Báo cáo đề tài:" Nghiên cứu cấu trúc mạng GPRS trên nền mạng thông tin di động GMS thế hệ thứ 2"

Báo cáo đề tài:" Nghiên cứu cấu trúc mạng GPRS trên nền mạng thông tin di động GMS thế hệ thứ 2"

lời mở đầu

Hiện nay trỜn thế giới mọi mặt của đời sống xó hội đều phỏi triển, khụng những về kinh tế, khoa học tự nhiờn mà cũn rất nhiều lĩnh vực khỏc Ngành thụng tin liờn lạc được coi là ngành mũi nhọn cần phải đi trước một bước, làm cơ sở cho cóc ngành khóc phỏi triển Nhu cầu trao đổi, cập nhật thụng tin của con người ở mọi nơi mọi lỳc ngày càng cao Thung tin di động ra đời và phỏi triển đó trở thành một loại hỡnh dịch vụ, phương tiện thung tin phổ biến, đổp Ứng nhu cầu của cuộc sống hiện đại Cốc hệ thống thụng tin di động đang phỏi triển rất nhanh cả về qui mụ, dung lượng và đặc biệt là cóc loại hỡnh dịch vụ mới để đỏp ứng tốt hơn nhu cầu của người sử

dụng

ở Việt Nam, mạng di động số thế hệ thứ hai (2G), sử dụng cụng nghệ GSM, đang được phỏit triển rộng khắp cóc tỉnh và thành phố GSM với tốc độ 9,6 kbps chi 6p dụng được cóc dịch vụ thoại và dịch vụ bản tin ngắn, hạn chế nhiều dịch vụ phi thoại yờÒu cầu tốc độ cao như hỡnh ảnh, văn bản và đặc biệt là nhu cầu truy nhập Internet Trong khi trỜờn thế giới, rất nhiều nước đó tiến lờn thế hệ điện thoại di động thứ ba (3G) Thế hệ thứ ba này cú tốc độ truyền dẫn cao hơn, cung cấp được nhiều loại hỡnh dịch vụ, đỏp ứng được nhu cầu hiện nay

Việc xõy dựng, phỏt triển mạng điện thoại di động thứ ba ở Việt Nam hiện nay là thực sự cần thiết Nhưng nếu đầu tư thẳng lờn 3G thỡ cần lượng vốn bỏ ra rất lớn mà lại lóng phớ cơ sở hạ tầng mạng di động sẵn cú Vỡ vậy, để tiến tới thế hệ thụng tin di động thứ ba này cần qua một bước trung gian gọi là thế hệ thỤụng tin di động 2,5G; đú là dịch vu thung tin di

động vụ tuyến chuyển mạch gúi GPRS (General Packet Radio Service) Triển khai GPRS cho phộp vẫn tận dụng cơ sở mạng GSM sẵn cú, đồng thời cú thể đỏp ứng nhu cầu truyền dữ liệu tốc độ lớn, từng bƯớc xây dựng mạng

điện thoại thế hệ thứ ba Đó là lý do tôi chọn đề tài

“Nghiờn cứu cấu trỳc mạng GPRS trờn nền mạng thụng tin di động GMS thế hệ thứ hai

” cho đồ ỏn tốt nghiệp của mỡnh Hy vọng đồ ỏn này sẽ cú thể Ốp dụng trực tiếp vào việc phỏt triển mạng điện thoại di động của Việt Nam trong điều kiện hiện tại

Đề tài gồm cóc nội dung:

- Chương I: Tổng quan hệ thống thụng tin di động GSM

- Chương II: Cóc đặc điểm cấu trỳc chức nang mang GPRS

- Chương III: Cóc thủ tục trao đổi bỏo hiệu trong mạng GPRS - Chương IV: Triển khai GPRS trờn nền mạng GSM ở Việt Nam

Qua thời gian học tập, nghiờn cứu; được sự hướng dẫn tận tỠnh của

cóc thầy cụ giỏo trường Đại học Bỏch khoa Hà nội Bản đồ ồn tốt nghiệp đến nay đó hoàn thành Do khả năng và thời gian cú hạn nờn sẽ khụng trỏnh khỏi những thiếu sút Rất mong nhận được sự gúp ý của cốc thầy cụ giỏo và bạn bố đồng nghiệp để em cú thể vững vàng thờm kiến thức khi ra trường

Em xin chõn thành cảm ơn cóc thầy cụ giỏo trong khoa Điện tử — Viễn thụng, bạn bố đồng nghiệp, đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sõu sắc tới Thầy giỏo TS Phạm Văn Bỡnh - bộ mụn Mạch và xử lý tốn hiệu, người đó tận tỡnh chỉ bảo hướng dẫn em hoàn thành đồ ồn này

Hà Nội ngày thdng năm 2009 Sinh viờn thực hiện

Chương I: tổng quan hệ thống thông tin di động gsm

I Giới thiệu về mạng thông tin di động GSM 1- Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM)

GSM trước đây được biết như Groupe Spéciale Mobile (nhóm di động đặc biệt), là nhóm đã phát triển nó, được thiết kế từ sự bắt đầu như một dịch vụ tế bào số quốc tế Giao tiếp vô tuyến của GSM dựa trên công nghệ TDMA ý định ban đầu là các thuê bao GSM có khả năng di chuyển qua các biên giới quốc gia sẽ nhận được các dịch vụ di động va các tính năng đi theo cùng với họ

Kiểu GSM của Châu Âu hiện nay hoạt động ở tần số 900 MHz cũng như tần số 1800 MHz ở Bắc Mỹ, GSM sử dụng cho dịch vụ PCS 1900 tại vùng đông bắc California và Nevada Do PCS 1900 sử dụng tần số 1900 MHz, nên các điện thoại không có khả năng kết nối hoạt động với điện thoại GSM hoạt động trong các mạng ở tần số 900 MHz hay 1800 MHz Tuy nhiên vấn

đề này có thể khắc phục được với các máy điện thoại đa băng hoạt động

trong nhiều tần số.

Vào đầu năm 1980, thị trường hệ thống điện thoại tế bào tương tự đã phát triển rất nhanh ở Châu Âu Mỗi một nước đã phát triển một hệ thống tế bào độc lập với các hệ thống của các nước khác Sự phát triển không được hợp tác của các hệ thống thông tin di động quốc gia có nghĩa là sẽ không có khả năng cho thuê bao sử dụng cùng một máy di động cầm tay khi di chuyển trong Châu Âu Không chỉ các thiết bị di động bị hạn chế khai thác trong biên giới quốc gia, mà còn có một thị trường rất hạn chế đối với mỗi kiểu thiết bị, vì thế tiết kiệm chi phí có thể không thực hiện được Ngoài một thị trường trong nước đầy đủ với các mẫu chung, có thể không có một nhà chế tạo nào cạnh tranh được trên thị trường thế giới Hơn nữa, chính phủ các nước nhận thức rõ là các hệ thống thông tin không tương thích có thể cản trở tiến trình để đạt được một tầm nhìn chiến lược của họ về một Châu Âu với nền kinh tế thống nhất

Với nhữỮng cân nhắc nêu trên, hội nghị điện thoại điện báo gồm 26 quốc gia Châu Âu (CEPT) đã thành lập một nhóm nghiên cứu gọi là Groupe Spéciale Mobile vào năm 1982 để nghiên cứu và phát triển một hệ thống thông tin liên Châu Âu Đến năm 1986 tình hình trở nên sáng sỦa vì một số mạng tế bào tương tự hiện tại có thể sử dụng hết dung lượng vào năm 1990 CEPT khuyến nghị rằng hai khối tần số trong băng tần 900 MHz được dự trữ cho hệ thống mới Tiêu chuẩn GSM chỉ rõ các băng tần từ 890 đến 915MHz cho băng thu và từ 935 đến 960 MHz cho băng phát với mỗi băng được chia

- _ Hỗ trợ các thiết bị đầu cuối cầm tay

- - Hỗ trợ một loạt các dịch vụ và các thiết bị mới - Cung cap hiệu quả phổ tần số

- Cung cap kha năng tương thích với ISDN - Cung cấp chỉ phí dịch vụ và đầu cuối thấp

Vào năm 1989, việc phát triển các đặc tính kỹ thuật của GSM đã được

chuyển từ CEPT đến Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) ETSI được thành lập vào năm 1988 để thiết lập các tiêu chuẩn viễn thông cho Châu Âu và hợp tác với các tổ chức tiêu chuẩn khác, các lĩnh vực liên quan đến truyền hình và công nghệ thông tin văn phòng

ESTI đã ấn bản các đặc tính kỹ thuật giai đoạn 1 của GSM vào năm 1990 Dịch vụ thương mại đã bắt đầu vào giữa năm 1991 Đến năm 1993 đã có 36

mạng GSM tại 22 nước, và thêm 25 nước đã lựa chọn hoặc bắt đầu GSM

Từ đó, GSM đã được chấp nhận ở Nam Phi, úc, và rất nhiều nước vùng Trung Đông và Viễn Đông Tại Bắc Mỹ, GSM được dùng để thực hiện PCS Đến cuối năm 1998 đã có 323 mạng GSM ở 118 nước phục vụ cho 138 triệu thuê bao Hiện nay, hệ thống GSM được gọi là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobilephone)

Mạng thông tin di động GSM là mạng thông tin di động số Cellular gồm nhiều ô (cell) Cell là đơn vị nhỏ nhất của mạng, có hình dạng (trên lý thuyết) là một tổ ong hình lục giác Trong mỗi cell có một đài vô tuyến gốc BTS (Base Transceiver S(ation) liên lạc với tất cả các trạm di động MS

(Mobile Station) có mặt trong cell Khi MS di chuyển ra ngoài vùng phủ sóng

của cell, nó phải được chuyển giao sang làm việc với BTS của cell khác Đặc điểm của hệ thống thông tin di động Cellular là việc sử dung lai tan số và diện tích của mỗi cell khá nhỏ Mỗi cell sử dụng một nhóm tần số

kênh vô tuyến Các chữỮ cái A, B, C, vừa là tên của cell, vừa biểu thị một

nhóm xác định các tần số vô tuyến được sử dụng trong cell đó Nhóm tần số được sử dụng nhiều lần cho các cell với khoảng cách đủ lớn, công suất phát đủ nhỏ để nhiễu lẫn nhau không đáng kể

Thông thường, một cuộc gọi di động không thể kết thúc trong một cell nên hệ thống thông tin di động cellular phải có khả năng điều khiển và chuyển giao (handover) cuỘc gọi từ cell này sang cell lân cận mà cuộc gọi được chuyển giao không bị gián đoạn

2 - Các chức năng của hệ thống GSM

Các đặc tính chủ yếu của hệ thống GSM như sau:

e©_ Có thể phục vụ được một số lớn các dịch vụ và tiện ích cho thuê bao cả trong thông tin thoại và truyền số liệu

* Đối với thoại có thể có các dịch vụ: Chuyển hướng cuộc gọi vô điều kiện

Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động bận Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế

GiỮ cuộc gọi

Thông báo cước phí Nhận dạng số chủ gọi

* Đối với dịch vụ số liệu:

- Truyền số liệu

- Dich vu nhắn tin: các gói thông tin có kích cỡ 160 ký tự có thể lưu

e SỰ tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của 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) bởi

các giao diện theo tiêu chuẩn chung

Cho phép các thuê bao lưu động (roaming) Ở các nước với nhau cùng sử

dụng hệ thong GSM một cách hoàn toàn tự động Nghĩa là thuê bao có thể

mang máy di động đi mọi nơi và mạng sẽ tự động cập nhật thông tin về vị trí của thuê bao đồng thời thuê bao có thể gọi đi bất cứ nơi nào mà không cần biết thuê bao khác đang ở đâu

e SỬ dụng băng tần 900 MHz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữa hai

phương pháp TDMA, FDMA

e© Giải quyết sự hạn chế dung lượng Thực chất dung lượng sẽ tăng lên nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật chia ô nhỏ, do vậy số thuê

bao được phục vụ sẽ tăng lên

e Tính linh hoạt cao nhờ sử dụng các loại máy thông tin di động khác nhau: máy cầm tay, máy xách tay, máy đặt trên ô tô

e Tinh bao mat: Mang kiểm tra sự hợp lệ của mỗi thuê bao GSM bởi thẻ đăng ký SIM (Subcriber Identity Module) Thẻ SIM sử dụng mật khẩu PIN (Personal Identity Number) để bảo vệ quyền sử dụng của người sử dụng hợp pháp SIM cho phép người sử dụng sử dụng nhiều dịch vụ và cho phép người dùng truy nhập vào các PLMN (Public Land Mobile Network) khác nhau Đồng thời trong hệ thống GSM còn có trung tâm

nhận thực AuC, trung tâm này cung cấp mã bảo mật chống nghe trộm cho từng đường vô tuyến và thay đổi cho từng thuê bao

3- Băng tần sử dụng trong hệ thống thông tin di động GSM:

ve Wha —— 1l Bing tGn l*n ———— [Tñ M§ -BT§)

khoảng cách song công Kênh vô tuyến này mang 8 khe thời gian mà mỗi khe

thời gian là một kênh vật lý để trao đổi thông tin giỮa trạm thu phát và trạm

di động Ngoài băng tan cơ sở như trên còn có băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS (Digital Cellular System)

4- Phương pháp truy nhập trong thông tỉn di động

Ở giao diện vô tuyến, MS và BTS liên lạc với nhau bằng sóng vô tuyến Để tài nguyên tân số có hạn có thể phục vụ càng nhiều thuê bao di động, ngoài việc sử dụng lại tần số, số kênh vô tuyến được dùng theo kiểu trung kế Hệ thống trung kế vô tuyến là hệ thống vô tuyến có số kênh sẵn sàng phục vụ ít hơn số người dùng khả dĩ Phương thức để sử dụng chung các kênh gọi là phương pháp đa truy nhập: người dùng khi có nhu cầu thì được đảm bảo về sự truy nhập vào trung kế

e Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Diision Multiple Access): phục vụ các cuỘc gọi theo các kênh tân số khác nhau người dùng được cấp phát một kênh trong tập hợp các kênh trong lĩnh vực tần số Phổ tần số được chia thành 2N dải tần số kế tiếp, cách nhau một khoảng bảo vệ Mỗi dải tần được gán cho một kênh liên lạc, N dải dành cho liên lạc hướng lên, N dải còn lại cho liên lạc hướng xuống

e Pa truy nhap phan chia theo thoi gian TDMA (Time Division Multiple Access): khi có yêu cầu một cuộc gọi thì một kênh vô tuyến được ấn định Các thuê bao khác nhau dùng chung 1 kênh nhờ cài xen thời gian Mỗi thuê

bao được cấp một khe trong cấu trúc khung tuần hoàn 8 khe

e Pa truy nhap theo mad CDMA (Code Division Multiple Access): La

phương pháp trải phổ tín hiệu, thực hiện là gán cho mỗi MS một mã riêng biệt cho phép nhiều MS cùng thu, phát độc lập trên mặt băng tân nên tăng dung lượng cho hệ thống Hiện tại công nghệ CDMA đang được triển khai tại một số quốc gia Tại Việt Nam hiện có mạng thông tin di động S-Eone

của công ty Cổ phần viễn thông Sài Gòn (SPT) đang sử dụng công nghệ này.và EVN Telecom của cụng ty viễn thụng điện lực

Ngoài ra còn có phương pháp truy nhập theo không gian SDMA Mạng GSM sử dụng phương pháp TDMA kết hợp FDMA

II Cau tric hệ thống thông tin di động GSM 1- Cấu trúc hệ thống

Hệ thống thông tin di động gồm nhiều phần tử chức năng Mạng GSM được phân chia thành các phân hệ:

e Phan hé chuyén mach NSS (Network Switching Subsystem) e Phan hé tram g6éc BSS (Base Station Subsystem)

¢ Hé thOng khai thác và hỗ trợ OSS (Operation and Support System) e May di dOng MS (Mobile Station)

PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

10

ISDN : Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng

e Phân hệ chuyển mạch NSS bao gồm các khối chức năng:

- Trung tém chuyén mach dich vu di d6ng MSC (Mobile Switching

Center)

- BO ghi định vị thuOng tra HLR (Home Location Register) - BO ghi dinh vi tam trú VLR (Visitor Location Register) - - Trung tâm nhận thực AuC (Authentication Center)

- _ Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identification Register) - Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cống GMSC (Gateway

Mobile Switching Center)

e Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm các khối chức năng:

- BO diéu khién tram g6c BSC (Base Station Center)

- Tram thu phat g6c BTS (Base Transceiver Station) e Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS bao gồm các khối chức năng:

- Trung tâm quản lý mạng NMC (Network Management Center)

- Trung tâm quan lý và bảo dưỡng OMC (Operation & Maintenance Center)

e Trạm di động MS:

- _ Thiết bị di động ME (Mobile Equipment)

- Modul nhan dang thué bao SIM (Subscriber Identity Module)

11

2- Chức năng các phần tử trong mạng GSM 2.1- Phân hệ chuyển mạch NSS

Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữỮ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao Chức năng chính của hệ thống chuyển mạch là quản lý thông tin giỮa nhỮng người sử dụng mạng GSM và các mạng khác

e©_ Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC

MSC là một tổng đài thực hiện tất cả các chức năng chuyển mạch và báo hiệu của MS nằm trong vùng địa lý do MSC quản lý MSC khác với một tổng đài cố định là nó phải điều phối cung cấp các tài nguyên vô tuyến cho thuê

bao và MSC phải thực hiện thêm ít nhất hai thủ tục: - Thu tuc dang ky

- ThU tuc chuyén giao

MSC một mặt giao tiếp với BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng

(GMSC), có chức năng tương tác IWE (InterWorking Eunction) để thích Ứng

các đặc điểm truyền dẫn của GMS và các mạng ngoài Phân hệ chuyển mạch giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng 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

MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số bộ điều khiển trạm gốc BSC

° Bộ ghi định vị thường trú HL.R

HLR là một cơ sở dữ liệu quan trọng trong mạng có chức năng quản lý thuê bao Một PLMN có thể có một hoặc nhiều HLR phụ thuộc vào lượng

thuê bao HLR lưu hai loại số gán cho mỗi thuê bao di động, đó là:

+ MSISDN: số danh bạ (số thuê bao) Cấu trúc:

MSISDN=€C+NDC+S5N

CC: Mã quốc gia (Việt nam: 84)

NDC: Ma mang (Vinaphone: 91, Mobiphone: 90)

SN: Số thuê bao trong mạng (gồm 7 số)

VD: 84.91.2037878

+ IMSI: Số nhận dạng thuê bao dùng để báo hiệu trong mạng Cấu trúc:

IMSI = MCC + MNC + MSIN

MCC: Mã quốc gia (Việt nam: 452)

MNC: Ma mang (Vinaphone: 02, Mobiphone: 01)

MSIN: Số thuê bao trong mạng (gồm 7 số)

VD: 84.91.2037878 - 452.02.2037878

Như vậy, với một số MSISDN sẽ tương ứng với một số IMSI và chỉ tồn tại một số IMSI duy nhất trong toàn hệ thống GSM IMSI được sử dụng để MS truy nhập vào cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu chứa các thông tin sau:

- _ Thông tin thuê bao dịch vụ thoại và phi thoại mang (bearer service) - GiGi hạn dịch vụ (giới hạn roaming)

13

- Các dịch vụ hỗ trợ HLR chứa các thông sỐ của dịch vụ này; tuy nhiên nó còn có thể được lưu trong card thuê bao

Như vậy, HLR không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản ly hàng ngàn thuê bao Khi mạng có thêm một thuê bao mới, thì các thông tin về thuê bao sẽ được đăng ký trong HL:R

e© Trung tâm nhận thực AuC

AuC kết nối với HLR, cung cấp các thông số hợp thức hoá và các khoá mã để đảm bảo chức năng bảo mật

¢ BO ghi dinh vi tam tri VLR

VLR là cơ sở dữ liệu lớn thứ hai trong mạng, lưu trữ tạm thời số liệu thuê bao hiện dang nam trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và lưu trữ số liệu về vị trí của thuê bao Khi MS vào một vùng định vị mới, nó phải thực hiện thủ tục đăng ký MSC quản lý vùng này sẽ tiếp nhận đăng ký của MS và truyền số nhận dạng vùng định vị (LAI) nơi có mặt thuê bao tới VLR Một VLR có thể phụ trách một hoặc nhiều vùng MSC

Các thông tin cần để thiết lập và nhận một cuộc gọi của MS được lưu trong cơ sở dữỮ liệu của VLR Đối với một số dịch vụ hỗ trợ, VLR có thể truy vấn các thông tin từ HLR: IMSI (nhận dạng máy di động quốc tế), MSISDN (ISDN cUa máy di động), số chuyển vùng của thuê bao MS (MSRN), số nhận dạng thuê bao di động tạm thời (TMSI), số nhận dạng thuê bao di động nội bộ (LMSI) và vùng định vị nơi đăng ký MS VLR cũng chứa các thông số gán cho mỗi MS và được nhận từ VLR

eỔ Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR

Thực thể chức năng này chứa một hoặc nhiều cơ sở dữ liệu lưu trỮ các

[MEI (số nhận dạng thiết bị) sử dụng trong hệ thống GSM EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu, nhờ vậy MSC có thể kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị

e Trung tâm chuyển mạch dịch vụ cổng GMSC

Để thiết lập một cuộc gọi phải định tuyến đến tổng đài mà không cần biết vị trí hiện thời của thuê bao GMSC có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao Ở thời điểm hiện thời GMSC có giao diện báo hiệu số 7 để có thể tương tác với các phần tử khác của hệ thống chuyển mạch

2.2 - Phân hệ trạm gốc BSS

BSS thực hiện kết nối các MS với các tổng đài, do đó liên kết người sử dụng máy di động với những người sử dụng dịch vụ viễn thông khác BSS cũng phải được điều khiển nên được kết nối với OSS

e Tram thu phat g6c BTS

BTS giao diện với MS xử lý các tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ)

e Bộ điều khiển trạm gốc BSC

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ BTS và MS như ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao Một BSC có thể quản lý nhiều BTS Số lượng BTS mà BSC có thể quản lý phụ thuộc vào lưu lượng của BTS

2.3 - Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS

15

OSS thực hiện chức năng khai thác, bảo dưỡng và quản lý toàn hệ thống e Trung tâm quản lý mạng NMC

NMC được đặt tại trung tâm của hệ thống, chịu trách nhiệm cung cấp chức năng quản lý cho toàn bộ mạng

- Giám sát các nút trong mang

- Giám sát các trạng thái các bộ phận của mạng

- Giám sát trung tâm bảo dưỡng và khai thác OMC của các vùng và cung cấp thông tin đến các bộ phận OMC

e _ Trung tâm quản lý và khai thác OMC

OMC cung cấp chức năng chính để điều khiển và giám sát các bộ phận trong mạng (các BTS, MSC, các cơ sở dữ liệu ).OMC có các chức năng: quản lý cảnh báo, quản lý sự cố, quản lý chất lượng, quản lý cấu hình và quản lý bảo mật

2.4 - Trạm di động MS

MS là thiết bị đầu cuối chứa các chức năng vô tuyến chung, xử lý giao diện vô tuyến và cung cấp các giao diện với người dùng (màn hình, loa, bàn phím ) Một trạm di động gồm hai phần chính:

- ME (Mobile Equipment - thiết bị di động): là phần cứng được dùng để thuê bao truy nhập vào mạng ME chứa kết cuối di động (MT) phụ thuộc vào Ứng dụng và các dịch vụ, có thể kết hợp các nhóm chức năng thích ứng đầu cuối (TA) và thiết bị đầu cuối (TE) khác nhau

- SIM (Subscriber Identity Module — modun nhận dạng thuê bao): gắn chặt với người dùng trong vai trò một thuê bao duy nhất, có thể làm việc với

nhiều ME khác nhau SIM là một card điện tử thông minh được cắm vào ME để nhận dạng thuê bao và tin tức bảo vệ loại dịch vụ mà thuê bao đăng ký SIM có phần cứng và phần mềm cần thiết với bộ nhớ có thể lưu trữ thông

tin Có hai loại thông tin là thông tin cố định và thông tin thay đổi:

+ Thông tin cố định:

* Số nhận dạng thuê bao MSISDN, IMSI Thuê bao sẽ được kiểm tra tính hợp lệ trước khi truy nhập vào mạng thông qua số nhận dạng IMSI được thực hiện bởi trung tâm nhận thực AuC

* Mã khoá cá nhân Ki

+ Thông tin thay đổi:

* Số hiệu nhận dạng vùng định vị LAI * Số nhận dạng thuê bao tạm thời TMSI

Một số TMSI sẽ tương ứng với một IMSI được cấp phát tạm thời để tăng tính bảo mật cho quá trình báo hiệu giữa MS và hệ thống TMSI sẽ thay đổi khi MS cập nhật lại vị trí

III Mạng báo hiệu và các khía cạnh mạng 1 - Các giao thức báo hiệu trong hệ thống GSM

Mạng thông tin di động GSM sử dụng hệ thống báo hiệu số 7 (báo hiệu kênh chung) để thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi Báo hiệu số 7 là mạng dữ liệu chuyển mạch gói được thiết kế để trao đổi báo hiệu

17

18

c Cung cấp và giải phóng kênh điều khiển (SDCCH) BSC thực hiện các chức năng này, BTS sẽ xử lý trao đổi các thông tin tới /từ MS

d Cung cấp và giải phóng kênh lưu lượng (TCH) để thiết lập, xoá và chuyển giao BSC thực hiện các chức năng này và BTS xử lý các khối kênh liên quan

e Nhận định hoàn thành việc chuyển giao BTS báo với BSC khi nó đã phát hiện có tín hiệu của MS trên kênh lưu lượng mới

f Điều khiển mã/giải mã BTS thực hiện chức năng kích hoạt và giải phóng việc mã hoá theo yêu cầu của BSC

ø Điều khiển các mã thoại và thích ứng tốc độ của các kênh thông tin Thiết bị thích ứng tốc độ mã hoá - TRAU thường được đặt trong BSC nhưng được điều khiển bởi BTS xác định các kênh lưu lượng

h Kiểm tra chất lượng truyền dẫn và độ dài tín hiệu trong các kênh hướng lên đang hoạt động và ở chế độ idle (rỗi) Kiểm tra được thực hiện ở BTS và được thông báo tới BSC

i Giao dién v6 tuyến cũng bao gồm các chức năng được tự động xử lý bởi BTS

j Thông tin đồng bộ và số nhận dạng MS được gửi liên tục tới BTS k Chức năng điều khiển tần số được xử lý bởi BTS, các tín hiệu điều

khiển này được gửi liên tục từ BTS

Giao diện vô tuyến cũng có các chức năng: mã hoá kênh, ghép kênh, quản lý burst, TDMA và điều chế

Các giao thức giữa MSC-BSC và MSC-MS:

19

Giao thức báo hiệu BSSAP chứa các phần tử sau: các bản tin BSSMAP,

DTAP va INTIAL MS

* Các bản tin DTAP trao đổi giữa MSC và MS để đăng ký và nhận thực khi

MS tắt Các bản tin TDAP được chuyển qua BSC và BTS

e Các bản tin khởi tạo MS (IMSI) được truyền giữa MSC và MS để cập

nhật vị trí và nhắn tin

e© _ BSSMAP là giao thức được sử dụng giữa MSC va BSC dé nhắn tin, thực

hiện cuỘc gọi, chuyển giao, cung cấp, duy trì các kênh lưu lượng và để

mã hoá trong BTS, MS Giao thức này cũng được dùng để duy trì các khe thời gian trên các kênh PCM giữa MSC và BSC

Các giao thức giữa các trung tâm chuyển mạch di động MSC

Khi thực hiện chuyển giao giỮa các MSC, MAP được sử dụng báo hiệu chuyển giao trong khi ISUP được sử dụng để thiết lập và xoá các kết nối

Các giao thức với các mạng ngoài

Sử dụng TUP, ISUP và các giao thức liên quan tới kênh 2 Các giao diện trong hệ thống GSM

A bis: BSC - BTS Um (vô tuyến): MS-BTS

B: MSC —- VLR F: MSC — EIR C: MSC —- HLR G: VLR — VLR D: VLR —- HLR H: HLR — AuC

3 - Cac khia canh mang

3.1 - Quan lý tài nguyên vô tuyến

Quản lý tài nguyên vô tuyến là một lớp chức năng trong quản lý mạng, được xem xét thông qua việc thiết lập một kênh truyền giữa MS và MSC Các phần tử chức năng chính là MS, BSS và MSC RR quản lý một phiên RR là thời gian mà thiết bị di động ở một trạng thái xác định sử dụng các kênh vô tuyến Một phiên RR được khởi tạo từ MS thông qua một thủ tục truy nhập

mạng hoặc cho cuộc gọi đi hoặc nhận bản tin nhắn Khi nào một kênh được

cung cấp cho MS hay phân kênh nhắn sẽ được xử lý trong lớp RR Hơn nữa, lớp RR cũng quản lý cả các đặc tính vô tuyến như điều khiển công suất, truyền nhận gián đoạn và định thời

* Chuyển giao (Handover)

Trong mạng cellular, các kênh vô tuyến và cố định không được cấp phát

lâu dài cho một cuộc gọi Cuộc gọi sẽ được chuyển sang một kênh hoặc một

cell khác, được gọi là chuyển giao Việc kiểm tra và thực hiện chuyển giao tạo nên một trong những chức năng cơ bản của lớp RR Có 4 loại chuyển giao khác nhau trong hệ thống GSM, được thực hiện giữa:

e©_ Các kênh (các khe thời gian) trong cùng một cell e©_ Các cell (BTS) do một BSC điều khiển

21

e© Các cell dưới sự điều khiển của nhiều BSC khác nhau nhưng thuộc cùng một MSC

e© Các cell của các MSC khác nhau

Hai loại chuyển giao đầu tiên gọi là chuyển giao cục bộ Để tiết kiệm băng thông báo hiệu, việc chuyển giao chỉ do BSC mà không cần MSC quản lý và chỉ thông báo cho MSC khi hoàn thành chuyển giao Hai loại chuyển

giao còn lại là chuyển giao ngoài do các MSC quản lý

Chuyển giao có thể được khởi tạo từ MS hoặc từ MSC Trong khi các khe thời gian Ở trạng thái chờ, MS quét kênh điều khiển quảng bá (BCCH) trong 16 cell lân cận, chọn ra 6 cell tốt nhất để phục vụ chuyển giao dựa trên độ dài tín hiệu nhận được Thông tin này được truyền tới BSC và MSC ít nhất 1 giây một lần

> Chuyển giao trong cùng một BSC:

ở trường hợp này BSC phải thiết lập một đường nối đến BTS mới, dành riêng một TCH của mình và ra lệnh cho MS phải chuyển đến 1 tan số mới đồng thời cũng chỉ ra một TCH mới Tình huống này không đòi hỏi thông tin gì đến phần còn lại của mạng Sau khi chuyển giao MS phải nhận được các thông tin mới và các ô lân cận Nếu như việc thay đổi đến BTS mới cũng là thay đổi vùng định vị thì MS sẽ thông báo cho mạng về LAI của mình và yêu cầu cập nhật vị trí

> Chuyển giao giữa hai BSC khác nhau nhưng cùng một MSC/VLR:

Trường hợp này cho thấy sự chuyển giao trong cùng một vùng phục vụ

nhưng giữa hai BSC khác nhau Mạng can thiệp nhiều hơn khi quyết định

đường nối thông mới (MSC/VLR © BSC mới ©› BSC mới) phải được thiết lập nếu có TCH rỗi TCH này phải được dành cho chuyển giao Sau đó khi MS nhận được lệnh chuyển đến tần số mới và TCH mới Ngoài ra, sau khi chuyển giao MS được thông báo về các ô lân cận mới Nếu việc thay đổi BTS cùng với việc thay đổi vùng định vị MS sẽ gửi đi yêu cầu cập nhật vị trí

trong quá trình cuộc gọi hay sau cuộc gọi

> Chuyển giao giữa hai vùng phục vụ MSC/VLR:

Đây là trường hợp chuyển giao phức tạp nhất nhiều tín hiệu được trao đổi trước khi thực hiện chuyển giao

Ta sẽ xét 2 MSC/VLR, gọi MSC/VLR cũ (tham gia cuộc gọi trước khi chuyển giao) là tổng đài phục vụ và MSC/VLR mới là tổng đài đích Tổng đài cũ sẽ gửi yêu cầu chuyển giao đến tổng đài đích Sau đó, tổng đài đích sẽ đảm nhận việc chuẩn bị nối ghép tới BTS mới Sau khi thiết lập đường nối giữa hai tổng đài cũ sẽ gửi đi lệnh chuyển giao đến MS

3.2 - Quản lý di động

Quản lý di động cũng là một lớp chức năng, là lớp trên lớp RR, xử lý các chức năng di động của thuê bao và thực hiện nhận thực và bảo mật Quản lý vị trí liên quan tới các thủ tục cho phép hệ thống biết vị trí hiện tại của thiết bị di động để thực hiện định tuyến các cuộc gọi

* Cập nhật vị trí

MS được thông báo có một cuộc gọi đến bởi một bản tin ngắn được gửi qua kênh PAGCH của cell Một phần của kênh được sử dụng để nhắn trong mỗi cell trong mạng, một phần được dùng để MS truyền các bản tin cập nhật vị trí ở cấp độ cell tới mạng Do đó các bản tin nhắn được gửi chính xác

23

tới một cell nhưng sẽ rất lãng phí băng thông do số lượng các bản tin cập nhật vị trí lớn Một giải pháp được thực hiện trong GSM là nhóm các cell thành các vùng định vị LA (Location Area) Chỉ khi LA thay đổi, MS mới gửi các bản tin cập nhật và các MS được nhắn trong các cell của vùng định vị

Các thủ tục cập nhật và định tuyến cuộc gọi thực hiện trong MSC, VLR

và HLR Khi MS vào một LA mới hoặc PLMN của một nhà vận hành khác,

nó phải đăng ký với mạng để chỉ ra vị trí hiện tại của mình Thông thường, bản tin cập nhật vị trí được gửi tới MSC/VLR mới mà lưu các thông tin về vùng định vị, sau đó gửi các thông tin này tới HLR của thuê bao Thông tin được gửi tới HLR là địa chỉ SS7 của VLR mới, nó có thể là số định tuyến Nếu thuê bao được phép sử dụng dịch vụ, HLR gửi một tập các thông tin cần cho việc điều khiển cuộc gọi tới MSC/VLR mới và gửi một bản tin tới MSC/VLR cũ để xoá đăng ký cũ

Để đảm bảo độ tin cay, GSM thực hiện một thủ tục cập nhật vị trí định ky Thu tuc nay liên quan tới cập nhật vị trí là gán và tách IMSI (IMSI attach/detach) Thực hiện detach chỉ ra rằng mạng không thể đạt tới MS nữa và không phải cấp phát các kênh và gửi bản tin nhắn Một Attach tương tự như cập nhật vị trí thông báo cho mạng MS trở lại trạng thái hoạt động

* Nhận thực và bảo mật

Vì tài nguyên vô tuyến có thể được truy nhập bởi bất kỳ người nào, nên

việc nhận thực người sử dụng là thành phần rất quan trọng trong mạng di

động Nhận thực được thực hiện giữa SIM card trong MS và trung tâm nhận thực AuC Mỗi thuê bao có một khoá bảo mật, được lưu đồng thời trong SIM

và AuC Trong khi nhận thực AuC sẽ phát số ngẫu nhiên tới MS Cả MS và

thuật toán mã hoá để phát một đáp ứng được ký hiệu (SRES) lại AuC Nếu số được gửi từ MS giống với số được tính toán trong AuC, thuê bao sẽ được

nhận thực

Một cấp bảo mật khác được thực hiện trong MS, mỗi thiết bị GSM được nhận dạng bởi số IMEI và được nhận thực bởi số này

3.3 — Quan lý truyền thông

Quản lý truyền thông (CM) là lớp trên cùng, phục vụ điều khiển cuộc gọi, quản lý dịch vụ hỗ trợ và quản lý dịch vị bản tin ngắn Mỗi chức năng được xem xét là một phân lớp trong lớp CM Các chức năng của một phân lớp bao gồm thiết lập, lựa chọn một dich vụ và xoá một cuộc gọi

* Định tuyến cuộc gọi

Không giống như định tuyến một cuộc gọi trong mạng cố định mà thiết bị được kết nối với bộ phận trung tâm, người sử dụng GSM có thể chuyển vùng quốc gia và quốc tế SỐ quay trực tiếp để đạt tới thuê bao di động được gọi là MSISDN, được định nghĩa bởi kế hoạch đánh số E.164

Một cuộc gọi kết cuối di động được gửi tới chức năng GMSC GMSC là một bộ chuyển mạch kết nối với HLR lấy các thông tin định tuyến Do đó nó có một bảng các MSISDN tới HLR tương ứng Thông tin định tuyến được gửi lại GMSC là số roaming di động (MSRN) Các MSRN liên quan tới kế hoạch đánh số vùng địa lý, không được cung cấp cho thuê bao

Thủ tục định tuyến thường được sử dụng nhất bắt đầu với việc truy vấn HLR của thuê bao bị gọi để lấy MSRN HLR chỉ lưu các địa chỉ SS7 VLR hiện tại của thuê bao mà không có MSRN HLR do đó phải truy vấn VLR hiện tại của thuê bao mà cung cấp tạm thời MSRN MSRN này được gửi lại HLR và GMSC, sau đó cuộc gọi được định tuyến tới MSC mới Tại MSC

25

mới, IMSI tương ứng MSRN được kiểm tra và thiết bị di động được nhắn

trong vùng định vị hiện tại đang có mặt

IV giao tiếp vô tuyến

Giao tiếp vô tuyến là tên gọi chung của đấu nối giữa MS và BTS Giao tiếp sử dụng khái niệm TDMA với một khung TDMA cho một tần số mang Một khung, gồm 8 khe thời gian (Time Slot - TS)

1- Khái niệm về các kênh vô tuyến :

Mạng GSM/PLMN được dành 124 kênh sóng mang, sóng này ở dải

- Đường lên (MS - BTS ) : 890 - 915 MHz - Đường xuống ( BTS - MS ) : 935 - 960 MHz

Bang tần đường lên 890,2 - 914,8 MHz và đường xuống 935,2 — 959,8 MH¿z Mỗi tần số sóng mang cách nhau 200 KHz, trên mỗi sóng mang thuc hiện ghép kênh theo thời gian, thực hiện ghép khung TDMA ta có số kênh bằng: 124 x 8 (TS) = 992 kênh

1.1- Kênh vật lý:

Kênh vật lý là một khe thời gian ở một tần số vô tuyến dành để truyền tải thông tin ở đường vô tuyến của GSM Mỗi một kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành các khung TDMA dài 4,615 ms gồm có 8 khe thời gian (một khe dài 577 Hs) Tại BTS, các khung TDMA ở các kênh tần số ở cả đường lên và đường xuống đều được đồng bộ, mỗi MS được cấp một khe thỜi gian có cùng số thứ tự ở hướng lên hay hướng xuống để truyền bán

song công

Về mặt thời gian, các kênh vật lý ở một kênh tần số được tổ chức theo cấu trúc khung, đa khung, siêu đa khung, siêu siêu khung như hình vẽ:

1 si@u situ khung z 2048 si2u khung = 2715648 khungTDM A (328'°53"760m s)

~x `

me see

Burst= 156,25 bit periods = 0,577 ms

Hình 4.1- Tổ chức khung, đa khung 1.2 - Kênh logic:

Các kênh logic mang các thông tin điều khiển, báo hiệu giữa BTS và MS Các kênh logic này được đặt vào các kênh vật lý nói trên Có thể chia các

27

kênh logic này gồm hai loại kênh: Các kênh lưu lượng (TCH) và các kênh báo

hiệu điều khiển

° Kênh lưu luong (TCH - Traffic Channel):

Các kênh lưu lượng này gồm hai loại được định nghĩa như sau:

- Bm hay TCH toàn tốc (TCH/F - Traffic Channel at Fullrate): Kênh này

mang thông tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ khoảng 22,8 Kbps

- Lm hay TCH bán tốc (TCH/H - Traffic Channel at Halfrate): Kênh này

mang thông tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ khoảng 11,4 Kbps e _ Kênh báo hiệu điều khiển :

Các kênh báo hiệu điều khiển được chia làm ba loại: Kênh điều khiển

quảng bá, kênh điều khiển chung, kênh dành riêng

- Kênh điều khiển quảng bá (BCCH - Broadcast Common Control_ Channel): Kênh phát quảng bá các thông tin chung về ô Các bản tin này gọi là thông tin hệ thống, BCCH chỉ sử dụng cho đường xuống

- Các kênh điều khiển chung (CCCH - Common Control Channel) g6m: Kénh tim goi (PCH - Paging Channel) str dung cho đường xuống để tìm gọi máy di động

Kênh thâm nhập ngẫu nhiên (RACH - Random Access Channel) được MS dùng để yêu cầu cung cấp một kênh dành riêng SDCCH

Kênh cho phép thâm nhập (AGCH - Access Grant Channel) chỉ được sử dụng ở đường xuống để chỉ định một kênh SDCCH cho MS

- Các kênh điều khiển dành riêng (DCCH-Dedicdted Control Channel) |

Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình (SDCCH - Stand Alone DCCH) chỈ được sử dụng dành riêng cho báo hiệu với một MS

Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH - Slow Associcated Control Channel) liên kết với một TCH hay một SDCCH

Kênh điều khiển liên kết nhanh (FACCH - East Associcated Control Channel) liên kết với một TCH FACCH làm việc ở chế độ lấy lén bằng cách thay đổi lưu lượng tiếng hay số liệu bằng báo hiệu

Kênh quảng bá (CBCH - Cellular Broadcast Channel): Chỉ được dùng đường xuống để phát quảng bá các bản tin ngắn (SMSCB) cho các tế bào CBCH sử dụng cùng kênh vật lý như kênh SDCCH

2- Sắp xếp các kênh logic ở các kênh vật lý:

Xét một BTS với n sóng mang (truyền song công, mỗi sóng mang Co, „Cn) có 8 khe thỜi gian Ts Với Co đường xuống, TSo được dùng chỉ định sắp xếp các kênh điều khiển

- TsO ở sóng mang Co, đường lên xuống chứa các kênh FCCH, SCH và

BCCH, nó được dùng để thâm nhập BCCH, FCCH, SCH, FCH, AGCH

đường xuống riêng RACH ở đường lên

- Đối với TS1 được sử dụng để sắp xếp các kênh điều khiển dành riêng lên các kênh vật lý, do tốc độ bit trong quá trình thiết lập cuộc gọi và đăng ký khá thấp nên có thể 8 SDCCH ở một TS1, sử dụng TS hiệu quả hơn

© Các cách ghép kênh ở TS1:

- CDCCH + SACCH đường xuống - SDCCH + SACCH đường lên

Ở TS1 thông tin của khe sẽ được sử dụng cho các kênh lưu thông TCH

TS2 - TS7 gọi là kênh thông tin lưu không logic với chu kỳ lặp lại là 26 TS TSO: Là các kênh điều khiển logic, chu kỳ lặp lại là 51 Ts

TS1: Các kênh điều khiển logic, chu kỳ lặp lại là 102 Ts - VỚi các sóng mang C¡ - Cụ dành cho TS0 - TS7 đều là TCH - Mỗi ô chỉ có 1 Co và chỉ có sau TCH ( TS2 - TS7 )

- Với sóng mang bổ xung, cả TS có thể sử dụng cho TCH V Các dịch vụ trong GSM

Các dịch vụ trong GSM thông thường là dịch vụ chuyển mạch kênh Giao diện vô tuyến sau khi đã thực hiện sửa sai là 12 Kbps (hoặc 13 Kbps cho thoại) Tốc độ tối đa cho người sử dụng là 9,6 Kbps giữa MS và MSC Trong nền tảng đó, GSM có các nhóm dịch vụ sau:

Dịch vụ cuộc gọi khẩn là một loại dịch vụ khác bắt nguồn từ dịch vụ thoại Nó cho phép người dùng có thể liên lạc với các dịch vụ khẩn cấp như cảnh sát hay cứu hoả mà có thể có hay không SIM Card trong máy di động

Một dịch vụ khác nữa là VMS, cho phép các bản tin thoại có thể được

lưu trữ rồi lấy ra Ởở thời điểm bất kỳ 2 Dịch vụ số liệu:

GSM được thiết kế để đưa ra rất nhiều dịch vụ số liệu Các dịch vụ số liệu được phân biệt với nhau bởi người sử dụng phương tiện (người sử dụng điện thoại PSTN, ISDN hoặc các mạng đặc biệt .), bởi bản chất các luồng thông tin đầu cuối (dữ liệu thô, Fax, Videotex, Teletex .), bởi phương tiện truyền dẫn (gói hay mạch , đồng bộ hay không đồng bộ ) và bởi bản chất thiết bị đầu cuối

Các dịch vụ này chưa thực sự thích hợp với môi trường di động Một

trong các vấn đề đó là do yêu cầu thiết bị đầu cuối khá cồng kềnh, chỉ phù hợp với mục đích bán cố định hoặc thiết bị đặt trên ô tô

3 Dịch vụ bản tin ngắn:

Dịch vụ bản tin ngắn khá phù hợp với môi trường di động Các bản tin ngắn độ dài vài octet có thể được tiếp nhận bằng thiết bị đầu cuối rất nhỏ

Có hai loại dịch vụ bản tin ngắn:

- Dich vu bản tin ngắn truyền điểm - điểm (giữa hai thuê bao) Loại này

cũng chia làm hai loại:

+ Dịch vụ bản tin ngắn kết cuối di động, điểm - điểm (SMS - MO/PP): cho phép người sử dụng GSM nhận các bản tin ngắn

31

+ Dịch vụ bản tin ngắn khởi đầu từ Mobile, điểm - điểm (SMS MI/PP): cho phép người sử dụng GSM gửi bản tin đến người sử dụng GSM

Các dịch vụ thường là:

- Chặn hướng cuộc gọi (CB) - Giữ cuộc goi (CH)

- Chuyển cuộc goi (CF)

- Hiển thị số máy chủ gọi (CLIP) - Cấm hiển thị số máy chủ gọi (CLIR) - Đợi cuộc goi (CW)

- Tính cước cho thuê bao

- Hội nghị (MPTY) - Nhóm thuê (CUG)

- Cho phép thuê bao chuyển vùng - Cho phép thuê bao chuyển mạng

VI kết luận

Chương I đã giới thiệu tổng quan về mạng thông tin di động GSM: đặc điểm, kiến trúc logic và các thủ tực trao đổi báo hiệu giỮa các phần tử trong mạng GSM là thế hệ di động thứ hai có tốc độ tối đa là 9,6 kbps, dựa trên cƠ sở kỹ thuật chuyển mạch kênh Với tốc độ như vậy chỉ áp dụng được các dịch vụ thoại và dịch vụ bản tin ngắn (SMS), không thể áp dụng với các dịch vụ phi thoại yêu cầu tốc độ cao

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng về tốc độ, chất lượng và các loại hình dịch vụ, thế hệ thông tin di động thứ ba (3G) ra đời nhằm đáp ứng nhỮng gi mà thế hệ thông tin di động thứ hai chưa thực hiện được Một trong nhữỮng bước tiến để từ GSM lên 3G là thế hệ di động thứ 2,5G (GPRS) GPRS là mạng di động được triển khai trên nền mạng GSM nhưng có tốc độ cao hơn do đó có nhiều dịch vụ hơn Chương II và II sẽ đề cập tổng quan về mạng GPRS

33

Chương II: các đặc điểm cấu trúc chức năng mạng GPrs

I Giới thiệu

Cùng với dịch vụ thoại truyền thống được đưa vào khai thác trên mạng

GSM đầu những năm 80, trong thời gian từ đó đến nay, các nhà khai thác

cũng như người sử dụng đều nhận thấy các dịch vụ chuyển mạch kênh hiện nay trên thực tế không hoàn toàn phù hợp với một số những ứng dụng Các dịch vụ số liệu đã ra đời và từng bước đưa ra áp dụng cho hệ thống GSM

Dịch vụ GPRS ra đời dựa trên nền mạng GSM nhưng cơ chế truyền trong mạng dựa trên nguyên tắc chuyển mạch gói, phù hợp với các ứng dỤng trong đó lưu lượng truyền đi dưới dạng burst

Sau đây ta chỉ nghiên cứu về dịch vụ chuyển mạch gói GPRS

1 GPRS là gì?

GPRS (General Packet Radio Service) là một chuẩn dữỮ liệu gói trong hệ thống GSM: do uŸ ban truyền thông Châu Âu (ETSI) đưa ra GPRS cung cấp một nguyên tắc truyền dần các gói tin trong truyền thông vô tuyến giỮa các thiết bị di động của GSM với các mạng chuyển mạch gói khác GPRS được triển khai trên nền mạng GSM là mạng chuyển mạch kênh Chuyển mạch gói cắt dỮ liệu thành các gói tin rồi truyền độc lập đến người sử dụng GPRS được hình thành theo hai phase và ta sẽ đề cập tới mạng GPRS phase

2,

Phase 1 (giai đoạn 1) bao gồm: Các dịch vụ điểm - điểm - — Hạ tầng mạng GPRS - — Giao diện vô tuyến - — Quản lý di động - — Bảo mật

- Chất lượng dich vu QoS

- Dịch vụ SMS (dịch vụ bản tin ngắn)

- _ Các nút hỗ trợ GPRS và cdc mang backbone GPRS Phase 2 (giai đoạn 2) bao gồm:

35

- Các dịch vụ điểm - đa điểm - Các dịch vụ hỗ trợ

Bằng cách thêm chức năng GPRS vào mạng PLMN, các thuê bao có thể sử dụng hiệu quả các tài nguyên vô tuyến để truy nhập trực tiếp vào các mạng công cộng dựa trên giao thức Internet (IP, X.25) Người sử dụng dịch vụ GPRS đăng ký vào một APN (tên một điểm truy nhập) và được cấp một địa chỈ giao thức tiêu chuẩn (IP, X.25) Thiết bị di động của GPRS có thể dùng từ một đến 8 kênh trên giao diện không gian tuỳ thuộc vào kiểu thiết bị MS GPRS, các kênh này được cấp phát động cho MS khi tiến hành thu phát các gói tin Trong mạng GPRS, các kênh đường lên và đường xuống được phục vụ tách riêng nên MS có thể sử dụng được nhiều khe thời gian đồng thời Do đó dung lượng đường lên và đường xuống có thể thay đổi khác nhau Việc ấn định nguồn kênh trong mạng GPRS linh hoạt tuỳ theo nhu cầu sử dụng và khả năng cho phép cỦa nguồn kênh Các gói tin có thể được gửi trên các

khoảng thời gian rỗi giữa hai lần hội thoại Mạng GPRS cũng hỗ trợ dịch vụ

bản tin ngắn SMS và các truy nhập ngầm định

GSM Network with GPRS capability

X.25 Packet Data Network

2 Các đặc điểm của mạng GPRS

36

* Tốc độ truyền dữ liệu cao hơn

Tốc độ của GPRS có giới hạn từ 14,4 kbps (sử dụng một khe thời gian) đến 115 kbps (sử dụng tổng hợp các khe thời gian) Tuy nhiên tốc độ cực đại theo lý thuyết có thể đạt được là 171,2 kbps khi sử dụng đồng thời 8 khe thời gian cho một thiết bị di động Tốc độ này lớn gấp ba lần tốc độ truyền dữ liệu qua các mạng cố định và mười lần so với các mạng GSM hiện nay Bằng cách gán chức năng GPRS cho phép thông tin được truyền nhanh hơn, hiệu quả hơn, cước phí sử dụng dịch vụ GPRS sẽ ít hơn Nhưng trung bình tốc độ chỉ khoảng 56 kbps, phụ thuộc vào việc cấp phát tài nguyên cho tỪng thuê bao Tốc độ dữ liệu cao hơn cho phép thuê bao sử dụng thêm nhiều dịch

vu

* Luôn luôn kết nối

Không giống như các dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh, truy nhập mạng GPRS không cần thủ tục thiết lập kết nối mạng trước khi gửi và nhận dữ liệu Đặc tính này cho phép dỮ liệu được gửi và nhận ngay khi có nhu cầu

Kiến trúc Publich/Subcriber là một mô hình ứng dụng hoàn hảo cho môi trường GPRS, cho phép các Ứng dụng tự động đưa thông tin tới người sử dụng Ví dụ như ứng dụng trong thị trường chứng khoán, người sử dụng di động yêu cầu được thông báo ngay khi nào cổ phiếu lên tới một giá cổ phần xác định Server sẽ đưa thông tin này tới người sử dụng mà không cần thiết

lập một cuộc gọi chuyển mạch kênh yêu cầu có thông báo đó

Giải pháp kết nối liên tục này của GPRS đã làm tăng lợi ích của các Ứng dụng và làm phong phú thêm nhiều nhu cầu của người sử dụng Tuy nhiên

37

cũng có một vấn đề khi thực hiện kết nối liên tục là MS không ở trạng thái truyền nhận dữ liệu gói trong khi server muốn truyền bản tin Chẳng han như một MS đang Ở trong trạng thái thoại mà không ở trạng thái kết nối dữ liệu Trong trường hợp này, phải có một đường truyền dữ liệu đan xen Có thể dịch vụ SMS được sử dụng để thông báo cho người sử dụng di động biết rằng họ sẽ nhận một bản tin Khi nhận được thông báo, người sử dụng sẽ chuyển MS từ trạng thái thoại sang trạng thái dữ liệu để nhận bản tin Ứng dụng

* Tính trực tiếp

Các phương tiện GPRS kết nối khi thông tin được gửi và nhận trực tiếp Đối với mạng Internet, muốn truy nhập cần có một modem kết nối Nhưng đối với mạng GPRS, không cần modem kết nối quay số vẫn có thể truy nhập

vào các mạng công cộng và các mạng cơ vụ

* Đánh địa chỉ IP động

Trong hệ thống GSM, mục tiêu thiết kế để phục vụ thoại di động là chính Còn đối với GPRS, mục tiêu chính của nó là tạo ra khả năng truy nhập tới các mạng dữ liệu tiêu chuẩn (IP, X.25) Các mạng này coi GPRS là chỉ là một thành phần mạng con thông thường Do đó mạng GPRS cũng sử dụng một cơ chế đánh địa chỉ giao thức Internet (IP Addressing) Tuy nhiên các địa chỉ này có hạn do đó giới hạn số lượng người sử dụng Internet cũng như các mạng không dây thế hệ 3G Một phương pháp để giải quyết vấn đề này là cấp phát động các địa chỉ IP cho các thiết bị di động Như vậy người sử dụng

di động sẽ có một địa chỉ mạng dữ liệu tĩnh hoặc động và lưu lượng dữ liệu

sẽ luôn sử dụng gateway do địa chỉ này chỉ dẫn Một địa chỉ tĩnh (địa chỉ IP)

một thuê bao Nó sẽ hướng tới mỘt gateway cua mang chu, gói dữ liệu sẽ luôn được định tuyến qua mạng chủ Một địa chỉ động cấp phát cho người sử dụng chỉ trong thời gian một kết nối

* Các dịch vụ được ưu tiên hoá

Khi một thiết bị kết nối tới mạng GPRS, một thông số QoS (chất lượng dịch vụ) luôn đi kèm kết nối này Nó chỉ ra khả năng đáp ứng yêu cầu của khách hành về tốc độ dữ liệu GPRS có chức năng cho phép làm tăng hoặc giảm phần tài nguyên của mạng ấn định cho GPRS dựa trên khả năng phân bổ động và được điều hành bởi nhà điều hành mạng

GPRS có một số chỉ tiêu về chất lượng dịch vụ QoS Nó có thể cung cấp

cho khàch hàng các loại QoS khác nhau

- Mức độ ưu tiên của dịch vụ: cao/ trung bình/ thấp

Mạng GPRS dựa trên IP cho phép thuê bao truy nhập tất cả các Ung dung

Internet như các dịch vụ email, chat qua mạng di động: các dịch vụ hình ảnh

động: các dịch vụ cung cấp thông tin (gia cả thị trường chứng khoán, thời

39

tiết, mua vé xem phim, ); truyền file GPRS cung cấp chức năng Internet di động bằng cách phối hợp hoạt động giỮa mạng Internet và mạng GPRS

3 MOt sO Ung dung cua GPRS

Chat: cho phép người sử dụng di động sử dụng ngay các nhóm chat Internet hiện có mà không cần thiết lập một nhóm chat của riêng mình

Các dịch vụ thông tin về văn bản và đồ họa: nội dung thông tin trong các

dịch vụ này là giá cổ phiếu, kết quả thể thao, bản tin thời tiết, tin tức thời

~“

sỰ, các thông tin về giao thông, bản đồ và kết quả sổ xố,

Hình ảnh nh: như tranh, ảnh (được scan hoặc từ máy camera số), bưu thiếp,

Chia sẻ tài liệu và cộng tác làm việc từ xa: cho phép mọi người ở những nơi làm việc khác nhau cùng sử dụng mội tài liệu về vấn đề liên quan tới chuyên môn như ngành y tế, báo chí, phòng chữa cháy,

Audio reports: cho truyền thông quảng bá và phân tích, các clip hình ảnh và âm thanh chất lượng cao (ví dụ để phục vụ cảnh sát làm bằng chứng), yêu

cầu kích thước file lớn cần có tốc độ truyền cao

Email tập thể: cho phép các nhân viên có thể truy nhập hệ thống email cục bộ từ LAN của họ trong một co quan

LAN: cho phép mọi nhân viên ứng dụng bằng máy tính cá nhân trong toàn

công ty

Internet email: hầu hết người sử dụng Internet email không được thông báo có thư mới trên máy di động Họ phải quay số định kỳ để check mail Tuy nhiên bằng cách kết nối Internet sử dụng cơ chế cảnh báo như SMS hay