Bao mat trong gprs 217985

Nguyễn Đức Triệu-ĐT8-K44 Bảo mật GPRS Chơng 1:Tổng quan hệ thống tHông tin di động I Lịch sử phát triển thông tin di động Chúng ta sống xà hội thông tin mà ta phải tiếp nhận sử dụng thông tin có giá trị cao mặt thời gian chất l ợng Vì vậy, thông tin liên lạc đóng vai trò cốt lõi cho việc phát triển tới t ơng lai xà hội thông tin Sự phát triển khoa học công nghệ đà mang lại nhiều thành tựu to lớn cho ngành thông tin liên lạc qua loại hình thông tin di động ngày trở nên thiếu sinh hoạt xà hội Hệ thống thông tin di động hệ thống không dùng dây thay vào sử dụng thiết bị vô tuyến để truyền thông tin trạm di động mạng PLMN Đó dịch vụ thông tin đặc biệt cho phép ngời ta trao đổi di chuyển cung cấp nhiều dịch vụ tiện ích khác mà hệ thống thông tin khác Trong tơng lai lâu dài, hệ thống thông tin tổ ong sử dụng kỹ thuật số đầy triển vọng trở thành phơng thức thông tin vạn Mặc dù khái niệm tổ ong, kỹ thuật trải phổ, điều chế số công nghệ vô tuyến đại khác đà đợc biết đến 50 năm trớc đây, dịch vụ điện thoại di động mÃi đến năm 60 xuất dạng sử dụng đợc sửa đổi thích ứng hệ thống điều vận Các hệ thống điện thoại di động tiện lợi dung lợng thấp so với hệ thống Cuối cùng, hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) đà xuất vào năm 1980.Cuối năm 1980 ngời ta nhận thấy hệ thống tổ ong tơng tự đáp ứng đợc nhu cầu ngày tăng vào kỷ sau nh không loại bỏ đợc hạn chế cố hữu hệ thống này: (1) phân bổ tần số hạn chế, dung lợng thấp; (2) tiếng ồn khó chịu nhiễu xảy máy di động chuyển dịch môi trờng fađinh đa tia; (3) không đáp ứng đợc dịch vụ hấp dẫn với khách hàng; (4) không cho phép giảm đáng kể giá thành thiết bị di động sở hạ tầng; (5) không đảm bảo tính bí mật gọi; (6) không tơng thích hệ thống khác nhau, đặc biệt Châu Âu làm cho thuê bao sử dụng đợc máy di động nớc khác Tất mạng điện thoại tơng tự điều chế tần số, sử dụng tần số 450MHZ 900MHZ Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) giới đợc đời Châu Âu giải pháp để loại bỏ hạn chế đà nêu -1- Nguyễn Đức Triệu-ĐT8-K44 Bảo mật GPRS Năm 1988, viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI - Europe Telecommunication Standard Institute) đà lập thành nhóm đặc trách di động toàn cầu GSM (Group Special Mobile hay Global System for Mobile Telecommunication) GSM tiêu chuẩn điện thoại di động số toàn Châu Âu sử dụng dải tần số 900MHZ Dung lợng tăng lên nhờ việc sử dụng tần số tốt kỹ thuật số ô nhỏ Năm 1990, vơng quốc Anh ®a hƯ thèng DCS (Digital Cellular System) dùa trªn hƯ thèng GSM víi viƯc sư dơng tÇn sè 1800MHZ nhằm tăng thêm dung lợng cho hệ thống Việt Nam hệ thống thông tin di động GSM đợc đa vào từ năm 1993, đợc hai công ty VMS GPC khai thác hiệu Để tìm kiếm hệ thống thông tin di động số ngời ta nghiên cứu công nghệ đa truy cập theo mà (CDMA) Công nghệ sử dụng kỹ thuật trải phổ Ngoài hệ thống thông tin di động mặt đất, hệ thống thông tin di động vệ tinh đợc đa vào sử dụng năm 1998 Nh vậy, kết hợp hệ thống thông tin di động nói tạo nên hệ thống thông tin di động cá nhân cho phép cá nhân thông tin thời điểm nơi mà họ cần thông tin II Đặc điểm số hệ thống thông tin di động Hệ thống thông tin di động mặt đất Thông tin di động mặt đất thờng đợc chia thành hệ thống công cộng hệ thống dùng riêng Hệ thống thông tin di động công cộng hệ thống truy cập tới mạch điện thoại công cộng (PSTN) Hệ thống thông tin di động dùng riêng hệ thống dành cho cá nhân công ty nh máy đàm cảnh sát, hÃng taxi 1.1 Hệ thống thông tin di động taxi Hệ thống thông tin di động taxi hệ thống sử dụng riêng cho loại taxi để liên lạc trung tâm điều hành taxi loại xe taxi Đặc điểm có mô hình phát quảng bá, vùng phủ sóng gồm ô có bán kính cỡ vài chục MHZ với kỹ thuật điều chế tơng tự nên xe nghe thông tin liên lạc trạm điều hành xe khác Tuy nhiên, nhợc điểm tín hiệu dễ bị can nhiễu, liên lạc bị gián đoạn Vì phát quảng bá nên cho dù liên lạc lái xe trạm điều hành đà kết thúc nhng xe lúc có tín hiệu -2- Nguyễn Đức Triệu-ĐT8-K44 Bảo mật GPRS liên lạc xe khác Hiện tợng xung đột thông tin xảy điều khó tránh khỏi vào cao điểm 1.2 Hệ thống đàm công an Là hệ thống thông tin di động dùng riêng, phải đảm bảo đợc yêu cầu có độ tin cậy tính bảo mật cao tính chất nhiệm vụ ngành công an Do đó, mô hình hệ thống mô hình phát quảng bá nh hệ thống thông tin taxi mà kênh liên lạc phải đợc cung cấp kênh tần riêng Hệ thống thông tin vệ tinh Nhu cầu thông tin di động ngồi ôtô, tàu hỏa, tàu thuỷ bay vùng hẻo lánh tăng Để thỏa mÃn nhu cầu hệ thống thông tin vệ tinh đà đời Đó hệ thống thông tin sử dụng vệ tinh để thu phát sóng vô tuyến sau đợc phóng vào vũ trụ Hầu hết vệ tinh thông tin thực chức phát đờng xuống trả lời đờng lên chúng đợc gọi phát đáp Quá trình xử lý tín hiệu vệ tinh đảm bảo u điểm việc mà hóa/ giải mà loại bỏ nhiễu Các vệ tinh đóng vai trò trạm chuyển tiếp hệ thống thông tin Dải thông tần vệ tinh khoảng 500MHZ chia thành 12 kênh, kênh chiếm 42MHZ transponder đảm nhiệm Dải tần transponder 36MHZ, kênh có 26MHZ dành cho thông tin 6MHZ dành cho khoảng bảo vệ Hệ thống thông tin di động sử dụng vệ tinh đạt đợc diện tích phủ sóng toàn cầu với 3,4 vệ tinh tuỳ theo quỹ đạo cao hay thấp u điểm: Cung cấp vùng phủ sóng cho thông tin vùng xa xôi Phủ sóng rộng Đờng truyền vệ tinh bị phadinh so với đờng truyền mặt đất Các dịch vụ vùng rộng có đa vệ tinh vào sử dụng Nhợc điểm: Chi phí cao Suy hao đờng truyền lớn (không gian tự do) trễ lớ độ cao vệ tinh Suy hao ma (ở tần số lớn 8GHZ) Các vùng phục vụ bị giới hạn nới có tầm nhìn thẳng trực tiếp với vệ tinh -3- Nguyễn Đức Triệu-ĐT8-K44 Bảo mật GPRS Để đáp ứng liên tục dịch vụ, phải phóng vệ tinh theo chu kú kho¶ng thêi gian phơc vơ cđa vệ tinh có hạn (7 năm) Hiệu sử dụng tần số thấp Dung lợng hệ thống kênh điều khiển thấp Hạn chế đợc nguy hiểm thảm học thiên nhiên ngời gây số lợng thiết bị thông tin mặt đất Trong tơng lai, hệ thống thông tin vệ tinh không thay mà bổ sung cho hệ thống thông tin di động mặt đất Hệ thống thông tin di động số Cellular Trong hệ thống thông tin di động số Cellular, thay cho mô hình quảng bá với máy phát công suất lớn anten cao hệ trớc cell diện tích bé có máy phát BTS công suất nhỏ; cell cách đủ xa sử dụng lại tần số Thêm vào đó, kỹ thuật số dảm bảo chất l ợng cao môi trờng nhiễu mạnh khả tiềm dung lợng lớn Các hệ thống thông tin di động số cellular có u điểm sau đây: Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần cao Mà hóa số tín hiệu thoại với tốc độ bít ngày thấp, cho phép ghép nhiều kênh thoại vào dòng bit tốc độ chuẩn Giảm tỷ lệ tin tức báo hiệu, dành tỷ lệ lớn cho tin tức ngời sử dụng áp dụng kỹ thuật mà hóa kênh, mà hãa ngn cđa trun dÉn sè HƯ thèng chèng nhiƠu kênh chung CCI (cochannel Interference) nhiễu kênh liền kề ACI (Adjacent-Channel Interference) hiệu Điều cuối tăng dung lợng hệ thống Điều khiển động việc cấp phát kênh liên lạc làm cho sử dụng phổ tần số hiệu Có nhiều dịch vụ míi: nhËn thùc, sè liƯu, mËt m· hãa, kÕt nèi với ISDN Điều khiển truy cập chuyển giao hoàn hảo Dung lợng tăng, điện tích cell nhỏ đi, chuyển giao nhiều hơn, báo hiệu tắt bật dễ dàng xử lý phơng pháp số III Kỹ thuật ®a truy nhËp th«ng tin di ®éng -4- Ngun Đức Triệu-ĐT8-K44 Bảo mật GPRS Giới thiệu Các phơng pháp đa truy nhập vô tuyến đợc sử dụng rộng rÃi mạng thâm nhập thuê bao, thông tin di động hay thâm nhập đa trạm thông tin vệ tinh Các phơng pháp dựa nguyên tắc chia sẻ tài nguyên vô tuyến cho phép tất ngêi dïng sư dơng chung mét c¸ch cã trËt tù số kênh có hạn hệ thống Bốn tài nguyên vô tuyến đợc chia sẻ hệ thống thông tin là: tần số, thời gian, lợng, không gian Quá trình chia sẻ tài nguyên nói đ ợc thực phơng pháp đa truy nhập sau đây: Đa truy cập phân chia theo tÇn sè (FDMA - Frequency Division Multiple Access): phơc vụ gọi theo kênh tần số khác Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA - Time Division Multiple Access): phơc vơ c¸c cc gäi theo khe thời gian khác Đa truy cập phân chia theo m· (CDMA - Code Division Multiple Access): phôc vụ gọi theo chuỗi mà khác §a truy cËp ph©n chia theo cùc tÝnh (PDMA - Polarition Division Multiple Access): phơc vơ c¸c cc gäi theo phân cực khác sóng vô tuyến Đa truy cập phân chia theo không gian (SDMA - Space Division Multiple Access): phơc vơ c¸c cc gäi theo anten định hớng búp sóng hẹp Các phơng pháp đa truy cập nói kết hợp với để tạo thành phơng pháp đa truy cập Tuy nhiên, thực tế có ba phơng pháp hay đợc sử dụng FDMA, TDMA, CDMA Các kỹ thuật đa truy Cập 2.1 Đa truy cập theo tần số FDMA FDMA đợc sử dụng cho mạng tổ ong analog tiêu chuẩn Mỗi ngời sử dụng đợc gán dải phổ tần số RF rời rạc phơng pháp này, độ rộng băng tần cấp phát cho hệ thống B Mhz đựơc chia thành n băng tần con, băng tần đ ợc ấn định cho kênh riêng có độ rộng băng tần B/n Mhz Các máy thuê bao vô tuyến phát liên tục số sóng mang đồng thời tần số khác Cần có khoảng bảo vệ kênh vô tuyến để phòng ngừa không hoàn thiện -5- Nguyễn Đức Triệu-ĐT8-K44 Bảo mật GPRS lọc dao động Máy thu đờng xuống chọn sóng mang cần thiết theo tần số phù hợp Hình 1.1: Kỹ thuật FDMA Nh FDMA phơng thức đa truy cập mà kênh đợc cấp phát tần số cố định Để đảm bảo FDMA tốt, tần số phải đợc phân chia quy hoạch thống toàn giới Vì FDMA cho phép ngời sử dụng đợc chiếm mét kªnh 100% thêi gian nªn chØ cã ‘kÝch thíc’ tần số đợc dùng để định nghĩa kênh Đặc điểm: Mỗi trạm MS đợc cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến Nhiễu giao thoa tần số kênh lân cận đáng kể Về mặt kết cấu để đảm bảo nhiều kênh khác cho máy thuê bao, trạm gốc cần phải có nhiều máy thu phát nhạy cảm với phân tán thời gian truyền lan sóng không cần đồng không xảy trễ không cần xử lý tín hiệu nhiễu, giảm trễ hồi âm Dung lỵng hƯ thèng thÊp  ChÊt lỵng hƯ thèng thÊp phơng pháp thờng đợc sử dụng hệ thống tơng tự Hệ thống FDMA điển hình AMPS (Advanced Mobile Phone System) Mỹ Bắc Mỹ 2.2 §a truy cËp theo thêi gian TDMA Trong kü thuËt thuê bao đợc gán dải phổ rời rạc nhng thuê bao lại dùng chung sóng mang RF tảng khe thời gian, thuê bao lần lợt đợc sử dụng kênh RF -6- Nguyễn Đức Triệu-ĐT8-K44 Bảo mật GPRS Hình 1.2: Kỹ thuật TDMA Mỗi thuê bao đợc gán tới khe thời gian riêng biệt sóng mang gửi nhận thông tin thời điểm Điều khe thời gian khác lúc có đợc sử dụng hay không Luồng thông tin thờng không liên tục thuê bao đợc gửi nhận khuôn dạng gọi "burst" Đặc điểm: Cho phép tiết kiệm tần số thiết bị thu phát so với FDMA Đòi hỏi đồng tốt thiết bị phức tạp cần dung lợng truyền dẫn cao Đòi hỏi xử lý số phức tạp nên xảy tợng hồi âm Trong hệ thống TDMA thời gian bảo vệ cần giảm nhỏ 2.3 Đa truy cập phân chia theo mà CDMA CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho đa truy cập Trong kỹ thuật này, ngời sử dụng đợc gán chuỗi ma trải phổ sử dụng mà để mà hóa tín hiệu mang thông tin Bên thu sử dụng chuỗi mà ngời sử dụng để giải mà tín hiệu thu đợc khôi phục lại tín hiệu ban đầu Tồn ba phơng pháp trải phổ: Trải phổ theo chuỗi trực tiếp (DS: Direct sequency) Trải phổ theo nhảy tần (FH: Frequency Hopping) Tr¶i phỉ theo nh¶y thêi gian (TH: Time Hopping) Tuy nhiên, hệ thống CDMA có kỹ thuật trải phổ DS Đặc điểm CDMA: Nhiễu giảm cho phép sử dụng lại tần số cell việc sử dụng tín hiệu băng rộng đem lại Không có phân chia theo thời gian, thời điểm, tất ngời sử dụng có quyền sử dụng toàn bé sãng mang  Tèc ®é sè liƯu CDMA cao nên thời gian chip th ờng ngắn nhỏ nhiều so với trễ truyền dẫn kênh -7- Nguyễn Đức Triệu-ĐT8-K44 Bảo mật GPRS Thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản MS cell dùng chung tần số, điều khiển dung lợng cell linh hoạt Hình 1.3: Kỹ thuật CDMA Chơng 2: Mạng thông tin di động số GSM I Cấu trúc mạng GSM -8- Nguyễn Đức Triệu-ĐT8-K44 Bảo mật GPRS Hình 2.1: Mô hình hệ thống thông tin di động cellular OSS: Hệ thống khai thác hỗ trợ NSS: Hệ thống chuyển mạch AUC: Trung tâm nhân thực OMC: Trung tâm khai thác bảo dỡng HLR: Bộ ghi định vị thờng trú ISDN: Mạng SL liên kết đa dịch vụ VRL: Bộ ghi định vị tạm trú CSPDN: Mạng CM số công cộng theo mạch EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị PSPDN: Mạng CM công cộng theo gói MSC: Trung tâm chuyển mạch PSTN: Mạng chuyển mạch điện thoại công nghiệp vụ di ®éng céng BSS: HƯ thèng tr¹m gèc PLMN: m¹ng di động mặt đất công cộng BSC: Đài điều khiển trạm gốc MS: Máy di động BTS: Đài vô tuyến gốc II Các thành phần mạng Một hệ thống di động bao gồm nhiều phần tử vật lý riêng rẽ đặt với phần tử logic khác Để tơng tác, tin phải đợc phát giao diện hai phân tử Ngoài Với mô hình tính mở, mạng PLMN cho phép ngời sử dụng chia sẻ dịch vụ tài nguyên mạng với mạng khác Mạng thông tin di động số tế bào mà đề cập mạng thông tin di động sử dụng công nghệ GSM900 bao gồm phân hệ sau: -9- Nguyễn Đức Triệu-ĐT8-K44 Bảo mật GPRS Phân hệ vô tuyến (BSS - Bastation System) Phân hệ chuyển mạch (NSS - Network Sub System) Phân hệ vận hành bảo dỡng (OSS - Operation & Support System) Ngoài ra, có trạm di động (MS - Mobile Station) không thuộc ba phân hệ song có liên quan chặt chẽ tới mạng Trạm di động (MS-Mobile Station) MS máy đầu cuối di động, thiết bị mà ngời sử dụng đợc trực tiếp quản lý MS thiết bị đặt ôtô hay thiết bị xách tay, thiết bị cầm tay Ngoài việc chứa chức vô tuyến chung xử lý cho giao diện vô tuyến MS phải cung cấp giao diện cho ngời sử dụng (micro, loa, hình, bàn phím ) để quản lý gọi giao diện với số thiết bị khác ( máy tính cá nhân, FAX ) Trạm di động không hoàn toàn phụ thuộc chặt chẽ vào ngời sử dụng mà phụ thuộc vào loại thẻ vi mạch cá nhân SIM (Subcriber Identity Module) đợc gắn với máy di động SIM sử dụng mật PIN (Personal Identity Number) để bảo vệ quyền sử dụng ngời sở hữu hợp pháp SIM cho phép ngời sử dụng nhiều dịch vụ cho phép ngời dùng truy cập vào PLMN khác Phân hệ vô tuyến BSS Hệ thống trạm gốc BSS bao gồm khối chức BSC BTS BTS thục nhiệm vụ giám sát đờng ghép nối vô tuyến liên kết kênh vô tuyến với máy phát quản lý cấu hình kênh Cụ thể là: Điều khiển thay đổi tần số vô tuyến đờng ghép nối thay đổi công suất phát vô tuyến Thực mà hóa kênh, tín hiệu thoại số phối hợp tốc độ truyền thông tin Quản lý chuyển giao Thực việc bảo mật kênh vô tuyến 2.1 Thiết bị điều khiển trạm gốc (BSC - Base Sttion Controller) BSC có nhiệm vụ quản lý tất giao diện vô tuyến thông qua lệnh điều khiển từ xa BTS MS Các lệnh chủ yếu lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến quản lý chuyển giao Một phía BSC đ ỵc nèi víi BTS qua giao diƯn Abis ®Ĩ trao đổi thông tin thuê bao thông tin điều khiển cßn phÝa - 10 -