Tong quan ve mang thong tin di dong gsm 207440

Đồ án tốt nghiệp Phần I: Tổng quan mạng thông tin di động GSM Chơng I: Giới thiệu mạng thông tin di động 1.1 Lịch sử mạng thông tin di động 1.2 Mạng thông tin di động GSM 1.3 HƯ thèng tỉ ong 1.3.1 CÊu tróc m¹ng GSM 1.3.2 Cấu trúc địa lý mạng CHơNG II : tổng quan Hệ THốNG GSM 2.1 Cấu trúc mạng 2.2 Các khối chức 2.2.1.Trạm di động : 2.2.2 Hệ thống trạm gèc BSS (Base Station System) 2.2.3 HƯ thèng chun m¹ch SS (Switching System) 2.2.4 Trung tâm khai thác bảo dìng OMC (Operation and Maintenance Center ) 2.3.1 C¸c giao diện nội mạng 2.3.2 Các giao diện ngoại vi 2.4 Các loại hình dịch vụ mạng GSM 2.4.1.Dich vụ điện thoại 2.4.2 dich vụ số liệu Chơng iii: số nhận dạng mạng GSM 3.1 số nhân dạng ISDN máy máy di động MSISDN (Mobile Station ISDN Number) 3.2 Nhận dạng thê bao di động quốc tế IMSI (International Mobile Subcriber Identity) 3.3 Sè chun vïng cđa thuê bao di động MSRN (Mobile Station Roaming Number) 3.4 Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời TMSI (Temporary Mobile Subcriber Identity) 3.5 Số nhận dạng thiết bị máy di động quốc tế IMEI (International Mobile Station Equipment Identity) 3.6.Nhận dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity) 3.7 Nhận dạng ô toàn cầu CGI (Cell Global Identity) 3.8 M· nhËn d¹ng tr¹m gèc BSIC (Base Station Identity Code) 3.9 Số nhận dạng thuê bao cục LMSI (Location Mobile Subcriber Identity) 3.10 Sè chuyÓn giao HON (Hand Over Number) 7 10 10 11 11 13 16 18 19 25 27 27 27 28 28 29 29 30 30 31 32 32 33 33 Chơng iv: truyền sóng thông tin di động Gsm 34 4.1 suy hao đờng truyền pha đinh 4.2 Các phơng pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn pha đinh 4.2.1.Phân tập anten 4.2.2 Nhảy tần 34 35 35 36 Đồ án tốt nghiệp 4.2.3.Mà hoá kênh 4.2.4 GhÐp xen (Interleaving) 4.3 CÊu tróc khung TDMA 4.4 ứng dụng báo hiệu số 4.5 Quá trình gọi chuyển giao 4.5.1.Một số trạng thái trạm di động MS 4.5.2 Nhận thực mật mÃ: 4.5.3 Nhận dạng ME: 4.5.4 Quá trình chuyển giao: 4.5.5 Quá trình gọi 4.5.5.1 Cuộc gọi từ MS vào PSTN 4.5.5.2 Cuộc gọi từ thuê bao cố định đến MS 4.5.5.3 Gi¶i phãng cuéc gäi 36 37 38 40 42 42 44 46 47 47 48 49 51 PhÇn hai : Hệ THốNG BáO HIệU Số (CCS.7) CHƯƠNG: I TổNG QUAN CHUNG Về MạNG BáO HIệU 1.1.GiƠí thiệu: 52 1.1.1.Báo hiệu đờng dây thuê bao (Subcriber Loop Signalling) 52 1.1.2.Báo hiệu tổng đài (Inter Exchange Signalling) 53 1.2.Các chức báo hiệu 53 2.1 Hệ thống báo hiệu R - 54 2.2 Báo hiệu đờng 55 2.3Báo hiệu ghi: 55 2.4.Nguyên lý truyền báo hiệu 55 3.1 HƯ thèng b¸o hiƯu sè CCS 7:(Common Channel Signalling Number7) 57 3.2 Vai trò hệ thống báo hiệu số (CCS7) 57 3.3 Cấu trúc mạng báo hiệu số 59 3.3.1 Điểm chuyển mạch dịch vụ SSP (Service Switching Point) 60 3.3.2 Điểm chuyển tiếp báo hiệu STP (Signalling Transfer Point) 60 3.3.3 Điểm điều khiển dịch vụ SCP (Service Control Point) 62 3.3.4 Các kiểu báo hiệu CCS7 63 3.3.5 Các đờng báo hiệu 64 3.4 Sự tơng ứng CCS7 mô hình OSI 67 3.5 Cấu trúc phần truyền tải tin MTP 68 3.6.1 Các chức đờng truyền số liệu báo hiệu MTP - 1: 69 3.6.2 Các chức ®êng trun b¸o hiƯu MTP - 2: 70 3.6.3 C¸c chức đờng truyền mạng báo hiệu lớp MTP - 74 3.7 Phần điều khiển nối thông báo hiệu - SCCP 78 3.7.1 Báo hiệu định hớng theo nối thông 79 3.7.2 Báo hiệu không theo nối thông 80 3.7.3 Định tuyến đánh địa SCCP 80 3.8 Phần ứng dụng khả giao dịch TCAP 80 3.9 Phần ứng dụng di động MAP 81 3.10 PhÇn ngêi sư dơng TUP (Telephone User Part) 82 3.11 Phần ngời sử dụng mạng số liên kết đa dÞch vơ ISUP (Intergrated Services Digital Network User Part) 83 Chơng III: báo hiệu GSM 84 3.1 ứng dụng báo hiệu số GSM 3.2 Phần ứng dụng di động MAP (Mobile Application Part) 3.3 Phần ứng dụng hệ thống trạm di động BSSAP 3.3.1 Các tin BSSAP 3.3.2 Các tin quản lý di động (Message For Mobily Management) 84 86 86 87 88 §å án tốt nghiệp 3.3.3 Các tin điều khiển đấu nối chế độ mạch điện (Message For Circuit-Mode Connection Call Control) 3.4 Báo hiệu MS BTS 3.5 Báo hiệu BTS BSC 3.6 Báo hiệu BSC MSC (Giao diện A) 88 89 91 93 Phần I: Tổng quan mạng thông tin di động GSM Chơng I: Giới thiệu mạng thông tin di động 1.1 Lịch sử mạng thông tin di động Để mở đầu cho việc tìm hiểu tổng quan mạng thông tin di động, nhìn lại lịch sử phát triển nghành thông tin liên lạc vô tuyến Năm 1873 sóng điện từ đà đợc Maxwell tìm nhng mÃi tới năm 1888 đợc Hertz chứng minh sở thực tiễn Sau lâu Marcony chứng tỏ đợc sóng vô tuyến tợng xạ điện từ Từ ơc mơ lớn lao ngời điều kỳ diệu thông tin liên lạc không dây có sở để trở thành thực Trải qua thời kỳ phát triển lâu dài, tới viêc thông tin liên lạc đối tợng với sóng vô tuyến đà đợc ứng dụng rộng rÃi Với kỹ thuật liên lạc này, đối tợng thông tin có khả liên lạc đợc với điều kiện hoàn cảnh, địa hình hay điều kiện khách quan Trên sở u điểm kỹ thuật liên lạc không dây mà kỹ thuật thông tin đời Cùng với phát triển ngày cao công nghệ điện tử thông tin, mạng thông tin di động ngày phổ biến, giá phải chăng, ®é tin cËy ngµy cµng cao ThÕ hƯ thø nhÊt: Xuất sau năm 1946, Với kỹ thuật FM (điều chế tần số) băng sóng 150 MHz, AT T đợc cấp giấy phép cho điện thoại di động thực St.Louis Năm 1948 hệ thống đện thoại hoàn toàn tự động đời Richmond, Indiane Là hệ thông tin di động tơng tự sử dụng công nghệ truy cập phân chia theo tần số (TDMA) Tuy nhiên, hệ thống không đáp ứng đợc nhu cầu ngày tăng trớc hết dung lợng Mặt khác tiêu chuẩn hệ thống không tơng thích làm cho chuyển giao không đủ rộng nh mong muốn (ra quốc tế) Những vấn đề đặt cho hệ thứ hai thông tin di động cellular phải giải Đồ án tèt nghiƯp ThÕ hƯ thø hai: Cïng víi sù ph¸t triĨn cđa Microprocssor ®· më cưa cho mét hƯ thèng phức tạp Thay cho mô hình quảng bá với máy phát công suất lớn anten cao cell có diện tích bé công suất phát nhỏ hơn, đáp ứng đợc nhu cầu ngày tăng dung lợng Hệ thống sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) phân chia theo mà (CDMA) mà đặc trng mạng GSM, EGSM, DS -1800 Thế hệ thứ ba: Bắt đầu năm sau thập kỷ 90 kỹ thuật CDMA&TDMA cải tiến, đáp ứng đợc việc tăng tốc tốc độ truền dịch vụ mạng 1.2 Mạng thông tin di động GSM Từ đầu năm 1980, sau hệ thống NMT đà hoạt động cách thành công biểu số hạn chế : - Vì dung lợng thiết kế có hạn mà số thuê bao không ngừng tăng Do hệ thống không đáp ứng đợc - Các hệ thống khác hoạt động phục vụ cho tất thuê bao Châu Âu, nghĩa thiết bị mạng NMT thâm nhập vào mạng TACS ngợc lại - Nếu thiết kế mạng lớn phục vụ cho toàn Châu Âu khó thực đợc vốn đầu t lớn Vì vậy, để đáp ứng yêu cầu phạm vi sử dụng điện thoại di động đợc rộng rÃi nhiều nớc, cần phải có hệ thống chung Tháng 12-1982, nhóm đặc biệt cho GSM (thông tin di động toàn cầu) đợc hội bu viễn thông Châu Âu CEPT (Confrence European Postal And Telecommunication Administration) tỉ chøc, ®ång nhÊt hƯ thống thông tin di động cho Châu Âu lấy dải tần 900MHz Cho đến năm 1989, nhóm đặc biệt GSM đà trở thành uỷ ban đặc biệt viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI (European Telecommunication standart Instute) khuyến nghị GSM 900MHz đời GSM tiêu chuẩn cho mạng thông tin di động mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobil Network), với dải tần làm việc (890-960)MHz Đây tiêu chuẩn chung, điều có nghĩa thuê bao di động sử dụng máy điện thoại toàn châu âu Giai đoạn tiêu chuẩn GSM đợc ETSI hoàn thành vào năm 1990 Nó liên quan tới dịch vụ thông tin (thoại, số liệu) tốc độ thông tin Toàn tốc- Full rate, tín hiệu thoại tơng tự đà đợc mà hoá với tốc độ 13 kb/s Đồ án tốt nghiệp Giai đoạn hai đợc hàn thành vào năm 1994 Nó liên quan dến dịch vụ viễn thông bổ sung vào tốc độ thông tin bán tốc - Half rate tín hiệu thoại tơng tự đợc mà hoá với tốc độ 6,5 kb/s Các tiêu phục vụ : - Hệ thống đợc thiết kế cho thuê bao di động hoạt động tất nớc có mạng GSM - Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép linh hoạt lớn cho loại dịch vụ khác liên quan tới mạng đa dịch vụ ISDN - Tạo hệ thống hoạt động cho thuê bao tàu viễn dơng nh mạng mở rộng dịch vụ di động mặt đất - Phải có chất lợng phục vụ tơng đơng với hệ thống tơng tự hoạt động - Hệ thống có khả mật mà thông tin ngời sử dụng để tránh can thiệp trái phép - Kế hoạch đánh số dựa khuyến nghị CCITT - Hệ thống phải cho phép cấu trúc tỷ lệ tính cớc khác đợc dùng mạng khác - Dùng hệ thông báo hiệu đợc tiêu chuẩn hoá quốc tế Nếu MS di chuyển sang vùng định vị phải thông báo cho PLMN vùng đinh vị mà Khi có gọi đến MS thông báo gọi đợc phát vùng định vị mà MS ®ã 1.3 HƯ thèng tỉ ong 1.3.1 CÊu tróc m¹ng GSM Mạng tổ ong GSM đợc cấu trúc từ đơn vị nhỏ ô (cell) Trên sơ đồ địa lý qui hoạch mạng, cell có dạng tổ ong hình lục giác Trong cell có đài vô tuyến gốc BTS (Base Transceiver Station) BTS liên lạc vô tuyến với tất máy thuê bao di đông MS (Mobile Station) có mặt cell Dạng cell đợc minh họa nh sau: Hình 1.3.1 Khái niệm biên giới cellular Đồ án tốt nghiệp Sáu BTS bao quanh tạo thành đờng biên hình lục giác ®Ịu, biĨu thÞ vïng phđ sãng cđa mét cell Khi MS di chuyển khỏi vùng đó, phải đợc chuyển giao để làm việc với BTS cell khác Đặc điểm cellular việc sử dụng lại tần số kích thớc cell nhỏ Khoảng cách cell sử dụng Lại tần số Freq Group Freq Group Freq Group G Freq Group F Freq Group C B Freq Group A1 Freq Group E C Freq Group C Freq Group G Freq Group D1 Freq Group F Freq Group B Freq Group Freq Group B Freq Group A2 Freq Group E F Freq Group C Freq Group D2 Freq Group E Freq Group C Freq Group G Hình 1.3.1 Khái niệm biên giới cellular Kích thớc cell tuỳ thuộc vào số thuê bao vùng cấu trúc địa lý vùng Do tăng trởng lu lợng không ngừng cell dẫn đến chất lợng giảm sút mức Để khắc phục tợng ngời ta tiến hành việc chia tách cell xét thành cell nhỏ Với chúng ngời ta dùng công suất phát nhỏ mẫu sử dụng lại tần số đợc dùng tỷ lệ xích nhỏ Đồ án tốt nghiệp Hình 1.3 Tăng dung lợng hệ thống cách chia cell Thông thờng, gọi kết thóc mét cell Víi hƯ thèng théng tin di động cellular phải có khả điều khiển chuyển mạch để gọi từ cell sang cell khác mà không làm ảnh hởng đến gọi Điều làm cho mạng di động có cấu trúc khác biệt với mạng cố định Mạng thông tin di động số cellular thực chất mạng mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network) PLMN cung cÊp cho c¸c thuê bao khả truy cập vào mạng thông tin di động toàn cầu từ MS đến MS Do đặc tính di động cửa MS, mạng phải theo dõi MS liên tục để xác định MS cell Điều đợc thực khái niệm vùng định vị LA (Location Area) Vùng định vị nhóm cell liên thông nhỏ toàn lÃnh thổ mà PLMN quản lý Khi MS di chuyển từ cell sang cell khác vùng định vị MS không cần thông báo cho PLMN vị trí thời cửa 1.3.2 Cấu trúc địa lý mạng Mọi mạng điện thoại cần có cấu trúc định để định tuyến gọi đến tổng đài cần thiết cuối đến thuê bao bị gọi mạng di động cấu trúc quan trọng tính lu thông thuê bao mạng Vùng phục vụ GSM (Các nớc thành viên) Vùng phơc vơ PLMN (C¸c vïng níc) Vïng phơc vơ MSC Vùng định vị LA CELL 1.3.2 Hệ thống vùng phủ sóng GSM Đồ án tốt nghiệp CHơNG II : tỉng quan HƯ THèNG GSM 2.1 CÊu tróc m¹ng ISDN SS AUC PLMN PSPDN HƯ thèng chuN m¹ch VLR HLR HLR EIR MS CSPDN OMC PSTN BSS BSC KÕt nèi cc gäi vµ trun dÉn tin tøc BTS Truyền dẫn tin tức Hệ thống trạm gốc MS Hình 2.1- Mô hình hệ thống thông tin di động cellular OMC : Hệ thống khai thác bảo dỡng HSS : Hệ thống chuyển mạch AUC : Trung tâm nhận thực VLR : Bộ ghi định vị tạm trú HLR :Bộ ghi định vị thờng trú thiết bị EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị MSC :Tổng đài di động BTS : Đài vô tuyến gốc BSS : Hệ thống trạm gốc MS : Máy di động BSC :Đài điều khiển trạm gốc ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vơ PSPDN : M¹ng chun m¹ch gãi CSPDN : M¹ng chuyển mạch Số công theo mạng cộng Đồ án tốt nghiệp PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng 2.2 Các khối chức 2.2.1.Trạm di động : 2.2.1.1 Chức loại MS : Trạm di động thiết bị đầu cuối di động, phơng tiện ngời mạng MS có chức vô tuyến chung chức sử lý để truy cập mạng qua giao diện vô tuyến Sự lựa chon thực nhà sản xuất khác nhng phải tạo mạch tổ hợp theo mét giao tiÕp chn ®Ĩ MS cã thĨ truy cËp đến tất mạng MS thực chức năng: - Hiển thị số bị gọi - Chọn mạng PLMN - Hiển thị xác nhận thông tin nhắn Máy di động MS gồm thành phần: - Thiết bị thu, phát, báo hiệu ME (mobile Equipment) - Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register) 2.2.1.1.1 Thiết bị máy di động ME (mobile Equipment) ME có phận đầy đủ phần cứng cần thiết để phối hợp với giao diện vô tuyến chung, cho phép MS truy cập đến tất mạng ME có số nhận dạng IMEI (International mobile Equipment Identity) nhờ kiểm tra IMEI mà ME bị cắp không đợc phục vụ Thuê bao thờng tiếp xúc với ME mà thôi, có loại ME chính: - Loại gắn xe (lắp đặt xe, anten xe) - Loai xác tay (Anten không đợc gắn trực tiếp thiết bị) - Loại cầm tay (Anten đợc gắn trực tiếp thiết bị) Tuỳ theo công suất phát, ME có số loại: Loại Công suất phát Độ nhạy máy thu 20W(không dùng) -104 dBm 8W (39 dBm) -104 dBm 5W (37 dBm) -104 dBm 2W (33dBm) -102 dBm §å ¸n tèt nghiÖp 0,8W (29 dBm ) -102 dBm Hình 2.2 Bảng phân loại loại ME 2.2.1.1.2 Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subcriber Identity Module) SIM khoá cho phép MS đợc dùng Nhng khoá vạn Dùng để nhận dạng thuê bao tin tức dịch vụ mà thuê bao đăng ký Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI suốt trình ngời dùng GSM thiết lập đờng truyền tính cớc dựa vào IMSI SIM có phần cứng, phần mềm cần thiết với nhớ lu trữ loại tin tức: Tin tức đọc thay đổi ngời dùng tin tức không cần cho ngời sử dụng biết Các thông số SIM đợc bảo vệ, Ki đọc, IMSI sửa đổi Một số thông số khác SIM cần ®ỵc cËp nhËt : LAI SIM ®ỵc thiÕt kÕ ®Ĩ làm giả Ngời dùng sử dụng mật riêng PIN (personal Identity Namber) để phòng ngời khác dùng SIM phi pháp Ngoài SIM chứa thông tin tính cớc thực thuật toán nhận thực SIM : Module nhận dạng thuê bao chứa số thông tin nh : - Số nhận dạng thuê bao di ®éng quèc tÕ IMSI (International Mobile Subcriber Identity) Để nhận dạng thuê bao đợc truyền khởi tạo IMSI sửa đổi - Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời TMSI (Temporary Mobile subcriber Identity) Quản lý việc thay đổi TMSI để thuê bao không bị theo dõi giao diện vô tuyến - Số nhận dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity) - Khoá nhận thực thuê bao Ki Để nhận thực SIM card Ki đọc đợc - Số điện thoại thuê bao di động MSISDN (Mobile Station ISDN) MSISDN = M· quèc gia + M· vïng + M· thuª bao Các thông số SIM đợc bảo vệ 2.2.2 HƯ thèng tr¹m gèc BSS (Base Station System) BSS thùc giám sát đờng ghép nối vô tuyến, thực đấu nối MS với tổng đài nhờ đấu nối ngời dùng trạm di động với ngời dùng viễn thông khác BSS thực :