Cảnh báo chống trộm và điều khiển thiết bị qua SMS Sim900

LỜI NÓI ĐẦU
Ngành công nghiệp điện tử - viễn thông đã có những bước phát triển mạnh mẽ
trong những năm vừa qua, đặc biệt là trong lĩnh vực vô tuyến và di động. Sự phát triển
của các công nghệ mới kéo theo là rất nhiều dịch vụ tiện ích mới ra đời đáp ứng được nhu
cầu ngày càng cao của xã hội. Điển hình là điện thoại di động - một sản phẩm ứng dụng
phổ biến của Viễn thông, sự ra đời của những thiết bị thông minh khác là một điều tất
yếu, nhằm phục vụ cho cuộc sống hiện đại và phát triển của thời kỳ công nghệ số.
Sự phát triển của các loại máy, các thiết bị sử dụng trong ngôi nhà ở đã làm thay
đổi cuộc sống và không gian sống. Các thiết bị ngày càng hiện đại, tiện lợi và thông minh
hơn. Tuy nhiên đó chỉ là những thay đổi cục bộ trong từng thiết bị. Các thiết bị còn có thể
trở nên “thông minh” một cách tổng thể nhờ những giải pháp ngôi nhà thông minh - hiện
cũng đang rất phát triển trên thị trường. Tất cả các hệ thống, thiết bị đều được tự động
hoá, được lập trình và hoạt động theo những kịch bản tương ứng. Ngày nay, với công
việc bộn bề, tấp nập và tình trạng an ninh kém ổn định dẫn đến những tình huống như
quên khóa nhà, khóa cửa, thậm chí dù đã khóa cũng bị trộm phá hoại, đột nhập vào nhà.
Đề phòng và xử lý các vụ trộm cắp, đặc biệt là khi vắng nhà, điện thoại di động sẽ trở
thành một thiết bị tối ưu để kết hợp với các hệ thống cảnh báo, có thể thông báo một
cách nhanh chóng đến người sử dụng để kịp thời nắm bắt tình hình và giải quyết từ xa
(gọi điện nhờ trợ giúp từ hàng xóm, báo công an,.. mà không cần phải lập tức về nhà, đặc
biệt là trong những trường hợp đang ở xa nhà : công tác, tham quan, nghỉ dưỡng, …). Để
giải quyết bài toán này, chúng em đã chọn “Hệ thống cảnh báo chống trộm qua mạng
di động GSM bằng dịch vụ tin nhắn SMS” để làm đồ án tốt nghiệp, và cũng là để ứng
dụng vào thực tiễn những gì đã được học trong nhà trường.
Hệ thống cảnh báo chống trộm qua mạng di động GSM bằng dịch vụ tin nhắn
SMS, nhằm mục đích:
- Biết được khi nào có trộm đột nhập vào nhà
- Kích hoạt chuông cảnh báo chống trộm và gửi tin nhắn cảnh báo tới số điện thoại
của người sử dụng
- Quản lý được tình trạng bật/ tắt các cảm biến từ xa thông qua tin nhắn SMS
1

Chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo hướng dẫn Th.s Đặng Thị Hương
Giang và thầy Nguyễn Đình Hồng đã có những định hướng và góp ý quý báu giúp em
có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với kết quả tốt nhất.
Hà Nội, ngày 5 tháng 12 năm 2015
Các sinh viên thực hiện

2


TÓM TẮT NỘI DUNG
Hệ thống cảnh báo chống trộm qua mạng di động GSM bằng dịch vụ tin nhắn
SMS bao gồm: hệ thống mạch cảm biến chống trộm và truyền, nhận dữ liệu qua mạng di
động GSM bằng dịch vụ tin nhắn SMS. Hệ thống được chia làm 2 phần lớn:
Phần 1: Mô tả, thiết kế
Yêu cầu:
- Chức năng:
+ Thiết kế mạch nguyên lý và layout
+ Mạch chạy ổn định và liên tục trong thời gian dài
+ Thông báo các trạng thái lên màn hình LCD 16x2
- Phi chức năng:
+ Giá thành thấp (Mạch làm bằng tay)
+ Dễ vận hành và lắp đặt
+ Độ bền cao
Phần 2: Thi công.
Nhằm thực hiện nội dung đã đặt ra, cuốn đồ án được chia ra làm 5 chương:
- Chương 1: Tổng quan hệ thống
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết
- Chương 3: Thiết kế hệ thống
- Chương 4: Thi công mạch

- Chương 5: Kết quả thực nghiệm

3


MỤC LỤC

4


CÁC THUẬT NGỮ
3GPP: Third Generation Partner ship Project
ATA: Attention Answer
AT: Attention
ATH: Attention Hool Control
ATO: Attention return to Online data state
AUC: Authentication center
BIE: Base Station Interface Equipment
BSC: Basic Station Controller
BSS: Base Station Subsystem
BTS: Base Transceiver Station
CDMA: Code Division Multiple Acess
CPU: Central Processing Unit
EIR: Equipment Indent Register
ETSI: European
G-MSC: Gateway Mobile Station Center
GPRS: General Packet Radio Services
GSM: Global System for Mobile communication
HLR: Home Location Register
IMEI: International Mobile Equipment Identity

LCD: Liquid Crystal Display
ME: Mobile Equipment
MS: Mobile Station
MSC: Mobile Station Center
MT: Mobile Terminal
NSS: Network Switching Subsystem
OSS: Operation Station Subsystem
PIN: Personal Identity Number
PSTN: Publish Mobile Equipment Identity
5


SIM: Subcriber Identity Module
SMS: Short Mesasge Services
SMSC: Short Message Services Center
TDMA: Time Division Multiple Acess
TRAU: Transcoder and Rate Adapter Unit
VLR: Visitor Location Register

6


DANH MỤC HÌNH VẼ

7


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Chế độ lệnh AT
Bảng 2.2: Lệnh thiết lập và cài đặt cho tin nhắn SMS

Bảng 3.1: Các bản tin giao tiếp giữa hệ thống và người sử dụng
Bảng 3.2: Chức năng các chân PIC16F877A
Bảng 3.3: Bảng mô tả chân module SIM
Bảng 3.4: Bảng mô tả chi tiết các chân của module Sim900A
Bảng 3.5: Bảng mô tả vai trò các chân của màn hình LCD
Bảng 3.6: Chức năng các đường dẫn điều khiển của LCD

8


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
I. Tầm quan trọng của hệ thống
Ngày nay, xã hội càng hiện đại, khoa học kỹ thuật càng phát triển thì cuộc sống
của con người càng đầy đủ tiện nghi và việc ứng dụng tự động hóa càng được rộng rãi.
Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều
gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại di động, cho phép
chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo lịch.
Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của nhau và có khả năng tương
tác với nhau.
Tạo ra những thiết bị thông minh, giúp con người có thể kiểm soát các thiết bị điện
tử, đồng thời điều khiển chúng từ xa.
Trên đây cũng là những mục tiêu cuối cùng mà đồ án tốt nghiệp muốn hướng tới.
Đó thực sự là kết quả rất phù hợp với yêu cầu thực tiễn
II. Mục đích nghiên cứu
Đồ án được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến
thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống “Hệ thống cảnh báo
chống trộm qua mạng di động GSM bằng dịch vụ tin nhắn SMS” hoàn thiện. Hệ thống
tích hợp module nhận tin nhắn sử dụng mạng GSM, module xử lý dữ liệu, module cảm
biến, module điều khiển và module hiển thị. Qua xử lí, dữ liệu sẽ được gửi về thiết bị đầu
cuối (mobile) của người sử dụng để báo tình trạng của các cảm biến và báo động cho

người sử dụng khi có trộm.
Hệ thống cảnh báo chống trộm qua điện thoại di động dùng tin nhắn SMS có chức
năng như sau:
- Kích hoạt chuông báo động khi có trộm đột nhập và gửi tin nhắn cảnh báo cho
người sử dụng.
- Người sử dụng có thể kiểm tra trạng thái hoạt động (bật/ tắt) của cảm biến qua
điện thoại, từ kết quả kiểm tra trạng thái, người dùng có thể bật/ tắt các cảm biến.

9


- Hệ thống sau khi nhận tin nhắn, xuất lệnh bật/ tắt các cảm biến tương ứng và tự
động báo trạng thái của các cảm biến sau điều khiển.
III. Phương pháp nghiên cứu
Trong đề tài này, chúng em đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về
điện tử, viễn thông, truy cập từ mạng internet, từ các đồ án của khóa trước.
- Phương pháp quan sát: khảo sát một số mạch điện từ mạng internet, khảo sát các
điện thoại di động để chọn lựa phương án thiết kế cho hệ thống.
- Phương pháp thực nghiệm: từ những ý tưởng và kiến thức của chúng em, kết hợp
sự hướng dẫn của giáo viên, chúng em đã có được nhiều thiết kế khác nhau để từ đó chọn
lọc được hệ thống tối ưu nhất.

10


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I. Mạng thông tin di động GSM
1.1. Lịch sử phát triển mạng GSM
GSM (Global System for Mobile communication) là hệ thống thông tin di động số

toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G (second generation) có cấu trúc mạng
tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lượng cao với các
băng tần khác nhau: 400 Mhz, 900 Mhz, 1800 Mhz và 1900 Mhz, được tiêu chuẩn Viễn
thông Châu Âu (ETSI) quy định.
Do nó hầu như có mặt khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp dịch vụ
thực hiện việc ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễ dàng sử dụng
máy điện thoại GSM của mình bất cứ nơi đâu.
Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chất
lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn như là gửi/
nhận tin nhắn SMS. Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệ
GSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối các thiết bị khác
nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau.
Ở nước ta, mạng thông tin di động đầu tiên ra đời vào năm 1992 với khoảng 5000
thuê bao. Hai nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn là Mobifone (VMS) ra đời năm
1993 - liên doanh giữa công ty bưu chính viễn thông VN (VNPT) và tập đoàn COMVIK
và Vinafone của trung tâm dịch vụ viễn thông (GPC) thuộc VNPT ra đời năm 1996. Đến
năm 2002 Sfone của tập đoàn TELECOM của Hàn Quốc và tháng 6/2004, Viettel của
công ty Viễn Thông Quân Đội cùng bước vào cuộc đua. Cuộc chạy đua của các nhà khai
thác làm cho giá cước giảm xuống và các dịch vụ ngày càng đa dạng.
1.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của mạng GSM
Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự do của các thuê bao
trong châu Âu, có nghĩa là một thuê bao có thể thâm nhập sang mạng của nước khác khi
di chuyển qua biên giới. Trạm di động GSM - MS (GSM Mobile Station) phải có khả
năng trao đổi thông tin tại bất cứ nơi nào trong vùng phủ sóng quốc tế.
- Về khả năng phục vụ:
11


+ Hệ thống được thiết kế sao cho MS có thể dùng được trong tất cả các
nước có mạng.

+ Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép sự linh hoạt lớn nhất cho
các loại dịch vụ khác liên quan tới mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN).
+ Tạo một hệ thống có thể phục vụ cho các MS trên các tàu viễn dương như
một mạng mở rộng cho các dịch vụ di động mặt đất.
- Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật:
+ Chất lượng thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ thống
di động tương tự trước đó trong điều kiện vận hành thực tế.
+ Hệ thống có khả năng mật mã hóa thông tin người dùng mà không ảnh
hưởng đến hệ thống cũng như không ảnh hưởng đến các thuê bao khác không dùng đến
khả năng này.
- Về việc sử dụng tần số:
+ Hệ thống cho mức độ cao về hiệu quả của dải tần có thể phục vụ ở vùng
thành thị và nông thôn cũng như các dịch vụ mới phát triển.
+ Dải tần số hoạt động là 890 - 915 và 935 - 960 MHZ.
- Về mạng:
+ Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT.
+ Kế hoạch đánh số dựa trên khuyến nghị của CCITT.
+ Hệ thống phải cho phép cấu trúc và tỷ lệ tính cước khác nhau khi được
dùng trong các mạng khác nhau.
+ Trung tâm chuyển mạch và các thanh ghi định vị phải dùng hệ thống báo
hiệu được tiêu chuẩn hóa quốc tế.
+ Chức năng bảo vệ thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển mạng phải
được cung cấp trong hệ thống.
1.3. Cấu trúc hệ thống GSM
Một hệ thống GSM có thể được chia thành nhiều phân hệ sau đây:
- Phân hệ chuyển mạch (SS: Switchj Subsystem)
- Phân hệ trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem)
12

- Phân hệ khai thác (OSS: Operation Subsystem)
- Trạm di động (MS: Mobile Station)
Truyền dẫn tin tức
Kết nối cuộc gọi và truyền dẫn tin tức

Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống GSM
1.3.1. Phân hệ chuyển mạch SS
Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM
cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao.
Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với
nhau và với mạng khác.
* Hệ thống con chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng sau:
- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC: Mobile Services Switching
Center)
- Bộ ghi định vị tạm trú (VLR: Visitor Location Register)
- Bộ ghi định vị thường trú (HLR: Home Location Register)
- Trung tâm nhận thực (AUC: Authentication Center)
- Bộ nhận dạng thiết bị (EIR: Equipment Identity Register)
- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC: Gateway Mobile
Services Switching Center)
13


* Sau đây là các chức năng chính của từng phân hệ:
- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC
Ở SS, chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện. Nhiệm vụ chính của
MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM. Một mặt
MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác nó giao tiếp với mạng ngoài.
MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng. Việc giao
tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng

thích ứng (các chức năng tương tác IWF: Interworking Function). SS cũng cần giao tiếp
với mạng ngoài để sử dụng các 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 các bộ điều khiển trạm gốc .
Để kết nối MSC với một số mạng khác, cần phải thích ứng các đặc điểm truyền
dẫn của GSM với các mạng này. Các thích ứng này được gọi là các chức năng tương tác
IWF (Interworking Function) bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn.
Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN (Packet Switched Public Data Network:
mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói), hay CSPDN (Circuit Switched Public Data
Network: mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh), nó cũng tồn tại khi các mạng khác
chỉ đơn thuần là PSTN hay ISDN. IWF có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC
hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai thì giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở.
Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được
định tuyến đến một tổng đài cổng GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang
ở đâu. Các tổng đài cổng 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 (MSC tạm trú). Để vậy
trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR
cần thiết và hỏi HLR này. Tổng đài cổng có một giao diện với các mạng bên ngoài với
mạng GSM. Về phương diện kinh tế, không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng
mà thường được kết hợp với MSC.
- Bộ ghi định vị thường trú HLR

14


Là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của mạng GSM, lưu trữ các số liệu và địa chỉ
nhận dạng cũng như các thông số nhận thực của thuê bao trong mạng. Các thông tin lưu
trữ trong HLR gồm: nhận dạng thuê bao IMSI, MSISDN, VLR hiện thời, trạng thái thuê
bao, khoá nhận thực và chức năng nhận thực, số lưu động trạm di động MSRN.
HLR chứa những cơ sở dữ liệu bậc cao của tất cả các thuê bao trong GSM. Những

dữ liệu này được truy nhập từ xa bởi các MSC và VLR của mạng.
- Bộ định vị tạm trú VLR
VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM. Nó được nối với một hay nhiều
MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm
trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các
thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR. Các chức năng VLR thường được liên
kết với các chức năng MSC.
- Trung tâm nhận thực AUC
AUC quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê
bao dựa trên một khoá nhận dạng bí mật để đảm bảo an toàn số liệu cho các thuê bao
được phép. Khoá này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ ở MS. Bộ nhớ
này có dạng Simcard có thể rút ra và cắm lại được. AUC có thể được đặt trong HLR hoặc
MSC hoặc độc lập với cả hai.
Khi đăng ký thuê bao, khoá nhận thực được ghi nhớ vào Simcard của thuê bao
cùng với IMSI của nó. Đồng thời khoá nhận thực 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 hoá:
+ Số ngẫu nhiên RAND
+ Mật khẩu SRES
+ Khoá mật mã
- Bộ nhận dạng thiết bị EIR
Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR.
EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến phần thiết bị di động ME của trạm di động
MS. EIR được nối với MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của
thiết bị bằng cách so sánh tham số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI (International
15


Mobile Equipment Identity) của thuê bao gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu
giữ trong EIR phòng trường hợp đây là những thiết bị đầu cuối bị đánh cắp, nếu so sánh
không đúng thì thiết bị không thể truy nhập vào mạng được.

- Tổng đài di động cổng G-MSC
Tất cả các cuộc gọi vào mạng GSM sẽ được định tuyến cho tổng đài di động cổng
Gateway - MSC. Nếu một người nào đó ở mạng cố định PSTN muốn thực hiện một cuộc
gọi đến một thuê bao di động của mạng GSM. Tổng đài tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này
đến MSC có trang bị một chức năng được gọi là chức năng cổng. Tổng đài MSC này gọi
là MSC cổng và nó có thể là một MSC bất kỳ ở mạng GSM. G-MSC sẽ phải tìm ra vị trí
của MSC cần tìm. Điều này được thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký. HLR sẽ
trả lời, khi đó MSC này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết. Khi cuộc gọi
đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS.
1.3.2. Phân hệ trạm gốc BSS
BSS thực hiện nhiệm vụ 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. Đó là:
- 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 thông tin.
- Quản lý quá trình chuyển giao Handover.
- Thực hiện bảo mật kênh vô tuyến.
Phân hệ BSS gồm hai khối chức năng: bộ điều khiển trạm gốc (BSC: Base Station
Controller) và các trạm thu phát gốc (BTS: Base Transceiver Station). Nếu khoảng cách
giữa BSC và BTS nhỏ hơn 10m thì các kênh thông tin có thể được kết nối trực tiếp (chế
độ Combine), ngược lại thì phải qua một giao diện A-bis (chế độ Remote). Một BSC có
thể quản lý nhiều BTS theo cấu hình hỗn hợp của 2 loại trên.
- Bộ điều khiển trạm gốc BSC
BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến qua các lệnh điều khiển từ xa
BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản
lý chuyển giao (Handover). Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia nối với MSC
16


của SS. Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Một BSC

có thể quản lý vài chục BTS tuỳ theo lưu lượng các BTS này. Giao diện giữa BSC và
MSC là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS là giao diện A-bis.
Nhân viên khai thác có thể từ trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC nạp phần
mềm mới và dữ liệu xuống BSC, thực hiện một số chức năng khai thác và bảo dưỡng,
hiển thị cấu hình của BSC.
BSC có thể thu thập số liệu đo từ BTS và BIE (Base Station Interface Equipment:
Thiết bị giao diện trạm gốc), lưu trữ chúng trong bộ nhớ và cung cấp chúng cho OMC
theo yêu cầu.
- Trạm thu phát gốc BTS
Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao
diện vô tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức
năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder and Rate Adapter
Unit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ). TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã
hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở 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 đặt cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt giữa BSC và MSC.
BTS có 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 các thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp A-bis
- Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc dộ TRAU
Trong GSM, tín hiệu thoại trên giao diện vô tuyến được mã hoá ở tốc độ 13Kbps
sử dụng mã hoá tiền định tuyến LPC. Để thích ứng tốc độ này các tốc độ mạng hội thoại
cố định PSTN cần có bộ chuyển đổi mã TRAU để chuyển đổi giữa 13Kbps PCM giữa
MS và MSC. TRAU có thể được đặt tại BTS, BSC hoặc tại MSC. Để giảm thiểu chi phí
truyền dẫn, thường TRAU đặt ở MSC. Khi đó cần thêm báo hiệu bổ sung vào tiếng thoại
13Kbps để truyền thông tin điều khiển từ bộ chuyển đổi mã từ xa dặt ở BTS đến TRAU.
17

1.3.3. Phân hệ khai thác OSS
Phân hệ khai thác OSS thực hiện ba chức năng chính sau:
- Khai thác và bảo dưỡng mạng: Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai
thác mạng theo dõi hành vi của mạng như: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng
chuyển giao giữa hai ô…, nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng
của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố. Khai thác cũng
bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện tại, để
chuẩn bị lưu lượng cho tương lai, để tăng vùng phủ. Ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai
thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm.
Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố hỏng hóc. Nó có
một số quan hệ với khai thác. Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trường
nhằm thay thế thiết bị có sự cố.
Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMN
(Telecommunication Management Network: Mạng quản lý viễn thông). Lúc này, một mặt
hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông (các
MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì thâm nhập đến BTS được thực
hiện qua BSC). Mặt khác, hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến một máy
tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy. Theo tiêu chuẩn GSM, hệ thống được gọi là
OMC (Operation and Maintenance Center: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng).
- Quản lý thuê bao: Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ
đầu tiên là nhập và xóa thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp,
bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung. Nhà khai thác có thể thâm nhập được
tất cả các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các
cuộc gọi. Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao. Quản lý thuê bao ở GSM chỉ liên
quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị
giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao. Simcard cũng đóng vai trò
như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao.
- Quản lý thiết bị di động: Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng
thiết bị EIR thực hiện. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR

18


được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị. Một thiết
bị không được phép sẽ bị cấm. Trong hệ thống GSM, EIR được coi là hệ thống con SS.
1.3.4. Trạm di động MS
Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy
của hệ thống. MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô tô. Ngoài việc
chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến, MS còn phải cung
cấp các giao diện với người sử dụng (như micrô, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý
cuộc gọi) hoặc giao diện với một số các thiết bị khác (như giao diện với máy tính cá
nhân, Fax…). Hiện nay, người ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để
đấu nối với trạm di động.
Máy di động MS gồm hai phần: Module nhận dạng thuê bao SIM ( Subscriber
Identity Module) và thiết bị di động ME (Mobile Equipment).
Để đăng ký và quản lý thuê bao, mỗi thuê bao phải có một bộ phận gọi là SIM.
SIM là một module riêng được tiêu chuẩn hoá trong GSM. Tất cả các bộ phận thu, phát,
báo hiệu tạo thành thiết bị ME. ME không chứa các tham số liên quan đến khách hàng,
mà tất cả các thông tin này được lưu trữ trong SIM. SIM thường được chế tạo bằng một
vi mạch chuyên dụng gắn trên thẻ gọi là Simcard. Simcard có thể rút ra hoặc cắm vào
MS.
* Sim đảm nhiệm các chức năng sau:
- Lưu giữ khoá nhận thực thuê bao cùng với số nhận dạng trạm di động quốc tế
IMSI nhằm thực hiện các thủ tục nhận thực và mật mã hoá thông tin.
- Khai thác và quản lý số nhận dạng cá nhân PIN (Personal Identity Number) để
bảo vệ 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.
1.4. Các dịch vụ của GSM
1.4.1. Dịch vụ thoại
Là dịch vụ quan trọng nhất của GSM. Nó cho phép các cuộc gọi hai hướng diễn ra

giữa người sử dụng GSM với thuê bao bất kỳ ở một mạng điện thoại nói chung nào. Tốc
độ truyền thoại trong GSM là 13kbps.
19


Dịch vụ cuộc gọi khẩn là một loại dịch vụ khác bắt nguồn từ dịch vụ thoại. Nó cho
phép người dùng có thể liên lạc với các dịch vụ khẩn cấp như cảnh sát hay cứu hoả mà có
thể có hay không có SIM card trong máy di động.
1.4.2. Dịch vụ số liệu
GSM được thiết kế để đưa ra rất nhiều dịch vụ số liệu. Các dịch vụ số liệu được
phân biệt với nhau bởi người sử dụng phương tiện (người sử dụng các mạng điện thoại
PSTN, ISDN,…), bởi bản chất các luồng thông tin đầu cuối (dữ liệu thô, fax, videotex,
teletex…), bởi phương tiện truyền dẫn (gói hay mạch, đồng bộ hay không đồng bộ…) và
bởi bản chất thiết bị đầu cuối. Tốc độ truyền số liệu trên mạng GSM là 9,6kbps
1.4.3. Dịch vụ nhắn tin SMS
Là một loại dịch vụ số liệu. Dịch vụ nhắn tin ngắn SMS cho phép các thuê bao
GSM gửi cho nhau các bản tin chữ dài không quá 160 kí tự.
Có thể sử dụng một trung tâm dịch vụ để một thuê bao đọc bản tin đến đó. Sau đó
bản tin sẽ được phát đến thuê bao. Nếu thuê bao ở ngoài vùng phủ của hệ thống hay tắt
nguồn, bản tin sẽđược lưu giữ và gửi đi khi thuê bao lại sẵn sàng. Có thể thu hay gửi
đicác thông báo ngắn ở trạng thái rỗi hay trong quá trình cuộc gọi.
1.4.4. Dịch vụ Wap
Dịch vụ Wap được bắt đầu xây dựng và triển khai lần đầu tiên cách đây ba năm
( vào giữa năm 1997). Dịch vụ giao thức ứng dụng không đây (Wap) ngày nay đã trở nên
phổ biến. Tiêu chí của dịch vụ rất đơn giản: cho phép thuê bao dùng điện thoại di động,
máy nhắn tin hoặc những thiết bị viễn thông khác có hỗ trợ Wap có thể truy cập một cách
có giới hạn vào các trang wed để xem thông tin về thị trường chứng khoán, xem tin tức,
gửi và nhận email v.v…
Mặc dù Wap sử dụng các công nghệ và khái niệm từ thế giới wed và Internet
nhưng các thiết bị Wap không thể truy cập trực tiếp vào các nguồn tài nguyên wed trên

Internet mà phải nhờ qua Wap gateway.
II. Tổng quan về SMS
2.1. Giới thiệu về SMS
20


SMS là từ viết tắt của Short Message Service. Đó là một công nghệ cho phép gửi
và nhận các tin nhắn giữa các điện thoại với nhau. SMS xuất hiện đầu tiên ở Châu Âu vào
năm 1992. Ở thời điểm đó, nó bao gồm cả các chuẩn về GSM (Global System for Mobile
Communication). Một thời gian sau đó, nó phát triển sang công nghệ wireless như
CDMA và TDMA. Các chuẩn GSM và SMS có nguồn gốc phát triển bởi ETSI (European
Telecommunication Standards Institute). Ngày nay 3GPP (Third Generation Partnership
Project) đang giữ vai trò kiểm soát về sự phát triển và duy trì các chuẩn GSM và SMS.
Như chính tên đầy đủ của SMS là Short Message Service, dữ liệu có thể được lưu
giữ bởi một SMS là rất giới hạn. Một SMS có thể chứa tối đa là 140 byte (1120 bit) dữ
liệu. Vì vậy, một SMS có thể chứa:
- 160 ký tự nếu mã hóa ký tự 7 bit được sử dụng (phù hợp với mã hóa các ký tự
latin như alphatet của tiếng Anh)
- 70 ký tự nếu như mã hóa ký tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng (dùng cho
các ký tự không phải mã latin như chữ Trung Quốc…)
SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau. Nó có thể hoạt động tốt với
nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode, bao gồm Arabic, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn
Quốc… Bên cạnh gửi tin nhắn dạng text thì tin nhắn còn có thể mang dữ liệu dạng
binary. Nó cho phép gửi nhạc chuông, hình ảnh cùng nhiều tiện ích khác…từ điện thoại
này tới điện thoại khác.
Một trong những ưu điểm nổi trội của SMS là được hỗ trợ bởi các điện thoại sử
dụng GSM hoàn toàn. Hầu hết các tiện ích cộng thêm gồm cả dịch vụ gửi tin nhắn giá rẻ
được cung cấp, sử dụng thông qua sóng wireless.
* Các yếu tố kích thích sự phát triển của SMS:
- Việc nhắn tin liên mạng giữa các nhà cung cấp dịch vụ trong cùng một khu vực

tạo cho khách hàng của cả hai mạng một cơ hội sử dụng dịch vụ nhắn tin SMS giống như
dịch vụ thoại. Các khách hàng có thể gọi điện cũng như nhắn tin cho nhau từ các mạng
khác nhau.
- Dịch vụ nhắn tin nhắn trả trước: đây là một nguyên nhân rất quan trọng quyết
định sự phát triển mạnh mẽ của dịch vụ SMS. Nhắn tin SMS trả trước (SMS for
21


prepayment) cho phép khách hàng có thể trả tiền trước cho dịch vụ mà không cần phải
đăng ký với nhà khai thác.
- Dự đoán văn bản được bấm trên máy: sự đơn giản hóa việc nhắn tin cũng làm
tăng lượng tin nhắn được gửi đi. Vì vậy sự ra đời các thuật toán dự báo tin nhắn được
bấm đã làm giảm một cách đáng kể việc bấm phím. Sự tích hợp thuật toán này vào các
máy điện thoại đã làm cho dịch vụ SMS ngày càng phát triển.
- Chuẩn hóa các giao thức: việc chuẩn hóa các giao thức đã tạo ra một môi trường
cho sự phát triển của các nhà hoạch định, phát triển và triển khai dịch vụ của các nhà kinh
doanh. Chuẩn hóa giao thức cũng làm cho người sử dụng dễ dàng hơn trong việc trả lời
tin nhắn và truy nhập tới các dịch vụ tin nhắn khác thông qua giao diện menu trên máy.
- Sự phát triển của các thiết bị đầu cuối: việc cho ra đời các thiết bị đầu cuối dễ sử
dụng cũng góp phần làm tăng việc sử dụng tin nhắn.
2.2. Cấu trúc một tin nhắn SMS
Nội dung của 1 tin nhắn SMS khi được gửi đi chia làm 5 phần như sau:
Insturctions to
air interface

Instructions to
SMSC

Instructions to
handset

Instructions to
SIM (optional)

Message Body

- Instructions to air interface: chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface (giao diện
không khí).
- Instructions to SMSC: chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn SMSC.
- Instructions to handset: chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay.
- Instructions to SIM (optional): chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM.
- Message body: nội dung tin nhắn SMS.
2.3. Ưu điểm của các tin nhắn
- Tin nhắn có thể được gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào.
- Tin nhắn SMS có thể được gửi tới các điện thoại dù chúng đang bị tắt nguồn.
- Ít gây phiền phức trong khi vẫn có thể giữ liên lạc.
- Được sử dụng trên các điện thoại di động khác nhau và có thể gửi cùng mạng
hoặc khác mạng đều được.

22


- Phù hợp với các ứng dụng wireless sử dụng cùng với nó như: chức năng SMS
được hỗ trợ 100% bởi các điện thoại sử dụng công nghệ GSM; có thể gửi nhạc chuông,
hình ảnh…; hỗ trợ chi trả các dịch vụ trực tuyến download nhạc chuông…
2.4. Tin nhắn SMS chuỗi/tin nhắn SMS dài
Để khắc phục khuyết điểm mang lượng giới hạn dữ liệu, một mở rộng mới ra đời
đó là SMS chuỗi (SMS dài). Một SMS dạng text dài có thể chứa nhiều hơn 160 ký tự
theo chuẩn dùng trong tiếng Anh. SMS chuỗi có cơ cấu hoạt động như sau: điện thoại di
động sẽ chia tin nhắn dài ra thành nhiều phần nhỏ và sau đó gửi các phần nhỏ này như tin

nhắn SMS đơn. Khi các tin nhắn SMS này đã được gửi tới đích hoàn toàn thì nó sẽ được
kết hợp lại với nhau trên máy di động của người nhận.
2.5. SMS center/SMSC
Một SMS Center (SMSC) là nơi chịu trách nhiệm luân chuyển các hoạt động liên
quan tới SMS của một mạng wireless. Khi một tin nhắn SMS được gửi đi từ một điện
thoại di động thì trước tiên nó sẽ được gửi tới một trung tâm SMS. Sau đó, trung tâm
SMS này sẽ chuyển tin nhắn này tới đích (người nhận). Một tin nhắn SMS có thể phải đi
qua nhiều hơn một thực thể mạng (netwok) (chẳng hạn như SMSC và SMS gateway)
trước khi đi tới đích thực sự của nó. Nhiệm vụ duy nhất của một SMSC là luân chuyển
các tin nhắn SMS và điều chỉnh quá trình này cho đúng với chu trình của nó. Nếu như
máy điện thoại của người nhận không ở trạng thái nhận (bật nguồn) trong lúc gửi thì
SMSC sẽ lưu trữ tin nhắn này. Và khi máy điện thoại của người nhận mở nguồn thì nó sẽ
gửi tin nhắn này tới người nhận.
Thường thì một SMSC sẽ họat động một cách chuyên dụng để chuyển lưu thông
SMS của một mạng wireless. Hệ thống vận hành mạng luôn luôn quản lí SMSC của riêng
nó và vị trí của chúng bên trong hệ thống mạng wireless. Tuy nhiên hệ thống vận hành
mạng sẽ sử dụng một SMSC thứ ba có vị trí bên ngoài của hệ thống mạng wireless. Cần
phải biết địa chỉ SMSC của hệ thống vận hành mạng wireless để sử dụng, tinh chỉnh chức
năng tin nhắn SMS trên điện thoại. Điển hình một địa chỉ SMSC là một số điện thoại
thông thường ở hình thức, khuôn mẫu quốc tế. Một điện thoại nên có một thực đơn chọn

23


lựa để cấu hình địa chỉ SMSC. Thông thường thì địa chỉ được điều chỉnh lại trong thẻ
SIM bởi hệ thống mạng wireless.
III. Các tập lệnh AT
3.1. Giới thiệu
Các lệnh AT là các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển một modem. AT là một
cách viết gọn của chữ Attention. Mỗi dòng lệnh của nó bắt đầu với “AT” hay “at”. Đó là

lý do tại sao các lệnh modem được gọi là các lệnh AT. Nhiều lệnh của nó được sử dụng
để điều khiển các modem quay số sử dụng dây nối (wired dial-up modems), chẳng hạn
như ATD (Dial), ATA (Answer), ATH ( Hool control) và ATO (return to online data state)
cũng được hỗ trợ bởi các modem GSM/GPRS và các điện thoại di động.
Bên cạnh bộ lệnh AT thông dụng này, các modem GSM/GPRS và các điện thoại di
động còn được hỗ trợ bởi một bộ lệnh AT đặc biệt đối với công nghệ GSM. Nó bao gồm
các lệnh liên quan đến SMS như AT+CMGS (gửi tin nhắn SMS), AT+CMSS (gửi tin
nhắn SMS từ một vùng lưu trữ), AT+CMGL (chuỗi liệt kê các tin nhắn SMS) và
AT+CMGR (đọc tin nhắn SMS).
3.2. Các tập lệnh AT cơ bản
3.2.1. Các thuật ngữ
<CR>: Carriage return (Mã ASCII 0x0D).
<LF>: Line Feed (Mã ASCII 0x0A).
MT : Mobile Terminal- Thiết bị đầu cuối mạng (trong trường hợp này là modem)
TE : Terminal Equipment- Thiết bị đầu cuối (Máy tính, vi điều khiển).
3.2.2. Cú pháp
Khởi đầu lệnh: Tiền tố “AT” hoặc “at”
Kết thúc lệnh: ký tự <CR>
Lệnh AT thường có một đáp ứng theo sau nó, có cấu trúc:
“<CR><LF><Response><CR><LF>”
Tập lệnh AT có thể chia thành 3 loại cú pháp chính: cú pháp cơ bản, cú pháp tham
số S, cú pháp mở rộng.
24


- Cú pháp cơ bản:
“AT<x><n>” hoặc “AT&<x><n>”
Với:
<x>: Lệnh
<n>: Đối số của lệnh, đối số có thể có 1 hoặc nhiều đối số, đối số có thể tùy chỉnh,

được thiết lập mặc định nếu trong lệnh thiếu đối số.
- Cú pháp tham số S:
“AT<n>=<m>”
Với:
<n>: Chỉ số của thanh ghi S được thiết lập.
<m>: Giá trị đặt cho thanh ghi S. <m> cí thể tùy chỉnh, nếu thiếu, giá trị mặc định
sẽ được đặt cho <m>.
- Cú pháp mở rộng:
Các lệnh có cú pháp này có thể hoạt động ở nhiều chế độ. Các chế độ được liệt kê
ở bảng dưới:
Bảng 2.1: Chế độ lệnh AT
Lệnh kiểm tra

AT+<x>=?

Liệt kê danh sách các tham số của
lệnh và các giá trị có thể thiết lập cho
tham số.
Cho biết giá trị hiện tại của các tham

Lệnh đọc

AT+<x>?

Lệnh thiết lập

số trong lệnh.
AT+<x>=<...> Thiết lập các giá trị cho các tham số

Lệnh thực thi

của lệnh.
Đọc các tham số bất biến được tác

AT+<x>

động bởi các tiến trình bên trong của
module
Kết hợp các lệnh AT liên tiếp trên cùng một dòng lệnh: chỉ cần đánh “AT” hoặc
“at” một lần ở đầu dòng lệnh, các lệnh còn lại chỉ cần đánh lệnh, các lệnh các nhau bởi
dấu chấm phẩy. Một dòng lệnh chỉ chấp nhận tối đa 256 ký tự. Nếu số ký tự nhiều hơn sẽ
không có lệnh nào được thi hành.
25