4. Nội dung nghiên cứu
2.1. Hệ thống thông tin di động GSM
2.1.1. Các hệ thống thông tin di động
Sự phát triển của công nghệ truyền thông di động là một trong những thành tựu nổi bật nhất về công nghệ và mục đích dịch vụ thương mại trong những thập niên gần đây. Sự phát triển của hệ thống thông tin di động toàn cầu trải qua các thế hệ và hiện nay đang bước vào thế hệ thứ 3 (3G) của hệ thống công nghệ thông tin di động. Song, nhìn từ một khía cạnh khác thì những hệ thống của thế hệ thứ nhất (1G) là nền tảng cơ bản định hướng cho các thế hệ sau, nhìn chung những hệ thống này được xếp vào loại những mạng quốc gia dựa trên nền tảng công nghệ tương tự. Vào những năm 1980 công nghệ này đã được chuyển biến thành loại hình dịch vụ, các mạng đó đã được thiết kế cung cấp chủ yếu cho các thuê bao di động truyền thông chuyển tải giọng nói.
Hệ thống công nghệ của thế hệ thứ 2 (2G) được xếp vào công nghệ kỹ thuật số, hệ thống này được sự giúp đỡ, ủng hộ của những Công ước quốc tế tạo đà cho khả năng vận hành một chiếc máy điện thoại di động vượt qua khỏi biên giới của một quốc gia. Bên cạnh lĩnh vực viễn thông truyền giọng nói bằng kỹ thuật số, với sự góp mặt của những hệ thống 2G, một loạt các dịch vụ số mới, với tốc độ truyền dữ liệu thấp đã trở nên phong phú và đa dạng. Bao gồm “ Mobile fax” (chuyển fax di động), gửi thư giọng nói và dịch vụ gửi tin nhanh (Short message service - SMS). Cũng tại khoảng thời gian trong giai đoạn phát triển này, những loại hệ thống mới bắt đầu nổi dậy phục vụ cho những thị hiếu riêng biệt; không những đó là những mạng di động mà còn có những giải pháp cho vô tuyến điện (Cordless), radio di
của thế hệ 2G đó là sự toàn cầu hóa của các hệ thống thông tin di động, trên quan điểm đó tầm quan trọng trong việc chuẩn hóa trên toàn cầu là rõ ràng và cần thiết. Ví dụ, GSM chuẩn hóa tại Châu Âu bởi tổ chức Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) hiện đang được coi là một tiêu chuẩn toàn cầu dưới sự thừa nhận của hầu hết các quốc gia trên thế giới. Giai đoạn phát triển cuối của loại mạng 2G đã cho ra đời nhiều dịch vụ đa phương tiện di động. Đồng thời, việc nhận thấy rằng tầm quan trọng của Internet và yêu cầu ngày càng cao của người dùng đó là một bước tiến tiếp tới ngưỡng cửa của công nghệ thế hệ thứ 3 (3G).
Do yêu cầu của người dùng, trong những năm tới người ta hy vọng việc sử dụng hệ thống thông tin di động sẽ có xu hướng truy cập vào các dịch vụ đa phương tiện băng rộng như ở mạng cố định. Yêu cầu những loại hình dịch vụ này nằm ngoài khả năng của các hệ thống thuộc thế hệ 2G đương thời, là những dịch vụ mà chỉ cung cấp các dịch vụ thoại có tốc độ dữ liệu thấp. Sự phát triển và hội tụ của những công nghệ dựa trên các giao thức Internet và di động ngày nay chính là động lực cho sự phát triển của các hệ thống thuộc thế hệ thứ 3 (3G). Những hệ thống truyền thông di động 3G sẽ có khả năng phân phối các ứng dụng và dịch vụ với tốc độ dữ liệu lên tới và có thể vượt quá 2 Mb/s.
Việc tiêu chuẩn hóa hệ thống 3G bởi Liên đoàn Viên thông quốc tế, trên phương diện toàn cầu người ta sẽ nhìn nhận ra đây là hệ thống Viễn thông di động Quốc tế 2000, bao hàm những hệ thống trong hộ gia đình mà cung ứng các dịch vụ tế bào, vô tuyến điện, W-LAN và vệ tinh. Ở Châu Âu hệ thống 3G sẽ được coi là hệ thống viễn thông di động toàn cầu (UMTS). Cho dù thoại vẫn có thể chiếm ưu thế trong những năm đầu của thế hệ mạng mạng 3G, song cũng sẽ có nhiều khả năng mạng sẽ vận hành những hệ thống với những ứng dụng đa phương tiện, chẳng hạn như dịch vụ thoại truyền hình ảnh, tra cứu trang Web… Khi công nghệ 3G mở ra, những ứng dụng dịch vụ với băng thông rộng sẽ thâm nhập thị trường theo khuynh hướng dữ liệu truyền tải với thông lượng lớn nhất.
Các nghiên cứu hiện nay cũng cho thấy những đòi hỏi cần có sự ra đời của hệ thống mạng di động thế hệ thứ tư (4G) với việc truyền tải thông tin, dữ liệu tốc độ cao hơn có thể trên 2 Mb/s và khả năng sẽ đạt được 155 Mb/s trong một số môi trường nhất định, sẽ tiếp tục mở rộng các dịch vụ và ứng dụng trong khả năng phân
phối. Do vậy việc phát triển hệ thống mạng di động 4G là một tất yếu trong thời gian sắp tới.
2.1.2. Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM
GSM (Global System for Mobile Communications) là mạng thông tin di động toàn cầu. GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên ở Châu Âu và các tiêu chuẩn, đặc tính của GSM được công bố lần đầu tiên vào năm 1990. Vào cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia. Đến nay GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ.
GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động trên thế giới do khả năng phủ sóng rộng khắp nơi cho phép người sử dụng có thể sử dụng điện thoại di động của họ ở nhiều vùng trên thế giới. GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chất lượng cuộc gọi. Nó được xem như là một hệ thống điện thoại di động thế hệ thứ hai (Second Generation, 2G). Lợi thế chính của GSM là chất lượng cuộc gọi tốt, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn dễ dàng.
Tại Việt Nam, công nghệ GSM đã vào Việt Nam từ năm 1993 qua việc cung cấp hệ thống đầu tiên ở miền Bắc. Hiện nay, ba mạng GSM của Việt Nam là Mobifone, VinaPhone, và Viettel đã có tổng cộng trên 140. triệu thuê bao, chiếm khoảng trên 90% số người dùng điện thoại di động tại Việt Nam .
Với công nghệ SIM thuận tiện và roaming với hầu hết các quốc gia, đáp ứng những nhu cầu căn bản hiện tại của khách hàng như thoại, nhắn tin, truyền số liệu tốc độ thấp, GSM được dự đoán sẽ còn tiếp tục thống trị thị trường thoại di động toàn cầu trong thời gian tương đối dài nữa.
2.1.3. Các đặc điểm của hệ thống thông tin di động GSM
GSM là mạng điện thoại di động thiết kế gồm nhiều tế bào (cellular) do đó các máy điện thoại di động kết nối với mạng bằng cách tìm kiếm các cell gần nó nhất. 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 trạm vô tuyến gốc BTS (Base Transceiver Station) liên lạc với tất cả các máy 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
Thông thường, một cuộc gọi di động không thể kết thúc trong một cell nên hệ thống thông tin di động tế bào phải có khả năng điều khiển và chuyển giao cuộc gọi từ cell này sang cell lân cận mà cuộc gọi được chuyển giao không bị gián đoạn.
Các đặc điểm chủ yếu của hệ thống GSM như sau:
Có thể phục vụ được một số lượng lớn các dịch vụ và tiện ích cho thuê
bao cả trong thông tin thoại và truyền số liệu.
Đối với thông tin 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....
Đối với dịch vụ số liệu có thể có các dịch vụ:
- Truyền số liệu - Dịch vụ nhắn tin.
Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng sẵn
có:
- PSTN (Public 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.
Sự tương thích này cho phép các thuê bao lưu động (Roaming) ở các nước với nhau cùng sử dụng hệ thống GSM một cách hoàn toàn tự động. Nghĩa là chủ thuê bao có thể mang máy 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.
Chủ yếu sử dụng băng tần 900MHz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữa 2
phương pháp: TDMA, FDMA.
Giải quyết sự hạn chế về dung lượng: thực chất dung lượng sẽ tăng lên nhờ kỹ thuật sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật chia ô nhỏ do vậy số thuê bao phục vụ sẽ tăng lên.
Tính linh hoạt cao nhờ sử dụng các loại máy thông tin di động khác nhau: máy cầm tay, máy đặt trên ô tô,....
Tính bảo mật: mạng kiểm tra sự hợp lệ của mỗi thuê bao GSM bởi thẻ đăng
kí SIM (Subscriber 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 (Authentication Center), trung tâm này cung cấp mã bảo mật chống nghe trộm cho từng đường vô tuyến và thay đổi cho từng thuê bao.
2.1.4. Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS
Dịch vụ vô tuyến gói chung (tiếng Anh: General Packet Radio Service (GPRS)) là một dịch vụ dữ liệu di động dạng gói dành cho những người dùng Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) và điện thoại di động IS-136. Nó cung cấp dữ liệu ở tốc độ từ 56 đến 114 kbps.
GPRS có thể được dùng cho những dịch vụ như truy cập giao thức ứng dụng không dây (WAP), Dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS), dịch vụ nhắn tin đa phương tiện (MMS), và với các dịch vụ liên lạc Internet như email và truy cập World Wide Web. Dữ liệu được truyền trên GPRS thường được tính theo từng megabyte đi qua, trong khi dữ liệu liên lạc thông qua chuyển mạch truyền thống được tính theo từng phút kết nối, bất kể người dùng có thực sự đang sử dụng dung lượng hay đang trong tình trạng chờ. GPRS là một dịch vụ chuyển mạch gói nỗ lực tối đa, trái với chuyển mạch, trong đó một mức chất lượng dịch vụ (QoS) được bảo đảm trong suốt quá trình kết nối đối với người dùng cố định.
Các hệ thống di động 2G kết hợp với GPRS thường được gọi là "2.5G", có nghĩa là, một công nghệ trung gian giữa thế hệ điện thoại di động thứ hai (2G) và thứ ba (3G). Nó cung cấp tốc độ truyền tải dữ liệu vừa phải, bằng cách sử dụng các kênh Đa truy cập theo phân chia thời gian (TDMA) đang còn trống, ví dụ, hệ thống GSM. Trước đây đã có suy nghĩ sẽ mở rộng GPRS để bao trùm những tiêu chuẩn
chuẩn GSM, do đó GSM là hình thức mạng duy nhất sử dụng GPRS. GPRS được tích hợp vào GSM Release 97 và những phiên bản phát hành mới hơn. Ban đầu nó được Viện tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu (ETSI) đặt tiêu chuẩn, nhưng nay là Dự án Đối tác Thế hệ thứ ba (3GPP).
Thông thường, dữ liệu GPRS được tính theo kilobyte thông tin truyền nhận, trong khi kết nối dữ liệu theo dạng chuyển mạch được tính theo giây. Cách tính sau không phù hợp vì ngay cả khi không có dữ liệu truyền dẫn, những người dùng tiềm năng khác vẫn không thể tận dụng được băng thông.
Phương pháp đa truy cập dùng trong GSM kết hợp GPRS dựa trên song công chia theo tần số (FDD) và đa truy cập theo phân chia thời gian (TDMA). Trong suốt một phiên kết nối, người dùng được gán cho một cặp kênh tần số tải lên và tải xuống. Cái này sẽ phối hợp với ghép kênh thống kê theo miền thời gian, có nghĩa là liên lạc theo chế độ gói tin, điều này sẽ giúp cho vài người dùng có thể chia sẻ cùng một kênh tần số. Các gói này có độ dài cố định, tùy theo khoảng thời gian GSM. Tải xuống sử dụng định thời gói theo cơ chế tới trước làm trước (FIFO), trong khi tải lên sử dụng mô hình rất giống với reservation ALOHA. Điều này có nghĩa là slotted Aloha (S-ALOHA) được dùng để tham vấn chỗ trống trong bước tranh chấp, và sau đó dữ liệu thật sự được truyền bằng cách sử dụng TDMA động với định thời đến trước làm trước.
GPRS ban đầu hỗ trợ (theo lý thuyết) Giao thức Internet (IP), Giao thức điểm - điểm (PPP) và kết nối X.25. Cái cuối cùng đã được dùng cho các ứng dụng như thiết bị đầu cuối để thanh toán không giây, mặc dù nó đã bị bỏ ra khỏi tiêu chuẩn. X.25 vẫn có thể được hỗ trợ trên PPP, hay thậm chí IP, nhưng để làm điều này cần phải có một bộ định tuyến (router) để thực hiện việc kết hợp hoặc cơ chế thông tin được tích hợp vào thiết bị đầu cuối như UE(User Equipment). Trên thực tế, khi điện thoại di động có tích hợp trình duyệt được sử dụng, IPv4 đã được tận dụng. Trong chế độ này PPP thường không được nhà sản xuất điện thoại di động hỗ trợ, trong khiIPv6 còn chưa phổ biến. Nhưng nếu điện thoại di động được dùng làm modem kết nối với máy tính, PPP được dùng để gắn IP vào điện thoại. Điều này
cho phép DHCP gán một địa chỉ IP và sau đó sử dụng IPv4 vì địa chỉ IP do thiết bị di động sử dụng thường là địa chỉ động.
Loại A:
Có thể kết nối vào dịch vụ GPRS và dịch vụ GSM (thoại, SMS), cùng lúc cả hai. Những thiết bị như vậy đã có mặt trên thị trường.
Loại B:
Có thể kết nối vào dịch vụ GPRS và dịch vụ GSM (thoại, SMS), nhưng chỉ dùng một trong hai dịch vụ vào một thời điểm. Trong khi dùng dịch vụ GSM, dịch vụ GPRS bị ngưng, GPRS sau đó sẽ tự động được tiếp tục sau khi dịch GSM kết thúc. Phần lớn thiết bị di động GPRS thuộc Loại B.
Loại C:
Được kết nối với hoặc dịch vụ GPRS hoặc dịch vụ GSM (thoại, SMS). Phải được chuyển bằng tay giữa hai dịch vụ.
Một thiết bị Loại A đúng nghĩa có thể cần phải truyền tải trên hai tấn số khác nhau cùng một lúc, và do đó sẽ cần hai sóng vô tuyến. Để tránh yêu cầu quá tốn kém này, một thiết bị di động GPRS có thể hiện thực tính năng chế độ truyền tải kép (DTM). Một điện thoại tương thích DTM có thể dùng đồng thời thoại và dữ liệu dạng gói, cùng với sự hỗ trợ từ mạng để đảm bảo rằng không nhất thiết phải truyền tải trên hai tần số khác nhau cùng một lúc. Những điện thoại như vậy được xem là Loại A "giả", đôi khi còn được gọi là "loại A đơn giản".
GPRS là một công nghệ mới mà tốc độ của nó phụ thuộc trực tiếp vào số khoảng thời gian TDMA được cung cấp, nó sẽ nhỏ dần tùy vào (a) điện thoại đó hỗ trợ đến đâu và (b) khả năng tối đa của điện thoại di động, được gọi là GPRS Multislot Class.
2.2. Phương thức truyền dữ liệu 2.2.1. Bộ giao thức TCP/IP 2.2.1. Bộ giao thức TCP/IP
Để các máy máy tính có thể liên lạc với nhau qua mạng, chúng phải sử dụng cùng 1 ngôn ngữ hay còn gọi là 1 giao thức (Protocol). Giao thức là 1 hệ luật
TCP/IP là viết tắt của Transmission Control Protocol (Giao thức Điều Khiển Truyền Thông) / Internet Protocol (Giao thức Internet).
TCP/IP không chỉ gồm 2 giao thức mà thực tế nó là tập hợp của nhiều giao thức. Chúng ta gọi đó là 1 Hệ Giao Thức hay Bộ Giao Thức (Suite Of Protocols).
Để cho các máy tính trao đổi dữ liệu với nhau TCP/IP sử dụng mô hình truyền thông 4 tầng hay còn gọi là Mô Hình DoD (Mô hình của Bộ Quốc Phòng Mỹ). Các tầng trong mô hình này là (Theo thứ tự từ trên xuống):
+ Tầng Ứng Dụng (Application Layer) + Tầng Giao Vận (Transport Layer) + Tầng Liên Mạng (Internet Layer)
+ Tầng Giao Diện Mạng (Network Interface Layer)