Nghien cuu cau truc mang gprs tren nen mang thong 203644

Đồ án tốt nghiệp lời mở đầu Hiện giới mặt đời sống xà hội phát triển, kinh tế, khoa học tự nhiên mà nhiều lĩnh vực khác Ngành thông tin liên lạc đợc coi ngành mũi nhọn cần phải trớc bớc, làm sở cho ngành khác phát triển Nhu cầu trao đổi, cập nhật thông tin ngời nơi lúc ngày cao Thông tin di động đời phát triển đà trở thành loại hình dịch vụ, phơng tiện thông tin phổ biến, đáp ứng nhu cầu sống đại Các hệ thống thông tin di động phát triển nhanh qui mô, dung lợng đặc biệt loại hình dịch vụ để đáp ứng tốt nhu cầu ngời sử dụng Việt Nam, mạng di động sè thÕ hƯ thø hai (2G), sư dơng c«ng nghƯ GSM, đợc phát triển rộng khắp tỉnh thành phố GSM với tốc độ 9,6 kbps áp dụng đợc dịch vụ thoại dịch vụ tin ngắn, hạn chế nhiều dịch vụ phi thoại yêu cầu tốc độ cao nh hình ảnh, văn đặc biệt nhu cầu truy nhập Internet Trong giới, nhiều nớc đà tiến lên hệ điện thoại di động thứ ba (3G) Thế hệ thứ ba có tốc độ truyền dẫn cao hơn, cung cấp đợc nhiều loại hình dịch vụ, đáp ứng đợc nhu cầu Việc xây dựng, phát triển mạng điện thoại di động thứ ba Việt Nam thực cần thiết Nhng đầu t thẳng lên 3G cần lợng vốn bỏ lớn mà lại lÃng phí sở hạ tầng mạng di động sẵn có Vì vậy, để tiến tới hệ thông tin di động thứ ba cần qua bớc trung gian gọi hệ thông tin di động 2,5G; dịch vụ thông tin di động vô tuyến chuyển mạch gói GPRS (General Packet Radio Service) TriÓn khai GPRS cho phÐp vÉn tËn dụng sở mạng GSM sẵn có, đồng thời đáp ứng nhu cầu truyền liệu tốc độ lớn, bớc xây dựng mạng điện thoại hệ thứ ba Đó lý chọn đề tài NghiênNghiên cứu cấu trúc mạng GPRS mạng thông tin di ®éng GMS thÕ hƯ thø hai” cho ®å án tốt nghiệp Hy vọng đồ án áp dụng trực tiếp vào việc phát triển mạng điện thoại di động Việt Nam điều kiện Đề tài gồm nội dung: -1- Đồ án tốt nghiệp - Chơng I: Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM - Chơng II: Các đặc điểm cấu trúc chức mạng GPRS - Chơng III: Các thủ tục trao đổi báo hiệu mạng GPRS - Chơng IV: Triển khai GPRS m¹ng GSM ë ViƯt Nam Qua thêi gian häc tËp, nghiên cứu; đợc hớng dẫn tận tình thầy cô giáo trờng Đại học Bách khoa Hà nội Bản đồ án tốt nghiệp đến đà hoàn thành Do khả thời gian có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đợc góp ý thầy cô giáo bạn bè đồng nghiệp để em vững vàng thêm kiến thức trờng Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử Viễn thông, bạn bè đồng nghiệp, đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo TS Phạm Văn Bình - môn Mạch xử lý tín hiệu, ngời đà tận tình bảo hớng dẫn em hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày tháng năm 2005 Sinh viên thực Chơng I: tổng quan hệ thống thông tin di động gsm I Giới thiệu mạng thông tin di động GSM 1- Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) GSM trớc đợc biết nh Groupe Spéciale Mobile (nhóm di động đặc biệt), nhóm đà phát triển nó, đợc thiết kế từ bắt đầu nh dịch vụ tế bào số quốc tế Giao tiếp vô tuyến GSM dựa công nghệ TDMA ý định ban -2- Đồ án tốt nghiệp đầu thuê bao GSM có khả di chuyển qua biên giới quốc gia nhận đợc dịch vụ di động tính theo với họ Kiểu GSM Châu Âu hoạt động tần số 900 MHz nh tần số 1800 MHz Bắc Mỹ, GSM sử dụng cho dịch vụ PCS 1900 vùng đông bắc California Nevada Do PCS 1900 sử dụng tần số 1900 MHz, nên điện thoại khả kết nối hoạt động với điện thoại GSM hoạt động mạng tần số 900 MHz hay 1800 MHz Tuy nhiên vấn đề khắc phục đợc với máy điện thoại đa băng hoạt động nhiều tần số Vào đầu năm 1980, thị trờng hệ thống điện thoại tế bào tơng tự đà phát triển nhanh Châu Âu Mỗi nớc đà phát triển hệ thống tế bào độc lËp víi c¸c hƯ thèng cđa c¸c níc kh¸c Sù phát triển không đợc hợp tác hệ thống thông tin di động quốc gia có nghĩa khả cho thuê bao sử dụng máy di động cầm tay di chuyển Châu Âu Không thiết bị di động bị hạn chế khai thác biên giới quốc gia, mà có thị trờng hạn chế kiểu thiết bị, tiết kiệm chi phí không thực đợc Ngoài thị trờng nớc đầy đủ với mẫu chung, nhà chế tạo cạnh tranh đợc thị trờng giới Hơn nữa, phủ nớc nhận thức rõ hệ thống thông tin không tơng thích cản trở tiến trình để đạt đợc tầm nhìn chiến lợc họ Châu Âu với kinh tế thống Với cân nhắc nêu trên, hội nghị điện thoại điện báo gồm 26 quốc gia Châu Âu (CEPT) đà thành lập nhóm nghiên cứu gọi Groupe Spéciale Mobile vào năm 1982 để nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin liên Châu Âu Đến năm 1986 tình hình trở nên sáng sủa số mạng tế bào tơng tự sử dụng hết dung lợng vào năm 1990 CEPT khuyến nghị hai khối tần số băng tần 900 MHz đợc dự trữ cho hệ thống Tiêu chuẩn GSM rõ băng tần từ 890 đến 915MHz cho băng thu từ 935 đến 960 MHz cho băng phát với băng đợc chia thành kênh 200 MHz Hệ thống thông tin di động đợc CEPT đa đà đáp ứng đợc tiêu chuẩn nh sau: - Cung cấp âm thoại chất lợng cao -3- Đồ án tốt nghiệp - Hỗ trợ chuyển vùng quốc tế - Hỗ trợ thiết bị đầu cuối cầm tay - Hỗ trợ loạt dịch vụ thiết bị - Cung cấp hiệu phổ tần số - Cung cấp khả tơng thích với ISDN - Cung cấp chi phí dịch vụ đầu cuối thấp Vào năm 1989, việc phát triển đặc tính kỹ thuật GSM đà đợc chuyển từ CEPT đến Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) ETSI đợc thành lập vào năm 1988 để thiết lập tiêu chuẩn viễn thông cho Châu Âu hợp tác với tổ chức tiêu chuẩn khác, lĩnh vực liên quan đến truyền hình công nghệ thông tin văn phòng ESTI đà ấn đặc tính kỹ thuật giai đoạn GSM vào năm 1990 Dịch vụ thơng mại đà bắt đầu vào năm 1991 Đến năm 1993 đà có 36 mạng GSM 22 nớc, thêm 25 nớc đà lựa chọn bắt đầu GSM Từ đó, GSM đà đợc chấp nhận Nam Phi, úc, nhiều nớc vùng Trung Đông Viễn Đông Tại Bắc Mỹ, GSM đợc dùng để thực PCS Đến cuối năm 1998 đà có 323 mạng GSM ë 118 níc phơc vơ cho 138 triƯu thuª bao Hiện nay, hệ thống GSM đợc gọi hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobilephone) Mạng thông tin di động GSM mạng thông tin di động số Cellular gồm nhiều ô (cell) Cell đơn vị nhỏ mạng, có hình dạng (trên lý thuyết) tổ ong hình lục giác Trong cell có đài vô tuyến gốc BTS (Base Transceiver Station) liên lạc với tất trạm di ®éng MS (Mobile Station) cã mỈt cell Khi MS di chun ngoµi vïng phđ sãng cđa cell, nã phải đợc chuyển giao sang làm việc với BTS cell khác Đặc điểm hệ thống thông tin di động Cellular việc sử dụng lại tần số diện tích cell nhỏ Mỗi cell sử dụng nhóm tần số kênh vô tuyến Các chữ A, B, C, vừa tên cell, vừa biểu thị nhóm xác định tần số vô tuyến đợc sử dụng cell Nhóm tần số đợc sử dụng nhiều lần cho cell với khoảng cách đủ lớn, công suất phát đủ nhỏ để nhiễu lẫn không đáng kể -4- Đồ án tốt nghiệp Thông thờng, gọi di động kết thúc cell nên hệ thống thông tin di động cellular phải có khả điều khiển chuyển giao (handover) gọi từ cell sang cell lân cận mà gọi đợc chuyển giao không bị gián đoạn Các chức hệ thống GSM Các đặc tính chủ yếu hệ thống GSM nh sau: Có thể phục vụ đợc số lớn dịch vụ tiện ích cho thuê bao thông tin thoại truyền số liệu * Đối với thoại có dịch vụ: - Chuyển hớng gọi vô điều kiện - Chuyển hớng gọi thuê bao di động bận - Cấm tất gọi quốc tế - Giữ gọi - Thông báo cớc phí - Nhận dạng số chủ gọi * Đối với dịch vụ số liệu: - Truyền số liệu - Dịch vụ nhắn tin: gãi th«ng tin cã kÝch cì 160 ký tù cã thể lu giữ Sự tơng thích dịch vụ GSM với dịch vụ mạng sẵn có: * PSTN Publich Switched Telephone Network (Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng) * ISDN Integrated Service Digital Network (mạng số tổ hợp dịch vụ) giao diện theo tiêu chuẩn chung Cho phép thuê bao lu động (roaming) nớc với sử dụng hệ thống GSM cách hoàn toàn tự động Nghĩa thuê bao mang máy di động nơi mạng tự động cập nhật thông tin vị trí thuê bao ®ång thêi thuª bao cã thĨ gäi ®i bÊt cø nơi mà không cần biết thuê bao khác đâu -5- Đồ án tốt nghiệp Sử dụng băng tần 900 MHz với hiệu cao kết hợp hai phơng pháp TDMA, FDMA Giải hạn chế dung lợng Thực chất dung lợng tăng lên nhờ việc sử dụng tần số tốt kỹ thuật chia ô nhỏ, số thuê bao đợc phục vụ tăng lên Tính linh hoạt cao nhờ sử dụng loại máy thông tin di động khác nhau: máy cầm tay, máy xách tay, máy đặt ô tô Tính bảo mật: Mạng kiểm tra hợp lệ thuê bao GSM thẻ đăng ký SIM (Subcriber Identity Module) ThỴ SIM sư dơng mËt khÈu PIN (Personal Identity Number) ®Ĩ b¶o vƯ qun sư dơng cđa ngêi sư dơng hợp pháp SIM cho phép ngời sử dụng sử dụng nhiều dịch vụ cho phép ngời dùng truy nhập vào PLMN (Public Land Mobile Network) khác Đồng thời hệ thống GSM có trung tâm nhận thực AuC, trung tâm cung cấp mà bảo mật chống nghe trộm cho đờng vô tuyến thay đổi cho thuê bao 3- Băng tần sử dụng hệ thống thông tin di động GSM: 890 M hz 200 K hz 25 M hz 935 M hz 25 M hz 1710 M hz 915 M hz G SM m ë 927 M hz réng 1785 M hz 960 M hz 1880 M hz B ă n g tầ n lê n (T M S - B T S ) 915 M hz 200 K hz 882 M hz D SC 1805 M hz B ă n g tÇ n x u è n g (T õ B T S - M S ) 960 M hz Hình 1.1- Băng tần mở rộng GSM Hệ thống GSM làm việc băng tần 890 960MHz Băng tần đợc chia làm phần: - Băng tần lên (Uplink band): 890 915 MHz cho kênh vô tuyến từ trạm di động đến hệ thống trạm thu phát gốc -6- Đồ án tốt nghiệp - Băng tần xuống (Downlink band): 935 960 MHz cho kênh vô tuyến từ trạm thu phát gốc đến trạm di động Mỗi băng rộng 25MHz, đợc chia thành 124 sóng mang Các sóng mang cạnh cách 200KHz Mỗi kênh sử dụng tần số riêng biệt, cho đờng lên, cho đờng xuống Các kênh đợc gọi kênh song công Khoảng cách hai tần số không đổi 45 MHz, đợc gọi khoảng cách song công Kênh vô tuyến mang khe thời gian mà khe thời gian kênh vật lý để trao đổi thông tin trạm thu phát trạm di động Ngoài băng tần sở nh có băng tần GSM mở rộng băng tần DCS (Digital Cellular System) 4- Phơng pháp truy nhập thông tin di động giao diện vô tuyến, MS BTS liên lạc với sóng vô tuyến Để tài nguyên tần số có hạn phục vụ nhiều thuê bao di động, việc sử dụng lại tần số, số kênh vô tuyến đợc dùng theo kiểu trung kế Hệ thống trung kế vô tuyến hệ thống vô tuyến có số kênh sẵn sàng phục vụ số ngời dùng Phơng thức để sử dụng chung kênh gọi phơng pháp đa truy nhập: ngời dùng có nhu cầu đợc đảm bảo truy nhập vào trung kế Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access): phơc vơ c¸c cc gäi theo c¸c kênh tần số khác ngời dùng đợc cấp phát kênh tập hợp kênh lĩnh vực tần số Phổ tần số đợc chia thành 2N dải tần số kế tiếp, cách khoảng bảo vệ Mỗi dải tần đợc gán cho kênh liên lạc, N dải dành cho liên lạc hớng lên, N dải lại cho liên lạc hớng xuống Đa truy nhËp ph©n chia theo thêi gian TDMA (Time Division Multiple Access): có yêu cầu gọi kênh vô tuyến đợc ấn định Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian Mỗi thuê bao đợc cấp khe cấu trúc khung tuần hoàn khe Đa truy nhập theo mà CDMA (Code Division Multiple Access): Là phơng pháp trải phổ tín hiệu, thực gán cho MS mét m· riªng biƯt cho phÐp nhiỊu MS cïng thu, phát độc lập mặt băng tần nên tăng dung lợng cho hệ -7- Đồ án tốt nghiệp thống Hiện công nghệ CDMA đợc triển khai số quốc gia Tại Việt Nam có mạng thông tin di động S-Fone công ty Cổ phần viễn thông Sài Gòn (SPT) sử dụng công nghệ Ngoài có phơng pháp truy nhập theo không gian SDMA Mạng GSM sử dụng phơng pháp TDMA kết hợp FDMA II Cấu trúc hệ thống thông tin di ®éng GSM 1- CÊu tróc hƯ thèng HƯ thèng th«ng tin di động gồm nhiều phần tử chức Mạng GSM đợc phân chia thành phân hệ: Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem) Phân hệ tr¹m gèc BSS (Base Station Subsystem)  HƯ thèng khai thác hỗ trợ OSS (Operation and Support System) Máy di động MS (Mobile Station) N SS A uC PLM N VLR HLR PSTN G M SC M SC E IR Nmc IS D N Om C Tr a u S im M S Bts Bsc Me H×nh 2.1- Mô hình hệ thống thông tin di động PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng ISDN : Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng -8- Đồ án tốt nghiệp Phân hệ chuyển mạch NSS bao gồm khối chức năng: - Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile Switching Center) - Bộ ghi định vÞ thêng tró HLR (Home Location Register) - Bé ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register) - Trung t©m nhËn thùc AuC (Authentication Center) - Bé ghi nhËn dạng thiết bị EIR (Equipment Identification Register) - Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng GMSC (Gateway Mobile Switching Center) Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm khối chức năng: - Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Center) - Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station) Hệ thống khai thác hỗ trợ OSS bao gồm khối chức năng: - Trung tâm quản lý mạng NMC (Network Management Center) - Trung tâm quản lý bảo dỡng OMC (Operation & Maintenance Center) Trạm di động MS: - Thiết bị di động ME (Mobile Equipment) - Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identity Module) 2- Chức phần tử mạng GSM 2.1- Phân hệ chuyển mạch NSS Phân hệ chuyển mạch bao gồm chức chuyển mạch GSM nh sở liệu cần thiết cho số liệu thuê bao quản lý di động -9- Đồ án tốt nghiệp thuê bao Chức hệ thống chuyển mạch quản lý thông tin ngời sử dụng mạng GSM mạng khác Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC MSC tổng đài thực tất chức chuyển mạch báo hiệu MS nằm vùng địa lý MSC quản lý MSC khác với tổng đài cố định phải điều phối cung cấp tài nguyên vô tuyến cho thuê bao MSC phải thực thêm hai thủ tục: - Thủ tục đăng ký - Thđ tơc chun giao MSC mét mỈt giao tiếp với BSS, mặt khác giao tiếp với mạng MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng đợc gọi MSC cổng (GMSC), có chức tơng tác IWF (InterWorking Function) để thích ứng đặc điểm truyền dẫn GMS mạng Phân hệ chuyển mạch giao tiếp với mạng để sử dụng khả truyền tải mạng cho việc truyền tải số liệu ngời sử dụng báo hiệu phần tử mạng GSM MSC thờng tổng đài lớn điều khiển quản lý số điều khiển trạm gốc BSC Bộ ghi định vị thờng trú HLR HLR sở liệu quan trọng mạng có chức quản lý thuê bao Một PLMN có nhiều HLR phụ thuộc vào lợng thuê bao HLR lu hai loại số gán cho thuê bao di động, là: + MSISDN: số danh bạ (số thuê bao) CÊu tróc: MSISDN = CC + NDC + SN CC: M· qc gia (ViƯt nam: 84) NDC: M· m¹ng (Vinaphone: 91, Mobiphone: 90) SN: Số thuê bao mạng (gồm sè) VD: 84.91.2037878 - 10 -