ĐỒ ÁN " MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM -PHẦN 1 ( CHƯƠNG 1 CẤU TRÚC MẠNG GSM)

Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

Đồ án tốt nghiệp

Phần I :Tổng quan mạng thông tin
di động GSM

Chơng 1
Cấu trúc mạng GSM
1.1 Tổng quan mạng GSM
Cấu hình mạng GSM :

SS
VLR

AUC

HLR

ISDN
MSC
PSPDN

EIR

CSPD
PSTN
BSS

PLMN

BSC
OSS
BTS

Truyền báo
Truyền lu lợng

MS

Hình 1.1 Cấu trúc mạng GSM

4


Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

Đồ án tèt nghiƯp

Trong ®ã:
SS : Switching System - HƯ thèng chun mạch
AUC : Trung tâm nhận thực
VLR : Bộ ghi định vị tạm trú
HLR : Bộ ghi định vị thờng trú
EIR : Equipment Identified Reader - Bé ghi nhËn d¹ng thiÕt bị
MSC : Mobile Switching Central - Trung tâm chuyển mạch các nghiệp
vụ di động
BSS : Base Station System - Hệ thống trạm gốc
BTS : Base Television Station - Đi vô tuyến gốc
BSC : Base Station Control - Đi điều khiển trạm gốc
MS : Máy di động

OSS :Operating and Surveilance System - HƯ thèng khai th¸c vμ gi¸m
s¸t.
OMC : Operating and Maintaining Central - Trung tâm khai thác v
bảo dỡng
ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ
PSTN : Mạng điện thoại mặt đất công cộng
CSPDN : Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch
PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng
MS : Máy di động
Hệ thống GSM đợc chia thμnh hƯ thèng chun m¹ch (SS hay NSS) vμ
hƯ thèng trạm gốc (BSS). Hệ thống đợc thực hiện nh một mạng gồm
nhiều ô vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo ton bộ vùng phủ sóng của
vùng phục vụ. Mỗi « cã mét tr¹m v« tun gèc (BTS) lμm viƯc ở một tập
hợp các kênh vô tuyến. Các kênh ny khác với các kênh đợc sử dụng ở các
ô lân cận để tránh nhiễu giao thoa. Một bộ điều khiển trạm gốc (BSC) điều
khiển một nhóm BTS. BSC điều khiển các chức năng nh chuyển giao v
điều khiển công suất. Một trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động
(MSC) ®iỊu khiĨn mét sè BSC. MSC ®iỊu khiĨn c¸c cc gọi đến v từ
mạng chuyển mạch điện thoại công cộng (PSTN), mạng số liên kết đa dịch
vụ (ISDN), mạng di động mặt đất công cộng (PDN) v có thể l các mạng
riêng. ở mạng cũng có một số các cơ sở dữ liệu để theo dõi nh :
Bộ đăng ký định vị thờng trú (HLR) chứa các thông tin về thuê bao
nh các dịch vụ bổ sung, các thông số nhận thực v thông tin về vị trí
của MS.

5


Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

Đồ án tốt nghiệp

Trung tâm nhận thực (AUC ) đợc nối đến HLR. Chức năng của
AUC l cung cấp cho HLR các thông số nhận thực v các khoá mật
mà để sử dụng cho bảo mật.
Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) : l một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về
tất cả các MS hiện đang phục vụ của vùng MSC. Mỗi MSC có một
VLR.
Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR) đợc nối với MSC qua một
đờng báo hiệu. Nó cho phÐp MSC kiĨm tra sù hỵp lƯ cđa thiÕt bị.
Hệ thống khai thác v hỗ trợ (OSS) đợc nối đến tất cả các thiết bị ở hệ
thống chuyển mạch v nối đến BSC.
1.2

Cấu trúc địa lý của mạng

Mọi mạng điện thoại đều cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các
cuộc gọi vo đến tổng đi cần thiết v cuối cùng đến thuê bao bị gọi. Trong
mạng di ®éng cÊu tróc nμy rÊt quan träng do tÝnh l−u thông của các thuê
bao trong mạng.
Về mặt địa lý một mạng di động gồm :
Vùng mạng.
Vùng phục vụ.
Vùng định vị.
Ô (Cell).
1. Vùng mạng
Các đờng truyền giữa mạng GSM/PLMN v mạng PSTN/ISDN khác
hay các mạng PLMN khác sÏ ë møc tỉng ®μi trung kÕ qc gia hay quốc tế.
Trong một mạng GSM/PLMN tất cả các cuộc gọi kết cuối di động đều đợc
định tuyến đến một tổng ®μi v« tun cỉng (GMSC). GMSC lμm viƯc nh−

mét tỉng đi trung kế vo cho GSM/PLMN. Đây l nơi thực hiện chức năng
hỏi định tuyến cuộc gọi cho các kết cuèi di ®éng.
GMSC

GMSC_PLMN
X

X

ISDN

PLMN

6


Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

Đồ án tốt nghiệp

X

PSTN

Hình 1.2 Vùng mạng GSM/PLMN : Các đờng
truyền giữa
2. Vùng phục vụ : MSC / VLR các mạng khác nhau vμ m¹ng
GSM/PLMN
Vïng phơc vơ lμ bé phËn cđa m¹ng đợc một MSC quản lý. Để định
tuyến một cuộc gọi đến thuê bao di động, đờng truyền qua mạng sẽ nối

đến MSC ở vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở.
Vùng phục vụ l bộ phận của mạng đợc định nghĩa nh một vùng m ở
đó có thể đạt ®Õn mét tr¹m di ®éng nhê viƯc tr¹m MS nμy đợc ghi lại ở
một bộ ghi tạm trú,
Một vùng mạng GSM/PLMN đợc chia thnh một hay nhiều vùng phục
vụ MSC/VLR.
3. Vùng định vị (LA: Location Area)
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR đợc chia thnh một số vùng định vị. Vùng
định vị lμ mét phÇn cđa vïng phơc vơ MSC/VLR mμ ë ®ã mét MS cã thĨ
chun ®éng tù do mμ kh«ng cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng ®μi
MSC/VLR ®iỊu khiĨn vïng ®Þnh vÞ nμy. Vïng ®Þnh vÞ ny l vùng m ở đó
một thông báo tìm gọi sẽ đợc phát quảng bá để tìm MS bị gọi. Vùng định
vị có thể có một số ô v phụ thuéc vμo mét hay vμi BSC nh−ng nã chØ
thuéc mét MSC/VLR. Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách
sử dụng nhận dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity). Vùng định
vị đợc hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động.
4. Ô (Cell)
Vùng định vị đợc chia thnh một số ô. Ô l một vùng bao phủ vô tuyến
đợc mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô ton cầu (CGI - Cell Global
Identity).
Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sư dơng m· nhËn d¹ng tr¹m
gèc (BSIC - Base Station Identity Code).
Các vùng ở GSM có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Mối quan hệ giữa các
vùng của GSM đợc thể hiện ở hình 1.3.

7


Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

Đồ án tốt nghiệp

Vùng phục vụ GSM (tất cả các nớc thnh viªn)
Vïng phơc vơ PLMN (mét hay nhiỊu vïng ë mét nớc)
Vùng phục vụ MSC (vùng đợc điều khiển bởi một MSC)
Vùng định vị (Vùng định vị v tìm gọi)
Cell (ô)
(vùng có một trạm gốc riêng)

Hình 1.3 Ví dụ về phân cấp cấu trúc địa lý của mạng
di động cellular (GSM)
1.3

Hệ thèng chun m¹ch (SS - Switching Subsystem)

HƯ thèng chun m¹ch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của
GSM cũng nh các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao v quản lý di
động của thuê bao. Chức năng chính của SS l l quản lý thông tin giữa
những ngời sử dụng mạng GSM với nhau v với mạng khác.
1.3.1 Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC - Mobile Service
Switching Centre)
ở SS chức năng chính chuyển mạch chính đợc MSC thực hiện, nhiệm vụ
chính cđa MSC lμ ®iỊu phèi viƯc thiÕt lËp cc gäi đến những ngời sử
dụng mạng GSM. Một mặt BSC giao tiếp với hệ thống con BSS, mặt khác
giao tiếp với mạng ngoi đợc gọi l MSC cổng. Việc giao tiếp với mạng
ngoi để đảm bảo thông tin cho những ngời sử dụng mạng GSM đòi hỏi
cổng thích ứng ( các chức năng tơng tác IWF :Interworking Function ). SS
cũng cần giao tiếp với mạng ngoi để sử dụng các khả năng truyền tải của
các mạng ny cho việc truyền tải số liệu của ngời sử dụng hoặc báo hiệu
giữa các phần tử của mạng GSM. Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo

hiệu kênh chung số 7 (CCS 7), mạng ny đảm bảo hoạt động tơng tác giữa
các phần tư cđa SS trong nhiỊu hay mét m¹ng GSM. MSC thờng l một
tổng đi lớn điều khiển v quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc

8


Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

Đồ án tốt nghiệp

(BSC). Một tổng đi MSC thích hợp cho một vùng đô thị v ngoại ô có dân
c vo khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình ).
Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm
truyền dẫn của GSM với các mạng ny. Các thích ứng ny đợc gọi l các
chức năng tơng tác. IWF ( Interworking Function ) bao gồm một số thiết
bị để thích ứng giao thức truyền dẫn. Nó cho phép kết nối với các mạng :
PSPDN ( Packet Switched Public Data Network : mạng số liệu công céng
chun m¹ch gãi ) hay CSPDN ( Circuit Switched Public Data network :
mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch) , nó cũng tồn tại khi các
mạng khác chỉ đơn thuần l PSTN hay ISDN. IWF có thể đợc thực hiện
trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trờng hợp hai
giao tiếp giữa MSC v IWF đợc để mở.
1.3.2 Bộ ghi định vị thờng tró (HLR - Home Location Register)
Ngoμi MSC, SS bao gåm cả các cơ sở dữ liệu. Các thông tin liên quan đến
việc cung cấp các dịch vụ viễn thông đợc lu giữ ở HLR không phụ thuộc
vo vị trí hiện thời của thuê bao. HLR cũng chứa các thông tin liên quan
đến vị trí hiện thời của thuê bao. Thờng HLR l một máy tính đứng riêng
không có khả năng chuyển mạch nhng có khả năng quản lý hng trăm
ngn thuê bao. Một chức năng con của HLR l nhận dạng trung tâm nhận

thực AUC m nhiệm vụ của trung tâm ny l quản lý an ton số liệu của
các thuê bao đợc phép.
1.3.3 Bộ ghi định vị tạm trú (VLR - Visitor Location Register)
VLR l cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM. Nó đợc nối với một hay
nhiều MSC v có nhiệm vụ lu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê
bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tơng ứng v đồng thời
lu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn
HLR. Mỗi MSC cã mét VLR. Ngay khi MS l−u ®éng vμo mét vïng MSC
míi, VLR liªn kÕt víi MSC sÏ yªu cầu số liệu về MS ny từ HLR. Đồng thời
HLR sẽ đợc thông báo l MS đang ở vùng phục vơ nμo. NÕu sau ®ã MS
mn thùc hiƯn mét cc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết dể
thiết lập cuộc gọi m không cần hỏi HLR. Có thể coi VLR nh một HLR
phân bố.
Dữ liệu bổ sung đợc lu giữ ở HLR gồm :
Tình trạng của thuê bao (bận, rỗi, không trả lời ... ).
Nhận dạng vùng định vị (LAI).
Nhận dạng của thuê bao di động tạm thời (TMSI).
Số lu động của trạm di động (MSRN).
9


Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

Đồ án tốt nghiệp

Các chức năng VLR thờng đợc liên kết với chức năng MSC.
1.3.4 Tổng đi di động cổng (GMSC - Gate MSC)
SS cã thĨ chøa nhiỊu MSC, VLR, HLR. §Ĩ thiÕt lËp mét cc gäi ®Õn
ng−êi sư dơng GSM, tr−íc hết cuộc gọi phải đợc định tuyến đến một tổng
đi cổng đợc gọi l GMSC m không cần biết hiện thời thuê bao đang ở

đâu. Các tổng đi cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao v
định tuyến cuộc gọi đến tổng đi đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện
thời ( MSC tạm trú ). Để vậy, trớc hết các tổng đi cổng phải dựa trên số
danh bạ của thuê bao để tìm ®óng HLR cÇn thiÕt vμ hái HLR nμy. Tỉng
®μi cỉng có một giao diện với các mạng bên ngoi thông qua giao diƯn nμy
nã lμm nhiƯm vơ cỉng ®Ĩ kÕt nối các mạng bên ngoi với mạng GSM. Ngoi
ra tổng ®μi nμy cịng cã giao diƯn b¸o hiƯu sè 7 ( CCS 7 ) để có thể tơng
tác với các phần tử khác của SS. Về phơng diện kinh tế không phải bao
giờ tổng đi cổng cũng đứng riêng m thờng đợc kết hợp với MSC.
1.3.5 Trung tâm nhận thực (AUC - Authentication Center)
Trung t©m nhËn thùc AUC cã chøc năng cung cấp cho HLR các thông số
nhận thực v các khoá mật mÃ.
Trung tâm nhận thực liên tục cung cấp các bộ ba cho từng thuê bao. Các
bộ ba ny đợc coi nh l số liệu liên quan đến thuê bao. Một bộ ba
(RAND, SRES, hoá mật mà (Kc) ) đợc sử dụng để nhận thực một cuộc gọi
để tránh trờng hợp Card thuê bao (Card thông minh) bị mất. ít nhất phải
luôn có một bộ ba mới (cho một thuê bao) ở HLR để luôn có thể cung cấp
bộ ba ny theo yêu cầu của MSC/VLR. AUC chủ yếu chứa một số các máy
tính cá nhân gọi l PC - AUC để tạo ra các bộ ba v cung cấp chúng đến
HLR.
PC - AUC đợc coi nh một thiết bị vo/ra (I/O).
Trong AUC các bớc sau đây đợc thực hiện để tạo ra bộ ba :
Một số ngẫu nhiên không thể đoán đợc (RAND) đợc tạo ra.
RAND v Ki đợc sử dụng để tính toán trả lời đợc mËt hiƯu (SRES)
vμ kho¸ mËt m· (Kc) b»ng hai tht to¸n :
o SRES = A3 (RAND , Ki)
o Kc = A8 (RAND , Ki)
RAND, SRES v Kc cùng đợc đa đến HLR nh một bộ ba.
Quá trình nhận thực sẽ luôn diễn ra mỗi lần thuê bao truy cập vo mạng
của hệ thống.

Quá trình nhận thực diễn ra nh sau :
10


Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

Đồ án tốt nghiệp

VLR có tất cả các thông tin đợc yêu cầu để thực hiện quá trình nhận
thực (Kc, SRES, RAND). Nếu các thông tin ny không sẵn có ở VLR thì
VLR sẽ yêu cầu chúng từ HLR / AUC.
1. Bộ ba (Kc, SRES, RAND) đợc lu giữ trong VLR.
2. VLR gửi RAND qua MSC v BSS tới MS (không đợc m· ho¸).
3. MS sư dơng c¸c tht to¸n A3 vμ A8 v tham số Ki đợc lu giữ
trong SIM card của MS, cùng với RAND nhận đợc từ VLR, sẽ tính
toán các giá trị của SRES v Kc.
4. MS gửi SRES không mà hoá tới VLR.
5. Trong VLR giá trị của SRES đợc so sánh với SRES m nhận đợc
từ máy di động. Nếu hai giá trị ny l phù hợp thì nhận thực l thnh
công.
6. Nếu mà hoá đợc sử dụng, thì Kc từ bộ ba m đà đợc dự định trớc
sẽ đợc gửi tới BTS.
7. Máy di động tÝnh to¸n Kc tõ RAND vμ Ki (Ki ë trong SIM) b»ng
thuËt to¸n A8.
8. Dïng Kc, thuËt to¸n A5 vμ số siêu siêu khung sự mà hoá giữa MS v
BSS bây giờ có thể xảy ra qua giao diện vô tuyến.
1.3.6 Chức năng tơng tác (IWF - Interworking Function)
IWF cung cấp chức năng để đảm bảo hệ thống GSM có thể giao tiếp với
nhiều dạng khác nhau của các mạng số liệu t nhân v công cộng đang
đợc sử dụng.

Các đặc điểm cơ bản của IWF gồm :
Sự thích hợp tốc độ dữ liệu.
Sự chuyển đổi giao thức.
Một số hệ thống yêu cầu nhiều khả năng của IWF hơn các hệ thống khác,
điều ny phụ thuộc vo mạng m IWF đợc nối tới.
CCS 7
Phụ thuộc quy định của từng nớc, một hÃng khai thác GSM có thể có
mạng báo hiệu CCS 7 riêng hay chung. Nếu hÃng khai thác có mạng báo
hiệu ny riêng thì các điểm chuyển giao báo hiƯu ( STP : Signaling
Transfer Point ) cã thĨ sÏ l một bộ phận của SS v có thể đợc thực hiện ở
các điểm nút riêng hay trong cùng một MSC tuỳ thuộc vo hon cảnh kinh
tế. Tơng tự một nhμ khai th¸c GSM cịng cã thĨ cã qun thùc hiện một
mạng riêng để định tuyến các cuộc gọi giữa GMSC v MSC hay thậm chí
định tuyến cuộc gọi ra đến điểm gần nhất trớc khi sử dụng mạng cố ®Þnh.
11


Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

Đồ án tốt nghiệp

Lúc ny các tổng đi quá giang ( TE :Transit Exchange ) cã thĨ sÏ lμ mét
bé phËn cđa mạng GSM v có thể đợc thực hiện nh một nút đứng riêng
hay kết hợp với MSC.
1.4

Hệ thống trạm gốc BSS

Cã thĨ nãi BSS lμ mét hƯ thèng c¸c thiÕt bị đặc thù riêng cho các tính
chất tổ ong vô tun cđa GSM. BSS giao diƯn trùc tiÕp víi c¸c trạm di động

( MS ) thông qua giao diện vô tuyến. Vì thế nó bao gồm các thiết bị phát v
thu đờng truyền vô tuyến v quản lý các chức năng ny. Mặt khác BSS
thực hiện giao diện với các tổng đi SS. Tóm lại BSS thực hiện đấu nối các
MS với tổng đi v nhờ vậy đấu nối những ngời sử dụng các trạm di động
với các ngời sử dụng viễn thông khác. BSS cũng phải đợc điều khiển v vì
vậy nó đợc đấu nối với OSS.
BSS bao gồm hai loại thiết bị : BTS giao diện với MS v BSC giao diện
với MSC.
1.4.1 Trạm thu phát gốc (BTS - Base Transceiver Station)
Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten v xử lý tín hiệu đặc thù
cho giao diện vô tuyến. Có thể coi BTS l các Modem vô tuyến phức tạp có
thêm một số các chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS l
TRAU (Transcoder and Rate Adapter Unit : khèi chun ®ỉi m· v thích
ứng tốc độ ). TRAU l thiết bị m ở đó quá trình mà hoá v giải mà tiếng
đặc thù riêng cho GSM đợc tiến hnh, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc
độ trong trờng hợp truyền số liƯu. TRAU lμ mét bé phËn cđa BTS, nh−ng
cịng cã thể đặt cách xa BTS v thậm chí trong nhiều trờng hợp đợc đặt
giữa BSC v MSC.
Các chức năng chính của BTS l :
Biến đổi truyền dẫn (dây dẫn - vô tuyến).
Các phép đo vô tuyến.
Phân tập anten.
Mật mÃ.
Nhẩy tần.
Truyền dẫn không liên tục.
Đồng bộ thời gian.
Giám sát v kiểm tra.

12

Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

Đồ án tốt nghiệp

Mỗi BTS có thể có tối đa 4 bộ thu phát (TRX - Transceiver). Bộ kết hợp
phát cho phép ®Êu nèi 16 TRX trªn cïng mét anten. Cã thĨ ®Êu nèi 32
TRX ®Õn cïng mét cỈp anten thu.
1.4.2 BSC
BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh
điều khiển từ xa BTS v MS. C¸c lƯnh nμy chđ u lμ c¸c lƯnh Ên định, giải
phóng kênh vô tuyến v quản lý chuyển giao ( Handover ). Một phía BSC
đợc nối với BTS còn phía kia đợc nối với MSC của SS. Trong thực tế
BSC l một tổng đi nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò chủ yếu
của nó l quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến v chuyển giao. Một BSC
trung bình có thể quản lý tới vi chục BTS phụ thuộc vo lu lợng của các
BTS ny. Giao diện giữa BSC với MSC đợc gọi l giao diện A, còn giao
diện giữa nó với BTS đợc gọi l giao diện Abis.
BSC có các chức năng chính sau :
Giám sát các trạm vô tuyến gốc.
Quản lý mạng vô tuyến.
Điều khiển nối thông đến các máy di động.
Định vị v chuyển giao.
Quản lý tìm gọi.
Khai thác v bảo dỡng của BSS.
Quản lý mạng truyền dẫn.
Chức năng chuyển đổi máy (gồm cả ghép 4 kênh lu thông GSM ton
bộ tốc độ vo một kênh 64 kbit/s).
Mà hoá tiếng (giảm tốc ®é bÝt tiÕng xng 13 kbit/s) sÏ ®−ỵc thùc hiƯn ở
BSC. Vì vậy một đờng PCM có thể truyền đợc 4 cuộc nối tiếng.

1.5

Trạm di động MS

Trạm di động l thiÕt bÞ duy nhÊt mμ ng−êi sư dơng cã thĨ thờng xuyên
nhìn thấy của hệ thống. MS có thể l thiết bị đặt trong ôtô hay thiết bị xách
tay hoặc cầm tay. Loại thiết bị nhỏ cầm tay sẽ l thiết bị trạm di động phổ
biến nhất. Ngoi việc chứa các chức năng vô tuyến chung v xử lý giao diện
vô tuyến, MS còn phải cung cấp giao diện với ng−êi sư dơng ( nh− micro,
loa, mμn hiĨn thÞ, bμn phím để quản lý cuộc gọi ) hoặc giao diện với một số
các thiết bị khác nh giao diện với máy tính cá nhân, Fax ... Hiện nay ngời
ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm

13


Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

Đồ án tốt nghiệp

di động. Việc lựa chọn các thiết bị đầu cuối hiện để mở cho các nh sản
xuất. Ta có thể liệt kê ba chức năng chính :
Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng
GSM.
Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền
dẫn ở giao diện vô tuyến.
Bộ thích ứng đầu cuối lm việc nh một cửa nối thông thiết bị đầu
cuối với kết cuối di ®éng. CÇn sư dơng bé thÝch øng ®Çu ci khi giao
diện ngoi trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN ®Ĩ ®Êu nèi ®Çu ci
- modem.

* CÊu tróc cđa mét máy di động :
Máy di động gồm thiết bị di động ME (Mobile Equipment) v modun
nhận dạng thuê bao SIM (Subcriber Identity Module)
Modun nhận dạng thuê bao :
SIM l một modun tháo rút đợc để cắm vo mỗi khi thuê bao mn sư
dơng MS vμ rót ra khi MS kh«ng có ngời hoặc lắp đặt ở MS khi ban đầu
đăng ký thuê bao. Có hai phơng án đợc đa ra :
- SIM dạng card IC.
- SIM dạng cắm.
1/ SIM dạng card IC : lμ mét modun ®Ĩ cã mét giao tiếp với bên ngoi theo
các tiêu chuẩn ISO về các card IC. SIM cã thĨ lμ mét bé phËn cđa card đa
dịch vụ trong đó viễn thông di động GSM l một trong số các ứng dụng.
2/ SIM dạng cắm : l một modun riêng hon ton đợc tiêu chuẩn hoá
trong hệ thống GSM. Nó đợc dự định lắp đặt bán cố định ở ME.
Các khai thác mạng GSM l các khai thác khi thiết lập, hoạt động xoá
một cuộc gọi. Khi sử dụng ở ME, SIM đảm bảo các chức năng sau nếu nó
nằm trong khai thác của mạng GSM :
Lu giữ các thông tin bảo mật liên quan đến thuê bao (nh IMSI) v
thực hiện các cơ chế nhận thực v tạo khoá mật mÃ.
Khai thác PIN ngời sử dụng (nếu cần có PIN) v quản lý.
Quản lý thông tin liên quan đến thuê bao di động chỉ có thể thực hiện
khai thác mạng GSM khi SIM có một IMSI đúng.
SIM phải có khả năng xử lý một số nhận dạng cá nhân (PIN), kể cả khi
không bao giê sư dơng nã. PIN bao gåm 4 ®Õn 8 chữ số. Một PIN ban đầu
đợc nạp bởi bộ hoạt động dịch vụ ở thời điểm đăng ký. Sau đó ng−êi sư
dơng cã thĨ thay ®ỉi PIN cịng nh− ®é dμi PIN t ý. Ng−êi sư dơng cịng

14

Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

Đồ án tốt nghiệp

có thể quyết định có sử dụng chức năng PIN hay không bằng một chức
năng SIM-ME đợc gọi l chức năng cấm PIN. Việc cấm ny giữ nguyên
cho đến khi ng−êi sư dơng cho phÐp l¹i kiĨm tra PIN. Nhân viên đợc phép
của hÃng khai thác có thể chặn chức năng cấm PIN khi đăng ký thuê bao,
nghĩa l thuê bao khi bị chặn chức năng cấm PIN không còn lựa chọn no
khác l sử dụng PIN. Nếu sử dụng PIN sai ngời dùng nhận đợc một chỉ
thị. Sau khi đa vo 3 lần sai liên tiếp SIM bị chặn, thậm chí cả khi rút
SIM ra hay tắt MS. Chặn SIM nghĩa l đặt nó vo trạng thái cấm khai thác
mạng GSM, có thể dùng khoá giải toả chặn cá nhân để giải toả chặn. Khoá
giải toả chặn cá nhân l một số có 8 chữ số. Nếu đa chữ số sai vo ngời
dùng nhận đợc chỉ thị. Sau 10 lần liên tiếp đa vo sai, SIM bị chặn ngay
cả khi rút SIM ra hay tắt MS.
Ngoi ra SIM phải có bộ nhớ không mất thông tin cho một số khối thông
tin nh :
Số seri : L số đơn trị xác định SIM v chứa thông tin về nh sản
xuất, thế hệ điều hnh, số SIM, ...
Trạng thái SIM (chặn hay không chặn).
Khoá nhận thực.
Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI).
Khoá mật mÃ.
Số trình tự khoá mật mÃ.
Nhận dạng thuê bao di động tạm thời (TMSI).
Loại điều khiển thâm nhập thuê bao.
Số nhận dạng cá nhân (PIN).
1.6

Hệ thống khai thác v bảo dỡng OSS

OSS thực hiện ba chức năng chính sau :
Khai thác v bảo dỡng mạng.
Quản lý thuê bao v tính cớc.
Quản lý thiết bị di động.
Dới đây ta xét tổng quát các chức năng nói trên.
1.6.1 Khai thác v bảo dỡng mạng
Khai thác l các hoạt động cho phép nh khai thác mạng theo dõi hnh vi
của mạng nh : tải của hệ thống , mức độ chậm, số lợng chuyển giao
(handover) giữa hai ô... , nhờ vậy nh khai thác có thể giám sát đợc ton

15


Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

Đồ án tốt nghiệp

bộ chất lợng của dịch vụ m họ cung cấp cho khách hng v 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 thời, để chuẩn bị tăng lu lợng trong
tơng lai, để tăng vùng phủ. Việc thay đổi mạng có thể đợc thực hiện
"mềm" qua báo hiệu ( Chẳng hạn thay đổi thông số handover để thay đổi
biên giới tơng đối giữa hai ô ), hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại
hiện trờng (chẳng hạn bổ sung thêm dung lợng truyền dẫn hay lắp đặt
một trạm mới ). ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thác đợc thực hiện
bằng máy tính v đợc tập trung ở một trạm.
Bảo dỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị v sửa chữa các sự cố v hỏng
hóc. Nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị ở mạng viễn thông

hiện đại có khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua
tù kiĨm tra . Trong nhiỊu tr−êng hỵp ng−êi ta dự phòng cho thiết bị để khi
có sự cố có thể thay thế bằng thiết bị dự phòng. Sự thay thế ny có thể đợc
thực hiện tự động, ngoi ra việc giảm nhẹ sự cố có thể đợc ngời khai thác
thực hiện bằng điều khiển từ xa. Bảo dỡng cũng bao gồm cả các hoạt động
tại hiện trờng nhằm thay đổi thiết bị có sự cố.
Hệ thống khai thác v bảo dỡng có thể đợc xây dựng trên nguyên lý
TMN ( Telecommunication Management Network : mạng quản lý viễn
thông ). Lúc ny một mặt hệ thống khai thác v bảo dỡng đợc nối đến
các phần tử của mạng viễn thông ( các MSC , BSC , HLR v các phần tử
mạng khác trừ BTS , vì thâm nhập đến BTS đợc thực hiện qua BSC ). Mặt
khác hệ thống khai thác v bảo dỡng lại đợc nối đến máy tính chủ đóng
vai trò giao tiếp ngời máy. Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống đợc gọi l
OMC ( Operation and Mainternance Center : Trung tâm khai thác v bảo
dỡng ).
1.6.2 Quản lý thuê bao
Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên l
nhập v xoá thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức
tạp , bao gồm nhiều dịch vụ v tính năng bổ sung. Nh khai thác phải có
thể thâm nhập vo tất cả các thông số nói trên. Một nhiƯm vơ quan träng
kh¸c cđa nhμ khai th¸c lμ tÝnh cớc các cuộc gọi. Cớc phí phải đợc tính
v gửi đến thuê bao. Quản lý thuê bao ở mạng GSM chỉ liên quan đến HLR
v một số thiết bị OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao
tiếp ngời máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao. Sim card cũng đóng
vai trò nh một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao.
1.6.3 Quản lý thiết bị di động

16

Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

Đồ án tốt nghiệp

Quản lý thiết bị di động đợc bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (
Equipment Identity Register ) thực hiện. EIR lu giữ tất cả các dữ liệu liên
quan đến trạm di động MS. EIR chứa số liệu phần cứng của thiết bị _ đó l
Nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI). IMEI l duy nhất đối với một
thiết bị di động (ME) nhng nó không phải l duy nhất với thuê bao m
đang sử dụng nã ®Ĩ thiÕt lËp hay nhËn mét cc gäi. EIR đợc nối với MSC
qua một đờng báo hiệu.Nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị,
bằng cách ny có thể cấm một MS có dạng không đợc chấp thuận. Cơ sở
dữ liệu của EIR chứa danh sách các IMEI đợc tổ chức nh sau :
Danh sách trắng : Chứa các IMEI m đợc dùng để ấn định trớc sự
hợp lệ của thiết bị di động.
Danh sách đen : Chứa các IMEI của MS m đợc thông báo l bị mất
cắp hay bị từ chối phục vụ vì mét sè lý do kh¸c.
Danh s¸ch x¸m : Chøa c¸c IMEI của MS m có vấn đề (TD : phần
mềm bị lỗi). Tuy nhiên chúng cha đủ lý do xác đáng để đa vo danh sách
đen.
1.6.4 Trung tâm quản lý mạng (NMC : Network Management Center) :
NMC cung cấp khả năng phân phối việc quản lý mạng đợc phân vùng
hoá theo ph©n cÊp cđa mét hƯ thèng GSM hoμn chØnh. NMC chịu trách
nhiệm cho khai thác v bảo dỡng ở mức mạng. NMC nằm ở đỉnh của cấu
trúc mạng v cung cấp quản lý mạng ton cầu.
1.6.5 Trung tâm khai thác v bảo dỡng (OMC : Operation and
Maintenance Center) :
OMC cung cấp một điểm trung tâm m từ đó điều khiển v giám sát các
thực thể khác của mạng (nh : các trạm cơ sở, các chuyển mạch, cơ sở dữ
liệu ...) cũng nh giám sát chất lợng dịch vụ m đợc mạng cung cấp.

Có hai loại OMC l :
OMC (R) - Operation and Maintenance Center - Radio Part : ®iỊu
khiĨn BSS.
OMC (S) - Operation and Maintenance Center - Switch Part : điều
khiển NSS.
OMC cung cấp các chức năng sau :
- Quản lý, cảnh báo sự kiện.
- Quản lý việc thực hiện.
- Quản lý cấu hình.
- Quản lý sự an toμn.
NMC
17

Giao thøc
Q3


Nguyễn H Dơng - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41

18

Đồ án tèt nghiÖp