2.5.1 .Giới thiệu tổng quan
2.5.5. Tác động của các phương pháp tích hợp đến quản lý vị trí
Giới thiệu chung
Việc quản lý vị trí chủ yếu gồm hai thủ tục,đó là thủ tục cập nhật vị trí và thủ tục phân phối cuộc gọi. Trong một mạng tích hợp vệ tinh và mặt đất thì các ứng dụng trong mạng mặt đất cần phải có một số thay đổi cho phù hợp với các địi hỏi về phía mạng vệ tinh. Trong mạng mặt đất thì việc cập nhật vị trí chủ yếu dựa vào chất lượng cường độ tín hiệu.
Trong một mạng tích hợp S-PCN/GSM thì việc định nghĩa vùng vị trí để cho phù hợp với mạng GSM có một số phương pháp tiếp cận khác nhau, hai trong số các phương pháp tiếp cận được nhiều người quan tâm đó là:
- Vùng phủ sóng đảm bảo
- Dựa vào vị trí thiết bị đầu cuối: Phương pháp tiếp cận này dựa vào thiết bị đầu cuối với giả thiết, thiết bị đầu cuối có khả năng tính tốn vị trí của nó bằng cách sử dụng tín hiệu được truyền từ chùm các vệ tinh
Quá trình báo hiệu đối với cập nhập vị trí trong mạng GSM
Trong mạng GSM các thủ tục cập nhật vị trí chủ yếu liên quan đến trung tâm chuyển mạch di động MSC và thanh ghi VLR. Hình dưới đây mơ tả q trình báo hiệu cập nhật vị trí khi mà các vùng vị trí cũ và mới khơng cùng chung MSC/VLR.
Khi nhận được thiết bị đầu cuối MT đoạn tin cập nhật ví trí trong đó chứa nhận thuê bao di động tạm thời (TMSI) và nhận dạng vùng vị trí (LAI) của thiết bị đầu cuối MT thì trạm gốc BS chuyển đổi đoạn tin theo khuôn dạng giao thức DTAP và chuyển cho trung tâm chuyển mạch di động phục vụ MSC. Điều đó cho phép MSC nhận dạng vùng định vị (LA) mới của thiết bị di động MT. Khi MSC nhận dạng được LA mới, và LAI cũ thì việc cập nhật trong mạng sau đó sẽ được thực hiện.
Khi nhận được đoạn tin cập nhật vùng vị trí LA từ trung tâm chuyển mạch di động MSC thì thanh ghi VLR ghi lại vùng nhận dạng mới LAI của thiết bị di động MT và liên lạc với thanh ghi VLR vũ bằng cách sử dụng nhận dạng thuê bao di động tạm thời TMSI để khơi phục lại xác thực và mã hóa đã được lưu giữ trong VLR cũ. VLR mới cũng sẽ liên lạc với thanh ghi HLR để cập nhập số VLR. Thanh ghi HLR lúc đó sẽ thơng báo cho VLR cũ biết để xóa tất cả các dữ liệu có liên quan
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II-CẤU TRÚC HỆ THỐNG
đến thiết bị di động MT. Nhận dạng TMSI mới sau đó được phân phối cho thiết bị di động MT.
Hình 2-15: Mơ tả q trình báo hiệu cập nhập vị trí trong mạng GSM
Một khi nhận được từ thiết bị đầu cuối MT đoạn tin cập nhập vị trí trong đó chứa nhận dạng th bao di động tạm thời (TMSI) và nhận dạng vùng vị trí (Lai) của thiết bị đầu cuối MT.
Quá trình báo hiệu đối với cập nhập vị trí trong mạng S-PCN
Trong một mạng thơng tin di động S-PCN có hai cách tiếp cận để thực hiện việc cập nhập vị trí. Đó là tiếp cận theo phương pháp vùng phủ sóng đảm bảo GCA và tiếp cận theo phương pháp vị trí thiết bị đầu cuối TP. Hình vẽ dưới đây mơ tả q trình báo hiệu đối với cập nhập vị trí của phương pháp tiếp cận GCA.
Q trình báo hiệu cập nhật vị trí trong mạng GSM
MT BTS MSC VLRmới HL R VLR c ũ
Yêu cầu kênh Gán tức thời Cập nhật vị trí
Cập nhật vị trí
Gửi thơng tin MT Gửi thơng tin MT Cập nhật vị trí
Xóa vị trí Xóa vị trí Cập nhật vị trí Cập nhật vị trí
Chuyển TMSI mới Chuyển TMSI mới Chấp nhận cập nhật vị
trí
Hoàn thành TMSI Thoát khỏi kênh
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II-CẤU TRÚC HỆ THỐNG
Hình 2-16: Mơ tả q trình báo hiệu cập nhập vị trí theo phương pháp GCA trong mạng thơng tin di động vệ tinh S-PCN
Quá trình báo hiệu đối với cập nhật vị trí trong mạng tích hợp S-PCN/GSM
Q trình báo hiệu theo tiếp cận CGA
MT GTS S- VL R VL Rmớ i HL R VLR cũ MS C Yêu cầu kênh
Gửi vị trí Gửi vị trí Gán vị trí
Yêu cầu cập nhật vị trí
Cập nhật LA
Gửi thơng tin MS Gửi thơng tin MS Cập nhật vị trí
Xóa vị trí Xóa vị trí Cập nhật vị trí
Cập nhật LA Gửi TMSI mới
Gửi TMSI mới Chấp nhận cập nhật vị trí Cập nhật dữ liệu MT Cập nhật dữ liệu MT Chấp nhận cập nhật vị trí Hồn thành TMSI Thốt khỏi kênh
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II-CẤU TRÚC HỆ THỐNG
Các thủ tục cập nhật vị trí trong một mạng tích hợp S-PCN/GSM có thể sử dụng phương pháp tiếp cận CGA hoặc TP để xác định vùng định vị vệ tinh SLA.
Trong trường hợp từ mạng GSM cập nhật đến mạng vệ tinh,nếu như nhận thấy việc cập nhập là cần thiết và MT quyết định chọn một nguồn vệ tinh thì nó sẽ bắt đầu thủ tục cập nhật với mạng vệ tinh bằng cách gửi đoạn tin ”yêu cầu cập nhật vị trí” đến trạm mặt đất cố định FES.
Trạm mặt đất sau đó liên lạc với trung tâm chuyển mạch di động liên quan đến MSC và gửi cho MSC đoạn tin ” yêu cầu cập nhật vị trí”, nếu như MSC liên hệ đó khác với vùng định vị GSM đang điều khiển thì thanh ghi VLR mới khơi phục lại thơng tin có quan hệ với MT từ thanh ghi VLR cũ. Thanh ghi thường trú HLR sẽ cập nhật vị trí di động và yêu cầu thanh ghi VLR cũ xóa dữ liệu MT. Nếu MSC cũ giống như MSC mới (intra-MSC) khơng cần cập nhật vị trí vào thanh ghi HLR. Các q trình báo hiệu khác khơng có gì thay đổi.
Trong trường hợp việc cập nhập vị trí là từ mạng vệ tinh đến mạng GSM thì MT được ghi nhớ với cả hai cơ sở dữ liệu mặt đất và cơ sở dữ liệu vệ tinh. Trong trường hợp này SIM card và thanh ghi VLR nhớ mã của FES mà ở đó MT sẽ chuyển vùng. Khi nguồn GSM có hiệu lực thì MT chọn kênh BCCH và so sánh nó với mã LAC nhận được cùng với mã FES được lưu giữ.
Ở đây cũng có thể MT khởi đầu một thủ tục cập nhật vị trí bằng cách gửi đoạn tin ”u cầu cập nhật vị trí” trong đó chứa mã FES để nhận dạng thanh ghi VLR cũ. Trạm gốc GSM sau đó thiết lập kết nối với trung tâm chuyển mạch di động MSC liên hệ. Thanh ghi VLR sẽ xóa tất cả các thơng tin có liên quan đến MT, và HLR đã cập nhật. Lúc mà nhận dạng TMSI mới được phân phối cho MT sau khi kênh vệ tinh được giải phóng. Trạm mặt đất cố định FES sau đó sẽ xóa dữ liệu MT chứa trong thanh ghi SLR khi thời gian thực hiện kết thúc.
2.5.6 Tác động của phương án tích hợp đến q trình thiết lập cuộc gọi
Thủ tục khởi tạo cuộc gọi của mạng GSM được sử dụng như là cơ sở cho mạng tích hợp S-PCN/GSM. Trong đó giả thiết MT được mạng vệ tinh ghi nhớ và một cuộc gọi đến MT, yêu cầu mạng phải nhận dạng vị trí MT, địa chỉ định tuyến của nó là số chuyển vùng thiết bị di động ,do thanh ghi thường trú HLR cung cấp.
Quá trình báo hiệu đối với thủ tục khởi tạo cuộc gọi được mô tả như hình vẽ dưới đây.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II-CẤU TRÚC HỆ THỐNG
Hình 2-17: Mơ tả q trình báo hiệu đối với thủ tục khởi tạo cuộc gọi trong mạng tích hợp S-PCN/GSM
Để được điều đó cuộc gọi phải đến được cổng chính MSC, khi nhận được thơng báo cuộc gọi đến cổng hỏi thanh ghi HLR về MTRN của thiết bị đầu cuối MT được
Thủ tục khởi tạo cuộc gọi
MT GWS S-VLR MSC VLR
trang trang
Yêu cầu vị trí Trả lời yêu cầu vị trí Yêu cầu xếp trang
Yêu cầu kênh Gán kênh Trả lời xếp trang Yêu cầu xác thực Xác thực Trả lời xác thực Lệnh phương thức mật mã Thực hiện phương thức mật mã Hoàn thành phương thức mật mã Khởi tạo
Cuộc gọi được thừa nhận Yêu cầu gán Lệnh gán Hoàn thành gán Hoàn thành gán Cảnh báo Kết nối Chấp nhận kết nối
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II-CẤU TRÚC HỆ THỐNG
gọi. Thanh ghi HLR hỏi VLR xem thiết bị di động có được lưu giữ về MTRN. Bằng cách sử dụng MTRN, cổng chính GMSC có khả năng định tuyến cuộc gọi đến trung tâm chuyển mạch di động MSC vãng lai và sau đó yêu cầu VLR cung cấp thơng tin có liên quan đến MT. Thanh ghi VLR thừa nhận trung tân chuyển mạch di động MSC bằng cách gửi các thông tin liên quan đến MT và bắt đầu cuộc gọi dịch vụ theo trình tự.
Khi khởi tạo một dịch vụ sắp xếp trang thì trung tâm chuyển mạch di động MSC có nhiệm vụ vùng vị trí trong đó thiết bị di động đang chuyển vùng. Nếu như MT mới khi đầu đăng ký với mạng vệ tinh thì trong phần nhận dạng vùng vị trí có chứa mã của trạm mặt đất cố định FES. Sau đó trung tâm MSC sẽ liên lạc với FES để chuyển vùng cho FES đoạn tin sắp xếp trang. Trạm mặt đất hỏi thanh ghi S-VLR về dữ liệu vị trí của MT để sắp xếp trang cho thiết bị di động.
Đối với phương pháp tiếp cận vị trí thiết bị đầu cuối TP thì thiết bị MT có thể được phủ sóng bởi nhiều búp phủ sóng vệ tinh thuộc các vệ tinh khác nhau và được điều khiển bởi các trạm mặt đất khác nhau.
Sau việc quảng bá bản tin ”yêu cầu xếp trang “ là đoạn tin “yêu cầu kênh” và “gán kênh”. Kênh điều khiển sau đó thiết lập để kết nối thiết bị MT với mạng. Thiết bị MT sau đó gửi đoạn tin”trả lời xếp trang” cho trung tâm chuyển mạch di động MSC và các thủ tục khởi tạo cuộc gọi sẽ được tiếp tục như thủ tục cuộc gọi mạng GSM.
Ở thủ tục định tuyến cuộc gọi của mạng GSM co yêu cầu MSC/VLR chỉ một điểm đến một trạm FES để đánh số thiết bị đầu cuối. Yêu cầu có thể được đáp ứng một cách dễ dàng nếu sử dụng phương pháp tiếp cận vùng phủ sóng đảm bảo GCA để thực hiện việc quản lý vị trí thơng qua việc phân bố các trạm mặt đất cố định FES. Theo cách tiếp cận dựa vào vị trí thiết bị đầu cuối thì u cầu này có thể gặp nhiều khó khăn hơn vì vị trí của thiết bị đầu cuối không bị giới hạn chỉ cho một trạm mặt đất cố định FES. Chính vì vậy mà có nhiều thủ tục trong mạng GSM trong trường hợp này phải thay đổi cho phù hợp.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUƠNG III – ĐẶC TÍNH KÊNH
CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN3.1 Giới thiệu 3.1 Giới thiệu
Chương này xem xét mơi trường truyền lan trong đó một hệ thống di động vệ tinh hoạt động. Khoảng không giữa máy phát và máy thu được gọi là kênh. Trong một mạng di động vệ tinh, có hai loại kênh : kênh di động (là kênh giữa thiết bị đầu cuối di động và vệ tinh) và kênh cố định (kênh giữa trạm mặt đất cố định hoặc cổng mặt đất và vệ tinh). Hai kênh đó có sự khác nhau rất lớn, cần thiết phải tính tốn trong lúc thiết kế hệ thống. Thêm nữa, giới hạn của hai đường truyền là kênh đi động, bởi công suất máy phát, độ khuếch đại máy thu và tầm nhìn xa vệ tinh bị hạn chế khi so sánh với đường dẫn cố định. Các dạng truyền cơ bản như ở hình 3.1.
3.2 Đặc tính kênh di động mặt đất.3.2.1 Mơi trường nội hạt 3.2.1 Môi trường nội hạt
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUƠNG III – ĐẶC TÍNH KÊNH
Tín hiệu vệ tinh di động mặt đất thu được bao gồm sự kết hợp của ba thành phần: Sóng thẳng trực tiếp (LOS), sóng tán xạ và sóng phản xạ từ mặt đất. Sóng thẳng trực tiếp tới máy thu khơng có sự phản xạ từ mơi trường xung quanh. Yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất làm suy yếu sự truyền lan trong băng L-S đối với thành phần trực tiếp đó là suy hao khơng gian tự do (FSL_ free space loss) và sự che khuất (shadowing).
Sự che khuất xảy ra khi có một vật cản, như cây hoặc tồ nhà, cản trở tầm nhìn thấy tới vệ tinh. Kết quả làm giảm tín hiệu thu đồng thời chất lượng truyền dẫn cũng như QoS không đảm bảo.
Thành phần tán xạ bao gồm nhiều tín hiệu phản xạ đa đường từ mơi trường xung quanh, như các tồ cao ốc, cây cối và những cột điện báo. Không giống như mạng di động trên mặt đất phụ thuộc vào truyền lan đa đường, đa đường chỉ có một tác động nhỏ tới các đường truyền di động vệ tinh trong hầu hết các môi trường hoạt động thực tế.
Thành phần phản xạ mặt đất là kết quả của sự phản xạ từ mặt đất gần trạm di động. Anten độ lợi thấp, góc mở anten (góc giữa hai điểm nửa cơng suất của búp sóng chính) rộng hoạt động qua vệ tinh với góc ngẩng thấp thì đặc biệt nhạy với dạng suy yếu này.
Bước thứ nhất hướng tới mơ hình hố kênh di động vệ tinh là nhận dạng và phân hạng các mơi trường truyền dẫn điển hình [VUC - 92]. Điều này có thể thực hiện được bằng cách chia mơi trường thành ba dạng:
• Khu vực đơ thị, đặc trưng bởi các vật cản trở hồn tồn sóng trực tiếp.
• Khu vực nơng thơn và khoảng trống, khơng có vật cản đến sóng trực tiếp.
• Khu vực có bóng cây và ngoại ơ, nơi có vật cản gián đoạn tới sóng trực tiếp.
Đối với hệ thống di động vệ tinh mặt đất, hai mơi trường trên có tầm quan trọng đặc biệt. Trong khu vực đơ thị, tầm nhìn đến vệ tinh khó có thể đảm bảo, gây ảnh hưởng đến việc tiếp nhận thành phần đa đường. Vì vậy, đối với di động, pha và biên độ tự do của một tín hiệu sẽ được thu. Điều đó đúng trừ phi những chùm đa vệ tinh được sử dụng với góc ngẩng nhỏ nhất được đảm bảo cao. Khi đó, kỹ thuật phân tập vệ tinh cho phép nhận tối ưu một hoặc nhiều tín hiệu vệ tinh được dùng để chống lại tác động của sự che khuất.
Vị trí mơi trường lan truyền trong khu vực đơ thị có ràng buộc chặt chẽ trong mạng di động vệ tinh. Ví dụ, để đạt được giới hạn suy giảm từ 6-10 dB trong môi trường nông thôn và đơ thị, góc ngẩng người sử dụng-tới-vệ tinh nhỏ nhất giới hạn ở mức yêu cầu tối thiểu là 500. Tuy nhiên, để có được góc ngẩng nhỏ nhất sử dụng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUƠNG III – ĐẶC TÍNH KÊNH
chùm quỹ đạo Trái đất thấp yêu cầu một chùm hướng lên của 100 vệ tinh. Những chứng minh được tính khơng thực tế của việc cung cấp phủ sóng trong khu vực đơ thị, thực sự đối với môi trường mặt đất/khơng gian tích hợp, trong mơi trường đơ thị. phủ sóng tổ ong mặt đất chiếm quyền ưu tiên và đó là cách mà những hệ thống như GLOBALSTAR hoạt động.
Trong khu vực đất trống và nông thôn, nơi mà LOS trực tiếp đến vệ tinh có thể tồn tại với độ chắc chắn cao, hiện tượng đa đường là nguyên nhân làm suy yếu đường truyền chủ yếu nhất. Thành phần đa đường có thể hoặc là thêm vào ( kết quả là làm tăng cường độ tín hiệu ) hoặc triệt tiêu (gây ra giảm) tới thành phần sóng trực tiếp. Kết quả này trong truyền dẫn di động vệ tinh làm biến thiên cơng suất tín hiệu.
Trong những mơi trường cây che khuất, bổ sung thêm tác động của đa đường , sự hiện diện của cây sẽ dẫn đến sự suy giảm cường độ tín hiệu trực tiếp. Mức độ suy giảm phụ thuộc vào số lượng các tham số bao gồm kiểu cây, độ cao, cũng như mật độ lá trên cây.
Tại khu vực ngoại ơ, đóng góp chính vào sự giảm của tín hiệu là bởi các tồ nhà