Phân hệ chuyển mạch (SS – Switching Subsystem)

6) Ngày hồn thành nhiệm vụ:

1.1.3.4 Phân hệ chuyển mạch (SS – Switching Subsystem)

Phân hệ chuyển mạch bao gồm các khối chức năng sau:

 Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC

 Thanh ghi định vị thƣờng trú HLR

 Thanh ghi định vị tạm trú VLR

 Trung tâm nhận thực AuC

 Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR

Phân hệ chuyển mạch (SS) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của mạng GSM cũng nhƣ các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thơng tin giữa những ngƣời sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.

Trung tâm chuyển mạch di động MSC:

Tổng đài di động MSC (Mobile services Switching Center) thƣờng là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngồi qua tổng đài cổng GMSC (Gateway MSC).

Chức năng chính của tổng đài MSC:

 Xử lý cuộc gọi (Call Processing)

 Điều khiển chuyển giao (Handover Control)

 Quản lý di động (Mobility Management)

 Tƣơng tác mạng IWF(Interworking Function): qua GMSC

Hình 1.5 : Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC

(1): Khi chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ số liên kết của thuê bao di động, sẽ cĩ hai trƣờng hợp xảy ra :

 (1.a) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau khi phân tích số thoại sẽ biết đây là cuộc gọi cho một thuê bao di động. Cuộc gọi sẽ đƣợc định tuyến đến tổng đài cổng GMSC gần nhất.

 (1.b) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC phụ trách ơ mà trạm di động trực thuộc sẽ nhận đƣợc bản tin thiết lập cuộc gọi từ MS thơng qua BTS cĩ chứa số thoại của thuê bao di động bị gọi.

(2): MSC (hay GMSC) sẽ phân tích số MSISDN (The Mobile Station ISDN) của thuê bao bị gọi để tìm ra HLR nơi MS đăng ký.

(3):MSC (hay GMSC) sẽ hỏi HLR thơng tin để cĩ thể định tuyến đến MSC/VLR quản lý MS.

(4):HLR sẽ trả lời, khi đĩ MSC (hay GMSC) này cĩ thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết. Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS. Nhƣ vậy cĩ thể nối thơng một cuộc gọi ở mạng GSM, đĩ là chức năng xử lý cuộc gọi của MSC.

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức năng tƣơng tác IWF (Inter Networking Function). IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. IWF cĩ thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay cĩ thể ở thiết bị riêng, ở trƣờng hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF đƣợc để mở.

Bộ ghi định vị thƣờng trú (HLR - Home Location Register):

HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lƣu giữ lâu dài các thơng tin về thuê bao, các thơng tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thơng. HLR khơng phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thơng tin về vị trí hiện thời của thuê bao.

HLR bao gồm:

 Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN.

 Các thơng tin về thuê bao

 Danh sách các dịch vụ mà MS đƣợc sử dụng và bị hạn chế

 Số hiệu VLR đang phục vụ MS

Bộ ghi định vị tạm trú (VLR - Visitor Location Register):

VLR là một cơ sở dữ liệu chứa thơng tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC. Mỗi MSC cĩ một VLR, thƣờng thiết kế VLR ngay trong MSC. Ngay cả khi MS lƣu động vào một vùng MSC mới. VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời HLR sẽ đƣợc thơng báo rằng MS đang ở vùng MSC nào. Nếu sau đĩ MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ cĩ tất cả các thơng tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà khơng cần hỏi HLR, cĩ thể coi VLR nhƣ một HLR phân bố. VLR chứa thơng tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC.

Nhƣng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nĩ cũng hết giá trị.

Hay nĩi cách khác, VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lƣu trữ tạm thời thơng tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR đƣợc tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR.

VLR bao gồm:

 Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, TMSI.

 Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS

 Danh sách các dịch vụ mà MS đƣợc và bị hạn chế sử dụng

 Trạng thái của MS ( bận: busy; rỗi: idle)

Thanh ghi nhận dạng thiết bị(EIR - Equipment Identity Register):

EIR cĩ chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thơng 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. Một ME sẽ cĩ số IMEI thuộc một trong ba danh sách sau:

 Nếu ME thuộc danh sách trắng ( White List ) thì nĩ đƣợc quyền truy nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký.

 Nếu ME thuộc danh sách xám ( Gray List ), tức là cĩ nghi vấn và cần kiểm tra. Danh sách xám bao gồm những ME cĩ lỗi (lỗi phần mềm hay lỗi sản xuất thiết bị) nhƣng khơng nghiêm trọng tới mức loại trừ khỏi hệ thống

 Nếu ME thuộc danh sách đen ( Black List ), tức là bị cấm khơng cho truy nhập vào hệ thống, những ME đã thơng báo mất máy.

Khối trung tâm nhận thực AuC (Aunthentication Center)

AuC đƣợc nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khố mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đƣờng vơ tuyến cũng đƣợc AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này đƣợc thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AuC cịn ghi nhiều thơng tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và đƣợc sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép.

1.1.3.5 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS).

1) Khai thác và bảo dƣỡng mạng. 2) Quản lý thuê bao và tính cƣớc. 3) Quản lý thiết bị di động.

Khai thác và bảo dƣỡng mạng:

 Khai thác :

Là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng nhƣ tải của hệ thống, mức độ chặn, số lƣợng chuyển giao giữa hai cell.v.v.. Nhờ vậy nhà khai thác cĩ thể giám sát đƣợc tồn bộ chất lƣợng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời nâng cấp. Khai thác cịn bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lƣu lƣợng trong tƣơng lai và mở rộng vùng phủ sĩng. Ở hệ thống viễn thơng hiện đại, khai thác đƣợc thực hiện bằng máy tính và đƣợc tập trung ở một trạm.

 Bảo dƣỡng :

Cĩ nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hĩc, nĩ cĩ một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị ở hệ thống viễn thơng hiện đại cĩ khả năng tự phát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thơng qua kiểm tra. Bảo dƣỡng bao gồm các hoạt động tại hiện trƣờng nhằm thay thế các thiết bị cĩ sự cố, cũng nhƣ việc sử dụng các phần mềm điều khiển từ xa.

Hệ thống khai thác và bảo dƣỡng cĩ thể đƣợc xây dựng trên nguyên lý của TMN (Telecommunication Management Network - Mạng quản lý viễn thơng). Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dƣỡng đƣợc nối đến các phần tử của mạng viễn thơng (MSC, HLR, VLR, BSC, và các phần tử mạng khác trừ BTS). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dƣỡng đƣợc nối tới máy tính chủ đĩng vai trị giao tiếp ngƣời - máy. Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống này đƣợc gọi là trung tâm vận hành và bảo dƣỡng (OMC - Operation and Maintenance Center).

Quản lý thuê bao :

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xố thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng cĩ thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung. Nhà khai thác cĩ thể thâm nhập đƣợc các

thơng số nĩi trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cƣớc các cuộc gọi rồi gửi đến thuê bao. Khi đĩ HLR, SIM-Card đĩng vai trị nhƣ một bộ phận quản lý thuê bao.

Quản lý thiết bị di động :

Quản lý thiết bị di động đƣợc bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện. EIR lƣu trữ tồn bộ dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR đƣợc nối đến MSC qua đƣờng báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị. Trong hệ thống GSM thì EIR đƣợc coi là thuộc phân hệ chuyển mạch NSS

1.2 Hệ thống thơng tin di động WCDMA.

1.2.1 Giới thiệu cơng nghệ W CDMA.

W-CDMA (Wideband CDMA) là cơng nghệ thơng tin di động thế hệ ba (3G) giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA. Trong các cơng nghệ thơng tin di động thế hệ ba thì W-CDMA nhận đƣợc sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình.

 W-CDMA cĩ các tính năng cơ sở sau :

 Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz.

 Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp đƣợc tất cả thơng tin trên một sĩng mang.

 Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1.

 Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến.

Nhƣợc điểm chính của W-CDMA là hệ thống khơng cấp phép trong băng TDD phát liên tục cũng nhƣ khơng tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các mơi trƣờng làm việc khác nhau.

1.2.2 Các loại lƣu lƣợng và dịch vụ đƣợc WCDMA UMTS hỗ trợ.

Bảng1.1 Phân loại dịch vụ của IMT-2000

Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết

Dịch vụ di động

Dịch vụ di động -Di động đầu cuối/ di động dịch vụ Dịch vụ thơng tin di

động

-Theo dõi di động / theo dõi di động thơng minh

Dịch vụ viễn thơng

Dịch vụ số liệu -Dịch vụ số liệu trung bình(64-144 kbps) -Dịch vụ số liệu tốc độ tƣơng đối cao(144kbps-

2Mbps)

-Dịch vụ số liệu tốc độ cao (>=2Mbps) Dịch vụ âm thanh

-Dịch vụ âm thanh chất lƣợng cao (16-64 kbps) -Dịch vụ truyền thanh AM(32-64 kbps)

-Dịch vụ truyền thanh FM (64-384kbps) Dịch vụ video

(384kbps)

-Dịch vụ video (384kbps)

-Dịch vụ hình chuyển động(384-2mbps)

-Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực (>=2mbps) Dịch vụ internet Dịch vụ internet đơn giản -Dịch vụ truy nhập Web (384-2Mbps) Dịch vụ internet thời gian thực -Dịch vụ internet (384kbps-2Mbps) Dịch vụ internet đa phƣơng tiện

-Dịch vụ website đa phƣơng tiện thời gian thực

Thực tế triển khai ở những nƣớc khác, 3G là nền tảng cho phép vơ vàn các ứng dụng cĩ thể đƣợc triển khai và số lƣợng các ứng dụng ngày càng gia tăng theo thời gian cũng nhƣ theo nhu cầu của ngƣời dùng.

Tại Việt Nam, ngƣời ta đã bắt đầu nĩi đến điện thoại truyền hình (video call), truyền tải đồng thời âm thanh, dữ liệu (rich voice), tải phim (video dowloading), xem phim trực tuyến (video streaming), thanh tốn điện tử (mobile payment), truy cập Internet di động (mobile Internet), quảng cáo di động (mobile advertizing),

truyền dữ liệu, sao lƣu dự phịng v.v... Tại thời điểm khai trƣơng mạng 3G, Vinaphone cung cấp cho khách hàng 6 dịch vụ mới, đƣa chất lƣợng phục vụ của mạng di động Vinaphone lên một đẳng cấp mới: hiện đại và sang trọng. Trong đĩ, gồm các dịch vụ internet di động tốc độ cao nhƣ Mobile Internet (truy cập internet tốc độ cao trực tiếp từ điện thoại), Mobile Broadband (truy cập Internet tốc độ cao từ máy tính qua sĩng di động); các dịch vụ cĩ tính đột phá nhƣ: Video Call (đàm thoại thấy hình giữa các thuê bao Vinaphone), Mobile Camera (xem hình ảnh tình trạng các nút giao thơng); các dịch vụ giải trí cao cấp nhƣ Mobile TV (xem trực tiếp 15 kênh truyền hình trên máy di động), 3G Portal (thế giới thơng tin và giải trí trên điện thoại di động).

1.2.3 Mơ hình cấu trúc mạng WCDMA .

Hệ thống WCDMA đƣợc xây dựng trên cơ sở mạng GPRS. Về mặt chức năng cĩ thể chia cấu trúc mạng WCDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy cập vơ tuyến (UTRAN), trong đĩ mạng lõi sử dụng tồn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS, cịn mạng truy cập vơ tuyến là phần nâng cấp của WCDMA. Ngồi ra để hồn thiện hệ thống, trong WCDMA cịn cĩ thiết bị ngƣời sử dụng (UE) thực hiện giao diện ngƣời sử dụng với hệ thống.

Từ quan điểm chuẩn hĩa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới đƣợc thiết kế dựa trên cơng nghệ vơ tuyến WCDMA, trái lại mạng lõi đƣợc định nghĩa hồn tồn dựa trên GSM. Điều này cho phép hệ thống WCDMA phát triển mang tính tồn cầu trên cơ sở cơng nghệ GSM.

WCDMA là một giao diện vơ tuyến phức tạp và tiên tiến trong lĩnh vực thơng tin di động, nĩ sẽ là cơng nghệ xây dựng cơ sở hạ tầng và kiến trúc mạng tế bào của hầu hết mạng 3G trên thế giới, hình thành kết nối giữa thiết bị di động của ngƣời sử dụng cùng với mạng lõi.

Dƣới đây ta thấy mạng thơng tin di động thế hệ 3 W CDMA gồm hai phần mạng: mạng lõi và mạng truy cập vơ tuyến.

Hình 1.7 Sơ đồ khối tổng quát của mạng thơng tin di động thế hệ 3 WCDMA.

1.2.3.1 UE (User Equipment).

Thiết bị ngƣời sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp ngƣời sử dụng với hệ thống. UE gồm hai phần:

 Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vơ tuyến đƣợc sử dụng cho thơng tin vơ tuyến trên giao diện Uu.

 Thiết bị nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): Là một thẻ thơng minh chứa thơng tin nhận dạng của thuê bao, nĩ thực hiện các thuật tốn nhận thực, lƣu giữ các khĩa nhận thực và một số thơng tin thuê bao cần thiết

Mạng đƣờng trục PSTN/ISDN PLMN PDN IWF GMSC VLR MSC GGSN SGSN AuC HLR EIR Iucs Mạng lõi NB NB NB RNC TE MT NB NB NB RNC TE MT Iups Iur

cho đầu cuối.

1.2.3.2 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network).

Mạng truy cập vơ tuyến cĩ nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy cập vơ tuyến. UTRAN gồm hai phần tử :

 Node B: Thực hiện chuyển đổi dịng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nĩ cũng tham gia quản lý tài nguyên vơ tuyến.

 Bộ điều khiển mạng vơ tuyến RNC: Cĩ chức năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên vơ tuyến ở trong vùng (các nút B đƣợc kết nối với nĩ). RNC cịn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN.

1.2.3.3 CN (Core Network).

 Các phần tử chính của mạng lõi nhƣ sau:

 HLR (Home Location Register), MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): tƣơng tự cho mạng GSM đã đƣợc trình bày ở phần trên

 GMSC (Gateway MSC): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng kết nối với mạng ngồi.

 SGSN (Servicing GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS (dịch vụ vơ tuyến gĩi chung) đang phục vụ, cĩ chức năng nhƣ MSC/VLR nhƣng đƣợc sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gĩi (PS).

 GGSN (Gateway GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS cổng, cĩ chức năng nhƣ GMSC nhƣng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gĩi.

Để kết nối MSC với mạng ngồi cần cĩ thêm phần tử làm chức năng tƣơng tác mạng (IWF). Ngồi mạng lõi cịn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng di động nhƣ: HLR, AuC và EIR.

1.2.3.4 Các mạng ngồi.

 Mạng CS: Mạng đảm bảo các kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.

Ví dụ: Mạng ISDN, PSTN.

 Mạng PS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gĩi. Ví dụ:

mạng Internet.

1.2.3.5 Các giao diện vơ tuyến.

Giao diện Cu: Là giao diện giữa thẻ thơng minh USIM và ME. Giao