GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG LƯỢNG MẠNG GSM 900

GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG LƯỢNG MẠNG GSM 900

Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU *** Ngày nay do nhu cầu về thông tin ngày càng tăng và trở nên quan trọng trong đời sống vật chất cũng như tinh thần của xã hội. Nó đòi hỏi phải được đáp ứng bởi một công nghệ mới để thoả mãn nhu cầu về dung lượng, chất lượng và các dịch vụ đa dạng. Mạng viễn thông tổ ong là một trong những ứng dụng kỹ thuật viễn thông có nhu cầu lớn nhất và phát triển nhanh nhất. Nó chiếm số phần trăm lớn và không ngừng gia tăng trong toàn bộ thuê bao trên toàn thế giới. Trong tương lai các hệ thống tổ ong sử dụng kỹ thuật số sẽ trở thành phương thức thông tin vạn năng. Ở nước ta trong những năm gần đây mạng thông tin di động số đang phát triển hết sức nhanh chóng và trong tương lai sẽ tiếp tục phát triển. Cùng với sự phát triển và tăng cao số lượng thuê bao, dịch vụ mới, nhiều thiết bị mới được đưa vào hoạt động làm cho mạng bị quá tải dẫn đến chất lượng thông tin kém. Chính vì vậy để đáp ứng đòi hỏi ngày càng cao của khách hàng thì nhiệm vụ của các hệ thống viễn thông nói chung là chuyển tải thông tin nhanh kịp thời và chính xác, đảm bảo sự hoạt động ổn định cũng như nhằm nâng cao nghiệp vụ khai thác quản lý nhanh các tình huống trong khi sự cố xảy ra. Trong viễn thông ta thấy nổi bật một vấn đề xuyên suốt quá trình phát triển. Đó là yêu cầu chất lượng dịch vụ (Quality of Services) và hiệu quả kinh tế mạng. Vì vậy, giải quyết vấn đề trên đây luôn luôn vừa là mục tiêu vừa là động lực phát triển mạng viễn thông, một trong những hạ tầng cơ sở quan trọng nhất của các nền kinh tế hiện đại và các xã hội hiện đại. Muốn vừa đảm bảo yêu cầu QoS vừa đạt hiệu quả kinh tế cao thì từ việc lập kế hoạch, thiết kế, lắp đặt cho đến việc vận hành, quản lý mạng đều phải thực hiện theo quan điểm của tính tối ưu. Sau một thời gian làm việc tại công ty viễn thông quân đội Viettel, em đã hiểu về hiện trạng chung của các mạng di động hiện nay. Với số lượng khách hàng hoà mạng tăng với tốc độ rất cao( gần như năm sau gấp đôi năm trước trong nhưng năm gần đây). Thì vấn đề đặt ra hàng đầu của công ty viễn thông là nâng cao dung lượng mạng để đáp ứng tốt chất lượng dịch vụ Trần Văn Thanh Lớp: ĐT6 - K49 Đồ án tốt nghiệp Chính vì vậy em đã tìm hiểu và nghiên cứu về những giải pháp kỹ thuật nhằm phục vụ các nhu cầu này. Với đồ án tốt nghiệp: GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG LƯỢNG MẠNG GSM 900 Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, đến nay em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Điện tử - Viễn thông và đặc biệt là thầy giáo: Thạc sĩ Lâm Hồng Thạch trong thời gian đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, tạo điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt đồ án tố nghiệp này. Do thời gian và khả năng còn nhiều hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự góp ý và bổ sung của các thầy. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 19 Tháng 05 Năm 2009 Sinh viên thực hiện Trần Văn Thanh Trần Văn Thanh Lớp: ĐT6 - K49 Đồ án tốt nghiệp TÓM TẮT ĐỒ ÁN *** Với bản đồ án này em xin được trình bày về các giải pháp để nâng cao dung lượng mạng di động hiện nay. Bố cục của nó gồm 3 chương Chương I: Tổng quan mạng GSM Nội dung của chương 1 là trình bày một cách ngắn gọn và tổng quát nhất về cấu trúc mạng GSM. Chương này giúp cho chúng ta có thể hình dung được mạng GSM được cấu tạo bởi những thành phần nào cũng như chức năng của các thành phần đó là gì Chương II: Các giải pháp kỹ thuật để nâng cấp mở rộng mạng GSM Trong chương này em xin trình bày về một số biện pháp nhằm nâng cao dung lượng mạng GSM. Chương III: Giải pháp tính toán mở rộng và nâng cấp mạng Viettel khu vực TP Vinh trong năm 2009 Với chương 3 em xin giới thiệu sơ qua về hiện trạng mạng viettel Thành phố Vinh cũng như các giải pháp được áp dụng để nâng cao dung lượng mạng hiện nay. Trần Văn Thanh Lớp: ĐT6 - K49 Đồ án tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan mạng GSM 1.1 Cấu trúc tổng thể GSM Mạng thông tin di động số thực chất là mạng di động mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network). Một cách tổng quát thì PLMN hợp tác với các mạng cố định để thiết lập cuộc gọi, qua các giao diện PLMN tiếp xúc với bên ngoài, thế giới này bao gồm các mạng ngoài, nhà khai thác và người sử dụng như hình vẽ dưới đây : Hình 1.1 Cấu trúc chung của GSM Trần Văn Thanh Lớp: ĐT6 - K49 GSM Ký hiệu: NSS: Mạng và hệ thống con chuyển mạch BSS: Hệ thống con trạm gốc OSS: Hệ thống con khai thác MS: Trạm di động Đồ án tốt nghiệp • Như vậy, một hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ thống con như sau: • Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem ) • Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) • Phân hệ bảo dưỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem) • Trạm di động MS (Mobile Station) 1.2 Các thành phần của mạng Sơ đồ mô hình của hệ thống GSM được mô tả như ở hình 2 dưới đây : Hình 1. 2 Mô hình mạng GSM Các ký hiệu : AUC : Trung tâm nhận thực Trần Văn Thanh Lớp: ĐT6 - K49 SS HLR MSC VLR EIR AUC BSS BSC BTS MS OSS ISDN PSPDN CSPD N PSTN PLMN -------- : Truyền báo hiệu : Truyền lưu lượng Đồ án tốt nghiệp VLR : Bộ ghi định vị tạm trú BTS : Trạm thu phát gốc SS : Hệ thống con chuyển mạch ISDN : Mạng liên kết số đa dịch vụ HLR : Bộ ghi định vị thường trú EIR : Bộ ghi nhận dạng thiết bị BSC : Bộ điều khiển trạm gốc MS : Trạm di động BSS : Hệ thống con trạm gốc OSS : Trung tâm khai thác và bảo dưỡng PSPDN : Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói PSTN : Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng CSPDN : Mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch PLMN : Mạng di động công cộng mặt đất MSC : Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động 1.1.1.1. 1.2.1 Phân hệ chuyển mạch SS Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác. SS bao gồm các thiết bị : • Tổng đài MSC Trong SS, chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện, nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM. Một mặt MSC giao tiếp với hệ thống con BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài. MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng (GMSC). Để kết nối MSC với các mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn GSM với các mạng đó. Các thích ứng này được gọi là các chức năng tương tác IWF ( Interworking funtions ). IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và Trần Văn Thanh Lớp: ĐT6 - K49 Đồ án tốt nghiệp truyền dẫn. IWF cho phép kết nối với các mạng PSTN, ISDN, PSPDN, CSPDN và có thể được thực hiện kết hợp trong cùng các chức năng MSC hay trong thiết bị riêng. SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM. Ví dụ, mạng báo hiệu kênh chung số 7 (SS7) bảo đảm hợp tác, tương tác giữa các thiết bị của SS trong một hay nhiều mạng GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số bộ điều khiển trạm gốc BSC. Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình). • Bộ đăng ký định vị thường trú HLR Ngoài MSC, SS còn bao gồm các cơ sở dữ liệu. Bất kể vị trí của thuê bao, mọi thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông đều được lưu giữ trong HLR, kể cả vị trí hiện thời của MS. HLR thường là một máy tính đứng riêng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao nhưng không có khả năng chuyển mạch. Một chức năng nữa của HLR là nhận dạng thông tin nhận thực AUC, mà nhiệm vụ của trung tâm này là quản lý số liệu bảo mật về tính hợp pháp của thuê bao. • Bộ đăng ký định vị tạm trú VLR VLR là một cơ sở dữ liệu được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR. Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC. • Tổng đài cổng GMSC SS có thể chứa nhiều MSC, VLR và HLR. Để thiết lập một cuộc gọi liên quan đến GSM mà không cần biết đến vị trí hiện thời của thuê bao MS, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng GMSC để lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến MSC nào hiện đang quản lý thuê bao đó. Để thực hiện việc này, trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này. GMSC có giao diện với các mạng bên ngoài để kết nối mạng bên ngoài với mạng GSM. Ngoài ra, tổng đài cổng GSM còn Trần Văn Thanh Lớp: ĐT6 - K49 Đồ án tốt nghiệp có giao diện với mạng báo hiệu số 7 để có thể tương tác với các phần tử khác của NSS. Do tính kinh tế cần thiết của mạng nên không bao giờ tổng đài cổng GSM đứng riêng mà thường được kết hợp với GSM. • Mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS7) Nhà khai thác mạng GSM có thể có mạng báo hiệu CCS7 riêng hay chung phụ thuộc vào quy định của từng nước. Nếu nhà khai thác có mạng báo hiệu này riêng thì các điểm chuyển báo hiệu STP (Signalling Transfer Point) có thể là một bộ phận của NSS và có thể được thực hiện ở các điểm nút riêng hay kết hợp trong cùng một MSC tuỳ thuộc vào điều kiện kinh tế. Nhà khai thác GSM có thể dùng mạng riêng để định tuyến các cuộc gọi giữa GMSC và MSC hay thậm chí định tuyến cuộc gọi ra đến điểm gần nhất trước khi sử dụng mạng cố định. Lúc này các tổng đài quá giang TE (Transit Exchange) có thể sẽ là một bộ phận của mạng GSM và có thể được thực hiện như một nút đứng riêng hay kết hợp với MSC. 1.2.2 Phân hệ trạm gốc BSS BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến nên nó bao gồm các thiết bị phát và thu đường vô tuyến và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài NSS. Tóm lại BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài, tức là kết nối thuê bao di động MS với những người sử dụng viễn thông khác. Do vậy, BSS phải phối ghép với NSS bằng thiết bị BSC. Ngoài ra, do BSS cũng cần phải được điều khiển nên nó được đấu nối với OSS. BSS gồm hai thiết bị : BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC. • Đài vô tuyến gốc BTS Một BTS bao gồm các thiết bị phát, thu, anten và khối xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit). TRAU thực hiện quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù cho GSM. Đồng thời ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS nhưng cũng có thể được đặt xa BTS, chẳng hạn đặt giữa BSC và MSC. • Đài điều khiển trạm gốc BSC Trần Văn Thanh Lớp: ĐT6 - K49 Đồ án tốt nghiệp BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả các giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao. Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia được nối với MSC của NSS. Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao ô HO. Một BSC trung bình có thể quản lý hàng chục BTS, tạo thành một hệ thống trạm gốc. Tập hợp các trạm gốc trong mạng gọi là phân hệ trạm gốc. Giao diện quy định giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BSC và BTS là giao diện Abis. 1.2.3 Trạm di động MS MS là một thiết bị phức tạp, có khả năng như một máy tính nhỏ. Nó bao gồm hai thiết bị : thiết bị di động ME và module nhận dạng thuê bao SIM. SIM có dạng như một card thông minh hoặc được chia nhỏ hơn gắn trên giá, nó như một loại khoá, có thể tháo khỏi MS một cách dễ dàng. Không có SIM, máy di động không thể gọi được trừ các trường hợp khẩn cấp được mạng cho phép. SIM lưu giữ thông tin liên quan đến thuê bao và nó có thể được phân biệt qua chỉ số nhận dạng IMSI. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến, MS còn phải cung cấp các giao diện với người sử dụng (như micro, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị đầu cuối khác như giao diện với máy tính cá nhân, Fax . Như vậy ta nhận thấy MS có 3 chức năng chính như sau : • Thiết bị đầu cuối: Để thực hiện các dịch vụ người sử dụng (thoại, fax, số liệu .) • Kết cuối di động: Để thực hiện truyền dẫn ở giao diện vô tuyến vào mạng. • Thích ứng đầu cuối: Làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động. 1.2.4 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS Hiện nay OSS được xây dựng theo nguyên lý của mạng quản lý viễn thông TMN (Telecommunication Management Network). Lúc này, một mặt hệ thống khai Trần Văn Thanh Lớp: ĐT6 - K49 Đồ án tốt nghiệp thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông (các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS vì thâm nhập đến BTS được thực hiện qua BSC). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy. OSS thực hiện ba chức năng chính là : khai thác và bảo dưỡng mạng, quản lý thuê bao và tính cước, quản lý thiết bị di động. Dưới đây ta xét tổng quát các chức năng nói trên: • Chức năng khai thác và bảo dưỡng mạng Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như : Tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai ô . nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố. Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai, để tăng vùng phủ sóng. Việc thay đổi mạng có thể được thay đổi“mềm” qua báo hiệu (chẳng hạn thay đổi thông số handover để thay đổi biên giới tương đối giữa hai ô) hoặc được thực hiện “cứng” đòi hỏi can thiệp tại hiện trường (chẳng hạn bổ sung thêm dung lượng truyền dẫn, thay đổi công suất phát hoặc lắp đặt thêm một trạm mới). ở các hệ thống viễn thông hiện đại, việc khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm. Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc. Nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị ở mạng viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua sự kiểm tra. Trong nhiều trường hợp người ta dự phòng cho thiết bị để khi có sự cố có thể thay thế bằng thiết bị dự phòng. Sự thay thế này có thể được thực hiện tự động, ngoài ra việc giảm nhẹ sự cố có thể được người khai thác thực hiện bằng điều khiển từ xa. Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố. • Chức năng quản lý thuê bao Chức năng quản lý thuê bao được bắt đầu từ việc nhập và xoá thuê bao ra khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ khác nhau và các chức năng bổ sung. Nhà khai thác phải có khả năng xâm nhập vào các thông Trần Văn Thanh Lớp: ĐT6 - K49