4.2.1. Cấu trúc của hệ thống
Một hệ thống GSM được chia thành các hệ thống con sau đây: - Hệ thống con chuyển mạch (SS – Switching Subsystem ) - Hệ thống con trạm gốc (BSS – Base Station Subsystem) - Hệ thống con khai thác (OSS – Opration Subsystem) - Trạm di động (MS – Mobile Station)
Hệ thống con chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng sau:
- Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC – Mobile Services Switching Center)
- Bộ ghi định vị thường trú ( HLR – Home Location Register) - Bộ ghi định vị tạm trú ( VLR – Visitor Location Registor)
- Trung tâm nhận thực ( AUC – Authentication Center)
- Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR – Equipment Identification Register)
- Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động cổng (GMSC – Gateway MSC)
Hệ thống con trạm gốc BSC gồm các khối chức năng sau:
- Bộ điều khiển trạm gốc ( BSC – Base Station Controller) - Trạm thu phát gốc ( BTS – Base Transceiver Station) Hệ thống con khai thác OSS gồm các khối chức năng sau:
- Trung tâm quản lý mạng ( NMC – Network Management Center)
- Trung tâm quản lý và bảo dưỡng ( OMC – Operation & Maintenance Center)
Trạm di động MS gồm:
- Thiết bị di động (ME – Mobile Equipment)
4.2.2. Chức năng của các phần tử trong hệ thống
4.2.2.1 Hệ thống con chuyển mạch SS
Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lí di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lí thơng tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.
- Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC
Tổng đài di động MSC thực hiện chức năng chuyển mạch cho các thuê bao di động thông qua trường chuyển mạch của nó. MSC quản lí việc thiết lập cuộc gọi, điều khiển cập nhật vị trí và thủ tục chuyển giao giữa các MSC. Việc cập nhật vị trí của thuê bao cho phép tổng đài di động MSC nhận biết được vị trí của các thuê bao di động trong quá trình tìm gọi trạm di động MS. MSC có tất cả các chức năng của một tổng đài cố
Hình 4.1 Mơ hình hệ thống GSM PSTN PLMN CSPDN PSPDN SS VLR HLR EIR MSC OSS BSS BSC BTS MS ISDN AUC
Truyền báo hiệu Truyền lưu lượng
định như tìm đường, định tuyến, báo hiệu,… Điều khác biệt giữa tổng đài của mạng cố định ( PSTN, ISDN, …) và MSC là MSC thực hiện xử lý cho các thuê bao di động, thực hiện chuyển vùng giữa các cell.
Chức năng của tổng đài MSC ngoài việc kết nối với các phần tử của mạng di động nó cịn kết nối với các phần tử của mạng khác như PSTN, ISDN, PSPDN, CSPDN, PLMN. MSC thực hiện chức năng trên gọi là MSC cổng (GMSC). Việc giao tiếp với mạng ngồi để đảm bảo thơng tin cho những người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng ( Các chức năng tương tác IWF – Interworking Function). IWF là cổng giao tiếp giữa người dùng mạng GSM với các mạng ngồi. Nó có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng.
- Bộ ghi định vị thường trú HLR
HLR chứa đầy đủ các thông tin liên quan đến việc đăng ký dịch vụ và vị trí của các thuê bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng khơng có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Khi mạng có thêm một thuê bao mới thì các thơng tin về thuê bao sẽ được đăng ký trong HLR.
- Bộ ghi định vị tạm trú VLR
Là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM, chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao di động trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên để cập nhật cho MSC với mức độ chính xác hơn HLR.
- Trung tâm nhận thực AUC
Được nối đến HLR, chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khóa mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đường vô tuyến cũng được AUC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao.
- Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR
EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị di động ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế (IMEI – International Mobile Equipment Identity) và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị.
4.2.2.2 Hệ thống con trạm gốc BSS
Là một hệ thống các thiết bị đặc thù riêng cho các tính chất tổ ong vơ tuyến của GSM. BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác. BSS bao gồm 2 loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC.
- Trạm thu phát gốc BTS
Bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ). TRAU là thiết bị mà ở đó q trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu.
- Bộ điều khiển trạm gốc BSC
Có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ BTS và MS, chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vơ tuyến và quản lý chuyển giao. Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này.
4.2.2.3 Hệ thống con khai thác OSS
OSS thực hiện 3 chức năng chính sau: - Khai thác và bảo dưỡng mạng:
+ Khai thác: Là hoạt động cho phép các nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao (Handover) giữa hai ô,…Nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được tồn bộ chất lượng 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 lưu lượng trong tương lai, để tăng vùng phủ sóng.
+ Bảo dưỡng: Có nhiệm vụ phát hiện, định vị, sửa chữa các sự cố và hỏng hóc. Nó có một số quan hệ với khai thác. Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố.
Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xóa thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung. Quản lý thuê bao ở mạng GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng, chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao. Simcard cũng đóng vai trị như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao.
- Quản lý thiết bị di động:
Được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị. Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm.
4.2.2.4 Trạm di động MS
MS có thể là thiết bị xách tay, thiết bị đặt trong ơ tơ hay thiết bị cầm tay. Ngồi việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vơ tuyến, MS cịn phải cung cấp các giao diện với người sử dụng như: micro, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi hoặc giao diện với một số thiết bị khác như máy tính cá nhân, Fax…
MS thực hiện hai chức năng:
- Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng qua đường vô tuyến - Đăng ký thuê bao: mỗi thuê bao phải có một thẻ gọi là Simcard để truy nhập vào mạng
Về cấu trúc MS gồm hai phần chính:
- Thiết bị di động ME: là bộ phận để xử lý các công việc chung như thu, phát, … - Modul nhận dạng thuê bao SIM: là thành phần để nhận dạng thuê bao trong q trình MS hoạt động trong mạng, nó là một card điện tử thơng minh có thể lưu trữ thông tin.