Hỡnh 1.4. Cấu trỳc địa lý của mạng GSM.
Mạng thụng tin di động GSM là hệ thống chia ụ, cú cấu trỳc địa lý như sau:
Vựng mạng: GMSC làm việc như tổng đài trung kế của GSM/PLMN. Tất cả cỏc cuộc gọi tới thuờ bao của mạng sẽđược định tuyến đến một hay nhiều GMSC.
Vựng phục vụ MSC/VLR: Một vựng mạng GSM/PLMN chia thành một hay nhiều vựng phục vụ MSC/VLR. Để định tuyến cuộc gọi tới thuờ bao di động, đường truyền qua mạng sẽđược nối tới MSC đang phục vụ thuờ bao.
Vựng định vị LA: Một vựng phục vụ MSC/VLR lại được chia thành một số vựng định vị. MS cú thể di chuyển tự do trong LA mà khụng cần cập nhật thụng tin vị trớ tới MSC/VLR quản lý LA. Thụng bỏo tỡm gọi MS được phỏt quảng bỏ trong mỗi LA. LA cú thể phụ thuộc vào một hay nhiều BSC nhưng chỉ thuộc một MSC/VLR.
ễ: Vựng định vịđược chia thành một số ụ. Mỗi ụ ứng với một BTS và cú bỏn kớnh từ
350m đến 35km, phụ thuộc vào cấu tạo địa hỡnh và lưu lượng thụng tin trong ụ. Tuỳ
+ BTS đẳng hướng với anten vụ hướng, bức xạ súng điện từ ra toàn bộ khụng gian với gúc bức xạ 3600.
+ BTS dải quạt với 2 hay 3 hay 6 anten định hướng 1800 hay 1200 hay 600.
Để sử dụng triệt để băng tần, GSM ỏp dụng việc sử dụng lại tần số. Cả băng tần được chia thành 124 tần số song cụng, cỏc tần số này lại được chia thành cỏc nhúm tần số, mỗi nhúm được sử dụng cho một vựng nào đú gồm nhiều trạm BTS. Cựng mẫu tần số này cú thể đem sử dụng cho vựng bờn cạnh mà khụng gõy hiện tượng giao thoa
đồng kờnh, miễn là khoảng cỏch giữa hai BTS cựng sử dụng một tần số đủ lớn. Nhờ đú, với một dải tần và số lượng kờnh nhất định, ta vẫn tăng được khả năng sử dụng tần số nờn tăng dung lượng cho toàn mạng.
Cỏc mẫu sử dụng lại tần số là 3/9, 4/12, 7/21. Với mẫu 4/12, cỏc tần số được chia làm 12 nhúm với 4 BTS, mỗi BTS cú 3 ụ. Mẫu này ỏp dụng cho những vựng cú mật độ trung bỡnh, ớt nhà cao tầng nờn rất phự hợp và được ứng dụng trong cỏc mạng GSM ở Việt Nam. Nếu mỗi nhà khai thỏc cú 40 tần số thỡ được 4 ụ cú tối đa 4 tần số
và 8 ụ cũn lại cú tối đa 3 tần số như bảng I.5.
Nhúm tần số A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Tần số 37 38 39 40 Bảng 1.6. Bảng phõn bổ tần số cho mẫu 4/12 với 40 tần số. I.6. Cỏc số nhận dạng của GSM. [3].[12]
I.6.1. Số thuờ bao di động MSISDN.
Độ dài của MSISDN cú thể thay đổi tuỳ theo quốc gia, nhà khai thỏc, nhưng khụng quỏ 15 chữ số (khụng kể cỏc tiếp đầu như 00, 01 ...). Trong một quốc gia, số
thuờ bao di động thường được cấu tạo tương ứng với sơđồđỏnh số của mạng PSTN.
CC NDC SN 84 98 xxxx 84 97 xxxx 84 168 xxxx 84 169 xxxx
Bảng 1.7. Số thuờ bao di động MSISDN của mạng Viettel.
IMSI được sử dụng để nhận dạng chớnh xỏc thuờ bao trờn đường vụ tuyến và trong cỏc mạng PLMN ở mọi bỏo hiệu GSM. IMSI được lưu trong SIM của MS, HLR (khi thuờ bao đăng ký) và VLR (lưu tạm thời khi MS vào vựng phục vụ).
MCC MNC MSIN
452 04 xxxx
Bảng 1.8. Số nhận dạng thuờ bao di động IMSI của mạng Viettel I.6.3. Số chuyển vựng của thuờ bao di động MSRN.
Để định tuyến cuộc gọi, HLR nơi thuờ bao đăng ký cần phải biết MS hiện tại
đang ở vựng phục vụ của MSC/VLR nào và số thuờ bao tạm thời trong vựng đú. Khi
định tuyến cuộc gọi, HLR yờu cầu VLR đang phục vụ thuờ bao cung cấp số MSRN để
GMSC chuyển hướng cuộc gọi tới MSC tương ứng.
I.6.4. Số nhận dạng tạm thời thuờ bao di động TMSI
TMSI được sử dụng trong thuật toỏn mó khoỏ dữ liệu để bảo mật thuờ bao. MSC hiện tại cung cấp TMSI cho MS và chỉ cú ý nghĩa trong vựng này. Cấu trỳc của TMSI tuỳ theo nhà khai thỏc GSM, thường khụng quỏ 4 octec.
I.6.5. Số nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế IMEI
I.6.6. Số nhận dạng vựng định vị LAI.
LAI được sử dụng trong thủ tục cập nhật vị trớ của thuờ bao di động. MCC, MNC giống nhưở số IMSI. LAC : mó vựng định vị. LAC dài tối đa 16 bớt, cho phộp phõn biệt 65536 vựng định vị khỏc nhau trong cựng một mạng GSM/PLMN.
I.6.7. Số nhận dạng ụ toàn cầu CGI.
CGI được sử dụng để nhận dạng ụ trong một vựng định vị. MCC, MNC, LAC nhưở LAI. CI dài tối đa 16 bớt, cho phộp xỏc định 65536 ụ trong một vựng định vị.
I.7. Cỏc trường hợp thụng tin. [13].[14] I.7.1. Cỏc trạng thỏi của MS. I.7.1. Cỏc trạng thỏi của MS.
MS tắt mỏy: mạng khụng thể quản lý MS vỡ MS khụng trả lời thụng bỏo tỡm gọi, khụng gửi thụng bỏo cập nhật vị trớ. MS được coi là đó rời mạng.
MS bật mỏy, đang rỗi: mạng cú thể tỡm gọi MS. Trong khi chuyển động, MS liờn tục kiểm tra xem nú cú luụn được nối với một kờnh BCH khụng. MS cũng gửi cỏc thụng tin về cập nhật vị trớ cho hệ thống sau những khoảng thời gian nhất định.
MS bận: Cú một kờnh TCH song cụng nối giữa mạng và MS. Khi chuyển động, MS cú thể chuyển tới một kờnh TCH mới nhờ quỏ trỡnh chuyển giao handover.
I.7.2. Thủ tục nhập mạng.
Khi bật mỏy, MS quột cả 124 tần sốđể tỡm ra tần số cú cường độ lớn nhất. Tần số này chứa cỏc thụng tin quảng bỏ và tỡm gọi BCH/CCCH cú thể cú. MS tự khoỏ đến tần số đỳng nhờ hiệu chỉnh tần số thu và thụng tin đồng bộ. Khi đú, MS truy cập tới mạng và thụng bỏo nú là MS mới trong vựng định vị bằng cỏch gửi thụng tin cập nhật vị trớ – nhập mạng đến MSC/VLR. MSC/VLR chưa cú thụng tin gỡ về MS, nú gửi yờu cầu cập nhật vị trớ tới HLR kốm theo thụng tin vị trớ. HLR thực hiện cỏc thủ tục nhận
thực, xỏc nhận thuờ bao là hợp lệ và lưu lại thụng tin vị trớ của MS này. Sau đú, HLR gửi xỏc nhận cập nhật cho MSC/VLR. MSC/VLR coi MS hoạt động và đỏnh dấu trường dữ liệu của MS bằng cờ nhập mạng.
I.7.3. Chuyển vựng và cập nhật vị trớ.
Khi MS ở trạng thỏi bật mỏy và chuyển động theo một phương liờn tục, nú
được khoỏ đến một tần số nhất định cú CCCH và BCH ở TS0. Khi xa dần BTS nối với nú, cường độ tớn hiệu thu giảm dần. Tại điểm gần biờn giới lý thuyết giữa hai ụ, cường
độ tớn hiệu thu giảm đến mức MS quyết định chuyển sang tần số mới thuộc một trong cỏc ụ lõn cận cú cường độ lớn hơn. Sau khi tự khoỏ đến tần số mới này, MS lại tiếp tục theo dừi cỏc thụng bỏo tỡm gọi và cỏc thụng tin hệ thống. Nếu tần số cũ và mới thuộc cựng một vựng định vị LA, MS khụng cần thụng bỏo cho mạng về việc thay đổi tần số. MS nhận biết điều này nhờ số nhận dạng vựng định vị LAI phỏt quảng bỏ trờn BCH. Nếu khụng, MS truy cập vào mạng để cập nhật vị trớ. Cú 2 trường hợp cập nhật vị trớ:
Cập nhật trong cựng một MSC/VLR: khi MS di chuyển giữa cỏc LA của cựng một MSC/VLR. MS gửi thụng bỏo yờu cầu cập nhật vị trớ và giỏ trị LAI mới tới MSC. MSC cập nhật giỏ trị mới này vào VLR và gửi xỏc nhận cập nhật vị trớ tới MS.
Cập nhật giữa hai MSC/VLR: khi MS di chuyển giữa cỏc LA thuộc hai MSC/VLR. MS gửi thụng bỏo yờu cầu cập nhật vị trớ tới MSC/VLR mới cựng số nhận dạng của nú. MSC/VLR mới gửi cỏc thụng tin này đến HLR để yờu cầu nhận thực. HLR xỏc nhận thuờ bao hợp lệ tới MSC/VLR hiện tại, xoỏ giỏ trị vựng phục vụ
MSC/VLR cũ, thay bằng giỏ trị của MSC/VLR mới. VLR mới lưu dữ liệu của MS như
một thuờ bao tạm thời và gửi thụng bỏo xỏc nhận cập nhật vị trớ tới MS.
I.7.4. Thủ tục rời mạng.
Khi tắt mỏy hay ra khỏi vựng phủ súng, MS gửi thụng bỏo cuối cựng chứa yờu cầu rời mạng và cỏc số nhận dạng. MSC/VLR đỏnh dấu cờ rời mạng vào địa chỉ IMSI tương ứng trong VLR. HLR khụng được thụng bỏo và cũng khụng cú xỏc nhận cập nhật vị trớ gửi tới MS. Khi cú cuộc gọi tới MS này, vỡ cú cờ rời mạng nờn khụng phỏt thụng bỏo tỡm gọi nhằm giảm tải trờn cỏc trung kế và kờnh BCCH.
I.7.5.1. Thuờ bao di động thực hiện cuộc gọi.
Giả sử một thuờ bao di động A muốn thiết lập cuộc gọi đến thuờ bao B bất kỳ. Khi đú, A nhấn phớm ứng với việc nhấc mỏy cố định và gửi đi yờu cầu truy cập đến mạng trờn kờnh RACH. MSC nhận được thụng bỏo này và yờu cầu BSC cấp cho MS một kờnh SDCCH cho cỏc thủ tục nhận thực và đỏnh dấu trạng thỏi bận trỏnh việc phỏt thụng bỏo tỡm gọi thuờ bao này. BSC gửi chấp nhận truy cập trờn AGCH tới MS, trong
đú cú cỏc thụng tin về SDCCH. Sau đú, cỏc số nhận dạng được MS gửi tới MSC/VLR trờn SDCCH để nhận thực. Nếu A hợp lệ, MSC/VLR sẽ chấp nhận yờu cầu truy cập và gửi tớn hiệu mời quay sốđến MS. MS gửi số của B. Tuỳ theo B là di động hay cốđịnh mà thiết lập cuộc gọi đến mạng cốđịnh hay quay lại mạng di động. Khi kờnh nối sẵn sàng, thiết lập cuộc gọi từ MS được MSC cụng nhận và cấp cho MS một TCH riờng. Tớn hiệu thiết lập là cú sự trả lời của B.
I.7.5.2. Cỏc cuộc gọi tới thuờ bao di động.
Cuộc gọi tới thuờ bao di động luụn được định tuyến tới GMSC. Thuờ bao A quay số MSISDN của thuờ bao di động B thuộc mạng GSM/PLMN. Tổng đài địa phương của A sẽ phõn tớch và định tuyến tới tổng đài chuyển tiếp. Tổng đài chuyển tiếp phõn tớch cỏc số đến và định tuyến tới tổng đài cổng GMSC của GSM/PLMN. GMSC phõn tớch, gửi MSISDN của B tới HLR và yờu cầu số MSRN của B. HLR dịch MSISDN thành IMSI, gửi IMSI tới VLR hiện tại mà B cú mặt và yờu cầu số MRSN. VLR tỡm số MRSN và tạm thời (trong thời gian cuộc gọi), nối tới IMSI của B. VLR gửi MRSN tới HLR, HLR gửi tiếp số này về GMSC. GMSC sử dụng MRSN để thiết lập cuộc gọi tới MSC/VLR hiện tại.
Mọi BTS trong LA chỉ ra bởi LAI gửi thụng bỏo tỡm gọi MS trờn kờnh PCH. MS nhận được sẽ trả lời bằng cụm truy cập ngắn trờn RACH. BTS gửi thụng bỏo (chứa thụng tin về kờnh SDCCH, định thời trước) trờn AGCH tới MS. Sau đú, thủ tục nhận thực và mật mó được thực hiện. Sau đú, MS được cấp một kờnh TCH. Khi thuờ bao trả lời thỡ cuộc gọi được thiết lập và bắt đầu tớnh cước.
Khi MS ở trạng thỏi bận và chuyển động xa dần BTS nối với nú, chất lượng
đường vụ tuyến giảm dần. Khi chất lượng quỏ thấp, mạng sẽ thực hiện quỏ trỡnh chuyển giao, chuyển MS tới kờnh TCH mới cú chất lượng tốt hơn. Mạng quyết định chuyển giao nhờ cỏc thụng số về cường độ trường và chất lượng đường truyền giữa MS và BTS. Khi chuyển giao, tốc độ dữ liệu điều khiển lớn, kờnh SACCH khụng đỏp
ứng được mà phải dựng kờnh FACCH. Cú cỏc khả năng chuyển giao sau :
Chuyển giao trong cựng một BSC: BSC thiết lập đường nối tới BTS mới, ấn định một kờnh TCH của BTS này để chuẩn bị chuyển giao, lệnh cho MS chuyển tần số sang kờnh vụ tuyến mới. BSC xử lý hoàn toàn chuyển giao mà MSC khụng cần biết. Sau khi chuyển giao, MS cần nhận được cỏc thụng tin về cỏc ụ lõn cận mới. Nếu chuyển giao dẫn tới thay đổi LA, MS thụng bỏo cho MSC/VLR để cập nhật vị trớ.
Chuyển giao giữa cỏc BSC trong cựng một MSC/VLR: mạng phải can thiệp nhiều hơn. BSC yờu cầu chuyển giao từ MSC/VLR. Sau đú, đường nối mới từ MSC-BSC- BTS được thiết lập và một kờnh TCH được dành cho chuyển giao. MS được lệnh chuyển đến tần số và TCH mới. Sau khi chuyển giao, MS được thụng bỏo về cỏc ụ lõn cận. Yờu cầu cập nhật vị trớ nếu cú cũng được thực hiện từ MS.
Chuyển giao giữa hai vựng phục vụ MSC/VLR: phức tạp nhất với nhiều tớn hiệu
được trao đổi trước khi chuyển giao. MSC/VLR cũ gửi yờu cầu chuyển giao tới MSC/VLR mới. Sau đú, MSC/VLR mới đảm nhận việc ghộp đến BTS mới. Sau khi thiết lập đường nối giữa hai MSC, MSC/VLR cũ sẽ gửi lệnh chuyển giao đến MS.
I.8. Kết luận.
Chương 1 đó giới thiệu tổng quan về đặc điểm, kiến trỳc cũng như hoạt động của mạng thụng tin di động GSM thế hệ 2. GSM ra đời với tốc độ tối đa 9,6kbps đó
đỏp ứng được nhu cầu ban đầu về cỏc dịch vụ di động như thoại, truyền dữ liệu, nhắn tin ngắn SMS của khỏch hàng, tạo ra sự phỏt triển mạnh mẽ của thị trường thụng tin di
động. Tuy nhiờn, với tốc độ quỏ thấp, GSM khụng thể đỏp ứng được cỏc dịch vụ di
động cao cấp như truy cập Internet, Intranet, thương mại điện tử ... Chương 2 sẽ trỡnh bày về Dịch vụ vụ tuyến gúi chung GPRS - bước phỏt triển đệm cần thiết để tiến tới thế hệ thụng tin di động thứ 3.
CHƯƠNG 2.
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GPRS
II.1. Giới thiệu chung. [1].[2]
Do sự phỏt triển của xó hội và đểđỏp ứng nhu cầu ngày càng tăng của cỏc dịch vụ truyền dữ liệu qua mạng di động. GPRS là một giải phỏp quỏ độ hợp lý trờn con
đường tiến tới 3G, nú được đỏnh giỏ cao và mang tớnh chất thực tiễn với vai trũ là một cụng nghệ mới cú thể cung cấp cỏc dịch vụ gúi từđầu cuối tới đầu cuối cú dung lượng cao qua hệ thống GSM cú sẵn.
GPRS bao gồm nhiều dịch vụ mạng mới của GSM như là cung cấp khả năng truyền dẫn dạng gúi bờn trong PLMN với cỏc mạng bờn ngoài trong khi vẫn đồng thời khai thỏc cỏc dịch vụ GSM truyền thống, người sử dụng cú thể mua bỏn ngay trờn mạng, cú thể dạo chơi trờn mạng. GPRS cho phộp người dựng gửi và nhận dữ liệu dưới dạng gúi thụng qua mỏy di động của mỡnh.
Nhờ việc sử dụng cỏc tài nguyờn vụ tuyến một cỏch hiệu quả hơn, người dựng cú thể sử dụng cỏc dịch vụđa dạng và thuận tiện một cỏch mềm dẻo, với việc tớnh cước khụng phải dựa vào thời gian kết nối như trước mà dựa trờn số lượng dữ liệu thực sựđược truyền. Thời gian kết nối và truy cập nhanh hơn so với hệ thống GSM thụng thường, đặc biệt với việc truyền tải dữ liệu gúi hiệu quả hơn hẳn so với hệ thống hiện tại.
Với cỏc ứng dụng mới của GPRS kết nối với cỏc mạng dữ liờu chuyển mạch gúi bờn ngoài dựng giao thức Internet, người sử dụng cú thểđược cung cấp cỏc ứng dụng IP khụng dõy một cỏch hiệu quả hơn, tốc độ cao hơn và với chi phớ hợp lớ hơn. Với cỏc dịch vụ này, người sử dụng cú thể kết nối với cỏc mạng Internet, Intranet một cỏch dễ dàng, cú thể gửi và nhận dữ liệu với tốc độ lờn đến 171,2kbps.
II.1.2. Cấu trỳc hệ thống GPRS. [4].[5] Hỡnh 2.1. Cấu trỳc chung của hệ thống GPRS Hỡnh 2.1. Cấu trỳc chung của hệ thống GPRS