kiến trúc giao thức của gsm và gprs

Các thuê bao di động tại Việt Nam sử dụng dịch vụ thoại truyền thống với tốc độ bit là 13kbit/s và truyền số liệu với tốc độ9,6 kbit/s.. Các nhà khai thác GSM trên thế giới đang đứng trư

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay mạng GSM với những ưu điểm nổi bật như: dung lượng lớn, chất lượngkết nối tốt, tính bảo mật cao … , đã có một chỗ đứng vững chắc trên thị trường Viễnthông thế giới Ở Việt Nam, khi chúng ta bắt đầu có những máy điện thoại di động sửdụng công nghệ GSM 900MHz đầu tiên vào những năm 1993 đã đánh dấu một bước pháttriển vượt bậc về công nghệ Viễn thông của đất nước Các thuê bao di động tại Việt Nam

sử dụng dịch vụ thoại truyền thống với tốc độ bit là 13kbit/s và truyền số liệu với tốc độ9,6 kbit/s

Các nhà khai thác GSM trên thế giới đang đứng trước một số giải pháp để có đượcdịch vụ số liệu truyền tốc độ cao qua mạng thông tin di động hiện có của họ và đangnghiên cứu kế hoạch để chuyển đổi lên công nghệ 3G Có hai hướng để lựa chọn : một là

có thể nâng cấp mạng của họ lên thẳng CDMA (Code Division Multiple Access - Đa truynhập phân chia theo mã) hay nâng cấp lên để có dịch vụ GPRS (General Packet RadioService – Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp), E – GPRS (Enhanced GPRS – Dịch vụ GPRSnâng cao) và sau đó thì sẽ đầu tư, nâng cấp để loại dần công nghệ GSM tiến lên côngnghệ W-CDMA (Đa truy nhập phân kênh theo mã băng rộng)

Đối với các nhà khai thác, không thể có được việc nâng cấp thẳng lên công nghệW-CDMA với các giải pháp đơn giản và chi phí chấp nhận được Quá trình nâng cấp làmột quá trình phức tạp, yêu cầu các phần tử mạng mới và các máy đầu cuối mới Do vậy,

vấn đề cần cân nhắc ở đây chính là các khía cạnh về kinh tế và kỹ thuật cho việc nângcấp, buộc các nhà khai thác phải suy tính Chính vì vậy, GPRS là sự lựa chọn của các nhàkhai thác GSM như một bước chuẩn bị về cơ sở hạ tầng kỹ thuật, để tiến lên công nghệthông tin di động thế hệ thứ 3.

Giải pháp GPRS cho hệ thống GSM đã trở thành hiện thực năm 1999 Giống nhưHSCSD, GPRS cung cấp các dịch vụ số liệu tốc độ cao hơn cho người sử dụng di động.Tuy nhiên dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, GPRS phù hợp với bản chất bùng nổ độtngột cao của hầu hết các ứng dụng số liệu hơn công nghệ chuyển mạch kênh HSCSD, nó

lý tưởng hơn cho các dịch vụ truy nhập cơ sở dữ liệu và thư điện tử, ví dụ những người

sử dụng không muốn trả cước phí cuộc gọi cao cho các bản tin ngắn GPRS cũng chophép người sử dụng nhận các cuộc gọi số liệu Các tin nhắn cũng được phân phát trựctiếp đến điện thoại của người sử dụng, thậm chí không cần kết nối từ đầu cuối đến đầucuối một cách liên tục Khi bật máy điện thoại, người sử dụng nhận được một thông báo

là họ đang có một tin nhắn Họ có thể chọn các thông báo tải về ngay lập tức hay cất đi

để xem sau

GPRS cũng cung cấp việc thiết lập cuộc gọi nhanh hơn HSCSD và kết nối vớimạng sử dụng giao thức IP hiệu quả hơn, bao gồm các mạng Intranet của công ty và cácmạng LAN, cũng như Internet Thông qua việc kết hợp các khe thời gian TDMA khácnhau, GPRS có thể điều khiển tất cả các kiểu truyền dẫn từ các mẫu tin ngắn tốc độ thấpđến các tốc độ cao hơn cần cho việc xem xét các trang Web GPRS cung cấp tốc độ sốliệu gói cao hơn 100 kbit/s Tốc độ tối đa là 171,2 kbit/s qua 8 kênh 21,4 kbit/s (sử dụng

mã hoá CS-4)

Nhóm chúng em chọn chuyên đề “ Kiến Trúc Giao Thức Của GSM và GPRS ”

để tìm hiểu sâu hơn về kiến trúc giao thức của hai mạng Được sự hướng dẫn chỉ bảo củathầy Ths Nguyễn Viết Đảm, chúng em đã hoàn thành chuyên đề đã chọn Nhưng với thời

gian tìm hiểu chuyên đề ngắn, tầm hiểu biết hạn chế nên không tránh khỏi những thiếusót Nhóm em rất mong sự góp ý của thầy để chuyên đề hoàn thiện hơn!

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG GSM VÀ GPRS

1.1 Giới Thiệu Về Mạng Thông Tin Di Động GSM

GSM trước đây được biết như Groupe Spécial Mobile (nhóm di động đặc biệt), lànhóm đã phát triển nó, được thiết kế từ sự bắt đầu như một dịch vụ tế bào số quốc tế.Giao tiếp vô tuyến của GSM dựa trên công nghệ TDMA Ý định ban đầu là các thuê baoGSM có khả năng di chuyển qua các biên giới quốc gia sẽ nhận được các dịch vụ di động

và các tính năng đi theo cùng với họ

Kiểu GSM của Châu Âu hiện nay hoạt động ở tần số 900MHz cũng như tần số1800MHz Ở Bắc Mỹ, GSM sử dụng cho dịch vụ PCS 1900 tại vùng đông bắc California

và Nevada Do PCS 1900 sử dụng tần số 1900MHz, nên các điện thoại không có khảnăng kết nối hoạt động với điện thoại GSM hoạt động trong các mạng ở tần số 900MHzhay 1800MHz Tuy nhiên vấn đề này có thể khắc phục được với các máy điện thoại đabăng hoạt động trong nhiều tần số

Vào đầu năm 1980, thị trường hệ thống điện thoại tế bào tương tự đã phát triển rấtnhanh ở Châu Âu Mỗi một nước đã phát triển một hệ thống tế bào độc lập với các hệthống của các nước khác Sự phát triển không được hợp tác của các hệ thống thông tin diđộng quốc gia có nghĩa là sẽ không có khả năng cho thuê bao sử dụng cùng một máy diđộng cầm tay khi di chuyển trong Châu Âu Không chỉ các thiết bị di động bị hạn chế

khai thác trong biên giới quốc gia, mà còn có một thị trường rất hạn chế đối với mỗi kiểuthiết bị, vì thế tiết kiệm chi phí có thể không thực hiện được Ngoài một thị trường trongnước đầy đủ với các mẫu chung, có thể không có một nhà chế tạo nào cạnh tranh đượctrên thị trường thế giới Hơn nữa, chính phủ các nước nhận thức rõ là các hệ thống thôngtin không tương thích có thể cản trở tiến trình để đạt được một tầm nhìn chiến lược của

họ về một Châu Âu với nền kinh tế thống nhất

Với những cân nhắc nêu trên, hội nghị điện thoại điện báo gồm 26 quốc gia Châu

Âu (CEPT) đã thành lập một nhóm nghiên cứu gọi là Groupe Spécial Mobile vào năm

1982 để nghiên cứu và phát triển một hệ thống thông tin liên Châu Âu Đến năm 1986tình hình trở nên khả quan hơn vì một số mạng tế bào tương tự hiện tại có thể sử dụng hếtdung lượng vào năm 1990 CEPT khuyến nghị rằng hai khối tần số trong băng tần900MHz được dự trữ cho hệ thống mới Tiêu chuẩn GSM chỉ rõ các băng tần từ 890 đến915MHz cho băng thu và từ 935 đến 960MHz cho băng phát với mỗi băng được chiathành các kênh 200KHz

Hệ thống thông tin di động được CEPT đưa ra đã đáp ứng được các tiêu chuẩnnhư sau:

- Cung cấp âm thoại chất lượng cao

- Hỗ trợ chuyển vùng quốc tế

- Hỗ trợ các thiết bị đầu cuối cầm tay

- Hỗ trợ một loạt các dịch vụ và các thiết bị mới

- Cung cấp hiệu quả phổ tần số

- Cung cấp khả năng tương thích với ISDN

- Cung cấp với chi phí dịch vụ và đầu cuối thấp

Vào năm 1989, việc phát triển các đặc tính kỹ thuật của GSM đã được chuyển từCEPT đến Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) ETSI được thành lập vào năm

1988 để thiết lập các tiêu chuẩn viễn thông cho Châu Âu và hợp tác với các tổ chức tiêuchuẩn khác, các lĩnh vực liên quan đến truyền hình và công nghệ thông tin văn phòng.

ESTI đã ấn bản các đặc tính kỹ thuật giai đoạn 1 của GSM vào năm 1990 Dịch vụthương mại đã bắt đầu vào giữa năm 1991 Đến năm 1993 đã có 36 mạng GSM tại 22nước, và thêm 25 nước đã lựa chọn hoặc bắt đầu GSM Từ đó, GSM đã được chấp nhận ởNam Phi, Úc, và rất nhiều nước vùng Trung Đông và Viễn Đông Tại Bắc Mỹ, GSMđược dùng để thực hiện PCS Đến cuối năm 1998 đã có 323 mạng GSM ở 118 nước phục

vụ cho 138 triệu thuê bao, đến nay đã có hơn 2 tỉ người dùng trên 212 quốc gia và vùnglãnh thổ Hệ thống GSM được gọi là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global Systemfor Mobile communications)

Mạng thông tin di động GSM là mạng thông tin di động số Cellular gồm nhiều ô

(cell) Cell là đơn vị nhỏ nhất của mạng, có hình dạng (trên lý thuyết) là một tổ ong hình lục giác Trong mỗi cell có một đài vô tuyến gốc BTS (Base Transceiver Station) liên lạc với tất cả các trạm di động MS (Mobile Station) có mặt trong cell Khi MS di chuyển ra ngoài vùng phủ sóng của cell, nó phải được chuyển giao sang làm việc với BTS của cell

khác

Đặc điểm của hệ thống thông tin di động Cellular là việc sử dụng lại tần số và diện

tích của mỗi cell khá nhỏ Mỗi cell sử dụng một nhóm tần số kênh vô tuyến Các chữ cái

A, B, C, vừa là tên của cell, vừa biểu thị một nhóm xác định các tần số vô tuyến được sử dụng trong cell đó Nhóm tần số được sử dụng nhiều lần cho các cell với khoảng cách đủ

lớn, công suất phát đủ nhỏ để nhiễu lẫn nhau không đáng kể

Thông thường, một cuộc gọi di động không thể kết thúc trong một cell nên hệ

thống thông tin di động cellular phải có khả năng điều khiển và chuyển giao (handover)

cuộc gọi từ cell này sang cell lân cận mà cuộc gọi được chuyển giao không bị gián đoạn.

1.2 Giới Thiệu Chung Về GPRS

GPRS (General Packet Radio Service) là dịch vụ truyền tải mới cho hệ thốngGSM, nó cải thiện một cách hiệu quả việc truy nhập vô tuyến tới các mạng truyền số liệunhư X.25, Internet…bằng cách áp dụng nguyên lý gói vô tuyến để truyền số liệu củangười sử dụng một cách hiệu quả giữa máy điện thoại di động tới các mạng truyền sốliệu Các gói tin có thể truyền trực tiếp từ máy di động GPRS tới các mạng chuyển mạch

số liệu

Người sử dụng GPRS được lợi từ việc thời gian truy nhập ngắn hơn cũng như tốc

độ truyền số liệu cao hơn Trong hệ thống GSM thông thường việc thiết lập kết nối diễn

ra trong vài giây và tốc độ truyền số liệu hạn chế ở 9,6 Kbit/s GPRS cho phép thời gianthiết lập dưới một giây và tốc độ truyền số liệu tối đa đạt trên 115 Kbit/s

Chuyển mạch kênh không thích hợp cho lưu lượng lớn, vì người sử dụng phải trảtiền cho toàn bộ thời gian chiếm dụng kênh mặc dù có những thời điểm không có gói tinnào được gửi đi Trái lại với công nghệ chuyển mạch gói (GPRS), khách hàng có thể sẽchỉ phải trả tiền cho số các gói tin được chuyển đi, điều này thuận lợi cho người sử dụngkhi kết nối trực tuyến một thời gian dài với mạng

Tóm lại, GPRS cải thiện việc sử dụng tài nguyên vô tuyến, tốc độ truyền số liệucao hơn, khách hàng chỉ phải trả tiền cho số gói tin gửi và nhận, ngoài ra thời gian truynhập cũng ngắn hơn

Công nghệ GPRS được viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu EISI phát triển vàchuyển hoá cho dữ liệu gói trong các hệ thống GSM Tại Mỹ, GPRS cũng được Hiệp hộiCông nghiệp Viễn thông TIA chấp thuận như là tiêu chuẩn dữ liệu gói cho các hệ thốngTDMA/IS – 136 Hiện đã được tiến hành triển khai tại một số nước trên Thế giới

CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG GSM

2.1 Cấu Trúc Mạng GSM

Hình 1 : Cấu trúc mạng GSM

SS (Switching System): Hệ thống chuyển mạch

SIM (Subscriber Identity Module): Thẻ nhận dạng thuê bao

ME (Mobile Equipment): Thiết bị di động

AuC (Authentication Center): Trung tâm nhận thực

VLR (Visitor Location Register): Bộ ghi định vị tạm trú

HLR (Home Location Register): Bộ ghi định vị thường trú

EIR (Equipment Identified Reader) : Bộ ghi nhận dạng thiết bị

MSC (Mobile Switching Central): Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di độngBSS (Base Station System ): Đài điểu khiển trạm gốc

BSC (Base Station Controller): Bộ điều khiển trạm gốc

BTS (Base Transceiver Station): Trạm thu phát gốc

MS (Mobile Station): Trạm di động

OSS (Opersting and Surveilance System): Hệ thống khai thác và giám sát

ISDN (Intergrated Services Digital Network): Mạng số tích hợp đa dịch vụ

PSTN (Public Switched Telephone Network): Mạng chuyển mạch điện thoại côngcộng

CSPDN (Circuit Switched Public Data Network): Mạng dữ liệu công cộng chuyểnmạch theo mạch

PSPDN (Packet Switched Public Data Network): Mạng dữ liệu công cộng chuyểnmạch theo gói

2.2 Hệ thống con chuyển mạch SS

Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSMcũng như 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 người sử dụng mạng GSM vớinhau và với mạng khác

Hệ thống con chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng sau:

- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC: Mobile Services

Switching Center)

- Bộ ghi định vị tạm trú (VLR: Visitor Location Register)

- Bộ ghi định vị thường trú (HLR: Home Location Register)

- Trung tâm nhận thực (AUC: Authentication Center)

- Bộ nhận dạng thiết bị (EIR: Equipment Identity Register)

- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC: Gateway MobileServices Switching Center)

2.2.1 Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC

Ở SS chức năng chính chuyển mạch chính được MSC thực hiện, nhiệm vụ củaMSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM Một mặtBSC giao tiếp với hệ thống BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSCcổng Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho người sử dụng mạng GSMđòi hỏi cổng thích ứng SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năngtruyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệugiữa các phần tử của mạng GSM Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu số 7(CCS7), mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giũa các phần tử của SS trong nhiều haymột mạng GSM MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộđiều khiển trạm gốc BSC Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô

có dân cư và khoảng một triệu ( với mật độ thuê bao trung bình)

Để kết nói MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫncủa GSM với các mạng này Các thích úng này được gọi là các chức năng tương tác IWFbao gồm một số thiết bị để thích ứng giao tiếp truyền dẫn Nó cho phép kết nối với cácmạng: PSPDN (Packet Switched Public Data Network : Mạng số liệu công cộng chuyểnmạch gói) 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 là PSTN hayISDN IWF có thể được thực hiện trong cung chức năng MSC hay cá thể ở thiết bị riêng,

ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được mở

2.2.2 Bộ ghi định vị tạm trú VLR ( Visitor Location Register)

VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM Nó được nối với một hay nhiềuMSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằmtrong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của cácthuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR Mỗi MSC có một VLR Ngay khi MSlưu động và một vùng MSC mới, VLR liên kiết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS này từHLR Đồng thời HLR sẽ được thông báo là MS đang ở vùng phục vụ nào Nếu sau đó

MS muốn thực hiên một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để lập cuộcgọi mà không cần hỏi HLR Có thể coi VLR như một HLR phân bố

Dữ liệu bổ sung được lưu 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 lưu động của trạm di động ( MSRN )

Các chức năng VLR thường được liên kết với chức năng MSC

2.2.3 Bộ ghi định vị thường trú HLR ( Home Location Register)

Ngoài MSC mạng thông tin di động bao gồm cả các cơ sở dữ liệu Các thông tinliên quan đến việc cũng cấp các dich vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR (Home LocationRegistes) không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao Các thông tin lưu trữ trongHLR gồm: MSISDN, IMSI, VLR hiện thời, trạng thái thuê bao, khoá nhận thực và chứcnăng nhận thực, số lưu động trạm di động MSRN

Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch và cókhả năng quản lý hàng trăm thuê bao Một chức năng con của HRL là nhận dạng trungtâm nhận thực AUC, nhiệm vụ cảu trung tâm này quản lý an toàn số liệu của các thuê baođược phép.

2.2.4 Trung tâm nhận thực AuC ( Authentication Center )

Quản lý thuê bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên

là nhập vào, xóa thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phúc tạp, baogồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ xung Nhà khai thác phải truy nhập được tất cảcác thông tin số nói trên, Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước cuộcgọi Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao Quản lý thuê bao ở mạng thông tin diđộng chỉ liên quan đến HRL và một số thiết bị OS riêng chẳng hạn mạng nối HRL vớicác thiết bị giao tiếp người máy ở cả trung tâm giao dịch với thuê bao Việc quản lý thuêbao được thực hiện thông qua một khóa nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao.AuC (Authentication Center) quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đếntừng cá nhân thuê bao dựa trên khóa bí mật này AuC có thể được đặt trong HRL hayMSC hay độc lập với cả hai Khóa này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộnhớ MS Ở GSM bộ nhớ này có dạng SIM-CARD có thể rút ra và cắm lại được

2.2.5 Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR

Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bịEIR(Equiprnent Identity Register) EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến phần thiết

bị di động ME của trạm di động MS EIR được nối với MSC thông qua đường báo hiệu

để kiểm tra sự được phép của thiết bị bằng cách so sánh tham số nhận dạng thiết bị diđộng quốc tế IMEI (International Mobile Equipment Identity) của thuê bao gửi tới khithiết lập thông tin với số IMEI lưu giữ trong EIR phòng trường hợp đây là những thiết bịđầu cuối bị đánh cắp, nếu so sánh không đúng thì thiết bị không thể truy nhập vào mạngđược (Lưu ý: khác với thiết bị, sự cho phép của thêu bao được xác nhận bởi AuC)

2.2.6 Tổng đài di động cổng (GMSC – Gate MSC)

SS có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR Để thết lập một cuộc gọi đến người sửdụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng được gọi làGMSC mà không cần biết hiện thời thuê bao đang ở đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụlấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuêbao ở thời hiện thời ( MSC tạm trú ) Để vậy, trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên sốdanh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này Tổng đài cổng có mộtgiao diện với các mạng bên ngoài với mạng GSM Ngoài ra tổng đài này cũng có giaodiện báo hiệu số 7 ( CCS 7 ) để có thể tương tác với các phần tử khác của SS Về phươngdiện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà thường được kết hợpvới MSC

2.3 Phân hệ trạm gốc BSS

BSS thực hiện nhiệm vụ giám sát các đường ghép nối vô tuyến, liên kết kênh vôtuyến với máy phát và quản lý cấu hình của các kênh này Đó là:

- Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đường ghép nối (Frequency Hopping)

và sự thay đổi công suất phát vô tuyến

- Thực hiện mã hoá kênh và tín hiệu thoại số, phối hợp tốc độ truyền thông tin

- Quản lý quá trình Handover

- Thực hiện bảo mật kênh vô tuyến

Phân hệ BSS gồm hai khối chức năng: bộ điều khiển trạm gốc (BSC: Base StationController) và các trạm thu phát gốc (BTS: Base Transceiver Station) Nếu khoảng cáchgiữa BSC và BTS nhỏ hơn 10m thì các kênh thông tin có thể được kết nối trực tiếp (chế

độ Combine), ngược lại thì phải qua một giao diện A-bis (chế độ Remote) Một BSC cóthể quản lý nhiều BTS theo cấu hình hỗn hợp của 2 loại trên

2.3.1 Trạm thu phát gốc BTS

Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giaodiện vô tuyến Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chứcnăng khác Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder and Rate AdapterUnit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mãhoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thíchứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng

có thể đặt cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt giữa BSC và MSC

BTS có các chức năng sau:

- Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến

- Quản lý giao thức cho liên kết số liệu giữa MS và BSC

Nhân viên khai thác có thể từ trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC nạp

phần mềm mới và dữ liệu xuống BSC, thực hiện một số chức năng khai thác và bảodưỡng, hiển thị cấu hình của BSC

BSC có thể thu thập số liệu đo từ BTS và BIE (Base Station Interface Equipment:Thiết bị giao diện trạm gốc), lưu trữ chúng trong bộ nhớ và cung cấp chúng cho OMCtheo yêu cầu.

2.3.3 Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU

Trong GSM, tín hiệu thoại trên giao diện vô tuyến được mã hoá ở tốc độ 13Kbps

sử dụng mã hoá tiền định tuyến LPC Để thích ứng tốc độ này các tốc độ mạng hội thoại

cố định PSTN cần có bộ chuyển đổi mã TRAU để chuyển đổi giữa 13Kbps PCM giữa

MS và MSC TRAU có thể được đặt tại BTS, BSC hoặc tại MSC Để giảm thiểu chi phítruyền dẫn, thường TRAU đặt ở MSC Khi đó cần thêm báo hiệu bổ xung vào tiếng thoại13Kbps để truyền thông tin điều khiển từ bộ chuyển đổi mã từ xa đặt ở BTS đến TRAU

2.4 Trạm di động MS

Thuê bao sẽ sử dụng MS để gọi và nhận cuộc gọi qua mạng GSM MS gồm 2phần có chức năng khác nhau là module nhận dạng thuê bao (SIM) và thiết bị di động(ME) SIM là thẻ thông minh tháo lắp được, chứa các thông tin liên quan đến thuê bao cụthể, còn ME chính là bản thân điện thoại di động (không có SIM)

ME có thể chia thành 3 khối chức năng Thứ nhất là thiết bị đầu cuối (TE), thựchiện chức năng riêng cho dịch vụ cụ thể ví dụ máy fax TE không xử lí một chức năngnào liên quan đến hệ thống GSM Khối chức năng thứ 2 là đầu cuối di động (MT), thựchiện mọi nhiệm vụ liên quan đến truyền thông tin trên giao diện vô tuyến GSM Cuốicùng khối chức năng thứ 3 là bộ phối hợp đầu cuối (TA) dùng để bảo đảm sự tương thíchgiữa MT và TA Ví dụ cần TA để tạo giao diện giữa MT tương thích - ISDN và TA cógiao diện modem

SIM: là thẻ thông minh có kích thước thẻ tín dụng hoặc nhỏ hơn, được thuê bao sử

dụng để “cá nhân hóa” ME Lưu ý rằng trong GSM, MS luôn là tổ hợp của SIM và ME.SIM có vùng bộ nhớ cố định để nhớ thông tin liên quan đến thuê bao (gồm cả IMSI) Sốnày dùng để nhận dạng từng thuê bao trong mạng GSM và dài không quá 15 chữ số thập

phân Ba chữ số đầu tiên là mã nước di động (NMC), dùng để nhận dạng nước mà thuêbao đăng kí Hai chữ số tiếp theo là mã mạng di động (MNC) dùng để nhận dạng mạngPLMN thường trú của thuê bao trong nước Các chữ số còn lại của IMSI là số nhận dạngthuê bao di động (MSIN) dùng để xác định duy nhất từng thuê bao trong mạng PLMN.

SIM còn chứa chìa khóa nhận dạng mật thuê bao, Ki, thuật toán nhận dạng A3 và thuật

toán tạo chìa khóa mật mã A8 Tất cả các khoản này (bắt buộc phải có) đều được lưutrong SIM và được bảo vệ rất chặt chẽ Ngoài ra SIM còn có thể chứa 1 số chức năng tùychọn khác như quay số tắt, danh bạ v.v Cũng nhờ có SIM mà thuê bao có thể dễ dàngthay đổi các ME khác nhau, ví như khi phải sửa chữa ME Một trong những động lựcchính phía sau sự phát triển của hệ thống GSM là cho phép thuê bao lưu động tự do khắpchâu Âu mà vẫn giữ nguyên khả năng gọi và nhận cuộc gọi bằng cùng một MS Điều nàychỉ có thể khi tồn tại các mạng tương thích nhau tại mỗi nước SIM đã đưa ra khái niệm

“lưu động SIM” tức là thuê bao có thể lưu động giữa các mạng khác nhau không tươngthích với nhau bằng cách thuê ME thích hợp và cắm SIM vào Điều này trở nên đặc biệthấp dẫn khi nước Mỹ giới thiệu hệ thống PCS1900 (thường gọi là GSM1900)

2.5 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS

Phân hệ khai thác OSS thực hiện ba chức năng chính sau:

 Khai thác và bảo dưỡng mạng:

Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi củamạng như: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai ô…, nhờ vậynhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của dịch vụ mà họ cung cấp chokhách hàng và kịp thời xử lý các sự cố Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình đểgiảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện tại, để chuẩn bị lưu lượng cho tương lai,

để tăng vùng phủ Ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máytính và được tập trung ở một trạm

Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố hỏng hóc Nó cómột số quan hệ với khai thác Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trườngnhằm thay thế thiết bị có sự cố.

Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMN(Telecommunication Management Network: Mạng quản lý viễn thông) Lúc này, mộtmặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông ( cácMSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì thâm nhập đến BTS được thựchiện qua BSC) Mặt khác, hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến một máytính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy Theo tiêu chuẩn GSM, hệ thống được gọi làOMC (Operation and Maintenance Center: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng)

 Quản lý thuê bao:

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập vàxóa thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch

vụ và các tính năng bổ sung Nhà khai thác phải có thể thâm nhập được tất cả các thông

số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi Cướcphí phải được tính và gửi đến thuê bao Quản lý thuê bao ở GSM chỉ liên quan đến HLR

và một số thiết bị OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp ngườimáy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao Simcard cũng đóng vai trò như một bộ phậncủa hệ thống quản lý thuê bao

 Quản lý thiết bị di động:

Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực

hiện EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR được nối đếnMSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị Một thiết bị không đượcphép sẽ bị cấm Trong hệ thống GSM, EIR được coi là hệ thống con SS

2.6 Các giao diện trong mạng GSM

Hình 2 Các giao diện trong mạng GSM

2.6.1 Giao diện A giữa BSS-MSC

Là khả năng cung cấp nhiều dịch vụ cho những người dùng GSM và thuê bao.Thêm vào đó, giao diện A cho phép cấp phát nhiều tài nguyên phù hợp trong mạngPLMN, vận hành và bảo quản những tài nguyên này

Chỉ tiêu kỹ thuật mà giao diện A cho phép là:

- Kết nối của nhiều hãng sản xuất BSS khác nhau tới cùng một MSC và ngược lại

- Sử dụng cùng một kiểu BSS ( MSC) trong nhiều mạng PLMN

- Phát triển riêng của MSC và BSS

- Tiến tới giảm tốc độ mã hóa

- Hỗ trợ tất cả những dịch vụ

Tập hợp những đặc tính gồm: Những tham số vật lý và điện từ trường, cấu trúc kênh,tiến trình vận hành mạng, thông tin vận hành và duy trì bảo dưỡng định nghĩa giao diệnMSC tới BSS giống trong mạng ISDL Lớp 3 có thêm các thủ tục để điểu khiển tài