Slide thông tin di động đại học bách khoa hà nội chương 3 cấu trúc mạng GSM

2/17/2014 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Khoa Điện tử Viễn thông Thông tin di động c om Mobile Communications ng TS Đỗ Trọng Tuấn Bộ môn Kỹ thuật thông tin co Hà Nội, 8-2010 th an cu u du on g 2/17/2014 CHƯƠNG Hệ thống GSM ξ1 Cấu trúc mạng GSM CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 GSM « Groupe Special Mobile »,« Global System for Mobile » • Bắt đầu nghiên cứu chuẩn hóa vào năm 1982 • Mục tiêu cho phép thuê bao lưu động ( roaming ) khắp châu Âu  Chính thức cung cấp dịch vụ năm 1991 • Đa truy nhập TDMA/FDMA (8 thuê bao / 200KHz)  c om • Băng tần GSM 900 MHz; sau mở rộng sang băng tần DCS 1800MHz PCS 1900 MHz Ngày nay, GSM trở thành chuẩn tồn cầu • Các giao diện chuẩn hóa; co ng • Máy thu GSM ba băng tần lưu động tồn cầu th an du on g 2/17/2014 GSM PLMN - Public Land Mobile Network cu u Mạng thông tin di động mặt đất công cộng PLMN theo chuẩn GSM chia thành (4) phân hệ: • Phân hệ chuyển mạch - NSS  Network Switching Subsystem • Phân hệ vơ tuyến - RSS = BSS + MS  Radio SubSystem • Phân hệ vận hành bảo dưỡng - OMS  Operation and Maintenance Subsystem CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 c om CẤU TRÚC MẠNG PLMN - GSM EC: Echo Canceler - Khối triệt tiếng vọng ng IWF: InterWorking Function - Khối tương tác mạng Kết nối mang thông tin người sử dụng báo hiệu co Kết nối mang thông tin báo hiệu /điều khiển th an du on g 2/17/2014 Trạm di động MS = ME + SIM cu  u Trạm di động MS - Mobile Station • ME : Mobile Equipment - thiết bị di động • SIM: Subscriber Indentity Module Module nhận dạng thuê bao  ME = hardware + software  ME  EMEI = Assigned at the factory digits Type Approval Code digits digits Final Assembly Code Serial Number digit Sp IMEI CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 Trạm di động MS - Mobile Station Các thông tin lưu giữ SIM: • Các số nhận dạng IMSI, TMSI • Khóa nhận thực Ki c om • Khóa mật mã Kc • Số hiệu nhận dạng vùng định vị LAI ( LAI: Location Area ID) co ng • Danh sách tần số lân cận th an du on g 2/17/2014 SIM - Subscriber Indentity Module u  SIM: lưu giữ thông tin nhận thực thuê bao mật mã hóa/giải mật mã hóa cu  CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 Số nhận dạng IMSI MSISDN digits digits Mobile country Code (MCC) Mobile Network Code (MNC) Up to 10 digits Mobile subscriber Identification code (MSIC) Số IMSI: International Mobile Subscriber Identity => Số nhận dạng MS hệ thống, phục vụ báo hiệu điều khiển National Destination code (NDC) Subscriber number (SN) c om Country code (CC) co ng Số MSISDN: Mobile Station ISDN number => Số danh bạ , nhận dạng thuê bao, phục vụ trình thiết lập gọi th an du on g 2/17/2014 IMSI and MSISDN cu u MCC MNC MSIC 452 Việt nam 01 Mobiphone xxxxxxx 452 Việt nam 02 Vinaphone xxxxxxx CC NDC SN 84 Việt nam 90 Mobiphone xxxxxxx 84 Việt nam 91 Vinaphone xxxxxxx 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 Số nhận dạng thuê bao tạm thời TMSI – TMSI ghi định vị tạm trúc VLR cấp phát cho MS – TMSI nhận dạng MS vùng điều khiển VLR – TMSI có cấu trúc tối đa 32 bits Ex c om Đường dây thuê bao tương tự IMSI  TMSI ng BTS co Giao diện vô tuyến số th an 11 du on g 2/17/2014 Độ nhạy Sentivity cu Loại class u Bảng phân loại MS - GSM900 Pmax Pmin ∆P -104 dBm 20 w Không dùng -104 dBm 8w  39 dBm 3,2 mw 18 -104 dBm 5w  37 dBm 3,2 mw 17 -102 dBm 2,5w  34 dBm 3,2 mw 15 -102dBm 3,2 mw 13 0,8w  29 dBm dBm 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 Bảng phân loại MS – DCS1800 Loại class Độ nhạy Sentivity Pmax Pmin ∆P -100 dBm w 30 dBm mw 16 -100 dBm 0,25 w24 dBm mw 13 -102 dBm mw 19 c om w  36 dBm co ng dBm th an 13 du on g 2/17/2014 u Số bước điều khiển công suất Công suất phát MS:P = Pmin ÷ Pmax  Pmin = 3,2 W  dBm  Loại MS => Pmax = 0,8 ÷ w  Giá trị bước điều khiển công suất: cu  ∆P = dBm  Tại bước điều khiển cơng suất i, ta có: Pt MS = Pmin + ∆P*i = dBm + 2*i đó: i = ÷ n-1 n = tổng số mức điều khiển cơng suất ví dụ: ? MS loại 2: Pmax = 39 ? dBm => n = 18 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 co ng c om Các phân hệ mạng GSM/DCS th an 15 du on g 2/17/2014 u 2.1 Phân hệ trạm gốc BSS BSS: Base Station Subsystem  BSS = TRAU + BSC + BTS cu  • TRAU ( XCDR ): Bộ chuyển đổi mã phối hợp tốc độ • BSC: Bộ điều khiển trạm gốc • BTS: trạm thu phát gốc  BSS kết nối với NSS qua luồng PCM sở Mbps 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 BSS’s components BSS trau MSC bsc bts bts c om bts co ng BSS = TRAU + BSC + BTS th an 17 du on g 2/17/2014 cu u BSS’s components 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 Trạm thu phát gốc BTS  BTS: Base Tranceiver Station  Trạm thu phát gốc BTS thực chức sau: • Thu phát vơ tuyến (Radio Carrier Tx and Rx) • Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý c om ( Logical to physical Ch Mapping ) • Mã hóa/giải mã hóa (Coding/Decoding) • Mật mã hóa/giải mật mã hóa(Ciphering/Deciphering) co ng • Điều chế / giải điều chế (Modulating/ Demodulating) th an 19 du on g 2/17/2014 Loại - class Pmax (w) Pmax (dBm) 320 55 160 52 80 49 40 46 20 43 10 40 37 2,5 34 cu u Bảng phân loại BTS - GSM900 20 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 Cấu hình BSS BTS BTS BTS BTS BSC BTS BTS c om * Vị trí BTS so với BSC: BTS BTS đặt gần: co-located BTS:  BTS xa: remote BTS:  * Cấu hình kết nối BTS: Hình chuỗi: chain - ,,, co Mạch vòng: loop - ,, ,, ,,   ng Hình sao: star - ,, ÷ th an 23 du on g 2/17/2014 Bộ chuyển đổi mã phối hợp tốc độ TRAU cu u TRAU: Transcoding and Rate Adaption Unit XCDR : TransCoDeR LPC: 13 Kpbs + header: Kpbs PCM: 64 Kpbs chuyển đổi mã MUX MSC 1 TS (64kpbs)  kênh (16kpbs) BSC TS  kênh thoại: 64 kbps Tốc độ kênh thoại: 16 Kpbs Ghép kênh: 4*(3+13) = 64 Kpbs 24 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 Vị trí TRAU (XCDR) TRAU đặt BSC: N x 2Mbps BSC BTS TRAU Mỗi luồng E1 = 2Mbps  30 kênh thoại (64kpbs) MSC N x 2Mbps BTS luồng E1 = 2Mbps  120 kênh thoại (16kpbs) TRAU MSC co ng BSC c om TRAU đặt MSC: th an 25 du on g 2/17/2014 cu u Các thành phần mạng GSM 26 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 co ng c om Các thành phần mạng GSM th an 27 du on g 2/17/2014 u Ví dụ cu BTS loại phủ sóng vùng ngoại mạng GSM900, trạm di động loại cấp phát kênh tần số ARFCN = 15 ( ARFCN: Absolute Radio Frequency Channel Number ) Hãy cho biết: a Sử dụng mơ hình Hata, cho biết suy hao đường truyền MS cách BTS km b Khi MS loại có thu tín hiệu từ BTS hay không ? 28 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 co ng c om Các phân hệ mạng GSM/DCS th an 29 du on g 2/17/2014 cu u 2.2 Phân hệ chuyển mạch NSS (SSS) NSS: Network Switching Subsystem 30 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 Tổng đài di động MSC c om Chức năng: • Xử lý gọi (call procesing) • Điều khiển chuyển giao (Handover control) • Quản lý di động (mobility management) • Xử lý tính cước (billing) • Tương tác mạng (interworking function):GatewayMSC co ng GMSC th an 31 du on g 2/17/2014 u Bộ định vị thường trú HLR cu “HLR sở liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài thơng tin th bao” • Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN • Các thơng tin thuê bao • Danh sách dịch vụ MS được/hạn chế sử dụng • Số hiệu VLR phục vụ MS HLR: Home Location Register 32 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 Bộ định vị tạm trú VLR c om “VLR sở liệu trung gian lưu giữ tạm thời thông tin thuê bao vùng phục vụ MSC/VLR tham chiếu từ sở liệu HLR” • Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN,TMSI • Số hiệu nhận dạng vùng định vị phục vụ MS • Danh sách dịch vụ MS được/hạn chế sử dụng • Trạng thái MS (bận: busy; rỗi : idle) co ng VLR: Visitor Location Register th an 33 du on g 2/17/2014 u Trung tâm nhận thực AuC cu “AuC (AC) sở liệu lưu giữ mã khóa cá nhân Ki thuê bao tạo ba tham số nhận thực ‘triple: RAND, Kc,SRES’ HLR yêu cầu để tiến hành trình nhận thực thuê bao” AuC: Aunthentication Center 34 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 co ng c om Bộ ba thông số nhận thực “triple” th an 35 du on g 2/17/2014 u Khối nhận dạng thiết bị EIR cu “EIR sở liệu thông tin tính hợp lệ thiết bị ME qua số IMEI” • Một thiết bị có số IMEI thuộc danh sách: + Danh sách trắng (white list) -> valid ME + Danh sách đen (black list) -> stolen ME + Danh sách xám (gray list) -> ME is fauly or not meet curent GSM specifications EIR: Equipment Identity Register 36 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 Nêu khác biệt nhận dạng thuê bao so với nhận dạng thiết bị Cho phép GSM định tuyến gọi, tính cước thuê bao di động Nhận dạng thiết bị bị đánh cắp .c om Khẳng định thiết bị cung cấp nhà co ng cung cấp dịch vụ GSM th an 37 du on g 2/17/2014 u Phân hệ vận hành bảo dưỡng OMS cu • Các thành phần phân hệ NSS BSS (BSC, BTS,TRAU) điều hành, theo dõi bảo dưỡng tập trung thông qua phân hệ OMS • OMS bao gồm nhiều trung tâm vận hành bảo dưỡng OMC ( Operation & Maintenance Center) OMS: Operation and Maintenance Subsystem 38 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 Trung tâm vận hành bảo dưỡng OMC co ng c om OMC: Operation and Maintenance Center th an 39 du on g 2/17/2014 cu u Trung tâm vận hành bảo dưỡng OMC 40 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... Khối tương tác mạng Kết nối mang thông tin người sử dụng báo hiệu co Kết nối mang thông tin báo hiệu /điều khiển th an du on g 2/17/2014 Trạm di động MS = ME + SIM cu  u Trạm di động MS - Mobile... lưu động tồn cầu th an du on g 2/17/2014 GSM PLMN - Public Land Mobile Network cu u Mạng thông tin di động mặt đất công cộng PLMN theo chuẩn GSM chia thành (4) phân hệ: • Phân hệ chuyển mạch -... 20 43 10 40 37 2,5 34 cu u Bảng phân loại BTS - GSM9 00 20 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2/17/2014 Bảng phân loại BTS - DCS1800 Pmax (w) Pmax (dBm) 20 43 10 40 37 2,5 34