Một hệ thống thông tin di động bao gồm nhiều phần tử vật lý, chúng có thể là một bộ phận riêng rẽ hay được đặt cùng với các phần tử logic khác. Tuy nhiên các phần tử này phải tương tác với nhau để kết hợp hoạt động. Để
tương tác các bản tin phải được phát đi trên các giao diện giữa hai phần tử. Nếu hai bộ phận chức năng tách biệt và giao diện được chuẩn hoá thì nhà cung cấp dịch vụ có thể mua sản phẩm từ các nhà sản xuất khác nhau. Dưới
đây là mô hình tham khảo và các giao diện đã được chuẩn hoá.
• Trạm di động (MS)
MS (Mobile Station) là thiết bị duy nhất mà người sử dụng thường xuyên nhìn thấy của hệ thống. Nó có thể được đặt trong ôtô hay là thiết bị
xách tay hoặc cầm tay, loại thiết bị nhỏ cầm tay là phổ biến nhất. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý giao diện vô tuyến, MS còn cung cấp các giao diện với người sử dụng (loa, micro, màn hiển thị, bàn phím …), giao diện với một số thiết bị khác (PC, FAX …). Hiện nay người ta đang cố
gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với các trạm di động nhưng vẫn đảm bảo các chức năng chính:
- Thiết bị đầu cuối (TE) thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng di động: FAX, PC.
- Kết cuối trạm di động (MT) thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến.
- Bộ thích ứng đầu cuối (TAF) làm việc như một cửa nối thiết bị đầu cuối với kết cuối di động. Cần dùng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di động theo tiêu chuẩn ISDN còn thiết bị đầu cuối là giao diện modem.
• Trạm thu phát gốc (BTS)
Một BTS ( Base Transceiver Station) bao gồm các thiết bị thu, phát anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Có thể coi BTS là các modem vô tuyến phức tạp và có thêm một số chức năng khác. Bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder/ Adapter Rate Unit: khối chuyển đổi mã và tốc độ). TRAU dùng để mã hóa và giải mã tiếng cho hệ thống thông tin di
động, thực hiện thích ứng tốc độ nếu là truyền số liệu.
• Bộđiều khiển trạm gốc (BSC)
BSC (Base Station Controller) 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 lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (Handover). Thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Một BSC trung bình có thể quản lý vài chục BTS tuỳ dung lượng.
• Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC)
Ở hệ thống thông tin di động chức năng chuyển mạch chính được thực hiện bởi MSC (Mobile Services Switching Center). Nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến người sử dụng mạng thông tin di động. Một mặt MSC giao diện với BSC mặt khác nó giao diện với mạng ngoài và
được gọi là MSC cổng (GMSC: Gate MSC). Việc giao diện với mạng ngoài
để đảm bảo thông tin cho người dùng đòi hỏi sử dụng cổng thích ứng IWF (IWF: InterWorking Function_các chức năng tương tác) đồng thời sử dụng
cổng IWF. IWF bao gồm một thiết bị thích ứng giao thức và truyền dẫn. Nó cho phép kết nối với: PSPDN (Packet Switched Public Data Network_mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói), CSPDN (Circuit Switched Public Data Network_mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh) hoặc đơn thuần là PSTN (Public Switched Telephone Network_mạng điện thoại chuyển mạch công cộng) hay ISDN ( Integrated Services Digital Network_mạng số liên kết
đa dịch vụ).
• Bộ ghi định vị thường trú (HLR)
Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữở HLR (Home Location Register) không phụ thuộc vị trí hiện thời của thuê bao. HLR cũng chứa thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao. Nó có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao, ngoài ra HLR còn có chức năng nhận dạng AUC.
• Bộ ghi định vị tạm trú (VLR)
VLR (Visitor Location Register) là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng thông tin di động. Nó lưu trữ tạm thời số liệu thuê bao, vị trí của các thuê bao
đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng.
• MSC cổng (GMSC)
Mạng thông ti di động có thể chứa nhiều MSC, HLR, VLR. Để thiết lập cuộc gọi từ mạng ngoài đến người sử dụng, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến tổng đài cổng GMSC. GMSC lấy thông tin về vị trí của thuê bao và
định tuyến cuộc gọi đến tổng đài quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời.
• Khai thác và bảo dưỡng
Hệ thống khai thác OS (Operation System) thực hiện khai thác và bảo dưỡng tập trung cho mạng thông tin di động.
Khai thác là hoạt động cho phép nhà khai thác theo dõi hành vi của mạng: tải của hệ thống, mức độ tràn, số lượng chuyển giao (Handover) giữa hai ô … nhờ vậy có thể giám sát toàn bộ chất lượng dịch vụ và kịp thời sử lý sự cố.
Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố, hỏng hóc. Các thiết bị ở mạng viễn thông hiện đại có khả năng phát hiện một số sự
cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra.
Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thểđược xây dựng trên nguyên lý TMN (Telecommunication Management Network: mạng quản lý viễn thông).
• AUX: thiết bị bổ trợ
• Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực: AUC
AUC (Authentication Center) quản lý thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao. Việc quản lý thuê bao được thực hiện thông qua một khoá nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao. Khoá này
được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ ở MS. Ở GSM bộ nhớ này có dạng SIM_CARD.
• Quản lý thiết bị di động: EIR
Việc lưu trữ thông tin được thực hiện bởi bộđăng ký nhận dạng thiết bị
EIR (Equipment Indentity Register). EIR lưu trữ tất cả các dữ liệu liên quan
đến trạm di động MS.
• Bộ xử lý bản tin số liệu: DNH
DNH (Data Message Handler) được dùng để thu thập các dữ liệu tính cước.
PSPDN (Packet Switched Public Data Network): Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói.
CSPDN (Circuit Switched Public Data Network): Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh.
PSTN (Public Switched Telephone Network): Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng.
ISDN ( Integrated Services Digital Network): Mạng số liên kết đa dịch vụ.
PLMN (Public Land Mobile Network): Mạng di động công cộng mặt
đất.
• Các giao diện của hệ thống
- BSC đến MSC (giao diện A): đảm bảo báo hiệu và lưu lượng.
- BTS đến BSC (giao diện A_bis): được định nghĩa khi trạm gốc
được chia thành BTS và BSC.
- MSC với PSTN (giao diện Ai): được định nghĩa như giao diện tương tự sử dụng báo hiệu đa tần hai tông (DTMF) hoặc đa tần (MF).
- MSC với VLR (giao diện B): được định nghĩa ở tiêu chuẩn giao thức GSM hoặc TIA IS-41.
- MSC với HLR (gao diên C): được định nghĩa ở tiêu chuẩn giao thức GSM hoặc TIA IS-41.
- HLR với VLR (giao diện D): được xây dựng trên cơ sở báo hiệu số
7 được định nghĩa ở tiêu chuẩn giao thức GSM hoặc TIA IS-41. - MSC với ISDN (giao diện Di): giao diện số với ISDN.
- MSC với MSC (giao diện E): giao diện lưu lượng và báo hiệu giữa các tổng đài.
- MSC và EIR (giao diện F):
- VLR với VLR (giao diện G): được sử dụng khi cần thông tin giữa các VLR.
- HLR với AUC (giao diện H): mới chỉđược định nghĩa cho GSM. - DMH với MSC (giao diện I): giao diện giữa bộ xử lý bản tin dữ liệu
với MSC.
- MSC với IWF (giao diện F): được định nghĩa bởi các chức năng tương tác.
- MSC với PLMN (giao diện Mi): giao diện với mạng thông tin di
động khác.
- MSC với OS (giao diện O):
- MSC với PSPDN (giao diện Pi): giao diện giữa MSC với mạng chuyển mạch gói.
- Bộ thích ứng đầu cuối TA (Terminal Adapter) và đầu cuối TE (Terminal Equipment) (giao diện R):
- ISDN với TE (giao diện S): được định nghĩa bởi ISDN. - BS với MS (giao diện Um):
- PSTN với DCE (giao diện W): được định nghĩa ở PSTN. - MSC với AUX (giao diện X):
Tổng quát hệ thống thông tin di động thường được chia thành các hệ
- Hệ thống con CMSS gồm các khối: MSC, VLR, HLR, AUC, EIR, GSMC.
- Hệ thống con trạm gốc BSS gồm các khối: BSC và BTS.
- Hệ thống con khai thác OSS thực hiện chức năng khai thác quản lý và bảo dưỡng cho toàn bộ hệ thống.
- Trạm di động MS thực hiện:
+ Thiết bị vật lý giao tiếp giữa thiết bị với mạng. + Đăng ký thuê bao.
1.4.2 Cấu trúc địa lý
Do tính chất di động của thuê bao di động nên mạng di động phải được tổ chức theo một cấu trúc địa lý nhất định để có thể theo dõi được vị trí của thuê bao.
1.4.2.1 Phân chia theo vùng mạng
Trong một quốc gia có thể có nhiều vùng mạng viễn thông, việc gọi vào vùng mạng nào phải được thực hiện thông qua tổng đài cổng. Các vùng mạng di động được đại diện bằng tổng đài cổng GMSC. Tất cả các cuộc gọi
đến một mạng di động từ một mạng khác đều được định tuyến đến GMSC. Nó cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi vào từ mạng ngoài đến nơi nhận cuối cùng: các trạm di động bị gọi.
1.4.2.2 Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR
Một mạng di động được chia thành nhiều vùng nhỏ, mỗi vùng được phục vụ bởi một MSC/VLR. Để định tuyến một cuộc gọi đến một thiết bị di
động, đường truyền qua mạng sẽ được nối đến MSC đang phục vụ thiết bị di
động cần gọi.
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị LA (Location Area). Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR ở đó trạm di động có thể chuyển động tự do và không cần cập nhật thông tin về vị
trí cho MSC/VLR quản lý. Có thể nói vùng định vị là vị trí cụ thể nhất của trạm di động bị gọi. Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử
dụng nhận dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity).
Hình 1.2: Phân chia theo cùng phục vụ
1.4.2.4 Phân chia theo ô
Vùng định vị được chia thành một số ô. Ô là vùng phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu CGI (Cell Global Identity). Trạm di động nhận dạng ô bằng mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identity Code).