GSM (Global System for Mobile Communication) là tập hợp các giao thức và công nghệ cho phép các thiết bị di động giao tiếp với các mạng di động và với nhau. Khám phá GSM là gì cũng như cách thức hoạt động qua bài viết dưới đây của HHN TECH nhé.
1. GSM là gì?
GSM, viết tắt của Global System for Mobile communication – Hệ thống thông tin di động toàn cầu, là tiêu chuẩn do Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI) phát triển để mô tả các giao thức cho mạng di động kỹ thuật số thế hệ thứ hai (2G) được sử dụng bởi các thiết bị di động. Đây là tiêu chuẩn truyền thông di động được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, với hơn 90% thị phần tính đến năm 2021.
GSM lần đầu tiên được giới thiệu vào đầu những năm 1990 và kể từ đó đã trở thành nền tảng cho nhiều công nghệ di động khác nhau, bao gồm 3G (UMTS) và 4G (LTE). GSM đã cách mạng hóa cách chúng ta giao tiếp bằng cách cho phép gọi thoại, nhắn tin văn bản và truyền dữ liệu qua mạng di động.
2. Cấu trúc của mạng GSM
Cấu trúc GSM bao gồm bốn hệ thống trung tâm. Dưới đây là các thành phần chính trong cấu trúc của mạng GSM:
- Mạng và chuyển mạch (NSS – Network Switching System)
- Trạm di động (MS – Mobile Station)
- Hệ thống trạm gốc (BSS – Base Station Subsystem)
- Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS – Operations and Support System)
2.1. Mạng và chuyển mạch (NSS – Network Switching System)
NSS là một thành phần của GSM, quản lý luồng và xử lý cuộc gọi cho các thiết bị di động di chuyển giữa các trạm gốc (base station). Hệ thống chuyển mạch bao gồm các đơn vị chức năng dưới đây:
Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (MSC- Mobile Services Switching Center): Là một phần không thể thiếu trong kiến trúc mạng GSM. MSC hỗ trợ chuyển mạch cuộc gọi giữa các thiết bị di động và người dùng mạng cố định hoặc mạng di động khác. MSC cũng giám sát các dịch vụ di động, bao gồm đăng ký, cập nhật vị trí và chuyển tiếp cuộc gọi đến người dùng chuyển vùng.
Bộ ghi định vị thường trú (HLR – Home Location Register): Đây là tập hợp các mục dữ liệu được sử dụng để lưu trữ và quản lý các đăng ký, cung cấp dữ liệu cho từng người dùng cũng như vị trí đã biết gần đây nhất của họ. HLR được coi là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất vì lưu giữ các bản ghi lâu dài về người dùng. Khi một người mua với tư cách thành viên từ một trong những nhà khai thác, họ sẽ được ghi danh vào HLR của nhà khai thác đó.
Bộ đăng ký vị trí thường trú (VLR – Visitor Location Register): VLR là cơ sở dữ liệu cung cấp thông tin thuê bao cần thiết để MSC phục vụ người dùng. Bao gồm phiên bản ngắn hạn của hầu hết dữ liệu được lưu trữ trong HLR. Thông thường VLR được triển khai như một thành phần của MSC nhưng cũng có thể được chạy như một chương trình độc lập.
Equipment Identity Register (EIR): Thành phần này xác định người dùng có thể sử dụng thiết bị di động cụ thể nào trên hệ thống hay không. EIR bao gồm danh sách mọi thiết bị di động đang hoạt động trên hệ thống, với mỗi thiết bị di động được nhận dạng bằng mã số nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI – International Mobile Equipment Identity).
Trung tâm xác thực (Authentication Center – AuC): AUC là đơn vị cung cấp các yếu tố xác minh và mã hóa để đảm bảo danh tính của người dùng và quyền riêng tư của mọi cuộc gọi. Trung tâm xác minh là một file an toàn chứa khóa riêng của người dùng trong thẻ SIM. AUC bảo vệ các nhà khai thác mạng khỏi các gian lận phổ biến trong thế giới di động hiện đại.
2.2. Trạm di động (MS)
Trạm di động về cơ bản là điểm truy cập mà người dùng sử dụng để kết nối với mạng. Đây là thiết bị có Mô đun nhận dạng thuê bao (SIM – Subscriber Identity Module). SIM liên kết thiết bị với một thuê bao riêng lẻ, cho phép thiết bị kết nối với hệ thống trạm gốc gần nhất (BSS).
2.3. Hệ thống trạm gốc (BSS – Base Station System)
Hệ thống trạm gốc BSS đóng vai trò là kết nối giữa hệ thống mạng (Network Subsystem) và trạm di động. BSS bao gồm 2 phần:
Trạm BTS (Base Transceiver Station): BTS chịu trách nhiệm về các giao thức kết nối vô tuyến với MS và chứa các bộ thu phát vô tuyến của cell. Mỗi trạm BTS bao gồm các bộ thu phát và anten. Dựa trên mật độ người dùng của cell, mỗi BTS bao gồm từ 1 đến 16 bộ thu phát.
Bộ điều khiển trạm gốc (BSC – Base Station Controller): BSC chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến của một hoặc nhiều trạm BTS và quản lý cấu hình kênh vô tuyến và chuyển giao. Bộ điều khiển trạm gốc đóng vai trò là liên kết giữa thiết bị di động và MSC. Ngoài ra, BSC phân bổ và phát các dải tần số và khe thời gian của MS.
2.4. OSS (Operations Support System)
OSS (Operations Support System) là sự kết hợp của các quy trình, dữ liệu, ứng dụng và công nghệ cho phép các nhà cung cấp quản lý mạng của họ. Các nhà mạng có thể sử dụng OSS để:
- Cấu hình các thành phần mạng
- Quản lý và cấu hình các dịch vụ mà nhà mạng cung cấp
- Xử lý lỗi hệ thống và quản lý trạng thái của hệ thống
- Giám sát hiệu suất dựa trên các chỉ số KPI về chất lượng dịch vụ và chất lượng trải nghiệm.
3. Cách thức hoạt động của GSM
Cơ sở hạ tầng mạng của GSM cho phép chuyển vùng quốc tế liền mạch, đảm bảo kết nối đáng tin cậy ở bất kỳ đâu trên thế giới. Dưới đây là chi tiết cách thức hoạt động của GSM:
- Bước 1: Đầu tiên, người dùng sẽ bắt đầu tương tác thông qua thiết bị có lắp thẻ SIM.
- Bước 2: Nhận dạng thiết bị di động được phát hiện bằng cách kết nối với trạm BTS gần nhất tại vị trí.
- Bước 3: Thiết bị và trạm BTS giao tiếp qua sóng vô tuyến thông qua các tần số đã quyết định trước.
- Bước 4: Sau đó, tín hiệu đến Bộ điều khiển trạm gốc (BSC – Base Station Controller), là nơi xử lý các trạm BTS và quản lý tài nguyên của các trạm này.
- Bước 5: BSC sau đó gửi tín hiệu đến Trung tâm chuyển mạch di động (MSC – Mobile Switching Center), đóng vai trò là điểm trung tâm trong định tuyến cuộc gọi.
- Bước 6: Trong giao tiếp này, MSC yêu cầu thông tin chi tiết về thuê bao và vị trí của thuê bao đó từ bộ ghi định vị thường trú (HLR – Home Location Register).
- Bước 7: MSC khởi tạo một đường dẫn và giao tiếp với thiết bị của bên được gọi để định tuyến cuộc gọi.
- Bước 8: Trong suốt cuộc gọi hoặc phiên, giọng nói và dữ liệu ở dạng kỹ thuật số và được gửi qua mạng GSM.
- Bước 9: Mạng sẽ thực hiện chuyển giao mà không can thiệp vào cuộc gọi được thực hiện.
- Bước 10: Kết nối được giải phóng và MSC gửi tin nhắn đến HLR để các thuê bao khác có thể sử dụng.
4. Lợi ích và hạn chế của mạng GSM
4.1. Lợi ích
Tính khả dụng rộng rãi, khả năng tương thích và bảo mật khiến GSM trở thành lựa chọn trên toàn thế giới. Cho dù là gọi thoại, SMS hay dữ liệu di động, kết nối liền mạch đều được đảm bảo trên mạng GSM.
Dưới đây là một số lợi ích mà GSM mang lại:
Khả năng tương thích: GSM tương thích với nhiều loại thiết bị, bao gồm điện thoại thông minh, điện thoại phổ thông (feature phone) và thiết bị IoT. Khả năng tương thích này cho phép giao tiếp liền mạch giữa các thiết bị và mạng khác nhau.
Chuyển vùng toàn cầu: Mạng GSM có mặt ở hầu hết mọi quốc gia trên thế giới, cho phép người dùng dễ dàng chuyển vùng và sử dụng thiết bị của họ ở nước ngoài mà không cần nhiều thẻ SIM hoặc nhà cung cấp mạng.
Bảo mật: Mạng sử dụng thuật toán mã hóa để đảm bảo giao tiếp an toàn giữa các thiết bị. Điều này bảo vệ quyền riêng tư của người dùng và ngăn chặn truy cập trái phép vào các cuộc gọi và dữ liệu của họ.
Độ tin cậy: GSM được biết đến với độ tin cậy, cung cấp vùng phủ sóng và chất lượng cuộc gọi nhất quán ngay cả ở những vùng xa xôi. Độ tin cậy này khiến GSM trở thành lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng quan trọng như dịch vụ khẩn cấp.
Hiệu quả: Cuối cùng, GSM được thiết kế để sử dụng hiệu quả phổ tần khả dụng, cho phép dung lượng cao hơn và hiệu suất mạng tốt hơn. Hiệu quả này dẫn đến chất lượng cuộc gọi được cải thiện và tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn.
4.2. Hạn chế
Giới hạn tốc độ dữ liệu: Tốc độ dữ liệu của GSM tương đối chậm so với mạng 3G, 4G và 5G. Điều này khiến GSM không phù hợp cho các tác vụ sử dụng nhiều dữ liệu như phát trực tuyến video độ nét cao hoặc tải xuống các file lớn.
Công nghệ cũ: GSM được coi là công nghệ cũ so với các thế hệ mới hơn như công nghệ 2G. Điều này có nghĩa là hỗ trợ và phát triển liên tục cho cơ sở hạ tầng có thể bị hạn chế vì ngành công nghiệp tập trung vào 4G và 5G.
Tiêu thụ điện năng: Các thiết bị GSM tiêu thụ nhiều điện năng hơn so với các thiết bị sử dụng công nghệ mới hơn. Điều này dẫn đến tuổi thọ pin thiết bị bị giảm đặc biệt là đối với các ứng dụng sử dụng nhiều dữ liệu.
5. So sánh GSM, CDMA và LTE
Dưới đây là bảng so sánh GSM, CDMA và LTE:
| Công nghệ | GSM | CDMA | LTE |
| Thế hệ | 2G | 2G, 3G | 4G |
| Kỹ thuật đa truy cập | TDMA | CDMA | OFDMA |
| Tốc độ truyền dữ liệu | Lên đến 384 Kbps (GPRS/EDGE) | Lên đến 2,4 Mbps (CDMA2000 1xRTT) | Lên đến 100 Mbps (LTE) |
| Độ trễ | Vừa phải | Vừa phải | Thấp |
| Hiệu suất quang phổ | Thấp | Vừa phải | Cao |
| Dải tần số | Nhiều loại (850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz) | Nhiều loại (450 MHz, 800 MHz, 1900 MHz, 2100 MHz) | Nhiều loại (700 MHz, 800 MHz, 1800 MHz, 2600 MHz) |
| Ưu điểm chính | Phạm vi phủ sóng rộng, khả năng tương thích ngược | Tăng dung lượng, chất lượng cuộc gọi tốt hơn, khả năng tương thích ngược | Dữ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp, sử dụng phổ hiệu quả |
| Ứng dụng chính | Cuộc gọi thoại, tin nhắn văn bản | Dịch vụ thoại và dữ liệu | Internet di động, phát video trực tuyến, ứng dụng thời gian thực |
Trên đây là một số thông tin để giúp bạn hiểu rõ hơn về GSM (Global System for Mobile Communication) là gì? Ngoài ra bạn đọc có thể tham khảo thêm một số bài viết đã có để hiểu rõ hơn về hệ thống trạm gốc (BSS -Base Station Subsystem) là gì nhé.
