BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Trần Thị Ngọc

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CẤP LÊN 3G
TỪ MẠNG GSM CỦA VINAPHONE TRONG MẠNG LÕI

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. Đỗ Trọng Tuấn

1


Hà Nội – Năm 2010

MỤC LỤC
Lời cam đoan ....................................................................................... 5
Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt ..................................................... 6
Danh mục các bảng............................................................................. 11
Danh mục các hình vẽ, đồ thị................................................................ 12
Chương 1. MẠNG GSM. ..................................................................... 16
1.1. Kiến trúc mạng GSM. ................................................................................16
1.1.1. Phân hệ trạm gốc (BSS)......................................................................16
1.1.2. Phân hệ chuyển mạch..........................................................................17
1.1.3. Trạm di động MS ................................................................................19
1.1.4. Phân hệ vận hành và bảo dưỡng (OMC).............................................19
1.1.5. Các node khác trong cấu trúc mạng GSM. .........................................19
1.2. Nhận dạng GSM.........................................................................................20
1.2.1. MSISDN (Mobile Station ISDN number). .........................................20

1.2.2. Nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI (International Mobile
Subcriber Indentity) ...........................................................................................21
1.2.3. Nhận dạng thuê bao di động tạm thời TMSI (Temporary Mobile
Subcriber Identity) .............................................................................................22
1.2.4. MSRN (Mobile Station Roaming Number).......................................22
1.2.5. Nhận dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity) ......................23
1.2.6. CGI (Cell Global Identity)..................................................................24
1.3. Hệ thống báo hiệu số 7 (SS7) trong mạng GSM........................................25
1.3.1. Phương thức báo hiệu. ........................................................................25
1.3.2. Kiến trúc phân lớp mạng báo hiệu số 7. .............................................26
1.3.2.1. Phần chuyển giao bản tin MTP. ......................................................26
1.3.2.2. Phần người sử dụng UP...................................................................27
1.4. Các thủ tục thông tin. .................................................................................29
1.4.1. Cập nhật vị trí......................................................................................29
1.4.2. Cuộc gọi xuất phát từ thuê bao di động...............................................30
1.4.3. Cuộc gọi đến số di động (MTC). ........................................................32
Chương 2. MẠNG GSM CỦA VINAPHONE .......................................... 34
2.1. Tổng quan về mạng Vinaphone..................................................................34
2.2. Định tuyến lưu lượng thoại: .......................................................................35
2.3. Định tuyến báo hiệu: ..................................................................................36
2.4. Hệ thống báo hiệu: .....................................................................................37
2.4.1. Mạng TDM: .........................................................................................37
2.4.2. Mạng IP: ..............................................................................................37
2


2.5. Các tham số chung. ....................................................................................37
2.5.1. Các tham số PLMN. ............................................................................37
2.5.2. Các tham số VLR.................................................................................38
2.6. GPRS trên mạng Vinaphone (miền PS) .....................................................39

2.7. Đánh giá năng lực hoạt động của mạng GSM của Vinaphone. .................41
Chương 3. NÂNG CẤP GSM LÊN 3G ................................................... 44
3.1. Sự cần thiết nâng cấp mạng GSM lên 3G. .................................................44
3.2. Các điều kiện cho việc nâng cấp GSM lên 3G...........................................44
3.3. Nâng cấp GSM lên 3G. ..............................................................................46
3.3.1. Giai đoạn HSCSD................................................................................46
3.3.2. Giai đoạn GPRS...................................................................................46
3.3.3. Giai đoạn EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution)...............50
3.3.4. Giai đoạn UMTS..................................................................................53
Chương 4. GIẢI PHÁP CỦA CÁC HÃNG KHI NÂNG CẤP TỪ GSM LÊN
3G .................................................................................................... 54
4.1. Giải pháp nâng cấp lên 3G của Ericsson trong mạng lõi phần CS. ...........54
4.1.1. Tổng quan. ...........................................................................................54
4.1.2. Giải pháp MSS.....................................................................................56
4.1.3. Lợi ích..................................................................................................57
4.1.3.1. Tiết kiệm chi phí truyền dẫn ...........................................................57
4.1.3.2. Cho phép thiết kế mạng linh hoạt. ..................................................58
4.1.3.3. Chất lượng thoại cao hơn. ...............................................................60
4.1.3.4. Mạng vận chuyển gói chung cho các dịch vụ PS và CS.................60
4.1.4. Sự di chuyển. .......................................................................................61
4.1.5. Sản phẩm MSS. ....................................................................................62
4.2. Giải pháp lên 3G của Nokia Siemens trong mạng lõi miền CS. ................68
4.2.1. Giới thiệu giải pháp mạng lõi của NSN...............................................68
4.2.2. Các điểm khác biệt chính trong mạng lõi CS của NSN. ......................70
4.2.3. Giải pháp kết nối Site ...........................................................................77
4.3. Đánh giá giải pháp của các hãng. ...................................................................80
Chương 5. GIẢI PHÁP LÊN 3G TỪ MẠNG GSM TRONG MẠNG LÕI CỦA
VINAPHONE. ................................................................................... 81
5.1. Các phương án từ GSM lên 3G theo chuẩn 3GPP và sự lựa chọn giải pháp
của Vinaphone. .....................................................................................................81

5.1.1. Các phương án từ GSM lên 3G theo chuẩn 3GPP. ...............................81
5.1.2. Sự lựa chọn giải pháp của Vinaphone. ..................................................88
5.2. Hiện trạng mạng lõi VNP trước khi lên 3G. ..............................................88
5.3. Thực hiện của giải pháp trong miền CS. ....................................................89
5.3.1. Giải pháp về kết nối.............................................................................91
5.3.1.1. Cơ sở hạ tầng IP của mạng Vinaphone..........................................91
5.3.1.2. Kết nối IP logic. .............................................................................93
5.3.2. Định tuyến cuộc gọi.............................................................................95
5.3.2.1. Tổng quan về kiến trúc mạng lớp chuyển tiếp...............................95
3


5.3.2.2. Lớp điều khiển. ..............................................................................96
5.3.3. Giải pháp về mạng báo hiệu. ...............................................................97
5.3.3.1. Các chế độ vận chuyển báo hiệu....................................................98
5.3.3.2. Các giao thức báo hiệu phần người sử dụng (UP) .........................98
5.3.3.3. Các giao thức truyền tải báo hiệu. ................................................99
5.3.3.4. Cấu hình định tuyến báo hiệu. .....................................................101
5.4. Thực hiện giải pháp trong miền PS. ..........................................................102
5.4.1. SGSN .................................................................................................102
5.4.1.1. Kích hoạt đặc tính SG02104. ........................................................102
5.4.1.2. Kích hoạt đặc tính SG01114. ........................................................103
5.4.1.3. Kích hoạt đặc tính SG01117. ........................................................105
5.4.2. GGSN..................................................................................................108
5.4.2.1. Giới thiệu về Flexi ISN.................................................................108
5.4.2.2. Service Awareness. .......................................................................111
5.5. Đánh giá giải pháp của Vinaphone...........................................................113
5.5.1. Đánh giá giải pháp. .............................................................................113
5.5.2. Đánh giá hiện trạng và dự báo khả năng phát triển mạng 3G của VNP.
.........................................................................................................................115

5.5.2.1. Đánh giá hiện trạng.......................................................................115
5.5.2.2. Dự báo khả năng phát triển mạng 3G của Vinaphone. .................119
5.5.3. Một số khuyến nghị cho giải pháp......................................................122

4


Lời cam đoan
Tôi là Trần Thị Ngọc, học viên cao học lớp KTDT2, khóa 2008 – 2010.
Thầy hướng dẫn là TS. Đỗ Trọng Tuấn.
Tơi xin cam đoan nội dung trình bày trong luận văn này là kết quả tìm hiểu và
nghiên cứu riêng của tơi, trong q trình nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu giải pháp
nâng cấp lên 3G từ mạng GSM của Vinaphone trong mạng lõi”. Các kết quả và dữ
liệu nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực. Mọi thơng tin trích dẫn đều được
tn theo luật trí tuệ sở hữu nhân tạo, liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo. Tơi xin
hồn tồn chịu trách nhiệm với những nội dung được viết trong luận văn này.

Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2010
Học Viên

Trần Thị Ngọc

5


Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt
AAL

ATM Adaptation Layer


AMR

Adaptive Multi Rate

ATM

Asynchronous Transfer Mode

AuC

Authentication Centre

BHCA

Busy Hour Call Attempt

BICC

Bearer Independent Call Control

BGW

Billing GateWay

BSC

Base Station Controller

BSS


Base Station System

BSSAP

Base Station System Application Part

BSSMAP

Base Station System Management Application Part

BTS

Basic Transceiver Station

CAMEL

Customized Applications for Mobile network Enhanced

Logic
CAS

Channel Associated Signalling

CAP

CAMEL Application Part

CAPEX

CAPital Expenditure


CC

Country Code

CCS

Channel Common Signaling

CGI

Cell Global Identity

CN

Core Network

CS

Circiut Switching

CSPDN

Circuit Switched Public Data Network

CPP

Connectivity Packet Platform

CRC


Cyclic Redundancy Check

6


DPC

Destination Point Code

DSCP

DiffServ Code Point

DTI/ GIWU

Data

Transmission

Interworking

Unit

InterWorking Unit
EDGE

Enhanced Data for GSM Evolution

EIR


Equipment Identity Register

EP

End Point

ETSI

European TelecommunicationS Institute

FDMA

Frequency Division Multiple Access

FE

Fast Ethernet

GARP

Generic Application Resource Processor

GCP

GateWay Control Protocol

GE

Gigabit Ethernet


GEM

Generic Ericsson Maganize

GERAN

GSM/EDGE Radio Access Network

GMSC

Gateway MSC

GSM

Global System for Mobile communication

GGSN

Gateway GPRS Support Node

GPB

General Purpose Board

GPRS

General Packet Radio Service

GT


Global Title

HCM

Hồ Chí Minh

HSDPA

High Speed Downlink Packet Access

HSS

Home Subscriber Server

HSUPA

High Speed Uplink Packet Access

IEEE

Institute of Electrical and Electronic Engineers

IETF

Internet Engineering Task Force

IMSI

International Mobile Subcriber Indentity


IPBCP

IP Bearer Control Protocol

7

/

GSM


ISUP

ISDN User Part

ITU

International Telecommunication Union

IWF

InterWorking Function

LAI

Location Area Identity

M3UA


MTP3 User Adaptation

MAP

Mobile Application Part

MIN

Mobile Intelligent Network

MGCP

Media Gateway Control Protocol

MGW

Media GateWay

M-MGW

Mobile Media GateWay

MOC

Mobile Originating Call

MS

Mobile Station


MSC

Mobile Service switching Center

MSC-S

MSC Server

MSISDN

Mobile Station ISDN number

MSS

Mobile Softswich Solution

MRSN

Mobile Station Roaming Number

MTC

Mobile Terminated Call

MTP

Message Transfer Part

MTP-3B


Message Transfer Part-3 Broadband

MTP3

Message Transfer Part Layer 3

MTU

Maximum Transmission Unit

NDC

National Destination Code

NSS

Network SubSystem

O&M

Operation and Maintenance

OMC

Operation and Maintenance Center

OPEX

Operation and Maintenance Expenditure


OSI

Open System Interconnection

PDP

Packet Data Protocol

8


PDU

Packet Data Unit; Protocol Data Unit

PLMN

Public Land Mobile Network

POI

Point Of Interconnection

PoC

Push to talk over Cellular

PS

Packet Switching


PSPDN

Packet Switched Public Data Network

PSTN

Public Switched Telephone Network

PVC

Permanent Virtual Circuit

QoS

Quality of Service

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

RAB

Radio Access Bearer

RAN

Radio Access Network

RANAP


RAN Application Part

RNC

Radio Network Controller

RNSAP

Radio Network Subsystem Application Part

RP

Regional Processor

RPB

Regional Processor Bus

RTP

Real Time Protocol

Rx

Receiving

SAAL

Signaling ATM Adaptation Layer


SAP

Signaling Access Point

SC

Service Center

SCCP

Signaling Connection and Control Part

SDP

Service Data Point

SEP

Signaling End point

SGSN

Serving GPRS Support Node

SGW

Signalling GateWay

SIGTRAN


Signaling Transport

SMS –GMSC

Short Message Service –GMSC

9


SMS –IWMSC

Short Message Service –Interworking Mobile Switching

Center
SOG

Service Order Gateway

SS7

Signalling System #7

SSF

Service Switching Function

SN

Subcriber Number


STM

Syschronous Tranfer Mode

STP

Signaling Transfer Point

TCAP

Transaction Capability Application Part

TCP

Transmission Control Protocol

TDM

Time Division Multiplex

TDMA

Time Division Multiple Access

TMSI

Temporary Mobile Subcriber Identity

TSC


Transit Switching Center

TSC-S

TSC-Server

TUP

Telephone User Part

TRAU

Transcoding and Rate Adaptation Unit

TRX

Transmitter–Receiver

Tx

Transmitting

UE

User Equipment

UMTS

Universal Mobile Telecommunication System


UTRA

Universal Terrestrial Radio Access

UTRAN

UMTS Terrestrial Access Network

VCI

Virtual Channel Identifier

VLAN

Virtual Local Area Network

VLR

Visitor Location Register

VNP

Vinaphone

VoIP

Voice over IP

VPN


Virtual Private Network

10


WAP

Wireless Application Protocol

WCDMA

Wideband CDMA

Danh mục các bảng
Bảng 2.1. Các tham số chính trong mạng [8]............................................................41
Bảng 4.1. Các giao diện của MSC-S [6]. ..................................................................62
Bảng 4.2. Số lượng board ET-MC1, ET-C41, ET-MFG trên MGW [5] ..................64
Bảng 5.1. Các tham số chung của hệ thống ..............................................................89
Bàng 5.1. Số liệu thuê bao 3G của Vinaphone tháng 12/2009. ..............................116
Bảng 5.2. Số lượng thuê bao 3G của Vinaphone tháng 8/2010..............................116
Bảng 5.3. Dự báo phát triển thuê bao 3G của Vinaphone trong 5 năm. .................121
Bảng 5.4. Quy mơ mạng lõi 3G trong vịng 5 năm.................................................122

11


Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống GSM [6]. ..........................................................17
Hình 1.2. Cấu trúc MSISDN trong GSM 900 [6]................................................................21

Hình 1.3. Cấu trúc IMSI [6].................................................................................................22
Hình 1.4. Cấu trúc MSRN [6]..............................................................................................24
Hình 1.5. Cấu trúc LAI [6]. .................................................................................................24
Hình 1.6. Cấu trúc CGI [6]. .................................................................................................24
Hình 1.7. Mơ hình phân lớp của SS7 [6]. ............................................................................26
Hình 1.8. Các giao thức SS7 trong GSM [6]. ......................................................................29
Hình 1.9. Các bước cập nhật vị trí [6]. ................................................................................30
Hình 1.10. Cuộc gọi xuất phát từ di động (MOC) [10]. ......................................................31
Hình 1.11. Lưu đồ các bước phân tích số trên MSC/VLR [10]...........................................32
Hình 1.12. Sơ đồ cuộc gọi từ cố định vào di động [10].......................................................33
Hình 2.1. Kết nối vật lý hiện tại của mạng VNP. ................................................................36
Hình 2.2. Cấu trúc mạng TDM của Vinaphone...................................................................38
Hình 2.3. Mạng IP của Vinaphone. .....................................................................................39
Hình 2.4. Cấu hình hệ thống GPRS của Vinaphone- Miền PS (Năm 2004)[1]...................40
Hình 2.5. Mơ hình lưu lượng của mạng Vinaphone [11]. ...................................................42
Hình 3.1. Nâng cấp kỹ thuật, mạng và dịch vụ [4] ..............................................................45
Hình 3.2. Lộ trình nâng cấp lên 3G. ....................................................................................46
Hình 3.3. Cấu trúc mạng GPRS [3]. ....................................................................................48
Hình 3.5. Cấu trúc mạng EDGE. .........................................................................................51
Hình 3.6. Giản đồ tín hiệu hai loại điều chế [2].....................................................................1
Hình 4.1. Chuyển mạch mềm thiết kế cho hiệu quả, tính linh hoạt và tiến hóa theo hướng
all-IP [5]...............................................................................................................................55
Hình 4.2. Kiến trúc mạng ngang [5]. ...................................................................................56
Hình 4.3. MSC-S với APZ 212 50 [5]. ................................................................................63
Hình 4.4. M-MGW trong mạng lõi 2G/3G [5]. ...................................................................65
Hình 4.5. Bố trí tủ MGW [5]. ..............................................................................................66
Hình 4.6. Mạng lõi chung cho cả 2G và 3G [11].................................................................73
Hình 4.7. TrFO [11].............................................................................................................74
Hình 4.8. Giao diện Ater [11]. .............................................................................................76
Hình 4.9. Kết nối IP trong mạng 3GPP Rel-4 [11]..............................................................78

Hình 5.1. Cấu trúc mạng 3G dựa trên 3GPP R99 [4]. ........................................................83
Hình 5.2. Cấu trúc mạng 3G dựa trên 3GPP R4 [4]. ...........................................................84

12


Hình 5.3. Cấu trúc mạng 3G dựa trên 3GPP R5 [4]. ...........................................................86
Hình 5.4. Mơ hình cung cấp dịch vụ sử dụng giao thức SIP trên IMS................................87
Hình 5.5. Cấu hình mục tiêu của mạng Vinaphone. ............................................................91
Hình 5.6. Kết nối IP giữa MSC-S và APG40 [5] ................................................................93
Hình 5.7. Kết nối IP của MGW [5]......................................................................................94
Hình 5.8. Các kết nối lớp chuyển tiếp trong mạng Vinaphone [5]......................................96
Hình 5.9. Báo hiệu quasi-associated [5]. .............................................................................97
Hình 5.10. Lớp giao thức SIGTRAN [5]. ............................................................................99
Hình 5.11. Lớp giao thức báo hiệu ATM [5].....................................................................100
Hình 5.12. Giao thức báo hiệu TDM [5]. ..........................................................................101
Hình 5.13. Giao diện Iu qua ATM trong SGSN [15]. .......................................................104
Hình 5.14. Iu qua ATM trong control plane [15]. .............................................................105
Hình 5.13. Iu qua ATM trong mặt phẳng người sử dụng của SGSN [15].........................105
Hình 5.15. Giao diện Iu qua IP trong SGSN [15]..............................................................106
Hình 5.16. Giao diện Iu qua IP trong mặt phẳng điều khiển của SGSN [15]....................107
Hình 5.17. Sử dụng song song SIGTRAN và C7 [15].......................................................108
Hình 5.18. Iu qua IP trong mặt phẳng người sử dụng trong SGSN [15]. ..........................108
Hình 5.19. Flexi ISN trong mạng 2G/3G [12]...................................................................109
Hình 5.20. Flexi ISN ecosystem [12]. ...............................................................................110
Hình 5.21. Minh họa việc tính cước đối với từng dịch vụ [12]. ........................................112
Hình 5.22. Biểu đồ phát triển thuê bao 3G của Vinaphone. ..............................................121

13



MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học…công
nghệ thông tin di động trong những năm qua đã phát triển khá mạnh mẽ cung cấp
các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng.
Hiện nay, mạng thơng tin di động vẫn đang sử dụng chính là công nghệ
GSM, tuy nhiên mạng GSM không đáp ứng được các yêu cầu về dịch vụ mới như
truyền số liệu tốc độ cao, điện thoại có hình, truy cập internet tốc độ cao từ máy di
động, và các dịch vụ truyền thơng đa phương tiện khác…cũng như địi hỏi chất
lượng dịch vụ ngày càng cao của người sử dụng. Do đó việc nghiên cứu và triển
khai mạng thơng tin di động thế hệ ba W-CDMA là một điều tất yếu. Xuất phát từ
những suy nghĩ trên, em đã chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp nâng cấp lên 3G từ
mạng GSM của Vinaphone trong mạng lõi”. Mặc dù 3G đã được triển khai và hoạt
động thực tế tại Việt Nam, nhưng không hẳn mọi người đều hiểu về công nghệ 3G
là gì và khi triển khai thực tế từ GSM lên 3G như thế nào, với đề tải này sẽ cung cấp
cái nhìn sâu sắc hơn về việc triển khai 3G trong mạng lõi, chủ yếu trong miền CS,
những đánh giá riêng của em về giải pháp của các hãng và giải pháp nâng cấp lên
3G của Vinaphone trong mạng lõi và đưa ra một vài khuyến nghị để giải pháp nâng
cấp lên 3G của Vinaphone có thể hồn thiện hơn.
Nội dung của luận văn bao gồm 5 chương:
Chương 1. MẠNG GSM.
Giới thiệu khái quát về kiến trúc mạng GSM, giới thiệu về hệ thống báo hiệu
số 7, các nhận dạng cơ bản và một số thủ tục trong mạng GSM.
Chương 2. MẠNG GSM CỦA VINAPHONE.
Trình bày và đánh giá về hiện trạng mạng 2G của Vinaphone. Từ đây sẽ đưa
ra các định hướng để xây dựng mạng 3G trên nền tảng mạng GSM đang tồn tại.
Chương 3. NÂNG CẤP GSM LÊN 3G.

14



Trình bày nhu cầu, điều kiện và các giai đoạn tiến lên 3G từ mạng GSM, đưa
ra được ưu nhược điểm của từng giai đoạn để từ đó thấy được xu hướng tất yếu để
xây dựng mạng 3G trên cơ sở GSM là theo chuẩn UMTS.
Chương 4. GIẢI PHÁP CỦA CÁC HÃNG KHI NÂNG CẤP TỪ GSM LÊN
3G.
Trình bày về giải pháp của Ericsson và Nokia Siemens cho việc nâng cấp từ
mạng GSM lên 3G. Phần cuối chương là đánh giá của tác giả về giải pháp của các
hãng khi đã được triển khai thực tế ở mạng Vinaphone.
Chương 5. GIẢI PHÁP LÊN 3G TỪ MẠNG GSM TRONG MẠNG LÕI
CỦA VINAPHONE.
Trình bày giải pháp của Vinaphone đã triển khai thực tế trên mạng lưới và
tác giả đưa ra những đánh giá về ưu và nhược điểm của giải pháp này. Trong
chương này cũng đưa ra những dự đoán về khả năng phát triển mạng 3G về số
lượng thuê bao cũng như sự mở rộng về mạng lưới của Vinaphone trong 5 năm tới
và đưa ra một vài khuyến nghị để giải pháp này hồn thiện hơn.
Trong q trình làm luận văn em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy
Đỗ Trọng Tuấn. Do thời gian, kiến thức hạn chế và nhiều số liệu không được phép
cung cấp ra ngồi nên khơng tránh khỏi những thiếu sót và nhiều phần chưa có số
liệu cụ thể.
Một lần nữa em xin cảm ơn thầy Đỗ Trọng Tuấn đã giúp đỡ em hoàn thành
luận văn này.

15


Chương 1. MẠNG GSM.
GSM (Global System for Mobile Communication) - Hệ thống thơng tin di
động tồn cầu, do ETSI (European Telecommunication Standard Institute - Viện
tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ) quy định. Giao tiếp vô tuyến của GSM dựa trên

công nghệ TDMA kết hợp với FDMA. Ở Châu Âu hệ thống GSM hoạt động ở tần
số 900 MHz cũng như tần số 1800 MHz. Ở Bắc Mỹ, GSM sử dụng tần số 1900
MHz. Mạng GSM hỗ trợ truyền thoại với tốc độ bit là 13 kbit/s và truyền số liệu với
tốc độ 9,6 kbit/s.

1.1.

Kiến trúc mạng GSM.
Hệ thống GSM có thể phân thành 3 phân hệ con:

-

Phân hệ chuyển mạch (NSS- Network Switching Subsystem)

-

Phân hệ trạm gốc (BSS – Basic Station Subsystem)

-

Phân hệ vận hành và bảo dưỡng (OMC – Operation and Maintenance Center)

1.1.1. Phân hệ trạm gốc (BSS)
Hệ thống BSS được chia thành 2 khối chức năng chính : Trạm thu phát gốc
BTS (Basic Transceiver Station) và bộ điều khiển trạm gốc BSC (Basic Station
Controller) , ngoài ra cịn có khối thích ứng tốc độ chuyển đổi mã TRAU
(Transcoder Rate Adaptor Unit).
Hệ thống GSM sử dụng mơ hình OSI (Open System Interconnection). Có 3
giao diện phổ biến trong mơ hình OSI: giao diện vơ tuyến giữa MS và BTS, giao
diện A giữa MSC và BSC và giao diện A-bis giữa BTS và BSC.

• Trạm thu phát gốc BTS : Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử
lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vơ tuyến. Có thể coi BTS là các modem vơ
tuyến phức tạp. BTS thực hiện các chức năng như thu phát vô tuyến, ánh xạ
kênh logic vào kênh vật lý, mã hóa/ giả mã, điều chế/ giải điều chế…

16


• Bộ điều khiển trạm gốc BSC : BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô
tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu
là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vơ tuyến và quản lý chuyển giao
(handover). Một phía BSC được nối với BTS cịn phía kia nối với MSC của
NSS. Vai trò chủ yếu của BSC là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và
chuyển giao (handover). Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục
BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này. Giao diện giữa BSC với
MSC được gọi là giao diện A, cịn giao diện giữa nó với BTS được gọi là
giao diện Abis.

Hình 1.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống GSM [6].
• TRAU có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại thành luồng số tốc độ 64 kbit/s
để truyền từ BSC đến MSC . TRAU tiếp nhận các khung số liệu 16 kbit/s từ
giao diện A-bis giữa BTS và BSC và nó định dạng lại thơng tin của mỗi
luồng số liệu thành dạng A-TRAU để truyền đi trên giao diện A giữa BSC
và MSC.
1.1.1. Phân hệ chuyển mạch.
NSS quản lý giao diện giữa người sử dụng mạng GSM với người sử dụng
17


mạng viễn thơng khác, nó bao gồm:

• Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile Service Switching
Centre): Thực hiện chức năng chuyển mạch, nhiệm vụ chính của MSC là
điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM. Một
mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài.
MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài gọi là GMSC. Việc giao tiếp
với mạng ngồi để đảm bảo thơng tin cho những người sử dụng mạng GSM
địi hỏi cổng thích ứng (các chức năng tương tác – IWF: interworking
function). Chẳng hạn NSS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7
(CCS No7), mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử của
NSS trong một hay nhiều mạng GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều
khiển trạm gốc (BSC).
• HLR (Home Location Register): là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu dữ lâu dài
các thông tin về thuê. HLR có trung tâm nhận thực AUC (Authentication
Center) và thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register).
AUC quản lý bảo mật dữ liệu cho việc nhận thực thuê bao. EIR chứa các số
liệu phần cứng của thiết bị.
• VLR (Visitor Location Register): VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu giữ
tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR được tham
chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR. Thông thường cơ sở dữ liệu VLR được tích hợp
ngay trong MSC.
• GMSC: Tổng đài cổng GMSC làm nhiệm vụ chuyển đổi giao thức để phù
hợp với từng loại mạng. Tổng đài cổng cung cấp các kết nối từ mạng di
động tới các mạng khác (di động hoặc cố định). Khi có cuộc gọi từ các mạng
khác vào, các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thơng tin về vị trí của th bao
từ HLR và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời
điểm hiện thời (MSC tạm trú).
• DTI/GIWU: DTI/GIWU cung cấp giao diện cần thiết cho các giao tiếp fax và
18



dữ liệu.
• SMS – GMSC: SMS – GMSC định tuyến các tin nhắn tới MS. Đối với việc
báo hiệu tới các thực thể của mạng GSM sử dụng báo hiệu MAP. Bất kỳ
MSC/GMSC có thể được triển khai là SMS – GMSC.
• SMS – IWMSC: SMS – IWMSC định tuyến các tin nhắn từ MS tới SC để
SC phân phát đi. Bất kỳ MSC/GMSC có thể được triển khai là SMS –
IWMSC.
1.1.2. Trạm di động MS
Trạm di động MS thực hiện 2 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 1 thẻ gọi là simcard để truy nhập
vào mạng.
Về cấu trúc MS gồm 2 phần chính: ME (Mobile Equipment) và SIM

(Subcriber indentity Module) . SIM là thành phần để nhận dạng thuê bao trong q
trình MS hoạt động trong mạng . Cịn ME là bộ phận để x ử lý các công việc chung
như thu, phát, báo hiệu…
1.1.3. Phân hệ vận hành và bảo dưỡng (OMC)
Một hệ thống GSM thường bao gồm rất nhiều trung tâm chuyển mạch MSC,
bộ điều khiển trạm gốc BSC và trạm thu phát gốc BTS được lắp đặt tại rất nhiều vì
trí khác nhau trên một vùng diện tích lớn. OMC là một hệ thống có nhiệm vụ giám
sát tồn bộ mạng GSM nhằm phục vụ cơng tác khai thác và bảo dưỡng mạng.
1.1.4. Các node khác trong cấu trúc mạng GSM.
Mạng thông minh di động (Mobile Intelligent Network – MIN).

MIN được sử dụng chung với PLMN. Nó bao gồm các nút dịch vụ mà cung
cấp các dịch vụ tiến bộ cho GSM, ví dụ như cho phép nhà khai thác mạng di động
cung cấp loại thuê bao trả trước.... Các chức năng của MIN bao gồm điểm chuyển
19


mạch dịch vụ SSP (Service Switching Point) và điểm điều khiển dịch vụ SCP
(Service Control Point).
Chức năng SSP xác định khi nào chức năng SCP được yêu cầu. Chức năng
SCP cung cấp dịch vụ. SSP thường được đặt trong MSC. Chức năng SCP có thể
được đặt trong nút SSP hoặc nó có thể là một nút độc lập.
Trung tâm dịch vụ SC (Service Center)
SC nhận, lưu trữ và chuyển tiếp một tin nhắn giữa người gửi tin nhắn và MS.
Cổng tính cước BGW (Billing GateWay)
BGW thu thập thơng tin cước. CDRs (Call Data Record) trong các file từ các
thành phần mạng và chuyển ngay lập tức thông tin tới các hệ thống xử lý trả sau mà
sử dụng các file CDR làm đầu vào.
BGW hoạt động như là giao diện tính cước tới tất cả các thành phần mạng.
Giao diện linh hoạt của BGW dễ dàng thích ứng tốt với các loại thành phần mạng
mới.

1.2.

Nhận dạng GSM.
Để chuyển mạch cuộc gọi tới một thuê bao di động, các mã nhận dạng đúng

cần được sử dụng. Một thuê bao di động có thể tạo, nhận, hoặc chuyển tiếp các cuộc
gọi từ bất kỳ vị trí nào trong mạng GSM PLMN với mức an toàn cao. GSM sử dụng
nhiều hơn một địa chỉ và việc đánh số để nhận dạng các mạng khác nhau.
Các nhận dạng được sử dụng cho GSM PLMN như sau:

1.2.1. MSISDN (Mobile Station ISDN number).
MSISDN là một số mà nhận dạng duy nhất một thuê bao di động bên
trong kế hoạch đánh số PSTN.
Trong GSM 900, MSISDN bao gồm:
MSISDN = CC + NDC + SN

20


Hình 1.2. Cấu trúc MSISDN trong GSM 900 [6].
Trong đó:
CC = Country Code: Mã nước.
NDC = National Destination Code : mã đích quốc gia.
SN = Subcriber Number: số thuê bao.
Chiều dài của MSISDN phục thuộc vào kiến trúc và kế hoạch hoạt động của
mỗi nhà hoạt động. Chiều dài tối đa là 15 chữ số, tiền tố không được bao gồm.
1.2.2. Nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI (International Mobile
Subcriber Indentity)
IMSI là mã nhận dạng duy nhất được cấp phát tới mỗi thuê bao cho phép
nhận dạng đúng qua phần vơ tuyến và thơng qua mạng GSM PLMN.
Nó được sử dụng cho tất cả nhận dạng báo hiệu trong PLMN và tất cả thông
tin thuê bao liên quan tới mạng được kết nối tới nó.
IMSI được lưu trữ trong SIM (Subcriber Indetity Module), cũng như trong
HLR và VLR.
Nó bao gồm 3 phần khác nhau:
IMSI = MCC + MNC + MSIN
Trong đó:
MCC: Mobile Country Code : Mã nước di động

21



MNC: Mobile Network Code: Mã mạng di động
MSIN: Mobile Subcriber Indetification Number: Số nhận dạng thuê bao di
động.

Hình 1.3.Cấu trúc IMSI [6].
IMSI có thể có chiều dài tối đa là 15 chữ số.
1.2.3. Nhận dạng thuê bao di động tạm thời TMSI (Temporary Mobile
Subcriber Identity)
TMSI có thể được sử dụng để giữ thông tin thuê bao tin cậy trên giao diện vơ
tuyến. Nó cũng làm tăng dung lượng tìm gọi (Paging) khi chiều dài của TMSI ngắn
hơn chiều dài của IMSI.
TMSI chỉ liên quan tới mức MSC/VLR cục bộ, và bị thay đổi trong những
khoảng thời gian nhất định. Mỗi nhà hoạt động có thể định nghĩa kiến trúc TMSI
riêng của họ. TMSI không được bao gồm nhiều hơn 4 octet khi được sử dụng bên
trong một vùng định vị (LA), ví dụ cho tìm gọi…Khi một cell ở bên trong một vùng
định vị mới được đi vào, nhận dạng của vùng định vụ (LAI) cần được thêm vào 4
octet để thực hiện cập nhật vị trí.
1.2.4. MSRN (Mobile Station Roaming Number)
Khi một cuộc gọi kết thúc tại di động (MTC) được thiết lập, HLR của thuê
bao bị gọi yêu cầu MSC/VLR hiện tại cấp phát một MSRN cho thuê bao bị gọi.
MSRN này được trả về ngang qua HLR tới GMSC. GMSC định tuyến cuộc gọi tới

22


tổng đài MSC/VLR nơi mà thuê bao bị gọi đang đăng kí. Việc định tuyến được thực
hiện sử dụng MSRN. Khi việc định tuyến được hoàn thành, MSRN sẽ được giải
phóng.

Tất cả các dữ liệu được trao đổi giữa GMSC-HLR-MSC/VLR đối với mục
đích hỏi dị (interrogation) sẽ được gửi qua báo hiệu số 7.
MSRN được xây dựng giống như MSISDN.
Trong GSM 900, MSRN bao gồm những thành phần sau:
MSRN = CC + NDC + SN
Trong đó:
CC = Country Code : Mã nước
NDC = Network Destination Code : Mã đích mạng
SN = Subcriber Number : Số thuê bao
1.2.5. Nhận dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity)
LAI được sử dụng cho việc tìm gọi, cho biết MSC nơi mà vùng định vị của MS
đang hoạt động. Nó cũng được sử dụng cho việc cập nhật vị trí của thuê bao di
động.
LAI bao gồm các thành phần sau:
LAI = MCC +MNC + LAC
Trong đó:
MCC=Mobile Country Code: Mã nước di động, giống hệt như MCC của IMSI.
MNC = Mobile Network Code: Mã mạng di động, giống hệt như MNC của
IMSI.
LAC = Location Area Code: Mã vùng định vị.
Chiều dài tối đa của LAC là 16 bits, cho phép tới 65536 vùng định vị khác
nhau được định nghĩa trong một PLMN.
23


Hình 1.4. Cấu trúc MSRN [6].
1.2.6. CGI (Cell Global Identity)
CGI được sử dụng cho việc nhận dạng Cell ở bên trong một vùng định vị. CGI
bao gồm thông tin giống như LAI và cũng bao gồm một nhận dạng Cell (CI). CI có
chiều dài tối đa là 16 bits. CI bao gồm:

CGI = MCC + MNC + LAC + CI

Hình 1.5. Cấu trúc LAI [6].

Hình 1.6. Cấu trúc CGI [6].
24


1.3.

Hệ thống báo hiệu số 7 (SS7) trong mạng GSM.
Mục đích chính của việc sử dụng báo hiệu trong các mạng viễn thông – nơi mà

các nút mạng khác nhau cần cùng làm việc và giao tiếp với nhau – để cho phép
truyền thông tin điều khiển giữa các nút như:
-

Các thủ tục điều khiển lưu lượng như thiết lập, giám sát và giải phóng các
dịch vụ và kết nối viễn thơng.

-

Giao tiếp cơ sở dữ liệu, ví dụ như việ c lấy cơ sở dữ liệu của các dịch vụ cụ
thể quan tâm, roaming trong các mạng tế bào…

-

Các thủ tục quản lý mạng, ví dụ như việc khóa hoặc mở khóa các luồng…

1.3.1. Phương thức báo hiệu.

Báo hiệu kênh kết hợp CAS (Channel Associated Signalling)
CAS có nghĩa là báo hiệu luôn luôn được gửi trên cùng kết nối (liên kết
PCM) với lưu lượng. Báo hiệu được kết hợp với kênh lưu lượng. Trong một liên kết
2Mbps PCM, 30 TS được sử dụng cho thoại, TS 0 sử dụng cho đồng bộ và TS16
được sử dụng cho báo hiệu đường dây. Tất cả 30 kết nối lưu lượng đều chia sẻ
TS16 trong một đa khung bao gồm 16 khung liên tiếp. Trên TS16, mỗi kênh lưu
lượng có vị trí tuần hoàn được cấp phát cố định cho báo hiệu đường dây.
Báo hiệu kênh chung CCS ( Channel Common Signaling)
Báo hiệu kênh chung là báo hiệu mà kênh báo hiệu không dành riêng cho một
cuộc gọi nào. Đây là phương thức báo hiệu cho bản tin sao cho mỗi bản tin được
dùng trong báo hiệu cho mỗi một cuộc gọi. Bản tin có khn dạng chung cho mỗi
một cuộc gọi, trong đó bản tin có thể được truyền trên kênh dành riêng cho báo hiệu
cùng tuyến với cuộc gọi hoặc có thể truyền trên 1 hay nhiều kênh chung trên các
tuyến khác nhau của cuộc gọi. Do đó nó lập thành một mạng báo hiệu độc lập với
mạng truyền tin và song song và đè lên mạng truyền tin đó.

25