Chương 1 Hệ thống thông tin di động và xu thế phát tri ển
1.2 Hệ thống thông tin di động GSM
Hệ thống GSM được chia làm hai phần chính: Hệ thống chuyển mạch (SS) và hệ thống trạm gốc (BSS). Mỗi phần này lại được chia thành các khối chức năng, mỗi khối chức năng thực hiện một hoặc một tập các chức năng riêng. Phần BSS bao gồm BTS, BSC và TRAU. Phần SS bao gồm các khối chức năng còn lại.
Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của GSM SS: (Switching System)
AUC: (Authentication Center)
VLR: (Visitor Location Register) HLR:
(Home Location Reginster)
EIR: (Equipment Identity Register)
Hệ thống chuyển mạch Trung tâm nhận thực Bộ ghi định vị tạm trú Bộ ghi định vị thường trú Bộ nhận dạng thiết bị
MSC: (Mobile Switching Center) BSS: (Base Station System) BTS: (Base Transceiver Station) BSC: (Base Station Controller) MS: (Mobile Station) Máy di động OSS: (Operation and Support System) ISDN: (Intergrated Services Digital Network)
PSPDN: (Packet Switching Public Digital Network)
CSPDN: (Circuit Switching Public Digital Network)
PSTN: (Public Switching Telephone Network)
PLMN: ( Public Land Mobile Network)
Trung tâm chuyển Hệ thống trạm gốc Trạm thu phát gốc Bộ điểu khiển trạm gốc Máy di động
Hệ thống khai thác và hỗ trợ Mạng số tổ hợp đa dịch vụ
Mạng chuyển mạch gói công cộng Mạng chuyển mạch kênh cộng cộng Mạng chuyển mạch thoại công cộng
Mạng di động mặt đất công cộng Cũng như các hệ thống thông tin di động khác, phần tử nguyên tố của hệ thống là ô, hay còn gọi là tế bào (cell), mỗi cell do một trạm thu phát gốc (BTS) điểu khiển. BTS làm việc ở một hoặc một nhóm các kênh vô tuyến. Các kênh này khác với các kênh lân cận để tránh giao thoa. Nhiệm vụ của BTS là thu phát tín hiệu từ/tới MS, quản lý tìm gọi và các yêu cầu về cấp kênh vô tuyến cho MS. MS có thể di chuyển giữa các cell và nó đwược chuyển giao để tránh làm gián đoạn cuộc gọi.
Bộ điểu khiển trạm gốc (BSC) quản lý một số BTS. BSC điểu khiển các chức năng như chuyển giao và điều khiển công suất, quản lý tìm gọi và cấp kênh vô tuyến cho MS.
Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC) điều khiển một số các BSC. MSC điểu khiển các cuộc gọi từ/tới máy di động (MS). Các MSC có chức năng cổng (Gateway MSC) được kết nối với các mạng ISDN, PSTN.. để có thể đảm bảo liên lạc giữa mạng di động và các mạng bên ngoài khác.
Do đặc điểm của MS là luôn di chuyển, cần phải có một bộ phận luôn cập nhật vị trí của MS để khi các máy khác tìm gọi, hệ thống có thể tìm được vị trí của MS để thiết lập kênh liên lạc. Cơ sở dữ liệu về MS được lưu trữ trong bộ định vị thường trú (HLR). Khi một cá nhân đăng ký thuê bao di động, dữ liệu của thuê bao sẽ được lưu giữ trong HLR. Các dữ liệu này bao gồm các thông tin về dịch vụ của thuê bao, các thông số nhận thực, vị trí của MS. Khi MS di chuyển, nó sẽ gửi các thông tin vị trí của mình tới cơ sở dữ liệu gốc của nó đặt trong HLR. Khi thuê bao ở nơi khác muốn gọi đến MS, hệ thống di động sẽ gửi yêu cầu tìm vị trí của MS tới HLR để xác định xem MS hiện đang ở vùng phục vụ nào trong mạng di động, từ đó hệ thống di động sẽ điều khiển việc kết nối giữa thuê bao gọi với MS.
HLR nối với trung tâm nhận thực (AUC). Chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho việc bảo mật.
MSC được nối tới bộ ghi định vị tạm trú (VLR). VLR là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC. Khi MS đi vào vùng phục vụ của một MSC mới, VLR của MSC này sẽ gửi yêu cầu về các thông số của MS tới HLR. HLR khi đó sẽ thông báo cho VLR các thông số của MS. Đồng thời HLR cũng được VLR thông báo vị trí hiện thời của MS (MS đang ở vùng phục vụ của MSC nào). Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông số cần thiết để thiết lập cuộc gọi mà không cần phải thông qua HLR. Như vậy, có thể coi VLR như một HLR tạm thời của MS. Do dung lượng trao đổi thông tin giữa MSC và VLR rất lớn nên hai khối này thường được đặt ở cùng một vị trí hoặc được tích hợp lại thành một thiết bị.
Mỗi MS có một SIM (Subscriber Identity Module), SIM cùng với thiết bị trạm ME (Mobile Equipment) hợp thành máy di động MS. Hệ thống đăng ký với MS chính là đăng ký với SIM, tức là một thuê bao đăng ký các thông số với
mạng thông qua SIM chứ không phải thông qua ME. Do đó, thuê bao có thể dùng SIM của mình nối với một ME khác để gọi. Tuy nhiên, để tránh trường hợp mất cắp máy di động, hệ thống di động sử dụng bộ nhận dạng thiết bị EIR để quản lý ME. Mỗi ME có một số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI.
Thông số này được đăng ký và kiểm soát qua EIR. Bằng cách đó, EIR có thể cấm một thiết bị có thông số không được khai báo liên lạc với hệ thống. Bộ nhận dạng thiết bị (EIR) được nối với MSC qua một đường báo hiệu.
Nếu có một thuê bao cố định thuộc mạng PSTN muốn liên lạc với một thuê bao di động. Mạng PSTN sẽ hướng cuộc gọi này tới một MSC có chức năng cổng (GMSC). GMSC sẽ tìm ra vị trí của MS cần liên lạc bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký. HLR sẽ trả lời về địa chỉ vùng MSC/VLR nơi MS đang hoạt động. GMSC sau đó có đủ thông tin để định tuyến cuộc gọi đến vùng MSC hiện đang quản lý MS. MSC này sẽ hỏi VLR của nó về vị trí vùng định vị cụ thể của MS. Sau đó MSC ra lệnh cho BSC ở vùng định vị của MS phát thông báo tìm gọi MS.