TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ GPRS và ỨNG DỤNG TRONG MẠNG MOBIFONE

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM. 09 1.1. Khái niệm GSM và dịch vụ GSM. 09 1.2. Cấu trúc hệ thống và chức năng các phần tử trong mạng thông tin di động GSM. 10 1.2.1. Hệ thống chuyển mạch SS. 11 1.2.2. Hệ thống trạm gốc BSS. 14 1.2.3. Trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC. 17 1.2.4. Trạm di động MS. 19 1.3. Các giao diện của mạng GSM. 20 1.4. Cấu hình kênh trên giao diện vô tuyến. 21 1.4.1. Kênh vô tuyến. 21 1.4.2. Kênh vật lý. 22 1.4.3. Kênh logic. 22 1.5. Mở rộng mạng GSM. 24 1.5.1. Dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao – HSCSD. 25 1.5.2. Dịch vụ vô tuyến gói chung – GPRS. 26 1.5.3. Hệ thống cải thiện tốc độ cho phát triển GSM – EDGE. 27 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GPRS. 29 2.1. Dịch vụ GPRS trong hệ thống thông tin di động GSM. 29 2.1.1. Khái niệm GPRS. 29 2.1.2. Ưu điểm của GPRS. 31 2.2. Hệ thống GPRS xây dựng trên nền tảng mạng GSM. 33 2.2.1. Đơn vị điều khiển gói PCU. 34 2.2.2. Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS – SGSN. 35 2.2.3. Nút hỗ trợ dịch vụ cổng GPRS – GGSN. 37 2.2.4. Bộ ghi định vị thường trú HLR. 38 2.2.5. Phân hệ trạm gốc BSS. 39 2.2.6. Trung tâm chuyển mạch di động MSC. 39 2.2.7. Bộ ghi định vị tạm trú VLR. 40 2.2.8. Cổng ngoại biên BG. 40 2.3. Các dịch vụ GPRS. 41 2.3.1. Các dịch vụ mạng. 41 2.3.2. Các dịch vụ người sử dụng. 41 2.4. Cấu trúc mạng GPRS và mô tả chi tiết các vùng dịch vụ. 42 2.5. Quản lý di động GPRS. 44 2.5.1. Các trạng thái quản lý di động. 44 2.5.2. Thủ tục nhập mạng và giải phóng MS. 45 2.5.3. Kích hoạt giao thức dữ liệu gói PDP và giải kích hoạt PDP. 48 2.5.4. Thông báo vị trí của MS. 49 2.6. Ví dụ của truyền số liệu GPRS. 50 Chương 3: CÔNG NGHỆ CHUYỂN VÙNG QUỐC TẾ CHO THUÊ BAO GPRS. 51 3.1. Dịch vụ Roaming GPRS. 51 3.2. Kích hoạt Context và đăng ký MS. 52 3.3. Các kịch bản Roaming. 53 3.3.1. MS đăng ký vào mạng VPLMN sử dụng VSGSN và HGGSN. 53 3.3.2. MS đăng ký vào mạng VPLMN sử dụng VSGSN và VGGSN. 54 3.4. GPRS và hệ thống tên miền. 55 3.4.1. Mở đầu. 56 3.4.2. GPRS và DNS. 56 3.4.3. Truy vấn DNS trong khi chuyển mạng. 56 3.4.4. Tên điểm truy nhập – APN. 63 3.4.5. Nhận dạng vùng định tuyến GPRS. 67 3.4.6. Quản lý địa chỉ IP. 68 3.4.7. Trao đổi thông tin cho chuyển mạng GPRS. 69 Chương 4: DỊCH VỤ GPRS ROAMING TRÊN MẠNG GSM MOBIFONE. 71 4.1. Giới thiệu về mạng GPRS của VMS. 71 4.1.1. Lợi ích của GPRS đối với mạng GSM. 71 4.1.2. Thực trạng mạng GPRS của Công ty VMS, cấu hình tổng thể triển khai GPRS. 74 4.2. Dịch vụ chuyển vùng quốc tế. 75 4.2.1. Định nghĩa chuyển vùng quốc tế. 75 4.2.2. Các lợi ích của việc tiến hành chuyển vùng quốc tế. 75 4.2.3. Nguyên tắc định tuyến chung cho chuyển vùng quốc tế. 76 4.2.4. Ví dụ về định tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động GSM đang thực hiện chuyển vùng quốc tế. 78 4.3. Phương án triển khai dịch vụ GPRS Roaming. 79 4.3.1. Chuyển vùng cho GPRS. 80 4.3.2. Đánh giá các kiểu Roaming. 81 4.3.3. ISP Roaming. 83 4.3.4. Giải pháp kết nối cho mạng Inter PLMN Backbone. 84 4.3.5. Mạng GPRS Roaming liên kết giữa các nhà khai thác GPRS. 85 4.3.6. Tổng đài trung tâm CEP. 87 Kết luận 89 Tài liệu tham khảo 90

MỤC LỤC Trang

Chương 3: CÔNG NGHỆ CHUYỂN VÙNG QUỐC TẾ CHO THUÊ

3.4.3 Truy vấn DNS trong khi chuyển mạng 56

3.4.7 Trao đổi thông tin cho chuyển mạng GPRS 69

Chương 4: DỊCH VỤ GPRS ROAMING TRÊN MẠNG GSM

4.1.1 Lợi ích của GPRS đối với mạng GSM 71 4.1.2 Thực trạng mạng GPRS của Công ty VMS, cấu hình tổng

4.2.2 Các lợi ích của việc tiến hành chuyển vùng quốc tế 75 4.2.3 Nguyên tắc định tuyến chung cho chuyển vùng quốc tế 76 4.2.4 Ví dụ về định tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động GSM

4.3 Phương án triển khai dịch vụ GPRS Roaming 79

KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

AGCH Access Grant CHannel Kênh trao quyền truy nhập

APN Access Point Name Tên điểm truy nhập

AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực

BCCH Broadcast Control CHannel Kênh điều khiển phát thanh

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

CEP Central Exchange Point Tổng đài trung tâm

CSPDN Circuit Switched Public Data

Network

Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh

DNS Domain Name System Hệ thống tên miền

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị

FACCH Fast Associated Control CHannel Kênh điều khiển liên kết nhanh

FCCH Frequency Correction CHannel Kênh sửa tần

GGSN Gate GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng GPRS

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

IMSI International Mobile Station

Identity

Nhận dạng trạm di động quốc tế

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDN Intergrated Switched Digital

Network

Mạng số dịch vụ tích hợp

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động

MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động OMC Operation and Maintenane Center Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

PCU Packet Control Unit Đơn vị điều khiển gói

PCU Packet Control Unit Đơn vị điều khiển gói

PDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói

PIN Personal Identity Number code Mã số nhận dạng cá nhân

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PPP Point – to Point Protocol Giao thức điểm – điểm

PSPDN Packet Switched Public Data

RACH Random Access CHannel Kênh truy cập ngẫu nhiên

SACCH Slow Associated Control

CHannel

Kênh điều khiển liên kết chậm

SCCH Synchronization CHannel Kênh đồng bộ

SCCP Signalling Connection Control

Part

Phần điều khiển đấu nối báo hiệu

SDCCH Standalone Dedicated Control

CHannel

Kênh điều khiển dành riêng đứng riêng

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

SIM Subcriber Identity Module Môđun nhận dạng thuê bao

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian

VLR Visistor Location Registor Bộ ghi định vị tạm trú

VMS Vietnam Mobile telecom Service

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật và côngnghệ, thông tin di động ngày càng đạt được những thành tựu vượt bậc vàđóng một vai trò quan trọng trong đời sống xã hội Ý tưởng về sự liên lạc tứcthời mà không quan tâm đến khoảng cách là một trong những giấc mơ lâu đờicủa loài người và giấc mơ đó đang ngày càng trở thành hiện thực nhờ sự trợgiúp của khoa học kỹ thuật và công nghệ

Ở nước ta, với sự xuất hiện của hệ thống thông tin di động GSM vàogiữa thập kỷ 90 của thế kỷ XX đã mở ra một thời kỳ mới cho ngành viễnthông Việt Nam Từ đó đến nay, mạng lưới viễn thông không ngừng pháttriển về quy mô cũng như về chất lượng Với nhu cầu sử dụng các dịch vụngày càng gia tăng của khách hàng, các nhà cung cấp dịch vụ luôn luôn cảitiến đưa các công nghệ mới có tính ứng dụng cao nhằm nâng cao chất lượngphục vụ khách hàng và khẳng định sự lớn mạnh về đầu tư cho công nghệ cao

Trong tiến trình phát triển đó, dịch vụ vô tuyến chuyển mạch gói GPRS

ra đời và không ngừng được nâng cấp cả về tốc độ, chất lượng và các dịch vụứng dụng đa phương tiện, đã đem lại lợi ích to lớn cho bản thân các nhà cungcấp dịch vụ và cho cả người sử dụng Khi nhu cầu về dịch vụ dữ liệu tốc độcao phát triển không ngừng, tiến tới dần thay thế dịch vụ thoại thông thường,thì dịch vụ GPRS là bước đệm để các nhà cung cấp tiến lên công nghệ 3G

trong tương lai Vì vậy em xin chọn đồ án tốt nghiệp: “Tìm hiểu công nghệ GPRS và ứng dụng trong mạng MobiFone” dựa trên cơ sở lý thuyết chung

nhằm nghiên cứu, đánh giá, và tìm hiểu việc triển khai thực tế GPRS trên hạtầng mạng cụ thể

Nội dung của đồ án gồm 4 chương:

 Chương 1: Tổng quan về mạng GSM

 Chương 2: Tổng quan về hệ thống GPRS

 Chương 3: Công nghệ chuyển vùng quốc tế cho thuê bao GPRS

 Chương 4: Dịch vụ GPRS Roaming trên mạng GSM MobiFone

Do điều kiện thời gian cũng như kiến thức còn hạnh chế nên chắc chắn

đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự chỉbảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn để đồ án này được hoànthiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầyMai Thanh Hải và các thầy giáo, cô giáo trong khoa Vô tuyến – Điện tử, bộmôn Thông tin đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Sinh viênĐào Thị Thuỳ Dương

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM

1.1 KHÁI NIỆM GSM VÀ DỊCH VỤ GSM

GSM là hệ thống thông tin di động số ra đời ở châu Âu và được tiêuchuẩn bởi ETSI Hai băng tần dành cho GSM gồm băng tần cho đường lên(890 – 915 MHz) và băng tần cho đường xuống (935 – 960 MHz) Ngoài ra,những băng tần khác như 1800 MHz và 1900 MHz cũng dành cho GSM Mỗibăng tần này phân bổ cho hai dải phòng vệ, mỗi dải rộng 200 KHz, 124 cặpkênh vô tuyến (lên - xuống) mỗi kênh rộng 200 KHz GSM sử dụng kỹ thuật

đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, mỗi kênh tần số được chiathành 8 khe thời gian (TS) Các khối 8 TS được nhóm thành một khungTDMA Các khung lại được nhóm thành đa khung, siêu khung và siêu siêukhung

So với các hệ thống thông tin di động đã có trước đó, hệ thống thôngtin di động GSM đã đạt được hai mục đích là cải thiện công nghệ truyền dẫn

và cung cấp một tiêu chuẩn thống nhất cho thông tin di động, và có những ưuđiểm sau:

- Đáp ứng nhiều dịch vụ tiện ích cho các thuê bao về thông tin thoại

và truyền số liệu

- Mã hoá số tín hiệu thoại với tốc độ bit thấp, cho phép ghép nhiềukênh thoại hơn vào dòng bit tốc độ chuẩn

- Giảm tin tức báo hiệu, dành tỷ lệ lớn cho tin tức người dùng

- Áp dụng kỹ thuật mã hoá kênh và mã hoá nguồn của truyền dẫn

- Điều khiển động trong việc cấp phát kênh liên lạc khiến việc sửdụng phổ tần hiệu quả hơn

- Có khả năng tương thích với các dịch vụ của các mạng có sẵn nhưmạng PSTN, PSPDN, ISDN và các mạng PLMN khác.

- Tự động cập nhật vị trí cho từng thuê bao

- Độ linh hoạt cao, có thể sử dụng các loại máy đầu cuối khác nhau

- Hiệu quả sử dụng tần số cao

- Tính bảo mật cao nhờ việc đăng ký thuê bao được ghi ở modul nhậndạng thuê bao (SIM card) và sử dụng một mã số để ngăn chặn hoàn toàn việcnghe trộm ở đường vô tuyến

- Mạng di động có khả năng mở rộng được dung lượng lên hai đến balần nhờ việc sử dụng lại tần số và kỹ thuật phân chia ô

- Hệ thống GSM ở điều kiện xấu có chất lượng tốt hơn hẳn các hệthống tương tự Các dịch vụ số liệu có thể cung cấp chất lượng cao với ít lỗi

- Sử dụng công nghệ mới khiến máy điện thoại nhỏ và nhẹ hơn, sửdụng chế độ nghỉ tự động làm tuổi thọ pin cao hơn

1.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VÀ CHỨC NĂNG CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

Một hệ thống GSM có thể được chia ra làm nhiều hệ thống con nhưsau:

và quản lý di động của thuê bao Nhiệm vụ chính của hệ thống chuyển mạch

là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và vớinhững mạng khác

Hệ thống chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng sau:

 Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC

 Bộ ghi định vị thường trú HLR

 Bộ ghi định vị tạm trú VLR

 Trung tâm nhận thực AUC

 Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR

 Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động cổng GMSC

a Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC

Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC ( MobileSwitching Center) có nhiệm vụ chính là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đếnnhững người sử dụng mạng GSM Một mặt MSC giao tiếp với hệ thống trạmgốc BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài MSC làm nhiệm vụ giao tiếpvới mạng ngoài được gọi là MSC cổng (GMSC) Việc giao tiếp với mạngngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạng GSM đòi hỏicổng thích ứng Hệ thống chuyển mạch SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài

để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải sốliệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử mạng GSM

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểmtruyền dẫn của GSM với các mạng này, sử dụng IWF (InterWorkingFunction) là một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn Nó cho phépkết nối với các mạng khác như:

 Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN

 Mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN

 Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói PSPDN

 Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh CSPDN

 Mạng di động mặt đất công cộng PLMN

IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bịriêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

HLR (Home Location Register) là cơ sở dữ liệu trung tâm, quan trọngnhất của hệ thống GSM Ở đó lưu trữ các dữ liệu về thuê bao đăng ký trongmạng và thực hiện một số chức năng riêng của mạng thông tin di động Trong

cơ sở dữ liệu này lưu trữ những thông tin như:

 Số nhận dạng thuê bao

 Thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao

 Thông tin về nhận thực

 Các dịch vụ mà thuê bao đăng ký

HLR chứa những cơ sở dữ liệu bậc cao của tất cả các thuê bao trongGSM Những dữ liệu này được truy nhập từ xa bởi các MSC và VLR củamạng

Khi một thuê bao chuyển vùng tới một MSC mới, VLR kết nối tớiMSC yêu cầu thông tin về thuê bao từ HLR HLR gửi thông tin đến cho VLR

và cập nhật thông tin về vị trí thuê bao Khi thuê bao thực hiện cuộc gọi, VLR

sẽ được cung cấp thông tin yêu cầu để thiết lập cuộc gọi

Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC

d Trung tâm nhận thực AUC

Trong hệ thống GSM có nhiều biện pháp an toàn khác nhau được dùng

để tránh sự sử dụng trái phép Trung tâm nhận thực AUC (Authentication

Center) được nối đến HLR Chức năng chính của AUC là cung cấp cho HLRcác thông số nhận thực và các khóa mã để sử dụng cho bảo mật.

e Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR

EIR (Equipment Identity Register) là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin

về phần cứng của thiết bị và được nối với MSC qua một đường báo hiệu, nócho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị, bảo vệ mạng PLMN khỏi sựthâm nhập của những thuê bao trái phép bằng cách so sánh số IMEI của thuêbao này gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu trữ trong EIR Nếukhông tương ứng, thuê bao sẽ không thể truy nhập được Việc nhận thực đăng

ký thuê bao được thực hiện bằng các thông số từ AUC

f Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động cổng GMSC

Hệ thống chuyển mạch có thể chứa nhiều MSC, HLR, VLR Để thiếtlập một cuộc gọi đến người sử dụng mạng GSM, trước hết cuộc gọi phải đượcđịnh tuyến đến một tổng đài cổng gọi là GMSC (Gate MSC) mà không cầnbiết đến hiện tại thuê bao đang ở đâu Các GMSC có nhiệm vụ lấy thông tin

về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuêbao ở thời điểm hiện thời (MSC tạm trú) Vì vậy, trước hết các GMSC phảidựa vào số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLRnơi MS đăng ký HLR sẽ trả lời địa chỉ vùng MSC hiện thời Bây giờ MSCnày có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết Khi cuộc gọi đạt tớiMSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS

1.2.2 Hệ thống trạm gốc BSS

BSS (Base Station Subsystem) là một hệ thống các thiết bị đặc thùriêng cho các tính chất của mạng GSM BSS giao diện trực tiếp với các trạm

di động MS thông qua giao diện vô tuyến, vì thế nó bao gồm các thiết bị phát

và thu đường vô tuyến và quản lý các chức năng này Mặt khác BSS thực hiện

giao diện với hệ thống chuyển mạch SS Có thể nói nhiệm vụ chính của BSS

là thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sửdụng các trạm di động với các mạng khác

BSS cũng phải được điều khiển, vì vậy mà nó được đấu nối với hệthống khai thác OSS

BSS gồm các khối chức năng sau đây:

* Quản lý mạng vô tuyến

Việc quản lý vô tuyến chính là quản lý các ô và các kênh logic củachúng Các số liệu quản lý đều được đưa về BSC để đo đạc, xử lý Chẳng hạnnhư lưu lượng thông tin ở một ô, môi trường vô tuyến, số lượng cuộc gọi bịmất, các lần chuyển giao thành công và thất bại Với số thuê bao ngày càngtăng, BSC phải thiết kế sao cho dễ dàng tổ chức lại cấu hình để có thể quản lý

được số kênh vô tuyến ngày càng tăng và tăng được hiệu quả sử dụng củalượng vô tuyến cho phép.

* Quản lý trạm thu phát gốc

Trước khi đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình của trạm phát và các tần

số cho mỗi trạm BTS Nhờ việc quản lý này mà BSC có thể có một tập hợpcác kênh sẵn có dành cho điều khiển nối thông cuộc gọi

* Điều khiển nối thông máy di động

BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đấu nối tới máy diđộng Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSC quan sát Cường độ tín hiệu

và chất lượng tiếng được đo ở máy di động và trạm thu phát gốc gửi đến BSC.Nhờ thuật toán TRX, BSC quyết định công suất phát tốt nhất cho máy diđộng, để giảm nhiễu mạng và tăng cường chất lượng nối thông

BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ kết quả đo để chuyểnsang cell khác có chất lượng tốt hơn Trong trường hợp chuyển sang cellthuộc BSC khác quản lý, MSC sẽ tham gia vào quá trình chuyển giao Bêncạnh đó BSC có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh lưu thông trongmột cell khi chất lượng nối thông quá thấp nhưng không nhận được chỉ thị từcác phép đo cho biết cell khác tốt hơn Cũng có thể sử dụng việc chuyển giao

để cân bằng tải giữa các cell Khi thiết lập một cuộc gọi ở một cell bị ứ nghẽn,trạm di động có thể phải chuyển đến một cell khác có lưu lượng thấp hơn nếunhận được chất lượng cho phép

* Quản lý mạng truyền dẫn

BSC quản lý các đường truyền dẫn từ BTS đến MSC để đảm bảo chothông tin đúng và chính xác Do đó BSC phải thiết lập cấu hình để giám sátcác luồng thông tin đến MSC và BTS Trong trường hợp có sự cố ở kênh nàyBSC sẽ điều khiển để chuyển tới đường dự phòng

b Trạm thu phát gốc BTS

BTS (Base Tranceiver Station) là phần thu phát vô tuyến của hệ thống

mà qua đó MS có thể liên lạc được với hệ thống Tại đây, các tín hiệu vôtuyến được điều chế, khuyếch đại và phối hợp thu phát

BTS bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù chogiao diện vô tuyến

Một bộ phận quan trọng của BTS là khối chuyển đổi mã và thích ứngtốc độ TRAU (Transcoder and Rate Adapter Unit) Ở đây quá trình mã hoá vàgiải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ngoài ra còn thực hiệnthích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận củaBTS, nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trườnghợp được đặt giữa BSC và MSC

1.2.3 Trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC

OMC (Operation and Maintenan Center) bao gồm cho cả phần vô tuyến

và phần chuyển mạch, là một mạng máy tính cục bộ LAN Hệ thống này đượcnối với các phần tử của mạng như: MSC, HLR/AUC, VLR, BSC, BTS… quagiao diện X25 nhằm giám sát điều hành, bảo dưỡng mạng và quản lý thuê baomột cách tập trung Hệ thống này cũng là nơi cung cấp các thông tin quantrọng cho việc lập kế hoạch xây dựng và mở rộng mạng

Các chức năng chính của OMC trong việc quản lý mạng:

 Thống kê các sự kiện xảy ra trong các phần tử mạng

 Thu thập và lưu giữ các số liệu xuất hiện trong quá trình khai tháccủa các phần tử mạng

 Truy cập các phần tử của mạng từ xa bằng lệnh người – máy

 Tiếp nhận và lưu giữ các thông tin trạng thái gửi tới từ các phần tửcủa mạng.

 Xử lý các thông tin nhận được từ trong mạng

 Quản lý sự cố trên các phần tử của mạng

 Quản lý cấu hình mạng, bao gồm sửa đổi, tạo, lưu giữ… cấu hìnhmạng

 Kiểm soát hoạt động của tất cả các phần tử trên mạng

 Bảo đảm an toàn số liệu và phần mềm trong các hệ thống quản lýmạng

 Quản lý thuê bao, bảo mật các số liệu thuê bao

Một số ứng dụng của quản lý mạng trong GSM:

* Quản lý lưu lượng

Bao gồm việc thống kê lưu lượng, kiểm soát tắc nghẽn, kiểm soát truynhập Việc đo thống kê lưu lượng trong lúc mạng đang hoạt động là một trongnhững nhiệm vụ khó khăn của quản lý mạng Trong trường hợp có tắc nghẽn,

hệ thống tự động có biện pháp như: “phớt lờ” các cuộc gọi mới, phong toả bớtcác dịch vụ không quan trọng…

* Quản lý cấu hình

Tại OMC người ta có thể thực hiện một số công việc sau:

- Nạp lại phần mềm hệ thống hoặc nạp thêm phần mềm dịch vụ…

- Thay đổi mức phát của các BTS

- Khai báo các phần tử hay dịch vụ khi mở rộng mạng…

* Quản lý sự cố

Nhằm đảm bảo cho mạng hoạt động bình thường trong mọi tình huống,khi có sự cố xảy ra trên mạng cần kịp thời xử lý khắc phục Thông thườngviệc quản lý sự cố tuân theo trình tự sau:

- Phát hiện sự cố

- Xử lý sự cố

* Quản lý thuê bao

Quản lý thuê bao bao gồm việc đưa thêm hay loại bỏ thuê bao vàomạng, thay đổi số thuê bao, mở thêm hoặc phong toả các dịch vụ đối với mộtthuê bao nào đó Nhưng quan trọng nhất là quản lý số liệu cước như thống kê,lưu giữ và xử lý cước trên mạng Trong mạng GSM, việc tính cước khôngtuân theo những thông lệ cước như trong mạng thoại thông thường, mà còntính theo loại hình dịch vụ, nhất là các loại dịch vụ đặc biệt, dịch vụ thặngdư… Mặt khác khi nhà khai thác GSM có những hợp đồng Roaming với nhauthì việc quản lý thuê bao “vãng lai” cũng là một nét đặc thù của GSM

* Quản lý bảo mật

Quản lý bảo mật là nhiệm vụ quan trọng trong mạng GSM, bao gồmviệc quản lý số liệu thuê bao thông qua EIR, Ki, quản lý số liệu mạng thôngqua SIM card, HLR/AUC…

1.2.4 Trạm di động MS

Trạm di động MS (Mobile Station) gồm hai thành phần chính là ME(Mobile Equipment) và SIM (Subcriber Identity Module)

MS = ME + SIMTrạm di động là một máy đầu cuối di động hay Mobile phone Về hìnhthức máy có thể có nhiều hình dạng khác nhau: máy cầm tay, xách tay, hayđặt trên ô tô Trạm di động không hoàn toàn lệ thuộc chặt chẽ vào một người

sử dụng mà sự lệ thuộc này thông qua một thẻ vi mạch cá nhân - SIM đượcgắn trên máy di động Sự nhận thực được kiểm tra bởi mạng, xét xem liệuthuê bao có hợp pháp khi sử dụng các dịch vụ của mạng không, sau đó nó mớiđược nhập vào hệ thống Một mã cá nhân được dùng kèm theo SIM – PIN đểchống sự sử dụng trái phép thẻ SIM.

Trạm di động có một số nhận dạng riêng là số nhận dạng thiết bị trạm

di động quốc tế IMEI Ở một số nước trên thế giới, việc quản lý IMEI có thểkiểm soát được việc mất cắp MS

1.3 CÁC GIAO DIỆN CỦA MẠNG GSM

Giao diện là ranh giới giữa các thực thể chức năng, tại đó khuôn dạng

dữ liệu – giao thức và quá trình trao đổi thông tin được chuẩn hoá

Hình 1-2 Các giao diện trong mạng GSM

Các giao thức sử dụng trên các giao diện

Um MS – BTS Kết nối giao diện trên không

A – bis BSC – BTS DTAP Messages

Nguồn vô tuyến

C7

B MSC – VLR Mobile Application Part (MAP) C7

C MSC – HLR Mobile Application Part (MAP) C7

1.4 CẤU HÌNH KÊNH TRÊN GIAO DIỆN VÔ TUYẾN

1.4.1 Kênh vô tuyến

Mỗi sóng mang GSM hình thành một kênh vô tuyến Như vậy toànmạng GSM có thể có 124 cặp kênh vô tuyến.

1.4.2 Kênh vật lý

Mỗi sóng mang GSM được phân chia về thời gian thành 8 khe thờigian, đánh số từ TS0 đến TS7 Mỗi TS hình thành một kênh vật lý Do đó toànmạng GSM có tổng cộng 124 x 8 = 992 kênh vật lý

1.4.3 Kênh logic

Các bit thực hiện cùng chức năng hình thành các kênh logic Có tất cả

11 loại kênh logic trong GSM bao gồm:

* Kênh lưu lượng

Kênh lưu lượng TCH (Traffic Channel) gọi tắt là kênh T, là kênh dùng

để đàm thoại Gồm hai loại toàn tốc và bán tốc Kênh toàn tốc có tốc độ mãhoá tiếng nói 13 Kbps, kênh bán tốc ứng với tốc độ mã hoá tiếng nói 6,5Kbps Ở Việt Nam dùng kênh toàn tốc

* Các kênh điều khiển

Gồm 9 loại chia thành 3 nhóm:

 Nhóm kênh điều khiển phát thanh

Là các kênh đường xuống phát quảng bá thường xuyên 24/24, bất luậntrong tế bào có MS nào hay không, gồm 3 loại:

- Kênh sửa tần FCCH (Frequency Correction Channel): viết tắt làkênh F, là kênh đường xuống, dùng để MS bám và đồng chỉnh tần số với BS

- Kênh đồng bộ SCCH (Synchronization CHannel): viết tắt là kênh S,

là kênh đường xuống, dùng để MS đồng bộ đồng hồ với BS Ngoài ra trênkênh S còn truyền đi BSIC là hiệu gọi trạm gốc MS khi cần truy nhập mạng

sẽ dùng BSIC để gọi trạm gốc trên kênh truy nhập Trên kênh S còn thôngbáo số khung TDMA để MS sử dụng như một thông số cho quá trình mã mật.

- Kênh điều khiển phát thanh BCCH (Broadcast Control CHannel):viết tắt là kênh B, là kênh đường xuống, dùng để thông báo cho MS biết mọithông số và cấu trúc của mạng, bao gồm: tế bào thuộc mạng GSM nào, các tếbào xung quanh có tần số sóng mang điều khiển phát thanh là các tần số nào,

tế bào có bị cấm không, số hiệu vùng định vị LAI của tế bào này là gì…

 Nhóm kênh điều khiển dùng chung

Gồm ba loại:

- Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH (Random Access CHannel): viếttắt là kênh R, là kênh đường lên, dùng để đăng nhập hệ thống, trên kênh nàykhi MS nhập mạng sẽ phát BSIC (nghe được trên kênh S) để gọi trạm gốc

- Kênh trao quyền truy nhập AGCH (Access Grant Channel): viết tắt

là kênh G, là kênh đường xuống, dùng để BS ra lệnh đặt kênh điều khiển haichiều (kênh D) cho máy di động trong giai đoạn đầu MS truy nhập mạng,bằng cách gửi số liệu kênh D còn rỗi cho máy di động

- Kênh nhắn gọi PCH (Paging CHannel): viết tắt là kênh P, là kênhđường xuống, dùng để BS khi tìm gọi MS sẽ phát TMSI hoặc IMSI khi cócuộc gọi đến MS

Do hoạt động trên kênh P và kênh G không bao giờ đồng thời xảy ranên chúng được sử dụng chung trên một kênh, ký hiệu tắt là kênh C

 Nhóm kênh điều khiển dành riêng

Gồm 3 loại:

- Kênh điều khiển dành riêng đứng riêng SDCCH (StandaloneDedicated Control CHannel): viết tắt là kênh D, là kênh điều khiển hai chiều,

trên kênh này MS thực hiện nhận thực với mạng, trao đổi hiệu gọi TMSI cũngnhư khoá mã mật và số hiệu máy bị gọi, máy chủ gọi.

- Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH (Slow Associated ControlCHannel): viết tắt là kênh SA, là kênh điều khiển hai chiều, đi kèm với kênh

D và kênh T Cứ mỗi một kênh D có một kênh SA đi kèm và mỗi một kênh Tlại có một kênh SA đi kèm Trên đường lên, kênh này truyền báo cáo đolường công suất do MS thực hiện trong các khe thời gian mà MS không liênlạc Trên cơ sở số liệu báo cáo công suất này, BSC sẽ tính toán và ra lệnh trênđường xuống cho MS thực hiện:

 Điều chỉnh công suất cho thích hợp

 Gióng thời gian: Do các MS có thể ở các cự ly khác nhau tớitrạm gốc nên mặc dù các MS đã đồng bộ đồng hồ với BS song trễ truyền tínhiệu về đến BS của chúng có thể khác nhau và do vậy trở nên không đồng bộvới đồng hồ của BS Để đảm bảo đồng bộ, căn cứ vào vị trí gần đúng của BStính được nhờ số liệu công suất đo lường được MS báo cáo liên tục trên kênh

SA (đường lên), BSC sẽ ra lệnh cho từng MS chỉnh lại đồng hồ (gióng thờigian) cho thích hợp

- Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH (Fast Associated ControlCHannel): viết tắt là kênh FA, là kênh đường lên - xuống, đi kèm với kênh T.Kênh này được sử dụng để báo hiệu điều khiển chuyển vùng (HO: HandOver) khi MS đang liên lạc và chuyển từ cell này sang cell khác Để thời giangián đoạn liên lạc khi chuyển vùng không quá lớn, tốc độ điều khiển phải lớn

và kênh SA không đáp ứng được nên kênh FA phải được tổ chức bằng cách

“lấy cắp” các bit của kênh T để truyền tín hiệu điểu khiển

1.5 MỞ RỘNG MẠNG GSM

Về mặt công nghệ, GSM phát triển theo từng bước như sau:

 Pha một: Khi GSM được ETSI chuẩn hoá vào năm 1992 cho phéptriển khai các dịch vụ như: thoại, fax và SMS Đó là các dịch vụ chuyển mạchkênh cung cấp dịch vụ thoại và số liệu tốc độ thấp (fax) là 9,6 Kbps Dịch vụSMS cho phép truyền các bản tin nhắn tới 160 ký tự tới từ MS.

 Pha hai: Ra đời vào năm 1996 nhằm hoàn thiện hơn cho GSM Tối

ưu tốc độ mã hóa kênh để tăng tốc độ bit từ 9,6 Kbps lên tới 14,4 Kbps Giaiđoạn này cung cấp thêm các dịch vụ chuyển mạch gói như dịch vụ Internet,Email… Để thực hiện kết nối vào mạng IP ở giai đoạn này sử dụng giao thứcứng dụng vô tuyến WAP

 Pha 2+: Là việc chuẩn hoá GSM ở thời điểm hiện nay gồm cải tiến

mã hoá thoại và tăng cường các dịch vụ truyền dẫn số liệu như:

- Dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao – HSCSD

- Dịch vụ vô tuyến gói chung – GPRS

- Hệ thống cải thiện tốc độ cho phát triển GSM – EDGE

 Pha 3: Về mặt công nghệ, đây là mục tiêu mà các nhà khai thác dịch

vụ di động đều hướng tới

1.5.1 Dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao – HSCSD

Nhu cầu các dịch vụ số liệu tốc độ cao ngày một tăng, mạng GSM chỉ

hỗ trợ các dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh với tốc độ 9,6 Kbps, tức là tốc

độ cao nhất mà một TS có thể cung cấp Để hỗ trợ được tốc độ số liệu caohơn, cách tiếp cận đơn giản nhất là MS sử dụng nhiều TS Công nghệ truyềndẫn số liệu tốc độ cao chuyển mạch kênh HSCSD sử dụng nguyên tắc này.Giống như GPRS, HSCSD cho phép cấp phát tài nguyên không đối xứng ởgiao diện vô tuyến Tuy nhiên, HSCSD không dùng chung tài nguyên này chonhiều người sử dụng Ngoài ra, chuyển mạch ở đây là chuyển mạch kênh Vìthế HSCSD không sử dụng hiệu quả băng tần, nhất là khi các phiên có dạng

cụm (burst) HSCSD đảm bảo thay đổi các tài nguyên được cấp phát trongmột cuộc gọi, điều này có thể hữu ích nếu mạng cần cải tạo lại một số tàinguyên đang được HSCSD sử dụng Tuy nhiên, điều này vẫn không mang lạihiệu suất sử dụng cao như ở GPRS.

Các phiên bản đầu tiên của HSCSD cho phép sử dụng nhiều khe, mỗikhe cung cấp 9,6 Kbps số liệu của người sử dụng Sau này người ta thay đổi

sơ đồ mã hoá kênh để cho phép một khe mang được 14,4 Kbps số liệu củangười sử dụng Như vậy kết hợp 4 khe đảm bảo tốc độ số liệu của người sửdụng lên đến 57,6 Kbps Khi sử dụng điều chế 8 PSK, HSCSD có thể đạtđược thông lượng cao hơn với ít TS hơn Chẳng hạn, phụ thuộc vào sơ đồ mãhoá được chọn, một TS có thể cung cấp được 14,4Kbps, 28,8 Kbps, 32,0Kbps hay 43,2 Kbps và cũng có thể kết hợp các khe này Giới hạn cao nhấtcủa tốc độ cung cấp của một khe là 64 Kbps vì mạng chỉ sử dụng 64 Kbps chomột khe thời gian

Tuy đã có sự triển khai HSCSD ở mạng GSM, nhưng có thể nói rằng

nó sẽ không được triển khai rộng So với các công nghệ chuyển mạch góiGPRS, EGPRS, hiệu quả của HSCSD vẫn còn thấp Vì thế nếu cần chọn giữaHSCSD và GPRS hoặc EGPRS, các nhà khai thác sẽ chọn công nghệ chuyểnmạch gói chứ không chọn HSCSD

1.5.2 Dịch vụ vô tuyến gói chung – GPRS

Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS hỗ trợ dịch vụ số liệu gói tốc độ caocho GSM GPRS khác với HSCSD ở chỗ nhiều người sử dụng có thể sử dụngchung một tài nguyên vô tuyến nên hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến làrất cao Một MS ở chế độ GPRS chỉ dành được tài nguyên vô tuyến khi nó có

số liệu cần phát Nhờ vậy, băng tần được sử dụng rất hiệu quả Một MS sửdụng GPRS có thể sử dụng đến 8TS để đạt được tốc độ đến hơn 100 Kbps

Tuy nhiên, đây là tốc độ đỉnh, nếu nhiều người cùng sử dụng thì tốc độ bit sẽthấp hơn.

Lúc đầu GSM được thiết kế cho lưu lượng chuyển mạch kênh, nên việcđưa dịch vụ chuyển mạch gói vào đòi hỏi phải bổ sung thêm thiết bị chomạng Mạng GPRS kết nối với các mạng số liệu công cộng như IP và mạngX25 Giao diện vô tuyến của GPRS sử dụng các tính năng cơ bản của giaodiện vô tuyến GSM Như vậy, cả hai dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyểnmạch gói có thể sử dụng cùng sóng mang Tuy nhiên, mạng đường trục củaGPRS được thiết kế sao cho nó không phụ thuộc vào giao diện vô tuyến

1.5.3 Hệ thống cải thiện tốc độ cho phát triển GSM – EDGE

EDGE hay EGPRS – Enhanced GPRS (GPRS tăng cường) là hệ thốngnhằm tăng thông lượng số liệu của mạng GSM/GPRS EDGE sử dụng điềuchế 8PSK thay cho dùng GMSK như ở trong GSM Do đó, về lý thuyếtEDGE có thể hỗ trợ tốc độ số liệu lên tới 384 Kbps Như vậy, tốc độ truyềndẫn số liệu của EDGE cao hơn nhiều so với GPRS, tuy nhiên vẫn chưa đạtđến yêu cầu của 3G (tốc độ tối đa là 2Mbps) Như vậy có thể coi EDGE làcông nghệ thuộc thế hệ 2,5G

Phạm vi sử dụng của EDGE phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thời gian,nhu cầu về các dịch vụ số liệu tốc độ cao của người sử dụng, mức độ sẵn sàngcủa các thiết bị đầu cuối có khả năng sử dụng công nghệ EDGE và giá thành

Về giá thành, để triển khai UMTS trước hết cần có được phổ tần UMTS Ởmột số nước, phổ tần được bán đấu giá cho người trả giá cao nhất, các nhàkhai thác phải bỏ ra hàng tỉ dolla để được quyền sử dụng một đoạn phổ củaUMTS Sau khi đã nhận được phổ tần, các nhà khai thác mạng phải xây dựngmột mạng vô tuyến hoàn toàn mới với giá thành rất cao Triển khai EDGEkhông đòi hỏi phổ tần mới (ít nhất cũng không phải phổ tần dành cho UMTS)

và không đòi hỏi thay đổi mạng quá lớn Chính vì thế EDGE có thể triển khai

với giá phải chăng hơn so với UMTS Vấn đề ở đây là cần xem xét có nêntriển khai rộng rãi EDGE như là một hệ thống giả thế hệ thứ ba hay là bỏ qua

nó mà chuyển ngay từ GPRS đến WCDMA

Dưới đây sẽ đi sâu tìm hiểu về công nghệ GPRS trong lộ trình pháttriển lên thế hệ 3G của mạng GSM

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GPRS

2.1 DỊCH VỤ GPRS TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

2.1.1 Khái niệm GPRS

Như đã trình bày ở chương trước, GPRS thuộc GSM pha 2+, là dịch vụphi thoại giá trị gia tăng của mạng GSM, cho phép người sử dụng truyền vànhận thông tin thông qua mạng di động GSM dưới dạng chuyển mạch gói.Công nghệ chuyển mạch gói được đưa ra để tối ưu việc truyền số liệu cụm vàtạo điều kiện truyền tải cho một lượng dữ liệu lớn GPRS được thiết kế đểcung cấp các dịch vụ gói tốc độ cao hơn so với tốc độ truyền số liệu củachuyển mạch kênh của GSM, đáp ứng cho người sử dụng duyệt web có hìnhảnh, truyền dữ liệu nhanh, thực hiện các dịch vụ tiếng nói và hình ảnh ở thờigian thực Về mặt lý thuyết, GPRS có thể cung cấp tốc độ số liệu lên đến 171kbps ở giao diện vô tuyến, tuy nhiên trong thực tế giá trị cực đại của tốc độchỉ cao hơn 100 kbps một chút và tốc độ khả thi thường vào khoảng 40 kbpshoặc 50 kbps Tuy nhiên các tốc độ nói trên cũng lớn hơn nhiều so với tốc độcực đại ở GSM Và hiện nay, cùng với việc thử nghiệm thành công công nghệtruyền dữ liệu tốc độ cao EDGE, GPRS tại mạng MobiFone đã đạt tốc độ384kbps, gần ngang với tốc độ ADSL của mạng cố định

GPRS đảm bảo tốc độ số liệu cao hơn nhưng vẫn sử dụng giao diện vôtuyến giống GSM Với GPRS, MS có thể truy nhập đồng thời đến nhiều khethời gian hơn Ngoài ra mã hoá kênh ở GPRS cũng khác với mã hoá kênh củaGSM và được thể hiện ở bảng 2-1

Sơ đồ mã hoá kênh thường được dùng nhất cho truyền số liệu gói là Sơ

đồ mã hoá 2 (CS-2) Sơ đồ này đảm bảo hiệu chỉnh lỗi khá tốt ở giao diện vôtuyến Mặc dù CS-3 và CS-4 cung cấp thông lượng cao hơn, nhưng chúngnhạy cảm cao với lỗi ở giao diện vô tuyến Thực ra CS-4 hoàn toàn khôngđảm bảo hiệu chỉnh lỗi ở giao diện vô tuyến CS-3 và đặc biệt là CS-4 đòi hỏiphát lại nhiều hơn ở giao diện vô tuyến, vì thế thông lượng thực sự hầu nhưkhông tốt hơn CS-2 Sơ đồ mã hoá CS-2 cho phép một khe thời gian có thểmang số liệu ở tốc độ 13,4 Kbps Nếu một người sử dụng truy nhập đến nhiềukhe thời gian, thì tốc độ có thể đạt tới 40,2Kbps hay 53,6 Kbps

Tất nhiên ưu điểm lớn nhất của GPRS không chỉ đơn giản là ở chỗ nócho phép tốc độ số liệu cao hơn Ưu điểm lớn nhất của GPRS là nó sử dụngcông nghệ chuyển mạch gói Điều này có nghĩa là một người sử dụng chỉ tiêuphí tài nguyên khi người này cần phát hoặc thu số liệu Nếu một người sửdụng không phát số liệu ở một thời điểm, thì các khe thời gian ở giao diện vôtuyến 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 vôtuyến là một ưu điểm lớn Điều này có nghĩa rằng mỗi khi một người sử dụng

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, vìthế người sử dụng và dịch vụ dường như luôn luôn được kết nối.

GPRS phù hợp với một phạm vi rộng các ứng dụng, từ thư điện tử(Email), văn phòng di động (Mobile Office), các ứng dụng đo lường lưulượng từ xa, tới tất cả các ứng dụng dữ liệu cụm chẳng hạn như truy cậpInternet GPRS cho phép hỗ trợ các ứng dụng dữ liệu của mạng cố định hiệntại trên các đầu cuối di động Dịch vụ GPRS được định hướng chủ yếu chocác ứng dụng với các đặc tính lưu lượng của truyền tải chu kỳ với khối lượngnhỏ và truyền không theo chu kỳ của các dữ liệu có kích thước nhỏ hoặctrung bình Điều này tạo khả năng cho hệ thống có thể phục vụ các dịch vụ vàứng dụng mới Sự truyền tải một lượng lớn dữ liệu vẫn sẽ được duy trì quacác kênh chuyển mạch kênh, để tránh trở ngại của phổ vô tuyến gói Các ứngdụng của GPRS có thể tiến hành từ các công cụ thông tin trong một máy tínhxách tay PC (thư điện tử, truyền tải file, duyệt trang web) đến các ứng dụngđặc biệt liên quan tới các truyền tải thấp (máy đo từ xa, điều khiển lưu lượngđường sắt và đường giao thông, thông tin điều hành taxi và xe tải, hướng dẫnđường động lực và giao dịch tiền tệ…)

2.1.2 Ưu điểm của GPRS

 Tốc độ cao:

Trên lý thuyết, tốc độ băng thông của GPRS có thể đạt tới 171,2 kbpskhi dùng cả 8 kênh truyền cùng một thời điểm Có nghĩa là nhanh gấp 3 lầntốc độ truyền dữ liệu hiện nay của mạng cố định, và gấp hơn 10 lần tốc độtruyền hiện nay của GSM Circuit Switched Data (CSD) Như vậy thông tin(dữ liệu, hình ảnh…) có thể truyền nhanh hơn, hiệu quả hơn

So sánh tốc độ của GPRS với một số dịch vụ khác thông qua bảng 2-2.

 Chỉ phải trả cước cho dung lượng dữ liệu truyền tải, không phải trảcước theo thời gian truy cập

 Kết nối tức thời liên tục:

Sự kết nối gần như tức thời là một ưu việt của GPRS so với GSM-CSD,thông tin được gửi hay nhận ngay lập tức khi có nhu cầu mà không cần dialqua modem, đặc tính rất quan trọng cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe về thờigian, chẳng hạn ứng dụng mà cần sự nhận thực từ xa và cấp phép các tàikhoản

Việc sử dụng giao thức IP cho phép truy cập Internet và Wap, giúp sửdụng nguồn thông tin dồi dào hơn

 Phát triển các ứng dụng dịch vụ đa phương tiện: Ví dụ các ứng dụngphổ biến trên GPRS ở nước ta hiện nay:

- WAP

- Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS – SGSN

- Nút trợ giúp chức năng cổng cho GPRS – GGSN

- Hệ thống tính cước (tuỳ chọn) – CGF

- Đơn vị điều khiển gói – PCU

Từ đó sẽ phát sinh các giao diện mới:

- Gb: Giữa SGSN với BSC

- Gn: Giữa các SGSN, giữa SGSN với GGSN

- Ga: Giữa GGSN với CGF

Hình 2-1 Sơ đồ cấu trúc mạng GPRS

Ở đây ta thấy có đơn vị điều khiển gói (PCU), nút hỗ trợ dịch vụ GPRS(SGSN), nút hỗ trợ dịch vụ cổng GPRS (GGSN) Ngoài ra, có một mạngbackbone nối các nút SGSN và GGSN với nhau, một domain name server sửdụng cho mục đích biên dịch địa chỉ và một BG (Boder Gateway) để đảm bảo

an toàn cho mạng GPRS PLMN đối với các truy nhập từ mạng PLMN bênngoài vào

2.2.1 Đơn vị điều khiển gói PCU

PCU (Packet Control Unit) là một phần tử mạng logic chịu trách nhiệmđối với một số chức năng liên quan đến GPRS như: điều khiển truy nhập giaodiện vô tuyến, lập biểu gói trên giao diện vô tuyến, lắp ráp và lắp ráp lại gói.PCU có thể được đặt tại BTS, BSC, hay tại SGSN Một cách logic có thể coiPCU như là một bộ phận của BSC và trên thực tế ta thấy PCU thường đượckết hợp vật lý với BSC Như vậy PCU là chức năng bổ sung cho BSC để kếtnối với SGSN

2.2.2 Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS – SGSN

SGSN (Serving GPRS Support Node) tương tự như MSC/VLR trongvùng chuyển mạch kênh nhưng thực hiện các chức năng tương tự ở vùngchuyển mạch gói Các chức năng này bao gồm: quản lý di động, bảo an và cácchức năng điều khiển truy nhập Vùng dịch vụ của SGSN được chia thành cácvùng định tuyến RA, các vùng này tương tự như vùng định vị ở vùng chuyểnmạch kênh Khi máy di động GPRS MS chuyển động từ một RA khác, nóthực hiện cập nhật vùng định tuyến ngay cả khi đang xảy ra phiên số liệu.Theo thuật ngữ của GPRS thì phiên số liệu đang xảy ra này được gọi là ngữcảnh giao thức số liệu gói PDP Trái lại khi một MS đang tham dự một cuộcgọi chuyển mạch kênh, sự thay đổi vùng định vị không dẫn đến cập nhật vùngđịnh vị.

Một SGSN có thể phục vụ nhiều BSC, còn một BSC chỉ giao diện vớimột SGSN Giao diện giữa SGSN với BSC (thực chất là với PCU ở BSC) làgiao diện Gb Đây là một giao diện trên cơ sở chuyển tiếp khung sử dụng giaothức BSS GPRS (BSSGP) Giao diện Gb được sử dụng để chuyển giao báohiệu và các thông tin điều khiển cũng như lưu lượng của người sử dụng đến

và từ SGSN

SGSN cũng giao diện với bộ ghi định vị thường trú HLR thông quagiao diện Gr Đây là giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7, giao diện này sử dụngMAP tăng cường dùng cho SGSN Giao diện Gr tương đương như giao diện

D giữa VLR và HLR ở GSM SGSN sử dụng giao diện Gr để cập nhật vị trícác thuê bao GPRS ở HLR và để nhận được thông tin đăng ký của thuê baoliên quan đến GPRS đối với mọi thuê bao nằm trong vùng phục vụ củaSGSN Một SGSN có thể giao diện với MSC thông qua giao diện Gs Đây làgiao diện trên cơ sở báo hiệu số 7 sử dụng SCCP Lớp trên SCCP là một giaothức được gọi là BSSAP+, đây là một dạng cải biến của BSSAP được sử dụnggiữa MSC và BSC ở tiêu chuẩn GSM Mục đích của giao diện Gs là đảm bảo

kết hợp giữa MSC/VLR và GPRS cho các thuê bao sử dụng cả các dịch vụchuyển mạch kênh được điều khiển bởi MSC/VLR (ví dụ thoại) và các dịch

vụ số liệu chuyển mạch gói được điều khiển bởi GPRS Chẳng hạn nếu mộtthuê bao nào đó hỗ trợ cả dịch vụ thoại và dịch vụ số liệu gói và nó đã nhậpmạng SGSN, thì MSC có thể tìm gọi thuê bao này cho cuộc gọi thoại thôngqua SGSN bằng cách sử dụng giao diện Gs SGSN giao diện với trung tâmdịch vụ bản tin ngắn SMSC thông qua giao diện Gd Giao diện này cho phépcác thuê bao GPRS phát và thu các bản tin ngắn trên mạng GPRS Giao diện

Gd là một giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7 sử dụng MAP

Nguyên tắc hoạt động của SGSN:

- Tuân thủ theo khuyến nghị GSM 03.60 các chức năng sau phải được

hỗ trợ bởi SGSN:

+ Attach/Detach và quản lý lưu động thuê bao

+ Tìm gọi thuê bao GPRS

+ Cập nhật HLR

+ Quản lý chuyển giao giữa các SGSN

- Chức năng an toàn bảo mật chống truy nhập trái phép tại SGSN.Ngoài ra SGSN phải có cơ chế nhận thực đối với thuê bao

- Giao diện kết nối với các hệ thống SMS cho phép thuê bao gửi vànhận tin nhắn Trao đổi giữa SGSN và MS tuân theo khuyến nghị GSM04.11

- Kết nối báo hiệu giữa SGSN với HLR/MSC/VLR trên giao diệnMAP V3

- Quản lý các trạng thái thuê bao trên SGSN:

1 Trạng thái nghỉ (Idle): Thuê bao không kết nối GPRS SGSNkhông cần cập nhật số liệu của thuê bao và coi thuê bao là ở trạng thái nghỉ.

2 Trạng thái kết nối không truy nhập (Standby): Thuê bao ở chế

cơ sở IP được sử dụng để mang báo hiệu và số liệu người sử dụng Giao diện

Gn sử dụng giao thức xuyên đường hầm GPRS (GTP: GPRS TunnelingProtocol) Giao diện này truyền xuyên số liệu giữa SGSN và GGSN qua mạngđường trục IP

GGSN có thể sử dụng giao diện Gc đến HLR Giao diện này sử dụngMAP ở báo hiệu số 7 Cần sử dụng giao diện này khi GGSN cần xác địnhSGSN hiện đang phục vụ một thuê bao, cũng giống như việc cổng GMSC hỏiHLR để định tuyến thông tin cho một cuộc gọi kết cuối máy di động Điềukhác nhau duy nhất giữa hai trường hợp này là phiên số liệu thường được MSthiết lập chứ không phải mạng ngoài Nếu MS thiết lập phiên thì GGSN biếtSGSN nào đang phục vụ MS, vì tuyến truyền từ MS đến GGSN đi qua SGSNphục vụ Trong trường hợp này GGSN không cần hỏi HLR GGSN phải hỏiHLR khi phiên được khởi xướng bởi mạng số liệu ngoài Đây là một khả năngtuỳ chọn và nhà khai thác có thể không chọn khả năng này Trong nhiềumạng, khả năng này không được thực hiện và MS buộc phải có một địa chỉ

giao thức gói cố định (địa chỉ IP) Tuy nhiên, không gian địa chỉ quy địnhthường hạn chế nên một địa chỉ cố định cho từng MS thường không thể thựchiện được.

GGSN có thể giao diện với các SGSN khác trong mạng Giao diện nàycũng được gọi là Gn và cũng sử dụng GTP Chức năng đầu tiên của giao diệnnày là đảm bảo truyền xuyên các gói từ một SGSN cũ đến một SGSN mới khixảy ra cập nhật định tuyến trong thời gian nội dung giao thức số liệu gói PDPContext (phiên số liệu) Lưu ý rằng quá trình chuyển hướng các gói từ mộtSGSN này đến một SGSN khác rất ngắn: đúng bằng thời gian mà SGSN mới

và GGSN thiết lập PDP Context giữa chúng Quá trình này hoàn toàn khácvới chuyển giao giữa các MSC ở GSM Ở trường hợp GSM, MSC đầu tiênvẫn duy trì vai trò MSC của nó cho đến khi cuộc gọi kết thúc

GGSN phải hỗ trợ các tính năng sau:

- Kết nối số liệu dạng gói

- Quản lý các phiên kết nối số liệu

- Quản lý tài nguyên hệ thống

giữ các thông tin về vị trí của MS Kết nối giữa HLR và SGSN thông qua giaotiếp Gr để trao đổi thông tin về thuê bao.

HLR lưu giữ thông tin về SMS, bao gồm tuỳ chọn truyền SMS quaSGSN tới MS Đối với các thuê bao Roaming, thuê bao có thể thâm nhập tớicác SGSN tại mạng PLMN khác

2.2.5 Phân hệ trạm gốc BSS

BSS (Base Station Subsystem) bao gồm BSC (Base Station Subsystem)

và các BTS (Base Tranceiver Station)

BTS phải chứa phần mềm cụ thể của GPRS, BSC cung cấp các chứcnăng liên quan đến vô tuyến: thiết lập, giám sát và giải phóng các cuộc gọi vàcác phiên dữ liệu chuyển mạch gói BSC cũng cung cấp các chức năng nhưhandover, dữ liệu cấu hình cell, ấn định kênh BSC bao gồm cả phần cứng vàphần mềm GPRS, SGSN phục vụ một nhóm các BSC, nhưng một BSC chỉđược đấu tới một SGSN

BTS phân tách thông tin gói dữ liệu và cuộc gọi thông thường trước khiBSC chuyển các cuộc gọi tới MSC/VLR và dữ liệu chuyển mạch gói tin tớiSGSN

2.2.6 Trung tâm chuyển mạch di động MSC

MSC (Mobile Switching Center) thực hiện các chức năng chuyển mạchthoại trong hệ thống GSM, để SGSN chuyển lưu lượng các gói tin

Vùng định tuyến SGSN (RA: Routing Area) là tập con của các vùngđịnh vị MSC (LA: Location Area) Một SGSN có thể điều khiển nhiều vùngđịnh tuyến Vùng định vị MSC là một nhóm các cell BSS Hệ thống sử dụngcác LA để tìm thuê bao ở trạng thái rỗi LA là vùng định vị mà MS di chuyểntrong vùng đó không cần phải cập nhật vị trí lên mạng

Một vùng dịch vụ MSC/VLR được hình thành từ một số LA SA làvùng phục vụ bởi một MSC.

Có thể có nhiều MSC tương ứng với một SGSN Một MSC cũng có thểđược nối đến nhiều SGSN Cấu hình phụ thuộc vào thiết kế mạng cụ thể

2.2.7 Bộ ghi định vị tạm trú VLR

Cơ sở dữ liệu VLR (Visistor Location Register) chứa thông tin về tất cảcác thuê bao hiện thời được định vị trong vùng định vị MSC hoặc vùng địnhtuyến SGSN tương ứng Thực tế SGSN bao gồm các chức năng của VLR chothông tin chuyển mạch gói tin

VLR chứa các thông tin thuê bao tạm trú cần thiết cho MSC hoặcSGSN cung cấp các dịch vụ

Khi MS đi vào vùng định vị MSC hoặc vùng định tuyến SGSN mới,VLR của MSC hoặc SGSN đó yêu cầu và lưu giữ dữ liệu về MS từ HLR đểphục vụ cho thiết lập cuộc gọi Với MS hỗ trợ cả GPRS và GSM, cả SGSN vàMSC sẽ thu nhận thông tin về vị trí từ HLR khi MS đăng nhập kết hợp, nghĩa

là cả GPRS và IMSI/CS attached SGSN có thể nhận và thực hiện các yêu cầunhắn tin từ MSC/VLR

2.2.8 Cổng ngoại biên BG

Cấu trúc chuẩn của BG (Border Gateway) không được xác định trongcác đặc trưng kỹ thuật của GPRS Thay vào đó, các nhà khai thác PLMN khácnhau sẽ thống nhất về các BG trong thoả thuận Roaming Thông thường BGbao gồm một firewall có chức năng bảo vệ mạng phù hợp với các thoả thuận

về chuyển vùng (Roaming) và một bộ định tuyến (Router) hỗ trợ cho việc lựachọn mạng Ngoài ra BG có thể chứa các chức năng riêng khác của nhà khaithác Nhiệm vụ chính của BG là đảm bảo sự an toàn cho các kết nối giữa cácPLMN khác nhau trên mạng Inter – PLMN Backbone

2.3 CÁC DỊCH VỤ GPRS

Các hệ thống GPRS đều cần phải đáp ứng được các dịch vụ mà nhàkhai thác và khách hàng đòi hỏi, bao gồm dịch vụ hỗ trợ khai thác và dịch vụcung cấp cho khách hàng

2.3.1 Các dịch vụ mạng

Theo quan điểm của nhà khai thác, hệ thống GPRS cần phải hỗ trợ cácdịch vụ sau:

 Tính cước theo tải tin sử dụng

 Thâm nhập vô tuyến