Dịch vụ roaming GPRS trong thông tin di động GSM

Dịch vụ roaming GPRS trong thông tin di động GSM Danh mục từ viết tắt ANM ANSWER message Bản tin trả lời AUC Authentication Centre Trung tâm nhận thực BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạmgốc BSS Base Station System Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CAMEL Customized Appliations for Mobile network Các ứng dụng tơng thích cho mạng di động CC Country code Mã nớc CDR Call Data Record Bản ghi dữ liệu cuộc gọi EIR Equipment Identity Register Bộ nhận dạng thiết bị GMSC Global Mobile services Swiching Centre Global System for Mobile Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng GSM Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu GT Global Title Nhãn toàn cầu HLR Home Location Register Bộ đăng ký định vị thờng trú HPLMN Home PLMN Mạng di động mặt đất công cộng thờng trú IAM Initial Address Message Bản tin khởi tạo địa chỉ IMSI International Mobile Subscriber Indentity Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IN Intelligent Network Mạng thông minh ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp ISUP ISDN User Part Phần ngời sử dụng ISDN LA Location Area Vùng định vị LAI Location Area Identity Số nhận dạng vùng định vị MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động MCC Mobile Coutry Code Mã nớc di động MGT Mobile Global Title Nhãn toàn cầu di động MNC Mobile Network Code Mã mạng di động MS Mobile Network Code Trạm di động MS Mobiles station Trạm di động MSC Mobiles services Switching Centre Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSIN Mobile Subscriber Indentification Number Số nhận dạng thuê bao di động MSISDN Mobile Station international PSTN/ISDN Số nhận dạng trạm di động mạng số đa dịch vụ tích hợp MSRN Mobile Station Roaming Number Số lu động của trạm di động MTP Message Transfer Part Phần chuyển giao báo hiệu 1 Dịch vụ roaming GPRS trong thông tin di động GSM NC Network Code Mã mạng NDC National Destination Code Mã đích quốc gia NI Network Indicator Chỉ thị mạng NSS Network Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch OMC Operation & Maintenance Centre Trung tâm vận hành và bảo dỡng OMS Operation and Maintenance Subsystem Phân hệ vận hành và bảo dỡng PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng REL RELease Giải phóng SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển kết nối báo hiệu SCP Service Control Point Điểm điều khiển dịch vụ SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin ngắn SMSC Short Message Service Centre Trung tâm dịch vụ nhắn tin ngắn SN Subscriber Number Số thuê bao TDMA Time-Diveision Multiple Access Telecommunication Management Truy cập phân chia theo thời gian TMN Network Mạng quản lý viễn thông USSD Unstructured Supplementary Service Data VLR Visitor Location Register Bộ đăng ký định vị tạm trú VPLMN Visited PLMN Mạng di động mặt đất công cộng tạm trú VTI Vietnam telecom international company Công ty Viễn thông quốc tế Việt Nam 2 Dịch vụ roaming GPRS trong thông tin di động GSM Lời nói đầu Ngày nay, thông tin điện thoại di động đã trở thành nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của chúng ta. Khi kinh tế - xã hội phát triển thì nhu cầu thông tin cũng phát triển theo. Dịch vụ điện thoại di động càng trở nên gần gũi với con ngời bởi sự tiện dụng của nó, và giá dịch vụ điện thoại di động cũng giảm do sự phát triển của khoa học công nghệ. Các nhà khai thác không chỉ cạnh tranh nhau về giá cả, mà còn cạnh tranh nhau về chất lợng dịch vụ, và sự đa dạng hoá của các dịch vụ cung cấp cho khách hàng, làm thoả mãn nhu cầu khách hàng ngày càng nhiều hơn. Trớc xu thế bùng nổ thông tin di động ở nớc ta hiện nay, cùng với yêu cầu, nhu cầu thông tin liên tục, kịp thời không chỉ ở trong nớc mà còn ở nớc ngoài, thì dịch vụ roaming GPRS trong mạng thông tin di động GSM đã và đang trở nên hấp dẫn với khách hàng, đặc biệt là đối với những khách hàng có tính lu động cao. Bằng việc nghiên cứu từ lý thuyết cơ sở đến các ứng dụng thực tiễn và xu thế phát triển dịch vụ roaming GPRS trong mạng thông tin di động GSM , tác giả đã hoàn thành đề tài của mình dới sự hớng dẫn nhiệt tình của TS Nguyễn Cảnh Minh Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã cố gắng để đề tài đợc hoàn chỉnh. Tuy nhiên, vì thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế nên đề tài không thể đi sâu vào mọi vấn đề cần nghiên cứu cũng nh khó tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong nhận đợc sự góp ý của các thầy giáo, cô giáo cũng nh các bạn để hoàn thiện hơn nữa. Xin chân thành cảm ơn ! 3 Dịch vụ roaming GPRS trong thông tin di động GSM Chơng I tổng quan mạng thông tin di động GSm Hệ thống thông tin toàn cầu (GSM) là hệ thống thông tin di động số do Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (STSI) đa ra năm 1991, hoạt động ở dải tần 900, 1800, 1900 MHz. Hiện tại SGM đã đợc phát triển nhanh chóng và đã đợc tiêu chuẩn hoá, áp dụng công nghệ số đảm bảo chất lợng thoại và sử dụng hiệu quả tài nguyên hệ thống. Ngày nay, các mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM đã có mặt tại khoảng 135 nớc trên thế giới. 1. Cấu trúc tổng thể: Mạng thông tin di động số thực chất là mạng di động mặt đất công cộng (PLMN). Một cách tổng thì PLMN hợp tác với các mạng điện thoại khác để thiết lập cuộc gọi, qua các giao diện PLMN tiếp xúc với bên ngoài, hệ thống này bao gồm các mạng ngoài, nhà khai thác và ngời sử dụng nh hình vẽ dới đây: [1] 4 OSS GSM BSS MS NSS nhà khai thác Dịch vụ roaming GPRS trong thông tin di động GSM Hình 1.1. Cấu trúc tổng thể mạng PLMN T11 Nh vậy, một hệ thống GSM đợc chia thành nhiều hệ thống con nh sau: - Phân hệ chuyển mạch (NSS) - Phân hệ trạm gốc (BSS) - Phân hệ bảo dỡng và khai thác (OSS) - Trạm di động (MS) Phân hệ chuyển mạch NSS bao gồm các khối chức năng sau: - Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC) - Bộ đăng ký định vị thờng trú (HLR) - Bộ đăng ký định vị tạm trú (VLR) - Trung tâm nhận thực (AUC) - Bộ nhận dạng thiết bị (EIR) - Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC) Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm các khối chức năng sau: - Bộ điều khiển trạm gốc (BSC) - Trạm thu phát gốc (BTS) Trạm di động MS thực hiện 2 chức năng sau: - Thiết bị di động (ME) - Module nhận dạng thuê bao (SIM) Phân hệ OSS thực hiện các chức năng khai thác, bảo dỡng và quản lý cho toàn bộ hệ thống. 2. Các thành phần của mạng: Sơ đồ mô hình của hệ thống GSM đợc mô tả nh ở hình 1.2 dới đây: 2.1. Phân hệ chuyển mạch NSS: Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng nh các cơ sở dữ liệu cần thiêts cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của NSS là quản lý thông tin giữa n ngời sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác [1] NSS bao gồm các thiết bị: 5 AUC HLRVLR EIR BTS MS BSS BSC CSPDN PSPDN ISDN PLMN PSTN MSC SS OSC : Truyền báo hiệu : Truyền lưu lượng Dịch vụ roaming GPRS trong thông tin di động GSM Hình 1.2. Mô hình mạng GSM T13 * Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC Trong NSS, chức năng chuyển mạch chiính đợc MSC thực hiện, nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những ngời sử dụng mạng GSM. Một mặt MSC giao tiếp với hệ thống con BSS, mặt khác gao tiếp với mạng ngoài. MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài đợc gọi là MSC cổng GMSC. Để kết nối MSC với các mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn GSM với các mạng đó. Các thích ứng này đợc gọi là các chức năng liên kết mạng (IWF). IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. IWF cho phép kết nối với các mạng PSTN, ISDN, PSPDN, CSPDN và có thể đợc thực hiện kết hợp trong cùng các chức năng MSC hay trong thiết bị riêng. 6 Dịch vụ roaming GPRS trong thông tin di động GSM NSS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của ngời sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM. Ví dụ, mạng báo hiệu kênh chung số 7 (SS7) bảo đảm hợp tác, tơng tác giữa các thiết bị của NSS trong một hay nhiều mạng GSM, MSC thờng là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số bộ điều khiển trạm gốc BSC. Một tổng đài MSC thích hơp cho một vùng đô thị và ngoại ô dân c vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình). * Bộ đăng ký định vị thờng trú HLR Ngoài MSC, NSS còn bao nhiêu các phần tử lu trữ cơ sở dữ liệu. Bất kể vị trí của thuê bao, mọi thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông đều đợc lu giữ trong HLR, kể cả vị trí hiện thời của MS. HLR thờng là một máy tính đứng riêng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao nhng không có khả năng chuyển mạch. Một chức năng nữa của HLR là nhận dạng thông tin nhận thực AUC, mà nhiệm vụ của trung tâm này là quản lý số liệu bảo mật về tính hợp pháp của thuê bao. * Bộ đăng ký định vị tạm trú VLR VLR là một cơ sở dữ liệu đợc nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC và có nhiệm vụ lu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tơng ứng và đồng thời lu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơh HLR. Các chức năng VLR thờng đợc liên kết với các chức năng MSC. * Tổng đài cổng GMSC SS có thể chứa nhiều MSC, VLR và HLR. Để thiết lập một cuộc gọi liên quan đến GSM mà không cần biết đến vị trí hiện thời của thuê bao MS, trớc hết cuộc gọi phải đợc định tuyến đến một tổng đài cổng GMSC dể lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến MSC nào hiện đang quản lý thuê bao đó. Để thực hiện việc này, trớc hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thôại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này. GMSC có 7 Dịch vụ roaming GPRS trong thông tin di động GSM giao diện với các mạng bên ngoài để kết nối mạng bên ngoài với mạng GSM. Ngoài ra, tổng đài cổng GMSC còn có giao diện với mạng báo hiệu số 7 để có thể tơng tác với các phần từ khác của NSS. Do tính kinh tế cần thiết của mạng nên không bao giờ tổng đài cổng GMSC đứng riêng mà thờng đợc kết hợp với MSC. * Mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS7) Nhà khai thác mạng GSM có thể có mạng báo hiệu CCS7 riêng hay chung phụ thuộc vào quy định của từng nớc. Nếu nhà khai thác có mạng báo hiệu này riêng thì các điểm chuyển báo hiệu (STP) có thể là một bộ phận của NSS và có thể đợc thực hiện ở các điểm nút riêng hay kết hợp trong cùng một MSC tuỳ thuộc vào điều kiện kinh tế. Nhà khai thác GSM có thể dùng mạng riêng để đinh tuyến các cuộc gọi giữa GMSC và MSC hay thậm chí định tuyến cuộc gọi ra đến điểm gần nhất trớc khi sử dụng mạng cố định. Lúc này các tổng đài quá giang TE (Transit Exchange) có thể sẽ là một bộ phận của mạng GSM và có thể đợc thực hiện nh một nút đứng riêng hay kết hợp với MSC. 2.2. Phân hệ trạm gốc BSS: BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến nên nó bao gồm các thiết bị phát và thu đờng vô tuyến và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng dài NSS. Tóm lại BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài, tức là kết nối thuê bao di động MS với những ngời sử dụng viễn thông khác. Do vậy, BSS phải phối ghép với NSS bằng thiết bị BSC. Ngoài ra, do BSS cũng cần phải đợc điều khiển nên nó đợc đấu nối với OSS. BSS gồm hai thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC. [1] * Bộ điều khiển trạm gốc BSC: BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến nên nó bao gồm các thiết bị phát và thu đờng vô tuyến và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài NSS. Tóm lại BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài, tức là kết nối thuê bao diộng MS với những ngời sử dụng viễn thông khác. Do vậy, BSS phải phối ghép với NSS bằng 8 Dịch vụ roaming GPRS trong thông tin di động GSM thiết bị BSC. Ngoài ra, do BSS cũng cần phải đợc điều khiển nên nó đợc đấu nối với OSS. BSS gồm hai thiết bị: BTS gao diện với MS và BSC giao diện với MSC. [1] * Bộ điều khiển trạm gốc BSC BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả các giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao. Một phía BSC đợc nối với BTS còn phía kia đợc nối với MSC của NSS. Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao. Một BSC trung bình có thể quản lý hàng chục BTS, tạo thành một trạm gốc. Tập hợp các trạm gốc trong mạng gọi là phân hệ trạm gốc. Giao diện quy định giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BSC và BTS là giao diện Abis. * Trạm thu phát gốc BTS Một BTS bao gồm các thiết bị phát, thu, anten và khối xử lý tín hiệu đặc thù cho giao di vô tuyến. Có thể bị coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ (TRAU). TRAU thực hiện quá trìn mã hoá và giải mã tiếng đặc thù cho GSM. Đồng thời ở đây cũng thực hiện quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù cho GSM. Đồng thời ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trờng hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận BTS nhng cũng có thể đợc đặt xa BTS, chẳng hạn đặt giữa BSC và MSC. 2.3 Trạm di động MS: MS là một thiết bị phức tạp, có khả nnăg nh một máy tính nhỏ. Nó bao gồm hai thiết bị [1]: - Thiết bị di động (ME) - Module nhận dạngthuê bao (SIM). SIM có dạng nh một card thông minh hoặc đợc chia nhỏ hơn gắn trên giá, nó nh một loại khoá, có thể kháo khỏi MS một cách dễ dàng. Không có SIM, thiết bị di động không thể gọi đợc trừ trờng hợp khẩn cấp đợc mạng cho 9 Dịch vụ roaming GPRS trong thông tin di động GSM phép. SIM lu giữ thông tin liên quan đến thuê bao và nó có thể đợc phân biệt qua chỉ số nhận dạng IMSI. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến, MS còn phải cung cấp các giao diện với ngời sử dụng (nh micro, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị đầu cuối khác nh giao diện với máy tính cá nhân, máy fax, Nh vậy ta nhận thấy MS có 3 chức năng chính nh sau: - Thiết bị đầu cuối: để thực hiện các dịch vụ ngời sử dụng (thoại, fax, số liệu) - Kết cuối di động: để thực hiện truyền dẫn ở giao diện vô tuyến vào mạng. - Thích ứng đầu cuối: làm việc nh một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động. 2.4. Phân hệ khai thác và bảo dỡng OSS: Hiện nay OSS đợc xây dựng theo nguyên lý của mạng quản lý viễn thông (TMN). Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dỡng đợc nối đến các phần tử của mạng viễn thông (các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS vì thâm nhập đến BTS đợc thực hiện qua BSC). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dỡng lại đợc nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp ngời máy. OSS thực hiện ba chức năng chính là: khai thác và bảo dỡng mạng, quản lý thuê bao và tính cớc, quản lý thiết bị di động [1]. Dới đây ta xét tổng quát các chức năng nói trên: * Chức năng khai thác và bảo dỡng mạng Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng nh: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lợng chuyển giao giữa hai ô nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát đợc toàn bộ chất lợng của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố. Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lu lợng trong tơng lai, để tăng vùng phủ sóng. Việc thay đổi mạng có thể đợc thay đổi mềm qua báo hiệu (chẳng hạn thay đổi thông số handover 10