THUẬT NGỮ VIẾT TẮTGPRS: General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM: Global System for Mobile Công nghệ thông tin di động toàn cầu WAP: Wirless Application Protocol Giao
Trang 1MỤC LỤC
MỤC LỤC……… 1
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT………2
DANH SÁCH HÌNH VẼ……… 3
LỜI MỞ ĐẦU………4
NỘI DUNG: I: TỔNG QUAN VỀ GSM và GPRS………5
II: GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA GPRS………9
III: CÁC KÊNH ĐIỀU KHIỂN CỦA GPRS……… 14
KẾT LUẬN………17
TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 18
Trang 2
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
GPRS: General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM: Global System for Mobile Công nghệ thông tin di động toàn cầu WAP: Wirless Application Protocol Giao thức ứng dụng vô tuyến
MAC: Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường TDMA: Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian TCP: Transmision Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn 2G: Second Generation Thế hệ thứ 2
3G: Third Generation Thế hệ thứ 3
MS : Mobile Stations Trạm di động
IP: Internet Protocol Giao thức Internet
CS-1: Coding Schemes – 1 Sơ đồ mã hoá 1
CS-2: Coding Schemes – 2 Sơ đồ mã hoá 2
CS-3: Coding Schemes – 3 Sơ đồ mã hoá 3
CS-4: Coding Schemes – 4 Sơ đồ mã hoá 4
SMS: Shost Message Service Dịch vụ bản tin ngắn
SNDCP: Subnetwork Dependent Convergence Protocol
Giao thức hội tụ phụ thuộc mạng con
LLC: Logical Link Control Điều khiển kênh logic
RLC: Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến
PDCH: Packet Data Channel Kênh số liệu gói
CCCH: Common Control Channel Kênh điều khiển chung
PBCCH: Packet Broadcast Control Channel
Kênh điều khiển quảng bá gói
PTCCH: Packet Timing Control Channel Kênh điều khiển định thời gói
PCCCH: Packet Commom Control Channel Kênh điều khiển chung gói
PRACH: Packet Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên gói PPCH: Packet Paging Channel Kênh tìm gọi gói
PAGCH: Packet Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập gói PDTCH: Packet Data Traffic Channel Kênh lưu lượng số liệu gói PACCH: Packet Associated Control Channel Kênh điều khiển lien kết
gói nhanh
PDCCH: Packet Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng
gói
DCCH: Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng
Trang 3DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1: Cấu trúc của GSM
Hình 2: Cấu trúc của GPRS
Hình 3 : Các sơ đồ mã hoá cho các tốc độ số liệu tương ứng đối
với một khe thời gian
Hình 4 : Cấu trúc kênh logic và đa khung của giao diện vô tuyến GPRS
Hình 5 : Cấu trúc giao thức GPRS giữa MS và SGSN
Trang 4LỜI MỞ ĐẦU
GPRS đã được nhắc đến nhiều trong khoảng 3-4 năm trở lại đây Hiện nay với các nước tiên tiến (đi đầu trong lĩnh vực Viễn thông) thì công nghệ GPRS được ví như là bữa
ăn hàng ngày Hầu hết các máy điện thoại gần đây đều được trang bị chức năng truy nhập GPRS
Với công nghệ GPRS, tốc độ đường truyền có thể đạt tới 150 Kbp/s, gấp tới 15 lần đường truyền hiện nay (GSM mới chỉ đạt tốc độ 9,6kbp/s) Người sử dụng có thể truy
cập Internet từ điện thoại di động có tính năng WAP để gửi tin nhắn hình ảnh và âm thanh; chia sẻ các kênh truyền số liệu tốc độ cao và ứng dụng đa phương tiện; truyền ảnh, truyền dữ liệu tốc độ cao, thương mại điện tử
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng, Công ty Dịch vụ Viễn thông (GPC) và Công ty Thông tin Di động (MobiFone) cũng đã đưa dịch vụ GPRS (dịch vụ vô tuyến gói chung) vào phục vụ khách hàng vào cuối năm 2003
GPRS thuộc GSM pha 2+, là một dịch vụ số liệu chuyển mạch gói trên cơ
sở hạ tầng GSM Công nghệ chuyển mạch gói được đưa ra để tối ưu việc truyền số liệu cụm và tạo điều kiện truyền tải cho một lượng dữ liệu lớn
Vì vậy bài luận này sẽ trình bày khái quát kiến thức về giao diện vô tuyến của GPRS Nội dụng bài luận gồm 3 nội dung chính:
Tổng quan về GSM và GPRS
Giao diện vô tuyến của GPRS
Một số kênh điều khiển của GPRS
Mặc dù đề tài không còn mới mẻ nữa, tuy nhiên do trình độ còn hạn chế, vốn tiếng anh hạn hẹp Nên bài luận này khó tránh được những sai sót không mong muốn Vì vậy rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô, bạn bè để bài luận này được đầy đủ chi tiết hơn
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 15 tháng 06 năm 2012
Nhóm thực hiện
Trang 5I. TỔNG QUAN VỀ GSM và GPRS
GSM (Global System for Mobile ) Công nghệ thông tin di động toàn cầu: Là một
công nghệ dùng cho mạng thông tin di động Hệ thống GSM ra đời năm 1988 sử dụng kết hợp 2 phương pháp đa truy nhập theo thời gian TDMA và theo tần số FDMA, nhờ đó tại
1 thời điểm có 8 thuê bao có thể sử dụng chung 1 kênh, GSM sử dụng cho dịch vụ truyền
thoại và fax với tốc độ 9600 bit/s
GPRS (General Packet Radio Service) là công nghệ chuyển mạch gói được phát triển trên nền tảng công nghệ thông tin di động toàn cầu (GSM : Global System for Mobile) sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA : Time Division Multiple Access) Những lợi ích chính của GPRS là dành riêng các tài nguyên vô tuyến
chỉ khi có dữ liệu truyền đi và làm gim độ tin cậy trên các thành phần chuyển mạch kênh truyền thống Với các chức năng được tăng cường, GPRS làm gim giá thành, tăng khả năng thâm nhập các dịch vụ số liệu cho người dùng Hơn nữa, GPRS nâng cao các dịch
vụ dữ liệu như độ tin cậy và đáp ứng các đặc tính hỗ trợ Các ứng dụng sẽ được phát triển với GPRS sẽ hấp dẫn hàng loạt các thuê bao di động và cho phép các nhà khai thác đa dạng hoá các dịch vụ Các dịch vụ mới sẽ làm tăng nhu cầu về dung lượng đường truyền trên các tài nguyên vô tuyến và các tiểu hệ thống cơ sở Một phương pháp GPRS dùng để làm gim bớt các tác động đến dung lượng đường truyền là chia sẻ cùng tài nguyên Radio giữa các trạm di động trong một tế bào Hơn nữa, các thành phần mạng cốt lõi sẽ được triển khai để hỗ trợ cho các dịch vụ số liệu được hiệu quả hơn
Để cung cấp các dịch vụ mới cho người sử dụng điện thoại di động, GPRS là bước quan trọng hội nhập tới các mạng thông tin thế hệ ba (3G) GPRS cho phép các nhà khai thác mạng triển khai trên nền một cấu trúc cốt lõi dựa trên mạng IP cho các ứng dụng số liệu và sẽ tiếp tục được sử dụng và mở rộng cho các dịch vụ 3G cho các ứng dụng số liệu
và thoại tích hợp GPRS chứng tỏ được sự phát triển các dịch vụ và ứng dụng mới, cũng như được dùng để phát triển các dịch vụ 3G
Trang 6
Hình 1: Cấu trúc của GSM
Trang 7Cấu trúc của GPRS
Hình 2: Cấu trúc của GPRS
Trang 8Các phần tử trong cấu trúc của GPRS:
- Trạm di động MS ( Mobile Stattion ) = ME + SIM
+ ME: Mobile Equipment – Thiết bị di động
+ SIM: Subscriber Indentity Module – Module nhận dạng thuê bao
- Phân hệ trạm gốc BSS ( Base Station Subsystem ) = TRAU + BSC + BTS
+ TRAU ( XCDR ): Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ
+ BSC ( Base Station ): Bộ điều khiển trạm gốc
+ BTS ( Base Transceiver Sation ): Trạm thu phát gốc
- Hệ thống mạng con NS ( Network Subsystem )
+ EIR ( Equipment Identity Registe ): Khối nhận dạng thiết bị
+ HLR ( Home Location Register ): Bộ định dạng thường trú
+ AuC ( Authentication Centrel ): Trung tâm nhận thực
+ GGSN ( Gateway GPRS Subbort Node ) : Nút hỗ trợ GPRS cổng
+ SGSN (Serving GPRS Subbort Node ): Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS
- Mạng khác ON ( Otrer Network )
+ PSTN ( Public switched telephone network): Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng + PLMN (Public Land Mobile Network ): Mạng di động công cộng mặt đất
+ Internet
Cách tổ chức kênh vật lý của GSM như sau:
- Dải tần 890-915 MHz dùng cho đường lên (từ MS đến BTS)
- Dải tần 935-960 MHz dùng cho đường xuống (từ BTS đến MS)
Như vậy trong dải tần dành riêng cho GSM chứa được 124 kênh vô tuyến Mỗi kênh vô tuyến này mang một khung TDMA với 8 khe thời gian
Trang 9II. GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA GPRS
GPRS được thiết kế để cung cấp các dịch vụ gói tốc độ cao hơn so với tốc độ truyền số liệu được cung cấp bởi các dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh của GSM Về mặt lý thuyết GPRS có thể cung cấp tốc độ số liệu lên đến 171 kbps ở giao diện vô tuyến, mặc dù các mạng thực tế không bao giờ
có thể đạt được tốc độ này ( do cần phải dành một phần dung lượng cho việc hiệu chỉnh lỗi trên đường truyền vô tuyến ) Trong thực tế, giá trị cực đại của tốc độ chỉ cao hơn 100 kbps một chút với tốc độ khả thi thường vào khoảng 40 kbps hoặc 50 kbps Tuy nhiên các tốc độ nói trên cũng lớn hơn nhiều so với tốc độ nói trên cũng lớn hơn nhiều so với tốc độ cực đại
ở GSM
GPRS đảm bảo tốc độ số liệu cao hơn nhưng vẫn sử dụng giao diện vô tuyến giống GSM (cùng kênh tần số 200 KHz được chia thành 8 khe thời gian) Tuy nhiên bằng GPRS, MS có thể truy nhập đến nhiều khe thời gian hơn Ngoài ra mã hoá kênh ở GPRS cũng hơi khác với mã hoá kênh của GSM GPRS định nghĩa một số sơ đồ mã hoá kênh khác nhau Sơ đồ mã hoá kênh thường được dùng nhất cho truyền số liệu gói là Sơ đồ mã hoá 2 ( CS-2) Sơ dồ mã hoá này cho phép một khe thời gian có thể mang số liệu
ở tốc độ 13,4 kbps Nếu một người sử dụng truy nhập đến nhiều khe thời gian thì tốc độ 40,2 kbps hay 53,6 kbps là khả dụng đối với người này Bảng sau liệt kê các sơ đồ mã hoá khác nhau và các tốc độ số liệu tương ứng đối với một khe thời gian
Sơ đồ mã hoá Tốc độ số liệu giao
diện vô tuyến ( kbps ) Tốc độ số liệu gần đúngcủa người sử dụng
(kbps)
Hình 3 : Các sơ đồ mã hoá cho các tốc độ số liệu tương ứng đối với một
khe thời gian
Các tốc độ giao diện vô tuyến ở bảng trên đảm bảo các tốc độ số liệu khác nhau của người sử dụng ở giao diện này Tuy nhiên, có nhiều lớp cao hơn giao diện vô tuyến cũng tham dự vào việc truyền số liệu ở GPRS Mỗi lớp bổ sung thêm thông tin vào số liệu nhận được từ lớp trên Lượng thông tin bổ sung do từng lớp tạo ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố
dễ nhận thấy nhất là kích cỡ của gói ứng dụng cần truyền
Trang 10Đối với một lượng số liệu cần truyền cho trước, các kích cỡ của gói số liệu ứng dụng nhỏ hơn sẽ dẫn đến thông tin bổ sung lớn hơn các kích cỡ của gói số liệu lớn hơn Kết quả là tốc độ số liệu có thể sử dụng được thấp hơn tốc độ số liệu giao diện vô tuyến từ 20 đến 30 phần trăm
Như đã nói ở trên sơ đồ mã hoá thường được sử dụng nhiều nhất cho truyền số liệu của người sử dụng là CS-2 Sơ đồ này đảm bảo hiệu chỉnh lỗi khá tốt ở giao diện vô tuyến Mặc dù CS-3 và CS-4 cung cấp thông lượng cao hơn, nhưng chúng nhạy cảm cao với lỗi ở giao diện vô tuyến Thực ra CS-4 hoàn toàn không đảm bảo hiệu chỉnh lỗi ở giao diện vô
tuyến CS-3 và đặc biệt là CS-4 đòi hỏi phát lại nhiều hơn ở giao diện vô tuyến, vì thế thông lượng thực sự hầu như không tốt hơn CS-2
Tất nhiên ưu điểm lớn nhất của GPRS không chỉ đơn giản là ở chỗ nó cho phép tốc độ số liệu cao hơn Ưu điểm lớn nhất của GPRS là nó sử dụng công nghệ chuyển mạch gói Điều này có nghĩa là một người sử dụng chỉ tiêu phí tài nguyên khi người này cần phát hoặc thu số liệu Nếu một người sử dụng không phát số liệu ở một thời điểm, thì các khe thời gian ở giao diện vô tuyến tại thời điểm này sẽ được dành cho các người sử dụng khác
Việc GPRS cho phép nhiều người sử dụng cùng chia sẻ tài nguyên vô tuyến là một ưu điểm lớn Điều này có nghĩa rằng mỗi khi một người sử dụng muốn truyền số liệu thì MS phải yêu cầu được truy nhập đến các tài nguyên này và mạng phải cấp phát các tài nguyên này trước khi xảy ra truyền số liệu Mặc dù điều này có vẻ như nghịch lý với việc dịch vụ luôn
được kết nối, GPRS hoạt động sao cho thủ tục yêu cầu – cấp phát không
bị phát hiện, vì thế người sử dụng và dịch vụ dường như luôn luôn được kết nối Ta thử tưởng tượng rằng người sử dụng đang tải xuống một trang Web và sau đó đợi một khoảng thời gian nào đó trước khi tải xuống tiếp trang Web khác Để tải xuống một trang Web mới, người sử dụng yêu cầu tài nguyên vô tuyến, mạng cấp phát tài nguyên này, MS gửi yêu cầu trang Web đến mạng, mạng gửi yêu cầu này đến mạng số liệu ngoài ( Internet chẳng hạn ) Các thủ tục này xảy ra rất nhanh để trễ không bị quá lớn Rất nhanh chóng trang Web mới này xuất hiện trên thiết bị của người sử dụng
GPRS phù hợp với một phạm vi rộng các ứng dụng từ thư điện tử (
E-mail ), văn phòng di động ( Mobile Office ), các ứng dụng đo lường lưu lượng từ xa, tới tất cả các ứng dụng dữ liệu cụm chẳng hạn như truy cập Internet GPRS cho phép hỗ trợ các ứng dụng dữ liệu của mạng cố định hiện tại trên các đầu cuối di động Dịch vụ GPRS được định hướng chủ yếu cho các ứng dụng với các đặc tính lưu lượng của truyền tải chu kỳ với khối lượng nhỏ và truyền không theo chu kỳ của các dữ liệu có kích thước nhỏ hoặc trung bình Điều này tạo khả năng cho hệ thống có thể phục vụ các
Trang 11duy trì qua các kênh chu chuyển mạch kênh, để tránh trở ngại của phổ vô tuyến gói Các ứng dụng của GPRS có thể tiến hành từ các công cụ thông tin trong một máy tính xách tay PC ( thư điện tử, truyền dẫn file, và hiển thị trang Web (WWW) đến các ứng dụng đặc biệt lien quan tới các truyền tải thấp ( máy đo từ xa, điều khiển lưu lượng đường sắt và đường giao thông, thông tin điều hành taxi và xe tải, hướng dẫn đường động lực và giao dịch tiền tệ…)
Giao diện vô tuyến GPRS được xây dựng trên cùng nền tảng như giao diện vô tuyến của GSM, cùng sóng mang vô tuyến độ rộng băng 200 kHz và 8 khe thời gian trên một sóng mang Điều này cho phép GSM và GPRS chia sẻ cùng một tài nguyên vô tuyến Chẳng hạn nếu ta xét một sóng mang vô tuyến nào đó, thì ở một thời điểm, một số khe thời gian có thể mang lưu lượng GSM còn một số khe khác mang số liệu GPRS Ngoài ra GPRS cho phép phân bổ động tài nguyên, nhờ vậy một số khe có thể được sử dụng để mang lưu lượng thoại và sau đó dành cho lưu lượng số liệu GPRS tuỳ thuộc vào các yêu cầu lưu lượng Vì thế không cần thiết kế vô tuyến đặc biệt hoặc quy hoạch tần số bổ sung cho GSM khi sử dụng GPRS Tất nhiên, GPRS có thể yêu cầu bổ sung thêm sóng mang trong một ô Khi này có thể cần quy hoạch tần
số bổ sung, nhưng việc quy hoạch này không khác với quy hoạch cần thiết để bổ sung sóng mang cho GSM
Mặc dù GPRS sử dụng cùng một cơ sở hạ tầng như GSM, việc đưa vào GPRS cũng có nghĩa rằng phải đưa thêm một số kiểu kênh logic mới và các sơ đồ mã hoá kênh mới áp dụng cho các kênh logic này Khe thời gian dùng để mang lưu lượng số
liệu hay báo hiệu liên quan đến GPRS được gọi là kênh số liệu gói ( PDCH:
Packet Data Channel )
Hình vẽ cho thấy các kênh này sử dụng cấu trúc đa khung 52 khung đối lập với cấu trúc đa khung 26 khung của GSM Như vậy đối với một khe cho trước, tại một thời điểm nhất định thông tin được mang trong khe phụ thuộc vào vị trí của khung trong cấu trúc đa khung 52 khung Trong số 52 khung ở cấu trúc đa khung, có12 khối vô tuyến mang số liệu của người sử dụng, hai khe để trống và hai khe dành
cho hai kênh điều khiển định thời gói ( PTCCH:Packet Timing Control
Channel ) Mỗi khối vô tuyến chiếm bốn khung TDMA, như vậy mỗi khối vô
tuyến tương ứng với bốn trường hợp liên tiếp của một khe thời gian MS có thể sử dụng các khe để trống ở cấu trúc đa khung để đo tín hiệu
Các kênh logic
