Con đường tiến lên 5g của các mạng gsm việt nam

Xu hớng phát triển của thông tin di động

Xu hớng phát triển của thông tin di động trên thế giới

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhất là trong lĩnh vực điện tử, tin học đã làm cho lĩnh vực viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng Trong đó có lĩnh vực thông tin di động Từ những năm 1990, khi hệ thống thông tin di động GSM đợc đa vào khai thác trên thế giới, với thiết kế ban đầu chủ yếu là cho thoại với hỗ trợ rất ít về dịch vụ số liệu Chỉ hỗ trợ thoại và các dịch vụ số liệu tốc độ thấp, nh là SMS, Fax, và các dịch vụ số liệu có tốc độ dới 9.6 Kb/s vì tốc độ truyền cao nhất của GSM chỉ là 9.6 Kb/s Tuy nhiên, sự phát triển của kinh tế, xã hội đã yêu cầu các dịch vụ mới không chỉ ngoài thoại thông thờng hay SMS mà cần các dịch vụ mới với tốc độ lớn hơn và thậm chí lớn hơn rất nhiều nh các dịch vụ: thoại có hình, ảnh chất lợng cao, ảnh động, Video trực tuyến, truyền hình trực tuyến, hội thảo truyền hình, chuyển vùng giữa các mạng khác nhau trong một quốc gia và các mạng của các nớc trong khu vực và trên thế giới, … Cho nên hiện nay nhiều n.

Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tại nhiều khu vực trên thế giới đã phát triển rất nhanh và hiện nay đã đạt đến độ bão hòa nh: các khu vực Châu Âu, Bắc Mỹ, Châu úc và các nớc Châu á, … Cho nên hiện nay nhiều n Tại các khu vực này tỷ lệ máy di động đã đạt khoảng 60% đến 80% số dân.

Trong cuộc cạnh tranh khắc nghiệt ấy thì việc thu hút thêm thuê bao mới là rất khó khăn, thì các nhà khai thác mạng phải tạo ra các dịch vụ mới để thu hút khách hàng và tạo thêm doanh thu là một hớng đi duy nhất Ngày nay các dịch vụ mới mà thuê bao có nhu cầu nh: hội thảo truyền hình, truyền hình trực tuyến, truyền ảnh động, phim ảnh, ca nhạc, … Cho nên hiện nay nhiều n Các dịch vụ này đều dựa trên công nghệ chuyển mạch gói Để làm đợc điều này thì mạng phải chuyển sang mạng chuyển mạch gói Để phục vụ cho mình các nhà khai thác đã hỗ trợ các nhà khoa học trong việc đa ra các mạng mới hoạt động trên các tiêu chuẩn khác nhau.

Ngoài mục đích là tạo ra các dịch vụ mới, thì các nhà khai thác hớng tới một mạng toàn cầu Do mạng thế hệ 2 có nhiều tiêu chuẩn khác nhau vì vậy không thể có một tiêu chuẩn cho tất cả các nhà khai thác khác nhau Để h- ớng tới mạng di động toàn cầu thì tổ chức thế giới chấp nhận hai tiêu chuẩn kỹ thuật là cdma2000 và WCDMA.

Hai tiêu chuẩn trên là hai tiêu chuẩn của mạng 3G, ngoài ra còn một số kỹ thuật mới đợc đa ra nhằm nâng cấp mạng 2G lên 2.5G cho phù hợp với các nhà khai thác khác nhau cha cần lên 3G nh: GPRS, EDGE nhằm nâng cao tốc độ truy cập mạng và tạo cơ sở hạ tầng cho mạng lõi IP để tiến lên 3G sau này.

Thông tin di động thế hệ thứ ba, theo lý thuyết sẽ đợc xây dựng vào năm 2000 và khoảng giữa 2001 là đa vào khai thác Nhng hiện nay chỉ có một số ít mạng 3G đợc xây dựng, chủ yếu ở những nơi phát triển nh: Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, và một số nớc khác.

Thị phần của các hệ thống 3G cha đợc là bao, các nhà khai thác ở một số nơi vẫn cha phát triển một mạng mới 3G mà họ vẫn khai thác mạng cũ hoặc nâng cấp mạng cũ lên với tốc độ lên một mức có thể cung cấp các dịch vụ hiện tại cũng nh các dịch vụ mới trong thời gian ngắn Việc phát triển lên một mạng mới 3G là điều không thể tránh khỏi của xu hớng phát triển hội nhập.Tuy nhiên, phát triển lên vào lúc nào với công nghệ gì thì đó là một bài toán kinh tế phức tạp không thể có lời giải chung, mà phải phụ thuộc vào sự phát triển của khu vực, sự phát triển của quốc gia cũng nh sự phát triển thuê bao và những dịch vụ mà thuê bao đòi hỏi tại từng khu vực, từng quốc gia.

Xu hớng phát triển của thông tin di động Việt Nam

Là một nớc đang trên đà phát triển, sự phát triển nhanh chóng, sự hội nhập kinh tế quốc tế đã thúc đẩy Việt Nam ngày càng phát triển Cùng với sự phát triển đó là nhu cầu về thông tin ngày càng lớn Trong đó có lĩnh vực thông tin di động Trớc kia chỉ có hai mạng thông tin di động là VMS/MobiFone và VinaPhone Nhng từ năm 2000 trở lại đây, do chính sách mở rộng cửa thị trờng viễn thông cho t nhân và nớc ngoài đã có một số nhà đâu t đầu t vào lĩnh vực thông tin di động Kết quả là ngày 1/7/2003 mạng điện thoại di động SFone bắt đầu hoạt động, SFone sử dụng công nghệ cdma2000-1X, và tháng 10 năm 2004 mạng Viettel Mobile sử dụng công nghệ GSM/GPRS nh hai mạng VMS/MobiFone và VinaPhone đã chính thức đi vào hoạt động, và mới đây mạng thông tin mới sử dụng công nghệ cdma2000-3X của Ha Noi Telecom hợp tác với tập đoàn viễn thông Hutchison Telecommunication của Luxembuarg đã đi vào hoạt động cung cấp tại Hà nội, Sài gòn và một số tỉnh khác nh Đồng nai và một số tỉnh thành phía nam dịch vụ VoIP 172 và sẽ dự định đa vào khác thác dịch vụ điện thoại di động vào tháng 10/2005 Ngoài ra còn có công ty Viễn thông Điện Lực đã hoạt động nhng trớc mắt chỉ cung cấp điện thoại di động nội vùng tại một số tỉnh chủ yếu phục vụ riêng cho ngành, nhng mạng đang triển khai điện thoại di động toàn quốc và sẽ khai thác trong năm 2005.

Thị trờng viễn thông Việt Nam hiện nay là một thì trờng màu mỡ cho các doanh nghiệp viễn thông Vì Việt Nam là một nớc đang phát triển, số máy điện thoại trên số dân chỉ chiếm hơn 10% nếu tính cả thuê bao cố định còn nếu chỉ kể thuê bao di động thì chỉ khoảng 5% dân số Với dân số là 80,000,000 d©n.

Tuy nhiên hiện nay tại Việt Nam nhu câu chủ yếu của các thuê bao thì thoại vẫn là chủ yếu nó chiếm đến 80 đến 90% lu lợng Phần còn lại là nhu cầu dịch vụ số liệu tốc độ thấp và trung bình Cho nên tính tới thời điểm hiện tại 1/2005 thì tại Việt Nam cha có một mạng 3G nào cả Hai đại gia trong làng di động Việt Nam là: VMS/MobiFone và VinaPhone đã đợc xây dựng từ những năm 1990 đang nâng cấp lên 2.5G dùng GPRS, thì trong số các mạng mới đợc xây dựng mới thì chỉ duy nhất có một mạng mới tiến thẳng lên 3G (HTC dùng cdma2000-X, hiện nay vẫn đang trong quá trình xây dựng mạng.

Dự định tới ngày 31/7/2005 sẽ thử nghiệm và bắt đầu chính thức cung cấp dịch vụ vào khoảng tháng 10/2005, còn các mạng khác đều xây dựng mạng mới ở 2.5G (SFone dùng cdma2000-1X, Viettel Mobile dùng GSM/GPRS).

Lý giải cho sự chậm trễ tiến lên 3G của các doanh nghiệp viễn thông Việt Nam là do tình hình của Việt Nam: Để sử dụng hiệu quả mạng 3G thì hai yêu cầu lớn là: một là tỷ lệ máy di động đã đạt đến một mức cao coi nh bão hòa, hai là yêu cầu về dịch vụ số liệu lớn hơn yêu cầu về thoại Đối chiếu với tình hình Việt Nam thì tỷ lệ máy quá thấp và nhu cầu chủ yếu của thuê bao vẫn là thoại Nhu cầu về dịch vụ số liệu gói có nhng ở mức độ thấp và tốc độ yêu cầu là thấp hoặc trung bình Với những lý do này nên các nhà khai thác hiện có (cũ) cha cần tiến lên 3G mà họ tiếp tục khai thác mạng hiện có và chỉ cần nâng cấp lên 2.5G nhờ công nghệ GPRS tại một số thành phố lớn để cung cấp dịch vụ số liệu gói cho khách hàng là đợc Còn các nhà khai thác mới (nhà khai thác triễn khai trên vùng trắng) thì chỉ cần xây dựng một mạng ở 2.5G là đủ, nh vậy sẽ tiết kiệm đợc rất nhiều trong việc mua thiết bị cũng nh vận hành mạng.

Nh vậy, đến lúc này có thể khẳng định con đờng tiến lên 3G của Việt Nam đầy chông gai và phải quá độ qua giai đoạn trung gian Có thể đây cũng là một thuận lợi cho các mạng tại Việt Nam vì việc nâng cấp mạng sao cho mạng chủ yếu hoạt động thoại ở 2G và cả 2.5G còn dịch vụ số liệu hoạt động ở 2.5G thì chỉ cần nâng cấp mạng tại các thành phố lớn với chi phí hợp lý Với việc nâng cấp này thì nhà khai thác có thể có một số thuận lợi sau:

 Khai thác hết thời gian khấu hao của thiết bị 2G.

 Phần thiết bị nâng cấp do hoạt động ở giao thức IP nên tiếp tục đợc sử dụng lại ở mạng 3G

 Với sự phát triển của khoa học công nghệ thì mỗi năm giá của thiết bị có thể giảm tới 10% nên nhà khai thác sẽ tiết kiệm đợc phần mua thiết bị.

 Giá thiết bị đầu cuối khi đó cũng giảm nhiều và tất cả các thuê bao sẽ chấp nhận đợc.

 Tạm thời giá thiết bị đầu cuối 2 chế độ GSM/GPRS còn cao thì những ngời ở thành phố lớn có nhu cầu sử dụng các dịch vụ mới có khả năng chấp nhận đợc.

Nh vậy ta thấy những nhà khai thác mới có hai khả năng một là xây dựng mạng mới tiến thẳng lên 3G hoặc qua giai đoạn trung gian 2.5G tùy thuộc vào vào bài toán các nhà khai thác đa ra Mỗi một mạng mới có một u, nhợc điểm riêng, với mạng 3G thì không phải xây dựng lại trong những năm tiếp theo nhng việc thu hút thuê bao là rất khó và chỉ hoạt động tốt ở những thành phố lớn, còn tại các nơi mà nhu cầu chủ yếu là thoại thì mạng hoạt động không hiệu quả do chi phí vận hành lớn Còn mạng 2.5G thì phải xây dựng lại mạng khi tiến lên 3G chỉ sử dụng lại các mạng đờng trục IP mà thôi, nhng lại có u thế trong việc thu hút thuê bao vì mạng có thể hoạt động ở 2G và 2.5G nh vậy với thuê bao không có khả năng tài chính thì chỉ cần máy di động 2G phục vụ cho thoại và SMS là chủ yếu còn những thuê bao có khả năng tài chính và có nhu cầu sử dụng các dịch vụ số liệu tốc độ cao thì đầu t máy di động hai chế độ 2G và 2.5G Mà đa số các đối tợng này lại tập trung ở các thành phố lớn.

Việc tiến lên 3G đối với các mạng cũ nh VMS/MobiFone và VinaPhone tuy gọi là cũ nhng thời gian hoạt động của chúng còn lâu mới hết thời gian hỏng của thiết bị điện tử Theo tính toán thì thiết bị hoạt động liên tục trong khoảng 25 năm thì hỏng, vậy các mạng vẫn hoạt động tốt khoảng chừng 10 đến 15 năm nữa Vậy để thu hút các thuê bao mới có nhu cầu dịch vụ số liệu tốc độ cao, cũng nh các khách hàng mới thì việc nâng cấp mạng cũ của mình lên 2.5G sẽ đợc coi là giải pháp kinh tế nhất, và cũng phù hợp với tình hình Việt Nam giai đoạn này nhất, bởi nhu cầu chủ yếu của chúng ta vẫn là thoại chỉ một số nhỏ có nhu cầu các dịch vụ mới: dịch vụ số liệu tốc độ cao. Thì phơng án nâng cấp lên 2.5G so với các phơng án bỏ mạng cũ xây dựng mạng 3G mới hay xây dựng một mạng 3G mới song song là tối u nhất.

Với tình hình thuê bao thoại là chủ yếu, để cung cấp khách hàng vào các dịch vụ số liệu thì các nhà khai thác nên tập trung vào nghiên cứu đa ra các dịch vụ mới có tính thực tiễn và có khả năng thu hút khách hàng và cũng tạo ra bớc phát triển trong các dịch vụ gia tăng để tạo tiền đề về các dịch vụ số liệu mới cho việc khai thác triệt để khả năng của mạng 3G sau này.

Các nhợc điểm của hệ thống thông tin di động GSM

Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (GMS: Gobal System for Mobile Communications) đợc đa vào khai thác trong những năm đầu của những năm 1990 Đúng nh tên gọi của nó, hệ thống GSM đã nhanh chóng trở thành hệ thống thông tin di động toàn cầu với tỷ lệ chiếm khoảng hơn 80% số thuê bao di động trên toàn cầu Và nó đã phục vụ hữu ích cho con ngời hơn 10 n¨m qua

Thế nhng với thiết kế ban đầu chỉ cho thoại nên khả năng hỗ trợ các dịch vụ phi thoại của nó rất kém Do tốc độ tối đa của nó chỉ đạt 9.6 Kb/s Và thực hiện chuyển mạch theo chuyển mạch kênh Điều này có nghĩa là nó không phù hợp với các dịch vụ mới yêu cầu tốc độ cao hơn nhiều lần (ví dụ nh dịch vụ thoại có hình, truyền hình hội nghị, ảnh chất lợng cao, ảnh động, video trực tuyến… Cho nên hiện nay nhiều n.), do chuyển mạch theo chuyển mạch kênh nên cớc phí với các dịch vụ mới là không phù hợp, có thể một số dịch vụ không cần tới một kênh lu lợng nhng vẫn phải truyền trên một kênh lu lợng nên phải chịu cớc phí cao, hay thời gian đợc tính từ khi kết nối nên trong lúc sử dụng dịch vụ có những khoảng thời gian không truyền dữ liệu khách hàng vẫn phải chịu cớc phí nên đã làm cho chính sách cớc phí không phù hợp và cũng đẩy cớc phí lên cao làm mất tính hấp dẫn đối với khách hàng

Một số nhợc điểm của GSM:

 Thuê bao phải dùng mạng PSTN nh là một mạng chuyển tiếp.

 Thuê bao phải trả cớc phí cho kết nối chuyển mạch kênh.

 Không có liên kết SMS - Internet, dịch vụ SMS hạn chế (160 ký tù).

 Các nhà cung cấp PLMN không thể cung cấp trực tiếp các dịch vô truy cËp Internet.

 Khả năng quản lý không hiệu quả do mỗi thuê bao cần có một kênh lu lợng trong suốt quá trình kết nối.

Với những nhợc điểm kể trên, các dịch vụ dữ liệu di động sẽ không có khả năng tung ra thị trờng hàng loạt Ngày nay, sự phát triển không ngừng của điện thoại di động cũng nh các thuê bao Internet đã hứa hẹn một tiềm năng to lớn đối với thị trờng dịch vụ dữ liệu không dây tế bào Trong tơng lai không xa, yêu cầu đối với các dịch vụ dữ liệu sẽ trở nên rộng khắp Đặc biệt các thuê bao sẽ truy cập mạng Internet không dây tốc độ cao Do vậy, các dịch vụ dữ liệu tế bào hiện tại không đủ đáp ứng cho các nhu cầu của các thuê bao.

Điều kiện và các bớc triển khai thông tin di động 3G trên thế giới

Điều kiện triển khai hệ thống thông tin di động 3G

I.1 Yêu cầu về hệ thống thông tin di động 3G của ITU

Khác với các dịch vụ đợc cung cấp bởi những hệ thống thông tin di động hiện nay chủ yếu là thoại, hệ thống 3G nhằm vào các dịch vụ băng rộng nh truy nhập Internet tốc độ cao, truyền hình, ảnh và ảnh động, thoại có chất lợng cao tơng đơng mạng hữu tuyến, … Cho nên hiện nay nhiều n Có thể nói rằng, khái niệm IMT-2000 (trớc đây gọi là FPMLTS) đợc ITU đa ra theo mô hình từ trên xuống Trớc tiên, các yêu cầu về dịch vụ và chất lợng đợc đa ra, sau đó các tổ chức chuyển hoá và các nhà công nghiệp, khai thác sẽ tiến tới thiết kế mạng đáp ứng các yêu cầu này.

Một số yêu cầu chính về IMT-2000 đợc ITU đề ra nh sau:

 Tốc độ truyền dữ liệu cao 144kbps hoặc 384kbps cho vùng phủ rộng ngoài trời và 2Mbps cho vùng phủ hẹp trong nhà.

 Chất lợng thoại tơng đơng mạng hữu tuyến.

 Hỗ trợ cả dịch vụ chuyển mạch kênh và gói, truyền dữ liệu không đối xứng.

 Có thể cung cấp cả dịch vụ di động và cố định.

 Có khả năng chuyển vùng quốc gia và quốc tế, hỗ trợ cấu trúc Cell nhiÒu líp.

 Cơ cấu tính cớc mới theo dung lợng truyền thay cho thời gian nh hiện nay.

ITU -R đã phát triển bộ chỉ tiêu kỹ thuật IMT-2000 IMT-2000 đợc tạo ra nhằm thoả mãn việc phát triển các tiêu chuẩn cho phép thiết lập một cơ sở hạ tầng thông tin vô tuyến toàn cầu bao gồm các hệ thống mặt đất và vệ tinh và các truy nhập cố định và di động cho các mạng công cộng và cá nhân.

Các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) bao gồm GSM, IS-136, đa truy nhập phân kênh theo mã IS-95 (CDMA), và ở Nhật là hệ thống tế bào số PDC và hệ thống điện thoại cầm tay cá nhân (PHS) GSM là tiêu chuẩn vô tuyến di động đợc sử dụng rộng rãi nhất trên toàn thế giới Các hệ thống 2G bị hạn chế về tốc độ số liệu cực đại Nói một cách khác, số ngời sử dụng di động sẽ tăng đáng kể sau năm 2000 Theo UMTS forum, vào năm 2010, ở Châu Âu có khoảng 60% lu lợng đợc dùng cho các ứng dụng đa phơng tiện Sự phát triển t- ơng tự về lu lợng số liệu di động cũng đợc trông đợi trên thế giới, với tốc độ phát triển 1 năm khoảng từ 60% đến 70% trong vòng 5 năm tiếp theo, bắt đầu từ 3 triệu ngời sử dụng dịch vụ số liệu năm 2000 lên khoảng 77 triệu ngời sử dụng dịch vụ số liệu trong năm 2005.

Các dịch vụ tiên tiến hơn so với các dịch vụ tốc độ dữ liệu thấp và thoại hiện tại đợc dự đoán và sẽ cùng với ba nguyên tắc theo ba dạng cơ bản sau:

 Số liệu máy tính: Truy nhập Internet, e-mail, truyền hình ảnh thời gian thực, truyền văn bản đa phơng tiện và tính toán di động.

 Viễn thông: Hội thảo video, di động, GSM, và dịch vụ tích hợp của các mạng số, điện thoại video và các dịch vụ số liệu băng réng.

 Nghe nhìn: Các dịch vụ video tơng tác với nhau, báo điện tử, mua hàng từ xa, các dịch vụ Internet gia tăng giá trị, truyền hình và phát thanh.

Hiệp hội GSM, tổ chức của nhà khai thác GSM, đang thấy có sự bất đối xứng lớn giữa nhu cầu truyền số liệu của đờng lên và đờng xuống (ví dụ: truy cập internet) và đòi hỏi dung lợng đờng xuống phải cao hơn nhiều.

Sự chuyển đổi từ 2G lên 3G sẽ không xẩy ra trong một thời gian ngắn. IMT-2000 là một bớc quan trọng cho phép hoà trộn các công nghệ truy nhập di động vô tuyến mới với các công nghệ truy nhập cố định và vô tuyến hiện có Với đặc tính kỹ thuật này, các nớc đã và đang phát triển trên thế giới có thể phân phát một độ rộng băng thông cho các dịch vụ Internet, số liệu, thoại một cách hiệu quả nhất.

Với việc đa ra khái niệm họ IMT-2000 của hệ thống, sự phát triển các tiêu chuẩn và các dữ liệu kỹ thuật IMT-2000 đã đợc xây dựng thông qua một số tổ chức quốc tế, cũng nh các tổ chức địa phơng và quốc gia, các hội thảo tiêu chuẩn ITU-R và ITU-T đã tạo ra một khung chung cho các chỉ tiêu giao diện mạng và vô tuyến của IMT- 2000, chủ yếu cho phép sự tơng tác lẫn nhau giữa các hệ thống thành viên họ IMT-2000 Các dự án thành viên thế hệ thứ 3

Hình vẽ I.1 Thị phần thuê bao thông tin di động 2G

(3GPPs) và các tổ chức phát triển tiêu chuẩn (SDOs) đã hội thảo về các chỉ tiêu kỹ thuật cho các thành viên họ cá nhân.

Các nhà khai thác mạng và các nhà cung cấp dịch vụ muốn triển khai hệ thống IMT-2000 cần có định hớng hoặc hớng dẫn phát triển Định hớng phát triển đa ra chỉ dẫn về các tiêu chuẩn và chỉ tiêu kỹ thuật IMT-2000 chính, và đa ra cho các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà khai thác mạng trên toàn thế giíi híng ®i triÓn khai 3G.

Trong các hệ thống 3G các nhu cầu dịch vụ khác nhau này sẽ đợc hỗ trợ theo cách hiệu quả, bằng sự kết hợp bộ lọc song công phân chia thời gian và phân chia tần số (FDD và TDD) Mode FDD hỗ trợ phủ sóng vùng rộng chủ yếu cho các dịch vụ đối xứng, trong khi TDD đặc biệt phù hợp với các dịch vụ bất đối xứng.

Phân tích cơ sở từ những bớc đi của các nớc

Các hệ thống thông tin di động đợc triển khai rộng rãi trên thế giới hiện nay là các hệ thống thế hệ hai (2G) với những u điểm của kỹ thuật nén và mã hoá số Tiêu chuẩn 2G đợc thiết lập chỉ nhằm hỗ trợ dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độ thấp Các kỹ thuật đa truy nhập TDMA, CDMA và FDMA đợc sử dụng trong các hệ thống 2G Bốn tiêu chuẩn Celllular 2G chính hiện nay là: TDMA IS-136, GSM, PDC và cdmaOne (CDMA IS-95).

Hiện nay, trong khoảng gần 1.5 tỷ thuê bao di động trên toàn thế giới, GSM chiếm thị phần nhiều nhất 69%, tiếp đến là cdmaOne15% và IS-136 TDMA 11% Đứng cuối cùng là PDC, chiếm 5%, tuy nhiên Nhật đã quyết định không nâng cấp PDC tới 3G mà sẽ triển khai mới công nghệ UMTS/IMT- 2000.

Có thể tóm tắt một số yêu cầu chính đòi hỏi triển khai hệ thống thông tin di động 3G mới, đó là yêu cầu về các dịch vụ dữ liệu mới cố độ cao, đặc biệt là truy nhập internet và yêu cầu về dung lợng lớn trong các vùng đô thị. Sau đây, chúng ta hãy xem xét điều kiện cụ thể của mỗi nớc và khu vực.

II.1 Nhật bản ở Nhật hệ thống di động Cellular PDC đã đợc xây dựng từ năm 1991.

Hệ thống PDC dựa trên công nghệ TDMA có 3 khe thời gian trong mỗi sóng mang, giống nh IS-S4 Độ rộng kênh là 23kHz với độ rộng khoảng cách đủ để thoả mãn việc chuyển đổi từ tơng tự sang số Tốc độ báo hiệu RF là 42kbps và dùng điều chế /4 -DQPSK Đặc điểm chính của PDC là chuyển Cell có sự hỗ trợ của máy di động để sử dụng hiệu quả phổ tần trong các Cell nhỏ Bộ mã thoại VSELP toàn tốc ở 6,7kbps (11,2kbps có mã sửa lỗi) Bộ mã thoại bán tốc độ CELD 5,6kbps cũng đã đợc chuẩn hoá và đa ra.

PDC đợc phân bố tổng số 80MHz phổ tần Băng tần cho đờng lên và đ- ờng xuống là 810MHz-826MHz với 940-956MHz, và 1429-1453MHz với 1477-1501MHz Nhờ phân tập anten nên tỷ số S/I yêu cầu đợc giảm đi, cho phép dùng hệ số tái sử dụng tần số là 4 Hệ thống hỗ trợ fax nhóm 3 (2,4kbps) và truyền dẫn modem 4,8kbps với MNP loại 4 nhờ một bộ phối hợp để đạt đợc chất lợng truyền dẫn cần thiết.

Hệ thống I-Mode dựa trên công nghệ chuyển mạch gói ở Nhật đang đ- ợc khai thác và hoạt động tốt cho thấy sự thành công của việc cung cấp các dịch vụ dữ liệu băng hẹp và truy nhập internet tốc độ thấp cho thuê bao di động Đã có hàng chục triệu thuê bao I-Mode đợc cung cấp các dịch vụ chính nh giao dịch thơng mại (giao dịch đảm bảo an toàn, nghiệp vụ ngân hàng, … Cho nên hiện nay nhiều n), cung cấp thông tin (thời sự, chứng khoán, … Cho nên hiện nay nhiều n), cơ sở dữ liệu (trang vàng điện thoại, hớng dẫn về các nhà hàng, … Cho nên hiện nay nhiều n), và các trò chơi giải trí Đến cuối 1999, đã có 591 đối tác tham gia cung cấp ứng dụng trên tổn số 1000 trang truy nhập chính thức Số trang web dùng cho I-Mode là 18.700 trong đó có tới 20 trang tìm kiếm thông tin Các dịch vụ phổ dụng nhất là giải trí (41%), e-mail (21%) và giao dịch ngân hàng (16%).

Cớc thông tin trong I-Mode đợc tính theo số gói tin và miễn phí đăng ký thuê bao Từ hệ thống này nhiều kinh nghiệm đã đợc rút ra cho việc triển khai 2,5G và 3G.

Tuy nhiên nhận rõ nhợc điểm của việc một mình triển khai PDC,không phát triển đợc thị trờng ra nớc ngoài, Nhật Bản đã phối hợp với Châu

KDDI (CDMA 1xEV-DO) T-Mobile Germany TIM

SFR Orange France Vodafone Spain Telefonica Moviles KPN Mobile

O2 Germany T-Mobile UK Vodafone UK Vodafone Omnitel Radiolija

O2 UK Vodafone Sweden TeliaSonera Sweden

Hình vẽ I.2 Tiến trình xây dựng mạng 3G của thế giới Âu để đề ra tiêu chuẩn 3G: WCDMA nhằm tiếp cận đợc một thị trờng rộng lớn một cách nhanh nhất NTT DoCoMo dẫn đầu thế giới trong việc nghiên cứu và triển khai 3G Vào cuối năm 2001 NTT DoCoMo đã triển khai thử nghiệm 3G ở một số đô thị chính của Nhật Đây là nớc đi tiên phong trong việc triển khai mạng 3G.

Tại Châu Âu, đã có các hệ thống GSM đợc triển khai thống nhất và rộng khắp Số lợng máy di động ở Châu Âu đã gần nh bão hoà Một số nớc tỷ lệ máy đạt 60-70% trên tổng số dân Nh vậy, có thể nói rằng điều kiện triển khai 3G ở Châu Âu cũng là do nhu cầu về dịch vụ truyền dữ liệu

Với rất nhiều nhà khai thác GSM hiện tại, các nhà khai thác 3G có thể chia làm hai loại Loại thứ nhất là các nhà khai thác hiện có đang khai thác mạng GSM Loại thứ hai là các nhà khai thác mới tham gia Châu Âu đã cho đấu thầu giấy phép khai thác 3G, mỗi nớc có trung bình khoảng 3 đến 4 nhà khai thác có đợc giấy phép với giá hàng tỷ đô la tuỳ theo thị trờng Với truyền thống chỉ thống nhất một công nghệ sử dụng trong toàn Châu Âu WCDMA của UMTS (IMT-2000) đã đợc nghiên cứu để triển khai Nhờ đó, Châu Âu có đợc thuận lợi cho việc kết nối với mạng lõi, tận dụng hạ tầng thông tin hiện có cũng nh tiện lợi cho việc quản lý và khai thác giữa các nhà khai thác 3G khác nhau

Thế nhng Châu âu lại cũng rất chậm chạp trong việc triển khai 3G,ngời Pháp đang ở tốp sau cùng, mà chậm nhất là Boygue Telecom.

Giống nh Châu Âu, Mỹ và Canada cũng có hai loại nhà khai thác 3G. Tuy nhiên, với chính sách cho phép tự do cạnh tranh hơn, nhiều công nghệ hơn đợc triển khai ở khu vực này Một số nhà khai thác trớc kia đã sử dụng các công nghệ TDMA/IS -136, IS-95 và GSM Cho đến nay, họ cha có con đ- ờng chuyển đổi rõ ràng tới 3G Những nhà khai thác sử dụng công nghệ CDMA/IS-95 đã đề ra con đờng chuyển đổi tới công nghệ thế hệ mới một cách rất rõ này Những công nghệ khác nhau này sẽ dẫn đến các con đờng đi để triển khai 3G rất khác nhau ở Mỹ và Canada.

Một khó khăn nữa là ở Mỹ, băng tần 2GHz giành cho IMT-2000 đã đ- ợc phân chia hết cho các hệ thống PCS Để triển khai 3G ở băng tần này, trớc tiên Mỹ cần tiến hành dọn dẹp băng tần.

II.4 Một số nớc khác trên thế giới

Ngoài Nhật, Châu Âu, Mỹ và Canada, Hàn Quốc, Mỹ La tinh và một số nớc phát triển ở Châu á sẽ là những vùng có khả năng triển khai 3G sớm trên thế giới.

Là một trờng hợp đợc đặc biệt quan tâm vì các nhà khai thác ở nớc này chấp nhận cả UMTS/IMT-2000 và 1xRTT cùng một lúc Một mặt, Korean Telecom và SK Telecom, trái với mong muốn của chính phủ Hàn Quốc, đã chấp thuận UMTS/IMT-2000 Mặt khác, SK telecom cũng đã triển khai 1xRTT Điều này là do sự liên quan ba mặt giữa các nhà khai thác, nhà sản xuất và chính phủ Hàn Quốc Các nhà sản xuất muốn các nhà khai thác chấp nhận cdma2000 (1xRTT) vì đây là công nghệ 3G duy nhất mà họ nắm đợc. Các nhà khai thác lại muốn dùng UMTS/IMT-2000 vì họ cho rằng đó là xu thế của tơng lai Chính phủ Hàn Quốc thì ủng hộ các nhà sản xuất để cứu vãn chính sách công nghiệp hiện đã bộc lộ yếu điểm và vấn đề việc làm đi kèm với nã.

Thị trờng điện thoại di động Hàn Quốc phát triển rất nhanh chóng. Nếu nh năm 1995 Hàn Quốc mới có 1.6 triệu thuê bao thì đầu năm 2004 đã là 33.6 triệu thuê bao Hiện nay thị trờng Hàn Quốc là hiện nay đã bão hòa, mật độ sử dụng điện thoại di động là 69.4% Đây là một tỷ lệ cao nhất tại Châu á nếu không tính tới một số nền kinh tế của các đảo quốc có số dân tơng đối nhỏ (Singapore, Hồng Kông, Ma cao và Đài Loan).

Hình I.3 Tăng tr ởng thuê bao di động ở Hàn Quốc

Điều kiện triển khai hệ thống thông tin toàn cầu 3G tại Việt Nam

Ngay sau khi hệ thống GSM ra đời 1990, Việt Nam đã bắt tay xây dựng mạng thông tin di động của mình theo tiêu chuẩn Châu âu (GSM), với hai nhà khai thác là VinaPhone do công ty khai thác viễn thông GPC thuộcVNPT điều hành và VMS/MobiFone do hợp tác với tập đoàn viễn thôngConvik của Thủy Điển đầu t theo hình thức BBC (hình thức hợp đồng hợp tác kinh doanh, khi đáo hạn hợp đồng tài sản còn lại thuộc về phía Việt Nam).Hai mạng này đa vào khai thác từ năm 1993, với từng ấy năm hai mạng đã phát triển lớn mạnh cả về số lợng thuê bao và mạng lới phủ sóng Tuy nhiên l- ợng thuê bao tăng trởng cha đợc cao Nhng số lợng thuê bao tăng trởng trong một vài năm gần đây đã phát triển nhanh Hiện nay Việt Nam với 6 mạng thông tin di động đang hoạt động, trong đó có 3 mạng theo tiêu chuẩn GSM

(VMS/MobiFone, VinaPhone và Viettel Mobile) và 2 mạng theo công nghệ cdma2000.1X (SFone và công ty viễn thông Điện Lực: ETC) và một mạng theo công nghệ 3G (cdma2000.3X) là HTC (HTC: Ha Noi Telecom hợp tác vói tập đoàn Hutchison Telecommunications của Lucxembuarg) sẽ chính thức đi vào hoạt động vào tháng 10/2005 Điều đó cho thấy thị trờng thông tin di động Việt Nam hứa hẹn sẽ là một thị trờng rất sôi động, bởi do số máy di động trên tổng số dân chỉ chiếm vài phần trăm, với số dân khoảng 80 triệu dân và nền kinh tế đang phát triển rất nhanh chóng thì đây là một thì trờng đầy tiềm năng cho các nhà khai thác Bằng chứng xác thực là đến 6/2005 thì hợp đồng giữa VMS/MobiFone với tập đoàn Comvik hết hạn và tập đoàn này đang xin tiếp tục khai thác mạng VMS/MobiFone, hay Siemens xin đầu t mở rộng mạng VinaPhone, đáng chú ý hơn cả là mới đây tháng 1/2005 Hutchison Whampoa mới đợc cấp giấy phép kinh doanh mạng CDMA với số vốn đầu t là

659 triệu USD với một mạng hiện đại nhất: 3G và chỉ trong thời gian ngắn từ năm 2003 đến nay đã có thêm 4 nhà khai thác mới thì ta có thể khẳng định rằng thị trờng viễn thông Việt Nam vẫn hết sức hấp dẫn

Viễn thông luôn có sức hấp dẫn lớn nh vậy vì vốn đầu t không quá lớn nh các ngành công nghiệp khác mà ngợc lại thì lợi nhuận thu lại rất cao và còn cao hơn nữa khi mạng 3G xuất hiện Mạng 3G với các dịch vụ số liệu gói sẽ là một nguồn thu vô tận cho các nhà khai thác Đứng trớc nguồn lợi khổng lồ này thì các nhà khai thác Việt Nam đang làm gì để khai thác đợc nó Thực ra, các nhà khai thác rất muốn nhanh chóng chuyển lên 3G để khai thác nguồn lợi lớn này, họ sẵn sàng đầu t lớn Và bằng chứng là đã có rất nhiều nhà khai thác đã khai thác các mạng 3G ở các nớc khác nhau Nh vậy, tại sao đến giờ này chúng ta vẫn cha có một mạng 3G nào? Có phải chúng ta chậm chân hơn thế giới? Và đến bao giờ chúng ta mới có mạng 3G để mang lại những dịch vụ Multimedia hết sức hấp dẫn kia cho các thuê bao Để tả lời cho các câu hỏi này, chúng ta xét qua tình hình phát triển của thông tin Việt Nam nói chung và thông tin di động Việt Nam nói riêng Mạng thông tin của chúng ta không phải lạc hậu, đi sau thế giới mà Việt Nam chúng ta hiện nay đang sở hữu một mạng thông tin hiện đại cụ thể chúng ta đã xây dựng mạng thông minh IN hay mạng thế hệ mới NGN mà ngay ở một số nớc Châu Âu vẫn cha có Chúng ta có các mạng di động theo chuẩn GSM hay CDMA 2000 không phải là lỗi thời.

Sở dĩ, chúng ta cha tiến hẳn lên mạng 3G trong thông tin di động là vì tỷ lệ máy di động của chúng ta còn quá thấp, theo số liệu thống kê đến nay 1/2005 thì chúng ta có khoảng 5triệu thuê bao di động/ 80triệu dân, nghĩa là tỷ lệ

6.25% một tỷ lệ quá thấp và dự đoán chúng ta sẽ phát triển nhanh thậm chí rất nhanh trong các năm tiếp theo Thêm vào đấy là nhu cầu về thoại hiện nay vẫn là chủ yếu và nó rất lớn so với nhu cầu về dịch vụ số liệu gói, các dịch vụ số liệu gói cao ở các thành phố lớn và chỉ ở tốc độ thấp hay trung bình là có thể cung cấp đợc Để tiến lên 3G thì khi số lợng thuê bao đã bão hòa và nhu cầu về số liệu là lớn hơn thoại Chúng ta cũng hy vọng trong một số năm tới yêu cầu về dịchvụ của chúng ta cũng tăng cao. ở Việt Nam hiện nay chỉ có duy nhất một mạng mới 3G sẽ hoạt động vào 7/2005 còn các mạng khác đều xây dựng mới ở 2.5G hay nâng cấp lên 2.5G nh là VMS/MobiFone và VinaPhone.

Ta có thể kết luận hiện nay việc chuyển lên ngay mạng 3G là còn quá sớm ở Việt Nam Các mạng hiện nay chỉ cần nâng cấp lên 2.5G cho thích hợp để sau một thời gian nữa (theo nhiều nghiên cứu thì khoảng năm 2010 là thích hợp hơn cả), điều kiện triển khai mạng mới sẽ chín muồi Việc làm trớc mắt hiện nay là tập trung vào việc nâng cấp tạo mạng lõi IP cho mạng sau này và nghiên cứu đa ra các dịch vụ số liệu mới có chất lợng để nâng cao tỷ lệ dịch vụ số liệu so với thoại Việc thành công trong các dịch vụ số liệu gói ở 2.5G là một tiền đề tốt đẹp hứa hẹn sẽ thành công trong mạng 3G, một mạng mà nguồn thu chủ yếu là các dịch vụ phi thoại.

Các phơng án chuyển đổi lên 3G

Các phơng án chuyển đổi

I.1 Phơng án chuyển đổi từ GSM tiến thẳng lên 3G

Với giải pháp này, tính tơng thích ngợc với GSM về các giao thức và giao diện mạng, ví dụ nh MAP, ISUP, v.v đợc đặt lên hàng đầu Mạng lõi sẽ hỗ trợ đồng thời các dịch vụ GSM và 3G, bao gồm chuyển Cell và chuyển vùng giữa hai hệ thống Giao diện vô tuyến 3G UMTS đợc kết nối tới mạng lõi GSM-UMTS bằng một giao diện mới Iu có thể sử dụng thiết bị của nhiều hãng khác nhau Giao thức truyền dẫn trong mạng vô tuyến mới và mạng lõi GSM- UMTS là ATM.

Trong trờng hợp này, có sự tách biệt rõ ràng giữa các dịch vụ do mạng truy nhập vô tuyến 3G cung cấp và các kênh vật lý để thực hiện các dịch vụ này Toàn bộ các chức năng mạng vô tuyến, ví dụ nh điều khiển quản lý tài nguyên đợc thực hiện trong nội bộ mạng truy nhập vô tuyến và hoàn toàn tách biệt với dịch vụ và các chức năng xử lý cho thuê bao thuộc mạng lõi 3G. Mạng lõi GSM-UMTS nh chỉ ra trên gồm có 3 phần chính:

 Mạng truy nhập vô tuyến 3G UTRAN.

 Phân hệ trạm gốc GSM BSS.

Giống nh mạng lõi GSM-GPRS, mạng lõi GSM-UMTS sẽ có hai phần khác nhau là 1 MSC chuyển mạch kênh và 1 nút hỗ trợ GPRS chuyển mạch gói GSN Điểm truy nhập mạng lõi cho kết nối chuyển mạch kênh là GSM MSC, còn cho kết nối gói là SGSN.

Các dịch vụ GSM (Bao gồm cả dịch vụ 2,5G) sẽ đợc thực hiện theo cách thông thờng Mạng lõi GSM-UMTS sẽ cung cấp các dịch vụ mới theo nguyên tắc GSM là HLR-MSC/VLR Các dịch vụ mới này đòi hỏi các chức năng dịch vụ mới bằng cách xây dựng thêm các khối để phát triển các ứng dông:

 Các dịch vụ mang do QoS xác định.

 Môi trờng máy di động MExE.

 Các dịch vụ thoại giá trị gia tăng TeleVAS.

Hình I.4 Phát triển 3G trong môi tr ờng GSM

GSM Radio Access imt-2000 Radio Access

Access to Information/ people (data, mutimedia)

 Bộ modul nhận thực thuê bao SIM tolkit.

 Các dịch vụ định vị.

 Các giao diện mở (API) cho các chức năng mạng.

 Các phần mềm ứng dụng có thể download.

 Các nút mạng IN/CAMEL và dịch vụ.

Ngoài các dịch vụ mới do bản thân mạng lõi GSM-UMTS cung cấp, nhiều dịch vụ và ứng dụng mới có thể triển khai nhờ mô hình chủ/khách bằng cách sử dụng 1 máy chủ thờng trú trong một mạng LAN bên ngoài mạng lõi GSM-UMTS.

IN cũng là một phơng án cung cấp khả năng vô tuyến liên mạng cho mạng lõi GSM-UMTS Hiện nay, CAMEL đã cung cấp cơ sở cho chức năng liên mạng GSM/IN Hạ tầng IN có thể dùng chung giữa các mạng cố định và di động, đồng thời hỗ trợ việc tích hợp các dịch vụ cố dịnh và di động khi triển khai 3G Vai trò của IN rất rõ đối với các dịch vụ hớng tới khách hàng và độc lập với mạng nh trong mạng VPN.

Trong cấu hình này, các nút dịch vụ và IN đóng vai trò bổ trợ IN thích hợp cho việc điều khiển đăng ký thuê bao và các dịch vụ nhóm Các nút dịch vụ có u điểm cho việc cung cấp các giao diện thuê bao, ví dụ nh các dịch vụ

N-ISDN: National ISDN HLR: Home Location Register UTRAN: UMTS Terrestial Radio Access Network

SGSN: Serving GPRS Support Node

GGSN: Gateway GPRS Support Node

Hình I.5 Cấu trúc chung của mạng lõi GSM-UMTS cá nhân, dịch vụ nhắn tin thờng dùng xử lý trong băng và cần mở rộng một vài mạng truy nhập. Để khai thác tốt các chức năng của mạng vô tuyến mới và đáp ứng yêu cầu tăng dung lợng thì ATM đợc sử dụng làm giao thức truyền tải trong nội bộ mạng UTRAN cũng nh tới mạng lõi GSM-UMTS Việc sử dụng kết hợp mạng truyền tải theo các Cell ATM, sử dụng mã hóa thoại tốc độ thay đổi, mã hóa kênh cải tiến và tăng lu lợng dữ liệu qua giao diện vô tuyến sẽ tiết kiệm đợc

50% chi phí truyền dẫn so với các giải pháp hiện tại ATM với lớp thích ứng

AAL2 mới đợc chuẩn hóa là giao thức truyền tải hiệu quả, tối u cho các dịch vụ thoại vốn rất nhạy với trễ và các dịch vụ dữ liệu gói.

Trong môi trờng triển khai các dịch vụ 3G là đa dịch vụ, đa nhà cung cấp và khai thác thì vấn đề quản lý mạng là hết sức quan trọng Sự phát triển l- u lợng dữ liệu gói đòi hỏi các phơng pháp và hệ thống tính cớc mới để hỗ trợ phát triển dịch vụ Yêu cầu chăm sóc khách hàng và chính sách giá đối với các nhà khai thác là quan trọng do động lực nhằm tới các yêu cầu sau:

 Cung cấp đợc các dịch vụ thông tin cá nhân phức tạp.

 Mở rộng thị trờng, khách hàng và phạm vi kinh doanh.

 Tách biệt vai trò của nhà cung cấp dịch vụ và khai thác mạng.

 Tính cớc một chặng cho nhiều loại dịch vụ khác nhau.

Các dịch vụ và chức năng 3G mới sẽ đòi hỏi các phơng pháp quản lý và khai thác mới Hiện nay, vấn đề đặt ra cho các nhà khai thác GSM là chiến lợc dịch vụ và qui hoạch phát triển mạng sao cho hiệu quả.

I.2 Phơng án chuyển đổi: GSM/GPRS/WCDMA (3G)

Pha tiếp theo khi triển khai số liệu tốc độ cao là phát triển tiếp các dịch vụ nhắn tin ngắn (SMS), ví dụ nh nhắn tin thông minh và các dịch vụ dữ liệu bổ trợ không có cấu trúc (USSD) nhằm đạt tới dịch vụ GPRS với tính chất là một loại dịch vụ dữ liệu gói sử dụng TCP/IP và X.25 để cung cấp tốc độ tới

115 Kb/s GPRS hiện đã đợc chuẩn hóa để hỗ trợ tối u cho nhiều loại ứng dụng Các dịch vụ GPRS sẽ giảm thời gian kết nối cuộc gọi và khai thác tối u tài nguyên vô tuyến GPRS sẽ cung cấp dịch vụ dữ liệu gói cho mạng GSM bằng cách phân bổ các khe thời gian trên giao diện vô tuyến để từ đó ghép kênh tạo luồng dữ liệu gói từ một vài thuê bao di động Đối với công nghệ D-AMPS (IS-136), ngời ta cũng chấp nhận bớc phát triển tơng tự bằng công nghệ GPRS Với các nhà khai thác mạng dự kiến kế hoạch cung cấp các dịch vụ đa phơng tiện băng rộng thì bớc chuyển đổi lên GPRS có ý nghĩa quan trọng, mặc dù đây chỉ là một bớc nhỏ so với việc xây dựng một mạng 3G IMT-2000 hoàn toàn mới Cấu trúc mạng GPRS cho các dịch vụ dữ liệu gói IS-136+, về kỹ thuật cho phép thuê bao có thể chuyển vùng với các mạng GSM toàn cầu, nếu các mạng này có hỗ trợ GPRS Tiêu chuẩn dịch vụ dữ liệu gói IS-136 đợc gọi là GPRS-136 GPRS-136 cung cấp cùng một khả năng giống GSM GPRS là mọi thuê bao có thể truy cập vào các mạng dữ liệu trên cơ sở X.25 và IP.

Hiện nay, GPRS cung cấp các phơng án mạng lõi để các nhà khai thác mạng GSM hiện tại không cần phải mở rộng mạng chuẩn bị cho các dịch vụ 3G, đồng thời nó cũng có các phơng án mạng lõi phục vụ cho việc phát triển mạng khai thác băng tần IMT-2000.

Về cơ bản GPRS nâng cấp các dịch vụ dữ liệu GSM bằng cách cung cấp các kết nối dữ liệu chuyển mạch gói từ đầu cuối tới đầu cuối Giải pháp này đặc biệt hiệu quả cho lu lợng Internet/Intranet do tính chất của các luồng dữ liệu này Cuộc gọi đợc thiết lập qua công nghệ GPRS là gần nh tức thời và các thuê bao trong chế độ này có thể luôn coi là trực tuyến Ngoài ra, các thuê bao GPRS có một lợi điểm rõ ràng là đợc tính cớc theo lợng dữ liệu truyền thực tế thay vì theo thời gian kết nối cuộc gọi nh trớc đây

GSM/GPRS/WCDMA con đờng duy nhất của GSM Việt Nam

Có rất nhiều lựa chọn cho phép nhà khai thác phát triển mạng GSM hiện có của mình.

Thế hệ thứ hai Nâng cấp thế hệ thứ hai (pha 2+) Thế hệ thứ ba

Hình vẽ I.5 Các con đ ờng phát triển từ thế hệ 2G lên 3G

Các nhà nghiên cứu Việt Nam không đánh giá cao việc phát triển EDGE ngang tầm một bớc bởi vì theo họ việc quy hoạch mạng vô tuyến GSM ở Việt Nam cha có tính hệ thống cao nên nếu triển khai EDGE sẽ làm phức tạp công tác quy hoạch và tối u vùng phủ Hơn nữa, khi Việt Nam có nhu cầu thực sự về các dịch vụ tốc độ lên đến 384 kbps thì lúc này các công nghệ 3G cũng đã chín muồi do đó lựa chọn công nghệ WCDMA sẽ thích hợp hơn. Ngoài ra, nếu lựa chọn triển khai EDGE thì sẽ xuất hiện các đầu cuối quá nhiều mode điều này là không thuận tiện với ngời sử dụng.

Tuy nhiên, GPRS là bớc triển khai làm thay đổi mạnh mẽ cấu trúc mạng thông tin di động với phần chuyển mạch gói trong mạng lõi IP phục vụ hiệu quả các dịch vụ dữ liệu đến tốc độ trung bình Để có thể cung cấp dịch vụ 3G một cách đầy đủ (tốc độ dữ liệu tới 2Mbps) thì việc triển khai hệ thống WCDMA mới là tất yếu. Để tiến lên giai đoạn 2.5G thông qua công nghệ GPRS thì điều kiện đặt ra là nhà khai thác đã phải có một mạng GSM rộng khắp Nhu cầu dịch vụ dữ liệu của thuê bao chủ yếu là các dịch vụ dữ liệu tốc động trung bình (tới

115 kbps) Hạ tầng mạng đã triển khai là rất lớn, nhà khai thác muốn tận dụng tối đa hạ tầng hiện có cho dịch vụ dữ liệu.

Về kỹ thuật, hệ thống mạng truy nhập của GSM đợc giữ nguyên và chỉ cần nâng cấp phần mềm Cụ thể BTS, BSC phải đợc nâng cấp phần mềm, MS phải có chức năng GPRS phân hệ mạng lõi đợc bổ xung thêm phần chuyển mạch gói với hai nút chính: nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) và nút hỗ trợ cồng GPRS (GGSN) Bằng cách này, với nâng cấp không đáng kể, hệ thống có thể cung cấp dịch vụ dữ liệu gói cho thuê bao di động rất thích hợp với các dịch vụ dữ liệu không đối xứng.

Thực tế, việc tăng tốc độ dữ liệu trên giao diện vô tuyến đòi hỏi thiết kế lại các phơng thức truyền dẫn vật lý, khuôn dạng khung, giao thức báo hiệu tại các giao diện mạng khác nhau Do vậy, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể về tốc độ dữ liệu để lựa chọn phơng án nâng cấp hệ thống nhằm tăng tốc độ dữ liệu trên các giao diện A-bis.

Nh vậy GPRS là một dịch vụ mang mới cho GSM nhằm cải thiện và đơn giản hóa truy cập không dây tới các mạng dữ liệu gói, ví dụ mạng Internet Nó áp dụng nguyên tắc vô tuyến gói để truyền các gói dữ liệu của ngời sử dụng một cách hiệu quả giữa trạm di động GSM và các mạng dữ liệu ngoài Các gói có thể đợc định tuyến trực tiếp từ máy di động có hỗ trợ GPRS tới các mạng chuyển mạch gói Các mạng dựa trên giao thức Internet và các mạng X.25 đều đợc phiên bản hiện tại của GPRS hỗ trợ.

GSM pha 2+ có hai mục đích chính:

 Mục đích thứ nhất l đạt đà đạt đ ợc tốc độ truyền dẫn cao hơn bằng cách kết hợp cá kênh và đa ra các kế hoạch mã hóa kênh mới

 Mục đích thứ hai là sử dụng các tài nguyên vô tuyến một cách hiệu quả hơn bằng cách sử dụng các gói thay vì các dịch vụ truyền dữ liệu sử dụng chuyển mạch kênh. Ưu điểm của GPRS là tốc độ dữ liệu cao hơn và thời gian truy nhập ngắn hơn GPRS đã khắc phục đợc các nhợc điểm chính của của thông tin chuyển mạch kênh bằng cách chia nhỏ thông tin thành các gói rồi truyền đi theo một trật tự nhất định và chỉ sử dụng các tài nguyên vô tuyến khi một ngời dùng thực sự cần thu hay phát Trong khoảng thời gian không có số liệu nào đ- ợc phát, kết nối tạm ngừng hoạt động nhng nó kết nối lại ngay khi có yêu cầu. Trong mạng GSM cũ, phải mất tới vài giây mới kết nối đợc và tốc độ bị giới hạn, chỉ lên tới 9.6 Kb/s là cao nhất Thử nghiệm về GPRS cho thấy thời gian thiết lập một phiên là dới một giây và tốc độ lên tới vài chục Kb/s

Ngoài ra, truyền gói GPRS đa ra cớc phí đúng hơn cho ngời sử dụng so với chuyển mạch kênh Trong các chuyển mạch kênh, cớc phí dựa trên khoảng thời gian kết nối Nó không phù hợp cho các dịch vụ có lu lợng gián đoạn. Ngời dùng phải trả cớc phí cho toàn bộ thời gian kết nối, thậm chí phải trả cho cả thời gian đợi khi không gửi bất kì một gói nào (ví dụ khi ngời dùng đang đọc một trang web chẳng hạn) Ngợc lại, với các dịch vụ chuyển mạch gói, c- ớc phí chỉ đợc tính dựa trên dung lợng dữ liệu truyền đi hay nhận về Ưu điểm cho ngời sử dụng là có thể có "online" trong một thời gian rất lâu nhng chỉ tính khi có một lợng dữ liệu truyền đi hay nhận về.

Thông qua việc sử dụng tài nguyên hiệu quả nh vậy, hàng trăm khách hàng có thể đồng thời chia sẻ một băng thông và đợc một Cell phục vụ Tốc độ truyền dữ liệu sẽ tăng cao do các kỹ thuật nén dữ liệu đợc mở rộng bằng cách kết hợp các kênh lu lợng và mã hóa kênh mới Tốc độ tối đa theo lý thuyết là 144 Kb/s với điều kiện toàn bộ 8 khe thời gian đều đợc dùng cùng một lúc, gấp 10 lần so với tốc độ cao nhất của hệ thống GSM hiện nay và gấp đôi tốc độ truy nhập Internet theo cách truyền thống.

Nh vậy, so với tình hình cụ thể của Việt nam thì công nghệ GPRS là h- ớng di đúng đắn nhất của các nhà khai thác.

Tóm lại, GPRS cải thiện đợc việc tận dụng các tài nguyên vô tuyến, đa ra sự tính cớc dựa trên dung lợng thông tin đợc truyền, tốc độ truyền dẫn cao hơn, thời gian truy nhập ngắn hơn và đơn giản hoá việc truy nhập vào mạng dữ liệu gói.

PhÇn II Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

Chơng I Cấu Trúc Hệ Thống GPRS

I Cấu trúc tổng thể mạng GPRS

Mạng GPRS đợc xây dựng trên cấu trúc mạng GSM hiện tại thông qua việc thêm vào hai nút mạng mới đó là:

 Nút hỗ trợ dịch vụ SGSN (Serving GPRS Support Node).

 Nút hỗ trợ cổng GGSN ( Gateway GPRS Support Node).

Nh vậy một mạng GPRS gồm các phần sau đây:

 Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN)

 Nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN)

 Trung tâm vận hành bảo dỡng GPRS (OMC-G)

 Máy điện thoại di động hỗ trợ GPRS.

Các giao diện mới đợc đa thêm vào mạng GSM PLMN để hỗ trợ dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS.

Giao diện Ga giữa SGSN với cổng tính cớc CGF

Giao diện Gb giữa SGSN với hệ thống trạm gốc BSS.

Giao diện Gc giữa GGSN với bộ định vị thờng trú VLR.

Giao diện Gd giữa SGSN với trung tâm hỗ trợ dịch vụ bản tin ngắn SMS.

Giao diện Gi giữa GGSN với mạng số liệu gói bên ngoài PDN.

Giao diện Gn giữa các nút GSNs trong cùng một mạng PLMN.

Giao diện Gp giữa các nút GSNs ở hai mạng PLMN khác nhau.

Giao diện Gr giữa SGSN với bộ đăng ký định vị thờng trú HLR.

Giao diện Gs giữa SGSN với trung tâm chuyển mạch MSC/VLR.

Giao diện Gf giữa SGSN với thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR.

Gi Gr Đ ờng truyền dữ liệu và báo hiệu Đ ờng truyền báo hiệu

Hình vẽ II.1 Cấu trúc mạng GPRS

Hệ thống GPRS đa vào mạng di động mặt đất công cộng GSM PLMN hai thành phần mạng mới: Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS là SGSN, chức năng này t- ơng tự nh MSC trong GSM, nó liên tục xác định vị trí của các thuê bao di động đơn lẻ, thực hiện các chức năng bảo mật và điều khiển truy nhập, các nút hỗ trợ dịch vụ SGSN đợc kết nối tới hệ thống trạm gốc với công nghệ chuyển tiếp khung (Frame Relay) Nút hỗ trợ cổng GPRS là GGSN cung cấp sự họat động tơng tác với các mạng chuyển mạch gói bên ngoài và nó đợc kết nối với nút hỗ trợ dịch vụ SGSN thông qua mạng đờng trục GPRS dựa trên giao thức

IP Bộ định vị thờng trú HLR đợc tăng cờng với các thông tin thuê bao GPRS, và các thành phần SMS-GMSC và SMS-IWMSC đợc nâng cấp để hỗ trợ việc truyền dẫn của dịch vụ bản tin ngắn SMS thông qua các nút hỗ trợ dịch vụSGSN Trung tâm chuyển mạch MSC/VLR có thể đợc tăng cờng để hiệu quả hơn cho các dịch vụ GPRS và các dịch vụ phi GPRS và các tính năng khác: Ví

BSC MSC HLR SGSN GGSN

Hình vẽ II.2 Các phần tử trong mạng GPRS dụ việc tìm gọi đối với các cuộc gọi chuyển mạch kênh có thể đợc thực hiện một cách hiệu quả hơn thông qua các nút hỗ trợ dịch vụ này và đợc kết hợp với các cập nhật định vị GPRS và phi GPRS Hình vẽ ở trên minh họa kiến trúc tổng thể và các giao diện giữa các thành phần mạng GPRS.

II Chức năng các phần tử trong mạng GPRS

II.1 Các nút hỗ trợ mạng GPRS (GSNs)

Nút hỗ trợ GPRS: GSN chứa đựng các chức năng đợc yêu cầu để hỗ trợ dịch vụ GPRS Trong một mạng PLMN có thể có nhiều nút GSN Có hai loại nút hỗ trợ mạng nh sau:

Nút hỗ trợ cổng GGSN (Gateway GPRS Support Node) là một nút mạng để truy cập các mạng số liệu gói bởi việc xác định các địa chỉ theo thủ tục số liệu gói PDP (Packet Data Protocol) GGSN chứa đựng các thông tin định tuyến đối với các user nhập mạng Thông tin định tuyến đợc sử dụng cho các khối số liệu gói lớp mạng N-PDUs theo giao thức Tunelling tới điểm truy nhập mạng (SGSN) của thuê bao MS hiện thời GGSN có thể hỗ trợ yêu cầu thông tin định vị từ bộ đăng ký định vị thờng trú HLR thông qua giao diện tùy chọn Gc GGSN là điểm truy nhập đầu tiên khi kết nối mạng cố định PDN đến mạng GSM PLMN đợc hỗ trợ dịch vụ GPRS (Ví dụ điểm tham chiếu Gi đợc đa ra bởi GGSN).

Cấu Trúc Hệ Thống GPRS

Cấu trúc tổng thể mạng GPRS

Mạng GPRS đợc xây dựng trên cấu trúc mạng GSM hiện tại thông qua việc thêm vào hai nút mạng mới đó là:

 Nút hỗ trợ dịch vụ SGSN (Serving GPRS Support Node).

 Nút hỗ trợ cổng GGSN ( Gateway GPRS Support Node).

Nh vậy một mạng GPRS gồm các phần sau đây:

 Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN)

 Nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN)

 Trung tâm vận hành bảo dỡng GPRS (OMC-G)

 Máy điện thoại di động hỗ trợ GPRS.

Các giao diện mới đợc đa thêm vào mạng GSM PLMN để hỗ trợ dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS.

Giao diện Ga giữa SGSN với cổng tính cớc CGF

Giao diện Gb giữa SGSN với hệ thống trạm gốc BSS.

Giao diện Gc giữa GGSN với bộ định vị thờng trú VLR.

Giao diện Gd giữa SGSN với trung tâm hỗ trợ dịch vụ bản tin ngắn SMS.

Giao diện Gi giữa GGSN với mạng số liệu gói bên ngoài PDN.

Giao diện Gn giữa các nút GSNs trong cùng một mạng PLMN.

Giao diện Gp giữa các nút GSNs ở hai mạng PLMN khác nhau.

Giao diện Gr giữa SGSN với bộ đăng ký định vị thờng trú HLR.

Giao diện Gs giữa SGSN với trung tâm chuyển mạch MSC/VLR.

Giao diện Gf giữa SGSN với thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR.

Gi Gr Đ ờng truyền dữ liệu và báo hiệu Đ ờng truyền báo hiệu

Hình vẽ II.1 Cấu trúc mạng GPRS

Hệ thống GPRS đa vào mạng di động mặt đất công cộng GSM PLMN hai thành phần mạng mới: Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS là SGSN, chức năng này t- ơng tự nh MSC trong GSM, nó liên tục xác định vị trí của các thuê bao di động đơn lẻ, thực hiện các chức năng bảo mật và điều khiển truy nhập, các nút hỗ trợ dịch vụ SGSN đợc kết nối tới hệ thống trạm gốc với công nghệ chuyển tiếp khung (Frame Relay) Nút hỗ trợ cổng GPRS là GGSN cung cấp sự họat động tơng tác với các mạng chuyển mạch gói bên ngoài và nó đợc kết nối với nút hỗ trợ dịch vụ SGSN thông qua mạng đờng trục GPRS dựa trên giao thức

IP Bộ định vị thờng trú HLR đợc tăng cờng với các thông tin thuê bao GPRS, và các thành phần SMS-GMSC và SMS-IWMSC đợc nâng cấp để hỗ trợ việc truyền dẫn của dịch vụ bản tin ngắn SMS thông qua các nút hỗ trợ dịch vụSGSN Trung tâm chuyển mạch MSC/VLR có thể đợc tăng cờng để hiệu quả hơn cho các dịch vụ GPRS và các dịch vụ phi GPRS và các tính năng khác: Ví

BSC MSC HLR SGSN GGSN

Hình vẽ II.2 Các phần tử trong mạng GPRS dụ việc tìm gọi đối với các cuộc gọi chuyển mạch kênh có thể đợc thực hiện một cách hiệu quả hơn thông qua các nút hỗ trợ dịch vụ này và đợc kết hợp với các cập nhật định vị GPRS và phi GPRS Hình vẽ ở trên minh họa kiến trúc tổng thể và các giao diện giữa các thành phần mạng GPRS.

Chức năng các phần tử trong mạng GPRS

II.1 Các nút hỗ trợ mạng GPRS (GSNs)

Nút hỗ trợ GPRS: GSN chứa đựng các chức năng đợc yêu cầu để hỗ trợ dịch vụ GPRS Trong một mạng PLMN có thể có nhiều nút GSN Có hai loại nút hỗ trợ mạng nh sau:

Nút hỗ trợ cổng GGSN (Gateway GPRS Support Node) là một nút mạng để truy cập các mạng số liệu gói bởi việc xác định các địa chỉ theo thủ tục số liệu gói PDP (Packet Data Protocol) GGSN chứa đựng các thông tin định tuyến đối với các user nhập mạng Thông tin định tuyến đợc sử dụng cho các khối số liệu gói lớp mạng N-PDUs theo giao thức Tunelling tới điểm truy nhập mạng (SGSN) của thuê bao MS hiện thời GGSN có thể hỗ trợ yêu cầu thông tin định vị từ bộ đăng ký định vị thờng trú HLR thông qua giao diện tùy chọn Gc GGSN là điểm truy nhập đầu tiên khi kết nối mạng cố định PDN đến mạng GSM PLMN đợc hỗ trợ dịch vụ GPRS (Ví dụ điểm tham chiếu Gi đợc đa ra bởi GGSN).

Nút hỗ trợ dịch vụ SGSN (Serving GPRS Support Node) là nút mạng mà nó phục vụ các dịch vụ mà thuê bao yêu cầu (ví dụ giao diện Gb giữa SGSN và BSS đợc đa ra bởi SGSN) SGSN thực hiện các chức năng chính sau ®©y:

 Định tuyến và truyền các gói tin.

 Bảo mật trên truy nhập vô tuyến: nhận thực và khóa mật mã.

 Quản lý tính di động thuê bao.

 Quản lý kênh logic tới MS.

 Liên kết các nút mạng GSM nh: MSC/VLR, HLR, BSC, SMS-SC.

 Đa ra số liệu tính cớc (CDR: Call Detail Record).

Khi thuê bao đăng ký nhập mạng GPRS, SGSN thiết lập một ngữ cảnh quản lý di động (MM context: Mobile Management context) bao gồm/liên quan tới bảo mật hoặc tính di động đối với MS Khi kích hoạt ngữ cảnh thủ tục mạng PDP context, SGSN thiết lập một ngữ cảnh PDP đợc sử dụng cho mục đích định tuyến với nút hỗ trợ cổng GGSN mà các thuê bao GPRS sẽ sử dụng.

Các chức năng của SGSN và GGSN có thể đợc kết hợp với nhau trong cùng một nút vật lý hoặc có thể đợc phân bố ở các nút vật lý khác nhau SGSN và GGSN đều chứa đựng chức năng định tuyến IP và chúng có thể đợc liên kết với các bộ định tuyến IP Khi SGSN và GGSN ở trong các mạng PLMN khác nhau thì chúng kết nối với nhau thông qua giao diện Gp và khi chúng cùng thuộc một mạng PLMN thì chúng kết nối với nhau thông qua giao diện Gn. Giao diện Gp cung cấp ngoài chức năng của giao diện Gn còn thêm các chức năng bảo mật đợc yêu cầu đối với thông tin nội bộ bên trong PLMN Tính năng bảo mật này dựa trên sự thỏa thuận qua lại của các nhà điều hành mạng.

SGSN có thể gửi thông tin định vị đến MSC/VLR thông qua giao diện tùy chọn Gs SGSN cũng có thể nhận các yêu cầu tìm gọi (Pagging Request) từ MSC/VLR thông qua giao diện Gs này.

Sự kết hợp giữa SGSN và GGSN (mạng đờng trục GPRS)

Trong GPRS các nút hỗ trợ dịch vụ SGSN và GGSN liên kết với nhau thông qua mạng đờng trục Có hai loại mạng đờng trục trong GPRS là:

 Mạng đờng trục nội bộ PLMN (Intra-PLMN backbone).

 Mạng đờng trục liên mạng PLMN (Inter-PLMN backbone).

Mạng đờng trục Intra-PLMN là mạng IP liên kết các nút hỗ trợ GSNs trong cùng một mạng di động công cộng mặt đất PLMN Mạng đờng trụcInter-PLMN là mạng IP liên kết các nút hỗ trợ GSNs và các mạng đờng trụcIntra-PLMN thuộc các mạng PLMN khác nhau.

Hình vẽ II.3 Mạng đ ờng trục nội bộ và mạng đ ờng trục liên mạng PLMN

Mỗi mạng đờng trục Intra-PLMN là một mạng IP riêng biệt đợc dự định chỉ dành cho các tín hiệu số liệu và báo hiệu thuộc GPRS mà thôi Mạng

IP riêng biệt là một mạng dựa trên địa chỉ IP mà trong đó có một số cơ chế điều khiển truy nhập nhằm đạt đến một mức độ bảo mật cao theo yêu cầu Hai mạng đờng trục Intra-PLMN đợc liên kết với nhau thông qua giao diện Gp có sử dụng các cổng giao tiếp BG (Border Gateway) và một mạng đờng trục Internet-PLMN Mạng đờng trục Inter-PLMN đợc lựa chọn bởi một số thõa thuận mạng bao gồm cả tính năng bảo mật của các BG Tuy nhiên các cổng tiếp giáp BG không đợc xác định trong phạm vi nghiên cứu của GPRS Mạng đờng trục Inter-PLMN có thể là một mạng số liệu gói ngoài PDN, ví dụ nh mạng Internet công cộng hoặc mạng đờng riêng tốc độ cao (Leased line)

II.2 Phân hệ NSS trong GPRS

II.2.1 Bộ ghi định vị thờng trú HLR

Thanh ghi định vị thờng trú HLR trong GSM đợc sử dụng lại cho GPRS HLR chứa đựng các thông tin dữ liệu về thuê bao GPRS và các thông tin định tuyến Dữ liệu thuê bao lu trong HLR là: kiểu PDP, điểm truy nhập APN, địa chỉ IP, QoS Thông tin HLR có thể đợc truy cập từ SGSN thông qua giao diện báo hiệu Gr hoặc từ GGSN thông qua giao diện Gc Đối với thuê bao di động và chuyển mạng thì HLR có thể thuộc một mạng PLMN khác hơn là thuộc về mạng của nút SGSN hiện hành Kiểu truy nhập truy nhập mạng đợc thêm vào cho bản ghi thuê bao trong HLR để xác định kiểu truyền dẫn mà MS đợc phép Đối với chế độ truyền gói thì MS đợc phép truy nhập mạng GPRS. Trong trờng hợp đó, HLR chứa các dữ liệu thuê bao GPRS và thông tin định tuyến GPRS Số IMSI của MS có thể đợc kết hợp với địa chỉ IP và các thông tin thuê bao cần thiết khác.

HLR cùng thực hiện quản lý di động thuê bao khi nó lu trữ các thông tin định tuyến cho MS khi cập nhật vị trí của MS từ SGSN và thông báo cho SGSN cũ sự thay đổi vị trí của thuê bao HLR cũng chứa thông tin nhận thực và khoá mật mã từ AUC để cung cấp cho SGSN khi yêu cầu bảo mật HLR hỗ trợ dịch vụ bản tin ngắn SMS thông qua SGSN.

Các thông tin đợc lu trữ trong HLR:

 IMSI: International Mobile SubScriber Identifier- đây là khoá nhận dạng chính.

 MSIDSN: dùng cho dịch vụ bản tin.

 SGSN Number: Địa chỉ trong mạng SS7 của SGSN hiện đang phôc vô MS.

 SGSN Addess: Địa chỉ IP của SGSN hiện đang phục MS.

 Các tham số SMS: Có liên quan đến MS.

 Xóa MS ra khỏi GPRS: Thông báo MS và ngữ cảnh PDP bị xóa đến SGSN.

 Danh sách GGSN: Chỉ số GSN và địa chỉ IP tối u của GGSN đợc kết nối khi trạng thái tích cực của MS đợc phát hiện và MNRG đ- ợc thiết lập Chỉ số GSN là số của GGSN hoặc GSN có giao thức héi tô SNDCP

 Kiểu PDP: kiểu giao thức số liệu gói IP, X.25.

 Địa chỉ PDP: Địa chỉ theo giao thức số liệu gói ví dụ X121.

 QoS của thuê bao đợc thiết lập mặc định nếu không có yêu cầu một QoS riêng biệt.

 Tên điểm truy nhập APN: là một nhãn phù hợp với các chuẩn DSN (Domain Service Name) mô tả điểm dịch vụ của mạng dữ liệu gói.

Các chức năng mới trong HLR:

 Chèn xen dữ liệu về các thuê bao (đợc gửi tới SGSN).

 Xóa các dữ liệu về thuê bao (đợc gửi tới SGSN).

 Gửi thông tin định tuyến cho SMS (đợc gửi tới GMSC).

 Báo cáo tình trạng truyền SM (đợc gửi tới GMSC).

 Gửi thông tin định tuyến cho GPRS (đợc gửi tới GMSC).

 Báo cáo lỗi (nhận từ GGSN).

Kích thớc bản tin trong HLR: Mỗi ngữ cảnh PDP có ít nhất là 100 octet Trong GPRS giai đoạn 1 các thông tin bảo vệ tăng lên (khoảng 1000 octet cho mỗi ngữ cảnh PDP) Có thể có tới 50 ngữ cảnh cho mỗi thuê bao. Trong mỗi ngữ cảnh PDP có vài chục octet thông tin chung Dữ liệu tối đa về thuê bao khoảng 5000 octet và một bản tin MAP chứa tối đa khoảng 274 octet dữ liệu Do đó có khoảng 20 bản tin MAP để chuyển toàn bộ các ngữ cảnh PDP.

Tần số cập nhật HLR: Với "luật căn bậc hai của các bình phơng" trong thông tin di động thì tốc độ thay đổi vùng địa lý trong mạng là:

 Cứ 30 giây đối với Cell.

 Cứ 1 phút 35 giây đối với LA.

 Cứ 5 phút đối với BSC.

 Cứ 5 phút 50 giây đối với MSC.

II.2.2 Trung tâm chuyển mạch MSC/VLR trong GPRS

MSC/VL trong GSM đợc sử dụng lại cho GPRS MSC/VLR kết nối với SGSN thông qua giao diện Gs Để đa ra giao diện này MSC/VLR cần đợc nâng cấp bằng phần mềm Giao diện Gs này đợc sử dụng cho việc phân phát lu lợng có hiệu quả với các thiết bị đầu cuối mà nhập mạng cả GSM và GPRS.

Có hai chức năng chính của giao diện Gs nh sau:

Giao diện truy nhập và các điểm tham chiếu

Mỗi một mạng di động công cộng mặt đất PLMN trong hệ thốngGPRS cã hai ®iÓm truy nhËp:

Hình II.7 Các giao diện truy nhập mạng và các điểm tham chiếu

 Giao diện vô tuyến Um đợc sử dụng cho các Mobile truy nhập mạng.

 Điểm tham chiếu R đợc sử dụng đối với việc phát đi và nhận các tín hiệu báo hiệu.

Một giao diện khác biệt với điểm truy nhập ở chỗ là giao diện đợc xác định là nơi các thông tin GPRS đặc biệt trao đổi và cần thiết để nhận dạng một cách đầy đủ Giao diện nội bộ giữa các mạng GPRS đợc gọi là Gp, giao diện này kết nối hai mạng GPRS độc lập để trao đổi báo hiệu Ngoài ra có một điểm tham chiếu đợc gọi là Gi để trao đổi báo hiệu với các mạng dữ liệu gói bên ngoài đợc xác định để kết nối mạng GPRS tới một mạng cố định (điển hình là một mạng số liệu gói PDN).

Có thể có nhiều hơn một giao diện từ một mạng GPRS đơn lẻ tới một vài mạng số liệu gói Các mạng này có thể là GPRS hoặc các mạng thông tin thủ tục X.25, TCP/IP Nhà điều hành mạng sẽ xác định và thỏa thuận liên kết với từng mạng số liệu gói PDP ngoài.

Chức năng tơng tác mạng (Network Interworking)

Chức năng tơng tác mạng đợc đòi hỏi bất cứ khi nào một mạng di động mặt đất PLMN (đợc hỗ trợ GPRS) với bất cứ một mạng nào khác đợc liên quan trong việc thực hiện những dịch vụ do GPRS yêu cầu Trên hình vẽ chức năng tơng tác xảy ra thông qua điểm tham chiếu Gi và giao diện Gp Cơ chế truyền dẫn bên trong của các khối dữ liệu gói PDP, PDU trong các mạng PDN thông qua mạng di động mặt đất GSM đợc quản lý bởi nhà điều hành GSM-GPRS là không đợc thấy đối với dữ liệu ngời sử dụng Việc sử dụng các dịch vụ số liệu gói GSM này có một số tác động ảnh hởng và nó tăng lên theo thời gian truyền dẫn Điều này thờng xuất hiện đối với bản tin báo hiệu khi đ- ợc chuyển qua mạng số liệu gói cố định.

IV.1 Tơng tác mạng số liệu gói chuyển mạch công cộng PSPDN

GPRS sẽ hỗ trợ chức năng tơng tác mạng với các mạng PSPDN Chức năng tơng tác mạng hoặc có thể trực tiếp hoặc có thể thông qua một mạng trung chuyển (ví dụ ISDN) GPRS sẽ đợc hỗ trợ các địa chỉ X.121 và E.164. GPRS sẽ cung cấp hỗ trợ với X.25 kênh ảo và X.25 lựa chọn nhanh Các chuẩn X.75 và X.75 chuẩn có thể đợc sử dụng cho việc tơng tác với các mạng số liệu chuyển mạch gói X.25 Các thiết bị đầu cuối GPRS có địa chỉ đợc cung cấp bởi nhà điều hành mạng GSM-GPRS và nó thuộc về lĩnh vực dịch vụ GPRS Thiết bị đầu cuối mạng PSPDN gửi số liệu tới các GPRS TE bằng việc sử dụng mã nhận thực mạng GSM-GPRS là DNIC (Data Network Identification Code) hoặc mã tơng đơng cho phép nhận dạng duy nhất mạng GPRS.

IV.2 Tơng tác mạng Internet

GPRS sẽ hỗ trợ chức năng tơng tác với các mạng dựa trên các thủ tụcInternet (IP-Internet Protocol), GPRS có thể cung cấp việc nén của các phầnTCP/IP header khi dữ liệu IP Datagram đợc sử dụng bên trong ngữ cảnh các kết nối TCP Tơng tự nh các mạng số liệu chuyển mạch gói X.25, dịch vụGSM GPRS là một lĩnh vực của thủ tục IP Các đầu cuối di động đợc đa ra các dịch vụ bởi nhà cung cấp dịch vụ GSM có thể đợc địa chỉ hóa toàn cầu qua các mẫu địa chỉ của nhà điều hành mạng.

Các chức năng mức cao đợc yêu cầu đối với GPRS

V.1 Nhóm chức năng điều khiển truy nhập mạng

Truy nhập mạng là cách thức mà một user đợc kết nối tới một mạng viễn thông và sử dụng các dịch vụ đợc xác định để cho phép ngời sử dụng lựa chọn các dịch vụ và các phơng tiện của mạng đó Giao thức truy nhập là một tập hợp các thủ tục đợc xác định để cho phép ngời sử dụng lựa chọn các dịch vụ và các phơng tiện của mạng đó Việc truy nhập mạng của các thuê bao có thể xảy ra từ phía Mobile hoặc từ phía mạng GPRS Tại giao diện với các mạng cố định có thể hỗ trợ các thủ tục đa truy nhập tới các mạng số liệu bên ngoài ví dụ nh X.25 hoặc IP Nhà điều hành mạng PLMN sẽ quyết định tập giao thức truy nhập đợc hỗ trợ.

Mỗi sự điều hành PLMN đều có thể yêu cầu các thủ tục điều khiển truy nhập đặc trng để giới hạn số ngời sử dụng đợc phép truy cập mạng hoặc giới hạn khả năng của mỗi ngời sử dụng.

Ngoài ra, để truyền số liệu theo tiêu chuẩn, GPRS sẽ hỗ trợ việc truy nhập "giấu tên" tới mạng Dịch vụ này cho phép một MS trao đổi số liệu tới một Host định trớc mà Host này có thể đợc địa chỉ hóa bởi các giao thức hỗ trợ tơng tác mạng Chỉ một số hữu hạn các địa chỉ PDP đích có thể đợc sử dụng bên trong dịch vụ này các số nhận dạng IMSI, IMEI sẽ đợc sử dụng khi truy cập mạng do đó đảm bảo một mức cao của sự "giấu tên" Vì vậy, không có chức năng nhận thực và chức năng khoá mật mã đợc thấy trớc đối với các truy nhập này.

V.1.1 Chức năng đăng ký mạng (Registration)

Việc đăng ký có nghĩa là một thuê bao di động đợc kết nối với thủ tục số liệu gói và địa chỉ bên trong mạng PLMN tại các điểm truy nhập của user tới các mạng PDP bên ngoài Sự liên kết này có thể là cố định ví dụ đợc lu trữ trong bộ định vị thờng trú HLR hoặc linh động đợc cấp phát cho những yêu cầu cần thiết cơ bản.

V.1.2 Chức năng nhận thực (Authentication)

Chức năng này cho phép việc nhận dạng, nhận thực các đòi hỏi dịch vụ và sự xác nhận, phê chuẩn của các loại dịch vụ yêu cầu để đảm bảo rằng ngời sử dụng đợc phép sử dụng một số loại dịch vụ cụ thể Chức năng nhận thực đ- ợc thực hiện trong sự kết hợp với chức năng quản lý tính di động (Mobility Management).

V.1.3 Chức năng điều khiển thu nhận thông tin (Admision)

Chức năng này sẽ tính toán tài nguyên mạng đợc đòi hỏi để cung cấp với chất lợng dịch vụ QoS đợc yêu cầu Chức năng này đợc thực hiện kết hợp với các chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến để ớc tính các yêu cầu tài nguyên vô tuyến trong từng Cell.

V.1.4 Chức năng bảo mật thông tin (Message Screen)

Chức năng này liên quan đến việc lọc bỏ những thông báo không đợc xác nhận hoặc không mong muốn, đợc yêu cầu Điều này sẽ đợc hỗ trợ thông qua các chức năng lọc gói tin Việc bảo mật đợc mạng điều khiển đợc hỗ trợ trong giai đoạn đầu của GPRS Còn bảo mật đợc điều khiển bởi ngời sử dụng và đợc điều khiển bởi sự đăng ký trớc có thể đợc cung cấp trong giai đoạn sau này.

V.1.5 Chức năng thích ứng đầu cuối gói tin (Packet Terminal Adaption)

Chức năng này tơng thích các gói số liệu đợc nhận hoặc đợc truyền, đến hoặc từ các thiết bị đầu cuối với một dạng phù hợp cho việc truyền dẫn thông qua mạng GPRS.

V.1.6 Các chức năng thu thập số liệu tính cớc

Chức năng này sẽ thu thập số liệu cần thiết để hỗ trợ thuê bao và tính cớc phí về lu lợng.

V.2 Nhóm chức năng định tuyến và truyền gói tin

Một bộ định tuyến (Router) chứa đựng các nút mạng trong danh sách đợc đa ra cho việc truyền các bản tin bên trong mạng PLMN hoặc giữa các mạng PLMN Mỗi bộ định tuyến bao gồm nút địa chỉ nguồn, nút địa chỉ đích và nút chuyển tiếp Định tuyến là một quá trình xác định và sử dụng "lối đi" (tuân theo một số các quy tắc) để truyền dẫn bản tin bên trong hoặc giữa các mạng PLMN.

Chức năng chuyển tiếp là cách thức một nút mạng gửi số liệu nhận đợc từ một nút này tới một nút khác ở trong nội định tuyến.

V.2.1 Chức năng định tuyến (Routing)

Chức năng này xác định nút mạng tiếp theo trên con đờng một bản tin sẽ đợc gởi đi và các dịch vụ bên dới đợc sử dụng để hớng tới nút hỗ trợ GPRS đó dựa vào trờng địa chỉ đích của bản tin Chức năng định tuyến sẽ lựa chọn một con đờng truyền dẫn tới nút tiếp theo trong nội dung định tuyến.

Việc truyền dẫn số liệu giữa các nút hỗ trợ dịch vụ GSNs có thể xảy ra thông qua các mạng số liệu bên ngoài mà mạng này cung cấp các chức năng định tuyến bên trong mạng đó, ví dụ X.25, Frame Relay hay ATM.

V.2.2 Chức năng biên dịch và ánh xạ địa chỉ (Translation & Mapping

Biên dịch địa chỉ là sự chuyển đổi một địa chỉ này thành một địa chỉ khác theo các phơng thức khác nhau Chức năng này có thể đợc sử dụng để chuyển đổi địa chỉ của các mạng bên ngoài thành một địa chỉ bên trong mạng mà có thể đợc sử dụng cho việc định tuyến gói tin bên trong hoặc giữa các mạng PLMN.

Chức năng ánh xạ địa chỉ đợc sử dụng để ánh xạ một địa chỉ mạng này thành một địa chỉ mạng khác theo cùng một dạng thức đối với việc định tuyến và chuyển tiếp thông tin bên trong hoặc giữa các mạng PLMN ví dụ để gửi các gói tin từ nút GSN này tới nút GSN khác.

V.2.3 Chức năng đóng gói bản tin (Encapsulation)

Chức năng đóng gói các bản tin là việc thêm vào trờng địa chỉ thông tin và trờng địa chỉ của khối dữ liệu cho các gói tin đợc định tuyến bên trong hoặc giữa các mạng PLMN Chức năng mở gói là việc loại bỏ những thông tin địa chỉ và điều khiển đợc thêm vào từ một gói tin để nhận lại khối dữ liệu ban ®Çu.

Việc đóng gói và mở gói đợc thực hiện giữa các nút hỗ trợ của mạng GPRS (GSN) và giữa nút hỗ trợ dịch vụ SGSN và MS.

V.2.4 Chức năng truyền ngầm (Tunelling)

Chức năng truyền ngầm là việc truyền các đơn vị số liệu đã đợc đóng gói bên trong hoặc giữa các mạng PLMN từ một điểm đóng gói tới một điểm mở gói Một đờng truyền ngầm là một đờng truyền dẫn "điểm - điểm" theo hai phơng thức khác nhau Chỉ duy nhất các điểm cuối đờng ngầm là đợc nhận dạng

V.2.5 Chức năng nén dữ liệu (Compression)

Giao diện và giao thức trong mạng GPRS

Các giao diện sử dụng trong mạng GPRS

I.1 Các giao diện nội bộ mạng

Hình II.8 Cấu trúc mạng GSM/GPRS

Nh trên hình vẽ, ta có các giao diện sau:

 Giao diện Gb giữa SGSN với hệ thống trạm gốc BSS.

 Giao diện Gc giữa GGSN với bộ ghi định vị thờng trú HLR.

 Giao diện Gd giữa SGSN với trung tâm hỗ trợ dịch vụ bản tin ngắn SMS.

 Giao diện Gf giữa SGSN với thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR.

 Giao diện Gi giữa GGSN với mạng số liệu gói bên ngoài PDN.

 Giao diện Gn giữa các nút GSN trong cùng một mạng PLMN.

 Giao diện Gp giữa các nút GSN ở hai mạng PLMN khác nhau.

 Giao diện Gr giữa SGSN với bộ đăng ký định vị thờng trú HLR.

 Giao diện Gs giữa SGSN với trung tâm chuyển mạch di động MSC/VLR.

 Giao diện Um giữa BSS và trạm di động MS.

 Giao diện A giữa MSC và BSS.

 Giao diện Abis giữa BSC và BTS.

 Giao diện B giữa MSC và VLR.

 Giao diện C giữa MSC và HLR.

 Giao diện D giữa HLR và VLR.

 Giao diện E giữa MSC và MSC.

 Giao diện F giữa MSC và EIR.

 Giao diện G giữa VLR và VLR.

I.1.1 Giao diện vô tuyến R (Radio)

Giao diện vô tuyến là giao diện giữa phân hệ trạm gốc BSS và các trạm thuê bao di động (MS) Đây là giao diện quan trọng và đặc sắc nhất đồng thời quyết định lớn nhất đến chất lợng dịch vụ của mạng GPRS.

Giao diện Gb là giao diện giữa phân hệ trạm gốc (BSS) và nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN), nó sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp khung (FR: Frame Relay) để truyền dữ liệu Một SGSN có thể kết nối với nhiều BSS, nhng một BSS chỉ đợc kết nối với duy nhất một SGSN

Giao diện Gb đợc sử dụng để truyền dữ liệu gói và quản lý di động.

Giao diện Gs là giao diện giữa MSC/VLR và SGSN Thông qua giao diện Gs này, SGSN có thể gửi thông tin về vị trí cho MSC/VLR và SGSN cũng có thể nhận yêu cầu tìm gọi từ MSC/VLR, ngoài ra MSC/VLR còn có thể thông báo cho SGSN biết các thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ của nó (ví dụ thuê bao đang bận).

Giao diện Gr là giao diện giữa SGSN và HLR Nó đợc sử dụng để trao đổi các thông tin về trạm di động (MS) và quản lý thuê bao.

SGSN thông báo cho HLR biết vị trí hiện tại của trạm di động còn HLR gửi cho SGSN tất cả các dữ liệu cần thiết để hỗ trợ các dịch vụ cho thuê bao di động Việc trao đổi thông tin giữa SGSN và HLR có thể đợc phát sinh khi có một yêu cầu đặc biệt, ví dụ nh khi cần thay đổi các thông tin về thuê bao.

Báo hiệu trên giao diện này sử dụng MAP.

I.1.5 Giao diện Gn và Gp

Giao diện Gn và Gp là giao diện giữa các nút hỗ trợ GPRS (GSN) với nhau Giao diện Gn đợc sử dụng khi các nút GSN ở cùng một PLMN Giao diện Gp đợc sử dụng khi các nút GSN ở các PLMN khác nhau.

Báo hiệu trên giao diện này sử dụng UDP (User Datagram Protocol),UDP/IP.

Giao diện Gc là đờng báo hiệu giữa GGSN và HLR Đờng báo hiệu này đợc dùng để GGSN lấy dữ liệu về vị trí và các dịch vụ đợc hỗ trợ cho thiết bị di động để nó có thể kích hoạt địa chỉ mạng dữ liệu gói.

Có hai đờng luân phiên nhau để thực hiện đờng báo hiệu này:

 Nếu giao diện SS7 đợc dùng ở GGSN, thì báo hiệu giữa GGSN và HLR sử dụng MAP.

 Nếu giao diện SS7 không đợc dùng ở GGSN, thì bất kỳ nút GSN nào trong PLMN đó có sử dụng giao diện SS7 có thể sử dụng GTP để chuyển đổi giao thức MAP, nó tạo đờng báo hiệu giữa GGSN và HLR.

Giao diện Gf là giao diện giữa SGSN và EIR Nó đợc dùng để trao đổi dữ liệu, từ đó EIR có thể kiểm tra IMEI từ trạm di động (MS) gửi tới.

Báo hiệu đợc sử dụng trên giao diện này là MAP.

I.2 Các giao diện ngoại vi

I.2.1 Giao diện giữa MSC với các mạng cố định bên ngoài

MSC đợc xây dựng trên cơ sở của tổng Đài ISDN bình thờng Để điều khiển các cuộc gọi, MSC có các giao diện tơng tự nh các giao diện của tổng đài các mạng cố định Nó có sử dụng TUP và ISUP.

Giao diện Gi là giao diện giữa mạng PLMN với các mạng dữ liệu gói khác (ví dụ nh mạng Internet).

Giao diện vô tuyến

Trong mạng GPRS, giao diện vô tuyến là tên gọi chung của đấu nối giữa trạm di động (MS) và trạm thu phát gốc (BTS), nó tuân thủ các yêu cầu về giao diện trong mạng GSM bình thờng Hệ thống GPRS chỉ sử dụng một phần giao diện trong tiêu chuẩn GSM Giao diện vô tuyến trong hệ thốngGSM sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA), với một khung TDMA cho một tần số sóng mang Mỗi khung TDMA gồm 8 khe thời gian (TS: Time Slot), hớng từ BTS - MS đợc định nghĩa là đờng xuống(downlink), và hớng từ MS - BTS gọi là đờng lên (uplink).

II.1 Cấu hình kênh trên giao diện vô tuyến

Mỗi khe thời gian của một khung TDMA ở một sóng mang gọi là một kênh vật lý Nh vậy có 8 kênh vật lý trên mỗi sóng mang ở GSM, kênh 0-7 (TS0 - TS7 ) Thông tin đợc phát đi trong một TS gọi là một cụm (burst) Một kênh vật lý có thể đợc dành riêng cho một hay nhiều kênh logic.

Trong lớp vật lý, hệ thống GSM sử dụng kết hợp hai phơng thức truy cập TDMA và FDMA Nh trình bày trên hình II.9, hệ thống GSM sử dụng dải tần số 900 MHz thì hai tuyến lên và xuống có khoảng phân cách tần số là 45MHz; dải tần số từ 890 MHz đến 915 MHz đợc sử dụng cho tuyến lên (các kênh kết nối trạm di động với hệ thống trạm gốc), còn dải tần số từ 935MHz đến 960 MHz đợc sử dụng cho các kênh tuyến xuống (các kênh kết nối trạm gốc với trạm di động) Nh vậy, độ rộng băng tần dành cho cả tuyến lên và tuyến xuống trong hệ thống đều là 25 MHz.

Dải thông tần của một kênh vật lý là 200 KHz, dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng 200 KHz Nh vậy, mỗi băng tần có 124 dải thông tần bắt đầu từ tần số 890,2 MHz Mỗi ô trong hệ thống GSM/GPRS sẽ đợc phân chia một số l- ợng nhất định các kênh kể trên.

Mỗi dải thông tần kênh có độ rộng 200 KHz kể trên là một khung TDMA có 8 khe thời gian Mỗi khe trong khung TDMA có độ rộng là 156,25 chiều dài bit, ứng với độ rộng là

Do đó, một khung sẽ có chiều dài là 4,61 ms Hệ thống GSM sử dụng cùng một khe thời gian để truyền các kênh của tuyến lên cũng nh tuyến xuống Không giống nh trong GSM, trong GPRS, một thiết bị di động có thể cùng một lúc sử dụng nhiều khe thời gian trong khung TDMA Điều này cho phép ngời ta có thể thay đổi tốc độ truyền tín hiệu một cách linh hoạt Không những thế, các kênh của tuyến lên và tuyến xuống đợc phân phối hoàn toàn độc lập với nhau nên hệ thống GPRS rất thích hợp cho các dịch vụ sử dụng kênh truyền không đối xứng (tốc độ tuyến lên và tuyến xuống khác nhau) nh các dịch vụ truy cập Web, truyền số liệu, … Cho nên hiện nay nhiều n.

Trong mạng GSM truyền thống, khi cuộc gọi đã đợc thiết lập, đối tợng sử dụng sẽ chiếm kênh mà mạng cấp cho nó trong toàn bộ thời gian đàm thoại, bất kể đối tợng sử dụng đó có sử dụng hết hiệu suất của kênh hay không Trong mạng GPRS, các kênh truyền chỉ đợc sử dụng khi mạng có nhu cầu truyền tin thực sự Ngay sau khi gói tin đợc truyền, mạng sẽ giải phóng ngay kênh vừa đợc cấp và do đó hiệu suất sử dụng kênh cao hơn Nh vậy, trong mạng GPRS nhiều trạm di động có thể sử dụng chung một kênh vật lý.

Thông tin trao đổi giữa trạm di động và hệ thống trạm gốc bao gồm nhiều loại khác nhau (số liệu thực, các kênh báo hiệu, điều khiển, … Cho nên hiện nay nhiều n) Để đơn giản, ngời ta chia thông tin truyền trên các kênh vật lý ra làm các nhóm khác nhau tùy thuộc vào loại của chúng và mỗi nhóm hợp thành một kênh logic.

Có hai loại kênh logic, đó là:

Có thể tóm tắt các kênh sử dụng trong hệ thống GPRS nh bảng sau:

Nhóm Kênh Chức năng Hớng

Kênh lu lợng số liệu gãi

PDTCH Kênh lu lợng MS BSS

Kênh điều khiển quảng bá gói

PBCCH Điều khiển quảng bá MS BSS

Kênh điều khiển chung gãi (PCCCH)

Truy cập ngẫu nhiên ChÊp nhËn truy cËp Nhắn tin (tìm gọi) Xác nhận

MS BSS Kênh điều khiển chuyên dụng gói

PACCH PTCCH Điều khiển liên kết Điều khiển định thời gói

Kênh lu lợng dữ liệu gói (PDTCH)

Kênh lu lợng dữ liệu gói đợc sử dụng để truyền các gói tin của đối t- ợng sử dụng Một trạm di động có thể cùng một lúc sử dụng một hoặc một vài kênh PDTCH.

Kênh điều khiển quảng bá gói (PBCCH)

Kênh điều khiển quảng bá gói là kênh một chiều, truyền tín hiệu báo hiệu theo phơng thức điểm-đa điểm từ hệ thống trạm gốc tới các thiết bị di động Các thông tin truyền trên kênh này giúp cho thiết bị di động biết đợc cấu trúc cụ thể của mạng GPRS hiện tại Không những thế, các thông tin truyền trên kênh PBCCH còn gồm cả các thông tin truyền trên kênh điều khiển quảng bá (BCCH) vì vậy thiết bị di động GPRS có thể không cần thu tín hiệu trên kênh BCCH.

Hình II.9 Các tần số sóng mang và sơ đồ tổng thể việc tạo khung trong mạng GPRS § ê ng xu èn g

Cụm số liệu, 156,25 bit = 15/26 MS

K he th êi gi an

Kênh điều khiển chung gói (PCCCH)

Kênh điều khiển chung gói là một kênh 2 hớng truyền tín hiệu báo hiệu theo phng thức điểm-đa điểm Các tín hiệu báo hiệu bao gồm các thông tin về truy cập và quản lý mạng (cụ thể là các thông tin về việc cấp phát tần số) Kênh này bao gồm các kênh con sau:

Kênh truy cập ngẫu nhiên gói (PRACH): thiết bị di động sử dụng kênh này để yêu cầu hệ thống cấp phát thêm một hay nhiều kênh PDTCH.

Kênh chấp nhận yêu cầu gói (PAGCH): kênh này đợc sử dụng để hệ thống trạm gốc thông báo cho thiết bị di động biết yêu cầu về các kênh mà thiết bị di động yêu cầu cấp phát đã đợc chấp nhận.

Kênh tìm gọi gói (PPCH): là kênh một chiều, truyền tín hiệu từ hệ thống trạm gốc tới các thiết bị di động Hệ thống trạm gốc sử dụng kênh này để xác định vị trí của thiết bị di động trớc khi truyền các gói tin tới thiết bị di động đó.

Kênh khai báo gói (PNCH): là kênh một chiều, truyền tín hiệu từ hệ thống trạm gốc tới các thiết bị di động Kênh này đợc sử dụng để thông báo cho thiết bị di động biết là nó sắp nhận đợc bản tin PTM.

Kênh điều khiển dành riêng (PDCCH)

Kênh điều khiển dành riêng là một kênh 2 hớng sử dụng phơng thức báo hiệu điểm-điểm Kênh này bao gồm các kênh PACCH và PTCCH:

Kênh điều khiển liên kết (PACCH) luôn đi kèm với một hay một vài kênh PDTCH Kênh này có nhiệm vụ truyền tín hiệu báo hiệu riêng cho từng thiết bị di động (ví dụ tín hiệu điều khiển công suất).

Kênh điều khiển định thời gói (PTCCH) đợc dùng để điều khiển việc đồng bộ khung một cách thích nghi.

Cách phân phối các kênh trong hệ thống

Cấu trúc giao thức của mạng GPRS

Cấu trúc giao thức của mạng GPRS gắn liền với các nguyên tắc chia lớp giao thức quen thuộc, và đợc phân thành hai loại: mặt phẳng truyền dẫn và mặt phẳng báo hiệu.

Mặt phẳng báo hiệu chứa các giao thức điều khiển và hỗ trợ truyền các thông tin ngời dùng.

Mặt phẳng truyền dẫn bao gồm các giao thức dành cho việc truyền các thông tin ngời dùng và các thủ tục kèm theo nh: điều khiển lu lợng và kiểm soát lỗi.

Hình II.15 Quá trình truyền dẫn gói đ ờng xuống

III.1 Mặt phẳng truyền dẫn

Mặt phẳng truyền dẫn bao gồm cấu trúc giao thức đợc phân lớp cung cấp việc truyền thông tin ngời dùng, bên cạnh đó còn có các thủ tục điều khiển truyền thông tin kết hợp (ví dụ: điều khiển luồng, phát hiện và sửa lỗi).

Hình II.16 Mặt phẳng truyền dẫn

III.1.1 Giao thức đờng hầm GPRS (GTP: GPRS Tunnelling Protocol)

Giao thức này tạo một đờng truyền báo hiệu và dữ liệu ngời dùng giữa các nút hỗ trợ GPRS (GSN) trong mạng đờng trục GPRS Tất cả các PDP PDU đợc gói gọn trong GTP.

III.1.2 Giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP)

Giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) mang các đơn vị dữ liệu gói GTP trong mạng đờng trục GPRS cho các giao thức cần các kết nối dữ liệu tin cậy (ví dụ X.25) Còn UDP (User Datagram Protocol) mang các đơn vị dữ liệu gói GTP trong mạng đờng trục GPRS cho các giao thức không cần các kết nối dữ liệu tin cậy (ví dụ IP) TCP cung cấp khả năng điều khiển luồng và bảo vệ các đơn vị dữ liệu gói GTP khỏi bị hỏng hoặc bị mất, còn UDP cung cấp khả năng bảo vệ các đơn vị dữ liệu gói GTP khỏi bị h hỏng.

IP là giao thức mạng đờng trục GPRS đợc sử dụng cho việc định tuyến dữ liệu ngời dùng và điều khiển báo hiệu Mạng đờng trục GPRS lúc đầu có thể đợc xây dựng dựa trên IPv4, về sau IPv6 sẽ đợc sử dụng.

III.1.4 Giao thức hội tụ mạng con (SNDCP)

Giao thức hội tụ mạng con (SNDCP: SubNetwork Dependent Convergence Protocol) là một giao thức đợc sử dụng để truyền các gói tin giữa

MS và SGSN Nó có các chức năng sau:

Hình II.17 Chức năng của lớp SNDCP

 Ghép nhiều khối dữ liệu giao thức lớp mạng N-PDU từ một hoặc nhiều thực thể lớp mạng lên một liên kết logic ảo của lớp LLC bên dới.

 Nén dữ liệu ngời sử dụng và các thông tin header bị d (các thông tin điều khiển giao thức) khi phát và giải nén chúng khi thu.

 Phân đoạn các thông tin khi đã nén khi phát và tập hợp chúng lại khi thu.

Nh vậy, từ nhiều đơn vị dữ liệu của lớp 3 (lớp mạng) là N-PDU, thông qua việc nén và phân đoạn sẽ trở thành các mẩu dữ liệu SN-PDU (SubNetwork Protocol Data Unit).

Hình 4.3 minh họa chức năng của lớp SNDCP. a.Líp LLC

Lớp điều khiển kết nối logic (LLC): lớp này cung cấp các tính toán kết nối logic với độ chính xác cao Các chức năng chính của LLC dựa trên giao thức HDLC là: kiểm soát và phân phát đúng thứ tự các gói, điều khiển luồng, phát hiện lỗi truyền dẫn và truyền lại tự động (ARQ).

Các bản tin quản lý di động GPRS, các bản tin SMS và SNDCP đợc truyền trên các khung LLC Khung LLC bao gồm phần đầu khung với các trờng địa chỉ động và trờng điều khiển, trờng thông tin với độ dài thay đổi và một chuỗi kiểm tra khung FCS Độ dài của khung LLC thờng là 1600 byte.Tuy nhiên, MS và mạng có thể ấn định một độ dài khung lớn nhất nhỏ hơn cho các liên kết logic Hình II.18 mô tả cấu trúc của khung LLC.

Hình II.18 Cấu trúc của khung LLC

Các khung LLC đợc truyền trên một hoặc nhiều các khối vô tuyến Liên kết logic đợc duy trì khi một trạm MS di chuyển giữa các Cell thuộc vùng phục vụ của SGSN đang xét Tuy nhiên, khi MS đó di chuyển đến một Cell thuộc vùng phục vụ của SGSN khác thì liên kết logic mới lại phải đợc thiÕt lËp. b Chức năng chuyển tiếp (Relay) ở BSS, chức năng này chuyển đổi các đơn vị dữ liệu gói LLC (LLC PDU) giữa giao diện Um và giao diện Gb. ở SGSN chức năng này chuyển đổi các đơn vị dữ liệu gói của giao thức dữ liệu gói (PDP PDU) giữa giao diện Gb và giao diện Gn. c Líp BSSSGP

Giao thức BSS GPRS là lớp giao thức chịu trách nhiệm truyền các thông tin có liên quan đến vấn đề định tuyến, chất lợng dịch vụ giữa BSS và SGSN BSSGP không thực hiện chức năng sửa lỗi. d Lớp dịch vụ mạng (NS: Network Service)

Chức năng của lớp NS là vận chuyển các đơn vị dữ liệu gói BSSGP NS đợc xây dựng trên kết nối Frame Relay giữa BSS và SGSN. e Líp RLC/MAC

Lớp RLC/MAC tại giao diện vô tuyến bao gồm 2 chức năng:Chức năng chính của RLC là một kết nối tin cậy giữa MS vàBSS Nó bao gồm các chức năng nh: phân đoạn và tái lập các đơn vị dữ liệu của khung LLC thành các khối dữ liệu LLC và tự động truyền lại các từ mã bị lỗi hoặc truyền sai địa chỉ.

Hình II.19 Dòng dữ liệu phát và thu

Chức năng của MAC là điều khiển thủ tục báo hiệu truy cập (yêu cầu và chấp nhận truy cập) cho kênh vô tuyến, và ánh xạ khung LLC lên kênh vật lý GSM.

III.2 Mặt phẳng báo hiệu

Mặt phẳng báo hiệu bao gồm các giao thức dùng cho việc điều khiển và hỗ trợ các chức năng của mặt phẳng truyền dẫn:

 Điều khiển các kết nối truy cập mạng GPRS ,ví dụ nh thủ tục kết nối mạng hoặc rời mạng.

 Điều khiển các thuộc tính của một kết nối truy cập mạng khi đợc khởi tạo, ví dụ nh kích hoạt địa chỉ giao thức dữ liệu gói.

 Điều khiển đờng định tuyến của một đấu nối truy cập mạng khi đợc khởi tạo để hỗ trợ tính di động của ngời dùng.

 Điều khiển việc phân chia tài nguyên mạng để đáp ứng các thay đổi từ sự yêu cầu của ngời dùng.

Hình II.20 Mặt phẳng báo hiệu giữa MS và SGSN

Hình II.21 Mặt phẳng báo hiệu giữa SGSN và HLR

III.2.1 Mặt phẳng báo hiệu giữa MS và SGSN

Lớp GMM/SM (Quản lý di động và quản lý phiên): giao thức này hỗ trợ chức năng quản lý di động nh đăng nhập mạng, rời mạng, bảo mật, cập nhật vị trí và định tuyến, kích hoạt nội dung giao thức dữ liệu gói.

III.2.2 Mặt phẳng báo hiệu giữa SGSN và HLR

Phần ứng dụng di động (MAP): giao thức này hỗ trợ sự trao đổi báo hiệu với HLR cùng với các tăng cờng dành cho GPRS.

TCAP, SCCP, MTP3, MTP2 là các giao thức sử dụng để hỗ trợ MAP trong các GSM PLMN không hỗ trợ GPRS.

Hình II.22 Mặt phẳng báo hiệu giữa SGSN và MSC/VLR

Hình II.23 Mặt phẳng báo hiệu giữa SGSN và EIR

Hình II.24 Mặt phẳng báo hiệu giữa SGSN và SMS-MSC hoặc SGSN và SMS-IWMSC

III.2.3 Mặt phẳng báo hiệu giữa SGSN và MSC/VLR

BSSAP+ (phần ứng dụng hệ thống trạm gốc) là một tập con của các thủ tục BSSAP hỗ trợ báo hiệu giữa SGSN và MSC/VLR.

III.2.4 Mặt phẳng báo hiệu giữa SGSN và EIR

Phần ứng dụng di động (MAP) hỗ trợ báo hiệu giữa SGSN và EIR.

III.2.5 Mặt phẳng báo hiệu giữa SGSN và SMS-MSC hoặc SGSN và SMS-

Phần ứng dụng di động (MAP) hỗ trợ báo hiệu giữa SGSN và SMS-

Hình II.25 Mặt phẳng báo hiệu giữa các nút hỗ trợ GPRS (GSN)

Hình II.26 Mặt phẳng báo hiệu giữa GGSN và HLR sử dụng MAP

III.2.6 Mặt phẳng báo hiệu giữa các nút hỗ trợ GPRS

GTP (giao thức đờng hầm GPRS): giao thức này truyền dữ liệu ngời dùng và các bản tin báo hiệu giữa các nút hỗ trợ GPRS (GSN).

UDP: giao thức này truyền các bản tin báo hiệu giữa các GSN

III.2.7 Mặt phẳng báo hiệu giữa GGSN và HLR

Chức năng quản lý di động, truyền và định tuyến gãi trong GPRS

Chức năng quản lý di động

I.1 Các trạng thái quản lý di động (MM) và tính năng của chúng

Các hoạt động MM có liên quan đến thuê bao GPRS đợc đặc trng bằng một trong ba trạng thái MM khác nhau.

Trong trờng hợp truy cập đích danh, trạng thái MM có liên quan chỉ đến các hoạt động MM của một thuê bao Trạng thái MM không phụ thuộc vào số lợng và trạng thái của các ngữ cảnh PDP cho thuê bao này.

Trong trờng hợp truy cập nặc danh: trạng thái MM liên quan đến các hoạt động MM của MS có số nhận dạng TLLI bổ trợ (ATLLI).

Trạng thái trống (IDLE): thuê bao không liên kết với quá trình quản lý di động Ngữ cảnh PDP trong MS và SGSN nắm giữ thông tin định tuyến hoặc định vị không có hiệu lực của thuê bao Các thủ tục quản lý di động liên quan đến thuê bao không đợc thực hiện.

MS thực hiện quá trình chọn mạng PLMN, chọn Cell và chọn lại Cell GPRS Truyền dẫn số liệu từ/tới thuê bao di động cũng nh tìm gọi của thuê bao không thể thực hiện đợc MS của GPRS đợc xem nh không thể có cuộc gọi trong trờng hợp này.

Nhằm mục đích thiết lập các ngữ cảnh MM trong MS và SGSN thì MS sẽ thực hiện thủ tục đăng nhập mạng GPRS.

Trạng thái chờ (STANDBY): thuê bao đợc liên kết với quá trình quản lý di động, MS và SGSN đã thiết lập các ngữ cảnh MM cho thuê bao (sử dụng IMSI) Trạng thái này có thể thực hiện trao đổi thông tin báo hiệu hoặc tìm gọi MS cũng có thể nhận các tin gọi cho các dịch vụ chuyển mạch kênh qua SGSN nhng không có khả năng thực hiện truyền, nhận dữ liệu trong trạng thái này.

MS thực hiện cục bộ các thủ tục cập nhật RA, lựa chọn và lựa chọn lạiCell MS thực thi các thủ tục MM để thông báo cho SGSN khi MS vào một vùng RA mới MS không thông báo cho SGSN về việc thay đổi Cell trong cùng một vùng định tuyến (RA) Do đó, thông tin định vị trong ngữ cảnhSGSN MM chỉ gồm RAI (của GPRS) cho các MS ở trạng thái STANDBY.

MS có thể khởi đầu quá trình hoạt hoá và giải hoạt hoá các ngữ cảnh PDP trong trạng thái STANDBY Một ngữ cảnh PDP sẽ đợc hoạt hoá trớc khi truyền hoặc nhận dữ liệu cho ngữ cảnh PDP này.

SGSN có thể phải gửi dữ liệu hoặc thông tin báo hiệu cho một MS ở trạng thái STANDBY Sau đó SGSN gửi một bản tin yêu cầu tìm gọi trong RA mà MS ở trong đó nếu PPF (Paging Proceed Flag) đợc lập Nếu PPF bị xóa, thì sau đó không thực hiện quá trình tìm gọi Trạng thái MM trong MS sẽ chuyển sang trạng thái READY khi MS trả lời tìm gọi và SGSN nhận đợc trả lời. Trạng thái MM trong MS cũng chuyển sang trạng thái READY khi dữ liệu hoặc thông tin báo hiệu đợc MS gửi đi, trạng thái MM của SGSN thay đổi thành READY khi nhận dữ liệu từ MS.

MS hoặc mạng có thể khởi đầu thủ tục rời mạng (Detach) để chuyển sang trạng thái IDLE Sau khi hết thời gian cuộc gọi thì SGSN có thể thực hiện rời mạng hoàn toàn nhằm mục đích đa các ngữ cảnh MM trong SGSN trở lại trạng thái IDLE Các ngữ cảnh MM và PDP sau đó có thể bị xoá bỏ.

Trạng thái sẵn sàng (READY): ngữ cảnh MM trong SGSN tơng ứng với ngữ cảnh MM trong STANDBY đợc mở rộng bằng thông tin định vị thuê bao ở mức Cell MS thực hiện các thủ tục MM để cung cấp cho mạng thông tin về Cell hiện thời Việc lựa chọn hoặc chọn lại Cell của GPRS đợc thực hiện một cách cục bộ hoặc có thể tuỳ chọn đợc điều khiển bởi mạng.

Một số nhận dạng Cell, nhận dạng Cell toàn cầu (CGI) có trong phần tiêu đề bao gồm RAC và LAC, đợc chứa trong từ mào đầu BSSGP của gói dữ liệu truyền từ MS MS có thể nhận hoặc truyền các PDP, PDU trong trạng thái này Mạng sẽ khởi đầu mà không có tìm gọi của GPRS cho một MS ở trạng thái READY, các tìm gọi dành cho các dịch vụ khác có thể đợc thực hiện thông qua SGSN SGSN trao đổi dữ liệu xuống BSS tơng ứng với Cell GPRS hiện thời của thuê bao.

MS có thể hoạt hoá hoặc giải hoạt hoá các ngữ cảnh PDP trong trạng thái READY cho dù tài nguyên vô tuyến có đợc cấp phát hay không, ngữ cảnh

MM còn trong trạng thái READY ngay khi không có dữ liệu để truyền Trạng thái READY đợc giám sát bởi một bộ định thời Một ngữ cảnh MM sẽ chuyển từ trạng thái READY sang trạng thái STANDBY khi bộ định thời READY kết thúc Để chuyển từ trạng thái READY sang trạng thái IDLE thì MS sẽ bắt đầu thủ tục rời mạng GPRS.

Timer expiry or Force to STANDBY PDU

READY Timer expiry or Force to STANDBY PDU

Mô hình trạng thái MM của MS Mô hình trạng thái MM của SGSN

Hình vẽ II.28 Mô hình trạng thái quản lý di động (MM)

Quá trình chuyển từ một trạng thái này sang trạng thái tiếp theo phụ thuộc vào trạng thái hiện tại và sự kiện xảy ra.

ChuyÓn tõ IDLE sang READY

GPRS Attach: quá trình MS yêu cầu truy cập và một tuyến liên kết logic tới một SGSN đợc khởi đầu Các ngữ cảnh MM đợc thiết lập ở MS và

Implicit Detach: các ngữ cảnh MM và PDP trong SGSN trở lại trạng thái IDLE và INACTIVE Các ngữ cảnh MM và PDP trong SGSN có thể bị xóa bỏ Ngữ cảnh PDP trong SGSN sẽ bị xóa (Cancel Location): SGSN nhận bản tin MAP Cancel Location từ HLR và loại bỏ các ngữ cảnh MM và PDP.

PDU transmission: MS gửi một LLC-PDU tới SGSN, trả lời một bản tin tìm gọi.

PDU reception: SGSN nhËn mét LLC-PDU tõ MS.

READY timer expity: ngữ cảnh MS và SGSN trở lại trạng thái

Hình II.29 Mô hình trạng thái quản lý di động truy cập nặc danh (AA-MM)

Hoạt hoá ngữ cảnh AA PDP

Kết thúc định thời READY hoặc giải hoạt hoá ngữ cảnh AA PDP

Mô hình trạng thái AA-MM của MS

Hoạt hoá ngữ cảnh AA PDP Kết thúc định thời READY hoặc điều kiện RLC bất th ờng hoặc giải hoạt hoá ngữ cảnh AA PDP

Mô hình trạng thái AA-MM của SGSN

Force to STANBY: SGSN chỉ thị một sự trở lại ngay lập tức trạng thái

STANDBY trớc khi đồng hồ READY kết thúc.

Abnormal RLC Condition: ngữ cảnh MM trong SGSN trở lại trạng thái

STANDBY khi có vấn đề về truyền gói trên giao diện vô tuyến hoặc trong tr- ờng hợp ngừng không thể khôi phục đợc một quá trình truyền trên giao diện vô tuyến.

Trạng thái giao thức số liệu gói (PDP)

II.1 Trạng thái không hoạt động(INACTIVE)

Trạng thái inactive mô tả dịch vụ dữ liệu cho một địa chỉ PDP của một thuê bao Dịch vụ này không đc hoạt hoá Ngữ cảnh PDP chứa thông tin không định tuyến hoặc không xử lý các PDP PDU liên quan đến địa chỉ PDP nói trên Không có dữ liệu đợc trao đổi Một sự thay đổi vị trí của các thuê bao dẫn đến không cập nhật ngữ cảnh PDP trong trạng thái INACTIVE ngay cả khi thuê bao kết nối với GPRS MM

Các PDP PDU kết cuối tại MS đợc thu trong trạng thái này ở GGSN có thể khởi đầu thủ tục hoạt hoá ngữ cảnh PDP do mạng yêu cầu nếu GGSN đợc khởi đầu quá trình hoạt hoá ngữ cảnh PDP cho địa chỉ PDP của GGSN Mặt khác các PDU kết cuối trong GGSN đúng với giao thức mạng dữ liệu bên ngoài.

MS khởi đầu quá trình chuyển từ INACTIVE sang ACTIVE bằng sự khởi đầu hoạt hoá ngữ cảnh PDP

II.2 Trạng thái hoạt động (ACTIVE)

Trong trạng thái ngữ cảnh PDP đợc hoạt hoá trong MS, SGSN và

GGSN Ngữ cảnh PDP chứa thông ti định tuyến và ánh xạ để trao đổi các PDP

PDU giữa MS và SGSN theo một kiểu địa chỉ PDP cụ thể Trạng thái ACTIVE đợc chấp nhận chỉ khi trạng thái MM của thuê bao là STANBY hoặc READY.

Một ngữ cảnh PDP đựôc hoạt hoá cho một MS đợc chuyển sang trạng thái INACTIVE khi thủ tục ngng hoạt hoá đợc khởi đầu Tất cả các ngữ cảnh

PDP đợc hoạt hoá đợc chuyển sang trạng thái INACTIVE khi trạng thái MM đợc chuyển sang trạng thái IDLE.

II.3 Các chức năng hoạt hoá, sửa đổi và giải hoạt hoá ngữ cảnh PDP

II.3.1 Các địa chỉ PDP động và tĩnh

Các địa chỉ PDP có thể đợc phân phối theo một trong ba cách:

 Nhà điều hành HPLMN (mạng PLMN thờng trú ) ấn định địa chỉ PDP cố định tới MS (địa chỉ P tĩnh )

 Nhà điều hành HPLMN (mạng PLMN thờng trú ) ấn định một địa chỉ PDP tới MS khi ngữ cảnh PDP đợc hoạt hoá ( địa chỉ PDP HPLMN động )

 Nhà điều hành VPLMN ( mạng PLMn tạm trú ) ấn định một địa chỉ PDP tới MS khi ngữ cảnh PDP đợc hoạt hoá (địa chỉ PDP VPLMN động)

Nhà điều hành mạng thờng trú sẽ quyết định giải pháPDP địa chỉ nào đợc sử dụng Nếu địa chỉ động đợc sử dụng thì GGSN sẽ chịu trách nhiệm phân phối và giải phóng địa chỉ PDP động Chỉ có địa chỉ PDP tĩnh là thích hợp trong trờng hợp hoạt hoá ngữ cảnh PDP đợc mạng yêu cầu.

II.3.2 Các thủ tục hoạt hoá

Thủ tục hoạt hoá ngữ cảnh PDP

Thủ tục hoạt hoá ngữ cảnh PDP đựoc minh hoạ trong hình dới đây:Hình vẽ chỉ ra thủ tục hoạt hoá ngữ cảnh PDP Nhờ sử dụng ản tin yêu cầu ngữ cảnh PDP tích cực, MS thông tin cho SGSN để yêu cầu hoạt hoá ngữ cảnh PDP Nừu địac hỉ PDP động đợc yêu cầu thì tam số địa chỉ PDP sẽ đặt rỗng Sau đó các chức năng bảo mật thông thờng ( ví dụ chức năng nhận thực ngời sử dụng ) đợc thực hiện Nừu sự truy nhập đợc thừa nhận thì SGSN sẽ gửi một thông báo “ Yêu cầu tạo ra ngữ cảnh PDP” tới SGSN bị truy nhập Sau đó tạo ra một bảng mới trong bảng ngữ cảnh PDP của GGSN mà bảng này cho phép GGSN định tuyến các gói số liệu SGSN và các mạnh PDn bên ngoài.Tiếp theo GGSN gửi thông báo xác nhận “ Trả lời việc tạo ra ngữ cảnh PDP” tới SGSN, thông báo này chứa địa chỉ PDP nếu nh sự cấp phát địa chỉ ngữ cảnh PDP động. Đáp ứng tạo ngữ cảnh PDP

Yêu cầu hoạt hoá ngữ cảnh PDP (kiểu PDP, địa chỉ P, QoS đ ợc th ơng l ợng, các điểm truy nhập,…

Các chức năng bảo mật

Chấp nhận hoạt hoá ngữ cảnh PDP (kiểu PDP, địa chỉ PDP, QoS đ ợc th ơng l ợng,…)

(Kiểu PDP, địa chỉ P, QoS đ ợc thoả thuận, điểm truy nhập,…

(Kiểu PDP, QoS đ ợc th ơng l ợng,…)

Hình vẽ II.34 Sự hoạt hoá ngữ cảnh PDP

Yêu cầu giải hoạt hoá ngữ cảnh PDP

Các chức năng bảo mật

Yêu cầu xóa ngữ cảnh PDP Trả lời xóa ngữ cảnh PDP

Chấp thuận giải hoạt hóa ngữ cảnh PDP

Hình vẽ II.35 Thủ tục giải hoạt hóa ngữ cảnh PDP khỏi đầu từ MS

Yêu cầu xóa ngữ cảnh PDP

Yêu cầu giải hoạt hóa ngữ cảnh PDP

Chấp thuận giải hoạt hóa ngữ cảnh PDP Đáp ứng xóa ngữ cảnh PDP

Hình vẽ II.36 Thủ tục giải hoạt hoá ngữ cảnh PDP khỏi đầu từ GGSN

Kết thúc định thời READY

Hình vẽ II.37 Thủ tục giải hoạt hoá ngữ cảnh AA PDP khởi đầu từ MS

Yêu cầu xóa ngữ cảnh

Trả lòi xóa ngữ cảnh AA PDP

Yêu cầu xóa ngữ cảnh AA PDP Yêu cầu số nhận dạng Đáp ứng số nhận dạng

Yêu cầu hoạt hóa ngữ cảnh

Chấp thuận giải hoạt hóa ngữ cảnh AA PDP Đáp ứng xóa ngữ cảnh AA PDP

Hình II.38 Thủ tục giải hoạt hóa ngữ cảnh AA PDP khỏi đầu từ GGSN

Ngoài ra còn có các thủ tục giải hoạt hóa truy cập nặc danh từ khởi ®Çu tõ MS, GGSN.

II.3.3 Các thủ tục sửa đổi ngữ cảnh PDP Để sửa đổi các tham số đã đợc thơng lợng trong thủ tục hoạt hoá của nhiều ngữ cảnhPDP thì các tham số sau có thể đợc sửa đổi:

QoS đợc thơng lợng Ưu tiên vô tuyến (Radio Priority)

SGSN có thể yêu cầu sửa đổi các tham số bằng việc gửi một bản tin

“Yêu cầu sửa đổi ngữ cảnh PDP” tới MS Thủ tục sửa đổi ngữ cảnh PDP đợc minh hoạ theo hình dới đây.

Hình vẽ II.39 Thủ tục sửa đổi ngữ cảnh PDP

Yêu cầu sửa đổi ngữ cảnh PDP

Yêu cầu cập nhật ngữ cảnh PDP Đáp ứng cập nhật ngữ cảnh PDP

Chấp thuận sửa đổi ngữ cảnh PDP

Định tuyến và truyền gói

Định tuyến và truyền gói giữa một TE di động và một mạng bên ngoài. Nghĩa là giữa hai điểm tham chiếu R và Gi. Định tuyến và truyền gói giữa một TE di động và mạng GPRS khác. Nghĩa là giữa điểm tham chiếu R và điểm tham chiếu Gi qua giao diện Gp. Định tuyến và truyền gói giữa các TE nghĩa là giữa các điểm tham chiếu giữa các MS khác nhau.

Các PDP, PDU đợc định tuyến và truyền giữa GGSN và MS nh các N- PDP Nếu PDP là PPP, kích thớc cực đại của mỗi N-PDU sẽ là 1502 octet.Các trờng hợp khác, kích thớc cực đại của các N-PDP là 1500 octet Khi MS hoặc GGSN nhận một PDP PDU sẽ đợc định tuyến và truyền nh một N-PDU Còn nếu lớn hơn thì PDP PDU sẽ bị phân đoạn, huỷ bỏ hoặc từ chối phụ thuộc vào kiểu PDP và cách thực hiện Giao thức dữ liệu gói trong MS có thể giới hạn kích thớc cực đại của các PDP PDU để định tuyến và truyền (bởi bộ nhớ của

MS có giới hạn) giữa SGSN và MS Các PDP PDU đợc truyền bằng SNDCP. Giữa SGSN và GGSN các PDU đợc định tuyến và truyền gói bằng TCP/IP hoặc UDP/IP Giao thức GTP truyền dữ liệu qua các kênh.

Sau đây là một ví dụ về sự định tuyến gói trong GPRS (hình 29):

Hình vẽ là một ví dụ về định tuyến gói trong mạng GPRS Chúng ta đã biết mạng số liệu gói là một mạng IP TRạm di động GPRS đặt trong PLMN tạm trú gửi các gói tin IP tới Host đích đã kết nối với mạng IP SGSN tại nơi mà trạm di động đợc đăng ký cùng với sự đóng gói các gói tin IP đến từ trạm di động sẽ kiểm tra tại ngữ cảnh PDP và định tuyến chúng qua mạng đờng trục nôi GPRS ỉnta-PLMN để đến GGSN thích hợp GGSN mở các gói và gửi chúng tới mạng IP nơi đó cơ chế định tuyến IP đợc sử dụng để truyền các gói tới Router lối vào của mạng đích Cuối cùng, nhờ thủ tục định tuyến đặc trng của mạng PDN các gói tin IP đợc chuyển đến Host tơng ứng.

Một địa chỉ IP đã đợc ấn định cho trạm di động bởi GGSN của PLMN thờng trú Do vậy, địa chỉ IP của MS có cùng tiền tố (prefix) mạng nh địa chỉ

IP của GGSN trong PLMN thờng trú.

Bây giờ Host tơng ứng gửi các tin tới MS Các gói đợc gửi từ phía mạng PDN (IP) đựoc định tuyến tới GGSN của Home PLMN (GGSN thờng trú của MS) Cuối cùng, GGSN hỏi HLR và lấy các thông tin của MS hhiện đặt trong PLMN tạm trú, GGSN đóng gói các gói IP đầu vào, kiểm tra thông tin địa chỉ đích để xác định SGSN đang phục vụ MS và chuyển chúng qua đ- ờng trục liên GPRS Inter-PLMN tới SGSN trong PLMN tạm trú tơng ứng. SGSN mở gói và chuyển chúng tới MS.

III.1 Chuyển tiếp dữ liệu ( Relay)

Chức năng chuyển tiếp của mạng là truyền chính xác các PDU nhận từ một liên kết tới một liên kết Tại SGSN và GGSN chức năng chuyển tiếp lu trữ tất cả các PDP PDU hợp lệ cho tới khi các PDU này đợc chuyển tới nút mạng tiếp theo hoặc khi đạt tới thời gian lu trữ cực đại các PDP PDU Các PDU sẽ huỷ bỏ khi đợc lu trữ đệm dài quá thời gian lu trữ cực đại Thời gian lu trữ cực đại phụ thuộc vào cách thực hiện và bị ảnh hởng của kiểu PDP, QoS của PDP PDU, tình trạng tiêu thụ tài nguyên, các điều kiện bộ đệm Việc huỷ bỏ giúp cho tài nguyên tránh các cố gắng truyền vô ích đặc biệt là các tài nguyên vô tuyÕn.

Chức năng chuyển tiếp trong GGSN và SGSN gắn thêm số thứ tự vào các PDP PDU nhận đợc từ SNDCCP và từ Gi Trong SGSN có thể thực hiện việc đánh số và sắp xếp lại thứ tự các PDP PDU trớc khi chuyển các PDU này tới các SNDP Trong GGSN cũng thực hịên đánh số, sắp xếp lại các PDP PDU trớc khi chuyển các PDP PDU tới Gi.

III.2 Thích ứng đầu cuối gói

Chức năng này thực hiện thích nghi các gói nhận và truyền từ TE theo một kiểu cho phù hợp với quá trình truyền dẫn trong GSM.

Một loạt đầu cuối di động (MT) cung cấp các giao tiếp chuẩn khác nhau cho TE.

MT với giao tiếp nối tiếp không đồng bộ và hỗ trợ PAD (thiết bị đóng/ mở gói).

“MT nhúng” thích hợp với TE, với giao tiếp chơng trình ứng dụng chuẩn công nghiệp.

MT với giao tiếp nối tiếp đồng bộ

3 §ãng gãi (Encasulation)

GPRS truyền các PDP PDU một cách “ trong suốt” giữa các mạng ngoài và các M Tất cả PDP PDU đều đợc đóng gói và mở gói dành cho các mục đích định tuyến GPRS Tính năng đóng gói có ở MS, SGSN và GGSN. Đóng gói cho phép các PDP PDU đợc phân phối và đợc liên kết với ngữ cảnh PDP chính xác trong MS, SGSN hoặc GGSN Có hai kế hoạch đóng gói khác nhau đợc sử dụng: một dành cho mạng đờng trục GPRS giữa hai GSN và một dành cho đấu nối GPRS giữa SGSN và MS.

Sự đóng gói yêu cầu MS đợc đăng nhập mạng GPRS và yêu cầu thủ tục hạot hoá ngữ cảnh PDP phải đợc thực hiện rồi Nếu sự đăng nhập mạng GPRS hoặc các thủ tục hoạt hoá ngữ cảnh PDP không đựơc thực thi hoàn toàn thì sau đó các PDP PDU đờng lên sẽ bị bỏ trong MS Nếu những thủ tục này không đợc thực thi khi một PDP PDU đờng xuống chuyển tới GGSN thì sau đó PDP PDU đờng xuống sẽ bị loại bỏ, xoá hoặc các thủ tục hoạt hoá ngữ cảnh PDP đợc yêu cầu bởi mạng sẽ đợc bắt đầu.

Tơng tác mạng

Định tuyến gói trong mạng GPRS

Trong dịch vụ vô tuyến gói GPRS, chức năng định tuyến đợc thực hiện bởi hai phần tử logic mới là SGSN và GGSN.

Chức năng chính của GGSN là truyền các gói dữ liệu giữa mạng GPRS và mạng bên ngoài (PDN) Một gói dữ liệu thu đợc từ nút đích sẽ đợc phân phát bởi GGSN tới SGSN mà hiện đang phục vụ MS đó, ở hớng ngợc lại, các gói dữ liệu thu đợc từ SGSN sẽ đợc GGSN định tuyến tới mạng dữ liệu bên ngoài để truyền đợc tới nút đích.

Chức năng chính của SGSN là phát hiện ra các trạm MS mới trong vùng phục vụ của mình, gửi và nhận dữ liệu từ/tới các MS và ghi lại vị trí các

MS bên trong vùng phục vụ của nó Ngoài các chức năng vận chuyển dữ liệu và định tuyến gói, các SGSN và GGSN còn có chức năng thống kê tính cớc để sử dụng cho việc tính cớc.

Các giao thức định tuyến giải quyết việc định tuyến cho cả 2 hớng: truyền dẫn gói từ trạm di động tới nút đích và từ nút đích tới trạm di động.

Trong trờng hợp truyền dữ liệu từ trạm di động tới nút đích, các gói dữ liệu đợc truyền từ MS tới SGSN sử dụng các giao thức ở giao diện vô tuyến. Để tối u hóa hiệu quả và tăng độ tin cậy khi truyền dữ liệu qua giao diện vô tuyến thì việc nén dữ liệu ngời dùng, nén các header và các thuật toán mã hóa đợc sử dụng giữa MS và SGSN SGSN đóng gói dữ liệu của MS, sau khi GGSN thu đợc các dữ liệu đã đợc đóng gói, nó sẽ kiểm tra địa chỉ đích mà gói cần truyền tới, và gửi nó tới mạng dữ liệu bên ngoài (PDN) Gói đó đợc định tuyến qua PDN tới nút đích.

Trong quá trình truyền gói từ nút đích tới trạm di động thì dựa trên địa chỉ đích mà gói đợc định tuyến qua PDN để tới GGSN GGSN xác định địa chỉ của SGSN, rồi nó định tuyến gói đó đến SGSN đang phục vụ MS cần nhận gói tin đó.

Giả sử rằng MS có một địa chỉ tĩnh đợc cấp pháp từ không gian địa chỉ của mạng con đặt trong mạng PLMN thờng trú Tuy nhiên, nếu thuê bao không có nhu cầu cho kết nối bắt nguồi từ nút đích thì địa chỉ động có thể đợc cấp phát cho MS bởi GGSN trong PLMN tạm trú Điều này cho phép định tuyến tối u cho cả hai chiều.

Bên trong các mạng PDN, các thủ tục định tuyến riêng biệt đợc sử dụng để gửi các gói dữ liệu đến đúng địa chỉ cần đến của gói đó.

Hình II.40 Định tuyến các gói dữ liệu từ nút đích đến MS GPRS

Mọi dữ liệu liên quan đến thuê bao của mạng GPRS đợc lu giữ trong thanh ghi GPRS (GA: GPRS Register) Các dữ liệu này đợc SGSN dùng cho việc định tuyến và truyền tải thông tin Thông thờng GR có thể đợc xem nh là HLR trong GSM GR lu trữ các thông tin định tuyến và ánh xạ số IMSI đến một hay nhiều địa chỉ giao thức PDN cũng nh ánh xạ địa chỉ mỗi PDN đến mét hay nhiÒu SGSN.

Hình II.40 là một ví dụ cho việc định tuyến gói từ một điểm đích thuộc mạng cố định đến MS GPRS.

Tơng tác mạng

Ta xét sự tơng tác giữa mạng GPRS trong các trờng hợp sau: a Giữa PLMN và PSDN. b Giữa PLMN và các mạng IP. c Giữa PLMN và PLMN.

II.1 Tơng tác giữa PLMN và PSDN (X.75/X.25)

GPRS hỗ trợ sự tơng tác với các mạng PSDN Sự tơng tác này có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua mạng trung gian, các thiết bị đầu cuối (TE) của GPRS sẽ có các địa chỉ đợc cung cấp và đợc điều khiển bởi mạng GPRS Thiết bị đầu cuối của PSDN gửi số liệu tới thiết bị đầu cuối của mạng GPRS

Hình II.41 T ơng tác với mạng PSPDN tại điểm tham chiếu X.75 Gi nhờ sử dụng mã nhận dạng mạng số liệu (DNIC) GPRS của thiết bị đầu cuối hoặc bằng mã nhận dạng duy nhất nhận dạng GPRS trên toàn cầu.

GGSN có thể xem nh là điểm truy cập giữa mạng số liệu GPRS PLMN và các PSDN.

Có hai mô hình tơng tác PSDN:

 X.75 qua ®iÓm tham chiÕu Gi.

 X.25 qua điểm tham chiếu Gi với DCE đợc đặt trong PSDN và DTE đợc đặt trong thiết bị đầu cuối của mạng GPRS PLMN.

Cả hai phơng thức truy cập mạng X.75 và X.25 đều đợc hỗ trợ khi những thuê bao di động có mặt trên HPLMN hoặc VPLMN Một thuê bao di động chuyển vùng có thể đợc cấp pháp một địa chỉ động từ VPLMN.

II.1.2 Mô hình tơng tác PSDN

Tơng tác với mạng X.75 tại điêm tham chiếu Gi

Hình 6.2 biểu diễn trờng hợp X.75 đợc sử dụng nh một giao thức tơng tác mạng, và hình 6.3 biểu diễn các lớp giao thức tại điểm tham chiếu X.75 Gi.

Hình II.42 Các lớp giao thức của điểm tham chiếu X.75 Gi

Hình II.43 PSDN t ơng tác với X.25 trên giao diện Gi

Mạng PLMN GPRS yêu cầu một mã nhận dạng mạng số liệu DNCI (Data Network Identification Code) hoặc một mã nhân dạng mạng giả PNIC (Pseudo Network Identification Code).

Việc tính cớc các gói X.25 đợc thực hiện tại GGSN.

Tơng tác với mạng X.25 tại điểm tham chiếu Gi

Hình II.43 chỉ ra trờng hợp X.25 đợc sử dụng nh giao thức nối thông giữa một DCE và một DTE, và hình 6.5 biểu diễn các lớp giao thức của điểm tham chiÕu X.25 Gi.

Hình II.44 Các lớp giao thức tại điểm tham chiếu X.25/Gi

Trong trờng hợp này mạng GPRS đợc xem nh là một phần của

PSDN,điểm tham chiếu Gi là điểm nối thông giữa DCE và DTE.

Thông tin tính cớc có thể đợc lựa chọn trong mạng X.25, phụ thuộc vào thỏa thuận giữa nhà điều hành GPRS và nhà điều hành PSDN Sự tính cớc cũng có thể đợc lựa chọn trong mạng GPRS Nếu VPLMN ấn định địa chỉ động thì sự tính cớc của GPRS và mạng ngoài sẽ đợc tập hợp và gửi tới

II.2 Tơng tác với mạng số liệu gói PDN (IP)

GPRS sẽ hỗ trợ sự tơng tác với các mạng dựa trên giao thức Internet (IP) Các mạng đợc tơng tác này có thể là mạng Internet hoặc mạng Intranet.

II.2.1 Mô hình tơng tác PDN

Khi tơng tác với các mạng IP, GPRS có thể sử dụng IPv4 hoặc IPv6. Điểm tơng tác với các mạng IP tại điểm tham chiếu Gi nh đợc chỉ ra trên hình6.6, và hình 6.7 biểu diễn giao thức tại điểm tham chiếu Gi IP.

Hình II.45 Biểu diễn giao thức tại điểm Gi

Hình II.46 Các lớp giao thức tại điểm tham chiếu Gi/IP Đặc trng của các mạng IP là sự tơng tác với các phân mạng đợc thực hiện thông qua các bộ định tuyến IP (IP router) Nếu nhìn từ phía mạng IP thì GGSN đợc xem nh là một bộ định tuyến IP bình thờng.

Các thực thể liên quan đến quá trình tơng tác mạng là:

 Bức tờng lửa (Firewall): có tác dụng bảo vệ PLMN khỏi sự truy cập trái phép Nhìn chung, tất cả các ứng dụng đang sử dụng giao thức IP nh một giao thức cơ sở đều đợc hỗ trợ Firewall, nhng các nhà khai thác mạng có thể hạn chế sử dụng các ứng dụng của chóng.

 DNS (Domain Name Server): đợc quản lý bởi nhà khai thác mạng GPRS, nhng nó cũng có thể đợc quản lý bởi các nhà khai thác mạng IP ngoài.

Từ phía mạng GPRS, sự phân phối địa chỉ IP động đợc thực hiện bởi GGSN GGSN có thể tự cấp phát những địa chỉ này hoặc sử dụng những thiết bị ngoài nh sever DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Thiết bị ngoài này có thể đợc vận hành bởi các nhà cung cấp Internet hoặc ISP.

II.2.1 Truy cập vào mạng Internet, Intranet, ISP thông qua mạng GPRS Để truy cập vào các mạng Internet, Intranet, ISP có thể liên quan đến các chức năng sau: nhận dạng và bảo mật thuê bao, mật mã hóa từ đầu cuối đến đầu cuối giữa MS và mạng Intranet/ISP, cấp pháp một địa chỉ động thuộc không gian địa chỉ của mạng PLMN/Intranet/ISP Vì vậy, GPRS có thể cung cấp hai loại truy cập:

 Truy cập trong suốt trực tiếp vào mạng Internet.

 Truy cập không trong suốt vào mạng Intranet/ISP. a.Truy cập trong suốt vào mạng Internet

Hình 6.8: Ví dụ về sự tơng tác mạng PDN Trong trờng hợp này, MS đợc cung cấp một địa chỉ thuộc không gian địa chỉ của mạng Địa chỉ này là một địa chỉ IP công cộng đợc cung cấp trong quá trình đăng ký nên là địa chỉ tĩnh, thay vì địa chỉ động lấy từ quá trình kích hoạt nội dung PSP Địa chỉ nàyđợc sử dụng cho việc truyền các gói giữa mạng Internet và GGSN, và trong GGSN MS không cần gửi bất cứ một yêu cầu nhận thực nào ở quá trình kích hoạt nội dung PDP, và GGSN không cần tham gia vào quá trình nhận thực.

Hình 6.9 biểu diễn thủ tục thiết bị đầu cuối truy cập vào mạngIntranet, mạng GPRS là trong suốt đối với thủ tục này.

Hình II.47 Truy cập trong suốt vào mạng Intranet

Hình II.48 biểu diễn mặt phẳng báo hiệu trong tr ờng hợp truyền không trong suốt

Có thể truy cập vào mạng Intranet thông qua bất kỳ mạng nào, thậm chí cả mạng không đợc bảo vệ tốt nh mạng Internet. b Truy cập không trong suốt vào mạng Intranet/ISP

Trong trờng hợp này, MS đợc cung cấp địa chỉ trong không gian địa chỉ Intranet/ISP Địa chỉ này đơc sử dụng để truyền gói trong GGSN và trên mạng Intranet/ISP Sự cấp pháp nh vậy yêu cầu một liên kết giữa

GGSN và một server cấp pháp địa chỉ nh: RADIUS, DHCP… Cho nên hiện nay nhiều n(thuộc về mạng

Intranet/ISP) MS sẽ gửi một yêu cầu nhận thực ở quá trình kích hoạt nội dung

PDP, và GGSN sẽ yêu cầu nhận thực ngời dùng từ server cấp phát địa chỉ.

Thông tin giữa GPRS PLMN và mạng Intranet/ISP đợc truyền qua mạng bất kỳ, thậm chí cả mạng không đợc bảo vệ an toàn nh Internet Trong trờng hợp này một giao thức bảo mật đặc biệt đợc sử dụng bởi sự thống nhất giữa các nhà khai thác mạng PLMN và nhà quản lý Intranet/ISP.

Hình II.49 Mặt phẳng báo hiệu trong tr ờng hợp truyền không trong suốt c Đánh số và địa chỉ