QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

Nhu cầu về một phương thức chuyển tiếp đơn giản mà các đặc tính quản lý lưu lượng và chất lượng chuyển mạch truyền thống được kết hợp với chuyển tiếp thông minh của một bộ định tuyến là rất rõ ràng. Tất cả các nhu cầu đó có thể được đáp ứng bởi chuyển mạch nhãn đa giao thức, nó không bị hạn chế bởi mọi giao thức lớp 2 và lớp 3. Cụ thể là, MPLS có một vài ứng dụng và có thể được mở rộng qua các phân đoạn đa sản phẩm (như một bộ định tuyến MPLS, một bộ định tuyếnchuyển mạch dịch vụ IP, một chuyển mạch Ethernet quang cũng như chuyển mạch quang). MPLS là một giải pháp quan trọng trong việc định tuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp các gói thông qua mạng thế hệ sau để đáp ứng các yêu cầu dịch vụ của người sử dụng mạng. Bài toán quản lý mạng luôn được đặt ra với bất kỳ giai đoạn nào của quá trình xây dựng và phát triển hệ thống, SNMP là giao thức quản trị mạng đơn giản được sử dụng phổ biến nhất trên mạng IP. Trong quá trình hội tụ các được trên nền mạng IP, giao thức quản lý mạng đơn giản đã thể hiện tốt các yêu cầu cơ bản. Tuy nhiên, việc cải thiện cơ sở thông tin quản lý MIB là một đề xuất tiếp cận tới phương pháp quản lý và xử lý phân tán các thông tin quản lý mạng hiệu quả. Bài tập lớn của em trình bày những kiến thức cơ bản về công nghệ chuyển mạch nhãn, vấn đề quản lý mạng viễn thông và bài toán cải thiện cũng như thực tế triển khai các ứng dụng liên quan tới cơ sở thông tin quản lý MIB trong mạng MPLS . Do thời gian và trình độ có hạn, Bài tập lớn của em khó tránh khỏi những sai sót, rất mong sự chỉ bảo của các thầy cô giáo.

HỮU NGHỊ VIỆT-HÀN

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÀI TẬP LỚN Môn học: Tổ chức và quy hoạch mạng viễn thông

TÊN ĐỀ TÀI

QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

SVTH: NGÔ TIẾN TRUNGLớp: CCVT06A

Niên khóa: 2013-2016GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2016

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay thông tin liên lạc trở thành một nhu cầu quan trọng trong đời sốngcủa mỗi con người , với nhu cầu ngày càng tăng về số lượng các cuộc gọi thì mạng cốđịnh không thể đáp ứng được Chính vì vậy hệ thống thông tin di động ra đời đã trảiqua bước pháp triển lớn trong những thập kỷ qua Để đáp ứng nhu cầu bức thiết của xãhội phát triển , trong giai đoạn quá độ tiến tới một xã hội định hướng thông tin tiên tiếnnhờ công nghệ mới Thông tin di động ngày nay đã trở thành một dịch vụ kinh doanhkhông thể thiếu được của tất cả các nhà khai thác viễn thông trên thế giới Đối với cáckhách hàng viễn thông , nhất đối với nhà doanh nghiệp thông tin di động không cònchỉ hạn chế cho khách hàng thượng lưu mà đang phát triển trở thành dịch vụ cho mọiđối tượng khách hàng viễn thông Một mặt ta thấy hệ thống thông tin di động hiện nayđang được phát triển, tăng cường bằng cách đưa các dịch vụ mới như : thông tin sốliệu tốc độ cao , hình ảnh tốc độ thấp , hình ảnh tốc độ đủ để phục vụ cho truyền hình vv ,mặt khác các dịch vụ thông tin di động mới đang được nghiên cứu đưa vào thaythế cho các dịch vụ được cung cấp ở mạng bởi điện thoại cố định để phục vụ chokhách hàng chủ yếu sử dụng nội hạt, ở một số nước phát triển trên thế giới số thuê bao

di động chiếm 70% tổng thuê bao Còn ở nước ta số thuê bao di động cũng đã chiếmtrên 10% tổng số thuê bao

Do sự phát triển nhanh chóng của TTDĐ , đòi hỏi công tác quy hoạch và nângcấp mạng thông tin di động đặc biệt là mở rộng vùng phủ sóng là một nhiệm vụ quantrọng và thường xuyên để nhằm mục đính khai thác đạt được tính ưu việt của nó cóhiệu quả kinh tế cao nhất

Qua tìm hiểu về lý thuyết thông tin di động và thực tế mạng VINAPHONE, em

đã tìm hiểu , nghiên cứu phương pháp nâng cấp mở rộng vùng phủ sóng thông tin diđộng hệ GSM Mặc dù đã có nhiều cố gắng song không tránh khỏi thiếu sót em rấtmong nhận được sự đóng góp ý kiến , nhận xét của các thầy , cô giáo, em đã hoànthành bản BÀI TẬP LỚN của mình với đề tài : “ Quy hoạch mạng thông tin di động GSM “

Đề tài gồm 2 phần sau:

1 Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM

2 Phương pháp quy hoạch mạng thông tin di động GSM

Tuy nhiên vì trình độ và thời gian có hạn nên nội dung của Bài tập lớn này của emkhông tránh khỏi những sai sót Em mong được sự giúp đỡ chân thành của các thầy cô

và các bạn bè quan tâm góp ý để em hoàn thiện tốt bài tập này

Bản đồ án tốt nghiệp này được hoàn thành nhờ sự hướng dẫn tận tình và chuđáo của thầy giáo ĐÀO NGỌC LÂM

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 3

CHƯƠNG 1 5

TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 6

1.1 Các đặc tính của mạng thông tin di động GSM 6

1.2.1 Mô hình hệ thống GSM 7

1.2.2 Các thành phần của mạng GSM 8

1.2.3 Cấu trúc địa lý của mạng 13

CHƯƠNG 2 17

PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 17

2.1 Lưu đồ công việc quy hoạch ô 17

2.2 Tính toán lưu lượng ô 19

2.2.1 Dự đoán tải lưu lượng : 19

2.2.2 Cấp bậc phục vụ , GOS (Grade Of Service) 19

2.3 Chia ô 20

2.4 Kích thước ô 21

2.5 Phân bố tần số GSM 21

2.6 Các mức công suất phát 22

2.7 Tỷ số sóng mang trên nhiễu C/I 22

KẾT LUẬN 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

DLCI Data Link Connection Identification Nhận biết đấu nối kênh số liệu

E

EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

GPRS Gerenal Paket Radio Service Dịch vụ cô tuyến gói chung

HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú

NSDU Network Service Data Unit Đơn vị số liệu dịch vụ mạng

PC Presentation Connection Đấu nối trình bày

R

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1: Sơ đồ mô hình hệ thống thông tin di động GSM 7

Hình 1.2 : Các giao diện ngoài BSS 9

Hình 1.3: Vùng mạng GSM/PLMN : Các đường truyền giữa các mạng khác nhau và mạng GSM/PLMN 14

Hình 1.4 : Các vùng phục vụ MSC/VLR I - IV 15

Hình 1.5 : Phân chia vùng phục vụ MSC/VLR thnàh các vùng định vị LA 15

Hình 1.6 : Phân chia vùng theo các ô 16

Hình 2.1: Lưu đồ danh mục các công việc quy hoạch ô 18

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

1.1 Các đặc tính của mạng thông tin di động GSM

Từ các khuyến nghị của GSM ta có các đặc điểm sau đây:

- Có nhiều loại hình dịch vụ chất lượng cao và tiện ích cả trong thông tinthoại và truyền số liệu

- Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng có sẵn(PSTN, ISDN) bởi các giao diện tiêu chuẩn chung

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

- Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các loại máy đầu cuối thông tin di động khácnhau như: cầm tay, trên ô tô

- Nhận thực thuê bao và bảo mật số liệu của người sử dụng ( mật mã hoá) sẽtăng cường bảo vệ chống lại việc sử dụng thuê bao trái phép và nghe trộm ởđường truyền vô tuyến

- Sử dụng băng tần ở 900MHz với hiệu qủa cao bởi sự kết hợp giữa hai phươngpháp TDMA và FDMA

- Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao chuyển động từ vùng phủ sóng này sangvùng phủ sóng khác

- Cho phép phát triển các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phi thoại

- Cho phép chuyển mạng quốc tế ( International Roaming)

- Các thiết bị cầm tay gọn nhẹ và tiêu thụ ít năng lượng

1.2 Cấu trúc mạng GSM

Hệ thống GSM được chia thành hệ thống chuyển mạch (SS) và hệ thống trạm gốc(BSS) Mỗi hệ thống này chứa một số khối chức năng mà ở đó thực hiện tất cả cácchức năng của hệ thống Hệ thống được thực hiện như là một mạng gồm nhiều ô vôtuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ sóng của vùng phục vụ Mỗi ô vôtuyến có một trạm vô tuyến gốc (BTS) làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến Cáckênh này được sử dụng ở các ô lân cận để tránh nhiễu giao thoa Một bộ điều khiểntrạm gốc (BSC) điểu khiển một nhóm BTS BSC điều khiển các chức năng nhưchuyển giao và điểu khiển công suất Một trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ diđộng MSC phục vụ một số bộ điều khiển trạm gốc MSC điều khiển các cuộc gọi đến

và từ mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụISDN, mạng di động mặt đất công cộng PLMN, các mạng số liệu công cộng PDN và

EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị

MSC : T.Tâm chuyển mạch các nghiệp

vụ di động

BSS : Hệ thống trạm gốc

BTS : Đài vô tuyến gốc

BSC : Đài điều khiển trạm gốc

MS : Máy di động

OMC : Trung tâm khai thác và bảo dưỡng.ISDN : Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ PSPDN : Mạng chuyển mạch công cộng

AU

EIRVL

MS

BSS

MS

BTSBS

1.2.2 Các thành phần của mạng GSM

Một mạng GSM bao gồm hai phân hệ chính: Phân hệ vô tuyến BSS (BaseStation System) và hệ thống chuyển mạch SS (Switching System) Tất cả các cuộc gọivào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến cho tổng đài vô tuyến cổngGATEWAY - MSC (GMSC) Ngoài ra còn một phần tử mạng nữa là trạm di động MSthuộc người sử dụng

* Trạm di động (Mobile Station):

Trạm di động là một máy đầu cuối di động hay Mobile Phone Về hình thức,máy có thể có nhiều dạng khác nhau: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ôtô.Trạm di động không hoàn toàn lệ thuộc chặt chẽ vào một người sử dụng mà sự lệthuộc này thông qua một thẻ nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identity Module)được gắn trên máy di động Sự nhận thực được kiểm tra bởi mạng, xét xem liệu thuêbao có hợp pháp khi sử dụng các dịch vụ của mạng hay không, sau đó nó mới đượcnhập vào hệ thống Một mã cá nhân được dùng kèm theo SIM - PIN (PersionalIdentyti Number Code) để chống sự sử dụng trái phép thẻ SIM

* Phân hệ vô tuyến bss (phân hệ trạm gốc - Base Station Subsystem):

Có thể nói BSSlà một hệ thống các thiết bị đặc thù riêng cho các tính chất tổong vô tuyến của GSM BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động (MS) thông quagiao diện vô tuyến Vì thế nó bao gồm các thiết bị phát và thu đường vô tuyến và quản

lý chức năng này Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài SS Tóm lại BSSthực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối với người sử dụng các trạm

di động với các người sử dụng viễn thông khác BSS cũng phải được điều khiển và vìvậy nó được đấu nối với OSS Các giao diện bên ngoài của BSS cho bởi hình 1.2

Hình 1.2 : Các giao diện ngoài BSS

Ký hiệu : NSS: Mạng và hệ thống con chuyển mạch

MS : Trạm di độngPhân hệ vô tuyến gồm hai phần: Bộ điều khiển vô tuyến số BSC (Base StationController) và một hay nhiều trạm thu phát gốc BTS (Base Tranceiver Station) Nếukhoảng cách giữa BSC và BTS nhỏ hơn 10 m, các kênh thông tin có thể nối trực tiếp(chế độ combine) Nếu khoảng cách này lớn hơn thông tin phải qua một giao diệnA.bis (chế độ Remote) Một BSC có thể quản lí nhiều BTS theo cấu hình hỗn hợp củahai kiểu trên

* Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station) bao gồm các thành phần chức

năng sau:

- Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát, an ten và sử lý tín hiệu đặc thù chogiao diện vô tuyến Có thể coi BTS là các modem vô tuyến phức tạp có thêm một sốchức năng khác Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder and RateAdapter Unit : Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ ) TRAU là thiết bị mà ở đóquá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũngthực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là bộ phận của BTS,nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặtgiữa BSC và MSC

Lưồng điều khiển



- Phần vô tuyến tương tự để điều chế, khuyếch đại và phối hợp thu phát Khối băng gốc để phối hợp tốc độ truyền thoại, số liệu và mã hoá kênh.

Khối điều khiển của trạm phục vụ cho chức năng vận hành và bảo dưỡngBTS

- Khối truyền dẫn để ghép tín hiệu trên đường truyền A-bis trong chế độ remote

* Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Bas Station Contronller)

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điềukhiển từ xa BTS và MS Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vôtuyến và quản lý chuyển giao (Handover) Một phía BSC được nối với BTS còn phíakia nối với MSC của SS Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toánđáng kể Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyểngiao (Handover) Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vàolưu lượng của các BTS này Giao diện giữa BTS và MSC được gọi là Giao diện A, còngiao diện giữa nó với BTS được gọi là giao diện Abit

* Phân hệ mạng chuyển mạch SS

Là hệ thống chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSMcũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuêbao Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạngGSM với nhau và với mạng khác

* Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC ( Gọi tắt: Tổng đài vô tuyến)

Nhiệm vụ chính của MSC là việc điều phối cuộc gọi đến những người sử dụngmạng GSM Một mặt MSC giao tiếp với hệ thông con BSS , mặt khác giao tiếp vớimạng ngoài MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng.Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạngGSM đòi hỏi cổng thích ứng (các chức năng tương tác IWF :Interworking Function)

SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của cácmạng này cho việc truyền tải số liệu cuả người sử dụng báo hiệu giữa các phần tử củamạng GSM Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS No7), mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử của mạng của SS trongmột hay nhiều mạng GSM thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một sốcác bộ điều khiển trạm gốc (BSC) Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị

và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình)

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyềndẫn của GSM với các mạng này Các thích này được gọi là các chức năng tương tác.IWF (Interworking Funtion ) bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyềndẫn Nó cho phép kết nối với mạng : PSPDN (Packet Switched Public Data network :mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói ) hay CSPDN (Circuit Switched Public Datanetwork : mạng số liệu chuyển mạch theo mạch ) nó cũng tồn tại khi các mạng khácchỉ đơn thuần là PSDN hay ISDN IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSChay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở.

* Bộ ghi định vị thường trú HLR

Ngoài MSC, SS bao gồm cả các cở dữ liệu Các thông tin liên quan đến việccung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR không phụ thuộc vào vị trí hiệnthời của thuê bao HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuêbao Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch nhưng

có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao Một chức năng con của HLR là nhậndạng trung tâm nhận thực AUC mà nhiệm vụ của trung tâm này quản lý an toàn số liệucủa các thuê bao được phép

Là cơ sở dữ liệu trung tâm, quan trọng nhất của hệ thống GSM ở đó lưu giữcác số liệu về thuê bao đăng ký trong mạng của nó và thực hiện một số chức năngriêng của mạng thông tin di động Trong đó cơ sở dữ liệu này lưu trữ những số liệu vềtrạng thái thuê bao, quyền thâm nhập của thuê bao, các dịch vụ mà thuê bao đăng ký,

số liệu động về vùng mà ở đó đang chứa thuê bao của nó (Roaming) Trong HLR còntạo báo hiệu số 7 trên giao diện với MSC

* Bộ ghi định vị tạm trú VLR

Là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM Nó được nối với một hay nhiều MSC

và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trongvùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuêbao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR

Được kết hợp trong phần cứng của MSC Trong VLR chứa các thông tin về tất

cả các thuê bao di động đang nằm trong vùng phủ sóng của MSC này, gán cho cácthuê 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 roaming với HLR nơi thuê bao đăng ký

* Trung tâm nhận thực AUC

Là khối trung tâm nhận thực được nối đến HLR Chức năng của AUC là cungcấp cho HLR các thông số nhận thực và khoá mật mã liên quan đến từng cá nhân thuêbao dựa trên khoá bí mật này Trong hệ thống GSM có nhiều biện pháp an toàn khácnhau được dùng để tránh sự sử dụng trái phép, cho phép bám và ghi lại cuộc gọi.Đường vô tuyến cũng được AUC cung cấp mã bảo mật chống sự nghe trộm, mã nàyđược thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thôngtin cần thiết khác về thuê bao và phải được bảo vệ chống mọi thâm nhập trái phép.AUC có thể đặt trong HLR hay MSC hay độc lập với cả hai Khoá này cũng được lưugiữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ nay có dạng SIM-CARD có thể rút ra và cắm lạiđược

* Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR: Là bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment

Identity Regiter) thực hiện EIR lưu giữ tất cả các giữ liệu liên quan đến trạm di động

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

bị Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm (Lưu ý khác với thiết bị, sự được phép củathuê bao được AUC xác nhận) ở GSM, EIR được coi là hệ thông con SS Bảo vệ mạngPLMN khỏi sự thâm nhập của những thuê bao trái phép, bằng cách so sánh số IMEIcủa thuê bao này gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu trữ trong EIR Nếukhông tương xứng thuê bao sẽ không thể truy nhập được

* Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC

Cho phép các nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như : Tải của hệthống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao (Handover) giữa hai ô , nhờ vậy mà nhàkhai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho kháchhàng và kịp thời sử lý các sự cố Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình đểgiảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trongtương lai, để tăng vùng phủ sóng Việc thay đổi mạng có thể thực hiện “mềm” qua báohiệu (chẳng hạn thay đổi thông số handover để thay đổi biên giới tương đối giữa haiô), hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện trường (chẳng hạn bổ xung thêmdung lượng truyền dẫn hay lắp đặt trạm mới) ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thácđược thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm

Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc,

nó có một số quan hệ khai thác Các thiết bị ở mạng viễn thông hiện đại có khả năng tựphát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra Trong nhiều trườnghợp người ta dự phòng cho thiết bị để khi có sự cố nó có thể thay thế bằng thiết bị dựphòng Sự thay thế này có thể tự động, ngoài ra việc giảm nhẹ sự cố có thể được người