Công nghệ gprs và ứng dụng của nó vào mạng di động ở việt nam

Bộ đăng ký định vị tạm trú VLR: VLR là một cơ sở dữ liệu đ-ợc nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ l-u giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ

TRƯỜNG ĐAI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN LÊ ANH

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GPRS VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ

VÀO MẠNG DI ĐỘNG Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS VŨ QUÝ ĐIỀM

Mở đầu

Ngày nay, công nghệ Viễn thông đang có những b-ớc phát triển to lớn, đã đem lại cho con ng-ời những ứng dụng quan trọng trong tất cả các ngành và lĩnh vực của đời sống nh-: kinh tế, giáo dục, y tế, xã hội,

Thông tin di động là dịch vụ thông tin đặc biệt, nó cho phép trao đổi thông tin khi

đang di chuyển, ngoài ra nó còn cung cấp nhiều dịch vụ tiện ích mà các hệ thống thông tin khác không có; vì thế, thông tin di động ngày càng phát triển mạnh mẽ trên Thế giới cũng nh- ở Việt Nam

Dịch vụ thông tin di động đã có từ những năm 60 với hệ thống thông tin di động t-ơng tự sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Vào đầu những năm 80, ở một số n-ớc châu Âu đã xuất hiện các hệ thống thông tin di động số với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) do các hãng thiết bị viễn thông nh- Alcatel, Ericsson, sản xuất Tuy nhiên, các hệ thống này không t-ơng thích với nhau làm cho mạng thông tin di động chỉ bó hẹp trong từng quốc gia Tr-ớc tình hình đó, vào tháng 09 - 1987, 17 quốc gia châu Âu sử dụng điện thoại di động số

đã ký một biên bản ghi nhớ làm nền tảng cho mạng thông tin di động số lớn nhất toàn châu Âu Năm 1988, viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu (ETSI) đã thành lập nhóm chuyên trách về dịch vụ thông tin di động GSM, GSM đã thúc đẩy sự phát triển ch-a từng có của thị tr-ờng thông tin di động Thế giới Cũng nh- các công nghệ khác, sau gần 20 năm phát triển, thông tin di động số - thông tin di động thế hệ thứ 2 - đã bộc

lộ những khiếm khuyết khi nhu cầu dịch vụ truyền số liệu và các dịch vụ băng rộng ngày càng trở nên cấp thiết; mạng Internet phát triển nhanh chóng cũng đòi hỏi điện thoại di động có khả năng hỗ trợ truy cập Internet và th-ơng mại điện tử di động

Để giải quyết những vấn đề trên, Liên minh Viễn thông Thế giới ITU đã đ-a ra một chuẩn chung cho thông tin di động thế hệ thứ 3 trong một dự án gọi là IMT-2000 Chuyển sang 3G là một công nghệ tất yếu của công nghệ vô tuyến điện thoại di động Thế giới Tuy nhiên, do chi phí đầu t- quá lớn nên không ít nhà khai thác cũng nh- nhà sản xuất đã cùng nhau nghiên cứu để tìm ra một giải pháp quá độ có thể chấp nhận đ-ợc, đó chính là tiêu chuẩn hoá GSM ở giai đoạn 2+, nó bao gồm một số l-ợng lớn các dự án nh- cải thiện mã hoá thoại và các dịch vụ truyền dẫn dữ liệu cao mà

tiêu biểu là Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS)

Mục tiêu của Luận văn “ Nghiên cứu công nghệ GPRS và ứng dụng của nó vào mạng di động ở Việt Nam” là nghiên cứu về công nghệ GPRS và đề cập đến giải

pháp GPRS cho mạng thông tin di động Vinaphone Luận văn gồm 02 phần chính:

Cấu trúc mạng GPRS, và các điểm hỗ trợ của GPRS

Ch-ơng II Quản lý di động và định vị trong GPRS

Quản lý trạng thái di động và quản lý việc cập nhật vị trí trong GPRS

Ch-ơng III Các thông số đặc tr-ng trong GPRS

Gồm giao diện vô tuyến và cấp phát kênh, quá trình truyền dữ liệu trong GPRS

Phần II Giải pháp GPRS cho mạng Vinaphone

Ch-ơng I Các phần tử mạng của hệ thống

Giới thiệu các phần tử mạng của hệ thống GPRS trong mạng Vinaphone

Ch-ơng II Các giao diện và điểm chuẩn

Các giao diện kết nối nội bộ của hệ thống cũng nh- kết nối với mạng Vinaphone và mạng Interner

Ch-ơng III Các chức năng sửa chữa, khai thác và bảo d-ỡng hệ thống

Phần kết luận đ-a ra tổng kết và h-ớng phát triển tiếp theo

Do thời gian thực hiện có hạn nên luận văn không tránh khỏi các thiếu sót, em mong

có đ-ợc sự góp ý của các thầy cô giáo và bạn bè

Em xin chân thành cám ơn thầy giáo h-ớng dẫn PGS Vũ Quý Điềm, giảng viên khoa

Điện tử Viễn thông tr-ờng Đại học Bách khoa Hà Nội, ng-ời đã tận tình h-ớng dẫn

và giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em cũng xin gửi lời cám ơn đến gia

đình, các thầy cô và bạn bè đã động viên giúp đỡ em trong thời gian qua

Hà nội, tháng 10 năm 2004

Học viên Nguyễn Lê Anh

Phần I Mạng GPRS

Hình 1 1 Cấu trúc chung của GSM

Hình 1 2 Sơ đồ tổng quan hệ thống GSM

Hình 1 3 Cấu trúc địa lý của mạng GSM

Hình 1 4 Tổ chức khung và cụm

Hình 1 5 Mô hình sử dụng lại tần số 3/9

Hình 1 6 Mô hình mẫu sử dụng tần số 4/12

Hình 1 7 Mô hình sử dụng lại tần số 7/21

Hình 2 1 Cấu trúc logic của GPRS

Hình 3 1 Các trạng thái của một MS GPRS

Hình 3 2 Ví dụ về hai khu vực định tuyến

Hình 3 3 Thủ tục cập nhật khu vực định tuyến thuộc phạm vi SGSN

Hình 3 4 Thủ tục cập nhật khu vực định tuyến giữa các SGSN

Hình 4 1 Giao diện vô tuyến GPRS

Hình 4 2 Thiết lập kênh ở giao diện vô tuyến

Hình 4 3 Quá trình truyền đơn vị dữ liệu gói qua các giao thức

Hình 4 4 Quá trình định tuyến giữa một di động GPRS và một máy chủ

cố định

Hình 4 5 Truyền dữ liệu ở tuyến lên - Cấp phát khối vô tuyến động

Hình 4 6 Truyền dữ liệu ở tuyến lên - Cấp phát cố định

Hình 4 7 Truyền dữ liệu tuyến lên

Hình 4 8 Truyền dữ liệu ở tuyến xuống

Phần II Giải pháp GPRS cho mạng Vinaphone

Hình 1 1 Toàn bộ phần cứng của các điểm hỗ trợ dịch vụ GSN

Hình 1 2 Sơ đồ khối của LIC:E1

Hình 1 3 Sơ đồ khối của LIC:STM1

Hình 1 4 Cấu trúc tổng thể của SCB/SCE

Hình 1 5 Sơ đồ bố trí lắp đặt thiết bị SCB

Hình 1 6 Sơ đồ bố trí lắp đặt thiết bị SCE

Hình 1 7 Lõi ASN toàn thông

2

4

9

11

14

15

16

18

25

27

28

29

31

32

34

36

38

39

40

41

45

46

47

49

49

50

51

Hình 2 1 Cấu trúc lớp giao thức của giao diện Gb

Hình 2 2 Cấu trúc lớp giao thức của giao diện Gr

Hình 2 3 Cấu trúc lớp giao thức của giao diện Gd

Hình 2 4 Cấu trúc lớp giao thức của giao diện Gn

Hình 2 5 Cấu trúc lớp giao thức của giao diện Gs

Hình 3 1 Sơ đồ vị trí của hệ thống OMC-g trong mạng GPRS

Hình 3 2 Cấu trúc tổng thể của SC

Hình 3 3 Cấu trúc hệ thống điều khiển buget SGSN

67

68

68

69

70

71

73

84

Phần I Mạng GPRS

Ch-ơng I Tổng quan về mạng thông tin di động GSM

1.1 Giới thiệu chung

Hệ thống thông tin di động là hệ thống truyền thông tin (thoại, số liệu ) với đặc điểm

là ng-ời sử dụng dịch vụ thông tin di động có thể luôn mang theo thiết bị thông tin bên mình khi cần đảm bảo liên lạc thông suốt Khác với thuê bao cố định, thuê bao di

động có thể gửi, nhận cuộc gọi ở bất kỳ nơi nào trong vùng phủ sóng của mạng di

động Môi tr-ờng truyền dẫn giữa thuê bao và mạng thông tin di động là sóng vô tuyến

Để quản lý các thuê bao di động, vùng phục vụ của mạng di động đ-ợc chia làm các

ô (cell) có dạng chuẩn là hình lục giác đều Mỗi ô đ-ợc đặt d-ới sự quản lý của một trạm thu phát gốc (BTS) Phạm vi phủ sóng của mạng di động tuỳ thuộc vào từng mạng cụ thể Hiện nay ở châu Âu tồn tại một số mạng nh- NTM (Điện thoại di động Bắc Âu), TACS các mạng này hầu hết có phạm vi phủ sóng ở trong nội bộ quốc gia Nhu cầu hiện nay là cần phải đảm bảo cho thuê bao di động có thể sử dụng máy của mình để liên lạc ở mọi nơi trên thế giới Để đáp ứng nhu cầu này, b-ớc đầu hệ thống GSM đã đ-ợc hình thành với mục đích phủ sóng trên toàn châu Âu, đồng thời giải quyết vấn đề hạn chế về dung l-ợng của các mạng tổ ong GSM là tiêu chuẩn

điện thoại di động số toàn châu Âu do Viện tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu (ETSI) quy định

Các mạng thông tin di động trên thế giới sử dụng các công nghệ khác nhau trong thông tin di động Hiện nay có ba công nghệ đ-ợc sử dụng là FDMA, TDMA và CDMA Mạng GSM áp dụng công nghệ TDMA để phát triển

Một thuê bao di động có thể mang theo máy di động của mình đi du lịch hoặc công tác ở một n-ớc khác Hệ thống di động sẽ tự động cập nhật vị trí của thuê bao này và gửi thông tin về vị trí của thuê bao di động ấy về hệ thống nơi thuê bao này đăng ký

Do đó, thuê bao có thể gọi đi và nhận cuộc gọi đến từ mọi nơi mà phía thuê bao bên

đối tác không cần biết vị trí của thuê bao di động mà họ cần liên lạc

Ngoài dịch vụ thoại, hệ thống thông tin di động còn cung cấp các dịch vụ khác nh- truyền số liệu, fax, dịch vụ thông báo ngắn (t-ơng tự nh- dịch vụ nhắn tin) Bên cạnh

đó, mạng di động còn đ-ợc phối hợp với các mạng PSTN, ISDN, mạng chuyển mạch gói PSPDN để đảm bảo thông tin giữa các thuê bao của các mạng này với mạng di

OSS: Trung tâm khai thác và bảo d-ỡng

PSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói

PSTN: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

CSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch

PLMN: Mạng di động công cộng mặt đất

MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động

a Phân hệ chuyển mạch (SS): Bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của

GSM cũng nh- các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những ng-ời sử dụng

mạng GSM với nhau và với mạng khác

SS bao gồm các thiết bị:

Tổng đài MSC: Trong SS, chức năng chuyển mạch chính đ-ợc MSC thực hiện Nhiệm

vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những ng-ời sử dụng mạng GSM Một mặt MSC giao tiếp với hệ thống con BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài đ-ợc gọi là MSC cổng (GMSC)

Để kết nối MSC với các mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn GSM với các mạng đó Các thích ứng này đ-ợc gọi là các chức năng t-ơng tác IWF IWF

bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn IWF cho phép kết nối với các mạng PSTN, ISDN, PSPDN, CSPDN và có thể đ-ợc thực hiện kết hợp trong cùng các chức năng MSC hay trong thiết bị riêng

SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của ng-ời sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần

tử của mạng GSM

Bộ đăng ký định vị th-ờng trú HLR: Ngoài MSC, SS còn bao gồm các cơ sở dữ liệu Bất kể vị trí của thuê bao, mọi thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông đều đ-ợc l-u giữ trong HLR, kể cả vị trí hiện thời của MS HLR th-ờng là một máy tính đứng riêng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao nh-ng không có khả năng chuyển mạch Một chức năng nữa của HLR là nhận dạng thông tin nhận thực AUC, mà nhiệm vụ của trung tâm này là quản lý số liệu bảo mật về tính hợp pháp của thuê bao

Bộ đăng ký định vị tạm trú VLR: VLR là một cơ sở dữ liệu đ-ợc nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ l-u giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện

đang nằm trong vùng phục vụ của MSC t-ơng ứng và đồng thời l-u giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR

Các chức năng VLR th-ờng đ-ợc liên kết với các chức năng MSC

Tổng đài cổng GMSC: SS có thể chứa nhiều MSC, VLR và HLR Để thiết lập một cuộc gọi liên quan đến GSM mà không cần biết đến vị trí hiện thời của thuê bao MS, tr-ớc hết cuộc gọi phải đ-ợc định tuyến đến một tổng đài cổng GMSC để lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến MSC nào hiện đang quản lý thuê bao đó Để thực hiện việc này, tr-ớc hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này GMSC có giao diện với các mạng bên ngoài để kết nối mạng bên ngoài với mạng GSM Ngoài ra, tổng đài cổng GSM còn có giao diện với mạng báo hiệu số 7 để có thể t-ơng tác với các phần

tử khác của NSS Do tính kinh tế cần thiết của mạng nên không bao giờ tổng đài cổng GSM đứng riêng mà th-ờng đ-ợc kết hợp với GSM

Mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS7): Nhà khai thác mạng GSM có thể có mạng báo hiệu CCS7 riêng hay chung phụ thuộc vào quy định của từng n-ớc Nếu nhà khai thác có mạng báo hiệu này riêng thì các điểm chuyển báo hiệu STP có thể là một bộ phận của NSS và có thể đ-ợc thực hiện ở các điểm nút riêng hay kết hợp trong cùng một MSC tuỳ thuộc vào điều kiện kinh tế Nhà khai thác GSM có thể dùng mạng riêng để định tuyến các cuộc gọi giữa GMSC và MSC hay thậm chí định tuyến cuộc gọi ra đến điểm gần nhất tr-ớc khi sử dụng mạng cố định Lúc này các tổng đài quá

giang TE có thể sẽ là một bộ phận của mạng GSM và có thể đ-ợc thực hiện nh- một nút đứng riêng hay kết hợp với MSC

b Phân hệ trạm gốc BSS: BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS thông

qua giao diện vô tuyến nên nó bao gồm các thiết bị phát và thu đ-ờng vô tuyến và quản lý các chức năng này Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài NSS Tóm lại BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài, tức là kết nối thuê bao di động

MS với những ng-ời sử dụng viễn thông khác Do vậy, BSS phải phối ghép với NSS bằng thiết bị BSC Ngoài ra, do BSS cũng cần phải đ-ợc điều khiển nên nó đ-ợc đấu nối với OSS, BSS gồm hai thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC

Đài vô tuyến gốc BTS: BTS có chức năng trao đổi thông tin với MS Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến để cung cấp giao diện vô tuyến cho một cell Mỗi BTS phục vụ có thể phục vụ đồng thời một số cell Có thể coi BTS nh- một MODEM vô tuyến phức tạp với các thành phần chức năng sau:

Khối vô tuyến t-ơng tự để điều chế, khuếch 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 d-ỡng trạm BTS

Khối truyền dẫn để ghép tín hiệu trên đ-ờng truyền Abis

Một bộ phận quan trọng của BTS là khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU TRAU thực hiện quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù cho GSM Đồng thời ở

đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong tr-ờng hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS nh-ng cũng có thể đ-ợc đặt xa BTS, chẳng hạn đặt giữa BSC và MSC

Đài điều khiển trạm gốc BSC: BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả các giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS Các lệnh này chủ yếu là các lệnh

ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao Một phía BSC đ-ợc nối với BTS còn phía kia đ-ợc nối với MSC của NSS Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao Một BSC trung bình có thể quản lý hàng chục BTS, tạo thành một trạm gốc Tập hợp các trạm gốc trong mạng gọi là phân hệ trạm gốc Giao diện quy định giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BSC và BTS là giao diện Abis

c Trạm di động MS: MS là một thiết bị phức tạp, có khả năng nh- một máy tính

nhỏ Nó bao gồm hai thiết bị: thiết bị di động ME và module nhận dạng thuê bao SIM ME là thiết bị phần cứng đ-ợc thuê bao sử dụng để truy cập vào mạng, đ-ợc kết hợp với số nhận dạng thiết bị quốc tế IMEI duy nhất nhằm cho phép phát hiện các

ME bị đánh cắp SIM là một card đ-ợc cắm vào ME để cung cấp các thông tin về thuê bao Các thông tin chứa trong SIM bao gồm IMSI (số nhận dạng thuê bao di

động quốc tế), TMSI (số nhận dạng thuê bao di động tạm thời), LAI (số nhận dạng vùng định vị), Ki (khoá nhận thực thuê bao), MSISDN (số ISDN trạm di động) SIM

đ-ợc bảo vệ bằng cách sử dụng mật mã số nhận dạng cá nhân PIN

Nhờ sự khác biệt giữa nhận dạng thuê bao và nhận dạng thiết bị, GSM có thể định tuyến cuộc gọi và tính c-ớc dựa trên nhận dạng của thuê bao hơn là trên thiết bị hay

vị trí của nó

Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến, MS còn phải cung cấp các giao diện với ng-ời sử dụng (nh- micro, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị đầu cuối khác nh- giao diện với máy tính cá nhân, Fax

Nh- vậy ta nhận thấy MS có 3 chức năng chính nh- sau :

Thiết bị đầu cuối: để thực hiện các dịch vụ ng-ời sử dụng (thoại, fax, số liệu )

Kết cuối di động: để thực hiện truyền dẫn ở giao diện vô tuyến vào mạng Thích ứng đầu cuối: làm việc nh- một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động

d Phân hệ khai thác và bảo d-ỡng OSS: Hiện nay OSS đ-ợc xây dựng theo

nguyên lý của mạng quản lý viễn thông TMN Lúc này, một mặt hệ thống khai thác

và bảo d-ỡng đ-ợc nối đến các phần tử của mạng viễn thông (các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS vì thâm nhập đến BTS đ-ợc thực hiện qua BSC), mặt khác hệ thống khai thác và bảo d-ỡng lại đ-ợc nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp ng-ời máy OSS thực hiện ba chức năng chính: khai thác và bảo d-ỡng mạng, quản lý thuê bao và tính c-ớc, quản lý thiết bị di động

Chức năng khai thác và bảo d-ỡng mạng: Khai thác là các hoạt động cho phép nhà

khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng, nh-: tải của hệ thống, mức độ chặn, số l-ợng chuyển giao giữa hai ô Nhờ vậy, nhà khai thác có thể giám sát đ-ợc toàn bộ chất l-ợng của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố

Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng l-u l-ợng trong t-ơng lai, để tăng vùng phủ sóng Việc thay đổi mạng có thể đ-ợc thay đổi “ mềm” qua báo hiệu (chẳng hạn thay

đổi thông số handover để thay đổi biên giới t-ơng đối giữa hai ô) hoặc đ-ợc thực hiện

“cứng” đòi hỏi can thiệp tại hiện tr-ờng (bổ sung thêm dung l-ợng truyền dẫn hoặc lắp đặt thêm một trạm mới) ở các hệ thống viễn thông hiện đại, việc khai thác đ-ợc thực hiện bằng máy tính và đ-ợc tập trung ở một trạm

Bảo d-ỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc Nó có một số quan hệ với khai thác Các thiết bị ở mạng viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua sự kiểm tra Trong nhiều tr-ờng hợp ng-ời ta dự phòng cho thiết bị để khi có sự cố có thể thay thế bằng thiết bị dự phòng Sự thay thế này có thể đ-ợc thực hiện tự động, ngoài ra việc giảm nhẹ sự cố

có thể đ-ợc ng-ời khai thác thực hiện bằng điều khiển từ xa Bảo d-ỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện tr-ờng nhằm thay thế thiết bị có sự cố

Chức năng quản lý thuê bao: Đ-ợc bắt đầu từ việc nhập và xoá thuê bao ra khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ khác nhau

và các chức năng bổ sung Nhà khai thác phải có khả năng xâm nhập vào các thông

số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính c-ớc cuộc gọi C-ớc phí phải đ-ợc tính và gửi đến thuê bao Quản lý thuê bao ở mạng GSM chỉ liên quan

đến HLR và một số thiết bị OSS riêng, chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp ng-ời - máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao Sim card cũng đóng vai trò nh- một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao

Chức năng quản lý thiết bị di động: Quản lý thiết bị di động đ-ợc thực hiện bởi bộ

đăng ký nhận dạng thiết bị EIR EIR l-u giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di

động MS EIR đ-ợc nối đến MSC qua đ-ờng báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị ở GSM, EIR đ-ợc coi là thuộc hệ thống con SS

1 2 3 Cấu trúc địa lý của mạng

Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc địa lý nhất định để định tuyến các cuộc gọi vào đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi

Trong một mạng di động, cấu trúc này rất quan trọng do tính l-u thông của các thuê

bao trong mạng

Với mạng GSM, cấu trúc địa lý đ-ợc phân thành các vùng sau:

a Vùng mạng: Tất cả các cuộc gọi vào mạng sẽ đ-ợc định tuyến đến một hay nhiều

tổng đài vô tuyến cổng (GMSC) GMSC làm việc nh- một tổng đài trung kế vào cho mạng GSM Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho các cuộc gọi

kết cuối di động, nó cho phép hệ thống định tuyến đến một tổng đài vô tuyến cổng

b Vùng phục vụ MSC: Một mạng đ-ợc chia thành một hay nhiều vùng phục vụ

MSC Vùng phục vụ MSC là bộ phận của mạng đ-ợc một MSC quản lý Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đ-ờng truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở Có thể nói, vùng phục vụ nh- là một

bộ phận của mạng đ-ợc định nghĩa là vùng liên lạc với MS do vị trí hiện thời của MS

đã đ-ợc l-u lại trong VLR

c Vùng định vị LA: Mỗi vùng phục vụ MSC đ-ợc chia thành một số vùng định vị,

vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC điều khiển vùng định vị này Khi có một cuộc gọi đến, hệ thống sẽ phát quảng bá một thông báo tìm gọi trong vùng định vị để tìm thuê bao di động bị gọi Vùng định vị có thể có một số ô và tuỳ thuộc vào một hay vài BSC nh-ng nó chỉ thuộc MSC và nó

đ-ợc nhận dạng bằng chỉ số nhận dạng vùng định vị LAI Vùng định vị đ-ợc hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động

d Ô (Cell): Vùng định vị đ-ợc chia thành một số ô Ô là đơn vị nhỏ nhất của mạng,

là một vùng bao phủ vô tuyến đ-ợc mạng nhận dạng bằng chỉ số nhận dạng ô toàn cầu CGI Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc BSIC

Quan hệ giữa các vùng địa lý của mạng GSM đ-ợc minh họa nh- sau:

Vùng phục vụ GSM (tất cả các n-ớc thành viên) Vùng phục vụ PLMN

(một hay nhiều vùng ở một n-ớc)

Vùng phục vụ MSC (vùng đ-ợc điều khiển bởi một MSC)

Vùng định vị (vùng tìm gọi )

Ô (cell) (vùng có trạm gốc

riêng) Hình 1 3 Cấu trúc địa lý của mạng GSM

1 2 4 Tổ chức tần số

Hệ thống GSM làm việc trong một băng tần hẹp, dải tần cơ bản là 890 đến 960 MHz Băng tần đ-ợc chia thành hai phần:

Băng tần lên (Uplink Band) từ 890 đến 915MH

Băng tần xuống (Downlink Band) từ 935 đến 960MHz

Băng tần cơ bản bao gồm tất cả 124 sóng mang đ-ợc chia thành 2 băng sóng, mỗi băng có độ rộng 25MHz, khoảng cách giữa hai sóng mang kề nhau là 200kHz Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt cho hai đ-ờng lên và xuống gọi là kênh song công Khoảng cách giữa hai tần số là không đổi và bằng 45MHz Một kênh vô tuyến mang

8 khe thời gian TDMA và mỗi khe thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa

MS và mạng GSM

a Cấu trúc của kênh vật lý: Các kênh vật lý là một khe thời gian ở một tần số vô

tuyến dành để truyền tải thông tin ở đ-ờng vô tuyến của GSM Mỗi một kênh tần số vô tuyến đ-ợc tổ chức thành các khung TDMA dài 4,62ms gồm có 8 khe thời gian (một khe dài 577s) Tại BTS, các khung TDMA ở các kênh tần số ở cả đ-ờng lên và

đ-ờng xuống đều đ-ợc đồng bộ, tuy nhiên khung đ-ờng lên trễ 3 khe so với khung

đ-ờng xuống Nhờ có trễ này mà có thể sử dụng một khe thời gian có cùng số thứ tự

ở cả đ-ờng lên lẫn đ-ờng xuống để truyền tin bán song công

Về mặt thời gian, các kênh vật lý ở một kênh tần số đ-ợc tổ chức theo cấu trúc khung, đa khung, siêu đa khung, siêu siêu khung nh- hình vẽ 1 4

Mỗi khuôn mẫu tin tức ở một khe thời gian đ-ợc gọi là một cụm (burst) Tồn tại các dạng cụm khác nhau trong hệ thống:

Cụm bình th-ờng: mang các kênh thông tin về l-u l-ợng và kiểm tra

Cụm hiệu chỉnh tần số: dùng để hiệu chỉnh tần số cho MS theo tiêu chuẩn hệ thống

Cụm đồng bộ: có nhiệm vụ đồng bộ thời gian cho MS, đ-ợc dùng cho kênh logic SCH

Cụm truy cập: phục vụ để MS truy cập hệ thống (ngẫu nhiên hoặc chuyển giao)

Cụm giả: đ-ợc phát đi từ BTS trong một số tr-ờng hợp Cụm giả không mang thông tin nh-ng có cấu trúc giống nh- cụm thông th-ờng nh-ng các bit mật mã đ-ợc thay thế bằng các bit hỗn hợp

b Cấu trúc các kênh logic: Các kênh logic đ-ợc đặc tr-ng bởi thông tin truyền giữa

BTS và MS Các kênh logic này đ-ợc đặt vào kênh vật lý nói trên Có thể chia các kênh logic gồm hai loại kênh: các kênh l-u l-ợng (TCH) và các kênh báo hiệu điều khiển

Các kênh l-u l-ợng gồm hai loại đ-ợc định nghĩa nh- sau:

Bm hay TCH toàn tốc (TCH/F): Kênh này mang thông tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ khoảng 22,8kbps

Một siêu siêu khung=2048siêu khung=2715648khungTDMA(3h28’ 53” 760ms)

TB3 39bit mật mã Chuỗi đồng bộ 64 bit 39bit mật mã TB3 GP8,25

TB3 58bit hỗn hợp Chuỗi h-ớng dẫn 26bit 58bit hỗn hợp TB3 GP8,25

Lm hay TCH bán tốc (TCH/H): Mang thông tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ khoảng 11,4kbps

Các kênh báo hiệu điều khiển đ-ợc chia thành ba loại: Kênh điều khiển quảng bá, kênh điều khiển chung và kênh dành riêng

Các kênh điều khiển quảng bá bao gồm:

Các kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH) mang thông tin hiệu chỉnh tần số cho các trạm MS, các kênh này chỉ sử dụng ở tuyến xuống

Kênh đồng bộ (SCH) mang thông tin để đồng bộ khung cho trạm di động MS

và nhận dạng BTS, kênh này cũng chỉ dùng ở đ-ờng xuống

Kênh điều khiển quảng bá (BCCH) phát quảng bá các thông tin chung về ô Các bản tin này gọi là thông tin hệ thống BCCH chỉ sử dụng cho đ-ờng xuống

Các kênh điều khiển chung (CCCH) gồm:

Kênh tìm gọi (PCH) sử dụng cho đ-ờng xuống để tìm gọi máy di động

Kênh thâm nhập ngẫu nhiên (RACH) đ-ợc MS dùng để yêu cầu cung cấp một kênh dành riêng SDCCH

Kênh cho phép thâm nhập (AGCH) chỉ đ-ợc sử dụng ở đ-ờng xuống để chỉ

định một kênh SDCCH cho MS

Các kênh điều khiển dành riêng (DCCH) gồm:

Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình (SDCCH) chỉ đ-ợc sử dụng dành riêng cho báo hiệu với một MS

Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH) liên kết với một TCH hay một SDCCH

Kênh điều khiển liên kết nhanh (FACCH) liên kết với một TCH FACCH làm việc ở chế độ lấy lén bằng cách thay đổi l-u l-ợng tiếng hay số liệu bằng báo hiệu

Kênh quảng bá (CBCH): chỉ đ-ợc dùng ở đ-ờng xuống để phát quảng bá các bản tin ngắn (SMSCB) cho các tế bào CBCH sử dụng cùng kênh vật lý nh- kênh SDCCH

c Tái sử dụng tần số: Là một trong những thế mạnh của các hệ thống thông tin vô

tuyến kiểu tế bào Khi tổ chức thông tin theo từng ô nhỏ và mỗi vùng một trạm phát,

ở các khoảng cách xa, các tín hiệu bị suy giảm đến mức nào đó mà coi nh- không còn tác dụng nữa, khi đó các tần số đã dùng có thể đ-ợc sử dụng lại nh- một mạng khác Và vì thế, số thuê bao đ-ợc phục vụ chắc chắn sẽ tăng lên

Trong quy hoạch ô, ng-ời ta gần đúng các ô bằng một hình lục giác và vùng phục vụ

đ-ợc chia thành một mạng tổ ong Trên một vị trí, ng-ời ta đặt các anten thu phát cho

ba h-ớng cách nhau 1200

Đối với một mạng di động cụ thể, tuỳ theo dải tần số, địa hình, mà chọn theo một trong ba mẫu tái sử dụng tần số đã trình bày ở trên Mặt khác, trong thực tế, các máy phát BTS và MS đều thực hiện tự động điều chỉnh công suất phát để máy thu luôn nhận đ-ợc công suất tín hiệu cần thiết dù MS ở bất kỳ vị trí nào trong cell Nhờ vậy, nhiễu lẫn nhau do việc tái sử dụng tần số đ-ợc giữ ở mức tối thiểu

1 2 5 Chia ô phủ sóng

Do tính l-u động của MS trên một vùng khá rộng nên việc phân chia vùng phủ sóng thành các ô tế bào là cần thiết Hình dạng của các ô phụ thuộc vào kiểu anten và công suất ra của từng trạm gốc Hai dạng anten th-ờng sử dụng là anten vô h-ớng phát

đẳng h-ớng và anten có h-ớng tập trung năng l-ợng tại các giẻ quạt

Việc bố trí các trạm và đài phát sao cho bao quát đ-ợc toàn bộ vùng phục vụ gọi là quy hoạch cell, vùng phục vụ của GSM là tập hợp các cell và còn đ-ợc gọi là mạng tổ ong

Thông th-ờng, quy hoạch cell đ-ợc dựa trên cơ sở xem xét chất l-ợng phục vụ GoS, l-u l-ợng thông tin và dự kiến vị trí đặt đài trạm Đồng thời, việc quy hoạch phân bố cell phải tính đến nhiễu giao thoa và nhiễu đồng kênh khi tái sử dụng tần số Quy hoạch cell trong thực tế còn phải xét đến vấn đề truyền sóng vô tuyến rất phụ thuộc vào địa hình, các tính chất không đồng nhất của bề mặt mặt đất Chính vì vậy, các hình lục giác là mô hình hết sức đơn giản nh-ng hiệu quả của các hình mẫu phủ sóng vô tuyến

Nguyên lý cơ sở khi thiết kế các hệ thống tổ ong là các mẫu đ-ợc gọi là các mẫu sử dụng lại tần số Theo định nghĩa sử dụng lại tần số là sử dụng các kênh vô tuyến ở cùng một tần số mang để phủ cho các vùng địa lý khác nhau Các vùng này phải đ-ợc cách nhau ở cự ly đủ lớn để mọi nhiễu giao thoa đồng kênh (có thể xảy ra) chấp nhận

đ-ợc Thông th-ờng ng-ời ta sử dụng ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số : 3/9, 4/12 và 7/21 Theo công thức tính khoảng cách lặp giữa hai ô liền kênh ta có :

D = R* 3* Ntrong đó :

D : khoảng cách giữa hai ô đồng kênh (km);

R : bán kính của cell (km);

Mỗi ô sử dụng các anten phát 600 và hai anten thu phân tập 600 cho một góc ph-ơng vị

Mỗi ô đ-ợc xấp xỉ hoá bằng hình lục giác

L-u l-ợng phân bố đ-ợc coi là đồng nhất ở tất cả các ô

Bình th-ờng, kích th-ớc ô đ-ợc xác định nh- là khoảng cách giữa hai đài trạm lân cận Bán kính ô R (bằng cạnh của lục giác) luôn luôn là một phần ba khoảng cách giữa hai trạm Tuỳ theo một số mẫu d-ới đây, nhóm các ô cạnh nhau đ-ợc gọi là cụm

Sơ đồ 3/9 sử dụng các nhóm 9 tần số, trong một mẫu sử dụng lại tần số 3 đài Với một dải tần cho tr-ớc, số sóng mang có thể sử dụng trong cùng một cell là t-ơng

đối lớn, tuy nhiên khoảng cách dải tần giữa các sóng mang là nhỏ do đó mẫu 3/9 có xác suất xuất hiện nhiễu đồng kênh C/I và nhiễu kênh lân cận C/A t-ơng đối lớn Mẫu này th-ờng áp dụng cho những vùng có mật độ thuê bao lớn, kích th-ớc cell nhỏ

A3 A2 C1 A3 A2 A3 A3 C1 A3

A3 A2 C1 A3 A2 C1 A3 A2 C1

A3 A2 C1 A3 A2 C1 A3 A2 C1

Hình 1 5 Mô hình sử dụng lại tần số 3/9

nh-ng vùng phủ sóng phải rõ ràng để tránh các nhiễu pha đinh Mô hình này phù hợp phục vụ INDOOR cho các nhà cao tầng

Khoảng cách giữa hai ô đồng kênh trong tr-ờng hợp này là : D = 5,2 R

Mẫu 4/12 sử dụng nhóm 12 tần số trong một mẫu sử dụng lại tần số 4 đài Với mô hình này, số kênh trong một cell nhỏ hơn do đó, mô hình này cho phép mở rộng kích th-ớc cell phù hợp với mật độ trung bình và ít nhà cao tầng, và có thể phục vụ cho cả INDOOR và OUTDOOR Ưu điểm chính của mô hình này là các vấn đề về nhiễu

đồng kênh và nhiễu kề kênh là không đáng ngại

Bên cạnh hai mô hình 3/9 và 4/12 đã trình bầy ở trên, còn có mô hình tái sử dụng tần

số 7/21, tức là sử dụng nhóm 21 tần số trong một mẫu sử dụng lại tần số 7 đài Mô hình này đ-ợc thể hiện trong hình:

D3 D2 B1 C3 C2 A1 D3 D2 A1

Hình 1 6 Mô hình mẫu sử dụng tần số 4/12

Với mô hình này, số l-ợng kênh trong một cell là nhỏ do đó có thể phục vụ cho các vùng mật độ thấp Tuy nhiên, khoảng cách dải tần của các kênh lân cận và các kênh cùng cell t-ơng đối lớn (D=7,9R), các cell đồng kênh cách xa nhau do đó không có hiện t-ợng nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận nên chất l-ợng cho các vùng khó phủ sóng đ-ợc đảm bảo Do vậy, mô hình này đ-ợc sử dụng khi chia nhỏ các cell thích ứng với mật độ máy di động ngày càng tăng và những vùng khó phủ sóng có kích th-ớc cell t-ơng đối nhỏ

B3 B2 C1 G3 G2 C3 G1

Hình 1 7 Mô hình sử dụng lại tần số 7/21

Ch-ơng II Mạng GPRS

GPRS là một dịch vụ mới cung cấp gói vô tuyến thực cho truyền thông không dây GSM toàn cầu và sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Nh-ng lợi ích chính, thực tế của GPRS là nó dành riêng các tài nguyên vô tuyến chỉ khi có dữ liệu truyền đi, GPRS làm giảm giá thành cho các dịch vụ số liệu, tăng khả năng xâm nhập các dịch vụ số liệu cho ng-ời dùng Hơn nữa, GPRS cho phép cải thiện chất l-ợng các dịch vụ số liệu nh- độ tin cậy và đáp ứng các đặc tính đ-ợc hỗ trợ Các ứng dụng duy nhất sẽ đ-ợc phát triển với GPRS sẽ hấp dẫn hàng loạt các thuê bao di động

và cho phép các nhà khai thác đa dạng hoá các dịch vụ của họ Các dịch vụ mới sẽ tăng các yêu cầu về dung l-ợng đ-ờng truyền trên các tài nguyên vô tuyến và các tiểu

hệ thống cơ sở

2 1 Cấu trúc mạng GPRS

GPRS đ-ợc xem nh- một mạng bao phủ trên mạng GSM thế hệ thứ hai Mạng số liệu này cho phép truyền số liệu dạng gói ở tốc độ 9,6 đến 171,2 kbps GPRS cho phép ng-ời sử dụng có thể vừa đàm thoại vừa thực hiện truyền dữ liệu tại cùng một thời

điểm GPRS tái sử dụng các thành phần mạng GMS hiện nay ở mức có thể, nh-ng để xây dựng hiệu quả một mạng tế bào di động dịch vụ gói thì cần phải có một thành phần mạng mới cùng các giao diện và các giao thức điều khiển l-u l-ợng gói

Nh- vậy, GPRS cần có các sửa đổi các thành phần mạng cũ:

Đầu cuối thuê bao (TE) Các đầu cuối phải truy nhập đ-ợc các dịch vụ GPRS

nh-ng phải t-ơng thích với GSM cho các cuộc gọi thoại

Trạm thu phát gốc (BTS) Cần cập nhật phần mềm trong các BTS hiện thời

Trạm điều khiển gốc (BSC) Khối điều khiển gói (PCU) đ-ợc thêm vào cơ sở hạ

tầng của GSM, đ-ợc coi nh- sự nâng cấp phần mềm cho BSC PCU định h-ớng luồng số liệu tới mạng GPRS (xử lý l-u l-ợng dữ liệu và tách nó ra khỏi l-u l-ợng thoại GSM) và có thể là một phần cứng riêng gắn với BSC

Mạng cốt lõi Khi triển khai GPRS cần cài đặt các thành phần mạng

cốt lõi mới gọi là nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) và nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) SGSN chịu trách nhiệm liên lạc giữa TS và mạng GPRS, còn GGSN cung cấp giao diện tới các mạng dữ liệu gói ngoài nh- Internet Các cơ sở dữ liệu (VLR,

HLR, )

Tất cả các cơ sở dữ liệu trong mạng cần phải nâng cấp phần mềm để điều khiển các chức năng và các hình thức dịch vụ gói dùng cho GPRS

Các đầu cuối thuê bao GPRS (TE): Mạng GPRS yêu cầu có các thiết bị đầu cuối mới vì điện thoại GSM hiện tại không điều khiển giao diện không gian tăng c-ờng và không có khả năng đóng gói l-u l-ợng trực tiếp Có 3 loại đầu cuối đ-ợc quy định cho sử dụng mạng GPRS là: A, B và C

Loại A: Hỗ trợ GPRS và các dịch vụ GSM khác đồng thời, tuân theo các yêu cầu về chất l-ợng dịch vụ Nh- vậy, một đầu cuối loại A có thể thực hiện hoặc nhận các cuộc gọi đồng thời trên hai dịch vụ Trong các dịch vụ chuyển mạch hiện thời, các mạch GPRS ảo đ-ợc đợi hoặc ở trạng thái bận chứ không bị huỷ

bỏ

Hình 2 1 Cấu trúc logic của GPRS

SMS-GMSC SMS-IWMSC SMSC

SGSN GGSN BSC

Loại B: Đồng thời giám sát các kênh GSM và GPRS, nh-ng chỉ có thể hỗ trợ một trong hai dịch vụ tại một thời điểm, vì thế một đầu cuối loại B chỉ có thể

hỗ trợ đồng thời việc truy nhập mạng, kích hoạt và giám sát chứ không hỗ trợ

đồng thời l-u l-ợng mạng Cũng nh- loại A, các mạch GPRS ảo không bị

đóng hẳn khi có l-u thông mà đ-ợc chuyển sang trạng thái bận hoặc đợi để duy trì kết nối Sự lựa chọn dịch vụ thích hợp đ-ợc thực hiện tự động

Loại C: Hỗ trợ truy nhập mạng không đồng thời, ng-ời sử dụng phải chọn dịch

vụ nào để kết nối tới

Hệ thống trạm gốc (BSS) của mạng GPRS: Mỗi BSC phải cài đặt một hay nhiều PCU

và nâng cấp phần mềm PCU cung cấp giao diện số liệu logic và vật lý ra ngoài BSS cho luồng số liệu gói BTS cần nâng cấp phần mềm nh-ng th-ờng không đòi hỏi phải tăng c-ờng phần cứng Khi cả luồng thoại và dữ liệu đều xuất phát từ một đầu cuối thuê bao, nó đ-ợc truyền qua giao diện không gian tới BTS và từ BTS đến BSC theo cùng một chuẩn cuộc gọi GSM Tuy nhiên, ở đầu ra của BSC thì l-u l-ợng đ-ợc tách

ra, thoại đ-ợc truyền đến trung tâm chuyển mạch di động (MSC) theo chuẩn GSM và

số liệu đ-ợc truyền tới thiết bị mới là SGSN qua PCU trên một giao diện chuyển mạch khung

Các mạng GPRS: Trong mạng cốt lõi, các trung tâm chuyển mạch di động (MSC)

đang tồn tại dựa trên công nghệ trung tâm chuyển mạch và các MSC không thể điều khiển l-u l-ợng gói Vì vậy, hai thành phần mới là các điểm hỗ trợ GPRS đ-ợc thêm vào

2 1 1 Các dịch vụ ứng dụng

GPRS cho phép sử dụng các dịch vụ mới, duy nhất và có giá trị cho các thuê bao di

động: đầu tiên là khả năng di động, nghĩa là khả năng duy trì thông tin thoại và các dữ liệu khi đang chuyển động; thêm nữa, nó cho phép thuê bao có thể liên lạc khi cần thiết ở bất kỳ vị trí nào mà không cần phiên đăng nhập phức tạp; cuối cùng là việc

định vị cho phép các thuê bao lấy đ-ợc thông tin liên quan đến vị trí hiện tại của mình Chính việc kết hợp của các đặc tính này đã đem lại cho các thuê bao di động rất nhiều ứng dụng, bao gồm:

Truyền thông: Các ứng dụng truyền thông sử dụng mạng truyền thông di động truy nhập tin tức hoặc thông điệp, sự khác biệt với các ứng dụng khác là ng-ời sử dụng tin t-ởng họ đang đ-ợc truy nhập một dịch vụ nào đó do nhà khai thác mạng cung cấp

Truy nhập Intranet, Internet

Th- điện tử và fax: Email trên các mạng di động ở một trong hai dạng: có thể trực tiếp gửi email cho ng-ời sử dụng di động hoặc qua một địa chỉ th- đ-ợc cấp bởi nhà khai thác dịch vụ mạng Các bản fax cũng đ-ợc gửi kèm theo trong email

Th- tín hợp nhất: Sử dụng một hòm th- riêng cho các thông điệp gồm th- thoại, fax, email, dịch vụ nhắn tin ngắn (SMS), các thông điệp tìm gọi Với nhiều hòm th- ở cùng một nơi, các dịch vụ th- tín hợp nhất cho phép nhiều kiểu truy nhập để khôi phục lại các thông điệp của các loại khác nhau đó Các dịch vụ giá trị gia tăng:

Th-ơng mại điện tử: Là công việc mua bán trên mạng Internet hoặc dịch vụ số liệu

Có thể có các ứng dụng để ký kết hợp đồng trên liên kết số liệu, các dịch vụ mua hàng hay các ứng dụng ngân hàng trực tuyến,

Ngân hàng: Các hoạt động ngân hàng (các phiên giao dịch) có thể thực hiện nh-: kiểm tra độ cân đối, chuyển tiền giữa các tài khoản, trả hoá đơn thanh toán và cảnh cáo rút quá số tiền gửi,

Kinh doanh, mua bán tài chính: Các phiên giao dịch trực tiếp có thể thực hiện qua Internet và các yêu cầu về thông tin nóng để thực hiện việc mua bán cổ phần,

Các dịch vụ dùng để định vị và tiếp thị qua điện thoại: Tìm kiếm khách sạn, nhà hàng, trợ giúp tìm đ-ờng, quản lý lực l-ợng lao động hoặc theo dõi xe cộ,

Các ứng dụng cao cấp: Trong môi tr-ờng thông tin di động, các ứng dụng cao cấp áp dụng cho những hệ thống sử dụng các kiến trúc di động để hỗ trợ thực hiện các chức năng đặc biệt của công ty, gồm:

Hỗ trợ bán hàng: Cung cấp thông tin về sản phẩm và cổ phần cho nhân viên bán hàng cũng nh- việc đặt mua hàng từ xa

Thực hiện công việc truyền thông: Định vị và xác định các lịch trình cho phép truy vấn thông tin hỗ trợ công việc

Quản lý tàu bè: Điều khiển sự di chuyển của tàu bè, theo dõi vị trí và lập biểu Phân phối gói tin: Dò tìm vị trí từ các gói tin phản hồi đến khách hàng và quản

Hình 2 1 cho thấy các giao diện giữa các thành phần trong mạng GPRS đ-ợc xác

định bởi Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu âu (ETSI)

Gn: Giao diện giữa cột trụ mạng (GBS) với các thành phần bên trong mạng (SGSN và GGSN)

Gb: Giao diện giữa SGSN và BSS

Gr: Giao diện giữa SGSn và HLR/AUC

Gf: Giao diện giữa SGSN và EIR

Gs: Giao diện giữa SGSN và MSC

Gc: Giao diện giữa GGSN và HLR/AUC

Gi: Giao diện với các mạng ngoài (giữa GGSn và mạng ngoài), kết nối thông qua các giao thức TCP/IP và X25

Gp: Giao diện giữa các mạng PLMN

2 2 Các điểm hỗ trợ của GPRS

GPRS giới thiệu hai loại nút mạng mới thêm vào mạng di động mặt đất công cộng GSM, đó là điểm hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) và điểm hỗ trợ cổng GPRS (GSGN), cả hai loại này cùng đ-ợc gọi là GSN GSN chịu trách nhiệm định tuyến các gói giữa máy di động và mạng dữ liệu gói bên ngoài

2 2 1 Điểm hỗ trợ dịch vụ

Điểm hỗ trợ dịch vụ GPRS: Chuyển gói tới trạm di động (MS) trong vùng dịch vụ của

nó SGSN gửi truy vấn tới bộ ghi định vị th-ờng trú (HLR) để lấy số liệu khái l-ợc của các thuê bao GPRS SGSN phát hiện ra các trạm di động GPRS mới trong một vùng dịch vụ xác định và xử lý việc đăng ký của các thuê bao

Chức năng cơ bản của SGSN là điều khiển kết nối giữa hệ thống và MS:

Dò tìm các MS của GPRS trong vùng dịch vụ của nó và điều khiển xử lý việc

đăng nhập MS với bộ đăng nhập GPRS (GPRS register) Thông tin về c-ớc

đ-ợc l-u trữ và sử dụng từ các bộ đăng nhập GPRS, nó hoạt động nh- một cơ

sở dữ liệu và có thể yêu cầu kiểm tra thông tin của một MS khi mới truy nhập vào vùng phủ sóng và từ đó đ-a ra các loại hình dịch vụ mà MS đ-ợc tham gia (các loại hình dịch vụ này đ-ợc thuê bao đăng ký khi hoà mạng)

Gửi và nhận các gói dữ liệu từ MS của GPRS

L-u giữ bản tin vị trí của MS khi máy di động di chuyển trong phạm vi các cell

Nh- vậy, SGSN giao tiếp với HLR thông qua giao diện Gr để nhận thông tin về thuê bao, chịu trách nhiệm phát hiện các máy di động mới tham gia vùng phủ sóng cụ thể

Ch-ơng III Quản lý trạng thái di động và định vị trong GPRS

Tr-ớc khi một MS có thể sử dụng các dịch vụ GPRS nó phải đăng ký với một SGSN của mạng GPRS Mạng sẽ tiến hành kiểm tra xem thuê bao có hợp lệ không, sau đó

nó sao chép thông tin về thuê bao từ HLR tới SGSN và ấn định một số nhận dạng thuê bao di động tạm thời cho thuê bao, đó là thủ tục đăng nhập mạng Với những trạm di động sử dụng cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói thì có thể thực hiện thủ tục nhập mạng kết hợp GPRS/IMSI Việc ngắt kết nối khỏi mạng gọi là rời mạng có thể tạo bởi trạm di động hoặc bởi mạng

Trạng thái Idle: ở trạng thái này thuê bao không tham gia vào chức năng quản lý di

động của GPRS MS và SGSN không có ngữ cảnh quản lý di động ở trạng thái Idle và các thủ tục quản lý di động liên quan đến thuê bao không đ-ợc thực hiện

Trạng thái Standby: Thuê bao đ-ợc tham gia vào chức năng quản lý di động MS và SGSN thiết lập ngữ cảnh MM cho thuê bao, nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI) Lý do của sự tồn tại trạng thái Standby là để giảm l-u l-ợng trong mạng GPRS gây ra bởi bản tin cập nhật định tuyến mức cell và để tiết kiệm pin cho MS Khi ở trạng thái Standby, MS không cần thông báo cho SGSN về sự thay đổi cell mà chỉ thông báo về sự thay đổi khu vực định tuyến

Trạng thái Ready: Dữ liệu chỉ đ-ợc truyền giữa máy di động và mạng GPRS khi máy

di động ở trạng thái Ready Tại trạng thái này, SGSN biết đ-ợc vị trí cell có MS

3 1 1 Chuyển giao trạng thái

Việc chuyển giao trạng thái của MS đ-ợc xác định bởi hai yếu tố: trạng thái hiện tại của nó và sự kiện diễn ra Trong suốt quá trình hoạt động, vị trí của một MS đ-ợc theo dõi theo ba mode trạng thái

Chuyển từ trạng thái Idle sang Ready: Tr-ớc tiên máy di động phải thực hiện đăng nhập, một kênh logic kết nối tới SGSN đ-ợc khởi tạo Nếu thành công, máy di động

sẽ đ-ợc mạng nhận biết, nếu không thành công nó quay trở lại trạng thái Idle và SGSN cũng t-ơng tự

Khi ở trạng thái Ready, phạm vi giao thức dữ liệu gói (PDP) có thể đ-ợc kích hoạt cho phép ng-ời sử dụng di động đ-ợc thiết lập lớp phiên dữ liệu gói với các mạng số liệu gói, điều này sẽ liên kết địa chỉ mạng dữ liệu gói (PDN) trong MS và SGSN Với phạm vi PDP có hiệu lực, nó có thể truyền các khối dữ liệu giao thức PDU Khi quá trình phát các PDU kết thúc thì bộ định thời cho trạng thái Ready bắt đầu hoạt

động với giá trị mặc định nh-ng có thể thay đổi bởi SGSN Tuy nhiên cả MS và SGSN phải sử dụng cùng một giá trị, lúc này MS cũng sẽ cập nhật vùng định tuyến và cell

Chuyển từ trạng thái Ready sang trạng thái Standby: Xảy ra khi mãn hạn bộ định thời cho chế độ Ready hoặc có sự c-ỡng chế từ MS hay SGSN Khi MS chuyển sang trạng thái Standby thì chỉ còn cập nhật vùng định tuyến

Chuyển từ trạng thái Standby sang trạng thái Ready: Khi có các khối PDU đ-ợc phát/thu, MS và SGSN sẽ chuyển sang trạng thái Ready và vùng PDP đ-ợc khởi hoạt Chuyển từ trạng thái Standby sang trạng thái Idle: Khi ở trong chế độ Standby thì bộ

định thời thứ hai hoạt động Khi mãn hạn định thời hoặc một bản tin MAP huỷ bỏ

định vị đ-ợc thu từ HLR thì sau đó nó thực hiện chuyển sang trạng thái Idle Vùng PDP và MM đ-ợc chuyển đi từ MS, SGSN và GGSN

Chuyển từ trạng thái Ready sang trạng thái Idle: Tách khỏi GPRS hay huỷ bỏ định vị

sẽ làm thay đổi trạng thái từ Ready sang Idle Trong quá trình này, cả hai phạm vi PDP và MM sẽ đ-ợc chuyển đi vì MS không còn đ-ợc tiếp tục kết nối với mạng GPRS

Hình 3 1 Các trạng thái của một MS GPRS

3 1 2 Định thời trạng thái

Chức năng định thời trạng thái Ready: Duy trì bộ định thời trạng thái Ready ở MS và

SGSN, điều khiển thời gian MS tồn tại ở trạng thái này

Bộ định thời Ready đ-ợc xoá về “ 0” và bắt đầu làm việc ở máy di động khi LLC PDU đ-ợc truyền, còn ở SGSN khi LLC PDU đ-ợc nhận đúng Khi bộ định thời Ready hết hạn, MM của MS và SGSN quay trở lại trạng thái Standby

Khoảng thời gian bộ định thời Ready quy định là nh- nhau ở MS và SGSN Khoảng thời gian ban đầu của bộ định thời đ-ợc xác bởi giá trị ngầm định, chỉ SGSN có thể thay đổi khoảng thời gian của bộ định thời Nó thực hiện bằng cách truyền một giá trị mới trong quá trình chấp nhận gia nhập GPRS hoặc chấp nhận cập nhật khu vực định tuyến (RAU)

Khi khoảng thời gian của bộ định thời đ-ợc thiết lập cho tất cả (nhị phân) thì chức năng của bộ định thời đ-ợc thôi kích hoạt, điều đó có nghĩa là bộ định thời không chạy nữa và máy di động giữ nguyên trạng thái Ready

Chức năng định thời cập nhật định tuyến khu vực (RA) theo chu kỳ: Điều khiển thủ tục cập nhật định tuyến khu vực tuần hoàn ở máy di động Khoảng thời gian của bộ

định thời trên đ-ợc gửi trong bản tin chấp nhận cập nhật định tuyến khu vực hay bản

GPRS

đăng nhập

GPRS huỷ

bỏ đăng nhập

Mãn hạn bộ

định thời cho

đế độ READY hoặc có sự c-ỡng chế rừ

MS hay SGSN

Chuyển giao PDU

tin chấp nhận ra nhập GPRS Chỉ có duy nhất một bộ định thời cập nhật định tuyến khu vực theo chu kì trong một khu vực định tuyến Khi bộ định thời hết hạn, MS bắt

đầu thực hiện thủ tục cập nhật định tuyến khu vực tuần hoàn

Thủ tục cập nhật định tuyến khu vực theo chu kì (hay các thủ tục cập nhật thích hợp khác) đ-ợc thực hiện ngay sau khi máy di động quay trở lại vùng phủ sóng của GPRS

Chức năng định thời có thể với tới máy di động: Điều khiển thủ tục cập nhật định tuyến khu vực theo chu kì ở SGSN Bộ định thời với tới máy di động phải có thời gian dài hơn bộ định thời cập nhật định tuyến khu vực theo chu kì ở MS một chút

Bộ định thời với tới máy di động ngừng khi bắt đầu sang trạng thái Ready Nó đ-ợc xoá về “ 0” và bắt đầu làm việc khi chuyển trở lại trạng thái Standby

Khi bộ định thời này hết hạn, SGSN xóa cờ thực hiện nhắn tin (PPF) Bình th-ờng việc này làm cho SGSN ngừng việc gửi bản tin nhắn GPRS và sơ đồ mã hoá (CS) tới

MS PPF đ-ợc thiết lập khi hoạt động tiếp theo của MS đ-ợc phát hiện Khi máy di

động lần đầu đăng kí ở một SGSN, PPF đ-ợc thiết lập

3 2 Quản lý định vị

Chức năng quản lý vị trí cung cấp cơ chế cho: việc lựa chọn Cell và PLMN, việc nhận biết của hệ thống về khu vực định tuyến cho MS ở trạng thái Standby, việc nhận biết của hệ thống cả về khu vực định tuyến và nhận dạng Cell cho MS ở trạng thái Ready

3 2 1 Cập nhật vị trí

PLMN cung cấp thông tin cho MS để có thể phát hiện khi nào MS di chuyển vào một Cell hoặc khu vực định tuyến mới và khi nào thực hiện định tuyến khu vực theo chu kì

MS phát hiện nó vừa vào một Cell mới bằng cách so sánh số hiệu nhận dạng Cell mới với số hiệu nhận dạng Cell đ-ợc l-u trữ trong ngữ cảnh MM của mình MS phát hiện

nó vừa vào một RA mới bằng cách so sánh theo chu kì số hiệu nhận dạng khu vực

định tuyến (RAI) l-u trữ trong ngữ cảnh MM của nó với RAI vừa nhận đ-ợc từ Cell

mới

Khi máy di động dừng lại ở trong một Cell mới mà có thể thuộc về một RA mới, một trong những việc sau sẽ diễn ra:

Cập nhật một Cell

Cập nhật khu vực định tuyến thuộc phạm vi SGSN

Cập nhật khu vực định tuyến giữa các SGSN

Trong tất cả các tr-ờng hợp MS đều l-u trữ số hiệu nhận dạng Cell mới vào trong ngữ cảnh MM của mình Khi MS di chuyển vào một PLMN mới, nó sẽ thực hiện cập nhật

định tuyến khu vực hoặc chuyển sang trạng thái Idle Bản tin yêu cầu cập nhật định

tuyến khu vực đ-ợc gửi đi mà không mã hoá, bởi vì trong tr-ờng hợp cập nhật khu vực định tuyến giữa các SGSN, SGSN mới có thể xử lý đ-ợc yêu cầu

3 2 2 Cập nhật Cell

Việc cập nhật Cell diễn ra khi MS di chuyển vào một Cell mới nằm trong RA hiện tại

và MS đang ở trạng thái Ready Khi RA thay đổi việc cập nhật định tuyến khu vực

đ-ợc thực hiện thay vì cập nhật Cell

Máy di động thực hiện thủ tục cập nhật Cell bằng cách gửi SGSN một khung dữ liệu LLC ở tuyến lên thuộc loại bất kì mà chứa số hiệu nhận dạng của MS ở phía SGSN, BSS thêm số hiệu nhận dạng chung của Cell bao gồm mã khu vực định tuyến (RAC)

và mã khu vực định vị (LAC) vào tất cả các khung dữ liệu BSSGP (giao thức GPRS trên BSS)

Việc cập nhật Cell là việc nhận đúng và truyền LLC PDU bên trong BSSGP PDU mà chứa số hiệu nhận dạng của Cell

SGSN ghi lại sự thay đổi Cell của MS, và l-u l-ợng truyền tới MS đ-ợc chuyển tới Cell mới

3 2 3 Khu vực định tuyến

Khái niệm khu vực định tuyến gắn liền với chức năng quản lý di động của GPRS Mỗi khu vực định tuyến bao gồm một số Cell Mỗi RA thuộc về một SGSN, nh-ng một SGSN có thể quản lý vài RA

Hình 3 2 Ví dụ về hai khu vực định tuyến Kích th-ớc của khu vực định tuyến hay số Cell trong một RA phụ thuộc vào việc tính toán để cân bằng các yếu tố, ví dụ để giảm tải hay l-u l-ợng các bản tin cập nhật định

tuyến thì kích th-ớc của RA tăng lên và ng-ợc lại

Khu vực định tuyến 1 Khu vực định tuyến 2

3 2 4 Cập nhật khu vực định tuyến trong phạm vi SGSN

Cập nhật khu vực định tuyến diễn ra khi một máy di động đã gia nhập GPRS phát hiện ra là nó vừa chuyển sang một RA mới, đồng hồ cập nhật RA theo chu kì vừa hết

hạn hoặc khi một MS tạm ng-ng không thể nối lại liên lạc bởi BSS

SGSN phát hiện đây là quá trình cập nhật khu vực định tuyến thuộc phạm vi SGSN bằng cách phát hiện ra là nó đang điều khiển RA cũ Trong tr-ờng hợp này SGSN có thông tin cần thiết về MS và không cần thiết phải thông báo tới GGSN và HLR về vị trí mới của máy di động Việc cập nhật RA theo chu kì luôn là cập nhật khu vực định tuyến thuộc phạm vi SGSN

Nếu sau số lần tối đa cho phép thủ tục cập nhật khu vực định tuyến vẫn không thực hiện đ-ợc hoặc nếu SGSN gửi trở lại bản tin từ chối cập nhật định tuyến khu vực thì

MS chuyển sang trạng thái Idle

Hình 3 3 Thủ tục cập nhật khu vực định tuyến thuộc phạm vi SGSN

3 2 5 Cập nhật khu vực định tuyến giữa các SGSN

Quá trình chuyển giao giữa các SGSN cho phép thuê bao di động GPRS di chuyển giữa hai Cell đ-ợc phục vụ bởi các SGSN khác nhau mà không làm ngắt phiên GPRS

đã đ-ợc thiết lập

Khi một máy di động GPRS đang ở một Cell di chuyển về phía Cell khác, nó gửi RAU tới Cell mới Khi SGSN kết nối với Cell mới xác nhận RAU mới thì MS có thể tiếp tục truyền dữ liệu

Bằng việc cung cấp một phiên liên tục, đặc điểm này mang lại cho thuê bao một mức

độ cải thiện của dịch vụ: nó nâng cao chất l-ợng dịch vụ đ-ợc cung cấp bằng cách

Yêu cầu cập nhật khu vực định tuyến

Chức năng an ninh

Chấp nhận cập nhật khu vực định tuyến

Kết thúc cập nhật định tuyến

cho phép các MS di chuyển tới SGSN khác mà không bị gián đoạn phiên GPRS khi cần chuyển giao

Quá trình chuyển giao giữa các SGSN cho phép ng-ời sử dụng GPRS triển khai các

ứng dụng mà đòi hỏi các dịch vụ liên tục trong một khu vực địa lý rộng lớn

Nếu sau số lần tối đa cho phép thủ tục RAU không thực hiện đ-ợc hoặc nếu SGSN gửi trở lại bản tin từ chối cập nhật định tuyến khu vực thì MS chuyển sang trạng thái Idle

Hình sau mô tả thủ tục cập nhật khu vực định tuyến giữa các SGSN:

Báo đã xoá vị trí

Chèn dữ liệu của thuê bao

Báo đã chèn dữ liệu thuê bao Trả lời ngữ cảnh SGSN

Báo đã cập nhật vị trí Chấp nhận cập nhật khu vực định tuyến

3 2 6 Chuyển giao

Để đảm bảo việc truyền dữ liệu khi di chuyển giữa các Cell cạnh nhau và giữa các khu vực định tuyến diễn ra một cách liên tục cần có một cơ chế chuyển giao hay còn gọi là sự lựa chọn lại Cell Bình th-ờng MS sẽ đo c-ờng độ tín hiệu từ các Cell lân cận, và khi tín hiệu hiện tại giảm xuống d-ới một mức ng-ỡng thì quá trình chuyển giao bắt đầu Nếu cần phải thay đổi Cell thì thủ tục cập nhật lại Cell đ-ợc kích hoạt

từ MS mà thông báo với SGSN là nó đang ở vị trí mới (Cell mới)

Nếu khi MS thay đổi Cell mà nó đồng thời thay đổi khu vực định tuyến thì thủ tục cập nhật lại khu vực định tuyến đ-ợc kích hoạt Nếu các RA thuộc về cùng một SGSN thì thủ tục cập nhật RA nội vùng đ-ợc kích hoạt và ng-ợc lại thủ tục cập nhật

RA liên vùng sẽ đ-ợc kích hoạt Nếu Cell mới thuộc về một PLMN khác thì không

có việc cập nhật RA, mà lúc này thủ tục chuyển vùng đ-ợc kích hoạt nếu nh- có sự thoả thuận giữa hai nhà quản lý PLMN khác nhau

Ch-ơng IV Các thông số đặc tr-ng trong GPRS

4 1 Giao diện vô tuyến và cấp phát kênh

Giao diện vô tuyến Um là giao diện giữa MS và BSS Trên đó thì MS và mạng có thể trao đổi dữ liệu cũng nh- truyền báo hiệu với nhau Việc đ-a GPRS vào mạng GSM

đòi hỏi một số thay đổi về mặt cơ cấu để có thể truyền dữ liệu gói qua giao diện vô tuyến

4 1 1 Giao diện vô tuyến GPRS

Hình 4 1 Giao diện vô tuyến GPRS Lớp RF vật lý: Thực hiện điều chế dạng sóng vật lý và giải điều chế dạng sóng thu

đ-ợc thành dãy bit để truyền lên lớp liên kết vật lý

Lớp liên kết vật lý: Cung cấp các dịch vụ truyền thông tin qua liên kết vật lý giữa MS

SNDCP LLC RLC MAC

Liên kết Vật lý

RF vật lý

SNDCP LLC RLC MAC

Liên kết vật lý

RF vật lý

Um

Trong mạng GSM, một kênh đ-ợc ấn định vĩnh viễn cho một thuê bao nhất định trong thời gian cuộc gọi cho dù dữ liệu có đ-ợc truyền đi hay không Nh-ng đối với GPRS, các kênh chỉ đ-ợc ấn định khi gói dữ liệu đ-ợc gửi đi hoặc nhận, kênh sẽ đ-ợc giải phóng ngay sau khi kết thúc truyền dẫn Với cách xử lý nh- vậy, nhiều thuê bao

có thể chia sẻ một kênh vật lý GPRS cho phép một máy di động có thể truyền trên nhiều khe thời gian của cùng một khung TDMA Việc này cho phép cấp phát kênh cho MS rất linh động, một MS có thể đ-ợc cấp từ 1 đến 8 khe thời gian trong một đa khung TDMA, đ-ờng lên và đ-ờng xuống đ-ợc cấp riêng rẽ Khe thời gian 0 (TS0) dành cho kênh quảng bá GSM (BCH), khe thời gian chuyển mạch kênh (CS) đ-ợc dùng cho thoại GSM hoặc các cuộc gọi dữ liệu chuyển mạch kênh Kênh quảng bá gói (PBCH) và dữ liệu gói (P-Data) đ-ợc sử dụng cho kênh GPRS

Hình 4 2 Thiết lập kênh ở giao diện vô tuyến

Có hai lựa chọn cho việc thiết lập giao diện vô tuyến:

Sử dụng tài nguyên báo hiệu của GSM nh-ng thiết lập kênh dữ liệu gói riêng cho việc điều khiển l-u l-ợng

Tách riêng hoàn toàn tài nguyên của GPRS khỏi GSM Có một vài cấu hình với lựa chọn này Kênh PBCH có thể đ-ợc dùng để truyền thông tin GPRS-BCH (kênh quảng bá), kênh điều khiển chung, kênh dữ liệu gói GPRS và kênh l-u l-ợng kết hợp Nếu kênh dữ liệu gói không đ-ợc truyền bởi PBCH hoặc kênh PDCH đ-ợc yêu cầu thêm, các khe thời gian riêng rẽ sẽ đ-ợc thiết lập Kênh dữ liệu gói có thể sử dụng bất kì khe thời gian nào trừ TS0 (BCH)

4 2 Quá trình truyền dữ liệu gói

Một mạng GPRS có nhiều sự sắp xếp cho kích th-ớc khác nhau và các mục đích khác nhau Trong đ-ờng lên, một MS có thể chỉ gửi dữ liệu khi nó đ-ợc phép Do vậy, khi

MS bắt đầu gửi dữ liệu, nó đã phải cạnh tranh các tài nguyên vô tuyến Trong đ-ờng xuống, mạng GPRS không thể điều khiển trực tiếp việc truyền dữ liệu đến từ các máy

chủ mạng ngoài Các gói đ-ợc gửi tới MS theo mức độ -u tiên của chất l-ợng dịch

vụ GPRS định nghĩa các mức chất l-ợng dịch vụ khác nhau và sự thực hiện của từng mức

Với hai điểm GSN, GGSN không có cơ chế sắp xếp chủ định cho các gói đến hoặc đi,

nó chỉ đơn giản là chuyển các gói nhanh nhất có thể tới SGSN Nếu GGSN bị quá tải, các gói tin của ng-ời sử dụng có thể bị mất SGSN có cơ chế sắp xếp chủ định và trung tâm trong mạng tổng thể GPRS Trong đ-ờng lên, SGSN cố gắng chuyển các gói tin của ng-ời sử dụng đến GGSN với sự sắp xếp ở mức tối thiểu Trong đ-ờng xuống, SGSN sắp xếp các gói đến từ SGSN, các sắp xếp đ-ợc tạo ra cho mỗi MS và các mức chất l-ợng dịch vụ khác nhau

4 2 1 Quá trình truyền đơn vị dữ liệu gói (PDU)

Phần này nghiên cứu quá trình truyền đơn vị gói dữ liệu qua mạng GPRS đến máy di

động Quá trình từ MS đến mạng cũng giống nh- vậy nh-ng chiều ng-ợc lại

Một e-mail đ-ợc gửi từ máy tính đến máy di động hỗ trợ GPRS của một ng-ời đang

đi trên đ-ờng Dữ liệu phải đi qua mạng Internet tới GGSN, sau đó tới SGSN rồi tới BSS và cuối cùng là MS Bức th- điện tử là ở lớp ứng dụng, lớp ứng dụng tạo ra một

đơn vị dữ liệu IP (IP datagram) và gửi nó qua mạng thông tin dữ liệu ngoài nh- là IP hoặc X.25 để tới nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) Khi IP datagram tới GGSN nó đ-ợc gọi là đơn vị dữ liệu gói mạng (N-PDU), và sẽ đ-ợc đánh địa chỉ thành một địa chỉ IMSI hoặc IP Trong khi dữ liệu đ-ợc chuyển xuống theo các lớp của chồng giao thức của GGSN các phần header đ-ợc thêm vào tại mỗi lớp Có rất nhiều header kế tiếp nhau đ-ợc thêm vào theo cách này, nh-ng trên hình chỉ xét một vài ví dụ cho đơn giản: các header kế tiếp đ-ợc biểu diễn bằng cách thêm các lớp hình chữ nhật đối với dữ liệu ứng dụng gốc

Hình 4 3 Quá trình truyền đơn vị gói dữ liệu trên các giao thức

Tại điểm A trên hình, IP header đ-ợc thêm vào dữ liệu ứng dụng ở lớp IP/X.25 khi dữ liệu đ-ợc truyền từ PC tới mạng IP

N-PDU đ-ợc chuyển đến GTP (giao thức đ-ờng hầm của GPRS), lớp này thêm GTP header vào N-PDU để phân biệt N-PDU với bản tin GTP Sau khi đã đóng gói GTP header, N-PDU chuyển đến lớp giao thức UDP/TCP Lớp này sẽ chèn phần header của nó (hoặc là UDP hoặc TCP dựa trên cấp của chất l-ợng dịch vụ QoS ) mà chứa

địa địa chỉ cổng nguồn hoặc đích, thông tin định tuyến, điều khiển luồng trong tr-ờng hợp TCP (điểm B)

Bây giờ N-PDU đ-ợc chuyển đến lớp IP, nó đ-ợc thêm vào địa chỉ gốc và đích cuối của GSN (nút hỗ trợ GPRS) trong tr-ờng hợp này là SGSN Tuỳ thuộc vào chiều dài của N-PDU và đơn vị truyền dẫn tối đa (MTU) của lớp IP, chúng ta phải thực hiện phân nhỏ PDU

Cuối cùng N-PDU với các header đ-ợc thêm vào đ-ợc vận chuyển trên lớp vật lý của giao diện Gn để tới SGSN

4 2 2 Quá trình truyền dẫn tại SGSN

Tại SGSN, các header đ-ợc bỏ đi và N-PDU đ-ợc chuyển tiếp tới lớp SNDCP Lớp giao thức này sẽ nén (tuỳ chọn) và phân chia nhỏ các gói để đảm bảo yêu cầu về MTU là 1520 octets cho việc truyền dẫn trên lớp dịch vụ mạng (NS) chuyển tiếp

khung (Frame-relay) trên giao diện Gb Sau đó SNDCP sẽ phân loại N-PDU là DATA PDU h-ớng liên kết hay SN-UNIDATA PDU không liên kết Cuối cùng nó sẽ thêm phần SNDCP header mang thông tin về việc nén và chia nhỏ vào PDU và gửi PDU tới lớp LLC (điểm C)

SN-Chức năng cơ bản của lớp điều khiển liên kết logic (LLC) là cung cấp một kết nối logic tin cậy giữa SGSN và MS Lớp này sẽ bao đóng SN-DATA hoặc SN-UNIDATA PDU trong khung LLC cùng với header của mình Khung LLC chứa SN-PDU bây giờ gọi là khối LLC LLC header thêm các thông tin điều khiển (dùng cho kiểu truyền khung có thông báo), chuỗi kiểm tra khung và các giá trị SAPI SAPI trong tr-ờng hợp này nói đến đến dịch vụ kết hợp với khung LLC cho phiên PDP này Các dịch vụ cho khung này có thể là quản lý di động (MM) hoặc các cấp dữ liệu ng-ời sử dụng từ 1-5 (các cấp của tham số QoS nh- là trễ, sự truyền lại và kích th-ớc bộ đệm) Các cấp của dịch vụ này đ-ợc quyết định trong quá trình thoả thuận QoS (điểm D)

Lớp BSSGP nằm d-ới LLC cung cấp thông tin định tuyến cho lớp NS (lớp dịch vụ mạng chuyển tiếp khung) để chọn đ-ờng cho các khối LLC trên lớp vật lý của chuyển tiếp khung BSSGP cũng thêm vào khối LLC phần header chứa một số thông tin quan trọng cho lớp RLC/MAC của giao diện vô tuyến liên quan đến việc truyền dẫn các khối, nó bao gồm các tham số nh- là cấp độ -u tiên, TTLI (số hiệu nhận dạng liên kết logic tạm thời)

TTLI là số hiệu nhận dạng đ-ợc dùng cùng với NSAPI trong phiên PDP (giao thức gói dữ liệu) để nhận dạng máy di động trên giao diện Um và Gb Trong khi NSAPI

đ-ợc sử dụng tại lớp SNDCP thì TLLI đ-ợc sử dụng tại lớp RLC/MAC trên giao diện

Um và lớp BSSGP trên giao diện Gb

4 2 3 Quá trình truyền dẫn tại BSS

Dữ liệu đ-ợc gửi đi trên liên kết vật lý giữa SGSN và BSS Sau đó lớp BSSGP tại BSS gửi tất cả thông tin này tới lớp điều liên kết vô tuyến (RLC) Nhiệm vụ quan trọng nhất của lớp RLC là phân chia nhỏ các khối LLC thành các khối RLC nhỏ hơn Một nhóm các khối LLC đã và đang đ-ợc phân chia thành các khối nhỏ hơn gọi là TBF (chuỗi các khối tạm thời) Mỗi một TBF đ-ợc tài nguyên trên giao diện vô tuyến trên một hoặc một vài kênh l-u l-ợng dữ liệu (PDTCH) TBF là tạm thời và chỉ đ-ợc duy trì trong khoảng thời gian truyền dữ liệu TBF đ-ợc cấp TFI (số hiệu nhận dạng chuỗi các khối tạm thời), và lớp RLC thêm phần header vào khối dữ liệu chứa TFI, số hiệu