Sự phát triển của thông tin di động GSM lên 3G và vấn đề an ninh trên mạng GSM

KHOA CÔNG NGHỆ
____________
£0 '
Đ A I H Ọ C Q U O C G I A H A N Ọ I
Nguyẻn Công Thái
S ự PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
VÀ VẤN ĐỂ AN NINH TRÊN MẠNG GSM.
("HUYÊN NGÀNH: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc
MÃ SỐ: 2.07.00
LUẬN VÃN THẠC sĩ
NGUỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Nguyễn Tất Đắc
HÀ NỘI - 2004
• l.uán vãn tốt nghiẽp -
Mue lue
M ỤC LỤC
LÒI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
MỤC LỤC BẢNG B iể u
MỤC LỤC HÌNH V Ẽ
THUẬT NGỬVIẾT TẮT
MỎ ĐẦU
CM LONG 1: TỔNG QUAN VỀ GSM VÀ 3G

1.1. Thông Ún di động và sự hình thành tiêu chuẩn GSM:
1.2. Lịch sử hình thành GSM:
1.3. Tiêu chuẩn GSM:
1.4. Hoạt động của GSM:
1.5. GPRS con đường tát yếu đc CìSM phát (riổn lên 3G: [3]
] .5.1. GPRS bổ sung dịch vụ truyền số liệu cho GSM:
1.5.2. Các khối chức năng Irong mạng GPRS:

1.5.3. Hoạt động của GPRS:
1.6. Mạng di động thế hệ ihứ ha (3G): [5]
1.6.1. Tóm tắt về UMTS:
1.6.2. Triển vọng cùa thế hệ thứ ba (3G): [8|
1.6.3. Lộ trình tiến tới 3G: [5]
1.6.3.1. Từ GSM:
1.6.3.2. Từ CDMA:
1.6.3.3. Từ TDMA:
1.6.4. Lợi ích cùa 3G: [81
1.6.5. Một số quan điểm về 3G: [8]
1.6.6. Lộ irình chuyên dổi 2G-2.5G-3G: [8]
1.7. Mạng di động 3G ở Việt Nam:
1.7.1. Lựa chọn tiêu cluùiii, công nghệ chơ mạng di động 3G ờ Việt Nam:
1.7.2. Thử nghiệm 3G tròn mạng MobiFonc:
I
2
6
. . 7
9
1 I
12
12
15
16
16
18
19
20
22
24

25
26
26
27
27
27
27
28
28
29
30
31
- Luân vãn tót imhiêp -
Muc [ịịc
1.8. Số liệu thực tế về thông tin di dộng trên thế giới: [8|
32
CHUƠNG 2: MÃ HOÁ VÀ BẢO MẬT THÔNG TIN 34
2.1. Đặc điểm chung của các phương (hức mà hóa: [2] 34
2.1.1. Nhận thực (Authentication): 35
2.1.2. Phàn quyền (Authorization): 35
2.1.3. Bảo mật (Confidential): 35
2.1.4. Tính toàn vẹn (Integrity): 36
2.1.5. Tính không thế phủ nhận (Nonreputation): 36
2.1.6. Tính sẩn sàng (Availability): 36
2.2. Các phương thức mã hóa: [11 36
2.2.1 Các thuật toán đối xứng: 36
2.2.2. Mã hoá khối 37
2.2.3 Mã hoá luồng 37
2.2.4. Phương thức mã hóa dùng khoá báo mật (Secret Key Crytography)

38
2.2.5. Phương thức mã hóa dùng khoá công khai (Public-Key Crytography)

39
2.2.6. Phương thức mã hoá mội chiều - thuật toán Băm 42
2.2.7. Mã xác thực bản tin - MAC (Message Authentication Codes)

44
2.3. Độ dài khoá mật m ã: 44
2.4. An toàn thông tin hằng mật mã: í 15) 45
2.4.1. Vai trò của hệ mật mã:
46
2.4.2. Các thành phần của hệ mật mã: 46
2.4.3. Phàn loại các hệ mật mã: 47
2.4.4. Tiêu chuẩn đánh giá hệ mật mã: 47
2.4.5. Tiêu chuẩn đánh giá thiết bị mật mã: 47
2.5. Các ứng dụng của mã hoá trong việc đảm hào an toàn thông tin: [ I ] 48
2.5.1. Mã hóa và giải mã dữ liệu: 48
2.5.2. Xác thực bân tin: 48
CHUỒNG 3: GIAO TIEP VÔ TUYÊN TRONG MẠNG G S M
50
3
3.1. Kênh vô tuyến trong mang GSM: [20J 51
3.1.1. Kênh vật lý (Physical channels): 51
3.1.2. Kênh logic (Logic channels):
52
3.1.2.1. Kênh lưu lượng (Traffic channels): 53
3.1.2.2. Kênh Điều khiển (Control channels): 53
3.2. Cấu trúc khung TDMA, kiểu kênh, kiểu Burst trong mạng CỈSM:

55
3.3. Mã hoá tiếng, mã hoá kênh và ghép xen:
58
3.3.1. Mã hoá tiếng: 58
3.3.2. Mã hoá kênh và ghép xen: 59
3.4. Cấu trúc vùng địa giới của mạng GSM: 60
3.4.1. Vùng phục vụ MSC/VLR: 60
3.4.2. Vùng định vị LA (Local Area): 60
3.4.3. Ô (Cell): 60
CHUONG 4: AN TOÀN THÔNG TIN TRONG MẠNG GSM 61
4.1. Giới thiệu: 61
4.2. Cấu trúc mạng và chức nâng các khối trong mạng GSM: 1121

61
4.3. Mô tả về các cấu trúc bào mật cúa GSM:
65
4.3.1. Các dữ liệu sử dụng trong giao thức nhận thực của CÌSM:

66
4.3.2. Thủ tục nhận thực: 67
4.3.2.1. Thiết lập ban đầu: 67
4.3.2.2. Nhận thực thuê bao: 69
4.3.3. Báo hiệu và bảo mật dữ liệu: 70
4.3.4. Bào mật nhận dạng thuê bao:
71
4.3.5. Bảo mật thiết bị đầu cuối: 72
4.3.6. Bào mật kết nối: 73
4.4.Các thuật toán mật mã hoá trong GSM: 74
4.4.1. Thuật toán nhận thực A3: 74
4.4.2. Thuật toán tạo khóa mật mã A8: 75

- Luàn vãn tôt nghiên_________________________________________________________ Mue lue
4
4.4.3. Thuật toán mã hóa A 5: 76
4.4.4. ưu điếm của thuật toán mã hóa A5 trong GSM:

76
4.4.5. Độ dài khoá mật m ã: 77
4.4.6. Hạn chế xuất khẩu công nghệ mật mã hoá:
77
4.5. Kêi luận: 78
CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH CÁC GIẢI PHÁP AN TOÀN THÔNG TIN TRONG
MẠNG DI ĐỘNG GSM 79
5.1. Các tliông tin về hào mật thông tin cùa GSM: 80
5.1.1. Thòng tin về thuật toán A5: 80
5.1.2. Nhận xét về thuật toán A3 và A8 (thuật toán COMPỈ28) 83
5.2. Các phương thức tấn công bảo mật thông tin cùa GSM:

83
5.2.1. Phương pháp tấn công trực tiếp vào A 3: 83
5.2.2. Tấn công truy cập mạng báo hiệu: 84
5.2.3. Nhân bán SIM: 85
5.2.4. Trích khóa ircti giao diện vô tuyến (BTS già):
85
5.2.5. Trích khóa từ AuC: 86
5.3. Đánh giá về an ninh và nhận thực trong GSM: 86
5.3.1. Các nhược điểm của Cơ câu an ninh GSM: 87
5.3.2. Các nhược điểm của Cơ cấu an ninh trong 2G: 87
5.3.3. Các giải pháp nâng cao an loàn thông tin trong GSM:

87

5.3.4. An toàn thông tin trên mạng GSM ở Việt N am: 90
5.3.5. Kết luận: 90
5.4. An ninh mạng GPRS - Đặc điểm an ninh trong thòng tin di dộng thế hệ 3:

90
5.4.1. An ninh mạng GPRS: 90
5.4.2. An ninh trong 3G :
91
5.5. Kết luận: 92
KẾT LUẬN 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO 94
- Luân vãn lốt nghiệp -________________________________________________________Mac luc
5
- Luân ván tốt nghiép - Muc Inc
MỤC LỤC BẢNG BlỂU
Bảng 2.1 Mã hoá đối xứng sử dụng khoá bí mật 39
Bảng 2.2: Các thuật toán public-key thông dụng 41
Bàng 2.3 Đặc điểm mã hóa khóa công khai và mã hóa khóa đối xứng

42
Bảng 2.4: Một số thuật toán hashing thông dụng

43
Bảng 2.5: Thời gian tìm kiếm khoá mật mã với các độ dài khoá khác nhau

44
Bàng 4.1: Các khuyến nghị dành cho an ninh trên mạng GSM 62
Bâng 4.2: Thời gian tìm kiếm khoá mật mã với các độ dài khoá khác nhau

77

6
I.uán vãn lõi nghiõp -
Mac [lie
MỰC LỤC HÌNH VẼ
I lình 1.1: Cấu trúc ô tế bào trong GSM
13
Hình 1.2 Cấu trúc tổng quan của mạng GSM 17
Hình 1.3: Các phần tử và giao diện chính của một mạng GSM có hỗ trợGPRS

21
Hình 1.4: Các lộ trình chuyển dổi 2G-2.5G-3G 29
Hình 1.5: Mạng 3G thử nghiệm tại VMS 31
Hình 2.1: Thanh ghi dịch phản hổi tuyến tính 4 hit 38
Hình 2.2: - Phương thức mã hóa đối xứng 38
ninh 2.3: - Phương thức mã hóa phi đối xứng
41
Hình 2.4 - Mã hóa dùng hàm băm một chiều 43
Hình 2.5(a)_ Tiếp cận theo định hướng tuyến. (Link .Oriented)

45
Hình 2.5(b) - Tiếp cận nút tới nút (End - to - End)

46
I lình 2.6: Mã hóa khóa công khai: bí mật, xác thực và chữ ký

49
I lình 2.7: Sử dụng MAC: bí mật, xác thực đối với bản m ã 49
Hình 3.1: Kênh vật lý trong GSM 52
Hình 3.2: Kênh logic trong GSM 55
Hình 3.3: Câu trúc khung TDMA trong GSM 56

Hình 3.4: Cấu trúc cụm thường (normal burst) 57
Hình 3.5: Cấu trúc cụm hiệu chỉnh tần số 57
Hình 3.6: Cấu Irúc cụm đồng hộ 58
Hình 3.7: Câu trúc cụm thâm nhập 58
Hình 3.8: Sơ đổ mã hóa tiếng, mã hóa kênh và bảo mật
59
Hình 3.9: Sơ dồ mã hóa kênh 60
Hình 4.1: Tổng quan về mạng di động GSM 64
Hình 4.2: Phân bổ các thõng số an ninh trong mạng GSM 66
Hình 4.3: Tạo bộ ba Kc/SRES/RAND 67
Hình 4.4: Thuật toán thiết lập ban đầu 68
7
Hình 4.5: Cơ chê nhận thực trong GSM 70
1 lình 4.6: Cơ chế tạo khoá mật m ã 70
I lình 4.7: Quá trình mã hóa và giãi mã dữ liệu 71
Hình 4.8: Cơ chế phân bổ lại TMSI 72
Hình 4.9: Quá trình nhận dạng thiết bị đầu cuối
73
Hình 4.10: Thủ lục cập nhật vị trí 74
I lình 4.11: Thuật toán A3 và A 8 75
Irinh 5.1: Sơ dồ khối thuật toán A5 82
Hình 5.2: Cấu trúc thanh ghi LFSR1 82
: Luân van tốt nahiẽp -
_______________________________________________________ Mue lue
8
- Luân vân rot nghiêp
Câc tluial naïf viel kit
THI ÂT NGÜVIÉT TÂT
A3: Authentication Algorithm
A5: Ciphering Algorithm

A8: Ciphering Key Generating Algorithm
3G: Third Generation
AMPS: Advanced Mobile Phone System
AUC: Authentication Center
BS:
Base Station
CBC: Cipher Block Chaining
CD MA2000 IxEV-DV: CDMA2000 phase 1 Evolution-Data Voice. (Data rate of 2
Mbps).
CDMA2000 lxEV-DO: CDMA2000 phase 1 Evolution-Data. (Data rate of 300-500
Kbps).
CDMA2000 lxRTT: CDMA2000 phase 1 Radio Transmission Technology. (Data rate
of 144 Kbps)
CDMA2000 3xRTT: CDMA2000 phase 3 Radio Transmission Technology. (Data rate
of 2 Mbps)
CEPT: European Conference of Post and Telecommunication Administrations
CFB: Cipher Feedback
CKSN:
Ciphering Key Sequence Number
DES: Data Encryption Standard
DSA:
Digital Signature Algorithm
ECB: Electronic Code Book
EDGE:
Enhanced Data Rate for GSM Evolution.
ETSI: European Telecommunications Standards Institute
OMSK:
Gaussian Minimum Shift Keying
GSM:
Group Special Mobile

GP:
Guard period
9
- Ltian van tot nghicp -
Car tlmat tmU vict lat
GPRS: General Packet Radio Services
HLR:
Home Location Register
HSCSD:
High Speed Circuit-Switched Data
I MSI:
International Mobile Subscriber Identity
IS-95:
Interim Standard No.95 (CDMA Cellular Standard)
IS-136:
Interim Standard No. 136 (TDMA Cellular Standard)
Kc:
Ciphering Key
Ki:
Individual Subscriber Authentication Key
LAI:
Location Area Identity
LFSR:
Linear Feedback Shift Register
MoU:
Memorandum of Understanding
MS:
Mobile Station
MSC:
Mobile Switching Center

NIST:
National Institute of Standards and Technology
( )MC: Operation and Maintenance Center
PDC:
Personal Digital Cellular
PDCP:
Personal Digital Cellular Packet data
PDP:
Packet Data Protocol
RAND: Random Number
RSA: Rivest, Shamir, Adleman
SHA:
Secure Hash Algorithm
SRES:
Signed Response
1 ACS: Total Access Communications System
TB:
Tail bit
TMSI:
Temporary Mobile Subscriber Identity
VLR: Visitor Location Register
10
- Luán vim lot nghiép Má (hill
M O D A li
Van dé bao mat ihóng tin trong các he thóng thóng tin, da tro nén hét stfc quan
trong, nó quyct djnh den sir thanh cóng va tính hüu hiéu cua các he thóng thóng tin. Dé thiic
hien van dé náy ngirói ta áp dung rát nhiéu các bien pháp kliác nhau tu nhüng phuong pháp
thü cóng vói các quy tác, quy iróc den nhüng phuong pháp hien dai có su tro giúp cüa các
phuong tién tính toan tién tién nhá't.
Trong máy nám gán dáy, truóc su phát trién cüa khoa hoc ky thuát da cho ra

doi nhiéu tliiét bi truyén thóng có chát luong cao, dem lai doanh thu Ion. dac biet la su
phát trien nhanh chóng cüa dich vu thóng tin di dóng, mót loai hinh thóng tin da va
dang mang tính toan cáu hoá. Vói so luong thué bao lón. dem lai nhiéu doanh thu cho
các nhá khai thác thi van dé bao mát thóng tin cho khách liáng va dám bao quyén loi
cho các nhá khai thác da tro nén khó khan va can thiét lion nhiéu.
Truóc tính hinh dó các nhá thiét kc he thóng da rát quan tám tói van dé bao
mat thóng tin. Nhiéu bien pháp ky thuát duoc áp dung nhu chóng tiép can, sao cliép
trái phép, bao ve thóng tin tren duóng truyén vv.
Dé góp phán vao viéc dánh giá dúng múc viéc bao dám an toan thóng tin trong
mang di dóng GSM ó Viet Nam. dé tai dat ra muc tiéu nghien cúu la: “Nghién cúu,
phán tích các khía canh bao mat thóng Un trong he thóng thóng tin di dóng GSM".
Day la mót cóng nghé mói va dang duoc áp dung piló bien tren the giói va ó Viet Nam.
Do thói gian lám luán van có han va trlnh do chuyén món chua nhiéu nén khóng the
tránh duoc mót so thiéu sót. Vi váy rát tnong nlian duoc sir góp y cüa các tháy va nhüng nguói
quan tám dé dé tai náy có the phát trién va duoc dua váo úng dung trong thue té.
Cuói cüng xin chán thanh cám on tháy giáo Ts. Nguyén Tát Dác dá tan tính
giúp dó trong quá trlnh hoán thanh dé tai náy.
Ha Nói, ngáy 10/05/2004.
- Luán vän tot naliiên
('lilítOii! li ion a (/lian vẽ (¡SM vú 30
CHƯ ƠNG 1: TỔN G QUAN VE GSM VÀ 3G
1.1. Thòng tin di động và sự hình thành ticu chuẩn GSM:
Hiện nay tốc độ phát triển mạng điện thoại di động rất nhanh. Trong vòng hơn
20 năm thông tin di động đã trở thành đối thủ cạnh tranh mạnh mẽ với mạng cố định
đã phát triển tới hơn 1ÜÜ năm. Theo một khảo sát của Ngân hàng Deutsche Bank
(Đức), cho đến hết quý I năm 2004 thuê bao GSM toàn cầu đã đạt 1 tỷ thuê hao, COI1
số này đã góp phần đem lại mức doanh Ihu 277 tv USD năm ngoái và dự kiến sẽ tăng
lẽn tới 500 tỷ USD năm 2005. Sự phát trien nhanh của mạng điện thoại di độns - với
tốc độ phát triển diển hình là 40% năm - là động lực đê phát trien còng nghệ đê hỗ trợ
các dịch vụ trên nền di động.

Bất kỳ hệ thống nào dựa trên truvền dẫn vò tuyến đều gặp phái hai yếu tố hạn
chế là:
1. Nguồn tài nguyèn phổ tần số hữu hạn: Giới hạn này đã được khắc phục
phần nào khi Viện nghicn cứu Bell (Bell Labs) phát minh ra kỹ thuật sử
dụng lại tần số vào những năm 1950. Nhưng phải đến dầu những năm
1980 với sự ra dời của vi xử lý phát minh này mới dược áp dụng vào
thực tế.
2. Cồng nghệ hiện có để khai thác nguồn tài nguyên này:
a. Công nghệ tẽ hào cho phép sử dụng có hiệu quá phổ tần số bằng
cách chia vùng phủ sóng địa lv thành các vùng nhỏ (hoặc tế bào),
mỗi vùng có trạm gốc riêng. Các tê bào được ghép nhóm vào
thành các cụm (Clustcr) và các kcnh vô tuyến được phân bố cho
mỗi cụm tương ứng với một quy luật không dối, lặp đi lặp lại
trong vùng phủ sóng (Hình 1.1).
h. Số lượng tế bào trong một cụm càng Iihỏ thì số kênh vô tuyến
trong một cụm càng lớn và đo đó khả năng truyền tái lưu lượng
của các tế bào càng lớn. Song có một nhược điếm là khoảng cách
giữa các cụm càng gần ihì nhiễu giữa các cụm càng lớn. Đối với
mỗi cấu hlnh, tỷ số giữa khoảng cách lặp trêu bán kính tế bào tỷ
lệ với tỷ số giữa cường độ tín hiệu trên nhiễu.
c. Hình dạng của các ỏ tế hào phụ thuộc vào vị trí địa lý của các
trạm gốc. cõng suất phát cùa từng trạm, dang anten phát (có hai
dạng anlen phát: An ten vỏ hướng và antcn định hướng).
12
Size depending on \yzeá co'xJitom
ard if of
• Ptcooell ứ < 100m
ỵ • MWaoodl <J < 1 km
‘ ! \ > Makroccil d<20km
____

, • HyperceU $ < 60 Km
• Overlaycell d < 4QŨ km
\h "
• irtaïton to* >■ 1 cell»
Hình 1.1: Cấu trúc ô tế bào trong GSM
Do tính chất di dộng nên thuê bao không có điểm kết nối cố định tứi mạng, và
đổ hỗ trợ chuyển vùng giữa các tế hào, tất cả các mạng di dộng cần triển khai một sô
hình thức quàn lý vị trí. Các mạng tế bào được chia thành các miền quản lý gọi là các
vùng định vị (LA) nhằm nhận dạng (tươns đối) khu vực mà người gọi đang đứng. Miền
quan lý chứa các bàn ghi thuê bao của khách hàng trong cơ sở dữ liệu thường trú
(home database) và cơ sớ dữ liệu này được dùng cho cả việc kết nối cuộc gọi và ghi
cước. Bất cứ sự chuyển giao nào cần thiết giữa các tế bào trong một cuộc gọi được giải
quyết bằng việc xử lý cuộc gọi trong phạm vi mạng.
Một số công nghệ hệ thống vô tuyến hiện đang được sử dụng:
■ Các hệ thống tương lự ( 1C») bao gồm:
- Hệ thống truyền thòng truy nhập toàn bộ (TACS - Total Access
Communication System)
— Hệ thống diện thoại di động tiên tiến (APMS - Advanced Mobile Phone
System).
■ Các hệ thống số (2G) bao gồm:
— Công nghệ GSM: GSM là hộ thống đa truy nhập phân chia theo thời gian
(TDMA) sử dụng 8 khe thời gian trên mỏi sóng mang. Phân cách các sóng
mang trong GSM là 200kHz. Các hệ thống GSM kiêu châu Âu hoạt động trên
hai băng tần 900MHz và 1800MHz: Hộ thống làm việc ớ băng tần 900MHz
được gọi là GSM-900. Hệ thống làm việc ở băng tần 1800MH/. được gọi là
GSM-1800 hay DCS-1800. Trong khi đó tại Mỹ, các hộ thống GSM làm việc ờ
bàng tần 1900MHz và được gọi tên là GSM-1900 hay PCS-1900.
- Công nghệ TDMA/IS-136: Công nghệ nàv trước dây được gọi là D-AMPS
(Digital Advanced Mobile Phone Service) hay NA-TDMA (North America
TDMA) được xác định bới Hiệp hội Công nghiệp Viền thông TIA

(Telecommunications Industry Association) tại Mỹ vào khoang nãm 1988.
- Luân vail tôt nghiệp -
_______________________________
Chươnỵ /. Toil í! (IIHIH vê GSM và 3(ì
13
- Luân van tốt nghiên
Chươnỵ Ị : Tổng quan về GSM và 3G
TDMA/IS-136 nhàm mục tiêu số hóa các hệ thống tương tự sử dụng công
nghệ AMPS còn khá phổ biến khi đó tại Bắc Mv. Đê dám bảo tươno thích với
các hệ thống AMPS, tiêu chuẩn TDMA/IS-136 cũng qui định phân cách các
sóng mang là 30kHz với 3 khe thời gian trên mỗi sóng mang. TDMA/IS-136
làm việc trên hai băng tần 800MHz và 1900MHz.
Còng nghệ PDC: Sự phát triển tiêu chuẩn di động tế bào số cá nhân PDC
(Personal Digital Cellular) được Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển các Hệ
thống Vô luven RCR (Research & Development Centre for Radio System),
tiền thân của Hiệp hội Công nghiệp vỏ tuyến và Phát thanh ARĨB
(Association of Radio Industries and Broadcasting) Nhật bàn, soạn thảo vào
khoảng năm 1990. PDC cũng là hệ thống đa truy nhập phàn chia theo thời
gian (TDMA) có nhiều điểm tương tự như TDMA/1S-136 với phân cách các
sóng mang là 25kHz, sử dụng 3 khe thời gian trên mỗi sóng mang nhằm đảm
bảo tương thích với các hệ thống di động tương tự còn đang hoạt động tại Nhật
bản. Các hệ thống PDC làm việc ớ băng tần 800MHz và 1500MHz.
Công nghệ CDMA/IS-95: CDMA/IS-95 là công nghệ đa truy nhập phàn chia
theo mã băng hẹp được Hiệp hội Công nghiệp Viễn thông TIA (Mỹ) xác định
vào khoang năm 1991 và sau đó dược sự chấp thuận của nhiều quốc gia khác,
dặc biệt là Hàn quốc và Nhật bản. CDMA/IS-95 sử dụng phương thức trải phổ
dãy trực tiếp DS/SS (Direct Sequence Spectrum Spreading), qui định phân cách
các sóng mang 1.25VII ỉ/, với tốc độ mã trái phổ là l,2288Mcps. Băng tán làm
việc của CDMA/IS-95 gồm hai dải: 800MHz và 1900MHz tương tự như tiêu
chuẩn TDMA/IS-136.

Nhìn chung, các tiêu chuẩn thông tin di động thế hệ liai (2G) đã nêu trên đây
cơ bàn chi nhằm xác định một hệ thống điện thoại di động - tức là một hệ thống cung
cấp tới người sử dụng đầu cuối các dịch vụ thoại kiểu chuyển mạch kênh. Ngoài các
dịch vụ thoại, những hệ thống thế hệ hai (2G) này cũng hỗ trợ một số các dịch vụ bố
sung và vài dịch vụ dữ liệu tốc độ thấp. Tuv vậy, tất cả các tiêu chuẩn này đều chưa sấn
sàng dáp ứng việc chuyển tải lưu lượng trên cơ sở mạch cũng như trôn cơ sở gói, chưa
có khả năng cung cấp độ rộng băng thông thay đổi theo yêu cầu, hay hỗ trợ dịch vụ dữ
liệu không đối xứng đó là chưa nhác tới những vấn đề kỹ thuật khác dung lượng hệ
thòng, hiệu quả sử dụng phổ, chuyến mạng toàn cẩu giữa các chuẩn.v.v.
GSM chịu sự cạnh tranh của các hệ thống IS-136 và IS-95. Tiêu chuẩn IS-136
triển khai kỹ thuật vỏ tuyến giống như GSM, CÒI1 IS-95 khai thác kỹ thuật vỏ luyến trái
phổ. ơ đàv chúng ta sử dụng GSM bới vì có rất nhiều nhu cầu về dịch vụ dữ liệu di
14
- Luân vãn tot nghiòp Chương Li Tona quan vê GSM và 3G
động dựa trên công nghệ GSM. cho tới nay đây là công nghệ di động tế hào số quan
trọng nhất.
1.2. Lịch sử hình thành GSM:
- 1982-1985: Conférence Europcennedes Postes et Télécommunications
(CEPT-Hiệp hội Bưu chính Viễn thông Châu Âu) bắt đầu đưa ra chuẩn
thông tin di động kv thuật số Châu Âu ờ băng tần 900MHz, tên là GSM
(Global System for Mobile communication).
- 1986: CEPI' lập nhiều vùng thử nghiệm tại Paris dê lựa chọn công nghệ
truyền phát. Cuối cùng kỹ thuật Đa truv nhập phân chia theo thời gian
(TDMA-Time Division Multiple Access) và Đa truy nhập phân chia theo tần
số (FDMA-Frequencv Division Multiple Access) đã được lựa chọn.
- 1986: Hai kỹ thuật trên đã được kết hợp để tạo nên công nghệ phát cho
GSM. Các nhà khai thác cùa 12 nước Châu Âu dã cùng ký bản ghi nhớ
Memorandum of Understanding (MoU) quvết tâm giới thiệu GSM vào năm
1991.
- 1988: CEPT bắt đầu xây dựng đặc tả GSM cho giai đoạn hiện thực. Thêm 5

nước gia nhập MoU.
- 1989: Viện Tiêu chuẩn Viễn thòng Châu Âu (HI'SI-European Telecom
munication Standards Institude) nhặn trách nhiệm phát triển đặc tà CiSM.
- 1990: Đặc tà giai đoạn l dã dược đưa cho các nhà sàn xuất phát trien thiết bị
mạng.
- 1991: Chuẩn GSM 1800 dã được công bỏ. Thống nhất cho phép các nước
ngoài CEPT đựơc quyén tham gia bản Moli.
- 1992: Đặc tả giai đoạn I hoàn tất. Mạng GSM giai đoạn 1 thương mại đầu
tiên được công bố. Thỏa thuận chuyển vùng (roaming) quốc tê đầu tiên giữa
Telecom Finland và Vodafone (Anh) dược ký kết.
- 1993: Úc là nước đầu tiên ngoài CEPT ký Molỉ. MoU đã được 70 nước
tham gia. Mạng GSM được còns bố tại Áo, Ai-xơ-len, Hổng Kông. Na Uy
và Úc. Thuê bao GSM lên đến hàng triệu. Hệ thống DCS 1800 thương mại
dầu tiên được công bố tại Anh.
- 1994: MoU có hơn LOG tố chức tham gia, ờ 60 nước. Nhiều mạng GSM ra
dời. Tống số thuê bao lên đến 3 triệu.
15
- Luán vãn tốt nghicp
ChươHỊi Ị i Tổnỵ quan vớ (ÌSM và 3G
- 1995: Đặc tả cho Dịch vụ liên lạc cá nhân (PCS-Personal communications
Service) được phát triển tại Mỹ, đây là một phiên bản GSM hoạt động ớ dái
tần số ]900MHz. GSM tiếp tục phát triển nhanh.
- 1995: Thuê hao CSM tăng 10.000 mỗi ngày.
- 4/1995: MoU có 188 thành viên trôn 69 quốc gia. Hệ thống GSM 1900 có
hiệu lực, tuân theo chuẩn PCS 1900.
- 1998: MoU có 253 thành viên của trên 100 nước và có trên 70 triệu thuê bao
trên toàn cầu. chiếm 31% thị trường di động thế giới.
- 6/2002: Hiệp hội GSM có 600 thành viên, đạt 709 triệu thuê bao (chiếm
71% thị trường (ii động số) trèn 173 quốc gia.
1.3. Tiêu chuẩn GSM:

GSM sử dụng độ rộng băng tần 200 Khz cho mỗi kênh độc lập và trong phạm
vi mỗi kênh cho tốc độ bít là 270 kbit/s. Luồng bít được chia thành một chuỗi các
khung với một mầu lặp với tốc độ 217 lần/giây. Mỗi khung có 8 khe thời gian. Mỗi khe
thời gian có độ dài 0,577 m/s và tương dương vói 156,25 bít. Các bít chứa trong mỗi
khc thời gian được bổ sung một sô bít mào đầu (overhead bits), một vài mẫu cỏ định và
theo chu kỳ các bít được phân bổ cho bản thân tín hiệu. Các mẫu cô định cho phép các
bộ điều chinh trong phạm vi toàn hệ thống thích ứng các dặc tính của tín hiệu vô tuvến
còn các bít mào đầu cho phép kiếm soát cuộc thoại từ máy cầm tay tới trạm gốc.
GSM mã hoá tín hiệu tiếng nói tại tốc độ 13 kbit/s và tín hiệu này được bảo vệ
chống lối bằng cách cho thêm một sô hít bổ sung vào luồng tín hiệu truyén dần. Kết
quả tốc độ dữ liệu toàn bộ là 22,8 kbit/s.
Tần sô phàn bổ cho hầu hết các hệ thống GSM là từ 900 đến 960 MHZ cho các
trạm gốc và 890 đến 915 MHZ cho các máy cẩm tav. Các băn2 tần 1800 đến 1880
MHZ cho các trạm gốc và 1710 đến 1785 MHZ cho máy cầm tay đã được giành
cho việc triển khai GSM-1800.
Miện tại mạng GSM đang hoạt động trên 3 băng tần: 900MHz, 1800MHz,
1900MHz. Chuẩn GSM ban đầu sử dụng băng tần 900MHz, gọi là phiên bàn P-GSM
(Primary GSM). Đò tăng dung lượng, băng tần dần mờ sang 1800MHz và 1900MHz,
gọi là phicn bán mở rộng (E-GSM).
1.4. Hoạt động của GSM:
16
- Luân vàn tốt n»hiép -
Chương Li Tony quan VC GSM và 3G
MS
i 111
BTS
MSC
> Ề
A-his
BSC

PSTN/ISDN
\
m
/
Quán lý di
động
OMC
HLR
Hình 1.2 Cấu trúc tổng quan của mạng GSM
Một hệ Ihống thiết bị GSM có cấu trúc tổng quan như mô tả ờ Hình 1.2. Thứ
nhất, máy đầu cuối di động (MS) liên lạc với trạm gốc (BTS) gần nhất và sau dó với bộ
điều khiển trạm gốc (BSC). Bộ điều khiển trạm gốc này quàn lv việc sử dụng và phân
|)ổ tần số cho các BTS sử dụng, xác định vị trí hiện tại của máy dầu cuối di động. Bộ
(liều khiến trạm gốc được kết nối tới một trung tàm chu veil mạch di dộng (MSC). MSC
dược kết nối với các trung tâm chuyên mạch di động khác cũng như với mạng cố
định. Trong một liến trình gọi, liên lạc đến máy đáu cuối di động dược duy trì Ihỏng
qua một trạm gốc liên đới. Tính liên tục của cuộc gọi dược thực hiện thông qua thanh
ghi định vị tạm trú (VLR), VLR đàm báo tất cả các cuộc gọi đang đàm thoại được theo
dõi và kết nối tới các trạm gốc phù hợp. Bán thân các trạm gốc được triển khai trong
một tổ chức tê bào theo địa lý sao cho máy cầm tay có thể được Hên lạc liên tục.
Ngoài các khía cạnh giám sát của hệ thống, mộl số các hình thức kiếm soát
khác cũng dược triển khai. Một thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR) được duy trì sao cho
hệ thống biết cái gì có thể hoặc không the được kết nối tới mạng. Một bộ thanh
ghi nhận thực (AUC) chứa đựng chi tiết các thông tin vổ nhận dạng thuê bao có thể
chấp nhận được. Bò đăng ký thường trú (HLR) chứa các thông tin VC lớp dịch vụ mà
một khách hàng cụ thể được phép sử dụng.
Hiện nay GSM đã phát Iricn lẽn thó hệ hai cộng, sau đây là một số ưu thế Iĩià
thế hệ hai cộng (GSM 2+) đạt được: 15]
17
v - L O / w - r

- Luân vãn tốt rmhiêt) ChươnỊ! li Tons (111(111 vè'GSM và 30
- Các dịch vụ mang mới và cải thiện các dịch vụ liên quan den truyền số liệu
như nén số liệu của người sử dụng, truyền số liệu qua dịch vụ vô tuyến gói
tốc độ cao (GPRS: General Packet Radio Service) và số liệu 14,4 kbit/s.
- Các công việc liên quan đến dịch vụ thoại như: Codec tiếng toàn tốc cài tiến
(EFC: Enhanced Full Rate Codec), Codec đa tốc độ thích ứng, và khai thác
tự do đầu cuối các Codcc tiêng.
- Các dịch vụ bổ sung như: ơiuvên hướng cuộc gọi, hiên thị sỏ' chủ gọi,
chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ chặn cuộc gọi mới.
- Cài thiện, nâng cấp dịch vụ bàn tin ngắn (SMS: Short message Service) như:
móc nói các SMS, mở rộng bàng chữ cái. mở rộng tương tác giữa các SMS.
- Các công việc liên quan đến tính cước như: các dịch vụ trả tiền trước, tính
cước nóng và hỗ trợ ưu tiên vùng gia dinh.
- Tăng cường công nghệ SIM.
- Dịch vụ mạng thông minh như CAMEL.
- Các cải thiện chung như: chuyển mạng GSM-AMPS, các dịch vụ định vị,
tương tác với các hệ thống thông tin di đọng vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối
ưu.
1.5. GPRS con đường tát yếu dè (ỈSM phát trien lên M ì: 13]
GPRS là công nghệ truyền thông không dày dạng gói tin có tốc độ truyền dữ
liệu cao, kết nối Internet liên tục, dược sử dụng cho mạng (liện thoại và máy tính. Công
nghệ GPRS có khả năng tăng tốc độ truyền dữ liệu lèn 10 lần, từ 9,6Kbps đối với mạng
di động GSM hiện nay đến ! 15Kbps.
Lưu lượng dữ liệu trao đổi dang gia táng nhanh nhóng do nhu cầu về dịch vụ
và truy cập Internet cũng như sự bùng nổ của truyền thòng di độn« đã tạo điều kiện cho
thị trường GPRS cất cánh. Với khả năng kiểm soát lượng thông tin gửi/nhận, khách
hàng chỉ phái trả tiền cho những gì họ dùng.
Nhờ tốc độ truyền dữ liệu cao hơn. người dùng có thể tham dự hội thảo qua
video, lương tác với các Website multimedia và các ứng dụng có hình ảnh, âm thanh
biing những thiết bị cầm tay di động và máy tính xách tav.

Về lý thuyết, GPRS là dịch vụ truyén tin không dây dạng gói, cho phép giảm
chi phí đối với ngưừi dùng cuối so với dịch vụ f huyen mạch kênh vì nó hoạt động trên
18
- Luftn vãn tốt nghicp -
Chương I : Tổn íi (¡uan về GSM Ví) 3G
cơ sở truyền thông được chia sẻ cho nhiều người dùng thay vì dành riêng cho 1 người
tại mỗi thời điểm.
Các mạng truyền thông di động hiện nay trên thế giới (kê cà Việt Nam) dang
sứ dụng công nghệ thế hệ 2, gồm GSM, CDMA. TDMA Mục tiêu nhắm tới là 3G -
truyền thônơ không dây thế hệ 3. Như vậy GPRS chì là một trong những bước chuyển
tiếp từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 và có thể được coi là thế hệ 2,5.
1.5.1. GPRS bổ sung dịch vụ truyền sô liệu cho GSM:
Sự phát triển của Internet đã thúc đẩy sự phát trien của một số công nghệ truy
nhập dữ liệu nhanh cho điện thoại di dộng. Và gẩn dây. dữ liệu được truyển qua mạng
GSM giống như cách mà một máy tính gọi đến số kết nối của một nhà cune cấp dịch
vụ Internet (ISF). Kết nối là một kết nôi dành riêng mà người sử dụng dược gắn kết vào
mang trong thời gian cuộc gọi. Tốc độ kết nối thông thường bị giới hạn ở 14,4 kbit/s.
GSM thế hệ thứ hai đã dưa ra chuẩn Dịch vụ vò tuyến chuyển mạch gói chung (GPRS)
cho phép thiết bị di động gửi và nhận các gói tin mà không cần một kết nôi dành riêng.
Công nghệ dữ liệu chuyến mạch gói lại rất quan trọng bởi vì các gói cung cấp
một kết nối tức thời và thống suốt lừ một máy di động tới Internet hoặc tới một mạng
Intranet doanh nghiệp. Điều này cho phép tất cả các ứng dụng Internet hiện có như
thư điện tứ, irình duyệt Web được khai thác thuận lợi mà không phải quay số vào một
JSP.
Từ quan điểm của nhà cung cấp mạng, ưu điểm của cách tiếp cận chuyển mạch
gói như GPRS là nó chỉ sử dụng phương tiện dùng chung mà trong trường hợp này là
một phần phổ tần số quý hiếm, trong thừi gian dữ liệu thực sự được truyền hoặc nhận.
Điều này có nghĩa là nhiều người sử dụng có thể sử dụng chung một kênh vô tuyến và
hứa hẹn việc sử dụng hiệu quả phố tần sô vô luyến. Ngược lại, các kết nối chuyến
mạch kcnh hiện tại cho phép người sử dụng gửi và nhận các gói tin của họ qua các kết

nối dành riêng trong toàn bộ thời gian gọi bất kê họ thực tế có đang gửi hav nhận dữ
liệu hay không. Do nhiều ứng dụng có thời gian trống trong một phiên liên lạc nên lãng
phí là khòng thê tránh khỏi đối với các kết nối chuyển mạch kênh, đặc biệt khi các ứng
dụng trớ nên phi dối xứng. Với dữ liệu chuyển mạch gói, người sử dụng sẽ chi trà tiền
cho lượng dữ liệu họ thực tố liên lạc và không trả tiền cho thời gian trống. Thời gian bị
lãng phí trong các kết nôi dành riêng có thế cho người dùng khác sứ dụng chung dải
phổ lần số đó. Trong thực tế, với GPRS, người dùng có thế được kết nối “ào” nhiêu giờ
tại một thời điểm, nhưng chỉ trá cước "kết nối”.
Một đặc tính đáng chú ý của GPRS là nó đạt được tốc độ cao khi mà dữ liệu
chuyên mạch kênh ngày nay bị giới hạn ờ 9,6 Kbit/s hoặc 14,4 kbit/s. GPRS sử dụng
19
- Luân vãn tôt nghicp Chươnữ 1 : Tous quan VC GSM va 3G
một kênh vô tuyến như một cuộc gọi thoại có bãng thõng 200 Khz. Kênh vô tuyến này
truyền tải một luồng tín hiệu vô tuyến số tốc độ 271 Kbit/s. Đối với các cuộc gọi thoại,
luồng tín hiệu này được chia thành 8 luồng dữ liệu riêng rẽ, mỗi luồng tốc độ 34
Kbit/s. Ngoài phần tiêu đé cùa giao thức và sửa lỗi, khoảng 14 Kbit/s còn lại dùng cho
mỗi kết nối thoại - và cũng giống như vậy cho một kết nôi dữ liệu. Công nghệ dữ liệu
chuyển mạch kênh ngày nay sẽ phân bổ một trong những kênh thoại này cho mỗi
người sử dụng dữ liệu. GPRS hoạt động theo nguyên tắc kết hợp cả 8 kênh và do mỏi
kênh này có thể truvển dữ liệu tới tốc độ 14 Kbit/s nên kết quả là một nhóm người sử
dụng có thổ đạt tốc độ cao nhất lên tứi hơn 100 Kbit/s.
Nhưng không phải tất cà các kênh thoại phải được sử dụng. Trong ihực tế. việc
trien khai kinh tế nhất sẽ là giới hạn băng thông cung cấp cho mỗi người sử dụng, đế
giành một phần dung lượng dự phòng cho các mục đích khác. Tiêu chuẩn GPRSđịnh
nghĩa một cư chế mà một máv di động có thể yêu cầu lượng băng thông cần thiết lại
thời điểm nó thiết lập một phiên liên lạc dữ liệu.
1.5.2. Các kliòi chức nàng trong mạng GPRS:
Để mạng GSM như câu trúc ở Hình 1.2 có thế hỗ trợ GPRS, một số phần
tử mới cần bổ sung vào các mạng hiện tại như trình bày ở Hình 1.3. Ở đày, dữ liệu gói
chuyển giữa mạng Internet với thiết bị đầu cuối di động dọc theo đường GGSN, SGSN

và đường BSC/BTS. Lưu ý ràng các phần tử chuyến mạch kênh đã được thiết lập vẫn
giữ nguvên, SGSN, GGSN là thiếl hị bo sung chứ không phải thiết bị thay thế. Tất cà
lưu lượng hiện tại chuyên giữa thiết bị đầu cuối và mạng diện thoại công cộng thông
qua MSC và BSC/BTS.
■ PCU - Packet Control Unit: Khối điểu khiển gói.
* SGSN - Serving GPRS Support Node: Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS.
■ GGSN - Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trự cổng GPRS.
■ Gx - Các giao diện mạng chuẩn của GPRS.
Các phần tử mới dược trình bàv trong sơ đồ không phải các khối mang tính
khái niệm trong một bức tranh - chúng tồn tại và có sẩn từ hầu hết các nhà cung cấp
lớn. Các còng ty như Nortel Networks, Nokia và Lucent đã thích ứng tất cà các chuyến
mạch hiện có của họ với khá năng định tu veil được cung cấp ớ SGSN và GGSN.
20
I.uan van tftt nghiep
Clufong I : Tong a ¡tan \c GSM va JG
PSTN/ISDN
Hinh 1.3: Cac phan tu va giao dien chinh cua mot mang GSM co hd tro GPRS
( ’hue nang thuc te cua cac phan tur duoc truth bay trong h'tnh 1.3 nhu sau:
- PCU: Giao dien giua tram vo tuyen goi (BTS/BSC) noi ma cac goi tin di vao va di
ra khoi mang tren mot lien ket dong bo, dinh huong ket noi va giao dien mang
chuyen mach goi (goi la giao dien Gb) co tinh chat khong dong bo va phi ket noi.
PCU thudng duoc dat ben trong BSC tai noi cua mot trong nhung card trung kc
cua BSC.
- SGSN: Day la thiet hi truyen so lieu tuong duong voi trung tam chuyen mach di
dong (MSC - Mobile Switch Center) va bo dang ky vj tri tain tru (VLR - Visitor
Location Register), no cung cap chuc nang quan ly di dong va nhan thuc cung nhu
dinh tuyen cac goi tin.
- GGSN: Thiet bi nay giu thong tin dinh tuyen cho nhung ngudi su dung GPRS va
cung cap cong giao dien ngoai tdi Internet va tdi cac mang chuyen mach goi ben
ngoai khac (nhu mang X.25 duoc sir dung trong nhieu ung dung tai chinh).

- BG (Border Gateway): SGSN va GGSN co the- duoc dat 6 cac mang PLMN khac
nhau, khi do cac mang PLMN se duoc ket noi voi nhau thong qua BG de dam bao
an toan he thong va lam viec lien mang. BG la mot phan cua GGSN. BG lam cac
21
- Luán vãn lốt rmhiẽp Chươnv Li l'on a quan vi’ GSM và 3G
nlĩiệrn vụ như bức tường lửa, chức năng bảo đảm an ninh, định tuyến. Các nhà
khai thác GPRS thỏa thuận với nhau các chức năng của BG để roaming.
- Mạng trục GPRS (GPRS backbone network): có thể là nội mạng hav liên mạng.
Chức năng chính của mạng backbone GPRS là đê kết nối các GSN, ngoài ra CÒI
1
dùng cho mục đích roaming GPRS quốc tế giữa các nhà khai thác GPRS. Trên
mạng irục GPRS công nghệ truyền dẫn được sử đụrm là giao thức IP.
Từ hình ] .3 la có một vài nhận xét sau:
- Thứ nhất, mạng GPRS chỉ tạo thành một phần của dịch vụ dữ liệu toàn trình.
- Thứ hai, hình này chỉ cho thấy một nhà khai thác di động. Bức tranh tổng thê về
dịch vụ dữ liệu đi động chưa thể hiện rõ cho đến khi các tương tác với các nhà
khai thác khác, thiết kế của mạng IP lõi và bản chất của các dịch vụ cần cung cấp
được thế hiện rõ ràng.
1.5.3. Hoạt động của CỈPRS:
Khi hoạt động, một thiết bị GPRS làm việc giống như một điện thoại di động
chuẩn - cá hai liên lạc với một trạm gốc và cư sờ hạ tầng gắn kèm cung càp tính nâng
xác thực, kết nối và dịch vụ. Có một số khác biệt lớn, tuv nhiên, khác biệt chính
là GPRS cho phcp người sử dụng "(lược kết nổi" liên tục tới mạng.
'['hay vì gửi dữ liệu tới một đích cố định - kết nối quay số, GPRS cho phép các
gói dữ liệu dược chèn vào một luồng kết nối thường trực. Các gói tin từ những người sừ
dụng khác nhau trong một tê bào được đan xen, sao cho dung lượng truyền dẫn "luôn
có" (always-on) dược chia sẻ, mà không có khe thời gian định trước thường trực được
phân bố cho một cá nhân. Do đó. dung lượng có thế được phân bổ khi cần thiết và giải
phóng khi không cẩn.
Tốc độ dữ liệu GSM là 14,4 Kbit/s thông qua một kết nối cố định được thay

thế trong GPRS bằng cách truy nhập lèn tới 8 khe thời gian với dung lượng kết hợp vào
khoảng 14,4 Kbit/s cho mỗi khe. Tốc độ dữ liệu cụ thế tùv thuộc vào các điểu kiện vô
tuyến. Dung lượng này có được đcìi mức nào thì có thê biến dổi khác nhau. Các phicn
bản GPRS khác nhau có các đặc lính khác nhau. Ví dụ, GPRS lớp 8 (Class 8 GPRS) có
the xử lý tới 5 khe thời gian kế tiếp nhau, 4 khe cho nhận và một khe cho phát tín hiệu
- cho lốc độ dữ liệu chiều về lèn tới hơn 50 kbit/s. Lớp 12 (Class 12) cho phép bất kv tổ
hợp nào của 5 khe thời gian giữa thu và phát.
Tất cả các gói tin được truyền dẫn trẽn các khe thời gian được gửi từ trạm gốc
(BTS) bàng nút mạng hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGvSN). Một SGSN có thổ hỗ trợ nhiều
22
Luán ván tốt nghiòp
Chương Ị : Tổng quan vế (ÌSM và Mì
trạm gốc. Như đã dê cập ờ trên, SGSN truy tìm tất cả các máy di động trong phạm
vi vùng phục vụ cúa nó. Khi một thiết bị di động gửi các gói dữ liệu, chúng di qua
SGSN tứi CỈGSN, tại đấy các gói được biến đối đế truvén qua mạng, mạng đó có thê là
Internet, X.25 hoặc một mạng riêng. Các gói tin nhận từ Internet (nghĩa là gói IP) gửi
đến máy di động được nhận bởi GGSN, chuyển tiếp đến SGSN phù hựp và sau đó
chuyển đến người sử dụng di động.
Để chuyển tiếp các gói tin cho nhau SGSN và GGSN bọc gói chúng hằng một
giao thức chuyên dùng gọi là giao thức đường hầm GPRS (GTP - GPRS Tunnel
Protocol) hoạt động trẽn nền giao thức TCP/IP chuẩn. Chi tiết của SGSN và GGSN đều
không nhìn thấy và không liên quan đến người sử dụng là những người chi đơn giản
cảm thấy một kết nối IP thông suốt - nó mới chi xày ra dưới phưưng thức vô tuyến.
Các giao thức và thủ tục đã dược thiết lập để quản lý cách thức mà một thiết bị
di động truy nhập và làm việc với một mạng GPRS. Chúng khá phức tạp - các tiêu
chuẩn liên quan (đặc biệt là ETSI EN 301 244 - mô tả dịch vụ GPRS) cho chúng ta một
nền tảng toàn diện. Bây giờ, chúng ta xem xct cụ thể về sự tương tác giữa thiết bị di
dộng với mạng bời vì chúng liên quan trực tiếp dến các nội dung tiếp theo.
Thứ nhất là cách thức mà thiết bị di động làm cho mạng nhận biết về nó. Tác
nghiệp này gọi íà một "gắn kết" (attach) sẽ thiết lập một liên kết lôgíc giữa thiết bị với

SGSN. Tác nghiệp gắn kết cũng tổn tại trong các mạng cli động chuyến mạch
kênh truyển thống trong đó nó dưực sử dụng đê làm cho mạng biết vị trí và việc nhận
thực của máy điện thoại di động. Kết nối chỉ dược thiết lập khi máy di động cần
chuyển lưu lượng qua giao diện vô luyến. Cũng giống như khi nhận thực và xác định
dược vị trí của thiết bị. thù tục gắn kết thiết lập địa chi của ihiết bị di động. Mội giải
pháp cho vấn đề này là phân bố một địa chỉ 1P tĩnh; được gọi là đánh địa chỉ PDP tĩnh
trong các ihông số kỹ thuật của GPRS. Địa chỉ PDP tĩnh thường được giữ tại
HLR (mặc dù có thể giữ nó trong mô-đun nhận dạng thuê bao hay SIM card của máy
di động). Giải pháp thav thế là một địa chì IP tạm thời có thể được phân bố. Địa chí
này được gọi là địa chỉ động có thể dược liên kết với thiết bị di động trong khoảng
tliời gian xác định bởi Iìiột vài sự kiện. Ví dụ, khi kết thúc một phiên liên lạc hoặc thời
điểm ngưừi sử dụng đi khỏi điểm cố định của anh ta có thể kích hoạt sự cấp phát một
địa chi IP động khác
Có một số giài pháp khác nhau cho địa chi dộng. Nó được phán bổ bang mạng
di động khách hoặc mạng thường trú của người sử dụng. Nó có thể được cấu Irúc theo
bàì kv khuôn dạng địa chỉ IP nào.
23
- Luán văn lốt nghiêp -
Chương Ị : Tons guau rê GSM. M 30
'ỉliứ hai là nút GGSN của GPRS sẽ phải kết nối tới một vài thiết bị trên mạng
khác (ví dụ: một bộ định tuyến ranh giới thông qua giao diện Gi để kết nối tới
Internet). Bên cạnh kết nối vật lý, giao thức được sử dụng tại giao diện mạng này
cần được xem xét như một phần cua thiết kế mạng tổng thể. Một số lựa chọn và cân
đối khác nhau trong lĩnh vực này cũng được xem xét kỹ.
Khi các vấn đề đánh địa chi và kết nối đã được xem xét, dường như GPRS đã
cho phcp vận chuyên "thông suốt” các gói tin, nghĩa là thương mại di động là một sự
kết hợp giữa "thương mại điện tử tiêu chuẩn" với khả nâng chuyển vùng bổ sung.
Tuv nhiên, một số vấn để và cơ hội thực tế cũng cần dược xem xét ở mức này.
1.6. Mạng di động the hệ thứ ha (3G): [5]
Khá năng của mạng di động rõ ràng phụ thuộc rất lớn vào loại dịch vụ dữ liệu

di động có thể cung cấp. Các mạng GSM trước đây có thổ hỗ trợ các kênh truyền số
liệu 9,6 Kbit/s và kết quả là các dịch vụ truyền dữ liệu thường được coi là quá chậm và
hạn chế. Sự ra đời của GPRS đã đem lại sự quan tâm mới đối với các dịch vụ dữ liệu di
động bởi vì nó cung cấp một khả năng kỹ thuật cho việc cung cấp các dịch vụ hữu ích
và triển vọng về các tốc độ truy nhập hợp lv (50 Kbii/s trờ lên - cỉú để làm cho dịch vụ
dữ liệu di dộng trở nên hấp dẫn và đáp ứng được yêu cẩu của người sử dụng).
Sự phát trien của mạng di động tiến tới “thố hệ thứ ba” đem lại niềm hv vọng
về truy nhập tốc độ cao hơn và các dịch vụ dữ liệu tích hợp dẽ dàng hơn. Hệ thống
Dịch vụ viễn thông di dộng toàn cáu (UMTS - Universal Mobile Telecommunications
Services) là một trong những hệ thống di động thế hệ thứ ha mới chủ yếu được phát
triển trong tiêu chuẩn khung đã được Liên minh vieil thông quốc tế (ITU) định nghĩa,
gọi là IMT-2000. Đây là chủ đề nghiên cứu phát triển lớn trên phạm vi toàn cầu trong
những nám 1990 và được các nhà khai thác, sản xuất viễn thông lứn coi là chìa khoá
cho các dịch vụ di động cá nhân hoá, giá trị cao. Tầm quan trọng của các mạng di động
thế hệ thứ ba đã được minh hoạ bởi giá trị 36 tỷ USD (so với dự kiến là 7,5 tỷ USD)
cấp phép cho 5 nhà khai thác của Anh.
Thõng tin di dộng thê hệ ba sẽ phải là thế hệ thòng tin di động cho các dịch vụ
di động truyền thông cá nhàn đa phương tiện. Hộp thư thoại SC được thay thè bằng bưu
thiếp điện tứ được lồng ghép với hình ánh, và các cuộc thoại thòng thường trước đây SC
dược hổ sung các hình ánh đê trớ thành thoại có hình Dưới đây là một số yêu cầu
chung đối với hệ thống thông tin di động thứ ba này:
- Mạng phài là băng rộng và có khả năng truyền thông da phương tiện. Nahĩa
là mạng phải dám bảo đưực tốc độ bit của người sử (lụng đến 2 Mbit/s.
2 4
Luân văn tôt nghicp Chương Ị : Tonn (litan ir GSM vil 3G
- Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu
cầu. Điểu này xuất phái từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác
nhau. Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng chẳng
hạn với: tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bít thấp ở dường lên hoặc
ngược lại.

- Mạng phải cung cấp thời lượng dịch vụ theo yèu cầu. Nghĩa là đảm bảo các
kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khả năng số liệu
gói cho các dịch vụ số liệu.
- Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định,
nhất là đối với thoại.
- Mạng phai có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ
tinh.
1.6.1. Tóm tãt VC UMTS:
1 lội nghị vô tuyến thế giới dã xác dinh các băng tần từ 1885 đến 2025 MHZ và
2110 tới 2200 MHZ cho các hệ thông IMT-2000 tương lai. Trong các băng này, băng
tần từ 1980 đến 2010 MHZ và 2179 tới 2200 MHZ dự kiến dành cho thành phần vệ
tinh dược trien khai trong các hệ thống tương lai. Cháu Âu và Nhật Bán đã quyết định
triển khai phần mặt đất của UMTS (Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu hay giao diện
không gian UTRA) trong băng tần từ 1920 đến 1980 MH7, và 2110 đến 2170 MHZ.
Châu Âu cũng đã quyết định triển khai UTRA trong các băng tần khóng cặp đòi từ
1900 đến 1920 và 2010 đến 2025 MHZ. Ở Mỹ, các hăng tần tiềm năng cho các công
nghệ di động thê hệ thứ ba là các báng tần PCS, WCS và một phần của băng truyền
hình UHF.
Khi ra đời, UMTS mặt đất có khả năng truyền số liệu lốc độ đến 2 Mbit/s
nhưng nó được thiết kế là một hệ thống mở có thể ứng dụng các công nghệ mới khi
chúng xuất hiện. Điều này sẽ cho phép UMTS tâng khả năng của nó lén cao hơn mức
hiện đang được ticu chuẩn hoá giống như cách mà GSM phát triển từ khả năng truyén
dữ liệu tốc độ 9,6 Kbit/s lên tốc độ GPRS (lèn tới 115 Kbit/s) và sau đó lên tới một
mốc phát triển tiến tới ƯMTS được gọi là công nghệ tốc độ dữ liệu tăns cường cho tiến
trinh phát triển CỉSM/toàn cầu hay còn gọi là EDGE (tốc độ 384 Kbit/s) (EDGE -
Enhanced Data rates for GSM/global Evolution).
Giống như CỈPRS, UMTS tích họp truyền dữ liệu chuyển mạch gói và chuvển
mạch kênh. Dữ liệu chuyến mạch gói qua truyền dẫn không gian cung cấp cùng một
loại lợi ích cho người sứ dụng như GPRS cung cấp: luôn kết nối ào tới mạng, nhiều
25