MỤC LỤC

MỞ ĐẦU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Chương 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

TỔNG QUAN MẠNG GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1 MÔ HÌNH KIẾN TRÚC CỦA GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1.1 Trạm di động MS (Mobile Station) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1.2 Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identuty Module) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1.3 Trạm thu phát cơ sở BTS (Base Transceiver Station) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1.4 Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station controller) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.1.5 Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.1.6 Bộ ghi định vị thường trú HLR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.1.7 Bộ ghi định vị tạm trú VLR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.1.8 Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.1.9 Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực AUC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.1.10 Điều khiển quản lý và bảo dưỡng OMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.1.11 Các giao diện trong mạng GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2 MÔ HÌNH MẠNG GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.3 MẠNG TRUY CẬP GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3.1 Các kênh vật lý . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3.2 Các kênh logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.4 XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ TRONG GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.4.1 Mã hoá tiếng nói . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.4.2 Mã hoá kênh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.4.3 Đan xen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.4.4 Mật mã hoá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

1.4.5 Điều chế . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Chương 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

GIAO THỨC BÁO HIỆU MẠNG GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.1 GIAO THỨC BÁO HIỆU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.1.1 Giao diện A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.1.2 Giao diện Abis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.1.3 Giao diện Air/Um . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.2 THỦ TỤC TRONG MẠNG GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2.2.1 Bật tắt máy ở trạm di động . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2.2.2 Gán và tách IMSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

2.2.3 Cập nhật vị trí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

a. Cập nhật vị trí trong BSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

b. Cập nhật vị trí trong NSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

2.2.4 Bắt đầu cuộc gọi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

a. Bắt đầu cuộc gọi trong BSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

b. Bắt đầu cuộc gọi trong NSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

2.2.5 Cuộc gọi từ đầu cuối di động . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

a. Đầu cuối di động gọi trong BSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

b. Đầu cuối di động gọi trong NSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

2

Phân tích chuyển giao trong mạng GSM

Chương 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

CHUYỂN GIAO MẠNG GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.1 CÁC LOẠI CHUYỂN GIAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

3.1.1 Trong BTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

3.1.2 Chuyển giao trong cùng BSC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

3.1.3 Chuyển giao trong cùng MSC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

3.1.4 Chuyển giao giữa các MSC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

3.1.5 Nhận xét . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

3.2 CÁC BỘ ĐỊNH THỜI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

3.3 CHI TIẾT CHUYỂN GIAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

3.3.1 Trường hợp thành công . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3.3.2 Trường hợp thất bại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

3.3.3 Quay trở lại BSS củ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

3.3.4 Giải phóng cuộc gọi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

3.4 ỨNG DỤNG SDL ĐỂ PHÂN TÍCH CHUYỂN GIAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

3.4.1 Giới thiệu về SDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

3.4.2 Phân tích các trường hợp chuyển giao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

3.5 THIẾT KẾ MÔ HÌNH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3.5.1 Thiết kế mô hình tổng quát . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3.5.2 Các bản tin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

3.6 MÔ TẢ VỀ MÔ HÌNH CPN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

3.6.1 Khía cạnh của mô hình . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

3.6.2 Các trang CPN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

KẾT LUẬN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

CÁC THUẬT NGỮ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

TÀI LIỆU THAM KHẢO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

3

Phân tích chuyển giao trong mạng GSM

MỞ ĐẦU

Ngày nay thông tin liên lạc đả trở thành một nhu cầu quan trọng trong cuộc

sống của chúng ta. Ngoài các dịch vụ mà các điện thoại cố định có như: truyền thoại,

nhắn tin, Fax, dữ liệu, vv. Thông tin di động còn cung cấp các tính năng ưu việt của

nó ở chất lượng dịch vụ, tính bảo mật thông tin, thiết bị nhỏ gọn, linh hoạt trong việc

di chuyển, và các dịch vụ ngày càng đa dạng như truyền hình di động, truyền video

chất lượng cao, kết nối mạng internet với việc phát triển hệ thống thông tin di động lên

hệ thống thông tin di động băng rộng (3G) .vv. Cùng với sự phát triển của ngành

thông tin liên lạc thì ngành công nghiệp viễn thông đả phát triển mạnh mẻ và mang lại

nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác. Để đáp ứng nhu cầu của khách hành các nhà

cung cấp dịch vụ đả liên tục nâng cấp hệ thống mạng, chất lượng đường truyền, và đa

dạng các dịch vụ, đồng thời giảm cước dịch vụ, những điều này đả mang lại cho họ

một số lượng thuê bao khổng lồ và tăng nhanh. Hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ như

viettel, vinaphone, mobilephone đang có nguy cơ cháy số. Một ví dụ: Viettel có 5.555

trạm BTS. Từ đầu năm 2007 đến nay, Viettel đã xây dựng thêm hơn 2.500 trạm phát

sóng và đến cuối năm 2007 số trạm BTS của Viettel sẽ là 7.000 trạm.

Một công nghệ quan trọng nhất và được sử dụng phổ biến nhất không chỉ ở

Việt Nam mà còn các nước trên thế giới là công nghệ GSM (Global System for Mobile

communication-Hệ thống thông tin di động toàn cầu). Ở Việt Nam hiện nay những

nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn như: Vinaphone, MobiFone, Viettel đều sử dụng

công nghệ GSM. Được phát triển từ năm 1982 với kỷ thuật đa truy nhập phân chia

theo thời gian (TDMA) một giải pháp tăng dung lượng hệ thống và mã hoá tín hiệu

đảm bảo tính an toàn dữ liệu đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ để đáp ứng nhu

cầu của hàng triệu khách hàng. Hệ thống GSM sử dụng SIMCARD có kích thước nhỏ

gọn để cắm vào máy di động mà chỉ có người này mới có thể sử dụng nó tại một thời

điểm như một thiết bị nhận dạng an toàn. GMS là công nghệ truyền sóng kỹ thuật số,

cho phép một số người dùng truy nhập vào cùng một kênh tần số mà không bị kẹt

bằng cách định vị những khe thời gian duy nhất cho mỗi người dùng trong mỗi kênh.

Song song cùng tồn tại và phát triển với công nghệ GSM còn có các công nghệ khác

như CDMA (công nghệ đa truy cập theo mã) cũng là một công nghệ tiên tiến và là đối

thủ của GSM trong lính vực công nghệ truyền thông di động, hiện ở Việt Nam công

nghệ này đang được các nhà khai thác dịch vụ như: S-Fone, Hà Nội Telecom, ETC.

Công nghệ GSM đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu ít tốn kém hơn CDMA. Đây cũng chính

là lý do CDMA chưa được phát triển rộng rãi tại Việt Nam.

Một chức năng để bảo đảm chất lượng truy cập của một cuộc gọi khi con người

sử dụng điện thoại di động di chuyển là chuyển giao cuộc gọi. Chuyển giao được định

nghĩa là chuyển một cuộc gọi trong suốt hiện thời từ một kênh tần số này tới một kênh

tần số khác trong khi người sử dụng điện thoại di động di chuyển từ nơi này sang nơi

khác. Đây là một chức năng quan trọng nhất và thể hiện được đặc tính khác biệt giữa

mạng di động và mạng điện thoại cố định vì thế nghiên cứu thủ tục chuyển giao để xây

4

Phân tích chuyển giao trong mạng GSM

dựng một mô hình chuyển giao trong thực tế để làm cho chức năng này càng tối ưu và

hiệu quả là cần thiết. Vì vâỵ “Phân tích chi tiết giao thức chuyển giao và xây dựng mô

hình chuyển giao trong mạng GSM” là mục đích chính của luận văn này.

Luận văn này bao gồm:

· Chương 1: Giới thiệu tổng quan về mạng GSM. Mô hình kiến trúc, mô

hình mạng và mạng truy cập GSM

· Chương 2: Giao thức báo hiệu điều khiển cuộc gọi trong mạng GSM.

Thủ tục bật tắt máy di động, việc cập nhật vị trí và các thủ tục điều khiển

việc truy cập vào để tiến hành một cuộc gọi.

· Chương 3: Chuyển giao trong mạng GSM. Giới thiệu về các loại chuyển

giao có thể xảy ra trong mạng. Các giao diện liên quan đến chuyển giao, thủ

tục chuyển giao bao gồm các bản tin có liên quan. Phân tích chuyển giao

dựa trên ngôn ngữ SDL, dựa trên ngôn ngữ SDL để thiết kế mô hình chuyển

giao sử dụng CPN.

Luận văn này sẻ tâp trung vào xây dựng mô hình chuyển giao trong mạng

GSM. Chúng ta sẻ đi phân tích các giao diện có liên quan tới quá trình chuyển giao và

sử dụng một ngôn ngữ thường dùng để phân tích các giao thức trong mạng viễn thông

là SDL để đi sâu phân tích chi tiết các quá trình thủ tục để chuyển giao một cuộc gọi.

Sau đó là việc xây dựng mô hình CPN của các quá trình chuyển giao trong cùng một

MSC. Cuối cùng không thể thiếu là việc đánh giá mô tính hiệu quả của mô hình,

những công việc đả làm được, những vấn đề còn thiếu sót và hướng phát triển trong

tương lai.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Quốc Tuấn, người đả nhiệt tình

hướng dẫn, chỉ bảo, cung cấp cho em nhiều tài liệu bổ ích giúp em cũng cố thêm kiến

thức và đi tới hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo

trong khoa đả dạy dổ cho em nhiều kiến thức cơ bản bổ ích cũng như cho em các kiến

thức chuyên môn trong suốt 4 năm học tại trường Đại Học Công Nghệ, cảm ơn các

thầy cô giáo đả tạo điều kiện thuận lợi và giúp em hoàn thành khoá luận này. Cuối

cùng xin chân thành cảm ơn các bạn học đả nhiệt tình giúp đở tôi trong 4 năm học và

giúp tôi hoàn thành khoá luận này