Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát chất lượng mạng di động

Vì thế dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Vũ Văn Yêm em có thực hiện đề tài luận văn “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống giám sát chất lượng mạng viễn thông” với mong muốn cung cấp thêm một

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH 6

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG VÀ CÁC KPI CỦA MẠNG DI ĐỘNG 9

1.1 Kiến trúc mạng thông tin di động GSM 9

1.2 Kiến trúc mạng thông tin di động 3G 12

1.2.1 Tổng quan về mạng 3G – Công nghệ WCDMA 12

Mạng 3G (Third-generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ 12

1.2.2 Kiến trúc mạng UMTS/WCDMA Rel.99: 14

1.3 Các thông số chất lượng KPI chính của mạng di động 16

1.3.1 Mức thu cường độ tín hiệu RxLev (dBm) 16

1.3.2 Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR ( Call setup success Rate) 17 1.3.3 Tỷ lệ rớt cuộc gọi trung bình AVDR (Average Drop Call Rate ) 17

1.3.4 Tỷ lệ rớt mạch trên TCH : TCDR ( TCH Drop Rate) 18

1.3.5 Tỷ lệ nghẽn mạch TCH : TCBR ( TCH Blocking Rate) 19

1.3.6 Tỷ lệ rớt mạch trên SDCCH : CCDR ( SDCCH Drop rate ) 19

1.3.7 Tỷ lệ nghẽn mạch trên SDCCH : CCBR ( SDCCH Blocking Rate ) 20 1.4 Các phương pháp giám sát chất lượng mạng 20

1.4.1 Thu thập thông số chất lượng mạng dựa vào thống kê OMC 21

1.4.2 Thu thập thông số chất lượng mạng dựa vào Driving test 22

2.1 Sơ đồ khối và các thành phần cơ bản 25

2.1.1 Khối điều khiển trung tâm – Vi điều khiển ATMEGA 128 26

2.1.2 Khối hiển thị - Màn hình LCD hai hàng 16 cột 28

2.1.3 Khối nguồn nuôi toàn bộ hệ thống 29

2.1.4 Module SIM 5218A 30

2.1.5 Giao diện của antena GPS/GSM/WCDMA 32

2.1.6 Giao tiếp Virtual USB 33

2.2 Giao tiếp, điều khiển giữa vi xử lý và SIM 5218 33

2.2.1 Giao tiếp nối tiếp 33

2.3 Lập trình điều khiển cho SIM 5218 36

2.3.1 Cú pháp tập lệnh AT 36

2.3.2 Tập lệnh AT thực hiện điều khiển Module SIM 5218 37

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ XÂY DỰNG SERVER THU NHẬN VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU 44

3.1 Khối TCP Server 44

3.1.1 Xây dựng TCP Server 44

3.1.2 Cấu trúc khung truyền từ Thiết bị đầu cuối lên Server 47

3.2 Khối cơ sở dữ liệu 49

3.3 Khối quản trị cơ sở dữ liệu 50

3.3.1 Thu nhận , bóc tách và lưu trữ dữ liệu 50

3.3.2 Thực hiện tìm kiếm và xuất dữ liệu 51

CHƯƠNG IV : THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 54

4.1 Mục tiêu, yêu cầu của việc thử nghiệm hệ thống 54

4.1.1 Mục tiêu của việc thử nghiệm hệ thống 54

4.1.2 Yêu cầu của việc thử nghiệm hệ thống 56

4.2 Quá trình thử nghiệm hệ thống 56

4.3 Kết quả thử nghiệm hệ thống 64

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

LỜI CAM ĐOAN

Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong Viện Điện tử- viễn thông , Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo môi trường tốt để tôi học tập và nghiên cứu Tôi cũng xin cảm ơn tới các thầy cô trong Viện Đào tạo sau Đại học đã quan tâm tới khóa học và tạo điều kiện tốt nhất cho các học viên có thể học tập nghiên cứu và làm khóa luận Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS.TS Vũ Văn Yêm

đã tận tình hướng dẫn và giúp tôi hoàn thành luận văn này

Tôi cam đoan nội dung trong luận văn này hoàn toàn là do tôi tìm hiểu, nghiên cứu và viết ra Tất cả đều được tôi thực hiện cẩn thận và có định hướng của giáo viên hướng dẫn

Tôi xin chịu trách nhiện với những nội dung trong luận văn này

Tác giả

Nguyễn Đình Nhất

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

GSM Global System for Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói chung GPS Global Position Systems Hệ thống định vị toàn cầu

GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý

OMC Operation & Maintenance Center Trung tâm điều hành và bảo

dưỡng

BSS Base Station System Phân hệ trạm gốc

OMS Operation and Maintenance

SubSystem

Phân hệ vận hành và sửa chữa

SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn

MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ tin nhắn đa phương

tiện WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng mạng

đơn giản

SGSN Serving GPRS Support Node Là một phần tử trong mạng

lõi GPRS nhằm nối kết giữa mạng truy nhập và gateway GGSN Gateway GPRS Support Node là một gateway giữa

mạng GPRS/UMTS và các mạng ở ngoài (như Internet

hoặc các mạng GPRS khác) VLR Visited Location Register bộ đăng kí định vị tạm trú

HLR Home Location Register bộ đăng kí định vị thường trú CDMA Code Division Multiple Access Phương thức Đa truy cập

phân chia theo mã TDMA Time Division Multiple Access Phương thức đa truy cập

phân chia theo thời gian SIM Subscriber Identity Module Thẻ chứa thông tin định dạng W-CDMA Wideband Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập theo mã băng rộng

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 : Hệ thống di động GSM 10

Hình 2 : Quá trình phát triển của mạng UMTS 14

Hình 3 : Kiến trúc mạng UMTS Rel.99 14

Hình 4 : Sơ đồ cấu trúc của hệ thống giám sát M2000 21

Hình 5: Giám sát KPI sử dụng M2000 22

Hình 6 : Quy trình đo sóng 23

Hình 7 : Kết quả đo RxLev sử dụng phần mềm Tem 24

Hình 8 : Sơ đồ khối của thiết bị đầu cuối 25

Hình 9: Vi điều khiển ATMEGA 128 27

Hình 10 : Màn hình LCD 16 cột 28

Hình 11 : Sơ đồ nguyên lý khối nguồn nuôi hệ thống 30

Hình 12 : Hình ảnh SIM 5218 32

Hình 13 : Giao tiếp với Anten của SIM 5218 32

Hình 14 : Giao tiếp giữa PC và SIM 5218 33

Hình 15: Giao tiếp USART giữa SIM5218 và vi điều khiển 34

Hình 16 : Sơ đồ nguyên lý của SIM 5218 36

Hình 17: Cấu hình ban đầu cho SIM 5218 38

Hình 18 : Cấu hình kết nối đến Server 39

Hình 19 : Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đầu cuối 41

Hình 20 : Sơ đồ mạch in của thiết bị đầu cuối (1) 42

Hình 21: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đầu cuối (2) 42

Hình 22 : Hình ảnh phần cứng của thiết bị đầu cuối 43

Hình 23: Giao thức TCP/IP 45

Hình 24: Quá trình khởi tạo kết nối TCP 46

Hình 25: Sơ đồ kết nối SIM5218 và Server 47

Hình 26 : Các thông số lưu trong Cơ sở dữ liệu 49

Hình 27: Giao diện tìm kiếm của Server 51

Hình 28: Giao diện Server hiển thị kết quả tìm kiếm 52

Hình 29: Giao diện tìm kiếm Server hiển thị kết quả (2) 52

Hình 30: Xuất kết quả tìm kiếm ra 53

Hình 31 : Bắt đầu khởi chạy Server 57

Hình 32: Server thực hiện kết nối Internet và lắng nghe kết nối 58

Hình 33: Thiết bị đầu cuối khi vừa bật nguồn 58

Hình 34: Vi điều khiển kiểm tra kết nối tới SIM 5218 59

Hình 35: Vi điều khiển thực hiện lấy IMSI SIM 59

Hình 36: Thông tin IMSI của SIM 60

Hình 37: Vi điều khiển thực hiện lấy thông tin trạm 60

Hình 38: Thông tin trạm thu được 61

Hình 39: Công suất thu tín hiệu nhận được 61

Hình 40: Số cuộc gọi thành công 62

Hình 41Thiết bị đầu cuối kết nối đến SERVER 62

Hình 42: Thiết bị đầu cuối gửi thành công dữ liệu 63

Hình 43: Server nhận được thông tin thiết bị đầu cuối gửi lên 63

Hình 44: Hiển thị toàn bộ dữ liệu ra màn hình 64

MỞ ĐẦU

Trong thời đại ngày nay công nghệ ngày càng phát triển Việc sống trong một thế giới công nghệ giúp cho con người ngày càng tiếp cận được với nhiều tiện ích do khoa học và kỹ thuật mang lại Nhu cầu thông tin liên lạc không chỉ dừng lại

ở chỉ gọi và nhắn tin mà còn phải phát triển các dịch vụ gia tăng đi kèm với nó Chính vì điều đó các nhà mạng di động ngày càng cố gắng phát triển mạng lưới , đa dạng hóa các loại hình dịch vụ để đáp ứng được nhu cầu của ngừoi dân

Tuy nhiên việc phát triển mạng lưới không chỉ ở việc mở rộng quy mô vùng phủ sóng, lắp thêm nhiều trạm thu phát sóng mà còn phải nâng cao chất lượng sóng, chất lượng dịch vụ Do đó đồng hành với việc phát triển là việc đo kiểm chất lượng sóng điện thoại và các chất lượng dịch vụ cũng phải được thực hiện theo các yêu cầu nghiêm ngặt hơn Vì thế dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Vũ Văn Yêm em có

thực hiện đề tài luận văn “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống giám sát chất lượng mạng viễn thông” với mong muốn cung cấp thêm một phương pháp để hỗ trợ các

nhà mạng cũng như các cơ quan quản lý để việc đo kiểm các tham số chất lượng mạng di động được dễ dàng và tập trung hơn, góp một phần nhỏ vào việc cải thiện chất lượng mạng di động tại Việt Nam

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Vũ Văn Yêm đã tận tình giúp

đỡ và hướng dẫn để em hoàn thành luận văn này Trong quá trình thực hiện luận văn sẽ còn những thiếu sót rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô cũng như các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn Mọi ý kiến đóng góp xin vui lòng gửi

về địa chỉ email : nhatnd88@gmail.com

Em xin chân thành cám ơn

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG VÀ CÁC KPI CỦA

MẠNG DI ĐỘNG 1.1 Kiến trúc mạng thông tin di động GSM

Mạng GSM gồm có 3 thành phần, đó là trạm di động cung cấp khả năng liên lạc, hệ thống trạm gốc điều khiển kết nối vô tuyến với trạm di động và hệ thống mạng có chức năng thực hiện chuyển mạch các cuộc gọi giữa các thuê bao di động

Hình 1 dưới đây mô tả cấu trúc tổng quan của mạng GSM Cấu trúc của mạng GSM có thể được chia thành ba phần :

 Trạm di động (Mobile Station) được người thuê bao mang theo

 Hệ thống trạm gốc ( Base Station Subsystem) điều khiển kết nối vô tuyến với trạm di động

 Hệ thống mạng (Network Subsystem), với bộ phận chính là Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (MSC), thực hiện việc chuyển mạch cuộc gọi giữa các thuê bao di động và giữa các thuê bao di động với thuê bao của mạng cố định MSC cũng thực hiện các chức năng quản lý di động Ở đây không vẽ trung tâm vận hành bảo dưỡng (OMC) với chức năng đảm bảo vận hành và thiết lập mạng Trạm di động và hệ thống trạm gốc giao tiếp thông qua giao diện Um, còn được gọi là giao diện không gian hoặc kết nối vô tuyến Hệ thống trạm gốc giao tiếp với MSC qua giao diện A

Hình 1 : Hệ thống di động GSM

Trạm di động (MS) bao gồm điện thoại di động và một thẻ thông minh xác thực thuê bao (SIM) SIM cung cấp khả năng di động cá nhân, vì thế người sử dụng

có thể lắp SIM vào bất cứ máy điện thoại di động GSM nào truy nhập vào dịch vụ

đã đăng ký Mỗi điện thoại di động được phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại

di động IMEI (International Mobile Equipment Identity) Card SIM chứa một số nhận dạng thuê bao di động IMSI (International Subcriber Identity) để hệ thống nhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và các thông tin khác IMEI và IMSI hoàn toàn độc lập với nhau để đảm bảo tính di động cá nhân Card SIM có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân (PIN)

Hệ thống trạm gốc gồm có hai phần Trạm thu phát gốc (BTS) và Trạm điều khiển gốc (BSC) Hai phần này giao tiếp với nhau qua giao diện Abis, cho phép các thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau có thể "bắt tay" nhau được

Trạm thu phát gốc có bộ thu phát vô tuyến xác định một ô (cell) và thiết lập giao thức kết nối vô tuyến với trạm di động Trong một khu đô thị lớn thì số lượng BTS cần lắp đặt sẽ rất lớn Vì thế, yêu cầu đối với trạm BTS là chắc chắn, ổn đinh,

có thể di chuyển được và giá thành tối thiểu

Trạm điều khiển gốc quản lý tài nguyên vô tuyến cho một hoặc vài trạm BTS Nó thực hiện thiết lập kênh vô tuyến, phân bổ tần số, và chuyển vùng BSC là kết nối giữa trạm di động và tổng đài chuyển mạch di động MSC

Thành phần trung tâm của hệ thống mạng là tổng đài chuyển mạch di động MSC Nó hoạt động giống như một tổng đài chuyển mạch PSTN hoặc ISDN thông thường, và cung cấp tất cả các chức năng cần thiết cho một thuê bao di động như: đăng ký, xác thực, cập nhật vị trí, chuyển vùng, định tuyến cuộc gọi tới một thuê bao roaming (chuyển vùng) MSC cung cấp kết nối đến mạng cố định ( PSTN hoặc ISDN) Báo hiệu giữa các thành phần chức năng trong hệ thống mạng sử dụng Hệ thống báo hiệu số 7 (SS7)

Bộ ghi địa chỉ thường trú (HLR) và Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) cùng với tổng đài chuyển mạch di động MSC cung cấp khả năng định tuyến cuộc gọi và roaming cho GSM HLR bao gồm tất cả các thông tin quản trị cho các thuê bao đã được đăng ký của mạng GSM, cùng với vị trí hiện tại của thuê bao Vị trí của thuê bao thường dưới dạng địa chỉ báo hiệu của VLR tương ứng với trạm di động Chỉ có một HLR logic cho toàn bộ mạng GSM mặc dù nó có thể được triển khai dưới dạng

cơ sở dữ liệu phân bố

Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) bao gồm các thông tin quản trị được lựa chọn

từ HLR, cần thiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp dịch vụ thuê bao, cho các di động hiện đang ở vị trí mà nó quản lý Mặc dầu các chức năng này có thể được triển khai ở các thiết bị độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất tổng đài đều kết hợp VLR vào MSC, vì thể việc điều khiển vùng địa lý của MSC tương ứng với của VLR nên

đơn giản được báo hiệu Chú ý rằng MSC không chứa thông tin về trạm di động cụ thể- thông tin này được chứa ở bộ ghi địa chỉ

Có hai bộ ghi khác được sử dụng cho mục đính xác thực và an ninh Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR) là một cơ sở dữ liệu chứa một danh sách của tất cả các máy điện di dộng hợp lệ trên mạng với mỗi máy điện thoại được phân biệt bởi số IMEI Một IMEI bị đánh dấu là không hợp lệ nếu nó được báo là bị mất cắp hoặc có kiểu không tương thích Trung tâm xác thực (AuC) là một cơ sở dữ liệu bảo vệ chứa bản sao các khoá bảo mật của mỗi card SIM, được dùng để xác thực và mã hoá trên kênh vô tuyến

1.2 Kiến trúc mạng thông tin di động 3G

1.2.1 Tổng quan về mạng 3G – Công nghệ WCDMA

Mạng 3G (Third-generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công

nghệ điện thoại di động, mang lại cho người dùng các dịch vụ giá trị gia tăng cao cấp, giúp chúng ta thực hiện truyền thông thoại và dữ liệu (như e-mail và tin nhắn dạng văn bản), download âm thanh và hình ảnh với băng thông lớn Các ứng dụng 3G thông dụng gồm hội nghị video di động; chụp và gửi ảnh kỹ thuật số nhờ điện thoại máy ảnh; gửi và nhận e-mail và file đính kèm dung lượng lớn; tải tệp tin video

và MP3; thay cho modem để kết nối máy tính xách tay hay PDA và nhắn tin dạng chữ với chất lượng cao

Một số đặc điểm chủ yếu của công nghệ WCDMA bao gồm: Mỗi kênh vô tuyến có độ rộng 5 MHz; tương thích ngược với GSM; chip rate 3,84 Mbps; hỗ trợ hoạt động không đồng bộ giữa các cell; truyền nhận đa mã; hỗ trợ điều chỉnh công suất dựa trên tỷ số tín hiệu/tạp âm; có thể áp dụng kỹ thuật anten thông minh để tăng dung lượng mạng và vùng phủ sóng (phiên bản HSPA từ Release 8 trở lên);hỗ trợ nhiều kiểu chuyển giao giữa các cell, bao gồm soft-handoff, softer-handoff và hard-handoff;

UMTS cho phép tốc độ downlink là 0,384 Mbps (full mobility) và với phiên

bản nâng cấp lên HSPA Release 6 hiện nay, tốc độ lên tới 14 Mbps (downlink) và 1,4 Mbps (uplink) Dự kiến phiên bản HSPA Release 8 ra mắt vào năm 2009 (thêm tính năng MIMO) thì tốc độ tương ứng sẽ là 42 Mbps & 11,6 Mbps

UMTS hoàn toàn tương thích ngược với GSM Các máy handset UMTS thường hỗ trợ cả hai chế độ GSM và UMTS, do vậy chúng có thể sử dụng với các mạng GSM hiện có Nếu một thuê bao UMTS ra khỏi vùng phủ sóng của mạng UMTS và đi vào vùng phủ sóng GSM thì cuộc gọi của thuê bao đó được tự động chuyển giao cho mạng GSM

Đặc biệt, trong băng tần 1900-2200 MHz thì WCDMA là công nghệ duy nhất hiện nay đã có thiết bị sẵn sàng, được nhiều nhà cung cấp thiết bị sản xuất và

có thể cung cấp ngay khi có đơn đặt hàng Mặt khác, do quy mô thị trường lớn và là công nghệ đã “trưởng thành” nên WCDMA cũng là một trong những công nghệ có chi phí đầu tư thấp nhất, đem lại hiệu quả cao nhất

Tuy nhiên UMTS cũng có một số nhược điểm Chuyển giao cuộc gọi mới chỉ thực hiện được theo chiều từ UMTS sang GSM mà chưa thực hiện được theo chiều ngược lại Tần số cao hơn mạng GSM900 nên số lượng trạm BTS dày đặc hơn do

đó thời gian xây dựng mạng lâu hơn và chi phí cao hơn mạng GSM Để cung cấp được dịch vụ Video-on-demand, các trạm gốc phải đặt cách nhau khoảng 1-1,5km; điều đó có thể thực hiện được ở khu vực đô thị nhưng sẽ là không kinh tế ở khu vực nông thôn

Hình 2 : Quá trình phát triển của mạng UMTS

1.2.2 Kiến trúc mạng UMTS/WCDMA Rel.99:

Hình 3 : Kiến trúc mạng UMTS Rel.99

- Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối

 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)

Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử :

- Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC : Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó) RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

 CN (Core Network)

- HLR (Home Location Register) : Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thông tin chính

về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này bao gồm : Thông tin về các dịch

vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sung như : trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) : Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ

- GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài

- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

 Các mạng ngoài

- Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh

- Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói

 Các giao diện vô tuyến

- Giao diện CU : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh

- Giao diện UU : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

- Giao diện IU : Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện IUr : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện IUb : Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC IUb được tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn

1.3 Các thông số chất lượng KPI chính của mạng di động

1.3.1 Mức thu cường độ tín hiệu RxLev (dBm)

Là mức cường độ tín hiệu thu được tại thiết bị đầu cuối ( đường xuống ) hoặc tại trạm thu phát sóng di động BTS ( đường lên) Tham số RxLev dùng cho mạng di động 2G

 Đơn vị : dBm hoặc W

 RxLev càng có giá trị lớn thì thể hiện mức thu càng tốt tức tín hiệu càng mạnh

và ngược lại Nếu RxLev có giá trị thấp chứng tỏ tín hiệu càng yếu

 Khoảng giá trị RxLev từ -110dBm đến -40dBm được quy đổi tương ứng với RXLEV từ 0-63 Với RxLev < -110dBm thì RXLEV = 0 và RxLev > -40dBm thì RXLEV = 63

 Đối với nhà mạng Viettel định nghĩa nếu RxLev < -80dBm ( hay RXLEV < 30 )

là sóng yếu

1.3.2 Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR ( Call setup success Rate)

CSSR được định nghĩa là tỷ lệ mà người sử dụng ( hay thuê bao di động ) thực hiện thành công cuộc gọi xét trên cả hai chiều là chiều gọi đến và chiều gọi đi Lưu ý ở đây là những cuộc gọi đã được kết nối nhưng bị rớt vẫn được coi là thành công Thành công ở đây ta có thể hiểu là khi người sử dụng quay số và bấm nút

“gọi” thì cuộc gọi sẽ chắc chắn được kết nối ( trong trường hợp thực hiện cuộc gọi đi) Trong trường hợp cuộc gọi đến , sự không thành công được hiểu là một ai đó thực sự gọi đến thuê bao nhưng thuê bao vẫn không nhận được một tín hiệu báo gọi nào mặc dù anh ta vẫn bật máy và nằm trong vùng phủ sóng

CSSR có thể được tính như sau :

CSSR = Tổng số lần th ực hiện nh ận cu ộc gọi th ành côngTổng số lần th ực hiện nh ận cu ộc gọi

Hiện nay theo mức công bố của nhà mạng MOBIFONE thì chỉ số CSSR của nhà mạng này là ≥ 95% Và mức theo quy chuẩn QCVN 36:2011/BTTTT là ≥ 92%

1.3.3 Tỷ lệ rớt cuộc gọi trung bình AVDR (Average Drop Call Rate )

AVDR là tỉ lệ số cuộc gọi bị rớt mach trên tổng số cuộc gọi thành công AVDR có thể được tính như sau :

𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙ầ𝑛 𝑐ℎ𝑖ế𝑚 𝑚ạ𝑐ℎ 𝑇𝐶𝐻 𝑡ℎà𝑛ℎ 𝑐ô𝑛𝑔 ( 𝑛𝑔𝑜 ạ𝑖 𝑡𝑟ừ 𝑡𝑟ườ𝑛𝑔 ℎợ𝑝 𝐻𝑎𝑛𝑑𝑜𝑣𝑒𝑟 )

Đại lượng này nên sử dụng để đánh giá chất lượng toàn mạng , chứ không nên áp dụng cho từng cell riêng lẻ vì rằng mỗi cell không chỉ mang những cuộc gọi bắt đầu từ nó ( trên cả hai nghĩa gọi đi và gọi đến ) mà nó còn phải chịu trách nhiệm tải những cuộc gọi handover từ những cell khác sang- điều đó có nghĩa là nó bị chiếm mạch nhiều hơn rất nhiều lần Hơn nữa đối với mỗi cell, việc mang một cuộc gọi handover hay bình thường là có cùng bản chất

1.3.4 Tỷ lệ rớt mạch trên TCH : TCDR ( TCH Drop Rate)

TCDR có thể tạm định nghĩa là tỉ lệ rớt mạch tính trên các kênh TCH của từng cell riêng biệt

- Do bị nhiễu quá nhiều hoặc do chất lượng kênh truyền dẫn quá thấp

- Do tín hiệu quá yếu

- Do lỗi của hệ thống chẳng hạn như phần cứng trục trặc

- Do dử dụng các giá trị không chuẩn của các tham số BSS

- Do không Handover được ( thiếu neighbor cell chẳng hạn)

Nhằm dễ dàng hơn cho công tác kỹ thuật , TCDR được phân ra làm hai đại lượng mới :

- Rớt mạch do lỗi hệ thống : TCDR-S ( Drop due to System) : tham số này bao gồm tất cả các lỗi do hệ thống chẳng hạn như : software, transcoder được tính theo tỷ lệ phần trăm trên tổng số lần rớt mạc Với một hệ thống tố, tỷ lệ này là rất nhỏ ( thường từ 2-3%)

- Rớt mạch do lỗi tần số vô tuyến RF: TCDR-R ( Drop due to RF) : tham số này bao gồm tất cả các lỗi như mức tín hiệu , chật lượng quá kém, quá nhiễu, Handover kém… cũng được tính theo tỷ lệ phần trăm trên số tổng số lần rớt mạch

TCDR-R + TCDR-S =100%

Tỷ số này phản ánh mực độ nghẽn mạng trên từng cell riêng lẻ hay trên toàn

hệ thống Khi tỷ số này ở một cell ( hay khu vực ) nào đó trở nên quá cao điều đó có nghĩa là rất khó thực hiện được cuộc gọi trong cell ( hay khu vực đó) Tuy nhiên tham số này không phản ánh một cách chính xác yêu cầu về lưu lượng trên mạng vì khi một ngừoi nào đó muốn thực hiện một cuộc gọi trong vòng một phút chẳng hạn, ngừoi ta sẽ có nhiều lần ( có thể là hàng chục ) để có thể chỉ thực hiện một cuộc gọi duy nhất kéo dài 1 phút Điều này làm tăng tỷ lệ nghẽn mạch lên rất nhanh , vượt quá cả bản chất thực tế của vấn đề Vì vậy để đánh giá một cách chính xác hơn, ngừoi ta sử dụng một đại lượng khác là cấp độ phục vụ GoS ( Grade of Service)

GoS có thể được định nghĩa như là xác suất bị nghẽn mạch cho một thuê bao khi thực hiện cuộc gọi trong một khu vực có một “lưu lượng yêu cầu” ( offered traffic) xác định nào đó Vấn đề này sinh ra là “lưu lượng yêu cầu là gì?” Nó có thể được coi như là lưu lượng mà hệ thống có thể mang được trong giờ bận trong trường hợp không có nghẽn mạch hay nói cách khác đi là khi số kênh thoại của hệ thống tăng đủ lớn

1.3.6 Tỷ lệ rớt mạch trên SDCCH : CCDR ( SDCCH Drop rate )

CCDR được định nghĩa như là tỷ lệ giữa tổng số lần rớt mạch trên kênh SDCCH và tổng số lần chiếm SDCCH thành công

CCDR = 𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙ầ𝑛 𝑟ớ𝑡 𝑡𝑟ê𝑛 𝑆𝐷𝐶𝐶𝐻

𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙ầ𝑛 𝑐ℎ𝑖ế𝑚 𝑆𝐷𝐶𝐶𝐻 𝑡ℎà𝑛ℎ 𝑐ô𝑛𝑔

CCDR cũng rất quan trọng , nó một phần đánh giá tỷ lệ thành công cuộc gọi nói chung Nói chung trong thông tin di động GSM và về một khía cạnh nào đó, ít nhất trên mặt tần số vô tuyến RF, CCDR và TCDR có cùng bản chất, nếu như CCDR cao thì tỉ lệ TCDR cũng cao và ngược lại

Vì rằng thời gian chiếm mạch trên SDCCH là rất ngắn ( trung bình khoảng 3s) so svới thời gian cheiém mạch trên TCH ( trung bình khoảng 65s) nên CCDR cũng nhỏ hơn TCDR rất nhiều Tuy nhiên khi CCDR trở nên một cách không bình thường so sánh với TCDR, điều đó có nghĩa là có một cái gì đó không ổn hoặc là do các tham số của phần BSS hoặc là do kênh tần số có chứa SDCCH quá nhiều

1.3.7 Tỷ lệ nghẽn mạch trên SDCCH : CCBR ( SDCCH Blocking Rate )

CCBR được định nghĩa như là tỷ số giữa tổng số lần chiếm SDCCH không thành công do nghẽn SDCCH và tổng số lần yêu cầu cung cấp kênh SDCCH

CCBR = 𝑇ổ𝑛𝑔 𝑛𝑔 ℎẽ𝑛 𝑆𝐷𝐶𝐶𝐻

𝑇ổ𝑛𝑔 𝑦ê𝑢 𝑐ầ𝑢 𝑆𝐷𝐶𝐶𝐻

Đại lượng này rất quan trọng đối với một hệ thống GSM và trực tiếp ảnh hưởng đến tỷ lệ thành công khi một thuê bao thực hiện cuộc gọi Nếu như tỷ lệ nghẽn SDCCH quá cao thì khả năng thực hiện cuộc gọi rất khó

Ngoài ra còn một số chỉ số như tỷ lệ thành công Handover đến IHOSR ( Incoming Handover successful Rate) và tỷ lệ thành công Handover ra OHOSR ( outgoing handover successful rate)

1.4 Các phương pháp giám sát chất lượng mạng

Hiện nay có khá nhiều phương pháp giám sát chất lượng mạng di động và thống kê các tham số chất lượng mạng như : dựa vào các thống kê từ OMC, đo kiểm Driving Test, dựa vào ý kiến phản ánh của khách hàng, cảnh báo tại trạm thu phát sóng BTS Sau đây em xin trình bày hai phương pháp chính đó là thống kê từ OMC và đo kiểm dựa vào Driving test

1.4.1 Thu thập thông số chất lượng mạng dựa vào thống kê OMC

Hiện nay các nhà mạng thường sử dụng các công cụ giám sát tập trung để giám sát các cảnh báo cũng như các tham số chất lượng mạng KPI Các hệ thống này thường được hỗ trợ bởi các hãng cung cấp các thiết bị phần cứng Đơn cử như đối với mạng MOBIFONE thì thiết bị thường do hai hãng thiết bị lớn cung cấp là Ericsson và Huawei Tương ứng với hai hãng đó là hai loại thiết bị giám sát thông

số chất lượng mạng là OSS và M2000

Dưới đây là sơ đồ cấu trúc của hệ thống giám sát M2000 do hãng Huawei cung cấp:

Hình 4 : Sơ đồ cấu trúc của hệ thống giám sát M2000

Theo như hình vẽ các thiết bị cấu thành lên hệ thống mạng di động là

NE1,NE2… sẽ gửi các tham số chất lượng về một Server tập trung đó là M2000 từ

đó người quản trị có thể dễ dàng lấy được các tham số chất lượng mạng như hình dưới đây :

Hình 5: Giám sát KPI sử dụng M2000

Việc đưa ra giá trị các tham số chất lượng mạng từ bộ phận OMC là dựa vào thống kê dữ liệu của các cuộc gọi, các thành phần cấu trúc mạng gửi về thiết bị tập trung nên các tham số này có giá trị chính xác cao nhất Tuy nhiên trước khi đưa vào khai thác ví dụ như trạm thu phát sóng mới thì số cuộc gọi và thông tin nhận được từ OMC là không đáng kể cũng như khi xảy ra vấn đề lỗi thì OMC không thể nhận được các thống kê từ dưới Client gửi lên dẫn đến chúng ta không thể phụ thuộc hoàn toàn vào các tham số đưa ra từ bộ phận OMC Từ đó chúng ta phải có thêm các phương pháp khác để hỗ trợ đo kiểm các tham số chất lượng mạng điển hình là phương pháp Driving test dưới đây

1.4.2 Thu thập thông số chất lượng mạng dựa vào Driving test

Như đã trình bày ngoài việc lấy thông số chất lượng mạng từ bộ phận OMC chúng ta còn phương pháp khác là Driving test Driving test là một trong những công việc thường xuyên và quan trọng để thu thập các tham số chất lượng nhằm tối

ưng mạng vô tuyến Công tác đo driving test nhằm phân tích, đưa ra các khuyến nghị điều chỉnh kịp thời nâng cao chất lượng mạng lưới

Việc đo driving test được thực hiện:

 Định kỳ: nhằm đánh giá chất lượng mạng lưới, kịp thời đưa ra các khuyến

nghị hiệu chỉnh

 Đột xuất: Khi có sự cố tại một khu vực do khách hàng phản ánh (nhiều

khách hàng, khách hàng VIP…) để tìm nguyên nhân và khắc phục

 Có kế hoạch: Khi có thay đổi trên mạng lưới theo kế hoạch cần đi đo đánh

giá lại mức độ ảnh hưởng Vi dụ: Khi di chuyển BSC, đổi LAC …

Quy trình đo sóng được tuân theo quy trình dưới đây :

Hiện nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ việc đo Driving test và ưu điểm hơn

cả là phần mềm Tem Tuy nhiên nhược điểm của phương án này là phải tiến hành tốn nhiều thời gian và di chuyển trên diện rộng cũng như kết quả sẽ không thể chính

xác bằng từ thống kê của OMC nếu hệ thống đã hoạt động ổn định Việc tiến hành

đo này chỉ được sử dụng khi mở rộng mạng lưới hoặc tiến hành kiểm tra và tối ưu theo khu vực Dưới đây là hình ảnh kết quả đo tham số RxLev sử dụng phần mềm Tem để đo Driving test

Hình 7 : Kết quả đo RxLev sử dụng phần mềm Tem

Kết luận chương I : Trong chương I của luận văn tác giả có trình bày về tổng quan

của mạng di động tại Việt Nam bao gồm mạng 2G-GSM và mạng 3G-WCDMA cũng như các tham số chất lượng mạng KPI chính của mạng di động Ngoài ra tác giả có trình bày hai phương pháp thu thập các thông số chất lượng mạng chính hiện nay đó là giám sát tại bộ phận vận hành khai thác OMC và thu thập bằng phương pháp “Driving test” Từ các phương pháp nêu trên hệ thống đo kiểm chất lượng mạng trình bày trong luận văn tác giả mong muốn sẽ cung cấp thêm một phương án

để đo kiểm các tham số chất lượng mạng để việc đo kiểm được tiến hành đơn giản

và thuận tiện hơn

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI ĐO KIỂM

THAM SỐ KPI MẠNG DI ĐỘNG 2.1 Sơ đồ khối và các thành phần cơ bản

Thiết bị đầu cuối gồm có các khối chức năng chính như sau :

 Vi điều khiển ATMEGA 128

 LCD thông báo hiển thị

 Khối nguồn

 Module SIM 5218A

 GPS/GSM/WCDMA antena

 Giao tiếp Virtual USB

Hình 8 : Sơ đồ khối của thiết bị đầu cuối

VI DIEU KHIEN ATMEGA 128

KHOI NGUON

5218

ANTENNA VITUARL USB

2.1.1 Khối điều khiển trung tâm – Vi điều khiển ATMEGA 128

Đây là đơn vị xử lý trung tâm của thiết bị, có nhiệm vụ thu nhận các dữ liệu,

xử lý, ghép nối và điều khiển các module còn lại

Vi điều khiển ATmage128 là một trong những IC thuộc họ vi điều khiển AVR do hãng Atmel thiết kế và chế tạo Dòng vi điều khiển AVR có nhiều ưu việt

Vì vậy chúng ta sử dụng chip AVR này để phục vụ cho việc thiết kế module

Một vài thông số nổi bật của vi điều khiển ATmega128:

 Là họ vi điều khiển AVR 8bit tốc độ cao, tốn ít năng lượng

 Kiến trúc kiểu RISC là kiểu kiến trúc có tập lệnh rút gọn

- 133 lệnh, thực hiện trong một chu kì xung nhịp

- 32 * 8 thanh ghi làm việc và thanh ghi điều khiển ngoại vi

- Hoạt động tĩnh hoàn toàn

- Thực hiện được 16 triệu lệnh trong một giây ở xung nhịp 16MHz

 Bộ nhớ dữ liệu và chương trình cố định

- 128K byte Flash lập trình được trong hệ thống

- Với số lần ghi xóa lên tới 10000 lần

- 4KB EEPROM với số lần ghi xóa lên tới 100.000 lần

- 4KB SRAM trong

- Đạt tới 64KB cho các bộ nhớ ngoài để lựa chọn

- Lập trình trong hệ thống SPI

Hình 9: Vi điều khiển ATMEGA 128

Đặc tính ngoại vi:

- Hai bộ Timer/Counter 8bit với chế độ so sánh và chia tần riêng biệt

- Hai bộ Timer/Counter 16bit mở rộng chế độ Capture, chế độ so sánh, và chia tần riêng biệt

- Bộ đếm thời gian thực với bộ dao động riêng của nó

- Hai kênh PWM 8bit

- 6 kênh PWM có thể lập trình được với độ phân giải từ 2 đến 16bit

- Bộ điều chế so sánh ngoài

- 8 kênh ADC 10bit

- 8 kênh khuếch đại đơn

- 7 kênh khuếch đại vi sai

- 2 kênh khuếch đại vi sai với hệ số khuếch đại là nhân 1,nhân 10 hoặc nhân 200

Chân vào ra và kiểu đóng gói:

- 53 đường chương trình vào ra

- 64 thanh TQFP và 64 đường QFN/MLF

Điện áp hoạt động: 2.7- 5.5 V

Tần số hoạt động: 0-8 MHz

2.1.2 Khối hiển thị - Màn hình LCD hai hàng 16 cột

Hình 10 : Màn hình LCD 16 cột

Màn hiển thị LCD (liquid crystal display) dùng để hiển thị không những là

số, kí tự, chữ mà còn có thể dùng để hiện thị các biểu tượng Có thể sử dụng LCD linh hoạt hơn rất nhiều so với hiển thị LED 7 thanh Sau đây là thứ tự chân:

và 4.5V thì vẫn làm việc tốt Ngay cả 3V cũng là đủ cho một số LCD

 Chân 3 Vee là chân điều khiển, được dùng để điều khiển độ tương phản của màn hình hiển thị Lý tưởng thì chân này nên nối với một nguồn điện áp thay đổi Nhưng một cách đơn giản thì ta có thể nối chân này với 0V cũng là đủ

 Chân 4 RS là lựa chọn ghi đọc

 RS=0: thực hiện lênh lên LCD

 RS=1: ghi và đọc dữ liệu lên và từ LCD

 Chân 5 R/W : chân điều khiển ghi đọc

 R/W=1: Đọc từ LCD

 R/W = 0: Ghi vào LCD

 Chân 6 E :Chân cho phép Cần một xung cao xuống thấp để ghi dữ liệu vào LCD.Còn khi muốn đọc dữ liệu từ LCD thì cần một xung từ thấp lên cao ở chân này

 Chân 7 tới chân 14 là 8 chân dữ liệu Dữ liệu có thể chuyển tới hoặc từ màn hình hiển thị, cả trong hai trường hợp là sử dụng 8bit hoặc hai nhóm 4 bit Khi sử dụng hiển thị 4 bit thì chỉ 4 bit từ D4 đến D7 được sử dụng, với kiểu dùng để hiển thị 4 bít này rất cần thiết trong các ứng dụng khi ma cần tiết kiệm chân vi điều khiển

 Chân 15 và 16 là chân A, K dùng cấp nguồn cho đèn sáng

2.1.3 Khối nguồn nuôi toàn bộ hệ thống

Nguồn cung cấp cho hệ thống bao gồm hai phần chính :

-Nguồn 5V dùng để cung cấp cho vi điều khiển ATMEGA128 và LCD

-Nguồn 3.7V cung cấp cho SIM 5218

Việc thiết kế ở đây để đảm bảo điện áp và dòng điện theo yêu cầu kỹ thuật của Vi điều khiển cũng như module SIM nên sẽ lựa chọn các IC:

- IC 7805 dùng để hạ áp từ nguồn DC 9V xuống còn 5V để cấp cho Vi điều khiển và LCD

- IC LM 2576_ADJ để cấp nguồn 3.7V cho Module SIM

Ngoài ra còn sử dụng khối nguồn DC9V sau khi đã được chỉnh lưu và hạ áp

từ nguồn xoay chiều 220V

Sơ đồ khối nguồn như hình vẽ

Hình 11 : Sơ đồ nguyên lý khối nguồn nuôi hệ thống

2.1.4 Module SIM 5218A

Trên thị trường hiện nay có khá nhiều loại module GSM và GPS do nhiều nhà sản xuất như : SIMCOM, QUADCOM, Ở Việt Nam phổ biến các module do SIMCOM sản xuất Đặc điểm của các module này là tiện dụng, dễ điều khiển, giá thành phải chăng, hỗ trợ nhiều tính năng Đặc biệt thích hợp cho việc tùy biến các chương trình

Sau một thời gian nghiên cứu và chọn lựa, nhóm quyết định chọn module SIMCOM 5218A Đây là module do SIM COM sản xuất có hỗ trợ đầy đủ các tính năng GPS , mạng GSM cũng như WCDMA đang được sử dụng ở Việt Nam

Hiện các đặc điểm chính của SIM 5218 được cung cấp như sau :

 Hỗ trợ giao tiếp với MMC/SD card

 Tích hợp thêm GPS: A-GPS and S-GPS : Định vị dựa vào vệ tinh hoặc dựa vào trạm BTS trong trường hợp nhận sóng từ vệ tinh yếu

+ 12 kênh, băng tần L1 (1575.42 Mhz), mã C/A

Hình ảnh của SIM 5218:

Hình 12 : Hình ảnh SIM 5218

2.1.5 Giao diện của antena GPS/GSM/WCDMA

Hiện Module SIM 5218 có hỗ trợ hai loại anten đó là Anten Connector và Anten Pad Dưới đây là hình ảnh của hai giao diện anten mà SIM 5218 cung cấp :

Hình 13 : Giao tiếp với Anten của SIM 5218

2.1.6 Giao tiếp Virtual USB

SIM 5218 được thiết kế có thể giao tiếp với PC thông qua giao diện USB 2.0 một cách trực tiếp Việc giao tiếp trực tiếp này hỗ trợ người dùng có thể sử dụng PC

để kiểm tra các tính năng của SIM 5218 trước khi dùng vi xử lý để điều khiểm SIM một cách tự động

Hình 14 : Giao tiếp giữa PC và SIM 5218

2.2 Giao tiếp, điều khiển giữa vi xử lý và SIM 5218

2.2.1 Giao tiếp nối tiếp

SIM5218 hỗ trợ các chân giao tiếp nối tiếp với DTE Module được thiết kế giao tiếp với vi xử lý qua serial port để truyền lệnh AT từ vi xử lý đến module SIM5218 hỗ trợ giao tiếp nối tiếp không đồng bộ với rất nhiều tốc độ baud