Nghiên cứu xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển báo hiệu hàng hải từ xa thông qua mạng di động GSM phục vụ bảo đảm an toàn hàng hải

Việc giám sát báo hiệu hàng hải gồm có: Quản lý luồng: luồng được hiểu như là “con đường” trên biển, luồng được thiết lập và phân biệt bởi hệ thống các phao hoặc tiêu báo hiệu, người điề

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TỔNG CÔNG TY BẢO ĐẢM AN TOÀN HÀNG HẢI MIỀN NAM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2011

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN BÁO HIỆU HÀNG HẢI TỪ XA THÔNG QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG GSM PHỤC VỤ

BẢO ĐẢM AN TOÀN HÀNG HẢI

Chủ nhiệm đề tài ThS Phạm Tuấn Anh

9491

Vũng Tàu, 2012

LỜI NÓI ĐẦU

Báo cáo này là kết quả của quá trình thực hiện đề tài Nghiên cứu Khoa học “Nghiên cứu xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển báo hiệu hàng hải từ xa thông qua mạng điện thoại

di dộng GSM phục vụ bảo đảm an toàn hàng hải” đăng ký năm 2010 do ThS Phạm Tuấn Anh làm chủ nhiệm, Tổng Công ty Bảo đảm An toàn Hàng hải Miền Nam chủ trì

Báo cáo gồm có 8 chương và 1 phụ lục:

• Chương 1: trình bày sơ lược về mạng thông tin di động (GSM) và điều kiện cơ sở hạ tầng mạng GSM Việt Nam từ đó đưa đến tiền đề phát triển đề tài

• Chương 2: đề cập đến cơ sở thiết kế, mô hình thiết kế và mô hình triển khai hệ thống

• Chương 3: hệ thống hóa lý thuyết truyền sóng, phương pháp tính toán độ lệch vị trí và giải quyết vấn đề suy hao khi tích hợp hai module GSM và GPS trên cùng một thiết bị

• Chương 4: trình bày thiết kế của thiết bị phần cứng đặt trên hải đăng

• Chương 5: trình bày thiết kế của thiết bị phần cứng đặt trên hải phao

• Chương 6: trình bày thiết kế của thiết bị phần cứng đặt tại trung tâm

• Chương 7: mô tả phần mềm quản lý toàn bộ hệ thống

• Chương 8: kết quả đạt được và hướng phát triển

• Phụ lục: mã chương trình của phần mềm quản lý hệ thống

Tôi xin gởi cảm ơn chân thành đến Bộ Giao Thông Vận Tải, Cục Hàng Hải đã hướng dẫn

và tạo điều kiện để tôi hoàn thành đề tài

Tôi xin chân thành Cảm ơn Tổng Công ty Bảo đảm An toàn Hàng hải Miền Nam, Phòng

An toàn Hàng Hải, Công ty TNHH MTV Thiết bị Báo hiệu Hàng hải Miền Nam đã tạo điều kiện thuận lợi về mặt thời gian và cơ sở vật chất để thử nghiệm thiết bị và hệ thống trong thời gian qua

Tôi cũng gởi lời cảm ơn chân thành đến các đồng nghiệp đã hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện luận án vừa qua

Tp Vũng Tàu, 12/2010 Chủ nhiệm đề tài

ThS Phạm Tuấn Anh

MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM VÀ CƠ SỞ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Lịch sử mạng GSM 1

1.3 Giao tiếp radio 2

1.4 Cấu trúc mạng GSM 3

1.5 Hạ tầng mạng GSM Việt Nam và cơ sở phát triển hệ thống 4

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG 6

2.1 Cơ sở thiết kế 6

2.2 Mô hình hệ thống 7

2.3 Định hướng kỹ thuật và công nghệ 9

2.3.1 Mô hình đa lớp và khả năng xử lý 9

2.3.2 Mô hình triển khai 10

2.3.3 Công nghệ nền 11

2.3.4 Công nghệ triển khai 11

2.4 Phần mềm/Hệ thống giám sát và kiểm soát báo hiệu từ xa 11

2.4.1 Giới thiệu 11

2.4.2 Qui trình nghiệp vụ 12

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THUẬT TOÁN 15

3.1 Mạng GSM và công nghệ GPRS 15

3.1.1 Tổng quan 15

3.1.2 Các kiểu chuyển mạch 16

3.1.2.1 Chuyển mạch kênh 16

3.1.2.2 Chuyển mạch gói 16

3.1.3 Đặc điểm của hệ thống GPRS 16

3.1.4 Kiến trúc mạng GPRS 17

3.1.4.1 TE 18

3.1.4.2 GPRS BSS 18

3.1.4.3 MSC (Mobile Services Switching Center) 19

3.1.4.4 GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center) 19

3.1.4.5 HLR (Home Location Register) 19

3.1.4.6 VLR (Visistor Location Register) 20

3.1.4.7 Mạng lõi 20

3.1.5 Mã hóa kênh trong GPRS 23

3.1.6 Kết nối IP của GPRS 24

3.1.6.1 Địa chỉ IP công cộng và địa chỉ riêng 25

3.1.6.2 Địa chỉ IP động và địa chỉ tĩnh 26

3.1.6.3 Các phần kết nối IP trong GPRS 27

3.2 GPS và ứng dụng 27

3.2.1 Ứng dụng GPS tính toán độ dịch chuyển 27

3.2.1.1 Trị đo GPS 27

3.2.1.2 Định vị GPS 29

3.2.1.3 Phương pháp tính toán độ dịch chuyển và giám sát sai lệch tọa độ 31

3.2.2 WebGIS 36

3.2.2.1 Công nghệ MapServer 37

3.2.2.2 Công nghệ GeoServer 37

3.2.2.3 Công nghệ Sharpmap 38

3.2.2.4 Công nghệ Google map 38

3.3 Tích hợp GSM, GPS trên cùng bo mạch và giải pháp khắc phục nhiễu 38

3.3.1 Ảnh hưởng can nhiễu đến tín hiệu thu GPS 38

3.3.1.1 Tổng quan 38

3.3.1.2 Giảm can nhiễu trong dải tần 39

3.3.1.3 Sự can nhiễu ngoài dải tần 40

3.3.1.4 Giảm thiểu can nhiễu và tăng độ lợi bộ thu GPS 41

3.3.2 Mô phỏng LNA dùng HSPICE 42

3.3.2.1 Giới thiệu HSPICE 42

3.3.2.2 Khai báo linh kiện 43

3.3.2.3 Khai báo nguồn 46

3.3.2.4 Các kiểu phân tích 50

3.3.2.5 Kết quả mô phỏng 51

CHƯƠNG IV KHỐI THIẾT BỊ KIỂM SOÁT ĐẶT LÊN HẢI ĐĂNG 54

4.1 Tính năng của khối 54

4.2 Sơ đồ khối 54

4.3 Chức năng các khối con 55

4.3.1 Khối vi xử lý 55

4.3.2 Khối GSM/GPRS 57

4.3.3 Khối cảm biến đọc chu kỳ đèn chính./phụ 58

4.3.4 Khối cảm biến dòng đèn chính./phụ 59

4.3.5 Khối cảm biến acquy 60

4.3.6 Khối cảm biến Serial Eeprom 61

4.3.7 Led status 62

CHƯƠNG V KHỐI THIẾT BỊ KIỂM SOÁT ĐẶT LÊN PHAO 63

5.1 Tính năng của khối 63

5.2 Sơ đồ khối 63

5.3 Chức năng các khối con 64

5.3.1 Khối vi xử lý 64

5.3.2 Khối GPS 66

5.3.3 Khối GSM 67

5.3.4 Nguồn cấp 69

5.3.5 Memory storage 70

5.3.6 Cảm biến phát hiện trộm 71

5.3.7 Cảm biến dòng 72

5.3.8 Led status 74

5.3.9 Light disk 75

5.3.10 Khối Light disk control 75

5.3.11 Khối Clash sensor 76

5.3.12 Khối Out current sensor 77

5.3.13 Khối Accu Voltage sensor 77

5.3.14 Khối Accu Charge Control 78

CHƯƠNG VI KHỐI THIẾT BỊ TRUNG TÂM 79

6.1 Tính năng của khối 79

6.2 Sơ đồ khối 79

6.3 Chức năng các khối con 80

6.3.1 Khối vi xử lý 80

6.3.2 Khối GSM/GPRS 81

6.3.3 Khối Serial Eeprom 82

6.3.4 Khối Ethernet 83

6.3.5 Led status 83

6.3.6 Khối chuông báo động 84

6.3.7 Khối PC 84

CHƯƠNG VII CHƯƠNG TRÌNH QUẢN LÝ CHO HỆ THỐNG 85

7.1 Flowchart khối điều khiển cảm biến 85

7.2 Flowchart khối điều khiển nhận thông tin 87

7.3 Cấu trúc dữ liệu thu phát thông tin của thiết bị 89

7.3.1 Cấu trúc tin nhắn thiết bị gởi về trung tâm 89

7.3.2 Cấu trúc tin nhắn thiết bị gởi đến cài đặt thiết bị giám sát 90

7.3.3 Đáp ứng từ thiết bị giám sát khi nhận tin nhắn 90

7.3.3.1 Ứng với thao tác T1 91

7.3.3.2 Ứng với thao tác khác 92

7.3.4 Cấu trúc tin nhắn thiết bị giám sát gởi cảnh báo 93

7.4 Phần mềm giám sát và kiểm soát báo hiệu từ xa 93

7.4.1 Giới thiệu 93

7.4.2 Quy trình nghiệp vụ và tính năng hệ thống 95

7.4.2.1 Quy trình nghiệp vụ 95

7.4.2.2 Tính năng giám sát, kiểm soát 96

7.4.2.2.1 Đăng nhập hệ thống 96

7.4.2.2.2 Quản lý thông tin 98

7.4.2.2.3 Giám sát trực tuyến 100

7.4.2.2.4 Báo cáo 103

7.4.2.2.5 Cấu hình 104

7.5 Kết quả 104

7.5.1 Phạm vi và phương pháp thử nghiệm 105

7.5.2 Kết quả 107

7.5.2.1 Về mặt định tính 108

7.5.2.2 Về mặt định lượng 108

CHƯƠNG VIII KẾT QUẢ ĐỀ TÀI VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 111

8.1 Kết quả luận án 111

8.2 Hướng phát triển 111

PHỤ LỤC 112

1 Một số hình ảnh phao và hải đăng

2 Sourcecode phát triển hệ thống

TÀI LIỆU THAM KHẢO 131

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM VÀ CƠ SỞ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG

1.1 Giới thiệu chung

GSM, còn gọi là mạng thông tin di động toàn cầu, là cụm từ viết tắt cũa Global System for Mobile communication Đây là một trong những công nghệ về mạng điện thoại

di động phổ biến nhất trên thế giới Cho đến nay công nghệ này có gần 2 tỷ thuê bao sử dụng trên phạm vi 212 quốc gia và vùng lãnh thổ Do nó hầu như có mặt khắp nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện việc ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dể dàng sử dụng máy điện thoại GSM cũa mình ở bất cứ nơi đâu Mặt thuân lợi cũa công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chất lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn đó là tin nhắn SMS Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệ GSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau

Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra tính năng roaming cho thuê bao cũa mình với các mạng khác trên toàn thế giới Và công nghệ GSM cũng phát triển thêm các tính năng truyền dữ liệu như GPRS và sau này là truyền tốc độ cao hơn khi họ sử dụng EGDE

1.2 Lịch sử mạng GSM

Vào đầu những năm 1980 tại châu Âu người ta phát triển một mạng điện thoại di động chỉ sử dụng trong một vài khu vực Sau đó vào năm 1982 nó được chuẩn hóa bởi CEPT (European Conference of Postal and Telecomunications Administrations) và tạo ra Groupe Special Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn châu Âu

Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi nhà khai thác Radiolinja ở Finland

Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM được chuyển cho viện viễn thong châu Âu (European Telecommunications Standards Institute (ETSI)), các tiêu chuẩn, đặc tính phase 1 của công nghệ GSM được công bố vào năm 1990 Đến cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên

48 quốc gia

1.3 Giao tiếp Radio

GSM là mạng điện thoại di động do đó các máy điện thoại di động kết nối với mạng bằng cách tìm kiếm, kết nối với các cell gần nó nhất Các mạng di động GSM hoạt động trên 4 băng tần Hầu hết thì hoạt động ở băng tần 900Mhz và 1800Mhz Vài nước ở Châu

Mỹ thì sử dụng băng tần 850Mhz và 1900Mhz do băng 900Hhz và 1800Mhz ở nơi này đã

bị sử dụng trước

Và cực kỳ hiếm có mạng nào sử dụng tần số 400Mhz hay 450Mhz chỉ có ở Scandinavia

sử dụng do các băng tần khác đã bị cấp phát cho việc khác

Các mạng sử dụng băng tần 900Mhz thì đường uplink sử dụng tần số trong dãi 915Mhz và đường downlink sử dụng tần số trong dãi 935-960 Mhz Họ chia các băng tần này thành 124 kênh với độ rộng băng thong 25Mhz, mổi kênh cách nhau 1 khoảng 200Khz

890-Sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multiplexing) để chia ra

8 kênh full rate hay 16 kênh haft rate Có 8 khe thời gian gộp lại gọi thành một khung TDMA Tốc độ truyền dữ liệu của một kênh là 270.833Kbit/s và khoảng thời gian của một khung là 4.615ms

Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watts đối với băng GSM 850/900Mhz và tối đa là 1 watts đối với băng GSM 1800/1900Mhz

Mạng GSM sử dụng 2 kiểu mã hóa âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3.1 Khz đó là mã hóa 6 và 13 Kbps gọi là Full rate (13 Kbps) và Haft rate (6 Kbps) Để nén họ sử dụng hệ

thống có tên là Linear Predictive Coding (LPC)

Vào năm 1997 thì họ cải tiến thêm cho mạng GSM là bộ mã GSM-ERR sử dụng full rate 12.2 kbps

Có tất cả 4 kích thước cell site trong mạng GSM đó là marco, micro, pio và umbrella Vùng phủ sóng của mổi cell phụ thuộc nhiều vào môi trường Macro cell được lắp trên cột cao hoặc trên các tòa nhà cao tầng, micro cell lại được lắp ở các khu thành thị, khu dân cư, pico cell thì tầm phủ song chỉ khoảng vài chục mét trở lại nó thường được lắp để tiếp sóng trong nhà Umbrella lắp bổ sung vào các vùng bị che khuất hay các vùng trống giữa các cell

Bán kính phủ sóng của một cell tùy thuộc vào độ cao của anten, độ lợi của anten thì có thể từ vài trăm mét tới vài chục km Trong thực tế thì khả năng phủ sóng xa nhất của một trạm GSM là 32 km (22 dặm)

Một số khu vực trong nhà mà các anten ngoài trời không thể phủ sóng tới như nhà ga, sân bay, siêu thị… thì người ta sẽ dung các trạm Pico để chuyển tiếp sóng từ các anten ngoài trời vào

1.4 Cấu trúc mạng GSM

Mạng GSM bao gồm các thành phần sau:

• Trạm gốc và các phần điều khiển BSS (Base Station Subsytem)

• Mạng và hệ thống chuyển mạch NSS (Network Station Subsytem)

• Phần mạng GPRS (Global Packet Radio Service)

• Một số phần khác cung cấp dịch vụ cho GSM như gọi, nhắn tin SMS (Short Message Service)

• Thẻ SIM (Subscribe Identity Module)

Hình 1.1 Cấu trúc mạng GSM

1.5 Hạ tầng mạng GSM Việt Nam và cơ sở phát triển hệ thống

Trong khoảng 10 năm gần đây, hạ tầng mạng thông tin di động GSM Việt Nam phát triển với tốc độ khá cao, tính đến cuối năm 2011, Việt Nam có 8 nhà mạng cung cấp dịch

vụ thông tin di động, với vùng phủ sóng rộng khắp cả nước, trong đó lớn nhất là 3 nhà mạng: Mobifone, Vinaphone, Viettel với tổng số khoảng gần 70.000 trạm BTS, phủ sóng trên toàn bộ lãnh thổ Việt Nam, kể cả vùng sâu vùng xa, miền núi, vùng biển

Đặc biệt, trong đó mạng Viettel trong năm 2011, vừa tuyên bố sóng di động của nhà mạng này đã phủ kín toàn bộ vùng biển gần bờ Việt Nam, tạo điều kiện thuận lợi cho ngư dân đánh bắt tại các ngư trường xa bờ

Theo kết quả đo kiểm đầu tháng 5/2011 của Viettel, hơn 3.000 km vùng biển gần bờ Việt Nam đã được Viettel phủ sóng điện thoại di động Tại những ngư trường lớn như Cà Mau – Kiên Giang, Bà Rịa – Vũng Tàu, vùng phủ sóng cách đất liền lên tới hơn 200 km

Với tầm phủ rộng, ngư dân đánh bắt xa bờ tại nhiều vùng biển có thể sử dụng điện thoại di động để liên lạc với người thân tại đất liền Ngoài ra, người dùng có thể truy cập Internet qua GPRS/EDGE để đọc tin tức, cập nhật giá cả, thời tiết,… ngay giữa biển khơi

Hình 1.2 Viettel phủ sóng khắp vùng biển Việt Nam (Nguồn: Viettel) Với những điều kiện thuận lợi trên, chúng tôi đã đưa ra những giải pháp hiệu quả nhất,

đó là hệ thống giám sát và điều khiển báo hiệu hàng hải từ xa bằng đường truyền sóng điện thoại di động GSM/GPRS Giải pháp này với ưu điểm là sử dụng cơ sở hạ tầng có sẵn là các trạm thu phát sóng điện thoại di động mà đã phủ sóng khắp toàn đất nước nên không cần xây dựng những trạm thu phát, trạm trung chuyển Với công nghệ được nghiên cứu trong nước cũng cho nhiều ưu điểm như giá sản phẩm thấp, dễ dàng nâng cấp và tích hợp với các sản phẩm trong nước, tiện lợi trong công tác bảo dưỡng và sửa chữa, phù hợp với điều kiện môi trường của vùng nhiệt đới và góp phần trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT & KIỂM SOÁT BÁO HIỆU HÀNG HẢI 2.1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống báo hiệu hàng hải

2.1.1 Sơ lược hệ thống báo hiệu hàng hải

• Các loại báo hiệu hàng hải

Báo hiệu hàng hải gồm có các loại chính sau:

Hải đăng (đèn biển)

Các thiết bị báo hiệu của một hải đăng bao gồm:

- Đèn chính

- Đèn phụ

- Beacon (Một số hải đăng có)

- Racon (Một số hải đăng có)

- AIS (chưa có)

- Thiết bị báo hiệu hàng hải khác (hầu như ko có)

Hình 2.1 Hải đăng và các thiết bị ngoại vi Thiết bị cung cấp năng lượng

- Điện lưới

- Máy phát điện

- Pin năng lượng mặt trời

Hệ thống thông tin liên lạc

- UHF/VHF

Phao báo hiệu

Thiết bị báo hiệu trên phao

- Đèn

- Racon

- AIS

Thiết bị cung cấp năng lượng

- Pin năng lượng mặt trời

Hình 2.2 Phao/tiêu và các thiết bị ngoại vi

Tiêu báo hiệu

Thiết bị báo hiệu trên tiêu

- Đèn

- Racon

- AIS (Một số tiêu có)

Thiết bị cung cấp năng lượng

- Pin năng lượng mặt trời

Phao và tiêu (đăng tiêu, chập tiêu) là các thiết bị báo hiệu dẫn luồng

• Cấu tạo hoạt động chung của một báo hiệu

Cấu tạo chung của một đèn biển gồm có hai phần chính: nguồn cung cấp nguồn và hệ thống chức năng Nguồn cung cấp thường là điện lưới, máy phát điện và pin năng lượng mặt trời Hệ thống chức năng gồm có đèn, thường có đèn chính và đèn phụ, hệ thống các thiết bị điện tử phụ trợ giúp đèn hoạt động, trong đó chủ yếu các cảm biến để xác định ngày/đêm để giúp chọn chế độ hoạt động thích hợp

Motor 1

Tủ điều khiển 1

Hình 2.3 Cơ cấu hoạt động của đèn biển

• Cấu tạo của phao/tiêu:

Về cơ bản cũng tương tự nhưng ở mức độ đơn giản hơn, chỉ có một nguồn cung cấp chính là pin năng lượng mặt trời và một đèn hoạt động

Hình 2.4 Cơ cấu hoạt động của phao/tiêu

2.1.2 Giám sát & kiểm soát báo hiệu hàng hải

Giám sát, kiểm soát báo hiệu hàng hải nhằm đảm bảo cho các báo hiệu hàng hải hoạt động theo đúng chức năng, liên tục và đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc đảm bảo an toàn hàng hải trên biển Việc giám sát báo hiệu hàng hải gồm có:

Quản lý luồng: luồng được hiểu như là “con đường” trên biển, luồng được thiết lập và phân biệt bởi hệ thống các phao hoặc tiêu báo hiệu, người điều khiển tàu bè dựa vào hệ thống phao/tiêu báo hiệu này để nhận biết “con đường” và đi theo, do vậy, quản lý luồng chính là quản lý hệ thống phao/tiêu báo hiệu để đảm bảo luôn hoạt động liên tục, đúng chức năng, nghĩa là đảm bảo “con đường” trên biển luôn thông suốt

Chớp Quang trở

Accu

Tiết chế Solar

panel

Đèn

Hình 2.5 Minh họa về luồng (hay còn gọi là “đường” trên biển) Quản lý hải đăng: hải đăng có vai trò định hướng, dẫn đường, cảnh báo nguy hiểm cho các con tàu đi trong đêm Quản lý hải đăng nhằm đảm bảo hải đăng luôn hoạt động liên tục,

đa số các hải đăng đều có trạm có người ở tại hải đăng, và có công nhân quản lý hải đăng Tuy nhiên cũng có một số hải đăng không có người quản lý trực tiếp ở đó, vì do điều kiện khó khăn không thể ở được Nên công tác bảo đảm cho đèn luôn hoạt động là điều khó

2.2 Tổng quan về tình hình phát triển trong và ngoài nước

2.2.1 Ngoài nước

Bảo đảm an toàn hàng hải là một trong những ngành quan trọng nhất đối với các nước có hoạt động giao thông trên biển và chú trọng phát triển kinh tế biển, đặc biệt là các nước phát triển Bởi chính ngành này với những hạ tầng kỹ thuật hiện đại luôn đem lại sự an toàn cho những phương tiện thủy cả trong nước lẫn quốc tế Đối với những tàu thuyền đi trên biển, thì ánh sáng hải đăng, hải đồ điện tử, tín hiệu vô tuyến điện (AIS, Racon, Ramark…) luôn là những tín hiệu dẫn đường an toàn để các tàu thuyền định vị vị trí bờ biển, và các vị trí khác Các phao tiêu trên luồng cũng là những tín hiệu quan trọng không kém với tính năng dẫn tàu thuyền ra vào cảng một cách an toàn

Nhận thức được như thế, các nước tiên tiến đã ưu tiên hàng đầu trong công cuộc hiện đại hóa hạ tầng kỹ thuật của ngành bảo đảm an toàn hàng hải với những công nghệ kỹ thuật tiên tiến nhất nhằm luôn bảo đảm an toàn hàng hải 24/24 và kịp thời cảnh báo và cứu hộ khi có

sự cố xảy ra Đối với nước Mỹ, Anh, Pháp và các nước phát triển khác, các hạ tầng kỹ thuật của bảo đảm an toàn hàng hải đã hoàn toàn được tự động hóa, các hải đăng đã không còn công nhân canh gác từ hàng chục năm qua; các báo hiệu hàng hải đã được hiện đại hóa với những hệ thống quản lý tân tiến như hệ thống giám sát và điều khiển từ xa, hệ thống nhận dạng tự động, hệ thống camera quan sát, …

Việc giám sát, kiểm soát báo hiệu hàng hải từ xa được quan tâm từ những năm 70, bắt đầu từ việc giám sát, kiểm soát các phao báo hiệu ở mức độ đơn giản nhất là nhận biết tình trạng hoạt động (sáng/tắt) của đèn trên phao, dần dần, mức độ giám sát gần như toàn diện, giám sát và kiểm soát hoạt động của tất cả ngoại vi gắn trên phao như giám sát tình trạng của

ắc quy, dòng nạp, dòng xả, chu kỳ chớp tắt của đèn … và mức độ giám sát, kiểm soát được phát triển ở tầm cao hơn vào đầu thập niên 90, nhiều hệ thống giám sát, kiểm soát báo hiệu hàng hải hoạt động tự động được phát triển và ứng dụng vào thực tiễn, có thể kể đến một số

hệ thống như:

Hệ thống giám sát và kiểm soát từ xa Navlink (Navlink Remote Monitoring and Control): được phát triển vào đầu những năm 90 bởi công ty Navlink, hệ thống Navlink có

khả năng kết nối và xử lý cùng lúc nhiều báo hiệu hàng hải, gồm cả phao và hải đăng, cho phép giám sát và điều khiển tính năng của các báo hiệu hàng hải từ xa

Hình 2.6 Mô hình hệ thống giám sát, kiểm soát báo hiệu hàng hải từ xa Navlink

Trong hệ thống này, các báo hiệu hàng hải (phao, hải đăng) được gắn các thiết bị giám sát hoạt động và gởi thông tin về trung tâm theo các chế độ hoạt động định kỳ hoặc khẩn cấp, hệ thống phần mềm thu thập thông tin gởi về và giúp người bảo đảm an toàn hàng hải

có được thông số hoạt động của các báo hiệu một cách tức thời (real-time) Phương thức truyền nhận dữ liệu được sử dụng trong hệ thống này gồm có: đường truyền vệ tinh, sóng VHF, sóng di động

Trên thế giới có một số thiết bị của các nước Ấn Độ, Tây Ban Nha, Trung Quốc, tuy nhiên, để phát huy hết tính năng ưu việt thì cần phải xây dựng hệ thống giám sát, kiểm soát, nghĩa là phải nắm rất rõ về công nghệ chế tạo thiết bị

Hình 2.7 Thiết bị giám sát, kiểm soát phao báo hiệu của Ấn độ

Hình 2.8 Thiết bị giám sát, kiểm soát phao báo hiệu của Tây Ban Nha Bên cạnh việc giám sát và kiểm soát từ xa, một số tổ chức còn phát triển và ứng dụng công nghệ cho phép các báo hiệu hàng hải hoạt động tự động, không người trông coi và chỉ

can thiệp điều khiển khi cần thiết Ví dụ: Hải đăng Bishop Rock, vận hành tự động từ năm

1991, và đến 21/12/1992 thì hoàn toàn giám sát và điều khiển từ xa, không cần có người trông coi

Hình 2.9 Hải đăng Bishop Rock (Anh)

Tổ chức Trinity House (thuộc Anh), quản lý gần 80 hải đăng thuộc vùng biển Anh, xứ Wales, kênh đào Islands, đã triển khai cho các hải đăng hoạt động tự động, không cần người trong coi từ đầu những năm 90

Hình 2.10 Hệ thống hải đăng hoạt động tự động và giám sát từ xa của Trinity House

Mô hình đảm bảo an toàn hàng hải tiên tiến nhất hiện nay được gọi là VTS (Vessel Traffic Service), được xem như “hệ thống kiểm soát không lưu” trên biển, trong hệ thống này, các báo hiệu hàng hải không chỉ thực hiện chức năng báo hiệu mà còn thực thêm những tính năng ưu việt đó là “giao tiếp, cảnh báo, hướng dẫn” các phương tiện hàng hải, giúp các phương tiện lưu thông một cách an toàn nhất Các báo hiệu hàng hải thực hiện được các tính năng này nhờ sự trợ giúp của các công nghệ hiện đại như AIS, DGPS giúp nhận dạng các phương tiện, xác định tọa độ, vận tốc của phương tiện từ đó đưa ra các thông tin cảnh báo, hướng dẫn phù hợp Hiện tại có gần 30 quốc gia đang ứng dụng công nghệ này trong việc đảm bảo an toàn hàng hải

2.2.2 Trong nước

Việt Nam là một nước có đường bờ biển kéo dài, và với chủ trương ưu tiên phát triển kinh tế biển từ nay đến 2020 thì đảm bảo an toàn đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc lưu thông hàng hải Với vai trò to lớn như vậy, tuy nhiên, đến thời điểm hiện tại, nền tảng công nghệ cho việc quản lý còn tương đối sơ sài, công việc quản lý hàng hải được thực hiện

gần như bằng phương pháp thủ công Một trong những lý do cho việc chưa thể triển khai công nghệ hiện đại vào quản lý giám sát, kiểm soát báo hiệu hàng hải đó là ở Việt Nam chưa

có đơn vị nào có khả năng sản xuất thiết bị có chức năng kiểm soát, giám sát từ xa, do vậy, muốn triển khai cần sử dụng thiết bị của nước ngoài, và phụ thuộc hoàn toàn về mặt công nghệ, dẫn đến giá thành cao, khó triển khai trên qui mô lớn

Từ tình hình thực tế trên, năm 2008, tác giả bắt đầu hướng nghiên cứu sản xuất thiết

bị giám sát, kiểm soát báo hiệu bằng việc sử dụng module tích hợp Fastrack Supreme do

hãng sản xuất Wavecom (Đức) cung cấp làm nền tảng phát triển thiết bị

Hình 2.11 Module GSM tích hợp Fastrack Supreme Module Fastrack Supreme là module GSM tích hợp, có nhiều tính năng và lĩnh vực ứng dụng rộng như:

- Hệ thống theo dỏi tình trạng ô tô (tình trạng hoạt động ô tô…)

- Đọc tự động các thiết bị đo lường (đồng hồ điện, nước, nhiệt độ, độ ẩm…)

- Quản lý từ xa các hệ thống tự động (dây chuyền sản xuất, nội dung thông tin…)

- Thiết bị định tuyến cuộc gọi thông minh (FCT)

- Hệ thống điện thoại công cộng di động

- Quản lý hệ thống an ninh (Camera không dây, báo động…)

Module Fasttrack hoạt động tương thích với tất cả các mạng di động của các nhà cung cấp dịch vụ chỉ bằng một thao tác gắn Simcard Đi kèm với module này là hệ điều hành Open AT OS, được phát triển bởi nhà sản xuất nhằm mang lại tiện ích cho các nhà phát triển

Việc sử dụng module tích hợp giúp việc phát triển thiết bị tiện lợi và đơn giản hơn tuy nhiên, gặp phải một số hạn chế sau:

- Thiết bị tiêu tốn nhiều năng lượng do module tích hợp được thiết kế với quá nhiều tính năng, điều này không phù hợp trong điều kiện sử dụng trên biển, có sự hạn chế

về nguồn năng lượng

- Sử dụng các cơ chế giao tiếp dữ liệu, cơ chế hoạt động theo tiêu chuẩn nhà sản xuất, không phù hợp theo điều kiện thực tế ở Việt Nam

- Giá thành thiết bị cao do giá module tích hợp cao, dẫn đến khó triển khai trên qui

mô rộng

Năm 2009, tác giả tiếp tục phát triển cải tiến thiết bị theo hướng sử dụng các module rời

để sản xuất thiết bị, trong đó có thử nghiệm sử dụng chip vi xử lý do một đơn vị sản xuất trong nước, tuy nhiên, việc sản xuất thiết bị không thành công do hạn chế về mặt tính năng của chip vi xử lý ảnh hượng đến việc tiêu tốn năng lượng của thiết bị, đến năm 2010, tác giả cải tiến toàn bộ sản phẩm và nghiên cứu chuyên sâu, ứng dụng nhiều thuật toán tối ưu nhằm đạt đến hoàn thiện của sản phẩm Trong phần tiếp theo, tác giả sẽ lần lượt trình bày

thiết kế chi tiết của thiết bị này

CHƯƠNG 3

MÔ HÌNH HỆ THỐNG 3.1 Cơ sở thiết kế

Việc thiết kế hệ thống giám sát và kiểm soát báo hiệu hàng hải từ xa qua mạng điện thoại di động GSM xuất phát từ điều kiện thực tế là hầu hết các báo hiệu hàng hải hiện nay điều nằm trong khu vực phủ sóng của mạng GSM, do vậy trong phạm vi đề tài này, hệ thống được xây dựng và phát triển trên nền tảng ứng dụng kỹ thuật và công nghệ cho mạng GSM

Hình 3.1 Báo hiệu hàng hải nằm trong khu vực bao phủ của sóng vô tuyến

3.2 Mô hình hệ thống

Từ thực tiễn khảo sát và yêu cầu của đề tài, người viết thiết kế một hệ thống truyền nhận data qua mạng GSM

Hệ thống được xây dựng gồm có 3 phần chính:

• Khối thiết bị kiểm soát

Khối thiết bị kiểm soát có nhiệm vụ giám sát trạng thái hoạt động của báo hiệu,

và gởi thông tin hoạt động của báo hiệu về trung tâm theo định kỳ được thiết lập hoặc khi có sự kiện thông qua mạng GSM dưới dạng tin nhắn SMS hoặc GPRS

Hình 3.2 Sơ đồ khối khối Thiết bị kiểm soát

• Khối trung tâm

Khối trung tâm có nhiệm vụ nhận thông tin từ khối thiết bị kiểm soát, chuyển thông tin cho phần mềm/hệ thống xử lý

Hình 3.3 Sơ đồ khối khối trung tâm

• Phần mềm/Hệ thống giám sát và kiểm soát

Phần mềm/Hệ thống giám sát và kiểm soát nhận tín hiệu về tình trạng hoạt động của báo hiệu hàng hải thông qua khối trung tâm, phần mềm xử lý, tính toán và cung cấp chức năng tiện ích cần thiết cho nhà quản lý

Hình 3.4 Mô hình Hệ thống giám sát và kiểm soát

3.3 Định hướng kỹ thuật và công nghệ

3.3.1 Mô hình đa lớp và khả năng xử lý

• Phần mềm/Hệ thống giám sát và kiểm soát được xây dựng dưới dạng website, được xây dựng theo mô hình 3 lớp, đảm bảo việc xử lý được tách riêng, dễ dàng phát triển

mở rộng, bảo trì sau này

• Với mô hình 3 lớp, các xử lý được phân chia rõ ràng, đảm bảo an toàn thông tin khi

tập trung quyền xử lý ở từng lớp

Hình 3.5 Mô hình phần mềm đa lớp

3.3.2 Mô hình triển khai

Với mức độ truy xuất ở giai hiện tại là chưa lớn, nên toàn bộ hệ thống sẽ được triển khai trên cùng 01 server

Hình 3.6: Mô hình triển khai

File thông tin thiết bị

gởi về (Cơ sở dữ liệu)

Web thông tin VMSS

Data import tool (Công cụ xuất dữ liệu)

Database (Cơ sở dữ liệu)

Phần mềm giám sát và kiểm soát (webpage)

Database (Cơ sở dữ liệu)

Management Process (Qui trình quản lý)

Giao diện (User Interface)

• File thông tin thiết bị gởi về: tà các file thông tin do thiết bị thu thập từ các chức năng giám sát báo hiệu, tổng hợp, mã hóa và gởi về trung tâm

• Data Import Tool: Công cụ đọc dữ liệu từ file thông tin do thiết bị gởi về, giải mã, phân tích, xử lý và chuyển vào vào cơ sở dữ liệu lưu trữ, phục vụ cho việc quản lý

• Database (cở sở dữ liệu): Cơ sở dữ liệu hoạt động của báo hiệu hàng hải do thiết bị thu thập và gởi về, phục vụ cho việc quản lý

• Phần mềm giám sát và kiểm soát báo hiệu: được thiết kế dưới dạng website, thân thiện, giúp người sử dụng dễ dàng giám sát hoạt động của báo hiệu Trong phạm vi thực hiện

đề tài, các chức năng cung của phần mềm cung cấp ở dạng cơ bản, đủ để giám sát tình trạng hoạt động của báo hiệu, trong tương lai sẽ được mở rộng để tích hợp quản lý các thiết bị

khác và tích hợp với web thông tin hiện tại của VMSS

3.3.3 Công nghệ nền

Các công nghệ sau sẽ được dùng làm nền tảng phát triển website:

• ASP.Net được dùng để lập trình website

• Microsoft SQL Server: một sản phẩm của Microsoft, chuyên dùng để tổ chức và lưu trữ dữ liệu

3.3.4 Công nghệ triển khai

Các công cụ sau sẽ được dùng để phát triển ứng dụng:

phần mềm xây dựng phân quyền theo chức năng quản lý, mô hình phân quyền được thể hiện như sau:

Hình 3.7 Mô hình phân quyền phần mềm quản lý Gồm có 2 mức quản lý chính:

• Mức Tổng công ty: cho phép giám sát hoạt động của các báo hiệu trong phạm vi từng

xí nghiệp và mức cao nhất là toàn bộ phạm vi Tổng công ty

• Mức Xí nghiệp: chỉ được giám sát hoạt động các báo hiệu trong phạm vi quản lý của

xí nghiệp

Mô hình tổng quát toàn hệ thống:

Hình 3.8: Mô hình tổng quát toàn hệ thống

Tổng Công ty

Xí nghiệp 201 Xí nghiệp 202 Xí nghiệp 203 Xí nghiệp Biển

đông và Hải đảo

3.4.2 Quy trình nghiệp vụ

Qui trình xử lý phần mềm gồm các bước sau:

Bước 1: tiếp nhận thông tin từ thiết bị giám sát gởi về dưới hình thức SMS/GPRS và

dưới định dạng file mã hóa theo cấu trúc mô tả ở phần 3.2

Bước 2: giải mã file thông tin gởi về để nhận được thông tin cần thiết

Bước 3: tính toán, xử lý thông tin nhận được để cung cấp dữ liệu cho các nghiệp vụ cấn

thiết ở bước kế tiếp

Hình 3.9 Qui trình nghiệp vụ

Bước 4: Tổ chức sắp xếp dữ liệu theo cấu trúc yêu cầu của qui trình nghiệp vụ, đảm bảo

dữ liệu được truy xuất nhanh chóng

Bước 5: Thực hiện các qui trình nghiệp vụ để cung cấp chức năng kiểm soát và giám

soát cần thiết cho người quản lý

Bước 6: Thể hiện các chức năng giám sát và kiểm soát thông qua giao diện người sử dụng

CHƯƠNG 4

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THUẬT TOÁN 4.2 Mạng GSM và công nghệ GPRS

4.2.1 Tổng quan

GSM (Global System for Mobile Communications), hệ thống truyền thông di động toàn cầu, là hệ thống điện thoại mạng lưới hoàn toàn sử dụng kỹ thuật số Hệ thống GSM nguyên thủy hoạt động ở tần số 900MHz So với các hệ thống mạng lưới khác, các người dùng di động liên lạc với nhau thông qua một trạm trung tâm tại mỗi vị trí bằng cách sử dụng các kênh nối lên (uplink) và nối xuống (downlink) riêng rẽ nhau Tần số nối lên bắt đầu tại 935.2MHz và kênh nối xuống bắt đầu từ 890.2 MHz Tất cả các kênh đều có độ rộng tần số là 200 kHz Ngày nay, mạng GSM hoạt động ở các băng tầng 850/900/1800/1900 MHz

Sự quan trọng của việc truyền dữ liệu trong thông tin di động ngày càng tăng, trong khi đó hệ thống thông tin di động GSM được thiết kế chủ yếu để truyền tín hiệu thoại Những nhu cầu mới mạng di động cần đáp ứng như các dịch vụ dữ liệu (gởi nhận E-mails, WWW) hay truy cập WAP trên nền mạng IP (như mạng Internet) Những dịch vụ này cần đến băng thông và cần thiết các đường truyền số liệu phù hợp mà chuẩn GSM không thể đáp ứng được hoàn toàn, vì tốc độ dữ liệu quá chậm, thời gian kết nối lâu và phức tạp Hơn nữa chi phí thì đắt vì GSM dựa trên chuyển mạch kênh Về giao diện vô tuyến, một kênh lưu lượng chỉ cấp đựơc cho một user trong toàn bộ thời gian cuộc gọi, nên việc sử dụng tài nguyên vô tuyến không hiệu quả

Dịch vụ vô tuyến gói đa năng (GPRS - General Packet Radio Service) là một công nghệ kỹ thuật gói, dựa trên GSM Lợi ích chính của GPRS là nguồn tài nguyên vô tuyến được truy xuất chỉ khi dữ liệu thật sự được gửi đi giữa trạm di động và mạng , được phát triển dựa trên các thành phần của mạng GSM hiện có, vì vậy tiết kiệm được chi phí đồng thời sử dụng được tài nguyên tiết kiệm, giảm nghẽn mạch (chi phí để nâng cấp mạng GSM

lên GPRS chỉ bằng 1/10 chi phí nâng cấp từ mạng GSM lên GPRS) Hơn nữa, GPRS còn nâng cao được chất lượng dịch vụ dữ liệu, tăng độ tin cậy GPRS áp dụng nguyên tắc gói vô tuyến để truyền gói dữ liệu hiệu quả hơn giữa trạm di động GSM và mạng dữ liệu gói bên ngoài Chuyển mạch gói chia dữ liệu ra thành các gói nhỏ rồi truyền riêng rẽ sau đó tập hợp lại ở phía thu

Một người sử dụng GPRS có thể sử dụng đến 8 khe thời gian để đạt tốc độ tối đa hơn 100kbit/s Tuy nhiên đây là tốc độ đỉnh, nếu nhiều người cùng sử dụng thì tốc độ bit sẽ thấp hơn

4.2.2 Các kiểu chuyển mạch

4.2.2.1 Chuyển mạch kênh

Đối với việc truyền đạt thông tin qua chuyển mạch kênh, mạng thiết lập một kết nối bằng cách cấp phát cho MS một kênh vô tuyến Khi dữ liệu được truyền dẫn qua mạng Ngay cả khi chỉ một lượng nhỏ dữ liệu được truyền, kênh vô tuyến cũng bị chiếm giữ trong suốt thời gian kết nối User phải trả chi phí cho toàn bộ thời gian kết nối

4.2.2.2 Chuyển mạch gói

Đối với việc truyền đạt thông tin qua chuyển mạch gói, mạng chỉ cấp phát gói dữ liệu khi

có nhu cầu Vì thế, một kênh vô tuyến được chia sẻ giữa nhiều MS đồng thời Thêm vào đó,

1 MS có thể sử dụng 8 khe thời gian Khi MS tạo một gói dữ liệu, mạng gửi gói dữ liệu này đến đúng địa chỉ trên kênh vô tuyến rỗi đầu tiên Vì luồng dữ liệu bao gồm nhiều cụm dữ liệu, nên kênh vô tuyến được sử dụng rất hiệu quả

Những gói dữ liệu từ MS có thể dùng nhiều kênh vô tuyến khác nhau trong suốt quá trình truyền MS trong hệ thống GPRS có thể chỉ được dùng cho chuyển mạch kênh, hoặc cho cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

4.2.4 Kiến trúc mạng GPRS

Vì lúc đầu GSM được thiết kế cho lưu lượng chuyển mạch kênh, nên việc đưa dịch vụ chuyển mạch gói vào đòi hỏi phải bổ sung thêm thiết bị cho mạng cũng như nâng cấp các phần mềm tương ứng Mạng GPRS kết nối với các mạng số liệu công cộng như IP và mạng X.25

Dữ liệu trên mạng cung cấp sự vận chuyển dữ liệu gói ở tốc độ 9.6kbps đến 171kbps Hơn nữa nhiều user có thể chia sẻ cùng nguồn tài nguyên vô tuyến

Hình 4.1 Cấu trúc mạng GSM/GPRS Những thay đổi trong mạng GPRS có thể được tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 4.1 Những thay đổi trong mạng GPRS

Thành phần của mạng GSM a Những thay đổi và nâng cấp trong mạng GPRS

TE

(Terminal equipment)

Toàn bộ thiết bị đầu cuối thuê bao phải mới để truy xuất dịch vụ GPRS, những thiết bị này phải tương thích với mạng GSM

BTS (Base Transceiver Nâng cấp phần mềm

Station)

BSC (Base Station Controller) Nâng cấp phần mềm và thiết lập thiết bị phần cứng mới

gọi là PCU (Packet Control Unit) PCU dẫn lưu lượng

dữ liệu đến mạng GPRS và là một thành phần của BSCCore Network Sự phát triển lên GPRS đòi hỏi nhiều thành phần mới Các cơ sở dữ liệu (VLR,

HLR )

Tất cả các cơ sở dữ liệu trong mạng đều phải nâng cấp phần mềm để xử lý các chức năng và mô hình mới trong GPRS

• Lớp B có thể đăng ký với mạng cho cả dịch vụ GPRS và GSM Nhưng ngược với lớp

A nó chỉ được sử dụng một trong hai dịch vụ tại thời điểm được cho MS có thể tạm ngừng chuyển gói cho kết nối chuyển mạch kênh hoàn toàn và sau đó lại tiếp tục

• Lớp C hỗ trợ truy nhập không đồng thời User phải chọn dịch vụ để kết nối Vì thế một user ở lớp C chỉ có thể hoạt động ở một dịch vụ đã được chọn trước bằng nhân công (hoặc mặc định), còn dịch vụ không được chọn thì không thể truy nhập được (trừ SMS có thể nhận gửi bất cứ lúc nào) Một user chỉ hỗ trợ cho GPRS và không lưu lượng chuyển mạch kênh sẽ luôn luôn làm việc trong lớp C

4.2.4.2 GPRS BSS

BSS gồm BSC (Base Station Controller) và BTS (Base Transceiver Station)

Mỗi BSC yêu cầu thiết lập một hay nhiều PCU và nâng cấp phần mềm PCU cung cấp giao diện dữ liệu vật lý và logic ngoài trạm gốc (BSS) cho lưu lượng dữ liệu gói

BTS cũng yêu cầu nâng cấp phần mềm, nhưng không cần thay đổi phần cứng

BSC cung cấp các chức năng của kênh vô tuyến có liên quan BSC có thể thiết lập, giám sát, ngắt kết nối cuộc gọi chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Nó là một chuyển mạch dung lượng cao cung cấp nhiều chức năng như : chuyển giao, ấn định kênh Một MSC phục vụ một hay nhiều BSC

Khi cả lưu lượng thoại và dữ liệu bắt nguồn từ một thiết bị đầu cuối thuê bao, thì nó được chuyển qua BTS và từ BTS đến BSC theo như chuẩn GSM Tuy nhiên ở ngõ ra của BSC dữ liệu được tách ra, thoại được gửi đến trung tâm chuyển mạch di động (MSC) theo chuẩn GSM còn dữ liệu được gửi đến thiết bị mới là SGSN, ngang qua PCU thông qua giao tiếp frame relay

4.2.4.3 MSC (Mobile Services Switching Center)

MSC thực hiện chức năng chuyển mạch mạch trong GSM, SGSN chuyển mạch gói MSC điều khiển các cuộc gọi đến và đi từ các điện thoại khác hoặc các hệ thống dữ liệu, như mạng PSTN, mạng ISDN, PLMN và một mạng riêng khác

Vùng định tuyến SGSN (RA) là một phần con của vùng định vị của MSC (LA) Một MSC LA là một nhóm các tế bào BSS Hệ thống sử dụng LA để tìm thuê bao đang hoạt động Một LA là một phần của mạng mà MS có thể di chuyển mà không cập nhật vị trí

Có thể có nhiều MSC tương ứng với một SGSN Một MSC có thể được kết nối với nhiều SGSN tùy thuộc vào lưu lượng thực tế

4.2.4.4 GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center)

GMSC thì giống GMSC trong GSM Nó chuyển mạch kênh các cuộc gọi giữa GSM và PSTN, mạng điện thoại cố định, vì thế nó hỗ trợ chức năng định tuyến các cuộc gọi đến MSC nơi mà thuê bao đăng ký

4.2.4.5 HLR (Home Location Register)

Là nơi lưu trữ thông tin của thuê bao di động Thông tin này bao gồm dịch vụ bổ sung, các tham số nhận thực, tên điểm truy xuất (APN), … và cả vị trí của MS Đối với GPRS, thông tin thuê bao thay đổi giữa HLR và SGSN Bộ ba nhận thực trong GPRS được lấy trực tiếp từ HLR đến SGSN chứ không qua MSC/VLR như trong CS GSM

Thông tin đến từ HLR đến SGSN được thiết lập bởi nhà khai thác của thuê bao Thông tin này được chuyển đi khi người khai thác thay đổi thông tin của thuê bao, hoặc khi một SGSN cần thông tin về thuê bao sau khi đăng nhập hoặc roaming SGSN cũ cũng được thông báo về roaming

4.2.4.6 VLR (Visitor Location Register)

VLR chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang định vị trong MSC hoặc SGSN SGSN chứa các chức năng VLR cho chuyển mạch gói Tương tự, VLR chuyển mạch kênh là một thành phần tương thích của MSC

VLR chứa thông tin thuê bao tạm thời mà MSC và SGSN cần để cung cấp các dịch

vụ cho thuê bao

Khi một MS roam đến một MSC mới hoặc vùng định tuyến SGSN, VLR của MSC hoặc SGSN đó yêu cầu và lưu trữ dữ liệu về MS từ HLR Nếu MS thực hiện một cuộc khác vào lúc khác, thông tin cần thiết để thiết lập cuộc gọi đã sẵn sàng

GPRS VLR gồm phần mềm trong SGSN VLR chứa thông tin về SGSN đang được

sử dụng Đối với hệ thống GPRS, trực tiếp HLR thay vì (CS) MSC/VLR được dùng cho thủ tục nhận thực của MS Vì thế, SGSN đạt được bộ ba nhận thực từ HLR