Phân Tích Chuyển Giao Trong Mạng GSM

Phân tích chuyển giao mạng GSM ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ Hồng Hữu Thành PHÂN TÍCH CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG GSM KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện Tử - Viễn Thông Cán hướng dẫn: Ths Nguyễn Quốc Tuấn Cán phản biện : PGS.TS Vương Đạo Vi HÀ NỘI - 2008 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân tích chuyển giao mạng GSM MỤC LỤC MỞ ĐẦU .4 Chương .6 TỔNG QUAN MẠNG GSM .6 1.1 MƠ HÌNH KIẾN TRÚC CỦA GSM 1.1.1 Trạm di động MS (Mobile Station) 1.1.2 Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identuty Module) 1.1.3 Trạm thu phát sở BTS (Base Transceiver Station) 1.1.4 Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station controller) 1.1.5 Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC .8 1.1.6 Bộ ghi định vị thường trú HLR 1.1.7 Bộ ghi định vị tạm trú VLR 1.1.8 Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR 1.1.9 Quản lý thuê bao trung tâm nhận thực AUC 1.1.10 Điều khiển quản lý bảo dưỡng OMC 1.1.11 Các giao diện mạng GSM 1.2 MƠ HÌNH MẠNG GSM 11 1.3 MẠNG TRUY CẬP GSM .12 1.3.1 Các kênh vật lý 12 1.3.2 Các kênh logic 18 1.4 XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ TRONG GSM .22 1.4.1 Mã hoá tiếng nói 23 1.4.2 Mã hoá kênh .23 1.4.3 Đan xen 24 1.4.4 Mật mã hoá 26 1.4.5 Điều chế .27 Chương 31 GIAO THỨC BÁO HIỆU MẠNG GSM 31 2.1 GIAO THỨC BÁO HIỆU 31 2.1.1 Giao diện A 32 2.1.2 Giao diện Abis 36 2.1.3 Giao diện Air/Um 45 2.2 THỦ TỤC TRONG MẠNG GSM 57 2.2.1 Bật tắt máy trạm di động 57 2.2.2 Gán tách IMSI .58 2.2.3 Cập nhật vị trí 58 a Cập nhật vị trí BSS 58 b Cập nhật vị trí NSS 62 2.2.4 Bắt đầu gọi .63 a Bắt đầu gọi BSS 63 b Bắt đầu gọi NSS 70 2.2.5 Cuộc gọi từ đầu cuối di động .71 a Đầu cuối di động gọi BSS .71 b Đầu cuối di động gọi NSS 78 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân tích chuyển giao mạng GSM Chương 80 CHUYỂN GIAO MẠNG GSM 80 3.1 CÁC LOẠI CHUYỂN GIAO 81 3.1.1 Trong BTS 81 3.1.2 Chuyển giao BSC 81 3.1.3 Chuyển giao MSC 82 3.1.4 Chuyển giao MSC 82 3.1.5 Nhận xét 83 3.2 CÁC BỘ ĐỊNH THỜI 83 3.3 CHI TIẾT CHUYỂN GIAO .86 3.3.1 Trường hợp thành công 87 3.3.2 Trường hợp thất bại 90 3.3.3 Quay trở lại BSS củ 91 3.3.4 Giải phóng gọi 93 3.4 ỨNG DỤNG SDL ĐỂ PHÂN TÍCH CHUYỂN GIAO 94 3.4.1 Giới thiệu SDL 94 3.4.2 Phân tích trường hợp chuyển giao .95 3.5 THIẾT KẾ MƠ HÌNH .98 3.5.1 Thiết kế mơ hình tổng qt 98 3.5.2 Các tin 99 3.6 MƠ TẢ VỀ MƠ HÌNH CPN 102 3.6.1 Khía cạnh mơ hình 103 3.6.2 Các trang CPN 105 KẾT LUẬN .117 CÁC THUẬT NGỮ 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO .120 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân tích chuyển giao mạng GSM MỞ ĐẦU Ngày thông tin liên lạc đả trở thành nhu cầu quan trọng sống Ngoài dịch vụ mà điện thoại cố định có như: truyền thoại, nhắn tin, Fax, liệu, …vv Thơng tin di động cung cấp tính ưu việt chất lượng dịch vụ, tính bảo mật thông tin, thiết bị nhỏ gọn, linh hoạt việc di chuyển, dịch vụ ngày đa dạng truyền hình di động, truyền video chất lượng cao, kết nối mạng internet với việc phát triển hệ thống thông tin di động lên hệ thống thông tin di động băng rộng (3G) vv Cùng với phát triển ngành thơng tin liên lạc ngành công nghiệp viễn thông đả phát triển mạnh mẻ mang lại nhiều lợi nhuận cho nhà khai thác Để đáp ứng nhu cầu khách hành nhà cung cấp dịch vụ đả liên tục nâng cấp hệ thống mạng, chất lượng đường truyền, đa dạng dịch vụ, đồng thời giảm cước dịch vụ, điều đả mang lại cho họ số lượng thuê bao khổng lồ tăng nhanh Hiện nhà cung cấp dịch vụ viettel, vinaphone, mobilephone có nguy cháy số Một ví dụ: Viettel có 5.555 trạm BTS Từ đầu năm 2007 đến nay, Viettel xây dựng thêm 2.500 trạm phát sóng đến cuối năm 2007 số trạm BTS Viettel 7.000 trạm Một công nghệ quan trọng sử dụng phổ biến không Việt Nam mà nước giới cơng nghệ GSM (Global System for Mobile communication-Hệ thống thông tin di động toàn cầu) Ở Việt Nam nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn như: Vinaphone, MobiFone, Viettel sử dụng công nghệ GSM Được phát triển từ năm 1982 với kỷ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) giải pháp tăng dung lượng hệ thống mã hố tín hiệu đảm bảo tính an tồn liệu đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ để đáp ứng nhu cầu hàng triệu khách hàng Hệ thống GSM sử dụng SIMCARD có kích thước nhỏ gọn để cắm vào máy di động mà có người sử dụng thời điểm thiết bị nhận dạng an tồn GMS cơng nghệ truyền sóng kỹ thuật số, cho phép số người dùng truy nhập vào kênh tần số mà không bị kẹt cách định vị khe thời gian cho người dùng kênh Song song tồn phát triển với cơng nghệ GSM có cơng nghệ khác CDMA (cơng nghệ đa truy cập theo mã) công nghệ tiên tiến đối thủ GSM lính vực công nghệ truyền thông di động, Việt Nam công nghệ nhà khai thác dịch vụ như: S-Fone, Hà Nội Telecom, ETC Công nghệ GSM đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu tốn CDMA Đây lý CDMA chưa phát triển rộng rãi Việt Nam Một chức để bảo đảm chất lượng truy cập gọi người sử dụng điện thoại di động di chuyển chuyển giao gọi Chuyển giao định nghĩa chuyển gọi suốt thời từ kênh tần số tới kênh tần số khác người sử dụng điện thoại di động di chuyển từ nơi sang nơi khác Đây chức quan trọng thể đặc tính khác biệt mạng di động mạng điện thoại cố định nghiên cứu thủ tục chuyển giao để xây CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân tích chuyển giao mạng GSM dựng mơ hình chuyển giao thực tế để làm cho chức tối ưu hiệu cần thiết Vì vâỵ “Phân tích chi tiết giao thức chuyển giao xây dựng mơ hình chuyển giao mạng GSM” mục đích luận văn Luận văn bao gồm: • Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng GSM Mơ hình kiến trúc, mơ hình mạng mạng truy cập GSM • Chương 2: Giao thức báo hiệu điều khiển gọi mạng GSM Thủ tục bật tắt máy di động, việc cập nhật vị trí thủ tục điều khiển việc truy cập vào để tiến hành gọi • Chương 3: Chuyển giao mạng GSM Giới thiệu loại chuyển giao xảy mạng Các giao diện liên quan đến chuyển giao, thủ tục chuyển giao bao gồm tin có liên quan Phân tích chuyển giao dựa ngơn ngữ SDL, dựa ngơn ngữ SDL để thiết kế mơ hình chuyển giao sử dụng CPN Luận văn sẻ tâp trung vào xây dựng mơ hình chuyển giao mạng GSM Chúng ta sẻ phân tích giao diện có liên quan tới trình chuyển giao sử dụng ngơn ngữ thường dùng để phân tích giao thức mạng viễn thông SDL để sâu phân tích chi tiết q trình thủ tục để chuyển giao gọi Sau việc xây dựng mơ hình CPN q trình chuyển giao MSC Cuối thiếu việc đánh giá mơ tính hiệu mơ hình, cơng việc đả làm được, vấn đề thiếu sót hướng phát triển tương lai Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Quốc Tuấn, người đả nhiệt tình hướng dẫn, bảo, cung cấp cho em nhiều tài liệu bổ ích giúp em cố thêm kiến thức tới hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa đả dạy dổ cho em nhiều kiến thức bổ ích cho em kiến thức chuyên môn suốt năm học trường Đại Học Công Nghệ, cảm ơn thầy cô giáo đả tạo điều kiện thuận lợi giúp em hồn thành khố luận Cuối xin chân thành cảm ơn bạn học đả nhiệt tình giúp đở tơi năm học giúp tơi hồn thành khố luận CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân tích chuyển giao mạng GSM Chương TỔNG QUAN MẠNG GSM Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) giới đời châu Âu có tên GSM Ban đầu hệ thống gọi “nhóm đặc trách di động” (Group Special Mobile) theo tên gọi nhóm CEPT cử nghiên cứu tiêu chuẩn Sau để tiện cho việc thương mại hoá GSM gọi hệ thống thơng tin di động tồn cầu “Global System for Mobile communication” 1.1 MƠ HÌNH KIẾN TRÚC CỦA GSM Hệ thống GSM bao gồm hệ thống bản: hệ thống chuyển mạch SS, hệ thống trạm gốc BSS trạm di động MS Mổi hệ thống chứa số chức khác như: chuyển mạch, quản lý nhận dạng thiết bị, tính cước vv tạo nên hệ thống mạng di động liên kết Ngoài có tổng đài cổng GMSC GMSC làm việc tổng đài trung kế để giao diện GSM mạng khác Hình 1: Sơ đồ kiến trúc logic mạng GSM 1.1.1 Trạm di động MS (Mobile Station) MS thuê bao, thiết bị mà người dùng sử dụng để thơng tin với MS thiết bị cầm tay nhưđiện thoại di động, máy tính cá nhân, máy Fax ) MS cung cấp giao diện với người dùng giúp cho việc khai thác dịch vụ mạng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân tích chuyển giao mạng GSM Các chức MS: • Thiết bị đầu cuối thực chức không liên qua đến mạng GSM, FAX • Kết cuối trạm di động thực chức liên quan đến truyền dẫn giao diện vơ tuyến • Bộ thích ứng đầu cuối làm việc cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động 1.1.2 Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identuty Module) Hệ thống GSM sử dụng khoá nhận dạng thuê bao cất nhớ nhỏ gọn gọi SIM-CARD Thiết bị cắm vào máy di động để thơng tin trực tiếp vớí VLR gián tiếp với HLR 1.1.3 Trạm thu phát sở BTS (Base Transceiver Station) Trạm thu phát sở bao gồm thu phát xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến BTS kết nối với trạm di động thông qua giao diện Abis BTS Modem vơ tuyến phức tạp mà có phận quan trọng chuyển đổi mã thích ứng tốc độ TRAU TRAU thực việc mã hoá giãi mã tiếng đặc thù cho hệ thống di động, việc thích ứng tốc độ cho việc truyền liệu TRAU phận BTS thực tế đặt cách xa BTS đặt BSC MSC Hình 1.1: Kiến trúc logic BSS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân tích chuyển giao mạng GSM 1.1.4 Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station controller) BSC có nhiệm vụ quản lý tất giao diện vô tuyến thông qua lệnh điều khiển từ xa BTS MS Các lênh chủ yếu lênhj ấn định, giải phóng kênh vơ tuyến quản lý chuyển giao BSC nối với BTS thông qua giao diện vô tuyến nối với MSC thơng qua giao diện A Vai trò chủ yếu quản lý kênh giao diện vô tuyến chuyển giao Một BTS trung bình quản lý vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng BTS BSC BTS kết hợp trạm gốc 1.1.5 Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC MSC trung tâm chuyển mạch mạng GSM Nhiệm vụ điều phối việc thiết lập gọi đến người sử dụng mạng thông tin di động mặt giao diện với BSC, mặt khác giao diện với mạng ngồi thơng qua GMSC Để thực việc kết nối MSC với mạng ngồi cần phải thích ứng đặc điểm truyền dẫn IWF thiết bị thích ứng giao thức truyền dẫn sẻ làm việc Hình 1.2: Kiến trúc logic NSS 1.1.6 Bộ ghi định vị thường trú HLR HLR thiết bị lưu sở liệu mạng, thông tin liên quan đến việc cung cấp dịch vụ viễn thông HLR chứa thông tin liên quan đến vị trí thời th bao, khơng phụ thuộc vào vị trí thời thuê bao HLR thường máy tính khơng có khả chuyển mạch mà có khả quản lý hàng trăm ngàn thuê bao Một chức HLR nhận dạng trung tâm nhận thực AUC 1.1.7 Bộ ghi định vị tạm trú VLR VLR sở liệu thứ hai mạng Nó nối với hay nhiều MSC có nhiệm vụ lưu tạm thời số liệu thuê bao dang nằm vùng phục vụ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân tích chuyển giao mạng GSM MSC tương ứng đồng thời lưu giữ số liệu vị trí thời thuê bao nói mức độ xác HLR Nó giống chức nhớ Catche 1.1.8 Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR EIR có chức quản lý thiết bị di động, nơi lưu giữ tất liệu liên quan đến trạm di động MS EIR nối với MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra phép thiết bị, thiết bị không phép sẻ bị cấm 1.1.9 Quản lý thuê bao trung tâm nhận thực AUC AUC quản lý việc hoạt động đăng ký thuê bao nhập hay xố thêu bao khỏi mạng Nó có nhiệm vụ quan trọng khác tính cước gọi Cước phí phải tính gữi tới thuê bao AUC quản lý thuê bao thông qua khố nhận dạng bí mật lưu HLR, AUC giữ vĩnh cữu nhớ SIM-CARD 1.1.10 Điều khiển quản lý bảo dưỡng OMC OMC cho phép nhà khai thác mạng theo dõi kiểm tra hành vi mạng như: tải hệ thống, số lượng chuyển giao cell …vv Nhờ mà họ giám sát toàn chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng kịp thời xữ lý cố Khai thác bão dưỡng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm cố xuất hiện, nâng cấp mạng dung lượng tăng vùng phủ sóng, định vị sữa chữa cố hõng hóc …vv Việc kiểm tra nhờ thiết bị có khả phát cố hay dự báo cố thông qua tự kiểm tra nhờ tính tốn Việc thay đổi mạng thực “mềm” qua báo hiệu hay thực cứng đòi hỏi can thiệp trực tiếp trường Việc khai thác thực máy tính đặt trạm 1.1.11 Các giao diện mạng GSM Hình 1.3: Các giao diện mạng GSM CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân tích chuyển giao mạng GSM Giới thiệu giao diện mạng GSM:  BS đến MSC: Là giao diện A để đảm bảo báo hiệu lưu lượng số liệu lẩn tiếng Chi tiết giao diện sẻ đề cập chương  BST đến BSC: Là giao diện A-bis Là kết nối cố định cáp thông thường băng thông khoảng 2Mbps Chi tiết giao diện sẻ trình bày chương  MSC với PSTN: Là giao diện Ai Giao diện định nghĩa giao diênj tương tự sử dụng báo hiệu đa tần hai tông (DTMF) hay báo hiệu đa tần (MF)  MSC với VLR: Là giao diện B  MSC với HLR: Là giao diện C  HLR với VLR: Là giao diện D Đây giao diện báo hiệu HLR VLR xây dựng sở báo hiệu số  MSC với ISDN: Là giao diện Di Đây giao diện số với mạng ISDN  MSC với MSC: Là giao diện E Đây giao diện lưu lượng báo hiệu tổng đài mạng di động  MSC với EIR: Là giao diện F  VLR với VLR: Là giao diện G Nó sử dụng cần thông tin trao đổi VLR  HLR với AUC: Là giao diện H  DMH với MSC: Là giao diện I Đây giao diện xử lý tin liệu với MSC  MSC với IWF: Là giao diện F  MSC với PLMN: Là giao diện Mi Là giao diện với mạng thông tin di động khác  MSC với OS: Là giao diện O Đây giao diện với hệ thống khác  MSC với PSPDN: Là giao diện Pi Đây giao diện MSC với mạng chuyển mạch gói  Bộ thích ứng đầu cuối TA với thiết bị đầu cuối TE: Là giao diện R Là giao diện đặc thù cho loại đầu cuối kết nối với MS  ISDN với TE: Là giao diện S Nó định nghĩa hệ thống ISDN  BS với MS: Là giao diện Um Đây giao diện môi trường vô tuyến  PSTN với DCE: Là giao diện W Nó định nghĩa hệ thống PSTN 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... Các giao diện mạng GSM Hình 1.3: Các giao diện mạng GSM CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân tích chuyển giao mạng GSM Giới thiệu giao diện mạng GSM:  BS đến MSC: Là giao. .. https://fb.com/tailieudientucntt Phân tích chuyển giao mạng GSM Chương 80 CHUYỂN GIAO MẠNG GSM 80 3.1 CÁC LOẠI CHUYỂN GIAO 81 3.1.1 Trong BTS 81 3.1.2 Chuyển giao BSC ... Chương 3: Chuyển giao mạng GSM Giới thiệu loại chuyển giao xảy mạng Các giao diện liên quan đến chuyển giao, thủ tục chuyển giao bao gồm tin có liên quan Phân tích chuyển giao dựa ngơn ngữ SDL, dựa