạm di động (Mobile Station – MS)
ü Phân hệ quản lý (Operation and Support System - OSS)
1.2.2.1. PHÂN HỆ CHUYỂN MẠCH - SS
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, đôi khi phân hệ này còn được gọi là mạng lõi CN (core
network) của hệ thống. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những
người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.
Phân hệ chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng chính sau:
ü Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC
ü Thanh ghi định vị thường trú HLR
10


ü Thanh ghi định vị tạm trú VLR
ü Trung tâm nhận thực AuC
ü Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR
1.2.2.1.a Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động - MSC
MSC (Mobile services Switching Center) đảm nhiệm các chức năng

chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi
đến những thuê bao của GSM. Trong quá trình xử lý, MSC vừa giao tiếp với
phân hệ BSS đồng thời cũng giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC
(Gateway MSC). Chức năng chính của tổng đài MSC là:
ü Xử lý cuộc gọi (Call Processing)
ü Điều khiển chuyển giao (Handover Control)
ü Quản lý di động (Mobility Management)
ü Tương tác mạng IWF (Interworking Function)
Để kết nối MSC với các mạng khác, cần phải tương thích các đặc điểm
truyền dẫn của GSM với các mạng này và được gọi là các chức năng tương tác
IWF (Interworking Function). Đây thực chất là thiết bị thích ứng giao thức và
truyền dẫn. Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN (Packet Switched Public
Data Network), hay CSPDN (Circuit Switched Public Data Network).
1.2.2.1.b Bộ ghi định vị thường trú (HLR - Home Location Register)
Là cơ sở dữ liệu rất quan trọng của mạng lõi GSM, tại đây lưu trữ các số
liệu và địa chỉ nhận dạng cũng như các thông số nhận thực thuê bao trong mạng.
Các thông tin lưu trữ trong HLR gồm: nhận dạng thuê bao IMSI, VLR hiện thời,
trạng thái thuê bao, khoá nhận thực và chức năng nhận thực. HLR chứa những
cơ sở dữ liệu bậc cao của tất cả các thuê bao trong GSM. Những dữ liệu này
được truy nhập bởi các MSC và VLR của mạng.
1.2.2.1.c Bộ ghi định vị tạm trú (VLR - Visitor Location Register)
VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM. VLR được kết nối với một
hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu trữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê
bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng, đồng thời lưu trữ số
liệu về vị trí của các thuê bao nói trên. Về thực chất, VLR chính là cơ sở dữ liệu
11


trung gian, lưu trữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR,
được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR. VLR bao gồm:

ü Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, TMSI.
ü Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS
ü Danh sách các dịch vụ mà MS được và bị hạn chế sử dụng
ü Trạng thái của MS ( bận/rỗi- busy/idle)
1.2.2.1.d Trung tâm nhận thực ( AuC - Aunthentication Center)
Chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các số nhận thực và các khoá
mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đường vô tuyến cũng được AuC cung cấp mã
bảo mật để chống nghe trộm, các mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê
bao.
Cơ sở dữ liệu của AuC còn lưu trữ thông tin khác khi thuê bao đăng ký
nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ,
tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép.
Khi đăng ký thuê bao, khoá nhận thực Ki sẽ được ghi nhớ vào Simcard
của thuê bao cùng với IMSI của nó. Đồng thời khoá nhận thực Ki cũng được lưu
giữ ở trung tâm nhận thực AuC để tạo ra bộ ba thông số cần thiết cho quá trình
nhận thực và mật mã:
- Số ngẫu nhiên RAND
- Mật khẩu SRES: tạo ra từ Ki và số ngẫu nhiên RAND bằng thuật toán A3
- Khoá mật mã Kc: tạo ra từ Ki và số ngẫu nhiên RAND bằng thuật toán A8
1.2.2.1.e. Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị (EIR - Equipment Identity Register)
Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị
EIR, tại đây lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến phần di động ME của trạm di
động MS. EIR liên kết với MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp
lệ của thiết bị. Thủ tục này được thực hiện bằng cách so sánh tham số IMEI
(International Mobile Equipment Identity) của thuê bao với với số IMEI hợp lệ,
lưu giữ trong EIR, chỉ các thuê bao có số IMEI tươngthích mới được phép truy
nhập vào mạng.
12

1.2.2.2. PHÂN HỆ TRẠM GỐC BSS
BSS (Base Station Subsystem) có chức năng:
- Giám sát các đường ghép nối vô tuyến, liên kết kênh vô tuyến với máy
phát và quản lý cấu hình của các kênh này.
- Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đường ghép nối (Frequency
Hopping) và sự thay đổi công suất phát vô tuyến.
- Thực hiện mã hoá kênh và tín hiệu thoại số, phối hợp tốc độ truyền tin.
- Quản lý quá trình chuyển giao (Handover).
- Thực hiện bảo mật kênh vô tuyến.
Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm:
• TRAU : Bộ chuyển mã và phối hợp tốc độ.
• BSC (Base Station Controler): Bộ điều khiển trạm gốc.
• BTS (Base Transceiver Station): Trạm thu phát gốc.
1.2.2.2.a. Khối BTS (Base Tranceiver Station):
Một BTS bao gồm các thiết bị thu/phát tín hiệu sóng vô tuyến
(Tranceiver), anten và bộ phận mã hóa và giải mã giao tiếp với BSC. BTS là
thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin
với MS qua giao diện vô tuyến. Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực phủ
sóng nhất định gọi là tế bào (cell). BTS thực hiện các chức năng sau:
• Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến
• Quản lý giao thức cho liên kết số liệu giữa MS và BSC
• Vận hành và bảo dưỡng trạm BTS
• Cung cấp thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp A-bis
1.2.2.2.b Khối BSC (Base Station Controller):
BSC có chức năng quản lý toàn bộ giao diện vô tuyến thông qua các lệnh
điều khiển. Các lệnh này bao gồm lệnh gán/giải phóng kênh vô tuyến và chuyển
giao (Handover). BSC giao tiếp với MSC của phân hệ SS thông qua giao diện A,
và sử dụng giao diện A.bis để giao tiếp với BTS. Một BSC có thể quản lý vài
chục BTS tuỳ theo lưu lượng các BTS này.
13

1.2.2.3.c Khối TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit)
Khối thích ứng và chuyển đổi mã, thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ
các kênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn
(64 Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài. TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã
hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực
hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của
BTS, nhưng cũng có thể được lắp đặt cách xa BTS và đôi khi còn có thể được
lắp đặt trong BSC và MSC.
1.2.3. TRẠM DI ĐỘNG (MS - Mobile Station)
Trạm di động là thiết bị được các thuê bao sử dụng. MS có thể là: máy
cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô tô Ngoài việc thực hiện các chức
năng vô tuyến và xử lý cho giao diện vô tuyến, MS còn cung cấp các giao diện
với người sử dụng (micrô, loa, màn hiển thị, bàn phím…) để quản lý cuộc gọi,
hoặc giao diện với một số các thiết bị khác. Ba chức năng chính của MS là:
• Thực hiện chức năng truyền dẫn qua giao diện vô tuyến.
• Hoạt động như bộ thích ứng đầu cuối liên kết thiết bị đầu cuối với
kết cuối di động.
• Thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng GSM.
Về cấu trúc, mỗi MS gồm hai phần: Module nhận dạng thuê bao SIM
(subscriber Identity Module) và thiết bị di động ME (Mobile Equipment).
ME là một module phần cứng và phần mềm bao gồm các bộ phận báo
hiệu, thu/phát tín hiệu Tại ME không chứa các tham số liên quan đến khách
hàng, mà tất cả các thông tin này được lưu trữ trong SIM.
SIM là một module riêng được tiêu chuẩn hoá trong GSM. SIM chứa các
tham số liên quan đến thuê bao. SIM thực chất là một vi mạch chuyên dụng gắn
trên thẻ, gọi là Simcard. Đây là một module rời có thể tháo hoặc lắp dễ dàng trên
mỗi ME. SIM đảm nhiệm các chức năng sau:
+ Lưu giữ khoá nhận thực thuê bao Ki cùng với số nhận dạng trạm di động

quốc tế IMSI, nhằm thực hiện các thủ tục nhận thực và mã hoá thông tin.
14


+ Khai thác và quản lý số nhận dạng cá nhân PIN (Personal Identity
Number): xác định quyền sử dụng của người sở hữu hợp pháp. PIN là một
số gồm từ 4 đến 8 chữ số, được nạp bởi nhà khai thác khi đăng ký lần đầu.
1.2.4. PHÂN HỆ QUẢN LÝ - OSS
Phân hệ khai thác OSS thực hiện ba chức năng chính sau:
+ Khai thác và bảo dưỡng mạng: cho phép nhà khai thác mạng giám sát
toàn bộ hoạt động của mạng như: giám sát lưu lượng cuộc gọi, quản lý số lượng
thuê bao trên từng ô tế bào, phân quyền truy cập thuê bao Thông qua chức
năng này, nhà cung cấp dịch vụ có thể giám sát được toàn bộ hệ thống và kịp
thời xử lý các sự cố. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên
nguyên lý TMN (Telecommunication Management Network). Theo đó, hệ thống
khai thác và bảo dưỡng liên kết đến các phần tử của mạng để thực hiện chức
năng giám sát. Các thông số giám sát được kết nối đến một máy chủ đóng vai trò
giao tiếp người máy OMC (Operation and Maintenance Center). Tại đây, sẽ điều
khiển toàn bộ quá trình hoạt động của mạng.
+ Quản lý thuê bao: bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao.
Trong đó, bao gồm các công việc bổ sung và loại bỏ thuê bao, tính cước cuộc
gọi… Quản lý thuê bao trong mạng GSM liên quan đến HLR và một số thiết bị
tại OSS.
+ Quản lý thiết bị di động: quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ
đăng ký nhận dạng thiết bị EIR. Tại đây lưu trữ toàn bộ dữ liệu liên quan đến
trạm di động MS.
1.3. MẠNG MOBILE CÔNG NGHỆ CDMA
CDMA - Code Division Multiple Access, còn được gọi là phương thức Đa
truy nhập phân chia theo mã, đây là một phương thức đa truy nhập vào kênh
truyền vật lý, sử dụng kỹ thuật phân chia theo mã. Lý thuyết CDMA đã được xây

dựng từ thập niên 50 thế kỷ trước và được ứng dụng trong thông tin quân sự từ
những năm đầu thập niên 60. Trong kỹ thuật CDMA, mỗi thuê bao sẽ được gán
một mã duy nhất. Nhờ mã trải phổ này, tín hiệu của mỗi thuê bao sẽ được dàn
trải trên toàn dải tần. Tín hiệu truyền sẽ là tín hiệu chồng chập của nhiều người