Báo cáo Hệ thông thông tin di động gsm

Báo cáo Hệ thông thông tin di động gsm Báo cáo Hệ thông thông tin di động gsm Báo cáo Hệ thông thông tin di động gsm Báo cáo Hệ thông thông tin di động gsm Báo cáo Hệ thông thông tin di động gsm Báo cáo Hệ thông thông tin di động gsm Báo cáo Hệ thông thông tin di động gsm

Khoa - ĐTVT Hệ thống thông tin di động GSM TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG ĐỒ ÁN ĐTVT Hệ thơng thơng tin di động GSM Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực : Vũ Ngọc Oánh Vũ Văn Tiến Lớp : Đ4LT – ĐTVT3 Nam Định, 10 - 2010 Lớp : Đ4LT – ĐTVT3 SV: Vũ ngọc Oánh Vũ Văn Tiến Khoa - ĐTVT Hệ thống thông tin di động GSM Lới Nói Đầu Một phát minh vĩ đại người thời gian khoảng thập niên 80 việc người phát minh điện thoại di động Điện thoại di động đem lại lợi ích vơ lớn cho người, lĩnh vực thơng tin liên lạc, giúp người xích lại gần khơng phân biệt khoảng cách xa gần, xóa bỏ khoảng cách khơng gian địa lý người trực tiếp nói chuyện với điều góp phần to lớn việc trao đổi bn bán giao lưu kinh tế tham gia cách tích cực vào sống người kể từ điện thoai di động đời trở thành thiết bị mang tính chun biệt trở thành vật dụng thiết yếu người sống sinh hoạt Qua II thập kỷ gần với phát triển không ngừng khoa học cơng nghệ nói chung cơng nghệ di động nói riêng có bước tiến đáng kể đáp ứng nhiều dịnh vụ mà người cần thiết Chính quan trọng công nghệ di động sống đam mê nghành cơng nghệ cịn mẻ Là sinh viên khoa điện tử viễn thông em định chọn đề tài “hệ thống thông tin di động mang GSM” để nghiên cứu Lớp : Đ4LT – ĐTVT3 SV: Vũ ngọc Oánh Vũ Văn Tiến Khoa - ĐTVT Hệ thống thông tin di động GSM Chương I: Cấu trúc mạng GSM Tổng quan mạng mạng GSM 11 Cấu trúc mạng GSM Hình 1.1 CẤU TRÚC MẠNG GSM Trong đó: SS: Swithching system – hệ thống chuyển mạch AUC: Trung tâm nhận thực VLR: Bộ ghi định vị tạm trú Lớp : Đ4LT – ĐTVT3 SV: Vũ ngọc Oánh Vũ Văn Tiến Khoa - ĐTVT Hệ thống thông tin di động GSM HLR: Bộ ghi định vị thường trú EIR: Equipment Identifed Reader – Bộ ghi nhận dạng thiết bị MSC: Mobile Switching Central –trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động BTS: Base station system –hệ thống trạm gốc BSC: Base station Control – Đài điều khiển trạm gốc MS: Máy di động OSS: Operating and surveilance System –Hệ thống khai thác giám sát OMC: Operating and Maintaining Central –trung tâm khai thác bảo dưỡng 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 chia thành hệ thống chuyển mạch (SS hay NSS) hệ thống trạm gốc (BSS) Hệ thống thực mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh để đảm bảo tồn vùng phủ sóng vùng phục vụ Mỗi có trạm vơ tuyến gốc BTS làm việc tập hợp kênh vô tuyến Các kênh khác với kênh sử dụng ô lân cận để tránh giao thoa nhiễu Một điều khiển trạm gốc BSC điều khiển nhóm BTS BSC điều khiển chức trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC điều khiển số trạm BTS MSC điều khiển gọi đến 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, mạng riêng Ở mạng có số sở liệu để theo dõi như: - Bộ đăng ký định vị thường trú HLR chứa thông tin thuê bao dịch vụ bổ xung thông số nhận thực thông tin vị trí MS Lớp : Đ4LT – ĐTVT3 SV: Vũ ngọc Oánh Vũ Văn Tiến Khoa - ĐTVT Hệ thống thông tin di động GSM - Trung tâm nhận thực AUC nối đến HLR Chức AUC cung cấp cho HLR thông số nhận thực khóa mật mã để sử dụng cho khóa bảo mật - Bộ ghi định vị tạm trú VLR : sở liệu chứa thông tin tất MS phục vụ vùng MSC, Mỗi MSC có VLR - Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR nối với MSC qua đường báo hiệu cho phép MSC kiểm tra hợp lệ thiết bị,chuyển giao, điều khiển công suất 1.2 Cấu trúc địa lý mạng Mọi mạng điện thoại có cấu trúc định để định tuyến gọi đến tổng đài cần thiết cuối đến thuê bao bị gọi Trong mạng di động cấu trúc quan trọng tính lưu thơng th bao mạng Về mặt địa lý mạng di động bao gồm : - Vùng mạng - Vùng phục vụ - Vùng định vị - Ơ (Cell) Hình 1.2 Ví dụ phân cấp cấu trúc địa lý Lớp : Đ4LT – ĐTVT3 SV: Vũ ngọc Oánh Vũ Văn Tiến Khoa - ĐTVT Hệ thống thông tin di động GSM mạng di động cellular (GSM) a Vùng mạng Các đường truyền mạng GSM/PLMN mạng PSTN/ISDN khác hay mạng PLMN khác mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế Trong mạng GSM/PLMN tất gọi kết cuối di động định tuyến đến tổng đài vô tuyến cổng (GMSC) GMSC làm việc tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN Đây nơi thực chức hỏi định tuyến gọi cho kết cuối di động Hình 1.3 Vùng mạng GSM/PLMN b Vùng phục vụ: MSC/VLR Vùng phục vụ phận mạng MSC quản lý Để định tuyến gọi đến thuê bao di động, đường truyền qua mạng nối đến MSC vùng phục vụ MSC nơi thuê bao Vùng phục vụ phận mạng định nghĩa vùng mà đạt đến trạm di động nhờ việc trạm MS ghi lại ghi Lớp : Đ4LT – ĐTVT3 SV: Vũ ngọc Oánh Vũ Văn Tiến Khoa - ĐTVT Hệ thống thông tin di động GSM tạm trú, vùng mạng GSM/PLMN chia thành hay nhiều vùng phục vụ MSC/LVR c Vùng định vị (LA: Location Area ) Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR chia thành số vùng định vị Vùng định vi phần vùng phục vụ MSC/VLR mà MS chuyển động tự mà không cần cập nhật thông tin vị trí tổng đài MSC/VLR Hệ thống nhận dạng vùng định vị cách sử dụng nhận dạng vùng đinh vị LAI Vùng định vị hệ thống sử dụng để tìm thuê bao Đang trạng thái hoạt động d Ô (Cell) Vùng định vị chia thành số Ơ vùng bao phủ vô tuyến mạng nhận dạng nhận dạng ô toàn cầu (CGI –Cell Global Identity) Trạm di động tự nhận dạng ô cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc (BISC Base station Identity Code ) Các vùng GSM có mối liên hệ chặt chẽ với Mối quan hệ vùng GSM (được thể hình 1.3) 1.3 Hệ thống chuyển mạch (ss- swictching subsytem) Hệ thống chuyển mạch bao gồm chức chuyển mạch GSM sở liệu cần thiết cho số liệu thuê bao quản lý di động thuê bao Chức SS quản lý thơng tin người sử dụng mạng GSM với với mạng khác a Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động (MSC –Mobile service switching centre) Ở SS chức chuyển mạch MSC thực hiện, nhiệm vụ MSC điều phối việc thiết lập gọi đến người sử dụng mạng GSM Một mặt BSC giao tiếp với hệ thống BSS, mặt khác giao tiếp với mạng gọi MSC cổng Việc giao tiếp với mạng để đảm bảo thơng tin cho người sử dụng mạng GSM địi hỏi cổng thích ứng SS cần giao tiếp Lớp : Đ4LT – ĐTVT3 SV: Vũ ngọc Oánh Vũ Văn Tiến Khoa - ĐTVT Hệ thống thông tin di động GSM với mạng để sử dụng khả truyền tải mạng cho việc truyền tai số liệu người sử dụng báo hiệu phần tử mạng GSM Chẳng hạn SS sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số (CCS7), mạng bảo đảm hoạt động tương tác phần tử SS nhiều hay mạng GSM MSC thường tổng đài lớn điều khiển quản lý số điều khiển trạm gốc BSC Một tổng đài MSC thích hợp cho vùng thị ngoại có dân cư vào khoảng triệu (với mật độ thuê bao trung bình) Để kết nối MSC với số mạng khác cần phải thích ứng đặc điểm truyền dẫn GSM với mạng Các thích ứng gọi chức tương tác IWF bao gồm số thiết bị để thích ứng giao tiếp truyền dẫn Nó cho phép kết kết nối với mạng: PSTPDN (Packet swictched public dât network: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (Circuit siched public daat network: Mạng số liệu chuyển mạch công cộng chuyển mạch theo mạch), tồn mạng khác đơn PSTN hay ISDN IWF thực chức MSC hay thiết bị riêng, trường hợp hai giao tiếp MSC IWF để mở b Bộ ghi định vị thường trú ( HLR –Home Location Register) Ngoài MSC, SS bao gồm sở liệu Các thông tin liên quan đến việc cung cấp dịch vụ viễn thông lưu giữ HLR không phụ thuộc vào vị trí thời thuê bao HLR thông tin liên quan đến vị trí thời thuê bao Thường HLR máy tính đứng riêng khơng có khả chuyển mạch có khả quản lý hàng trăm thuê bao Một chức HLR nhận dạng trung tâm nhận thực AUC mà nhiêm vụ trung tâm quản lý an toàn số liệu thuê bao phép c Bộ ghi định vị tạm trú (VRL-Lisitor –location register) VRL sở liệu thứ hai mạng GSM Nó nối với hay nhiều MSC có nhiện vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao thuê bao nằm vùng phục vụ MSC tương ứng đồng thời lưu giữ số liệu Lớp : Đ4LT – ĐTVT3 SV: Vũ ngọc Oánh Vũ Văn Tiến Khoa - ĐTVT Hệ thống thông tin di động GSM vị trí th bao nói mức độ sác HLR Mỗi MSC có HLR Ngay MS lưu động vào vùng MSC mới, VLR liên kết với MSC yêu cầ số liệu MS từ HLR Đồng thời HLR thông báo MS vùng phục vụ Nếu sau MS muốn thực gọi, VRL có tất thơng tin cần thiết để thiết lập gọi mà khơng cần hỏi HLR Có thể coi VLR HLR phân bố - Dữ liệu bổ xung lưu giữ HLR gồm: + Tình trạng th bao (bận, rỗi, khơng trả lời…) + Nhận dạng vùng định vị (LAI) + Nhận dạng thuê bao di động tam thời (TMSI) + Số lưu động trạm di động (MSRN) Các VLR thường liên kết với chức MSC d Tổng đài di động cổng (GMSC – Gate MSC) SS chứa nhiều MSC, VLR, HLR Để thiết lập gọi đến người sử dụng GSM, trước hết gọi phải định tuyến đến tổng đài cổng gọi GSMC mà không cần biết thời thuê bao đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thơng tin vị trí th bao định tuyến gọi đến tổng đài quản lý thuê bao thời điểm thời (MSC tạm trú) Để vậy, trước hết tổng đài cổng phải dựa số danh bạ thêu bao để tìm HLR cần thiết hỏi HLR Tổng đài cổng có giao diện với mạng bên ngồi thơng qua giao diện làm nhiệm vụ cổng để kết nối các mạng bên với mạng GSM Ngồi tổng đài có giao diện báo hiệu đường dây số (CCS7) để tương tác với phần tử khác SS Về phương diện kinh tế tổng đài đứng riêng mà thường kết hợp với MSC e Trung tâm nhận thực (AUC-Authentication Center) Trung tâm nhận thực AUC có chức cung cấp cho HLR thơng số nhận thực khóa mật mã Trung tâm nhận thực liên tục cung cấp ba Lớp : Đ4LT – ĐTVT3 SV: Vũ ngọc Oánh Vũ Văn Tiến Khoa - ĐTVT Hệ thống thông tin di động GSM cho thuê bao Các ba coi số liệu liên quan đến thuê bao Một ba (RAND, SRES, khóa mật mã (Ks) sử dụng để nhận thực gọi để tránh trường hợp Card thuê bao (card thông minh) bị Ít phải ln có ba (cho th bao) HLR để ln cung cấp ba theo yêu cầ MSC/VLR AUC chủ yếu chứa số máy tính cá nhân gọi PC- AUC để tạo ba cung cấp chúng đến HLR PC- AUC coi thiết bị vào/ra (I/O) Trong AUC bước sau để tạo ba: - Một số ngẫu nhiên khơng thể đốn trước (RAND) tạo - RAND Ki sử dụng để tính tốn trả lời mật hiệu (SRES) khóa mật mã (Kc) hai thuật toán: SRES = A3(RAND, Ki) Kc = A8 (RAND, Ki) - RAND, SRES Kc đưa đến HLR ba - Qúa trình nhận thực ln diễn lần thuê bao truy cập vào mạng hệ thống Qúa trình nhận thực diễn sau: VLR có tất thông tin yêu cầu để thực trình nhận thực (Kc, SRES, RAND) Nếu thơng tin khơng sẵn có VLR VLR u cầu chúng từ HLR/AUC Bộ ba (Kc, SRES, RAND) lưu giữ VLR VLR gửi RAND qua MSC BSS tới MS ( không mã hóa) MS sử dụng thuật tốn A3 A8 tham số Ki lưu giữ SIM card MS, với RAND nhận từ VLR, tính tốn giá trị SRES Kc MS gửi SRES khơng mã hóa tới VLR Lớp : Đ4LT – ĐTVT3 10 SV: Vũ ngọc Oánh Vũ Văn Tiến