Bài toán thiết lập mạng thông tin di động GSM

Thông tin di động là loại hình thông tin hiện đại, đáp ứng được nhu cầu của xã hội phát triển. Từ đó từ khi mới ra đời thông tin di động đã phát triển nhanh chóng phát triển và ngày càng chứng tỏ đựoc tiện ích của nó trong đời sống con người. Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác. Điển hình cho thông tin di động hiện nay là hệ thống GSM. Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và triển khai hệ thống mạng đến mọi nơi trên lãnh thổ quốc gia. Để đáp ứng các nhu cầu về chất lượng dịch vụ ngày càng nâng cao các nhà khai thác không ngừng cải tiến kỹ thuật và trang thiết bị để tránh tắc nghẽn và rớt cuộc gọi, có thể phục vụ khách hàng ở nọi lúc, mọi nơi. Để đạt được những yêu cầ đó thì việc tính toán đó quy hoạch hệ thống ngay từ khi bắt đầu xây dựng là rất quan trọng, nó có ý nghĩa quyết định trong quá trình xây dựng hệ thống.

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin di động là loại hình thông tin hiện đại, đáp ứng được nhu cầu của xã hội phát triển Từ đó từ khi mới ra đời thông tin di động đã phát triển nhanh chóng phát triển và ngày càng chứng tỏ đựoc tiện ích của nó trong đời sống con người Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh và mang lại nhiều lợi nhuậncho các nhà khai thác Điển hình cho thông tin di động hiện nay là hệ thốngGSM Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽviệc nghiên cứu và triển khai hệ thống mạng đến mọi nơi trên lãnh thổ quốc gia Để đáp ứng các nhu cầu về chất lượng dịch vụ ngày càng nâng cao các nhà khai thác không ngừng cải tiến kỹ thuật và trang thiết bị để tránh tắc nghẽn và rớt cuộc gọi, có thể phục vụ khách hàng ở nọi lúc, mọi nơi Để đạt được những yêu cầ đó thì việc tính toán đó quy hoạch hệ thống ngay từ khi bắt đầu xây dựng là rất quan trọng, nó có ý nghĩa quyết định trong quá trình xây dựng hệ thống

Được sự định hướng và chỉ dẫn của thầy giáo hướng dẫn Em đã

chọn đề tài: “Bài toán thiết lập mạng thông tin di động GSM” Với mục

đích là tìm hiểu Hệ thống GSM, Lưu lưọng thông tin và bài toán Thiết lập mạng thông tin di động GSM Nội dung của đồ án gồm 3 chương:

Chương 1: Khái quát về Hệ thống GSM

Nội dung của chương này là nghiên cứu tổng quan về mạng thông tin

di động, cấu hình cơ bản của mạng, giao diện vô tuyến, các loại kênh và cách ánh xạ các kênh lôgic lên kênh vật lý

Chương 2: Dự báo nhu cầu và dự báo lưu lượng

Nội dung của chương này là nghiên cứu dự báo nhu cầu điện thoại;

dự báo lưu lượng và cách tính toán thông số của các kênh lôgic của mạng thông tin di động GSM trên cơ sở lưu lượng dự báo, công thức Erlang B và

Chương 3: Bài toán thiết lập mạng thông tin di động GSM

Nội dung của chương này là trình bày cơ sở lý thuyết, mục đích củathiết lập mạng, nghiên cứu quy trình thiết lập một mạng thông tin di động GSM

Tính toán các thông số của một mạng thông tin di động với số các sốliệu dự báo và giả thuyết theo thống kê

Được sự chỉ dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn cùng với sự cố gắng của bản thân em đã hoàn thành đúng thời hạn Nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi các sai sót Rất mong được sự góp ý của các thầy,cô giáo và các bạn để đồ án dược hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG GSM 1.1 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA GSM

1.1.1 Giới thiệu chung về GSM

Một mạng vô tuyến tế bào gồm các BS đặt giữa các tế bào được bố trí thành mạng hình tổ ong ( hình 1.1 )

1 2

3

5

7 6

1 2

3

5

7 6

1 2

3

5

7 6

1 2

3

5

7 6

1 2

3

5

7 6 4

4 4

4

4

1 2

3

5

7 6

4 1

2

3

5

7 6 4

1 2

3

5

7 6 4 D

C¸c tÕ bµo

Tr¹m gèc

D: Kho¶ng c¸ch sö dông l¹i tÇn sè

Hình 1.1: Cấu trúc tổ ong của mạng vô tuyến tế bàoCác băng sóng đường lên, đường xuống có độ rộng W được chia thành các phần Bc và mỗi giải con Bc được gán cho một tế bào, N tế bào lâncận nhau hợp thành từng cụm N trạm gốc BS với W=N.Bc Các cụm này lạighép giáp nhau và phủ kín vùng cần phủ sóng là phần diện tích cần cung cấp dịch vụ liên lạc di động Giữa các vùng phủ sóng, các mạng nối với nhau có thể nối với nhau bằng đường trục riêng hoặc thông qua PSTN

Hệ thống di động tế bào (Cellular Mobile Radio System) đầu tiên ở

đầu chỉ dùng cho vài nghìn thuê bao.Cho tới năm 1992 thì toàn châu Âu đã

có 6 loại mạng tế bào khác nhau tại 16 nước, phục vụ 1.2 triệu thuê bao Lúc đó tại châu Âu, giữa các hệ thống và các thuê bao của các mạng khác nhau thì không tương thích, khả năng lưu động của các thuê bao từ nước này sang nước khác rất thấp do đó khá bất tiện Số thuê bao thấp dẫn tới giáthiết bị và dịch vụ cao Trong tình hình như vậy, từ năm 1992 Hội nghị Bưu chính và Viễn thông châu Âu CETP đã thành lập nhóm chuyên trách

về thông tin di động GSM có nhiệm vụ xác định một hệ thống thông tin di động công cộng tiêu chuẩn toàn châu Âu hoạt động trên băng tần 900 Mhz.Nhóm này đã quyết định xây dựng hệ thống liên lạc số di động cho hệ

GSM ( nay được hiểu một cách rộng rãi là “Global System for Mobile communications”, tức là Hệ thống thông tin di động toàn cầu) Các thí

nghiệm và các mô phỏng đã được tiến hành ở nhiều nước châu Âu trên nhiều hệ thống với nhiều nguyên tắc khác nhau Tới năm 1986, 9 nước đầu tiên đã qua thử nghiệm được đề xuất cho một hệ thống GSM toàn châu Âu tại hội nghị của CETP diễn ra ở Pari, bao gồm: CD -900,MATS -D/W, ADPM, DMS -90, MOBIRA,SFH -900, S900 –D, MAX II, MTS –D/N

Cả 3 loại đa truy cập ( FDMA, TDMA, và CDMA đo Pháp và Đức sản xuất) và tới 7 sơ đồ điều chế được thử nghiệm trong các loại hệ thống này, với tốc độ truyền từ 20Kb/s đến 8Mb/s Tại hội nghị này, đại diện các nhà quản lý và cung cấp dịch vụ thông tin từ 15 nước châu Âu đã tiến hành bỏ phiếu lựa chọn cấu hình tiêu chuẩn của hệ thống GSM căn cứ theo yêu cầu

về hiệu quả phổ, chất lượng âm thanh, giá thành máy di động, giá trạm cố định, tính tiện lợi mang xách, khả năng phục vụ dịch vụ mới và khả năng hoạt động với các hệ thống hiện hành

1.1.2 Các thông số cơ bản của hệ thống GSM

Các mô tả chi tiết về GSM được nêu trong 13 tập khuyến nghị của GSM, thông qua vào tháng 4 năm 1988 và từ đó tới nay liên tục được bổ

sung và phát triển Sau một thời gian thử nghiệm, từ năm 1991 mạng GSM

đã được sử dụng tại châu Âu và tại rất nhiều nước trên thế giới So với mọt

số hệ thống thông tin di động vô tuyến tế bào TDMA thế hệ thứ hai khác như IS -54 của Mỹ hay hệ thống tương tự như ở Nhật Bản… GSM là một

hệ thống với tham vọng lớn hơn nhiều Các mô tả cơ bản của GSM như sau:

- Băng sóng:

(890 – 915) MHz (Đường lên - uplink)

(935 – 960) MHz (Đường xuống – downlink)

Các băng sóng song công này phân bổ cho 2 giải phòng vệ, mỗi giải rộng 200 Khz, và 124 cặp kênh vô tuyến (lên xuống) mỗi kênh rộng 200 Khz Khoảng cách giữa các cặp kênh vô tuyến là 200 Khz

- Loại song công:

FDD (đường lên và đường xuống trên 2 tần số thuộc hai băng sóng riêng biệt) với khoảng cách giữa 2 sóng mang lên xuống của một kênh là 45 Khz.Tần số sóng mang trên hai băng sóng đối với kênh song công thứ n được tính theo công thức : FnI= 890,2+ 0.2(n- 1) [Mhz] và FnII= FnI + 45 [Mhz]

- Sơ đồ truy cập:

TDMA với 8 khe thời gian trên một sóng mang vô tuyến Độ dài một khe thời gian:  058 ms, do đó khoảng thời gian một khung TDMA gần bằng 4,6 ms (0,58 x 8 khe)

Mã hoá tiếng nói:

Mã dự kiến tuyến tính – kích thích xung đều RPE –LPC dự đoán dài hạn, tốc độ 13 Kb/s đối với một giai đoạn của GSM và 6,5 Kb/s trong giai đoạn phát triển 2 và 2+

- Mã hoá kênh:

Mã chập tốc độ 1/2, độ dài ràng buộc bằng 5 (CC(2,1,5)), kết hợp với

trọng nhất,sau đú 53 bit này được ghộp với 132 bit quan trọng cựng 4 bit đuụi tạo thành cụm 189 bit và được mó hoỏ tiếp bằng mó chập tốc độ ẵ tạo nờn độ dài mó 378 bit, 78 bit tiếng núi khụng quan trọng thỡ khụng được

mó hoỏ nhằm tiết kiệm tốc độ bit mó (hỡnh 1.2)

Số bit dữ liệu sau khi mó hoỏ kờnh là 456 bit trong một khung tớn hiệu tiếngnúi 20 ms, hỡnh thành tốc độ tin thoại của một kờnh là 22,8 Kb/s

50 bit rất quan

78 bit Không quan trọng

378 bit đã mã chập tốc độ 1/ 2 ) ( 78

78 Sau mã khối

Điều chế:

Điều chế tần số dịch pha cực tiểu Gao –xơ GMSK cú đường bao

khụng đổi, BT = 0,3(Bandwith bitinterval, nhờ đú suy giảm giữa 2 súng

mang lõn cận là 18 dB và hơn 50 dB đối với cỏc kờnh xa hơn Độ rộng phổ

tín hiệu băng gốc của một kênh vô tuyến ( gồm 8 khe thời gian với tốc độ tổng cộng 271 Kb/s) là khoảng 50 Khz.

San bằng: Phải giải quyết được các trải giữ chậm tới 16s

Nhảy tần:

Nhảy tần chậm với tốc độ 217 buớc nhảy/s, việc quyết định có áp dụng nhảy tần hay không thuộc vào quyền quyết định của nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động (công ty điện thoại di động)

Công suất:

- Công suất đỉnh cho máy di động :(2- 20) W

- Công suất trung bình cho máy di động : (0,25 – 2,5) W

- Kiểm soát công suất: Có áp dụng

Kiểm soát điều khiển:

- Chuyển điều khiển(Hand Over): Có áp dụng

- Tên kênh điều khiển: SACCH;

- Tốc độ kênh điều khiển: 967 Kb/s

- Kích thước tin điều khiển: 184 Bit;

- Trễ xử lý điều khiển: 480 ms

1.1.3- Hoạt động của mạng GSM

a- Sơ đồ khối cơ bản của mạng GSM

Hình 1.3 trình bày cấu trúc đơn giản của một mạng di động mặt đất công cộng GSM

Các kí hiệu :

MS: Trạm di động

MT: Đầu cuối di động;

TE: Thiết bị đầu cuối

Um: Giao diện vô tuyến giữa trạm gốc và trạm di động

A: Giao diện giữa BS - MSC

BS: Trạm gốc cố định

BSS: Hệ thống trạm gốc

BTS: Trạm thu – phát gốc

BSC: Đài điều khiển trạm gốc

MSC: Trung tâm chuyển mạch di động ( tổng đài thông tin di động)NMC:Trung tâm quản lý mạng

OMC: Trung tâm thao tác và bảo trì

ADC: Trung tâm quản trị mạng

AUC: Trung tâm nhận thực thuê bao

EIR: Bộ ghi số nhận diện phần cứng trạm di động

HLR: Bộ ghi định vị thường trú; VLR: Bộ ghi định vị tạm trú

BTS BTS BTS

Hình 1.3 : Cấu trúc cơ bản của một mạng GSM

b- Chức năng các khối và hoạt động của mạng:

Liên lạc vô tuyến di động trong một mạng di động mặt đất công cộngGSM được làm thuận tiện nhờ một loạt các thủ tục và chức năng mạng

MS: Là thiết bị mà một thuê bao sử dụng để truy nhập các dịch vụ

của hệ thống Về mặt chức năng, MS gồm một đầu cuối di động MT, vàthiết bị đầu cuối TE mà nó có thể gồm một hay nhiều bộ phận như bộ phậnđiện thoại và thiết bị đầu cuối số liệu DTE Khi cần, một hay nhiều bộ phốihợp đầu cuối TA có thể được ghép kèm vào đó MT thực hiện các chứcnăng cần thiết để tạo kênh vật lý giữa MS và BS như thu phát vô tuyến,quản lý kênh, mã hoá và giải mã kênh, mã hoá và giải mã tiếng nói… Cónhiều loại MS: mang xách, gắn trên xe, cầm tay Giao diện vô tuyến giữa

MS và BS được đặt tên là Um Trong GSM có sự phân biệt giữa thiết bị vật

lý và thuê bao Một trạm di động MS gồm thiết bị di động và một đơn vịnhỏ nữa gọi là mô - đun xác nhận thuê bao SIM được chế tạo dưới dạng

một card thông minh (Smart Card) mà thiếu nó thì thuê bao không thể truy

nhập mạng ngoại trừ gọi các số khẩn cấp (cảnh sát, cứu thương, cứu hoả)

Hệ thống trạm gốc: Là Trạm gốc được chia thành theo chức năng

thành Trạm thu- phát gốc và Đài điều khiển trạm gốc, được kết nối vớinhau bằng giao diện A-bis BS thực hiện chức năng quản lý kênh vô tuyếnbao gồm đặt kênh, giám sát chất lượng đường thông, phát các tin quảng bá

và thông tin báo hiệu liên quan, cũng như điều khiển các mức công suấtphát và điều khiển nhảy tần Các chức năng khác nữa của BS còn là mã hoá

và giải mã sửa lỗi, mã chuyển tiếng nói số hoặc phối hợp tốc độ số liệu,khởi đầu chuyển điều khiển HO trong nội bộ tế bào (về kênh chất lượng tốthơn) cũng như mã tín hiệu báo hiệu và số liệu Mỗi một tế bào của GSM cómột trạm thu – phát gốc BTS (là máy thu phát vô tuyến được sử dụng đểphủ sóng cho một tế bào) hoạt động trên một tập kênh vô tuyến Các tậpkênh của các tế bào lân cận nhau thì sử dụng các tập tần số khác nhau nhằmchống gây nhiễu lẫn nhau Thiết bị vô tuyến trong một BS có thể phục vụcho một vài tế bào hoặc các sec- tơ trong một tế bào, trong trường hợp đó

nhiệm vụ thực hiện mọi chức năng kiểm soát trong BS như điều khiển HO,điều khiển công suất… Một số BSC, đến lượt mình, lại được phục vụ bởimột MSC.

Tổng đài thông tin di động MSC: Được nối tuyến tới BS thông qua

giao diện A và thực hiện tất cả các chức năng cần thiết đối với hoạt độngcủa các trạm di động trong cụm các tế bào mà nó phục vụ Các chức năngcủa MSC bao gồm lập tuyến và điều khiển cuộc gọi ; các thủ tục cần thiếtcho làm việc với các mạng khác(chẳng hạn với mạng điện thoại công cộngPSTN, hay với mạng số đa dịch vụ ISDN); các thủ tục liên quan tới quản lýquá trình di động của các trạm di động như nhắn tin để thiết lập cuộc gọi,báo vị trí mới trong quá trình lưu động và nhận thực nhằm chống các cuộcgọi truy nhập trái phép; cũng như các thư tục cần thiết để tiến hành chuyển

điều khiển (HO).

Chuyển điều khiển: Là quá trình gán lại liên lạc của một trạm di

động sang một BS khác khi MS di động ra khỏi vùng phục vụ của một BS.Ngoài quá trình HO này, trong hệ thống GSM còn có một loại HO khác là

HO trong tế bào Quá trình này là việc chuyển một cuộc gọi đang tiến hànhtrên một kênh này sang một kênh khác trong cùng một tế bào khi chấtlượng kênh dùng giảm dưới mức cho phép, có nhiễu quá lớn hoặc có vấn

đề trong bảo trì Do các yêu cầu ngày càng cao về mật độ máy trong một tếbào, các kênh tần số vô tuyến phải được tái sử dụng thường xuyên vì thếviệc chia tế bào nhỏ hơn (các Microcell) và do đó làm tăng khả năng nhiễucùng kênh Để chống lại, một thuật toán HO hiệu quả là tuyệt đối cần thiếtdựa trên việc đánh giá một cách thông minh

Bộ ghi định vị thường trú: Là một đơn vị cơ sở dữ liệu dùng để

quản lý các thuê bao di động HLR chứa một phần thông tin được báo mới(cập nhật) thường xuyên về vị trí định thời của MS (hiện đang có mặt tạivùng phục vụ của MSC nào) cho phép các cuộc gọi tới một MS được nối

tới MSC mà tại đó MS bị gọi đang hịên diện Ngoài ra HLR còn chứa cácthông tin về thuê bao như các dịch vụ phụ(mà thuê bao có quyền sử dụngtrong mạng) và các thông số nhận thực có liên quan tới quá trình nhận thựcthuê bao như số nhận diện thuê bao di động quốc tế IMSI … Thông số nàyđược trung tâm nhận thực sử dụng để xác nhận quyền truy nhập của thuêbao vào hệ thống Mọi thông số thuê bao nói trên của mọi thuê bao thuộc

về một mạng của một nhà cung cấp dịch vụ ( công ty điện thoại di động)đều được đưa vào lưu trữ tại HLR của mạng đó, ngay vào thời điểm đăng

ký (mua thuê bao)

AUC: Là một đơn vị cơ sở dữ liệu trong mạng, cung cấp các tham số

mã mật và nhận thực cần thiết để đảm bảo tính riêng tư (mật) của từng cuộcgọi và xác định quyền truy nhập của các thuê bao đang tiến hành truy nhậpmạng Bộ ghi số nhận diện thiết bị nối tới MSC bằng một tuyến báo hiệu,cũng là một cơ sở dữ liệu, chứa thông tin về thiết bị phần cứng của mọithuê bao đăng ký trong mạng (con số nhận diện phần cứng của thiết bị diđộng) cho phép MSC nhận biết được các MS hỏng, bị lấy cắp hay đang gọitrộm

Bộ ghi định vị tạm trú VLR: Là một khối chức năng theo dõi MS

hiện có trong vùng MSC của nó, kể cả các MS là thuê bao của các công ty

di động GSM khác(miễn là công ty đó có ký kết về lưu động với công tyquản lý mạng di động đang xét) song đang hoạt đọng ngoài vùng HLR củachúng VLR vì vậy là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin của mọi MS hợp lệhiện đang có trong vùng của nó.Mỗi MSC có mọt VLR riêng (trong CME

20 – giải pháp GSM của hãng Ericsson thì VLR được bố trí kèm với thiết

bị MSC) Vùng mà MSC quản lý do vậy có tên gọi vùng phục vụ MSC/VLR

Việc quản lý di động của các MS trong mạng được thông qua quá

đơn vị cơ sở dữ liệu là VLR và HLR MS phải thường xuyên thông báo choPLMN về vị trí của mình bằng cách thường xuyên cập nhật vị trí thông quacác MSC/ VLR để đổi mới nội dung của HLR Để hổ trợ quá trình này, cácPLMN được chia thành các vựng địa lý không giao nhau gọi là các vùng

LA Mỗi LA gồm 1 số thuê bao và được đặc trưng bởi một số nhận diện

LA duy nhất Số này được phát quảng bá thường xuyên tới mọi MS thôngqua kênh điều khiển phát thanh BCCH truyền trên các sóng mang vô tuyếnriêng Các MS có thể tự do duy chuyển trong LA mà không cần cập nhập vịtrí Chỉ khi nào MS nhận thấy có sự thay đổi về số nhận diện LA, nó mớiphát ra yêu cầu báo cập nhật vị trí Ngoài ra, ngay khi 1MS chuyển độngtới 1vùng MSC mới thì VLR của MSC đó sẽ hỏi số liệu về MS từ HLR đểsau đó nếu MS muốn gọi thì VLRđã có các thông tin cầnthiết để thiết lậpcuộc gọi không cần hỏi lại HLR nữa Đồng thời HLR cũng được thông báo

về vị trí mới của MS đó (về MSC mà MS mới duy chuyển tới) MS vãng lai(từ mạng khác tới) sẽ được dăng ký một cách chủ độngtại MSC gần nhất vàHLR của mạng mà MS mới truy nhập sẽ đưựơc báo về sự xuất hiên của

MS đó Một con số vãng lai tạm thời được gán cho MS mới đến, điều nàycho phép nối tuyến các cuộc gọi tới MS này

OMC, NMC và ADC: Là các bộ phận chức năng mà thông qua

chúng có thể giám sát, điều khiển, quản lý và bảo trì hệ thống

c- Hoạt động của hệ thống phục vụ một cuộc gọi :

Khi một người sử dụng điện thoại GSM khởi đầu một cuộc gọi, MS

sẽ tìm kiếm 1BS xem như gần nhất (là BS đang cung cấp một mức tín hiệu

mà MS thu thấy đủ lớn trên sóng mang BCCH) Sau đó MS đồng bộ với nó

và báo cho BS biết quá trình truy nhập này là để thiết lập cuộc gọi đi Tiếpđến BS sẽ đặt một kênh báo hiệu 2chiều cho MS, đồng thời thiết lập mộtđuờng nối tới MSC phục vụ khu vực MSC sử dụng số IMSI nhận được từtrạm di động để hỏi HLR của thuê bao về các số liệu liên quan tới thuê bao

đó Số liệu về thuê bao nhận được từ HLR sau đó sẽ được chuyển tới VLRkhu vực Trên kênh điều khiển 2 chiều nói trên, mạng sẽ tiến hành kiểm traquyền truy nhập của thuê bao Sau khi được mạng chấp nhận, MS xác địnhloại dịc vụ mong muốn và phát đi số máy bị gọi BS phcụ vụ tế bào sẽ đặtkênh liên lạc và MSC sẽ nối tuyến cuộc gọi tới đích Nếu MS di chuyểnsang 1 tế bào khác thì nó sẽ được gán lại cho BS khác và quá trình HO xảy

ra Nếu các BS đang tham gia vào quá trình HO này lại được điều khiển bởicùng 1BSC thì HO tiến hành dưới sự điều khiển của BSC đó Nếu các BS

ấy điều khiển bởi các BSC khác nhau thì HO được thực hiện bởi MSC.Trong trường hợp MS vừa liên lạc vừa di chuyển từ vùng phục vụMSC/VLR này sang vùng phục vụ MSC/VLR khác thì việc điều khiểnđược thực hiện với sự phối hợp của cả 2 MSC cũ và mới

Nếu một người từ mạng điện thoại cố định công cộng PSTN muốnthiết lập 1 cuộc gọi đến 1 thuê bao GSM, tổng đài PSTN sẽ nói cuộc gọi tớitổng đài tổng GMSC của mạng di động PLMN GMSC có thể làm bất cứMSC nào của mạng GSM (có thể là hầu hết các MSC của GSM) GMSClàm việc như một tổng đài trung kế vào của GSM/PLMN Tại GMSC, chứcnăng hỏi định tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động được thực hiện Điều nàyđược thực hiện bằng cách hỏi HLR nơI MS đang hiện diện HLR sẽ thôngbáo địa chỉ MSC nào mà MS đI gọi đã đăng kí mới đây nhất Khi đóGMSC có thể định tuyến cuộc gọi tới MSC cần thiết Khi cuộc gọi đặt tớiMSC này, VLR của nó sẽ cho biết chi tiết hơn về vị trí của MS bị gọi (vùngđịnh vị LA hiện thời mà MS bị gọi đang hiện diện) Nhờ đó có thể nốithông đến MS bị gọi Dưới sự điều khiển của BSC một tín hiệu paging(nhắn gọi) được phát trên 1 kênh paging PCH khắp khu vực phủ sóng củavùng định vị mà tại đó MS bị gọi đang đăng ký vị trí, các kênh paging nàyđược các MS trong vùng thu nghe thường xuyên ngay cả khi không có đàm

thủ tục truy nhập mạng giống thủ tục được tiến hành khi nó thực hiện mọttcuộc gọi như đã mô tả ở phần trên, chỉ khác là tin truyền về BS thì báo rằng

sự truy nhập là do thu được tín hiệu gọi trên kênh paging

1.2- CÁC GIAO DIỆN SỬ DỤNG TRONG GSM

1.2.1- Khái niệm về các kênh giao tiếp vô tuyến

Air Interface là giao diện vô tuyến tên gọi chung của đầu nối giữa

trạm di động MS và BTS Giao tiếp sử dụng khái niệm TDMA với mộtkhung TDMA cho một tần số mạng Mỗi khung gồm 8 khe thời gian TS,hướng từ BTS đến MS là đường xuống và ngược lại từ MS đến BTS làđường lên

Ở Việt Nam, GMS sử dụng băng tần đường lên 890,2-898,4 MHz vàđường

xuống 935,2 - 934,4MHz Mỗi tần số sóng mang 200kHz trên mỗi sóngmang thực hiện ghép kênh theo thời gian ứng với mỗi khung TDMA ta có

số kênh bằng 124 x 8 (khe)=922 kênh.

- Kênh vật lý:

Một số TS của một khung TDMA ở một sóng mang là một kênh vật

lý thì một sóng mang ở GMS có 8 kênh vật lý, thông tin phát đi từ một TSgọi là Burst

- Kênh lôgíc:

Kênh lôgíc được chia làm hai loại : Kênh lưu lượng và kênh điềukhiển

1.2.2- Kênh lưu lượng (TCH):

TCH mang thông tin tiếng được mã hoá hoặc số liệu của người sửdụng Là kênh đường lên và xuống, điểm đến điểm

Có hai dạng kênh được định nghĩa:

- Bm hay kênh toàn tốcTCH mạng thông tin ( tiếng được mã hoá

hay số liệu) ở tốc độ tổng 22,8 kbit/s với tiếng nói và 9,6kbit/s với số liệu

- Lm hay TCH bán tốc mạng thông tin ( tiếng được mã hoá hay số

liệu) ở tố độ tổng 11,4 kbit/s với tiếng nói và 4,8kbit/s với số liệu

1.2.3- Các kênh điều khiển :

Các kênh này mang tín hiệu báo hiệu hay số liệu đồng bộ Ba loạikênh được định nghĩa kênh quảng bá, kênh điều khiển chung và riêng Sau

đó chúng lại được chia nhỏ :

a- Các kênh quảng bá (BCH):

- Kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH): Kênh này mang thông tin để

hiệu chỉnh tần số của MS Là kênh đường xuống điểm tới đa điểm

- Kênh đồng bộ (SCH): kênh này mang thông tin để đồng bộ khung

(số khung TDMA) của MS và nhận dạng BTS (BSIC) Kênh đường xuốngđiểm tới đa điểm

Số khung TDMA : Một trong các tính năng của GSM là bảo vệ

thông tin của người sử dụng để chống nghe trộm Điều này được thực hiện nhờ mật mã hoá thông tin trước khi nó phát hiện Thuật toán để tính khoá mật mã sử dụng số khung TDMA như một thông số vào, và vì thế mỗi khung phải có một số khung là một chu trình 3,5 giờ (2715 648 khung TDMA) Ngoài ra khi biết số TDMA, trạm di động sẽ biết loại kênh logíc nào đang được truyền ở kênh điều khiển,TS0.

BSIC được trạm di động sử dụng để kiểm tra nhận dạng BTS khi đo cường độ tín hiệu (để tránh đo nhầm ở các ô đồng kênh) Nó cũng được sử dụng để phát hiện sự thay đổi PLMN (người khai thác).

- Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): Trên cơ sở một kênh cho

một BTS (thông tin riêng của ô) Là kênh đường xuống điểm tới đa điểm

b- Các kênh điều khiển chung (CCCH):

- Kênh tìm gọi (PCH): Kênh này được sử dụng để tìm gọi MS.

Kênh đường xuống, điểm tới đa điểm

- Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH): Kênh này được MS dùng

để yêu cầu dành một SDCCH hoặc để trả lời tìm gọi, hoặc để thâm nhậpkhi khởi đầu hay đăng kí cuộc gọi MS Kênh đường lên, điểm đến điểm

- Kênh cho phép truy nhập (AGCH): Kênh này được sử dụng để

dành một SDCCH hay trực tiếp một TCH cho một MS Kênh đường lên xuống, điểm đến điểm

-c- Các kênh điều khiển riêng (DCCH):

- Kênh điều khiển riêng đứng một mình (SDCCH): Được sử dụng

để báo hiệu hệ thống khi thiết lập một cuộc gọi trước khi ấn định một TCH.Chẳng hạn đăng kí và nhận thực được thực hiện ở đây Kênh đường lên -xuống, điểm đến điểm

- Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH): Kênh này liên kết với

một TCH hay một SDCCH Đây là một kênh số liệu liên tục mang thôngtin liên tục như các thông báo đo đạc từ trạm di động về cường độ tín hiệuthu từ ô hiện thời và các ô lân cận Thông tin cần cho chức năng chuyểngiao Nó cũng được sử dụng để điều chỉnh công suất của MS và để đồng bộthời gian Kênh đường lên-xuống, điểm đến điểm

- Kênh điều khiển liên kết nhanh (FACCH): Là kênh liên kết với

TCH FACCH làm việc ở chế độ lấy cắp Nghĩa là nếu trong khi truyền dẫncần trao đổi thông tin báo hiệu với hệ thống ở tốc độ cao hơn nhiều so vớikhả năng của SACCH, khi đó các cụm 20 ms tiếng (số liệu) được lấy cắpcho mục đích báo hiệu Đây là trường hợp khi chuyển giao (handover).Người sử dụng sẽ không nghe thấy gián đoạn khi bộ giải mã tiếng thay thế

20 ms tiếng thiếu bằng một chuỗi nội suy

1.2.4 Cụm:

Cụm là mẫu thông tin ở một khe thời gian kẽm kênh TDMA, cứ 8khe thời gian một lần TDMA được phát đi thì có 1 cụm của một loại thôngtin

Có năm loại cụm khác nhau

a- Cụm thường:

Cụm này dược sử dụng để mang thông tin TCH và các kênh điềukhiển trừ RACH ,SCH, FCCH

- Các bít được mã: Gồm 57 bít số liệu hay tiếng được mật mã cộng

với một “Cờ lấy cắp” chỉ thị xem cụm này có bị lấy cắp cho báo hiệuFACCH hay không

F Các bít được mã57 TB3 8,58GP

Hình 1.4: Cấu trúc một cụm thường

- Chuỗi hướng dẫn: Là một mẫu bít biết trước để bộ cân bằng có

thể thành lập một mô hình kênh Sở dĩ chuỗi hướng dẫn được đặt ở giữa

vì kênh này luôn thay đổi Khi đặt nó ở đây có thể hi vọng rằng kênh nàykhông quá khác khi nó tác động lên các bít thông tin Nếu ta đặt chuỗihướng dẫn ở đẩu một cụm thì mẫu kênh do ta tạo ra sẽ không đúng với cácbít ở cuối cụm

- Các bít đuôi (TB): Luôn là (0,0,0).Các bít này giúp cho bộ cân

bằng biết được đâu là đầu và cuối của mẫu bít, vì thuật toán của bộ cânbằng cần điểm khởi đầu và kết thúc

- Khoảng bảo vệ (GP): Là một khoảng trống Nếu có cực đại 8

người sử dụng trên một sóng mang sử dụng các khe thời gian khác nhau , ta

Trong thực tế rất khó đồng bộ các cụm chính xác (không có GP) vì cáctrạm di động luôn luôn chuyển động trong quá trình cuộc gọi, vì thế cáccụm của các trạm di động hơi ‘trượt’ so với nhau, thậm chí cả khi sử dụngphương pháp đồng bộ thời gian thích ứng (8,25 bít tương ứng với 30 s).

GP cho phép máy phát dịch lên và dịch xuống trong giới hạn do khuyếnnghị GSM qui định

b- Cụm hiệu chỉnh tần số:

Cụm này được sử dụng để điều chỉnh tần số của trạm di động Nótương đương như sóng mang không bị điều chế Các lặp lại của cụm nàygọi là FCCH

- Các bít cố định: Đều là không, nên bộ đều chế sẽ cung cấp một

sóng mang không bị điều chế

- Các bít đuôi: Giống như cụm bình thường.

- Khoảng bảo vệ: Giống như cụm bình thường.

TB 3

Hình 1.5: Cấu trúc một cụm sửa tần số

c- Cụm đồng bộ :

Cụm này được sử dụng để đồng bộ thời gian của trạm di động nóchứa một chuỗi đồng bộ dài dễ dàng nhận biết và mang thông tin của sốkhung TDMA cùng với mã nhận dạng trạm cơ sở, các lặp lại của các cụmnày cũng được gọi là SCH

Các bít được mã 39

TB 3

GP 8,25 0.57ms = 156,25 bit (tốc độ 271 kb/s)

Hình 1.6: Cấu trúc một cụm đồng bộ

d- Cụm thâm nhập: Sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và có GP để

TB 3

GP 68,25 0.57ms = 156,25 bit (tốc độ 271 kb/s)

Hình 1.7 : Cấu trúc một cụm truy nhập

e- Cụm giả: Được phát đi từ BTS và không chứa thông tin khuôn

mẫu giống như cụm bình thường với các bit mật mã được thay bởi các bithỗn hợp có mẫu bit xác định

Cấu trúc khung của GSM (hình 1.8)

GP 8,25

F 1

TB 3

F 1

57 bit d÷ liÖu

1 TS dµi 156,25 bit (0,577 ms)

Hình 1.8 : Cấu trúc khung của GSM

1.3- SẮP XẾP CÁC KÊNH LÔGIC LÊN KÊNH VẬT LÝ

Trong điều kiện bình thường, khi BTS dùng từ hai sóng mang trở lênthì các kênh báo hiệu và điều khiển được sắp xếp trên các TS0 và TS1 củasóng mang C0 của BTS đó Sóng mang C0 của tế bào do đó được gọi làsóng mang BCCH Các TS khác (TS2-TS7) của sóng mang này và mọi TScủa các sóng mang còn lại được dành cho kênh lưu lượng TCH

1.3.1- Kênh C0,TS0, đường xuống ( hình 1.9)

TS0 trên sóng mang đường xuống C0 chỉ dùng để sắp xếp các kênhđiều khiển FCCH (F), SCH (S), BCCH (B) và CCCH (C) Kênh C đường

xuống này có thể là kênh paging PCH hoặc là kênh trao quyền truy nhập

AGCH Các kênh FCCH,SCH và BCCH phải luôn được phát Nếu kênhCCCH không được sử dụng (không tìm gọi và không trao quỳên truy nhậpcho một MS nào cả) thì một cụm giả (Dummy bust) được truyền thế chỗvào đó MS căn cứ vào tín hiệu trên kênh F mà đồng chỉnh tần số của mìnhtheo sóng mang chủ của BTS Từ tín hiệu kênh S, MS đọc ra BSIC để nhậndiện BTS và đọc ra số khung TDMA phục vụ cho việc giải mã và giải mãmật Thông tin về tế bào được MS theo dõi trên kênh C hoặc để tìm gọi

MS, hoặc để ra lệnh đặt cho MS một kênh SDCCH Ngoài ra, khi bậtnguồn máy di động hoặc khi cần phải HO, MS đo cường độ tín hiệu sóngmang C0 để quyết định xem BTS nào thích hợp hơn cả

1.3.2- Kênh C0,TS0, đường lên (hình 1.10)

Dùng hoàn toàn cho các kênh truy cập ngẫu nhiên RACH MS sẽ sửdụng kênh RACH để phát BSIC của BTS mà nó đang hiện diện, dùng như

là tín hiệu gọi BTS để xin truy nhập

Hình 1.10: Sắp RACH trên TSO, CO, đường lên

1.3.3- Kênh C0,TS0, đường lên – xuống (hình 1.11)

- Đường xuống:

sdcch0 sdcch1 sdcch2 sdcch3 sdcch4 sdcch5 sdcch6 sdcch7 sacch4 sacch5 sacch6 sacch7

sdcch0 sdcch1 sdcch2 sdcch3 sdcch4 sdcch5 sdcch6 sdcch7 sacch0 sacch1 sacch3 sacch3

0 1 2 3 4 5 6 7

2 ®a khung 51

Hình 1.11: Sắp 8 SDCCH trên TS1, sóng mang CO, đường xuống

Các kênh điều khiển dành riêng đứng riêng SDCCH (viết tắt là kênhD) và các kênh điều khiển liên kết chậm SACCH (viết tắt là kênh A) phục

vụ cho tạo cuộc gọi hoặc đăng ký trên cùg một kênh vật lý do tố độ bít

đi kèm cùng chia sẽ kênh TS1 trên sóng mang C0 (hình 1.11) Độ dài chu

kỳ kênh SDCCH trên khe TS1 chiếm tới 2 đa khung 51

Trong đó : Kênh SDCCH thứ x ký hiệu là SDCCHx được dành riêngcho MSx (MS thứ x) trong suốt quá trình MS này tiến trao đổi các thông sốvới mạng nhằm tạo cuộc gọi hay đăng ký cập nhật vị trí Kênh SDCCHxchỉ được dành cho MS khác khi MSx cũ đã chuyển sang một TCH để tiếnhành liên lạc hay đã thả kênh này sau khi đã đăng ký vị trí xong

Kênh SACCHx đi kèm với kênh SDCCHx, dùng cho báo hiệu điềukhiển giữa BTS với MSx trong quá trình trao đổi thông tin giữa MSx với

BS trên kênh SDCCHx (trong đó có các lệnh điều khiển công suất của MS

và lệnh gióng thời gian, nhất thiết phải trao đổi quá trình thiết lập truyềntin)

- Đường lên:

Cũng ghép 8 kênh D và 8 kênh A đặt kèm như đường xuống tuynhiên chúng bị trượt khung so với đường xuống 3TS Độ giữ chậm này làcần thiết nhằm tính đến thời gian đi – về và MS sẽ có thời gian để tính racâu trả lời cho BTS theo các thông báo trên đường xuống

sdcch0 sdcch1 sdcch2 sdcch3 sdcch4 sdcch5 sdcch6 sdcch7 sacch4 sacch5 sacch6 sacch7

sdcch0 sdcch1 sdcch2 sdcch3 sdcch4 sdcch5 sdcch6 sdcch7 sacch0 sacch1 sacch3 sacch3

0 1 2 3 4 5 6 7

2 ®a khung 51

Hình 1.12: Sắp 8 SDCCH và 8 SACCH trên TS1, sóng mang CO, đường lên

1.3.4- Các kênh vật lý khác

Các kênh vật lý còn lại (sóng mang C0, TS2-TS7 và TS0-TS7 củacác sóng mang còn lại) đều dành cho kênh lưu lượng TCH và các SACCH

đi kèm để báo cáo cường độ tín hiệu đo được trong quá trình liên lạc, phục

vụ điều khiển công suất Chu kỳ của kênh TCH là 26 TS Đường lên vàđường xuống giống nhau chỉ khác là chúng bị trượt đi 3 TS

Khe rỗi I (TS 26 trong khuôn TCH) được dùng để kiểm tra BSIC củacác BTS lân cận, phục vụ quá trình đo lường và báo cáo cường độ tín hiẹutrong quá trình liên lạc

Trong quá trình liên lạc, MS luôn đo cường độ tín hiệu của sóngmang mà nó sử dụng cũng như sóng mang C0 của các kênh lân cận, và gửi

về BTS trên kênh SACCH liên kết với kênh TCH mà MS đang sử dụng.Mạng sẽ căn cứ vào các báo cáo này để điều khiển công suất MS bằngđường xuống của kênh SACCH Mặt khác mạng cũng tiến hành đo tín hiệuthu được từ MS và căn cứ vào báo cáo từ MS và số liệu đo được sẽ quyếtđịnh HO khi cần thiết Việc điều khiển HO phải diễn ra nhanh chóng vìkênh này quá chậm (chu kỳ 235,38 ms) Để điều khiển HO, kênh điềukhiển liên kết nhanh FACCH được sử dụng bằng cách cứ 20 ms của tínhiệu lưu lượng kênh TCH bị lấy trộm để truyền tin điều khiển HO, tốc độ

sẽ nhanh hơn 10 lần so với việc sử dụng kênh SACCH

THÔNG TIN

Dự báo là một khâu quan trọng không thể thiếu được trong côngviệc đưa ra quyết định Nó dự báo xu hướng trong tương lai và trở thànhđiều căn bản để lập kế hoạch phát triển mạng có hiệu quả kinh tế cũng nhưđáp ứng được chất lượng cuộc gọi cho mạng thông tin

Ngày nay, trong lĩnh vực viễn thông có ảnh hưởng lớn đến cuộc sốngcủa con người và các hoạt động kinh tế Nó là một ngành có qui mô lớn,đối với thiết bị đòi hỏi phải đầu tư rất nhiều Bởi vậy, điều đặc biệt quantrọng với ngành để mở rộng mạng, ổn định trong việc quản lý và đầu tưthiết bị hiệu quả là phải dựa vào dự báo nhu cầu dài hạn Trong chương IInày sẽ trình bày về dự báo nhu cầu và các phương pháp dự báo nhu cầuthuê bao và dự báo lưu lượng Dự báo nhu cầu thông tin càng được tiếnhành chính xác thì quá trình quản lý mạng cũng như việc lập kế hoạchmạng càng có hiệu quả

2.1 - TÍNH TOÁN DỰ BÁO NHU CẦU THUÊ BAO

Dự báo nhu cầu thuê bao bao gồm tính toán nhu cầu phát triển ởtừng giai đoạn, cung cấp số liệu nhu cầu cho tổng đài và định kích thướcnhóm đường trung kế

Dự báo nhu cầu thuê bao bị tác động bởi nhiều yếu tố Các yếu tố cóthể được phân chia ra thành các yếu tố nội sinh và các yếu tố ngoại sinh

- Các yếu tố nội sinh bao gồm các loại cước như giá thiết bị, cước cơbản hàng tháng, cước phụ trội và chiến lược Maketing như chiến lượcquảng cáo sản phẩm, thị hiếu người tiêu dùng Dự báo nhu cầu phải phântích các yếu này để xác nhận nhu cầu trong tương lai và từ đó tính toánđược số lượng thiết bị đưa vào sử dụng

- Các yếu tố ngoại sinh bao gồm các yếu tố kinh tế như tỷ lệ tăng

trưởng kinh tế, tỷ lệ tiêu dùng dân cư và các yếu tố xã hội như dân số, số hộgia đình và số người đang làm việc

2.1.1 - Tăng trưởng nhu cầu

Mạng điện thoại thường phân thành 3 pha như hình 2.1

Pha bắt

đầu

Pha t¨ng trưởng nhanh

Pha bão hòa

Thêi gian

Hình 2.1: Ba pha tăng trưởng

Ở mỗi pha, các điều kiện kinh tế và xã hội là khác nhau Khi lựa chọnmỗi phương pháp dự báo, điều quan trọng để phân tích lựa chọn là phải xácđịnh được mạng hiện tại đang nằm ở pha nào

sẽ bị cản trở

Nhu cầu cá nhân bị hạn chế trong pha này Điện thoại vẫn là thứhàng hóa xa xỉ đối với người tiêu dùng nói chung và không thể xem là thứhàng hóa thiết yếu cho cuộc sống Vì vậy, để dự báo nhu cầu điện thoại cho

sản xuất kinh doanh cần phải phân tích sự phát triển kinh tế của địa phương

và quốc gia

b - Pha tăng trưởng nhanh :

Tốc độ tăng trưởng nhanh hay còn gọi là giai đoạn tăng tốc.Ở phanày, kinh tế đã phát triển Trong lĩnh vực công nghiệp, cần phải cải tiếnmạng viễn thông để đáp ứng chất lượng dịch vụ cao hơn Điều này là phùhợp khi mức sống của người dân tăng lên và nhu cầu điện thoại là tăng lên.Công việc dự báo trong giai đoạn này là rất quan trọng vì một loạt sai sóttrong dự báo có thể dãn tới sai sót trong việc lập kế hoạch về chi phí

c - Pha bão hòa:

Tốc độ tăng trưởng giảm Ở pha này, mật độ điện thoại dân cư đã đạttới 80% hoặc nhiều hơn thế và cả điện thoại dân cư và kinh doanh đều pháttriển tương đồng

2.1.2 - Các công việc của dự báo nhu cầu

a - Thu thập và xử lý số liệu

Chuỗi số liệu về nhu cầu điện thoại (yếu tố nội sinh) và thống kê dân

số hộ gia đình, các chỉ số kinh tế… (các yếu tố ngoại sinh) được thu thập

và xử lý theo yêu cầu

b - Điều chỉnh nhu cầu

Những khác biệt giữa giá trị dự báo và giá trị thực phải được phântích và giá trị dự báo phải được điều chỉnh theo kết quả của sư phân tíchnày

c- Dự báo nhu cầu

Nhu cầu tương lai được dự báo hoặc được tính toán Đây là công việc dựbáo chính và phải được gọi là dự báo theo nghĩa hẹp

Ba bước này có quan hệ chặt chẽ với nhau Thu thập và xử lý số liệucung cấp dữ liệu cho hai bước kia Điều chỉnh dự báo phản hồi những phântích để có được kết quả dự báo nhu cầu.

2.1.3 - Các bước dự báo nhu cầu

Các bước dự báo nhu cầu được thể hiện như sau:

Bước 1: Xác định các mục tiêu dự báo

Bước đầu tiên của công việc dự báo là phải xác định rõ các mục tiêu

dự báo Các mục tiêu cho dự báo bao gồm nhu cầu cho dân cư và nhu cầu cho sản xuất kinh doanh Vùng mục tiêu dự báo là toàn bộ vùng trong nướchoặc vùng tổng đài … Giai đoạn dự báo có thể là 5 năm , 10 năm hoặc 15 năm

Bước 2: Xử lý các điều kiện ban đầu

Dự báo theo chuỗi thời gian có thể được thực hiện theo cách như saumối liên quan giữa các nhu cầu và các yếu tố quyết định nhu cầu trong quá khứ về cơ bản là không thay đổi so với tương lai Bởi vậy, các yếu tố nội sinh như hệ thống cước và cơ cấu cước và các yếu tố ngoại sinh như các kế hoạch phát triển vùng phải được xem xét

Bước 3: Các số liệu cần thu thập

Trong bước này phải xác định được yếu tố nào ảnh hưởng đến các mục tiêu dự báo và những số liệu nào nên thu thập Tiếp theo, các số liệu thu thập được phải được phân loại sao cho việc phân tích chúng dễ dàng.Các số liệu liên quan đến dự báo nhu cầu điện thoại như sau:

- Nhu cầu điện thoại, mật độ điện thoại

- Dân số, hộ gia đình

- Số các cơ quan

- Tỷ lệ tăng thu nhập

- Tốc độ tăng trưởng kinh tế

- Các kế hoạch phát triển đô thị

Các số liệu trên được sắp xếp theo thời gian, theo các nhân tố ( nhân

tố nội sinh và nhân tố ngoại sinh) và theo các vùng tổng đài

Bước 4: Tiếp cận và phân tích xu hướng nhu cầu

Xu hướng nhu cầu được phân tích theo quan điểm như sau:

- Các giá trị quá khứ

- Cơ cấu thị trường điện thoại

- Nguồn nhu cầu

- Mật độ điện thoại

- Các đặc điểm của vùng nghiên cứu

- So sánh với các vùng khác và các quốc gia khác

Bước 5: Nghiên cứu các kỹ thuật dự báo và tính toán giá trị dự báo

Các phương pháp dự báo được phân loại theo 3 phương pháp sau:

- Phương pháp chuỗi thời gian

- Phương pháp mô hình hóa

- Phương pháp khác

Một phương pháp dự báo được xác định thông qua các số liệu thuthập Tuy nhiên, để cho giá trị dự báo đảm bảo độ chính xác cao hơn, điềuquan trọng là nên chọn phương pháp khả thi nhất và chọn giá trị tối ưu

Bước 6: Xác định các giá trị dự báo

Từ việc xác định các kết quả nhận được ở bước 2 và bước 4, các giátrị tối ưu sẽ được xác định

chính sách như cước và mức dịch vụ không được tính đến và như vậy nó không có tính thuyết phục Nhưng phương pháp này đơn giản vì ngoài các

số liệu cần có như nhu cầu và mật độ điện thoại thì không đòi hỏi thêm số liệu nào khác

Điều chỉnh số liệu biến thiên:

Thông thường, số liệu chuỗi thời gian bao gồm 4 dạng sau: Biến thiên xu thế, biến thiên chu kỳ, biến thiên theo mùa, biến thiên bất thường Bởi vậy, cần phải chuyển các loại biến thiên khác nhau về dạng biến thiên các loại xu thế bằng “phương pháp bình quân tháng”, “phương pháp nhân công”…

Phương pháp bình quân tháng áp dụng khi biến thiên xu thế là một đường thẳng

Giả sử rằng trong chuỗi thời gian chu kỳ theo tháng của n năm, i tháng

là xij , Mi là giá trị trung bình năm, M0 là bình quân giá trị trung bình tháng:

a - Đường thẳng tuyến tính (hình 2.2)

Đường thẳng này được áp dụng chủ yếu để dự báo nhu cầu trongthời gian ngắn (dự báo ngắn hạn) và trong trường hợp nhu cầu điện thoại hầu như không thay đổi trong một thời điểm nhất định

Hình 2.3: Mô hình dự báo là đường cong bậc 2

Khi dữ liệu theo chuỗi thời gian có dạng đồ thị của phương trình bậc

2, đường dự báo này úng dụng cho:

Dự báo dài hạn và trung hạn.Tuy nhiên, lựa chọn thời hạn dự báo

Hình 2.4: Mô hình dự báo là đường cong hàm mũ

d - Hàm mũ điều chỉnh (hình 2.5)

Khi chuỗi số liệu có dạng hàm mũ, được giả định trong tương lai sẽ đạt đến trạng thái bão hòa, dạng hàm này sẽ đựoc áp dụng trong các trường hợp sau:

Dự báo dài hạn.Trường hợp xu hướng phát triển của vùng vẫn tiếp tục nhưng qui mô giảm dần

c - Đường cong Logistic (hình 2.6)

Mô hình này được áp dụng rộng rãi trong nhiều nước trên thế giới để

dự báo nhu cầu vì dễ dàng sử dụng (chỉ cần biết mật độ tập trung dân cưtrong khu vực cần mở rộng N) Ở đây, N còn được tính bằng đơn vị xã hội(Social unit)

- Nếu N là đơn vị xã hội thì K = 1

- Nếu N là đơn vị dân số thì K có thể lấy giá trị từ 0,4 đến 0,5

- Hằng số  tượng trưng cho tốc độ phát triển,  = 0,08 đến 0,12hoặc trong một số trường hợp thì có thể lấy  = 0,1  0,15

t 0

Trong đó:

t: Biến thời gian trong quá trình khảo sát

, m, K: Là các hằng số

e: Cơ số logarit

2.1.4.2 - Phương pháp xác định hằng số của mô hình dự báo

Với mỗi một phương trình dựa vào xu thế nhu cầu trong quá khứ thìhằng số của mỗi một phương trình phải được tính toán Phương pháp phổbiến nhất là phương pháp bình phương nhỏ nhất

t t

y y t t b

b - Xác định giá trị tới hạn (mức bão hòa)

Xác định giá trị tới hạn “K” trong hàm Logistic và hàm mũ điềuchỉnh là giá trị dựa vào số liệu quá khứ ở thời điểm dự báo Giá trị “K”không nhất thiết phải là hằng số Khi nền kinh tế phát triển, giá trị “K” trởnên lớn hơn Sai số lớn sẽ không xuất hiện thậm chí nếu “K” được coi làmột hằng số cho đến khi đường cầu tiến gần đến “K”

Sai số

Sai số y

t

y = a + bt

Hình 2.7 : Xác định đường cong xu hướng bằng

phương pháp bình phương nhỏ nhất

Giá trị “K” là khác nhau không chỉ với các quốc gia và các vùng màcòn khác nhau tùy theo trình độ kinh tế và các điều kiện của dân cư Nóthường được xác định dựa trên các yếu tố kinh tế và một số đặc điểm củacác quốc gia, tham khảo số liệu của các quốc gia khác và số liệu của cáckhu vực lân cận.

Tùy theo kế hoạch dự báo dài hạn hay, trung hạn hay ngắn hạn màlựa chọn phương pháp cho thích hợp Việc sử dụng các mô hình dự báo sẽcho các kết quả khác nhau Do đó, cần thiết phải kết hợp các kết quả Lựachọn dự báo vĩ mô cho kế hoạch trung hạn và ngắn hạn, kết hợp mô hìnhđường cong Logistic, mô hình hồi quy… làm sao cho phù hợp Kết quả dựbáo nhu cầu là tính được số lượng nhu cầu thuê bao cần thiết trong một khuvực hay toàn quốc gia tại một thời điểm hay trong một khoảng thời gian

Và khi đó người làm công tác quy hoạch mạng lập được một bảng gọi làbảng dự báo cơ bản

2.1.4.3 - Phương pháp hồi quy

- Khái quát

Trong mô hình hồi quy, mối quan hệ của nguyên nhân và kết quả giữa nhu cầu và các yếu tố quyết định nó được mô hình hóa để dự báo Đầu tiên các yếu tố được tìm kiếm bao gồm mối liên quan phụ thuộc lẫn nhau hoặc mối liên quan giữa nguyên nhân và kết quả trong quá khứ Nhìn chung, các yếu

tố kinh tế và xã hội đều liên quan đến nhu cầu

Trong những nhân tố này, một vài nhân tố là mô hình có ảnh hưởng lớn đến nhu cầu và giá trị tương lai của nó có thể là dự báo Với những môhình này nhu cầu là dự báo

- Xác định công thức hồi quy

a - Sự tương quan:

Trước khi xác định công thức hồi quy, cần phải tìm một nhân tố đan xen với nhu cầu Biểu hiện cường độ của sự liên hệ là khái niệm của sự tương quan Sự tương quan của 2 biến x, y :

i

y y x x

x x r

Giá trị của r:  1 r  1

r = 1 gọi là tương quan hoàn chỉnh

r = 0 gọi là không tương quan

Thông thường r 0 , 7, độ tương quan chiếm khoảng 50% hoặc hơn.Các nhân tố tương quan với nhu cầu là các nhân tố xã hội như dân số, số hộgia đình, số dân lao động, và tỷ lệ thất nghiệp; các nhân tố kinh tế như GNP, thu nhập quốc dân đầu người; chỉ tiêu tiêu dùng cá nhân, đầu tư hộ tưnhân, đầu tư thiết bị và lãi suất

b - Các công thức tính hồi quy

- Hồi quy tuyến tính: Công thức này được miêu tả bằng đường

tuyến tính với các biến mục tiêu (như nhu cầu) và các biến giải thích khác như sau:

Y = A0 + A1x1 + A2x2 + … + Anxn

(A0, A1, A2, ……An) là các hằng số

- Hồi quy đàn hồi: Công thức này dựa trên sự tương quan không

tuyến tính giữa y và xi được miêu tả như sau:

c - Lựa chọn biến số giải thích

Trong các nhân tố có liên quan đến nguyên nhân và ảnh hưởng hoặc quan hệ chung với nhu cầu, có một biến số giải thích được lựa chọn theo tiêu chuẩn sau đây:

- Ảnh hưởng nhu cầu lớn

- Số liệu có thể dự báo

- Khi sử dụng hai hoặc hơn hai biến số giải thích, không có sự tương quan chặt chẽ giữa chúng

d - Lựa chọn công thức hồi quy

Công thức hồi quy thích hợp được lựa chọn theo mối quan hệ giữa nguyên nhân và ảnh hưởng giữa nhu cầu và biến số giải thích Quan trọng

là mối quan hệ chung giữa nhu cầu và các hệ số giải thích sẽ được lưu giữ trong tương lai

2.2 - L ƯU LƯỢNG VÀ DỰ BÁO LƯU LƯỢNG

Dự báo lưu lượng ước tính tổng số lưu lượng tại một thời điểm nhấtđịnh, với quy định rằng nhu cầu thuê bao (điện thoại) đã được dự báo Kếtquả của dự báo lưu lượng là để lập kế hoạch quản lý và nghiên cứu lýthuyết tối ưu mạng làm cho lưu lượng có chi phí thấp Kết quả dự báo lưulượng chính xác đảm bảo cho xác định kích cỡ mạng và tối ưu hóa mạngthoại Có nghĩa là tìm ra được một cấu trúc mạng đảm bảo yếu tố kinh tế vàđồng thời dung lượng đường truyền đảm bảo tốt nhất Từ căn cứ trên ta cóthể tính được số lượng thiết bị chuyển mạch cũng như thiết bị truyền dẫn

để thiết kế mở rộng mạng thoại trong một khu vực mới

Dự báo lưu lượng là quá trình lặp đi lặp lại và được thực hiện thườngxuyên thì sẽ thu thập được số liệu chính xác Khối lượng công việc tínhtoán trong các mô hình dự báo là rất lớn, do đó rất cần sự hỗ trợ của máytính và các phần mềm dự báo Việc sử dụng sự hỗ trợ của máy tính khôngchỉ hỗ trợ cho quá trình tính toán mà còn cung cấp phương tiện phân tích,đánh giá khả năng lựa chọn các hệ thống khác nhau một cách nhanh chóng

Trong quá trình dự báo để dự báo được chính xác nhất thì việc thuthập số liệu là quan trọng nhất Có hai yếu tố dữ liệu ảnh hưởng lớn đến cảphương pháp dự báo và cách phân tích kết quả:

+ Tính chính xác của dữ liệu.

Việc lựa chọn quan tâm đến độ chính xác của dữ liệu là cần thiết khilựa chọn mô hình dự báo Sau đây là các bước quan trọng của quá trình dựbáo lưu lượng

2.2.1 - Lưu lượng

2.2.1.1 - Khái niệm lưu lượng

Trong lĩnh vực viễn thông lưu lượng theo nghĩa rộng có nghĩa là toàn

bộ “dòng thông tin”, hoặc theo nghĩa hẹp là lượng thông tin “chảy” trongmạch Để mô tả lưu lượng, điều này chưa đủ để dẫn ra chỉ có số lượng cáccuộc gọi, bởi vì mỗi cuộc gọi có một thời gian chiếm dụng khác nhau Để

mô tả một cách chính xác, thì cần phải lượng tử hóa số lượng cuộc gọi vànhững phần tử thời gian chiếm dụng cuộc gọi

2.2.1.2 - Lượng tử hóa lưu lượng

T





Đơn vị của mật độ lưu lượng được miêu tả bằng Erlang Một Erl làmật độ lưu lượng tối đa mà một mạch có thể truyền tải được, và tương ứngvới mật độ lưu lượng khi mạch bị chiếm giữ một cách liên tục trong mộtkhoảng thời gian nào đó Trong hệ thống viễn thông thực tế, mật độ lưulượng được đo từ số lượng trung bình của những cuộc gọi đồng thời xảy ra.

Giả sử mật độ lưu lượng được đo xuất hiện trong một nhóm mạchđược miêu tả trong hình trên (Hình 2.6)

Số cuộc gọi xảy ra đồng thời

Hình 2.8: Lượng tử hoá lưu lượng mạng thoạiChia khoảng thời gian đo T từ t1 đến t2 thành n phần bằng nhau là t(đây là thời gian cực nhỏ để duy trì không có cuộc gọi nào xuất hiện ở thờiđiểm này)

Giả sử số lần liên lạc xảy ra đồng thời ở mỗi thời điểm t1, t2, …tn-1

tương ứng là r1, r2,…rn Trong trường hợp này, số lượng các cuộc gọi xảy rađồng thời tại ti bao gồm những cuộc gọi xuất hiện tại ti và những cuộc gọiđang trong quá trình, nhưng không gồm những cuộc gọi vừa kết thúc

Tổng thời gian chiếm dụng trong thời gian từ t1 đến tn (độ lớn lưulượng) được tính theo công thức sau:

Tc = r1t + r2t + ….+ rnt = t(r1 + r2 + …+ rn)Kết quả là mật độ lưu lượng (A) trong thời gian t1 đến tn được tính

 

n

r

r r ndt

r

r r dt T

d - Xác suất tổn thất cuộc gọi

Xác suất tổn thất cuộc gọi là tỷ lệ những cuộc gọi không thể liên lạcđược do thuê bao bị gọi đang bận hoặc các mạch bị chiếm dụng bởi cáccuộc gọi khác Xác suất tổn thất cuộc gọi được sử dụng như là tiêu chuẩnđối với chất lượng chuyển mạch

Xác suất tổn thất cuộc gọi tưong ứng bởi tỷ số của lưu lượng mất

mát với lưu lượng xuất hiện: B =

a

a a

a a a

- Lưu lượng tải: ac = a(1-B)

- Lưu lượng tổn thất: a1 = a.B

Trạm A

Trạm B a

al