TIỂU LUẬN TỔNG QUAN và đặc điểm hệ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2g các GIẢI PHÁP NÂNG cấp lên GPRS CHO MẠNG GSM VIỆT NAM

công nghệ thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất mạnh mẽ cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng.. GSM cho phép nhà điều h

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Cơ cấu trạm thu phát BTS 4

Hình 2 Hình minh họa 5

Hình 3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống 2G – GSM 6

Hình 4 Cấu trúc mạng GPRS 11

Hình 5 Mạng Backbone 14

Hình 6 Giao diện Gb mở kết nối PCU với SGSN 15

Hình 7 Cấu trúc dữ liệu GPRS 16

Trang

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VÀ ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2G 2

I TỔNG QUAN 2

II ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2G - (GMS) 2

CHƯƠNG II CẤU TRÚC HỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG 2G – GSM 6

CHƯƠNG III CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CẤP LÊN GPRS CHO MẠNG GSM VIỆT NAM 11

I Kiến trúc mạng GPRS 11

1 Node GSN 12

1.1 Cấu trúc 12

1.2 Thuộc tính của node GSN 12

1.3 Chức năng 13

2 Mạng Backbone 14

3 Cấu trúc BSC trong GPRS 15

II Cấu trúc dữ liệu GPRS 16

III Các giải pháp nâng cấp lên GPRS cho mạng GSM Việt Nam 17

1 Giải pháp của hãng Alcatel (Pháp) 17

2 Giải pháp của hãng Ericson (Thụy Điển) 18

3 Giải pháp của hãng Motorola (Mỹ) 18

4 Giải pháp của hãng Siemen (Đức) 19

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 20 TÀI LIỆU THAM KHẢM

PHIẾU ĐÁNH GIÁ TIỂU LUẬN

Trang

LỜI NÓI ĐẦU

Em xin cảm ơn Thầy Lâm Hồng Thạch đã cung cấp một số tài liệu trong quá trình học tập, cũng như hướng dẫn trình bày bố cục một bài tiểu luận để em có thể hoàn thành bài tiểu luận này

Em mong có lời nhận xét về mặt lý thuyết, cũng như bố cục trình bài của bài viết để

em có thể hoàn thiện các bài tiểu luận sau nữa

Em xin chân thành cảm ơn Thầy!

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VÀ ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

2G.

I TỔNG QUAN.

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học công nghệ

thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất mạnh mẽ cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng Kể từ khi ra đời vào cuối năm 1940 cho đến nay thông tin di động đã phát triển qua nhiều thế hệ và đã tiến mộtbước dài trên con đường công nghệ

GMS được viết đầy đủ Global System for Mobile Communications, hay còn gọi là hệ thống thông tin toàn cầu GSM là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động Dịch

vụ GSM được sử dụng rộng rãi tại tất cả các quốc gia trên thế giới Cũng bởi công nghệ này mà những chiếc điện thoại di động của các mạng GSM khác nhau có thể sử dụng

được nhiều nới trên thế giới

GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ hay chất lượng cuộc gọi Nó được xem như là một hệ thống thế hệ thứ hai (2G) 2G là tên viết tắt của thuật ngữ tiếng Anh Second-Generation wireless telephone technology là thế hệ thứ 2 của mạng điện thoại di động Đây là công nghệ có khả năng phủ sóng rộng rãi giúp cho người sử dụng có thể dùng điện thoại nhiều vùng trên địa cầu

GSM là một chuẩn mở, được phát triển bởi 3GPP GSM cho phép nhà điều hành

mạng có thể sẵn sàng dịch vụ ở khắp nơi, vì thế người sử dụng có thể sử dụng điện thoại của họ ở khắp nơi trên thế giới

Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử dụngđầu tiên bởi Radiolinja ở Phần Lan và được phát triển không ngừng nghỉ đến hiện tại

II ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2G - (GMS).

- Các tính năng chính của kết nối di động 2G là mã hóa tín hiệu các cuộc hội thoại và tin nhắn dưới dạng kỹ thuật số, cung cấp các dịch vụ dữ liệu khác nhau cho điện thoại di động.Tín hiệu kỹ thuật số truyền nhận trong thế hệ 2G được tạo ra từ nguồn năng lượng sóng nhẹ và sử dụng các chip thu phát nhỏ gọn giúp thiết bị trở lên nhỏ gọn hơn

- Đặc điểm của hệ thống là hệ thống GSM làm việc trong một băng tần hẹp, dài tần cơ bản từ (890- 960MHz) Băng tần (dải tần dùng để phát sóng) được chia làm 2 phần: (1) Uplink band (dải tần truyền lên) từ (890 – 915) MHz, (2) Downlink band (dải tần truyền xuống) từ (935 – 960) MHz.

Băng tần gồm 124 sóng mang được chia làm 2 băng, mỗi băng rộng 25MHz, khoảng cáchgiữa 2 sóng mang kề nhau là 200KHz Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt cho 2 đường lên

và xuống gọi là kênh song công Khoảng cách giữa 2 tần số là không đổi bằng 45MHz Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa thiết bị và mạng GSM Tốc độ mã hóa từ 6.5- 13 Kbps 125 kênh tần số được đánh số từ 0 đến 124 được gọi là kênh tần số tuyệt đối ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number)

- Khi truyền tín hiệu, người ta thường sử dụng các hình thức mã hóa kênh, thế hệ thứ hai

có sự kết hợp của hai hình thức “truy cập đa kênh” (Multiple Access) FDMA và TDMA + Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA - Frequency Division Multiple Access): Phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau Người dùng được cấp phát một kênh trong tập hợp các kênh trong lĩnh vực tần số Phổ tần số được chia thành 2N dải tần số kế tiếp,cách nhau một khoảng bảo vệ Mỗi dải tần số được gán một kênh liên lạc, N dải dành cho liênlạc hướng lên, N dải dành cho liên lạc hướng xuống

+ Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA – Time Division Multiple Access): Khi

có yêu cầu một cuộc gọi thì một kênh vô tuyến được ấn định Các thuê bao khác nhau dùng chung một kênh nhờ cài xen thời gian Mỗi thuê bao được cấp một khe trong cấu trúc khung tuần hoàn 8 khe

- Hiệu quả sử dụng tần số cao nhờ kết hợp FDMA và TDMA

- Độ linh hoạt cao, có thể sử dụng các loại máy đầu cuối khác nhau

- Tính bảo mật cao

- Sử dụng mạng thông tin di động tế bào

- Thế hệ thứ hai (2G) xuất hiện vào những năm 91 với mạng di động đầu tiên tại Phần Lan, xứ xở của hãng Nokia, sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Trong thời kỳ của thế hệ thứ hai, nền công nghệ thông tin di động đã tăng trưởng vượt trội cả

về số lượng thuê bao và các dịch vụ giá trị gia tăng Các mạng thế thứ hai cho phép truyền dữ liệu hạn chế trong khoảng từ 9.6 kbps đến 19.2 kbps Tốc độ truyền là 13 kbs

- Các mạng này được sử dụng chủ yếu cho mục đích thoại và là các mạng chuyển mạch kênh

- Có khả năng mở rộng được dung lượng bằng việc sử dụng lại tần số và kĩ thuật phân chia ô

* Phương pháp sử dụng lại tần số:

 Người ta chia một Thành phố ra thành nhiêu ô hình lục giác => gọi là Cell, mỗi ô

có một trạm BTS để thu phát tín hiệu, các ô không liền nhau có thể phát chung mộttần số (như hình dưới thì các ô có cùng mầu xanh hay mầu vàng có thể phát chungtần số)

 Với phương pháp trên người ta có thể chia toàn bộ giải tần ra làm 3 để phát trêncác ô không liền kề như 3 mầu dưới đây, và như vậy mỗi ô có thể phục vụ cho

875 / 3 = khoảng 290 thuê bao

 Trong một thành phố có thể có hàng trăm trạm thu phát BTS vì vậy nó có thể phục

vụ được hàng chục ngàn thuê bao có thể liên lạc trong cùng một thời điểm

Hình 1 Cơ cấu trạm thu phát BTS

Thành phố được chia thành nhiều ô hình lục giác, mỗi ô được đặt một trạm thu phát BTS.

* Phát tín hiệu trong mỗi ô:

- Tín hiệu trong mỗi ô được phát theo một trong hai phương pháp:

- Phát đẳng hướng

- Phát có hướng theo góc 120 độ

Hình 2 Hình minh họa.

CHƯƠNG II CẤU TRÚC HỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG 2G – GSM.

Hì nh 3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống 2G – GSM.

- Nhìn trên thì sơ đồ hệ thống GSM có thể chia thành ba phần chính từ trái sang:+ Các thuê bao di động

+ Mạng truy cập vô tuyến

+ Hệ thống chuyển mạch

* Các thuê bao di động.

Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của hệ thống MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô tô 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 người sử dụng (như micrô, loa, màn hiểnthị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với môt số các thiết bị khác (như giao diện với máy tính cá nhân,Fax…) Hiện nay, người ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nốivới trạm di động Ba chức năng chính của MS:

- Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng GSM

- Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền đẫn ởgiao diện

vô tuyến

- Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiêt bị đầu cuối với kết cuối

di động Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, còn thiết bị đầu cuối lại có thể giao diện đầu cuối – modem

Máy di động MS gồm hai phần: Module nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber

Identity Module) và thiết bị di động ME (Mobile Equipment)

Để đăng ký và quản lý thuê bao, mỗi thuê bao phải có một bộ phận gọi là SIM SIM

là một module riêng được tiêu chuẩn hoá trong GSM Tất cả các bộ phận thu, phát, báo hiệu tạo thành thiết bị ME ME không chứa các tham số liên quan đến khách hàng, mà tất

cả các thông tin này được lưu trữ trong SIM SIM thường được chế tạo bằng một vi mạch chuyên dụng gắn trên thẻ gọi là Simcard Simcard có thể rút ra hoặc cắm vào MS Sim đảm nhiệm các chức năng sau:

- Lưu giữ khoá nhận thực thuê bao Ki cùng với số nhận dạng trạm di động quốc tế IMSI nhằm thực hiện các thủ tục nhận thực và mật mã hoá thông tin

* Mạng truy cập vô tuyến.

Phân hệ trạm gốc BSS:

BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông qua giao diện vô tuyến Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở phân hệ chuyển mạch

SS Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người

sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệ vận hành và bảo dưỡng OSS Phân hệ trạmgốc BSS bao gồm:

- BSC (Base Station Controler): Bộ điều khiển trạm gốc

- BTS (Base Transceiver Station): Trạm thu phát gốc BSS thực hiện nhiệm vụ giám sát các đường ghép nối vô tuyến, liên kết kênh vô tuyến với máy phát và quản lý cấu hình của các kênh này Đó là:

- Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đường ghép nối (Frequency Hopping) và

sự thay đổi công suất phát vô tuyến

- Thực hiện mã hóa kênh và tín hiệu thoại số, phối hợp tốc độ truyền thông tin

- Quản lý quá trình Handover

- Thực hiện bảo mật vô tuyến.

Trạm thu phát gốc BTS:

Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu tín hiệu sóng vô tuyến, anten, bộ phận mã hóa

và giải mã giao tiếp với BSC và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder and RateAdapter Unit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ) Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64 Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt cách xaBTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt giữa BSC và MSC

BTS có các chức năng sau:

- Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến

- Quản lý giao thức cho liên kết số liệu giữa MS và BSC

- Vận hành và bảo dưỡng trạm BTS

- Cung cấp các thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp A-bis

Bộ điều khiển trạm gốc BSC:

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ

xa BTS và MS Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (Handover) Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia nối với MSC của SS Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể Một BSC có thể quản lý vài chục BTS tuỳ theo lưu lượng các BTS này Giao diện giữa BSC

và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS là giao diện A-bis

Nhân viên khai thác có thể từ trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC nạp phần mềm mới và dữ liệu xuống BSC, thực hiện một số chức năng khai thác và bảo dưỡng, hiển thị cấu hình của BSC

BSC có thể thu thập số liệu đo từ BTS và BIE (Base Station Interface Equipment: Thiết bị giao diện trạm gốc), lưu trữ chúng trong bộ nhớ và cung cấp chúng cho OMC theo yêu cầu

* Hệ thống chuyển mạch.

Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC.

Trong SS, chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện Nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM Một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác nó giao tiếp với mạng ngoài

MSC thực hiện cung cấp các dịch vụ của mạng cho thuê bao, chứa dữ liệu và thực hiện các quá trinh chuyển giao cuộc gọi (Handover) Ngoài ra MSC còn làm nhiệm vụ phát tin tức báo hiệu ra các giao diện ngoại vi

Bộ ghi định vị thường trú HLR.

Là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của hệ thống thông tin di động GSM HLR lưu trữ các số liệu và địa chỉ nhận dạng cũng như các thông số nhận thực của thuê bao trong mạng các thông tin lưu trữ trong HLR gồm: khóa nhận dạng thuê bao IMSI, MSISDN, VLR hiện thời, trạng thái thuê bao, khóa nhận thực và chức năng nhận thực, số lưu động tram di động MSRN

HLR chứa những cơ sở dữ liệu bậc cao của tất cả các thuê bao trong mạng GSM Những dữ liệu này được truy nhập từ xa bởi các MSC và VLR của mạng

HLR lưu giữ các dịch vụ mà thê bao đăng kí, lưu giữ số liệu động về vùng mà ở đó đang chứa thuê bao của nó

Bộ ghi định vị tạm trú VLR.

VLR là cơ sở dữ liệu thứ 2 trong mạng GSM Nó được nối với một hay nhiều MSC

và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao hiện đang nằm trong vùng phuc vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR Các chức năng của VLR thường được liên kết với các chức năng của MSC

Trung tâm nhận thực AuC.

AuC quản lí các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên một khóa nhận dạng bí mật Ki để đảm bảo an toàn số liệu cho các thuê bao được phép Khóa này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ ở MS Bộ nhớ này có dạng Simcard có thể rút ra và cắm lại được AuC có thể được đặt trong HLR hoặc MSC hoặc độc lập với cả hai

Bộ đăng kí nhận dạng thiết bị EIR.

Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến phần thiết bị di động ME của trạm di động MS EIR được nối với MSC thông qua đường báo hiệu để kiển tra sự được phép của thiết bị bằng cách so sánh các tham số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI (International Mobile Equipment Identity) của thê bao gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu giữtrong EIR phòng trường hợp đây là những thiết bị đầu cuối bị đánh cắp, nếu so sánh không đúng thì thiết bị không thể truy nhập vào mạng được.

PSTN: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng.

CHƯƠNG III CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CẤP LÊN GPRS CHO MẠNG GSM VIỆT

NAM.

I Kiến trúc mạng GPRS.

- GPRS được phát triển trên cơ sở mạng GSM sẵn có Các phần tử của mạng GSM chỉ cần nâng cấp về phần mềm, ngoại trừ BSC phải nâng cấp phần cứng GSM lúc đầu được thiết kế cho chuyển mạch kênh nên việc đưa dịch vụ chuyển mạch gói vào mạng đòihỏi phải bổ sung thêm thiết bị mới Hai node được thêm vào để làm nhiệm vụ quản lý chuyển mạch gói là node hỗ trợ GPRS dịch vụ (SGSN) và node hỗ trợ GPRS cổng

(GGSN), cả hai node được gọi chung là các node GSN Node hỗ trợ GPRS dịch vụ

(SGSN) và node hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) thực hiện thu và phát các gói số liệu giữa các

MS và các thiết bị đầu cuối số liệu cố định của mạng số liệu công cộng (PDN) GSN còn cho phép thu phát các gói số liệu đến các MS ở các mạng thông tin di động GSM khác

Hì nh 4 Cấu trúc mạng GPRS