Phân bố kênh, đánh giá chất lượng và dung lượng báo hiệu trong hệ tích hợp GSM, GPRS

BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT BSSGP Base Station System GPRS Protocol Giao thức GPRS hệ thống trạm gốc BSSAP Base Station System Application Part Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc C/I Carrier-to-I

Đỗ Giang Nam

PHÂN BỐ KÊNH, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG

VÀ DUNG LƯỢNG BÁO HIỆU TRONG HỆ TÍCH HỢP

GSM/GPRS

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2008

Đỗ Giang Nam

PHÂN BỐ KÊNH, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG

VÀ DUNG LƯỢNG BÁO HIỆU TRONG HỆ TÍCH HỢP

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể đồng nghiệp Công ty Viễn

Thông Viettel (Viettel Telecom) – TCT Viễn Thông Quân Đội, đơn vị nơi em đang

công tác, các anh chị và các bạn tập thể lớp K11Đ2, những người đã giúp đỡ cho em rất nhiều trong quá trình công tác và học tập

Em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, những người đã có nhiều động viên khuyến khích em trong công việc học tập cũng như trong cuộc sống

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới PGS-TS Nguyễn Viết Kính,

người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, gợi ý giúp đỡ em hoàn thành luận văn này Những nhận xét quý báu của Thầy giúp em có những cái nhìn sâu sắc hơn để hoàn thiện luận văn một cách tốt nhất có thể

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả những người đã hỗ trợ em trong qúa trình hoàn thành đề tài luận văn này

Hà Nội, tháng 7 năm 2008

Đỗ Giang Nam

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC HÌNH VẼ xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM 3

I.1 Giới thiệu chung 3

I.2 Các đặc tính của GSM 3

I.3 Các dịch vụ của GSM 3

I.3.1 Dịch vụ thoại .4

I.3.2 Dịch vụ dữ liệu .4

I.4 Cấu trúc mạng GSM 4

I.4.1 Trạm di động MS .5

I.4.2 Phân hệ trạm gốc BSS .5

I.4.2.1 Trạm thu phát gốc BTS 5

I.4.2.2 Bộ điều khiển trạm gốc BSC 6

I.4.2.3 Bộ chuyển đổi mã hóa và thích ứng tốc độ TRAU 6

I.4.3 Phân hệ chuyển mạch mạng NSS 7

I.4.3.1 Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC 7

I.4.3.2 Tổng đài vô tuyến cổng GMSC 7

I.4.3.3 Bộ ghi định vị thường trú HLR 7

I.4.3.4 Bộ ghi định vị tạm trú VLR 8

I.4.3.5 Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR 8

I.4.3.6 Trung tâm nhận thực AuC 8

I.4.4 Phân hệ khai thác OSS .8

I.4.4.1 Khai thác và bảo dưỡng mạng 9

I.4.4.2 Quản lý thuê bao 9

I.4.4.3 Quản lý thiết bị di động 9

I.5 Cấu trúc địa lý của mạng GSM 9

I.6 Các số nhận dạng của GSM 11

I.6.1 Số thuê bao di động MSISDN 11

I.6.2 Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI. 12

I.6.3 Số chuyển vùng của thuê bao di động MSRN .12

I.6.4 Số nhận dạng tạm thời thuê bao di động TMSI 13

I.6.5 Số nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế IMEI 13

I.6.6 Số nhận dạng vùng định vị LAI .13

I.6.7 Số nhận dạng ô toàn cầu CGI 13

I.7 Các trường hợp thông tin 13

I.7.1 Các trạng thái của MS 13

I.7.2 Thủ tục nhập mạng 14

I.7.3 Chuyển vùng và cập nhật vị trí .14

I.7.4 Thủ tục rời mạng .15

I.7.5 Các trường hợp cuộc gọi .15

I.7.5.1 Thuê bao di động thực hiện cuộc gọi .15

I.7.5.2 Các cuộc gọi tới thuê bao di động .15

I.7.6 Chuyển giao Handover 16

I.8 Kết luận 17

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG GPRS 18

II.1 Giới thiệu chung 18

II.1.2 Cấu trúc hệ thống GPRS .19

II.1.2.1 GGSN .19

II.1.2.2 SGSN 21

II.1.2.3 Đơn vị kiểm tra dữ liệu gói PCU 23

II.1.2.4 HLR, VLR, AUC và EIR 23

II.1.2.5 BSS (Base Station System) .24

II.2 Quản lý di động trong GPRS 24

II.2.1 Trạng thái Idle 24

II.2.2 Trạng thái Standby .24

II.2.3 Trạng thái Ready 25

II.2.4 Mô hình chuyển đổi trạng thái 25

II.2.4.1 Từ Idle sang Ready 26

II.2.4.2 Từ Ready sang Standby 26

II.2.4.3 Từ Standby sang Ready 27

II.2.4.4 Từ Standby sang Idle 27

II.2.4.5 Từ Ready sang Idle .27

II.3 Các giao thức của GPRS 27

II.4 Thủ tục nhập mạng và rời bỏ mạng GPRS 30

II.4.1 Thủ tục nhập mạng .30

II.4.2 Thủ tục rời bỏ mạng .32

II.4.2.1 Thủ tục rời bỏ mạng GPRS bắt đầu từ MS .33

II.4.2.2 Thủ tục rời bỏ bắt đầu từ SGSN 33

II.5 Thủ tục cập nhật Cell, RA và cập nhật tổng hợp LA/RA 34

II.5.1 Thủ tục cập nhật CELL 34

II.5.2 Thủ tục cập nhật RA 34

II.5.3 Thủ tuc cập nhật tổng hợp LA/RA 35

II.5.3.1 Thủ tục Cập nhật vị trí inter-SGSN 35

II.5.3.2 Thủ tục cập nhật vị trí intra-SGSN 36

II.5.4 Tìm gọi 37

II.5.5 Lựa chọn lại cell .38

II.6 Truyền và định tuyến gói 39

II.6.1 Địa chỉ IP động .40

II.6.2 Địa chỉ IP tĩnh 40

II.6.3 Tên điểm truy nhập (APN:Access Point Name) 41

II.6.4 Kích hoạt PDP context 42

II.6.4.1 Thủ tuc kích hoạt PDP context đắt đầu từ MS 42

II.6.4.2 Quá trình mạng yêu cầu kích hoạt PDP context 43

II.6.4.3 Quá trình thay đổi PDP context 44

II.6.4.4 Trường hợp rời bỏ PDP context .45

II.6.4.5 Quá trình rời bỏ PDP context bắt đầu từ MS 45

II.6.4.6 Thủ tục rời bỏ PDP context bắt đầu từ SGSN .46

II.6.4.7 Thủ tục rời PDP context bắt đầu GGSN 46

II.7 Kết luận 47

CHƯƠNG 3: PHÂN BỐ KÊNH, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ DUNG LƯỢNG BÁO HIỆU TRONG HỆ TÍCH HỢP GSM/GPRS 48

III.1 Phân bố kênh trong hệ tích hợp GSM/GPRS 48

III.1.1 Các kênh logic dữ liệu gói .48

III.1.2 Kênh lưu lượng dữ liệu gói .50

III.1.3 Thủ tục truyền gói dữ liệu trên giao diện vô tuyến .53

III.1.3.1 Thủ tục truyền gói dữ liệu khởi tạo từ MS 53

III.1.3.2 Thủ tục truyền gói dữ liệu đến một MS 55

III.1.4 Các phương pháp cấp phát kênh .58

III.1.4.1 Cấp phát kênh động .58

III.1.4.2 Cấp phát kênh tĩnh 60

III.1.5 Các phương án triển khai tích hợp mạng GPRS vào GSM 61

III.2 Đánh giá chất lượng hệ tích hợp GSM/GPRS 62

III.2.1 Chất lượng đường truyền GPRS .62

III.2.1.1 Giới thiệu: 62

III.2.1.2 Sự suy yếu của tín hiệu tần số vô tuyến .63

III.2.1.3 Chất lượng bị can nhiễu hữu hạn .64

III.2.2 Quản lý tài nguyên vô tuyến .65

III.2.2.1 Điều khiển tài nguyên vô tuyến của hệ tích hợp GSM/GPRS .65

III.2.2.2 Thuật toán điều khiển tài nguyên dữ liệu .67

III.2.2.3 Chiến lược kiểm tra theo vòng (Polling) .67

III.2.2.4 Thuật toán thích nghi đường truyền trong GPRS 69

III.2.3 Điều khiển công suất 71

III.2.3.1 Điều khiển công suất đường lên .71

III.2.3.2 Điều khiển công suất đường xuống .72

III.3 Dung lượng báo hiệu 73

III.3.1 Tiêu chuẩn dung lượng báo hiệu 73

III.3.2 Dung lượng báo hiệu cho thoại trong GSM .74

III.3.2.1 Phương pháp 75

III.3.2.2 Các giả định lưu lượng GSM 75

III.3.2.3 Dung lượng SDCCH 76

III.3.3 Dung lượng báo hiệu trong GPRS .76

III.3.3.1 Sự phân chia CCCH trong hệ thống GSM và GPRS 77

III.3.3.2 So sánh giữa CCCH và PCCCH .79

III.4 Đặc điểm cấu trúc mạng GSM/GPRS của Viettel 79

III.4.1 Mạng GSM .79

III.4.2 Mạng GPRS 82

III.5 Kết luận 85 KẾT LUẬN

BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BSSGP Base Station System GPRS

Protocol

Giao thức GPRS hệ thống trạm gốc

BSSAP Base Station System Application

Part

Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc

C/I Carrier-to-Interference ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã

CSPDN Circuit Switched Public Data

Network

Mạng dữ liệu công cộng chuyển mạch kênh

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị EGPRS Enhanced General Packet Radio

FACCH Fast Associated Control CHannel Kênh điều khiển liên kết nhanh FCCH Frequency Correction CHannel Kênh hiệu chỉnh tần số

FDMA Frequency Division Multiple

Access

Đa truy cập phân chia theo tần số

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

communication

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

IMEI International Mobile Equipment

Identity

Số nhận dạng thiết bị di động quốc tế

IMSI International Mobile Subscriber

Identity

Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế

ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số dịch vụ tích hợp

Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

LAPD Link Access Procedures on D

channel

Các thủ tục truy cập liên kết trên kênh D

LAPDm Link Access Procedures on Dm

channel

Các thủ tục truy cập liên kết trên kênh Dm

MSC Mobile services Switching Center Trung tâm chuyển mạch

các dịch vụ di động

OMC Operation and Maintenance Center Trung tâm khai thác và

bảo dưỡng

PACCH Packet Associated Control CHannel Kênh điều khiển liên kết gói PAGCH Packet Access Grant CHannel Kênh chấp nhận truy cập gói PBCCH Packet Broadcast Control CHannel Kênh điều khiển quảng bá gói PCCH Packet Common Control CHannel Kênh điều khiển chung gói

PDTCH Packet Data Traffic CHannel Kênh lưu lượng dữ liệu gói

công cộng

PRACH Packet Random Access CHannel Kênh truy cập ngẫu nhiên gói PSPDN Packet Switched Public Data

Network

Mạng dữ liệu công cộng chuyển mạch gói

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

RA Routing Area Vùng định tuyến

SACCH Slow Associated Control CHannel Kênh điều khiển liên kết chậm

SDCCH Standalone Dedicated Control

CHannel

Kênh điều khiển riêng đứng đơn lẻ

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

dẫn TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo

thời gian

TLLI Temporary Logical Link Identifier Số nhận dạng liên kết logic

tạm thời

Network

Mạng quản lý viễn thông

Identifier

Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời

TRAU Transcoder and Rate Adaptor Unit Khối thích ứng tốc độ và

chuyển đổi mã hoá

mã hoá

dùng

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BSSGP Base Station System GPRS

Protocol

Giao thức GPRS hệ thống trạm gốc

BSSAP Base Station System Application

Part

Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc

C/I Carrier-to-Interference ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã

CSPDN Circuit Switched Public Data

Network

Mạng dữ liệu công cộng chuyển mạch kênh

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị EGPRS Enhanced General Packet Radio

FACCH Fast Associated Control CHannel Kênh điều khiển liên kết nhanh FCCH Frequency Correction CHannel Kênh hiệu chỉnh tần số

FDMA Frequency Division Multiple

Access

Đa truy cập phân chia theo tần số

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

communication

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

IMEI International Mobile Equipment

Identity

Số nhận dạng thiết bị di động quốc tế

IMSI International Mobile Subscriber

Identity

Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế

ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số dịch vụ tích hợp

Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

LAPD Link Access Procedures on D

channel

Các thủ tục truy cập liên kết trên kênh D

LAPDm Link Access Procedures on Dm

channel

Các thủ tục truy cập liên kết trên kênh Dm

MSC Mobile services Switching Center Trung tâm chuyển mạch

các dịch vụ di động

OMC Operation and Maintenance Center Trung tâm khai thác và

bảo dưỡng

PACCH Packet Associated Control CHannel Kênh điều khiển liên kết gói PAGCH Packet Access Grant CHannel Kênh chấp nhận truy cập gói PBCCH Packet Broadcast Control CHannel Kênh điều khiển quảng bá gói PCCH Packet Common Control CHannel Kênh điều khiển chung gói

PDTCH Packet Data Traffic CHannel Kênh lưu lượng dữ liệu gói

công cộng

PRACH Packet Random Access CHannel Kênh truy cập ngẫu nhiên gói PSPDN Packet Switched Public Data

Network

Mạng dữ liệu công cộng chuyển mạch gói

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

RA Routing Area Vùng định tuyến

SACCH Slow Associated Control CHannel Kênh điều khiển liên kết chậm

SDCCH Standalone Dedicated Control

CHannel

Kênh điều khiển riêng đứng đơn lẻ

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

dẫn TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo

thời gian

TLLI Temporary Logical Link Identifier Số nhận dạng liên kết logic

tạm thời

Network

Mạng quản lý viễn thông

Identifier

Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời

TRAU Transcoder and Rate Adaptor Unit Khối thích ứng tốc độ và

chuyển đổi mã hoá

mã hoá

dùng

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

MỞ ĐẦU

Ngày nay trong chiến lược phát triển Kinh Tế - Chính Trị - Xã Hội, lĩnh vực thông tin liên lạc được coi là mũi nhọn, cần phải đi trước để tạo tiền đề cho các ngành khác phát triển Thông tin di động đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng Sự ra đời của các mạng thông tin di động số GSM, CDMA tạo nên sự cạnh tranh vô cùng khốc liệt giữa các nhà khai thác, đem tới những lợi ích cho người sử dụng

Để tăng tính cạnh tranh, đòi hỏi các mạng di động phải cải tiến về chất lượng

và dịch vụ cũng như cung cấp đa dịch vụ Công nghệ GSM đã bộc lộ những nhược điểm không thể đáp ứng được các yêu cầu này Trước tình hình đó, xu thế tất yếu của các nhà khai thác mạng di động GSM phải phát triển công nghệ mới, khắc phục nhược điểm của thông tin di động thế hệ 2, đem lại những dịch vụ di động cao cấp hơn, đưa thông tin di động phát triển lên một tầm cao mới, đó là thông tin di động thế hệ 3 Tuy nhiên, việc chuyển trực tiếp từ thông tin di động GSM thế hệ 2 lên thế hệ 3 là rất tốn kém, đòi hỏi chi phí đầu tư quá lớn đối với nhà khai thác, làm tăng giá thành dịch vụ đối với thuê bao Vì vậy, cần thiết phải có bước phát triển đệm với chi phí mà cả nhà

khai thác và người sử dụng chấp nhận được, đó là Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

GPRS mang lại nhiều ứng dụng di động mới cao cấp như truy cập Internet, Intranet,

E-mail, Đặc biệt hơn, việc triển khai GPRS không yêu cầu thay đổi nhiều cấu trúc mạng GSM hiện tại, tận dụng được tài nguyên mạng 2G, chỉ nâng cấp phần mềm và trang bị thêm một số phần cứng Do đó tối thiểu được chi phí triển khai và tận dụng tối

đa các thiết bị GSM hiện có

Vấn đề chất lượng và dung lượng báo hiệu của hệ tích hợp GSM/GPRS là một vấn đề cần nghiên cứu và tối ưu trong qúa trình triển khai GPRS trên nền mạng GSM

hiện tại Vì vậy, em chọn đề tài tốt nghiệp “Phân bố kênh, đánh giá chất lượng và

dung lượng báo hiệu của hệ tích hợp GSM/GPRS” Nội dung của đề tài được chia

thành 3 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan hệ thống GSM Trình bày một cách ngắn gọn về đặc

điểm, cấu trúc của từng node mạng trong mạng GSM nói chung

Chương 2: Tổng quan hệ thống GPRS Trình bày cấu trúc mạng GPRS, đặc

điểm các node mạng cũng như các thủ tục truyền phát gói tin…trong mạng chuyển mạch gói GPRS

Chương 3: Phân bố kênh, đánh giá chất lượng và dung lượng báo hiệu trong hệ tích hợp GSM/GPRS Khi sử dụng đồng thời tài nguyên vô tuyến cho cả dịch

vụ thoại và dịch vụ dữ liệu thì vấn đề được tính đến là quản lý tài nguyên, phân bố kênh và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của hệ tích hợp Chương này là chương quan trọng nhất của luận văn, đưa ra cấu trúc, chức năng, phân bố các kênh báo hiệu trên giao diện vô tuyến của hệ tích hợp GSM/GPRS Đưa ra các kết quả đánh giá chất lượng dựa trên các yếu tố tác động đến chất lượng của hệ tích hợp, đồng thời cũng đưa

ra dung lượng báo hiệu của hệ tích hợp

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM

I.1 Giới thiệu chung [9].[14]

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo

thời gian TDMA đầu tiên trên thế giới ra đời ở Châu Âu gọi là Hệ thống thông tin di

động toàn cầu GSM (Gobal System for Mobile Communication) GSM được phát triển

từ năm 1982, khi các nước Bắc Âu đề nghị Hội nghị châu Âu về bưu chính viễn thông CEPT quy định dịch vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900MHz

GSM là hệ thống thông tin di động số chia ô Trong mỗi ô có một trạm thu phát gốc BTS liên lạc với mọi trạm di động MS có mặt trong ô Đặc điểm của hệ thống thông tin di động số chia ô là việc sử dụng lại tần số và diện tích mỗi ô khá nhỏ (350m đến 35km) Mỗi ô sử dụng một nhóm tần số vô tuyến và nhóm tần số này được sử dụng lại nhiều lần cho các ô khác nhằm tăng dung lượng mạng với khoảng cách đủ lớn, công suất phát đủ nhỏ để nhiễu lẫn nhau không đáng kể

I.2 Các đặc tính của GSM [13].[14]

GSM có những đặc tính chủ yếu sau:

¾ Đáp ứng nhiều dịch vụ tiện ích cho thuê bao cả về thoại và dữ liệu

¾ Có khả năng tương thích với dịch vụ của các mạng sẵn có như mạng PSTN, PSPDN, CSPDN, ISDN và các mạng PLMN khác

¾ Chất lượng GSM ở điều kiện xấu tốt, hơn hẳn các hệ thống tương tự

¾ Sử dụng tần số hiệu quả cao, giải quyết sự hạn chế về dung lượng nhờ kết hợp

kỹ thuật FDMA và TDMA, sử dụng lại tần số và phân chia ô

¾ Độ linh hoạt cao vì các loại đầu cuối khác nhau đều sử dụng được

¾ Tự động định vị và cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động

¾ Tính bảo mật cho thuê bao cao, ngăn chặn hoàn toàn việc nghe trộm

I.3.2 Dịch vụ dữ liệu

GSM được thiết kế để đưa ra rất nhiều các dịch vụ dữ liệu như truyền dữ liệu, dịch vụ nhắn tin ngắn SMS (các MS gửi cho nhau) và dịch vụ phát quảng bá trong ô (cho phép thuê bao nhận được các bản tin ngắn do mạng gửi)

I.4 Cấu trúc mạng GSM [3]

Hình 1.1 Cấu trúc mạng GSM và các giao diện

Mạng GSM gồm 3 phân hệ chính:

9 Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)

9 Phân hệ chuyển mạch mạng NSS (Network Switching Subsystem)

9 Hệ thống khai thác và bảo dưỡng OSS (Operation & Support System)

I.4.1 Trạm di động (MS)

Thuê bao giao tiếp trực tiếp với mạng GSM qua MS MS có thể là thiết bị đặt trong ô tô, xách tay hoặc cầm tay Ngoài chức năng giao diện vô tuyến với mạng GSM, MS còn cung cấp các giao diện với người sử dụng (micro, loa, màn hiển thị, bàn

phím ) hoặc giao diện với một số thiết bị khác (máy tính cá nhân, Fax )

MS gồm 2 phần: Thiết bị di động (ME) và mô đun nhận dạng thuê bao SIM

ME là thiết bị phần cứng được thuê bao sử dụng để truy cập vào mạng Mỗi MS có số nhận dạng thiết bị quốc tế (IMEI) duy nhất chống việc đánh cắp ME SIM là card cắm vào ME, do nhà khai thác cung cấp và quản lý, chứa các thông tin về thuê bao, được bảo vệ bằng số nhận dạng mật khẩu PIN Giữa mạng và MS là truyền dẫn số vì mã hoá

và giải mã được thực hiện ngay tại MS Do đó đảm bảo chất lượng truyền dẫn cao ngay cả khi đường truyền vô tuyến không tốt nhờ sử dụng các loại mã chống lỗi và bảo mật đường truyền MS còn sử dụng các kỹ thuật tiết kiệm công suất như chế độ nghỉ và truyền dẫn không liên tục nhằm kéo dài thời gian sử dụng pin

I.4.2 Phân hệ trạm gốc (BSS)

BSS giám sát các đường ghép nối vô tuyến, liên kết kênh vô tuyến với máy phát và quản lý cấu hình các kênh qua việc điều khiển thay đổi tần số và công suất phát vô tuyến, mã hoá kênh, bảo mật kênh vô tuyến, phối hợp tốc độ truyền tin, quản

lý quá trình chuyển giao (Handover) BSS gồm trạm thu phát gốc BTS, bộ điều khiển trạm gốc BSC, bộ chuyển đổi mã hóa và thích ứng tốc độ TRAU

I.4.2.1 Trạm thu phát gốc BTS

Hình 1.2 Sơ đồ khối trạm thu phát gốc BTS với một TRX

BTS trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến Um Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù Có thể coi BTS như một

“modem” vô tuyến phức tạp với các chức năng sau:

¾ Phát quảng bá thông tin hệ thống trên BCCH, phát các thông tin tìm gọi trên CCCH, ấn định các kênh DCCH dưới sự điều khiển của BSC

¾ Khối vô tuyến tương tự để điều chế, khuếch đại và phối hợp thu phát

¾ Khối băng gốc để phối hợp tốc độ thoại, dữ liệu và mã hoá kênh

¾ Khối điều khiển thực hiện chức năng khai thác và bảo dưỡng BTS

¾ Khối truyền dẫn để ghép tín hiệu trên giao diện Abis với BSC

I.4.2.2 Bộ điều khiển trạm gốc BSC

BSC làm việc như thiết bị chuyển mạch Một BSC có thể quản lý tới vài chục BTS, phụ thuộc lưu lượng các BTS này BSC gồm khối giao diện A với MSC, các khối chức năng điều khiển BTS, khối giao diện với OMC và khối chuyển mạch Các chức năng của BSC:

Quản lý mạng vô tuyến: Quản lý các ô và kênh logic của chúng về lưu lượng ở 1 ô,

chất lượng vô tuyến, số cuộc gọi bị mất, số lần chuyển giao thành công/thất bại

Quản lý BTS: Trước khi đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình và các tần số cho mỗi

BTS Nhờ việc quản lý này, BSC có một số kênh có sẵn dành cho cuộc gọi

Điều khiển nối thông MS: BSC có nhiệm vụ thiết lập, theo dõi và giải phóng các đấu

nối đến MS Dựa vào cường độ tín hiệu và chất lượng thoại đo ở MS, BSC quyết định công suất phát tốt nhất để giảm nhiễu, nâng cao chất lượng nối thông BSC còn điều khiển quá trình chuyển giao để MS chuyển sang ô chất lượng tốt hơn, chuyển giao giữa các TCH trong một ô khi chất lượng nối thông quá thấp nhưng không được phép chuyển sang ô khác hoặc chuyển giao để cân bằng tải giữa các ô

Quản lý mạng truyền dẫn: BSC quản lý, giám sát đường truyền từ BTS đến MSC để

đảm bảo thông tin đúng và chính xác

I.4.2.3 Bộ chuyển đổi mã hóa và thích ứng tốc độ TRAU

Hình 1.3 Các vị trí có thể đặt TRAU

GSM sử dụng mã hoá tiền định tuyến tính LPC cho thoại trên giao diện vô tuyến Um ở tốc độ 13kbps TRAU thực hiện chuyển đổi 13kbps LPC với tốc độ mạng thoại cố định PSTN 64kbps PCM giữa MS và MSC TRAU có thể đặt tại BTS, BSC hoặc MSC Để giảm thiểu chi phí truyền dẫn, thường đặt TRAU ở MSC

I.4.3 Phân hệ chuyển mạch mạng NSS

NSS bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở

dữ liệu cần thiết cho dữ liệu thuê bao và quản lý di động Chức năng chính của NSS là quản lý thông tin giữa các thuê bao GSM với nhau và với các mạng khác NSS gồm các khối chức năng sau: MSC, HLR, VLR, EIR và AuC

I.4.3.1 Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC

MSC là hạt nhân của mạng PLMN, thường là một tổng đài lớn, điều khiển và quản lý một số BSC, thực hiện chức năng chuyển mạch ở NSS Nó làm nhiệm vụ định tuyến và kết nối các phần tử mạng, các thuê bao di động với nhau hay với các thuê bao của mạng khác như PSTN, ISDN MSC có giao diện với tất cả các phần tử trong mạng (BSS/HLR/VLR/AuC/EIR/OMC) và với các mạng ISDN, PSTN qua các chức

năng tương tác IWF Ngoài ra, nó chứa dữ liệu và thực hiện chuyển giao

I.4.3.2 Tổng đài vô tuyến cổng GMSC

Cuộc gọi tới thuê bao GSM được định tuyến đến tổng đài cổng GMSC mà không cần biết vị trí hiện tại của thuê bao GMSC tìm thông tin về vị trí hiện tại của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài hiện tại đang quản lý thuê bao GMSC có giao diện với mạng bên ngoài để kết nối với mạng GSM và giao diện SS7 với các phần

tử khác của NSS GMSC thường kết hợp với MSC

I.4.3.3 Bộ ghi định vị thường trú HLR

HLR là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của mạng GSM, lưu trữ các dữ liệu về thuê bao đăng ký trong mạng HLR lưu trữ: MSRN, IMSI, MSISDN, dữ liệu về VLR đang phục vụ thuê bao đó, trạng thái thuê bao, quyền truy cập của thuê bao HLR thường là một máy tính độc lập không có khả năng chuyển mạch nhưng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao MSC/VLR có thể truy cập các dữ liệu này từ xa

I.4.3.4 Bộ ghi định vị tạm trú VLR

VLR chứa các dữ liệu về mọi thuê bao đang ở trong vùng phục vụ của MSC, gán cho các thuê bao từ vùng phục vụ MSC/VLR khác tới một số thuê bao tạm thời VLR còn thực hiện trao đổi thông tin về thuê bao chuyển vùng giữa HLR nơi thuê bao đăng ký Dữ liệu thuê bao lưu giữ trong VLR chính xác hơn trong HLR

I.4.3.5 Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR

EIR bảo vệ mạng PLMN khỏi sự truy cập của các thuê bao trái phép bằng cách từ chối thuê bao nếu không có sự tương ứng khi so sánh số IMEI do thuê bao gửi đến và số IMEI lưu trong EIR Trong mạng có thể có nhiều EIR

I.4.3.6 Trung tâm nhận thực AuC

GSM có nhiều biện pháp an toàn khác nhau AuC cung cấp mã bảo mật chống nghe trộm, mã này thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao và lưu trong SIM AuC còn lưu nhiều thông tin cần thiết về thuê bao và phải được bảo vệ chống mọi truy cập trái phép AuC có thể được đặt ở trong HLR hay MSC hay đứng độc lập

I.4.4 Phân hệ khai thác OSS

OSS gồm trung tâm quản lý mạng NMC, trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC OSS thực hiện chức năng khai thác và bảo dưỡng mạng, quản lý thuê bao và tính cước, quản lý thiết bị di động

OMC gồm cho cả phần vô tuyến OMC-R và phần chuyển mạch OMC-S, là một mạng máy tính cục bộ LAN, sử dụng hệ điều hành UNIX và các phần mềm ứng dụng cho GSM Hệ thống này nối với các phần tử mạng khác qua X.25 nhằm giám sát điều hành, bảo dưỡng mạng và quản lý thuê bao một cách tập trung OMC còn cung cấp các thông tin quan trọng để lập kế hoạch xây dựng và mở rộng mạng Có thể xây dựng OMC theo nguyên lý mạng quản lý viễn thông TMN, vừa nối đến các phần tử mạng (trừ BTS) và nối đến máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy

I.4.4.1 Khai thác và bảo dưỡng mạng

Khai thác thực hiện theo dõi hoạt động của mạng như: Tải của hệ thống, số lượng chuyển giao giữa hai ô giúp nhà khai thác giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp và kịp thời xử lý các sự cố Khai thác cũng gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề có thể xảy ra, để chuẩn bị tăng dung lượng, vùng phủ sóng Khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm

Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị, sửa chữa các sự cố và hỏng hóc Các thiết bị hiện đại có khả năng tự phát hiện hay dự báo sự cố Các thiết bị cũng có thể được dự phòng thích hợp

I.4.4.2 Quản lý thuê bao

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký như nhập/xoá thuê bao khỏi mạng và tính cước Quản lý thuê bao ở GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng, như mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao SIM cũng là bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao

I.4.4.3 Quản lý thiết bị di động

Chức năng này được EIR thực hiện EIR lưu giữ mọi dữ liệu liên quan đến

MS EIR nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị

I.5 Cấu trúc địa lý của mạng GSM [3].[13].[14]

Hình 1.4 Cấu trúc địa lý của mạng GSM

Mạng thông tin di động GSM là hệ thống chia ô, có cấu trúc địa lý như sau:

Vùng mạng: GMSC làm việc như tổng đài trung kế của GSM/PLMN Tất cả các cuộc

gọi tới thuê bao của mạng sẽ được định tuyến đến một hay nhiều GMSC

Vùng phục vụ MSC/VLR: Một vùng mạng GSM/PLMN chia thành một hay nhiều

vùng phục vụ MSC/VLR Để định tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động, đường truyền

qua mạng sẽ được nối tới MSC đang phục vụ thuê bao

Vùng định vị LA: Một vùng phục vụ MSC/VLR lại được chia thành một số vùng định

vị MS có thể di chuyển tự do trong LA mà không cần cập nhật thông tin vị trí tới MSC/VLR quản lý LA Thông báo tìm gọi MS được phát quảng bá trong mỗi LA LA

có thể phụ thuộc vào một hay nhiều BSC nhưng chỉ thuộc một MSC/VLR

Ô: Vùng định vị được chia thành một số ô Mỗi ô ứng với một BTS và có bán kính từ

350m đến 35km, phụ thuộc vào cấu tạo địa hình và lưu lượng thông tin trong ô Tuỳ thuộc vào cấu tạo của anten sử dụng mà có 2 loại BTS sau:

+ BTS đẳng hướng với anten vô hướng, bức xạ sóng điện từ ra toàn bộ không gian với góc bức xạ 3600

+ BTS dải quạt với 2 hay 3 hay 6 anten định hướng 1800 hay 1200 hay 600

Để sử dụng triệt để băng tần, GSM áp dụng việc sử dụng lại tần số Cả băng tần được chia thành 124 tần số song công, các tần số này lại được chia thành các nhóm tần số, mỗi nhóm được sử dụng cho một vùng nào đó gồm nhiều trạm BTS Cùng mẫu tần số này có thể đem sử dụng cho vùng bên cạnh mà không gây hiện tượng giao thoa đồng kênh, miễn là khoảng cách giữa hai BTS cùng sử dụng một tần số đủ lớn Nhờ

đó, với một dải tần và số lượng kênh nhất định, ta vẫn tăng được khả năng sử dụng tần

số nên tăng dung lượng cho toàn mạng

Các mẫu sử dụng lại tần số là 3/9, 4/12, 7/21 Với mẫu 4/12, các tần số được chia làm 12 nhóm với 4 BTS, mỗi BTS có 3 ô Mẫu này áp dụng cho những vùng có mật độ trung bình, ít nhà cao tầng nên rất phù hợp và được ứng dụng trong các mạng GSM ở Việt Nam Nếu mỗi nhà khai thác có 40 tần số thì được 4 ô có tối đa 4 tần số

và 8 ô còn lại có tối đa 3 tần số như bảng I.5

Hình 1.5 Mẫu sử dụng lại tần số 4/12

I.6.1 Số thuê bao di động MSISDN

Độ dài của MSISDN có thể thay đổi tuỳ theo quốc gia, nhà khai thác, nhưng không quá 15 chữ số (không kể các tiếp đầu như 00, 01 ) Trong một quốc gia, số thuê bao di động thường được cấu tạo tương ứng với sơ đồ đánh số của mạng PSTN

Bảng 1.7 Số thuê bao di động MSISDN của mạng Viettel

I.6.2 Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI.

IMSI được sử dụng để nhận dạng chính xác thuê bao trên đường vô tuyến và trong các mạng PLMN ở mọi báo hiệu GSM IMSI được lưu trong SIM của MS, HLR (khi thuê bao đăng ký) và VLR (lưu tạm thời khi MS vào vùng phục vụ)

MCC MNC MSIN

452 04 xxxx

Bảng 1.8 Số nhận dạng thuê bao di động IMSI của mạng Viettel

I.6.3 Số chuyển vùng của thuê bao di động MSRN

Để định tuyến cuộc gọi, HLR nơi thuê bao đăng ký cần phải biết MS hiện tại đang ở vùng phục vụ của MSC/VLR nào và số thuê bao tạm thời trong vùng đó Khi định tuyến cuộc gọi, HLR yêu cầu VLR đang phục vụ thuê bao cung cấp số MSRN để GMSC chuyển hướng cuộc gọi tới MSC tương ứng

I.6.4 Số nhận dạng tạm thời thuê bao di động TMSI

TMSI được sử dụng trong thuật toán mã khoá dữ liệu để bảo mật thuê bao MSC hiện tại cung cấp TMSI cho MS và chỉ có ý nghĩa trong vùng này Cấu trúc của TMSI tuỳ theo nhà khai thác GSM, thường không quá 4 octec

I.6.5 Số nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế IMEI

Mỗi MS ứng với một số IMEI duy nhất do nhà sản xuất đặt để nhận dạng thiết bị

I.6.6 Số nhận dạng vùng định vị LAI

LAI được sử dụng trong thủ tục cập nhật vị trí của thuê bao di động MCC, MNC giống như ở số IMSI LAC : mã vùng định vị LAC dài tối đa 16 bít, cho phép phân biệt 65536 vùng định vị khác nhau trong cùng một mạng GSM/PLMN

I.6.7 Số nhận dạng ô toàn cầu CGI

CGI được sử dụng để nhận dạng ô trong một vùng định vị MCC, MNC, LAC như ở LAI CI dài tối đa 16 bít, cho phép xác định 65536 ô trong một vùng định vị

I.7 Các trường hợp thông tin [13].[14]

I.7.1 Các trạng thái của MS

MS tắt máy: mạng không thể quản lý MS vì MS không trả lời thông báo tìm gọi,

không gửi thông báo cập nhật vị trí MS được coi là đã rời mạng

MS bật máy, đang rỗi: mạng có thể tìm gọi MS Trong khi chuyển động, MS liên tục

kiểm tra xem nó có luôn được nối với một kênh BCH không MS cũng gửi các thông tin về cập nhật vị trí cho hệ thống sau những khoảng thời gian nhất định

MS bận: Có một kênh TCH song công nối giữa mạng và MS Khi chuyển động, MS

có thể chuyển tới một kênh TCH mới nhờ quá trình chuyển giao handover

I.7.2 Thủ tục nhập mạng

Khi bật máy, MS quét cả 124 tần số để tìm ra tần số có cường độ lớn nhất Tần

số này chứa các thông tin quảng bá và tìm gọi BCH/CCCH có thể có MS tự khoá đến tần số đúng nhờ hiệu chỉnh tần số thu và thông tin đồng bộ Khi đó, MS truy cập tới mạng và thông báo nó là MS mới trong vùng định vị bằng cách gửi thông tin cập nhật

vị trí – nhập mạng đến MSC/VLR MSC/VLR chưa có thông tin gì về MS, nó gửi yêu cầu cập nhật vị trí tới HLR kèm theo thông tin vị trí HLR thực hiện các thủ tục nhận

thực, xác nhận thuê bao là hợp lệ và lưu lại thông tin vị trí của MS này Sau đó, HLR gửi xác nhận cập nhật cho MSC/VLR MSC/VLR coi MS hoạt động và đánh dấu trường dữ liệu của MS bằng cờ nhập mạng

I.7.3 Chuyển vùng và cập nhật vị trí

Khi MS ở trạng thái bật máy và chuyển động theo một phương liên tục, nó được khoá đến một tần số nhất định có CCCH và BCH ở TS0 Khi xa dần BTS nối với

nó, cường độ tín hiệu thu giảm dần Tại điểm gần biên giới lý thuyết giữa hai ô, cường

độ tín hiệu thu giảm đến mức MS quyết định chuyển sang tần số mới thuộc một trong các ô lân cận có cường độ lớn hơn Sau khi tự khoá đến tần số mới này, MS lại tiếp tục theo dõi các thông báo tìm gọi và các thông tin hệ thống Nếu tần số cũ và mới thuộc cùng một vùng định vị LA, MS không cần thông báo cho mạng về việc thay đổi tần số

MS nhận biết điều này nhờ số nhận dạng vùng định vị LAI phát quảng bá trên BCH Nếu không, MS truy cập vào mạng để cập nhật vị trí Có 2 trường hợp cập nhật vị trí:

Cập nhật trong cùng một MSC/VLR: khi MS di chuyển giữa các LA của

cùng một MSC/VLR MS gửi thông báo yêu cầu cập nhật vị trí và giá trị LAI mới tới MSC MSC cập nhật giá trị mới này vào VLR và gửi xác nhận cập nhật vị trí tới MS

Cập nhật giữa hai MSC/VLR: khi MS di chuyển giữa các LA thuộc hai

MSC/VLR MS gửi thông báo yêu cầu cập nhật vị trí tới MSC/VLR mới cùng số nhận dạng của nó MSC/VLR mới gửi các thông tin này đến HLR để yêu cầu nhận thực HLR xác nhận thuê bao hợp lệ tới MSC/VLR hiện tại, xoá giá trị vùng phục vụ MSC/VLR cũ, thay bằng giá trị của MSC/VLR mới VLR mới lưu dữ liệu của MS như một thuê bao tạm thời và gửi thông báo xác nhận cập nhật vị trí tới MS

I.7.4 Thủ tục rời mạng

Khi tắt máy hay ra khỏi vùng phủ sóng, MS gửi thông báo cuối cùng chứa yêu cầu rời mạng và các số nhận dạng MSC/VLR đánh dấu cờ rời mạng vào địa chỉ IMSI tương ứng trong VLR HLR không được thông báo và cũng không có xác nhận cập nhật vị trí gửi tới MS Khi có cuộc gọi tới MS này, vì có cờ rời mạng nên không phát thông báo tìm gọi nhằm giảm tải trên các trung kế và kênh BCCH

I.7.5 Các trường hợp cuộc gọi

I.7.5.1 Thuê bao di động thực hiện cuộc gọi

Giả sử một thuê bao di động A muốn thiết lập cuộc gọi đến thuê bao B bất kỳ Khi đó, A nhấn phím ứng với việc nhấc máy cố định và gửi đi yêu cầu truy cập đến mạng trên kênh RACH MSC nhận được thông báo này và yêu cầu BSC cấp cho MS một kênh SDCCH cho các thủ tục nhận thực và đánh dấu trạng thái bận tránh việc phát thông báo tìm gọi thuê bao này BSC gửi chấp nhận truy cập trên AGCH tới MS, trong

đó có các thông tin về SDCCH Sau đó, các số nhận dạng được MS gửi tới MSC/VLR trên SDCCH để nhận thực Nếu A hợp lệ, MSC/VLR sẽ chấp nhận yêu cầu truy cập và gửi tín hiệu mời quay số đến MS MS gửi số của B Tuỳ theo B là di động hay cố định

mà thiết lập cuộc gọi đến mạng cố định hay quay lại mạng di động Khi kênh nối sẵn sàng, thiết lập cuộc gọi từ MS được MSC công nhận và cấp cho MS một TCH riêng Tín hiệu thiết lập là có sự trả lời của B

I.7.5.2 Các cuộc gọi tới thuê bao di động

Cuộc gọi tới thuê bao di động luôn được định tuyến tới GMSC Thuê bao A quay số MSISDN của thuê bao di động B thuộc mạng GSM/PLMN Tổng đài địa phương của A sẽ phân tích và định tuyến tới tổng đài chuyển tiếp Tổng đài chuyển tiếp phân tích các số đến và định tuyến tới tổng đài cổng GMSC của GSM/PLMN GMSC phân tích, gửi MSISDN của B tới HLR và yêu cầu số MSRN của B HLR dịch MSISDN thành IMSI, gửi IMSI tới VLR hiện tại mà B có mặt và yêu cầu số MRSN VLR tìm số MRSN và tạm thời (trong thời gian cuộc gọi), nối tới IMSI của B VLR gửi MRSN tới HLR, HLR gửi tiếp số này về GMSC GMSC sử dụng MRSN để thiết lập cuộc gọi tới MSC/VLR hiện tại

Mọi BTS trong LA chỉ ra bởi LAI gửi thông báo tìm gọi MS trên kênh PCH

MS nhận được sẽ trả lời bằng cụm truy cập ngắn trên RACH BTS gửi thông báo (chứa thông tin về kênh SDCCH, định thời trước) trên AGCH tới MS Sau đó, thủ tục nhận thực và mật mã được thực hiện Sau đó, MS được cấp một kênh TCH Khi thuê bao trả lời thì cuộc gọi được thiết lập và bắt đầu tính cước

I.7.6 Chuyển giao Handover

Khi MS ở trạng thái bận và chuyển động xa dần BTS nối với nó, chất lượng đường vô tuyến giảm dần Khi chất lượng quá thấp, mạng sẽ thực hiện quá trình chuyển giao, chuyển MS tới kênh TCH mới có chất lượng tốt hơn Mạng quyết định chuyển giao nhờ các thông số về cường độ trường và chất lượng đường truyền giữa

MS và BTS Khi chuyển giao, tốc độ dữ liệu điều khiển lớn, kênh SACCH không đáp ứng được mà phải dùng kênh FACCH Có các khả năng chuyển giao sau :

Chuyển giao trong cùng một BSC: BSC thiết lập đường nối tới BTS mới, ấn định một

kênh TCH của BTS này để chuẩn bị chuyển giao, lệnh cho MS chuyển tần số sang kênh vô tuyến mới BSC xử lý hoàn toàn chuyển giao mà MSC không cần biết Sau khi chuyển giao, MS cần nhận được các thông tin về các ô lân cận mới Nếu chuyển giao dẫn tới thay đổi LA, MS thông báo cho MSC/VLR để cập nhật vị trí

Chuyển giao giữa các BSC trong cùng một MSC/VLR: mạng phải can thiệp nhiều

hơn BSC yêu cầu chuyển giao từ MSC/VLR Sau đó, đường nối mới từ BTS được thiết lập và một kênh TCH được dành cho chuyển giao MS được lệnh chuyển đến tần số và TCH mới Sau khi chuyển giao, MS được thông báo về các ô lân cận Yêu cầu cập nhật vị trí nếu có cũng được thực hiện từ MS

MSC-BSC-Chuyển giao giữa hai vùng phục vụ MSC/VLR: phức tạp nhất với nhiều tín hiệu

được trao đổi trước khi chuyển giao MSC/VLR cũ gửi yêu cầu chuyển giao tới MSC/VLR mới Sau đó, MSC/VLR mới đảm nhận việc ghép đến BTS mới Sau khi thiết lập đường nối giữa hai MSC, MSC/VLR cũ sẽ gửi lệnh chuyển giao đến MS

I.8 Kết luận

Chương 1 đã giới thiệu tổng quan về đặc điểm, kiến trúc cũng như hoạt động của mạng thông tin di động GSM thế hệ 2 GSM ra đời với tốc độ tối đa 9,6kbps đã đáp ứng được nhu cầu ban đầu về các dịch vụ di động như thoại, truyền dữ liệu, nhắn tin ngắn SMS của khách hàng, tạo ra sự phát triển mạnh mẽ của thị trường thông tin di động Tuy nhiên, với tốc độ quá thấp, GSM không thể đáp ứng được các dịch vụ di động cao cấp như truy cập Internet, Intranet, thương mại điện tử Chương 2 sẽ trình

bày về Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS - bước phát triển đệm cần thiết để tiến tới

thế hệ thông tin di động thứ 3

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN HỆ THỐNG GPRS

II.1 Giới thiệu chung [1].[2]

Do sự phát triển của xã hội và để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các dịch

vụ truyền dữ liệu qua mạng di động GPRS là một giải pháp quá độ hợp lý trên con đường tiến tới 3G, nó được đánh giá cao và mang tính chất thực tiễn với vai trò là một công nghệ mới có thể cung cấp các dịch vụ gói từ đầu cuối tới đầu cuối có dung lượng cao qua hệ thống GSM có sẵn

GPRS bao gồm nhiều dịch vụ mạng mới của GSM như là cung cấp khả năng truyền dẫn dạng gói bên trong PLMN với các mạng bên ngoài trong khi vẫn đồng thời khai thác các dịch vụ GSM truyền thống, người sử dụng có thể mua bán ngay trên mạng, có thể dạo chơi trên mạng GPRS cho phép người dùng gửi và nhận dữ liệu dưới dạng gói thông qua máy di động của mình

Nhờ việc sử dụng các tài nguyên vô tuyến một cách hiệu quả hơn, người dùng

có thể sử dụng các dịch vụ đa dạng và thuận tiện một cách mềm dẻo, với việc tính cước không phải dựa vào thời gian kết nối như trước mà dựa trên số lượng dữ liệu thực

sự được truyền Thời gian kết nối và truy cập nhanh hơn so với hệ thống GSM thông thường, đặc biệt với việc truyền tải dữ liệu gói hiệu quả hơn hẳn so với hệ thống hiện tại

Với các ứng dụng mới của GPRS kết nối với các mạng dữ liêu chuyển mạch gói bên ngoài dùng giao thức Internet, người sử dụng có thể được cung cấp các ứng dụng IP không dây một cách hiệu quả hơn, tốc độ cao hơn và với chi phí hợp lí hơn Với các dịch vụ này, người sử dụng có thể kết nối với các mạng Internet, Intranet một cách dễ dàng, có thể gửi và nhận dữ liệu với tốc độ lên đến 171,2kbps

GPRS Networ k

GPRS Backbone Network

SGSN

Inter PLMN network

Gn

Border GGSN

PSPDNISDN PSTN

CorporateIntranet

Leasedline

ExternalDataNetwork

IP, X.25

PCU: Packet Control Unit - Khối kiểm tra dữ liệu gói

GGSN: Gateway GPRS Support Node - Nút hỗ trợ GPRS cổng

SGSN: Serving GPRS Support Node - Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

II.1.2.1 GGSN

Hình 2.2 Kết nối hệ thống GGSN trong mạng IP Backbone

GGSN tạo giao diện giữa BSS với các mạng chuyển mạch gói khác nhau như Internet hay X.25, gần tương tự như việc MSC tạo giao diện giữa BSS với PSTN, và cũng đóng vai trò như một router đối với các mạng dữ liệu gói khác tương tự như vai trò của Gateway MSC với các chức năng của khối tương tác liên mạng IWF

Dựa trên địa chỉ của các gói nhận được từ các mạng chuyển mạch gói bên ngoài, GGSN “chuyển gói qua đường hầm” (tunnelling) tới cho các Serving GSN thích hợp để từ đó gửi tới MS nhận, và ngược lại các gói dữ liệu từ MS gửi đi qua SGSN và được GGSN định tuyến tới địa chỉ nhận thích hợp ở mạng bên ngoài Thuật ngữ tunnelling dùng để chỉ quá trình truyền một khối dữ liệu từ một điểm gắn các thông tin địa chỉ và điều khiển vào khối dữ liệu tới một điểm nhận có nhiệm vụ gỡ bỏ các thông tin địa chỉ và điều khiển ấy ra Một đường hầm là một đường truyền hai

chiều và người ta chủ yếu chỉ quan tâm đến hai điểm đầu và cuối của đường hầm Để GGSN có khả năng định tuyến thông tin nó phải lưu trữ các thông tin quản lý di động đối với MS, và ngoài ra GGSN còn lưu trữ các thông tin phục vụ cho việc tính cước

GGSN kết nối với các mạng dữ liệu gói bên ngoài qua giao diện Gi, với các mạng GPRS ở mạng di động mặt đất PLMN khác qua giao diện Gp (khi đó nó được coi là một Border GGSN), nghĩa là GGSN luôn là điểm đầu tiên của các kết nối liên mạng (GGSN hỗ trợ điểm tham chiếu Gi) GGSN có thể kết nối tới bộ đăng kí định vị thường trú HLR qua giao diện Gc để lấy các thông tin định tuyến để định tuyến các đơn vị dữ liệu gói PDU một cách chính xác tới MS

GGSN nối tới các Serving GSN qua mạng đường trục bằng giao diện Gn, các PDU được chuyển trên giao diện này bằng việc được đóng gói vào các IP datagram Điều này cho phép các PDU của cả X.25 và IP đều có thể được truyền trong mạng GPRS với cùng một dạng như nhau GGSN tập hợp các CDR ( Call Data Recorder) đánh dấu thời gian truy nhập, cung cấp thời gian truy nhập của MS cho SGSN

Tóm tắt chức năng chính của GGSN:

¾ Đóng vai trò như một tổng đài cổng giữa PLMN và các mạng dữ liệu gói bên ngoài

¾ Thiết lập việc truyền thông với các mạng dữ liệu gói bên ngoài

¾ Định tuyến và chuyển gói đường hầm đến và ra khỏi SGSN

¾ Tính toán số lượng gói/dữ liệu

¾ Đánh địa chỉ, lập bảng định tuyến

¾ Hỗ trợ tính cước

II.1.2.2 SGSN

Hình 2.3 Kết nối SGSN trong mạng

SGSN có chức năng tương đương với một MSC trong hệ thống GSM, chịu trách nhiệm định tuyến dữ liệu gói tới từ vùng phục vụ địa lý mà nó đảm nhận, có chức năng quản lý di động MM, nhận thực và bảo mật truy cập vô tuyến, quản lý kết nối vật lý tới các MS SGSN có nhiệm vụ tạo ra một ngữ cảnh PDP (PDP context) cần thiết để có thể cho phép các PDU được truyền giữa MS và GGSN mà MS đang liên lạc

để trao đổi dữ liệu gói với mạng ngoài Luồng lưu thông được định tuyến từ SGSN qua một bộ kiểm tra dữ liệu gói PCU để tới BSC, qua BTS và tới MS Kỹ thuật nén dữ liệu cũng được sử dụng giữa MS và SGSN để nâng cao hiệu quả của kết nối, giảm nhỏ kích thước của các gói dữ liệu được truyền

SGSN nối với MSC/VLR của mạng GSM qua giao diện Gs để giải quyết các vấn đề về tương tác giữa GSM và GPRS để phục vụ cho thuê bao chung khi cả hai công nghệ dùng chung tài nguyên Kết nối tới trung tâm dịch vụ bản tin ngắn SMSC dùng giao diện Gd, giao diện này hoạt động như một dịch vụ mang của GPRS hỗ trợ dịch vụ các bản tin ngắn từ điểm tới điểm SGSN nối với HLR/AUC qua giao diện Gr,

cả ba giao diện trên đều là các giao diện sử dụng hệ thống báo hiệu số 7