Mạng không dây và đ động MobileWirelessNetwork c4 GSM overview 1

MẠNG KHÔNG DÂY & DI ĐỘNG
(Mobile & Wireless Network)
CHƢƠNG 4

GSM, SMS, ROAMING QUỐC TẾ,
OAM, GPRS

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication
Nguyễn Hoàng Việt

1


NỘI DUNG








Tổng quan về hệ thống GSM
Báo hiệu mạng GSM
Quản lý di động mạng GSM
Dịch vụ tin nhắn ngắn trong GSM
Roaming quốc tế trong mạng GSM
Thao tác, quản trị, bảo dƣỡng trong mạng GSM
Dịch vụ vô tuyến gói tổng quát

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

2


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
(Global System for Mobile Communication)





GSM là một chuẩn mạng không dây (diện rộng) dạng số
Đƣợc dẫn hƣớng bởi các nhà sản xuất, nhà điều hành, các
uỷ ban chuẩn hoá của Châu Âu
Đƣợc dùng phổ biến trên toàn thế giới

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

3


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Các yêu cầu của GSM (1)


Khả năng di động của dịch vụ (Service Portability):







Chất lƣợng của dịch vu và bảo mật:






Có thể dùng mobile tại bất kỳ quốc gia thành viên nào với roaming
quốc tế và cuộc gọi, định số đƣợc chuẩn hoá (với giá khác nhau)
Có thể dùng cho các dịch vụ cả cố định và di động
Có thể dùng khi đi bộ, lái xe, trên tàu, … (tối đa 250 km/g)
Chất lƣợng ít nhất phải tốt bằng hệ thống tƣơng tự (analog) trƣớc
đây
Có khả năng mật mã hoá

Sử dụng tốt tần số vô tuyến (radio frequency):



Hiệu quả ở phổ tần cao
Có thể đồng tồn tại với các hệ thống trƣớc trong cùng băng tần
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

4


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Các yêu cầu của GSM (2)


Mạng hiện đại:








Theo khuyến cáo của ITU (International Telecommunication
Union) – cho phép cùng thao tác hiệu quả với mạng ISDN
Hỗ trợ tiếng nói và dữ liệu tốc độ thấp
Hỗ trợ hoán chuyển và di động đã đƣợc chuẩn hoá
Các giao diện đã đƣợc chuẩn hoá giữa các subsystem

Tối ƣu hoá hệ thống để giảm giá thành cho mobile




GSM yêu cầu các mobile độ phức tạp cao hơn các hệ thống
tƣơng tự (analog) trƣớc đây
Giá cƣớc thuê bao phải kém hơn hoặc bằng các hệ thống tƣơng

tự (analog) hiện có

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

5


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Kiến trúc của GSM (1)


GSM là một PLMN (Public Land Mobile Network)




Các nhà cung cấp dịch vụ thiết lập các mạng di động the chuẩn
GSM bên trong mỗi quốc gia

Các hệ thống con (subsystem)






RSS (Radio Subsystem): bao gồm tất cả các vấn đề liên quan
đến vô tuyến
NSS (Network and Switching Subsystem): thực hiện các công

việc call forwading, handoff, switching
OSS (Operation Subsystem): quản trị mạng

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

6


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Kiến trúc của GSM (2)

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

7


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Kiến trúc của GSM (3)

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

8


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Radio Subsystem (RSS)


Gồm 2 thành phần:



Mobile Station (MS)
Base Station Subsystem (BSS)

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

9


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Mobile Station (MS)



Thiết bị cuối (terminal) cho việc dùng các dịch vụ GSM
Bao gồm một số nhóm chức năng:




Mobile Equipment (ME)
Terminal Equipment (TE)/Mobile Terminal (MT)
Subscriber Identity Module (SIM)

College Of Information & Communication Technology

Department of Computer System & Data Communication

10


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Mobile Station (MS)


Mobile Equipment (ME)



Thiết bị của ngƣời dùng: giao diện vô tuyến, bàn phím, màn hình, …
Thực hiện:





Cuộc gọi (không có SIM chỉ thực hiện đƣợc gọi khẩn cấp 112)
Truyền nhận vô tuyến, chứng thực, chuyển tiếp, mã hoá dữ liệu và mã
hoá kênh truyền

Nhận diện qua International Mobile Equipment Identity (IMEI)

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

11

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Mobile Station (MS)


User ID và Device ID:




IMEI (International Mobile Equipment Identity): 15 hexadecimal digits
IMSI (International Mobile Subscriber Identity): 15 decimal digits
TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity): 32 bits

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

12


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Mobile Station (MS)


Terminal Equipment (TE)





Là thiết bị ngoại vi của MS
Không chứa đựng các chức năng riêng biệt cho GSM
Là các PDA (Personal Digital Assistant), PC, …
Giao diện:








Serial (DTE-DCE) cable
PCMCIA (Personal Computer Memory Card
Association): một chuẩn khe cắm mở rộng trên laptop
IrDA: nối kết hồng ngoại
Bluetooth

International

Mobile Terminal (MT): ME và SIM cũng đƣợc gọi là Mobile
Terminal
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

13


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM

Mobile Station (MS)


SIM (Subscriber Identity Module)




Smart card, nhƣ thẻ tín dụng, không thích hợp cho handset
Plug-in SIM có kích thƣớc nhỏ hơn
Chứng thực ngƣời dùng qua PIN (Personal Identity Number),
có thể cập nhật bởi thuê bao




Chứa thông tin của thuê bao:





Thông tin cố định, cập nhật bởi thao tác viên
Thông tin thay đổi bởi ngƣời dùng (danh bạ điện thoại, SMS, …)

Đƣợc cập nhật thông qua:






Đƣợc mở khoá (unlock) bởi PIN unlocking key (PUK)

Không khí (OTA: over the air): dùng tin nhắn SMS, đƣợc gởi bởi
thuê bao, phần mềm ứng dụng, … đƣợc tạo ra qua SIM Toolkit
Bàn phím hoặc thiết bị đầu cuối đƣợc nối kết vào MS

Cũng chứa International Mobile Subscriber Identity (IMSI)
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

14


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Base Station System (BSS)



Thành phần: gồm một BSC và một hoặc nhiều BTS
BSC (Base Station Controller):









Quản lý tài nguyên vô tuyến, lảm nhiệm vụ switching trong BSS
Cấp phát/Giải phóng kênh vô tuyến
Khởi động chuyển tiếp (handoff) đến các BS khác
Duy trì cuộc gọi dựa vào độ mạnh tín hiệu nhận đƣợc từ MS
(thƣờng mỗi 480ms)
Giao tiếp với các BTS dùng giao thức ISDN qua giao diện A-bis

BTS (Base Transceiver Station)



Chứa các thiết bị truyền, nhận, báo hiệu, anten
TRAU (Transcoder/Rate Adapter Unit)


Mã hoá/giải mã tiếng nói và điều khiển tốc độ trong truyền dữ liệu

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

15


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Base Station System (BSS)

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

16


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Network and Switching Subsystem (NSS)


Chức năng:




Hỗ trợ việc quản lý các chức năng hoán chuyển (switching), tiểu
sử (profile) của các thuê bao, di động

Thành phần:


Các MSC (Mobile Switching Center):







Gateway MSC (GMSC): tạo nối kết với các mạng khác
Internetworking Functions (IWF): tạo nối kết từ mobile network với
PSTN

Databases: HLR, VLR, EIR, AuC

Giao diện:


Sử dụng giao thức báo hiệu dùng trong mạng điện thoại (SS7: A
 F Link)
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

17


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Network and Switching System (NSS)


Mobile Switching Center (MSC):











Quản lý các tài nguyên mạng

Tạo nồi kết liên mạng (internetworking) thông qua GMSC
Tích hợp một số database
Thực hiện các chức năng xác định cho nhắn tin (paging) và
chuyển tiếp cuộc gọi (call forwading)
Điểm cuối của hệ thống SS7
Báo hiệu di động: đăng ký vị trí, chuyển tiếp thông tin vị trí
Dự phòng cho các dịch vụ mới (fax, data call)
Hỗ trợ SMS
Phát ra và chuyển tiếp các thông tin kế toán và hoá đơn

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

18


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Network and Switching System (NSS)


Databases:


Home Location Register (HLR):







Quản trị thuê bao di động, lƣu trữ international mobile subscriber
identity (IMSI), mobile station ISDN number (MSISDN) và địa chỉ
visitor location register (VLR) hiện tại
Theo dõi các dịch vụ đƣợc kết hợp với mỗi MS
Một HLR có thể đƣợc dùng cho nhiều MSC

Visitor Location Register (VLR):




Lƣu trữ nhanh (cache) các thông tin đến từ HLR, cần thiết cho điều
khiển cuộc gọi và dịch vụ dự phòng cho mỗi mobile đang định vị
trong vùng địa lý đƣợc giám sát bởi VLR
Đƣợc nối kết với một MSC và thƣờng đƣợc tích hợp vào trong MSC

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

19


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Network and Switching System (NSS)


Databases:


Authentication Center (AuC)








Cơ sở dữ liệu đƣợc bảo vệ, chứa một bản sao của khoá bí mật cho
mỗi SIM card của thuê bao
Khoá bí mật này đƣợc dùng cho chứng thực và mã hoá thông qua
kênh vô tuyến
Thƣờng chứa trong HLR

Equipment Identity Register (EIR)




Chứa một danh sách tất cả các MS hợp lệ trong mạng, mỗi MS đƣợc
nhận dạng bởi international mobile equipment identity (IMEI)
Đƣợc chia thành 3 database:

White list: tất cả đều biết, good IMEI

Black list: handset bị mất cắp

Gray list: handset/IMEI không chắc chắn/hay thay đổi

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

20


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Operation Sub-System (OSS)


Trung tâm bảo trì và thao tác (OMC: Operation and
Maintenance Center)






Quản trị các khối chức năng GSM: MSC, BSC (và gián tiếp đối với
các BTS)
Duy trì thao tác thoả đáng của mạng GSM dựa trên việc quan sát
tải, tốc độ, chuyển tiếp
Các hoạt động:





Network Management System (NMS): điều chỉnh cấu hình của mạng
Bảo trì thiết bị: phát hiện, định vị và sửa lỗi

Quản lý dịch vụ (Service management)




Quản lý đăng ký thuê bao mới
Điều chỉnh và xoá thuê bao
Thông tin tính toán chi phí, phát hiện gian lận, …
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

21


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Operation Sub-System (OSS)

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

22


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Operation Sub-System (OSS)

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

23


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Operation Sub-System (OSS)

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

24