Mô hình chuyển mạch kênh đa xử lý trong mạng lõi hệ thống thông tin di động

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Các kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công
trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã đƣợc
chỉ rõ nguồn gốc.

Hải Phòng, ngày tháng năm 2015
Học viên thực hiện

Nguyễn Sơn Hà

i


LỜI CẢM ƠN
Hiện nay thị trƣờng thông tin di động nƣớc ta đã bƣớc vào giai đoạn bão
hòa, các nhà mạng nhƣ Viettel, Mobifone, Vinaphone đang có sự cạnh tranh vô
cùng khốc liệt với nhiều chƣơng trình khuyến mãi đƣợc đƣa ra để giành giật thị
phần. Bên cạnh chính sách khuyến mãi hấp dẫn, sự ổn định của mạng lƣới là một
yêu cầu bắt buộc đối với các nhà mạng tạo lòng tin và sự hài lòng cho khách hàng.
Để nâng cao độ an toàn mạng, đảm bảo mạng lƣới luôn luôn hoạt động ổn
định phục vụ khách hàng thì độ an toàn của mạng lõi đóng vai trò vô cùng quan
trọng.
Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong những năm học tập chuyên ngành
Điện Tử - Viễn Thông tại trƣờng đại học Hàng hải Việt Nam và sau thời gian làm
việc tại trung tâm thông tin di động khu vực V nay là Trung tâm quản lý và điều
hành mạng MobiFone cùng với sự hƣớng dẫn của PGS.TS Trần Xuân Việt, em
đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Mô hình
chuyển mạch kênh đa xử lý trong mạng lõi hệ thống thông tin di động”. Đề tài
này sẽ là cơ sở lý thuyết để triển khai mô hình chuyển mạch kênh mới thay thế mô

hình chuyển mạch kênh truyền thống đang áp dụng tại các nhà mạng viễn thông.
Với mô hình mới này các khách hàng trong cùng một khu vực có thể đƣợc phục vụ
bởi một nhóm các MSC và các MSC trong nhóm này có thể chia sẻ tài nguyên và
dự phòng cho nhau đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Trần Xuân Việt đã trực tiếp
hƣớng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.

ii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC CHỮ TẮT VÀ KÝ HIỆU ......................................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................ vi
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1.Lịch sử phát triển mạng thông tin di động .......................................................... 2
1.2.Cấu trúc địa lý của mạng ..................................................................................... 3
1.2.1.Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network) .................................... 3
1.2.2.Vùng phục vụ MSC .......................................................................................... 3
1.2.3.Vùng định vị (LA - Location Area) ................................................................. 3
1.2.4.Cell (Tế bào hay ô) ........................................................................................... 4
1.3.Mô hình hệ thống thông tin di động hiện nay ..................................................... 4
1.4.Các thành phần chức năng trong hệ thống .......................................................... 5
1.4.1.Trạm di động (MS - Mobile Station) ............................................................... 5
1.4.2.Phân hệ trạm gốc (BSS - Base Station Subsystem) ......................................... 5
1.4.3.Phân hệ chuyển mạch (SS - Switching Subsystem) ......................................... 6

1.4.4.Phân hệ khai thác và bảo dƣỡng (OSS)............................................................ 9
CHƢƠNG II: MÔ HÌNH CHUYỂN MẠCH KÊNH ĐA XỬ LÝ MSC
2.1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................................ 10
2.1.1.MGW cung cấp chức năng A-Flex/Iu-Flex .................................................... 11
2.1.2.MGW quản lý giao diện A ............................................................................. 14
2.2.Các tham số cơ bản của mô hình đa xử lý MSC ............................................... 16
2.2.1.MSC Pool và khu vực MSC Pool ................................................................... 16
2.2.2.RNC/BSC ngoài khu vực MSC Pool ............................................................. 16
2.2.3.NNSF .............................................................................................................. 17
iii


2.2.4.TMSI .............................................................................................................. 17
2.2.5.NRI ................................................................................................................. 18
2.3.Phƣơng thức hoạt động của mô hình đa xử lý MSC ......................................... 24
2.3.1.Chức năng NNSF ........................................................................................... 24
2.3.2.Cân bằng tải .................................................................................................... 27
2.3.3.Chuyển giao (Handover) ................................................................................ 30
2.3.4.Cơ chế dự phòng trong MSC Pool ................................................................. 31
2.3.5.Điều khiển tìm gọi (Paging) ........................................................................... 41
2.3.6.Cập nhật vị trí kết hợp thông qua giao diện Gs .............................................. 42
2.3.7.Chuyển đổi thuê bao giữa các MSC ............................................................... 43
2.3.8.Cân bằng tải MGW ......................................................................................... 47
2.3.9.Nguyên tắc tính cƣớc ..................................................................................... 48
CHƢƠNG III: ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN KHAI MÔ HÌNH TẠI MOBIFONE
3.1.Thiết kế mạng đa xử lý MSC ............................................................................ 50
3.1.1.Nguyên tắc chung khi thiết kế ........................................................................ 50
3.2.Các tham số thiết kế mạng ................................................................................ 51
3.2.1.Các tham số về dung lƣợng trong 01 MSC Pool ............................................ 51
3.2.2.Tham số NRI .................................................................................................. 51

3.3.Thiết kế mạng MSC Pool trung tâm V.............................................................. 52
3.3.1.Dung lƣợng hiện tại của trung tâm V ............................................................. 52
3.3.2.Thiết kế cấu hình mạng .................................................................................. 52
3.3.3.Thiết kế cấu hình mạng .................................................................................. 54
3.4.Hoạt động thực tế của mô hình đa xử lý tại Trung tâm V ................................ 56
3.4.1.Phƣơng thức xử lý khi MSC có sự cố ............................................................ 56
3.4.2.Phƣơng thức xử lý khi MGW có sự cố .......................................................... 58
3.5.Mô phỏng trên thực tế với 1 thuê bao ............................................................... 60
3.5.1.Mô phỏng tình huống thuê bao đang ở MSC2 chuyển sang MSC3 .............. 60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 65

iv


DANH MỤC CÁC CHỮ TẮT VÀ KÝ HIỆU
Chữ viết tắt

Tên đầy đủ

Giải thích

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Giao thức truyền bất đồng bộ

BICC

Bearer Independent Call
Control Protocol

Giao thức điều khiển cuộc gọi độc
lập với kênh thoại
Phần tử điều khiển trạm gốc

CN

Base Station Controller
Base Station Subsystem
Application Part
Core Network

CN-ID

Core Network Identification

Thông số nhận dạng mạng lõi

CS

Circuit Switched

BSC
BSSAP

GMSC
HLR

Phần ứng dụng hệ thống con BSS
Mạng lõi

Chuyển mạch kênh
Gateway Mobile Switching Center Cổng trung tâm chuyển mạch di
động
Home Location Register
Thanh ghi địa chỉ thƣờng trú
Số chuyển giao

IN

Handover Number
International Mobile Subscriber
Identity
Intelligent Network

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

LAI

Location Area Identity

Thông số xác định vùng định vị

LU

Location Update

M3UA

MTP3 User Adaptation

MAP

Mobile Application Part

Cập nhật vị trí
Phần thích ứng ngƣời dùng mức
MTP3
Phần tử ứng dụng di động

MCC

Mobile Country Code

Mã di động quốc gia

MGW

Media Gateway

Cổng quản lý phƣơng tiện kết nối

MNC

Mobile Network Code

Mã mạng di động

MSRN

Mobile Station Roaming Number

Số chuyển vùng di động

MTP

Message Transfer Part

Phần tử truyền bản tin

NNSF

NAS Node Selection Function

NRI

Network Resource Identifier

PRN

Provide Roaming Number

Chức năng chọn node mạng NAS
Thông số nhận dạng tài nguyên

mạng
Cung cấp số chuyển vùng

VMGW

Virtual Media Gateway

MGW ảo

HON
IMSI

v

Thông số xác định thuê bao quốc tế
Mạng thông minh


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
Bảng 3-1
Bảng 3-2
Bảng 3-3
Bảng 3-4
Bảng 3-5
Bảng 3-6
Bảng 3-7
Bảng 3-8

Tên bảng

Tham số về dung lƣợng trong 1 MSC
Tham số NRI tƣơng ứng cho 1 MSC
Tham số MSC Pool cho Trung tâm V
Tham số MSC Server cho Trung tâm V
Tham số MGW (Media Gateway)
Tham số báo hiệu của MSC server
Quy hoạch tên và điểm báo hiệu BSC
Quy hoạch tên và điểm báo hiệu RNC

vi

Trang
50
50
51
53
53
53
54
55


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình
Hình 1-1
Hình 1-2
Hình 1-3
Hình 2-1
Hình 2-2
Hình 2-3

Hình 2-4
Hình 2-5
Hình 2-2
Hình 2-7
Hình 2-8
Hình 2-9
Hình 2-10
Hình 2-11
Hình 2-12
Hình 2-13
Hình 2-14
Hình 2-15
Hình 2-16
Hình 2-17
Hình 2-18
Hình 3-1
Hình 3-2
Hình 3-3
Hình 3-4

Tên hình
Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP
Mô hình hệ thống thông tin di động hiện nay
Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC
Mô hình tổng quan đa xử lý MSC trong mạng lõi
thông
di động
MGWtin
cung
cấp chức năng the A-Flex (M3UA agent

networking)
MGW cung cấp chức năng the A-Flex
MGW quản lý mạch giao diện A
Khu vực MSC Pool
RNC/BSC ở ngoài vùng MSC Pool
Cân bằng tải giữa các MSC
MSC lỗi trong MSC Pool
Nguyên lý dự phòng tập trung
Nguyên lý dự phòng theo dãy
Backup bản tin báo hiệu PRN thông qua độ ƣu tiên
route
Backup PRN bản tin báo hiệu qua điểm báo hiệu
SCCP
Quy trình MT recovery lần thứ hai
First MT recovery flow in centralized backup mode
First MT recovery flow in chain backup mode
Quy trình cập nhật vị trí trong chế độ inter-MSC Einterface
Bản tin yêu cầu giao diện MAP
Bản tin trả lời giao diện MAP
Mô hình thực tế của Trung tâm V
Trạng thái của thuê bao trên MHPG02H
Trạng thái của thuê bao trên MHPG03H
Hiển thị trên điện thoại của khách hàng

vii

Trang
11
14
16

21
22
23
24
26
27
37
41
42
42
44
44
46
47
49
53
54
55
55
56
57
58


MỞ ĐẦU
Mô hình thông tin di động mạng lõi (CORE NETWORK) hiện nay đƣợc
chia làm 2 loại chính là : Mô hình chuyển mạch kênh (CS) và mô hình chuyển
mạch gói (PS)
Chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switch) là sơ đồ chuyển mạch trong đó
thiết bị chuyển mạch thực hiện các cuộc truyền tin bằng cách thiết lập kết nối

chiếm một tài nguyên mạng nhất định trong toàn bộ cuộc truyền tin. Kết nối này là
tạm thời, liên tục và dành riêng. Tạm thời vì nó chỉ đƣợc duy trì trong thời gian
cuộc gọi. Liên tục vì nó đƣợc cung cấp liên tục một tài nguyên nhất định (băng
thông hay dung lƣợng và công suất) trong suốt thời gian cuộc gọi.
Chuyển mạch gói (PS: Packet Switch) là sơ đồ chuyển mạch thực hiện
phân chia số liệu của một kết nối thành các gói có độ dài nhất định và chuyển
mạch các gói này theo thông tin về nơi nhận đƣợc gắn với từng gói và ở PS tài
nguyên mạng chỉ bị chiếm dụng khi có gói cần truyền.
Nội dung xuyên suốt của luận văn này sẽ nghiên cứu chi tiết về mô hình chuyển
mạch kênh cũng nhƣ đƣa ra các ứng dụng của mô hình này trên thực tế. Cụ thể luận văn
đƣợc chia làm các chƣơng nhƣ sau:

Chƣơng I sẽ đề cập tới những vấn đề cơ bản nhất về hệ thống thông tin di
động đang sử dụng hiện nay
Chƣơng II trình bày về cơ sở lý thuyết và thực nghiệm để triển khai mô
hình. Sau đó sẽ phân tích các tham số cũng nhƣ phƣơng thức hoạt động của mô
hình đa xử lý trong mạng lõi.
Chƣơng III là quá trình triển khai trên thực tế và thực hiện mô phỏng

1


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1.

Lịch sử phát triển mạng thông tin di động
Lịch sử mạng thông tin di động đƣợc coi là bắt đầu từ năm 1992 khi mà

chuẩn GSM đầu tiên trên thế giới đƣợc phát hành bởi Viện tiêu chuẩn viễn thông

Châu Âu ETSI (European Telecommunications Standards Institute).
Những năm sau đó, hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM phát triển một
cách mạnh mẽ, cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các nhà điều hành, các mạng
di động mới, thì số lƣợng các thuê bao cũng gia tăng một cách chóng mặt.
Năm 2000 và 2001 đƣợc lƣu ý nhất với việc phát hành R99 và R4. Trong đó
R4 là việc lần đầu tiên phân tách MSC thành 2 khối xử lý riêng biệt là MSC server
và Media Gateway (MGW). Đây là chính là tiền đề cho việc triển khai mô hình đa
xử lý trong mạng lõi (Core Network) nhƣ hiện nay
Năm 2000, GPRS đƣợc ứng dụng. Năm 2001, mạng 3GSM (UMTS) đƣợc đi
vào hoạt động, số thuê bao GSM đã vƣợt quá 500 triệu. Năm 2003, mạng EDGE đi
vào hoạt động.
Cho đến năm 2006 số thuê bao di động đã lên tới con số 2 tỉ với trên 700
nhà điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di động trên thế giới. Theo dự
đoán của GSM Association, năm 2007 số thuê bao GSM sẽ đạt 2,5 tỉ.

Hình 1-1 Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP

2


1.2.

Cấu trúc địa lý của mạng
Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi

đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. Ở một mạng di động, cấu
trúc này rất quạn trọng do tính lƣu thông của các thuê bao trong mạng.
Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network)
Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng phục vụ do sự kết hợp của các quốc gia
thành viên nên những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau

ở có thể sử dụng đƣợc nhiều nơi trên thế giới.
Phân cấp tiếp theo là vùng phục vụ PLMN, đó có thể là một hay nhiều vùng
trong một quốc gia tùy theo kích thƣớc của vùng phục vụ.
Kết nối các đƣờng truyền giữa mạng di động GSM/PLMN và các mạng khác
(cố định hay di động) đều ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Tất cả các
cuộc gọi vào hay ra mạng GSM/PLMN đều đƣợc định tuyến thông qua tổng đài vô
tuyến cổng G-MSC (Gateway - Mobile Service Switching Center). G-MSC làm
việc nhƣ một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN.
Vùng phục vụ MSC
MSC (Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động, gọi tắt là tổng đài di
động). Vùng MSC là một bộ phận của mạng đƣợc một MSC quản lý. Để định
tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động. Mọi thông tin để định tuyến cuộc
gọi tới thuê bao di động hiện đang trong vùng phục vụ của MSC đƣợc lƣu giữ
trong bộ ghi định vị tạm trú VLR.
Một vùng mạng GSM/PLMN đƣợc chia thành một hay nhiều vùng phục vụ
MSC/VLR.
Vùng định vị (LA - Location Area)
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR đƣợc chia thành một số vùng định vị LA.
Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR, mà ở đó một trạm di động
có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài

3


MSC/VLR điều khiển vùng định vị này. Vùng định vị LA đƣợc hệ thống sử dụng
để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động.
Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng
định vị LAI (Location Area Identity):
LAI = MCC + MNC + LAC
MCC (Mobile Country Code): mã quốc gia

MNC (Mobile Network Code): mã mạng di động
LAC (Location Area Code) : mã vùng định vị (16 bit)
Cell (Tế bào hay ô)
Vùng định vị đƣợc chia thành một số ô 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 của mạng, là
một vùng phủ sóng vô tuyến đƣợc nhận dạng bằng nhận đạng ô toàn cầu (CGI).
Mỗi ô đƣợc quản lý bởi một trạm vô tuyến gốc BTS.
CGI = MCC + MNC + LAC + CI
CI (Cell Identity): Nhận dạng ô để xác định vị trí trong vùng định vị.
1.3.

Mô hình hệ thống thông tin di động hiện nay
Mobile Station

ME

SIM

Base Station
Subsystem

BTS

Network Subsystem

MSC/
VLR

BSC

EIR

Other Networks

GMSC
PSTN

HLR

AUC

PLMN

RNS

ME

USIM

SD

+

Node
B

SGSN

RNC

GGSN
Internet

UTRAN

Note: Interfaces have been omitted for clarity purposes.

Hình 1-2 Mô hình hệ thống thông tin di động hiện nay

4


1.4.

Các thành phần chức năng trong hệ thống
Mạng thông tin di động công cộng mặt đất PLMN (Public Land Mobile

Network) theo chuẩn GSM đƣợc chia thành 4 phân hệ chính sau:
 Trạm di động MS (Mobile Station)
 Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)
 Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem)
 Phân hệ khai thác và hỗ trợ (Operation and Support Subsystem)
Trạm di động (MS - Mobile Station)
Trạm di động (MS) bao gồm thiết bị trạm di động ME (Mobile Equipment)
và một khối nhỏ gọi là mođun nhận dạng thuê bao (SIM-Subscriber Identity
Module).
Trạm di động ở GSM thực hiện hai chức năng:


Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng qua

đƣờng vô tuyến.


Đăng ký thuê bao, ở chức năng thứ hai này mỗi thuê bao phải có một

thẻ gọi là SIM card. Trừ một số trƣờng hợp đặc biệt nhƣ gọi cấp cứu… thuê bao
chỉ có thể truy nhập vào hệ thống khi cắm thẻ này vào máy.
Phân hệ trạm gốc (BSS - Base Station Subsystem)
BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông
qua giao diện vô tuyến. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở phân
hệ chuyển mạch SS. Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ
vậy đấu nối những ngƣời sử dụng các trạm di động với những ngƣời sử dụng viễn
thông khác. BSS cũng phải đƣợc điều khiển, do đó nó đƣợc đấu nối với phân hệ
vận hành và bảo dƣỡng OSS. Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm:
 TRAU (Transcoding and Rate Adapter Unit): Bộ chuyển đổi mã và
phối hợp tốc độ.
 BSC (Base Station Controler): Bộ điều khiển trạm gốc.
 BTS (Base Transceiver Station): Trạm thu phát gốc.

5


Phân hệ chuyển mạch (SS - Switching Subsystem)
Phân hệ chuyển mạch bao gồm các khối chức năng sau:
 Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC
 Thanh ghi định vị thƣờng trú HLR
 Thanh ghi định vị tạm trú VLR
 Trung tâm nhận thực AuC
 Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR

Phân hệ chuyển mạch (SS) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của
mạng GSM cũng nhƣ 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 ngƣời
sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.
1.4.1.1. Trung tâm chuyển mạch di động MSC:
Tổng đài di động MSC (Mobile services Switching Center) thƣờng là một
tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. MSC
thực hiện 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, một mặt MSC giao tiếp với
phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC
(Gateway MSC).
Chức năng chính của tổng đài MSC:
 Xử lý cuộc gọi (Call Processing)
 Điều khiển chuyển giao (Handover Control)
 Quản lý di động (Mobility Management)
 Tƣơng tác mạng IWF(Interworking Function): qua GMSC

6


Hình 1-3 Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC
(1): Khi chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ số liên kết
của thuê bao di động, sẽ có hai trƣờng hợp xảy ra :
 (1.a) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau
khi phân tích số thoại sẽ biết đây là cuộc gọi cho một thuê bao di
động. Cuộc gọi sẽ đƣợc định tuyến đến tổng đài cổng GMSC gần
nhất.
 (1.b) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC phụ trách ô mà
trạm di động trực thuộc sẽ nhận đƣợc bản tin thiết lập cuộc gọi từ MS
thông qua BTS có chứa số thoại của thuê bao di động bị gọi.

(2): MSC (hay GMSC) sẽ phân tích số MSISDN (The Mobile Station ISDN)
của thuê bao bị gọi để tìm ra HLR nơi MS đăng ký.
(3): MSC (hay GMSC) sẽ hỏi HLR thông tin để có thể định tuyến đến
MSC/VLR quản lý MS.
(4): HLR sẽ trả lời, khi đó MSC (hay GMSC) 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. Nhƣ vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM, đó là chức năng
xử lý cuộc gọi của MSC.
Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm
truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức năng
tƣơng tác IWF (Inter Networking Function). IWF bao gồm một thiết bị để thích

7


ứng giao thức và truyền dẫn. IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay
có thể ở thiết bị riêng, ở trƣờng hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF đƣợc để mở.
1.4.1.2. Bộ ghi định vị thƣờng trú (HLR - Home Location Register):
HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lƣu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao,
các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông. HLR không phụ
thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của
thuê bao.
HLR bao gồm:
 Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN.
 Các thông tin về thuê bao
 Danh sách các dịch vụ mà MS đƣợc sử dụng và bị hạn chế
 Số hiệu VLR đang phục vụ MS
1.4.1.3. Bộ ghi định vị tạm trú (VLR - Visitor Location Register):
VLR là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng
phục vụ của MSC. Mỗi MSC có một VLR, thƣờng thiết kế VLR ngay trong MSC.

Ngay cả khi MS lƣu động vào một vùng MSC mới. VLR liên kết với MSC sẽ yêu
cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời HLR sẽ đƣợc thông báo rằng MS đang ở
vùng MSC nào. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả
các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR, có thể coi
VLR nhƣ một HLR phân bố. VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở
vùng MSC. Nhƣng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì
các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị.
Hay nói cách khác, VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lƣu trữ tạm thời thông
tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR đƣợc tham chiếu từ cơ sở dữ liệu
HLR.
VLR bao gồm:
 Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, TMSI.
 Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS
 Danh sách các dịch vụ mà MS đƣợc và bị hạn chế sử dụng

8


 Trạng thái của MS ( bận: busy; rỗi: idle)
1.4.1.4. Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR - Equipment Identity Register):
EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng
di động quốc tế (IMEI-International Mobile Equipment Identity) và chứa các số
liệu về phần cứng của thiết bị. Một ME sẽ có số IMEI thuộc một trong ba danh
sách sau:
1. Nếu ME thuộc danh sách trắng ( White List ) thì nó đƣợc quyền truy
nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký.
2. Nếu ME thuộc danh sách xám ( Gray List ), tức là có nghi vấn và cần
kiểm tra. Danh sách xám bao gồm những ME có lỗi (lỗi phần mềm hay lỗi sản xuất
thiết bị) nhƣng không nghiêm trọng tới mức loại trừ khỏi hệ thống
3. Nếu ME thuộc danh sách đen ( Black List ), tức là bị cấm không cho truy

nhập vào hệ thống, những ME đã thông báo mất máy.
1.4.1.5. Khối trung tâm nhận thực AuC (Aunthentication Center)
AuC đƣợc nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần
số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đƣờng vô tuyến cũng
đƣợc AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này đƣợc thay đổi riêng
biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AuC còn ghi nhiều thông tin cần thiết
khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và đƣợc sử dụng để kiểm tra khi thuê bao
yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép.
Phân hệ khai thác và bảo dƣỡng (OSS)
OSS (Operation and Support System) thực hiện 3 chức năng chính:
1) Khai thác và bảo dƣỡng mạng.
2) Quản lý thuê bao và tính cƣớc.
3) Quản lý thiết bị di động.

9


CHƢƠNG II: MÔ HÌNH CHUYỂN MẠCH KÊNH ĐA XỬ LÝ MSC
TRÊN THỰC TẾ
2.1.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Mô hình đa xử lý trong mạng lõi hệ thống thông tin di động hay nói cách

khác là mô hình gồm nhiều MSC liên kết với nhau (MSC Pool) là giải pháp đƣợc
thiết kế để nâng cao độ tin cậy của mạng lƣới. Đối với mạng truyền thống, một
BSC/RNC chỉ có thể kết nối đến một MSC server điều này gây mất an toàn
mạng khi một MSC bị lỗi các BSC/RNC do MSC server này quản lý sẽ mất kết
nối hoàn toàn. Trong mạng MSC Pool, một BSC/RNC có thể kết nối đến nhiều
MSC server do đó khi một MSC Server bị lỗi các kết nối đến các BSC/RNC

của MSC này chỉ bị ảnh hƣởng một phần nhỏ và có thể chuyển kết nối sang
các MSC khác một cách nhanh chóng. Với kiến trúc mạng Pool sẽ có những
thuận lợi sau:
 Chia sẻ tài nguyên: chia sẻ tải giữa các MSC server có thể làm tăng
hiệu quả sử dụng tài nguyên trong toàn bộ mạng core và vốn đầu tƣ
thiết bị dự phòng.
 Dự phòng: Các MSC trong một MSC Pool có thể backup cho nhau.
 Giảm tải báo hiệu mạng core: với MSC khi thuê bao di chuyển từ LAI
này sang LAI khác trong một MSC Pool thì không cần phải thực
hiện thủ tục Location Update Inter MSC và giảm số lần HO Inter
MSC.
 Việc thiết kế mạng đƣợc đơn giản hơn: mạng core và mạng truy
nhập đƣợc planning độc lập
 Việc cắt giảm tải tạm thời cho một MSC trong Pool đƣợc thực hiện dễ
dàng và độ tin cậy của mạng đƣợc cải thiện.

10


Hình 2-1: Mô hình tổng quan đa xử lý MSC trong mạng lõi thông tin di động
MGW cung cấp chức năng A-Flex/Iu-Flex
Trong mạng MSC Pool yêu cầu các BSC/RNC phải có chức năng nhận dạng
tất cả các MSC trong Pool và lựa chọn một MSC để phục vụ cho MSC theo
thuật toán cân bằng tải. Chức năng này đƣợc gọi là A-Flex đối với BSC và Iu-Flex
đối với RNC.
Tuy nhiên thực tế trên mạng của các nhà khai thác thì các BSC/RNC bao
giồm nhiều hãng sản xuất khác nhau dẫn đến có BSC có hổ trợ tính năng này có
BSC/RNC không hổ trợ. Do đó thật khó để nâng cấp BSC/RNC trên mạng hiện tại
để hỗ trợ chức năng A-Flex/Iu-Flex.
Để giải quyết vấn đề trên, MGW của Huawei hỗ trợ tính năng thay thế

BSC/RNC cung cấp chức năng A-Flex/Iu-Flex. Khi đó, các BSC không cần phải

11


nâng cấp mà vẫn có thể đƣa vào Pool thông qua MGW. Chức năng này đƣợc
hỗ trợ từ MSOFTX3000 V100R006C02 và MGW version tƣơng ứng.
2.1.1.1. Cơ chế hoạt động
Một BSC trong mạng truyền thống chỉ có thể kết nối đến một MSC server.
Để BSC/RNC có thể kết nối vào MSC Pool (nghĩa là cho phép BSC/RNC có thể
kết nối với nhiều điểm báo hiệu) mà không cần phải nâng cấp, tất cả các MGW
phải sử dụng điểm báo hiệu duy nhất để kết nối đến các BSC/RNC. Lúc này
MGW đóng vai trò giống nhƣ một MSC ảo để BSC/RNC kết nối. Để thực hiện
chức năng này, có 2 chế độ báo hiệu kết nối giữa MSC Server và MGW trong
mạng đƣợc sử dụng: chế độ M3UA agent networking và M3UA forwad
networking, nhƣ hình 1-1 và hình 1-2 tƣơng ứng.
2.1.1.2. M3UA agent networking

Hình 2-2: MGW cung cấp chức năng the A-Flex (M3UA agent networking)
Trong chế độ này các MSC Server kết nối với MGW sử dụng một điểm
báo hiệu giống nhau AA để kết nối báo hiệu Sigtran và điểm báo hiệu này
đƣợc dụng chung cho tất cả các MSC Server và MGW để kết nối với BSC. Khi đó
bản tin từ BSC thông qua kết nối SS7 đƣợc định tuyến đến MGW và MGW thực
hiện chuyển tiếp bản tin này đến các MSC Server theo thuật toán cân bằng tải mà
không cần phải đổi mã điểm báo hiệu DPC và ngƣợc lại bản tin từ MSC Server
12


đến BSC sẽ đƣợc MGW chuyển tiếp đến BSC mà không cẩn phải thay đổi
OPC. Với chế độ này mạng đƣợc cấu hình khá đơn giản với MGW và MSC

Server sử dụng chung điểm báo hiệu AA.
2.1.1.3. M3UA forward networking

Hình 2-3: MGW cung cấp chức năng the A-Flex (M3UA forward networking)
Trong chế độ này MSC Server kết nối với MGW sử dụng hai điểm báo
hiệu khác nhau để kết kết nối báo hiệu M3UA. Các MGW trên mạng khai báo
thêm một điểm báo hiệu chung AA để kết nối đến BSC. Khi đó, một bản tin
từ BSC gửi đến MSC với DPC là AA sẽ đƣợc MGW chuyển đổi thành điểm báo
hiệu ZZ hoặc HH để định tuyến đến MSC Server tƣơng ứng theo thuật toán cân
bằng tải của chức năng A- Flex. Ngƣợc lại, khi bản tin từ MSC Server gửi đến
BSC với OPC là ZZ hoặc HH thì sẽ đƣợc MGW chuyển đổi thành AA và gửi đến
cho BSC.
Nhƣ vậy với chế độ này MGW sẽ thực hiện chức năng trung gian chuyển
đổi giữa điểm báo hiệu ảo AA sang điểm báo hiệu thực ZZ hoặc HH để MSC
Server và BSC có thể giao tiếp với nhau. Nhƣợc điểm của chế độ này là cần
nhiều điểm báo hiệu cho MGW và MSC Server điều này sẽ gây phức tạp cho
mạng lƣới.

13


2.1.1.4. Nguyên tắc lựa chọn giải pháp
Đối với mạng trong đó tất cả BSC/RNC đều không hỗ trợ chức năng A-Flex
và Iu-Flex thì lựa chọn chế độ M3UA agent networking để đơn giản cho mạng
lƣới.
Đối với mạng hỗn hợp một số thiết bị BSC/RNC có hỗ trợ A-Flex và IuFlex và một số không hổ trợ A-FLex và Iu-Flex thì phải chọn chế độ M3UA
Forward networking.
MGW quản lý giao diện A
Khác với mạng truyền thống giao diện A đƣợc quản lý bởi MSC server.
Trong mạng MSC Pool do một BSC đƣợc có thể đƣợc điều khiển bởi nhiều MSC

Server do đó việc khai báo các kênh thoại trên tất các các MSC Server này sẽ làm
hạn chế hiệu quả sử dụng tài nguyên kết nối với BSC vì các kênh thoại khai báo
cho MSC Server 1 không thể chia sẽ cho MSC Server 2 nếu hƣớng này bị nghẽn.
Điều này làm giảm khả năng sử dụng tài nguyên và gây những bất tiện trong
vận hành khai thác. Để giải quyết vấn đề này, MGW Huawei có hổ trợ giao
diện A đến khai báo kết nối kênh thoại với MGW. Khi đó các kênh thoại này
sẽ đƣợc sử dụng chung cho các MSC server trong Pool. Hay nói cách khác
MGW sẽ thay MSC server quản lý giao diện A.

Hình 2-4: MGW quản lý mạch giao diện A
14


 MSC không quản lý các kênh thoại trên giao diện A. MGW chịu trách
nhiệm quản lý cấu hình và quản lý giao diện A. Dữ liệu nhóm trung kế báo hiệu
và giao diện A từ MSC server đến BSC đƣợc cấu hình trên MSC server cho mục
đích đo kiểm hiệu suất và tính cƣớc. Dữ liệu kênh thoại đƣợc cấu hình trên
MGW.
 Khi MSC server yêu cầu 1 giao diện A từ MGW để thiết lập kênh thoại,
MGW sẽ lựa chọn kênh rổi cấp phát cho việc kết nối cuộc gọi.
 Các lệnh bảo dƣỡng trên kênh thoại đƣợc thực hiện trên MGW.
 Tất cả các MSC server trong MSC Pool có thể chia sẻ mạch giao diện A
bởi MGW quản lý giao diện A và giao diện A đƣợc chia sẻ bởi các VMGW.

15


2.2.

Các tham số cơ bản của mô hình đa xử lý MSC

MSC Pool và khu vực MSC Pool

Hình 2-5: Khu vực MSC Pool
Một nhóm các MSC tạo thành một MSC Pool. Khu vực đƣợc phục vụ bởi
một MSC Pool gọi là khu vực MSC Pool. Từ phía BSC/RNC, nếu một hoặc
nhiều hơn RNC/BSC thuộc một MSC Pool, tất cả các khu vực phục vụ của
RNC/BSC bao gồm khu vực của MSC Pool. Tất cả các thuê bao trong khu vực
Pool sẽ đƣợc phục vụ bởi các MSC trong Pool.
RNC/BSC ngoài khu vực MSC Pool
Một MSC trong Pool có thể điều khiển độc lập một hoặc nhiều
RNC/BSC ngoài Pool. Khi một mạng đƣợc nâng cấp hỗ trợ MSC Pool, các
RNC/BSC tạm thời ở ngoài Pool.

16


Hình 2-6: RNC/BSC ở ngoài vùng MSC Pool
NNSF
NNSF cho phép lựa chọn MSC phục vụ cho MS. Chức năng này có thể
đƣợc tích hợp trong BSC, RNC hoặc MGW. Khi một thuê bao thực hiện cập nhật
nhật vị trí vào mạng thì tính năng sẽ thực hiện chức năng lựa chọn 01 MSC trong
MSC Pool để thuê bao thực hiện cập nhật vị trí dựa vào tải dung lƣợng các MSC.
TMSI
Lƣu TMSI là thông số xác định thuê bao tạm thời cấp cho MS/UE khi
MS/UE đăng ký với MSC. TMSI đƣợc sử dụng để tăng tính bảo mật cho dữ liệu
của thuê bao.
Cấu trúc của TMSI đƣợc mô tả trong hình 1.3. Trong đó thông số để nhận
dạng thuê bao thuộc MSC nào trong MSC Pool đƣợc tích hợp trong trƣờng NRI
của TMSI. NRI (bit 23 →14 trong trƣờng 32 bit của TMSI) đƣợc định nghĩa với

1 độ dài và tập giá trị tƣơng ứng. NRI có độ dài từ 1-10 bit và bắt đầu từ bit 23.
VD: nếu NRI dài 10 bit, nó sẽ chiếm các bit từ 23-14 của TMSI.
Khi một thuê bao thực hiện cập nhật vị trí thì MSC sẽ gán cho thuê bao 01
giá trị TMSI, giá trị này bao gồm giá trị NRI đã đƣợc cấu hình sẵn trên MSC.

17


Bits 31-30

CS/PS service indicator

Bit 29

VLR restart count

Bits 23-n (n is greater than or equal to 14)

NRI

Other bits

User ID

NRI
NRI đƣợc sử dụng để xác định MSC đang phục vụ cho MS/UE. Khi
một MS/UE cập nhật mạng lần đầu với MSC trong Pool, MSC sẽ cấp một TMSI
bao gồm NRI local đến MS/UE. Khi MS/UE yêu cầu dịch vụ (gọi đi, nhận
cuộc gọi,..) thì MS/UE sẽ gửi lên mạng giá trị TMSI (bao gồm giá trị NRI). Dựa
trên NRI, chức năng NNSF sẽ định tuyến dịch vụ đƣợc yêu cầu bởi MS/UE đến

đúng MSC. Bằng cách này, mỗi dịch vụ đƣợc thiết lập trên MS/UE trong MSC
Pool có thể đƣợc định tuyến đến MSC tƣơng ứng mà MS/UE đã đăng ký. Khi
MS/UE roaming trong MSC Pool, MSC đang phục vụ không cần thay đổi. So
sánh với mạng truyền thống, mạng MSC Pool giảm số bản tin báo hiệu LU truyền
trên giao diện C/D.
Giá trị NRI định nghĩa cho MSC duy nhất trong MSC Pool. Khi MSC
đƣợc chia thành nhiều MSC logic, NRI sẽ đƣợc ánh xạ đến MSC vật lý. Để cung
cấp chức năng MSC Pool, mỗi MSC thành viên phải đƣợc gán cho ít nhất một
giá trị NRI mà độ dài không bằng 0. Nếu độ dài NRI bằng 0, MSC sẽ không
gán cho bất kỳ NRI trong TMSI. Do đó, chức năng MSC Pool không tồn tại
(MSC không phải là thành viên của MSC Pool)

18