Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM và công nghệ GPRS

MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu về mạng thông tin di động GSM .1 1.1 Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM . .1 1.2 Các chức năng của hệ thống GSM . .4 1.3 Băng tần sử dụng trong hệ thống thông tin đi động GSM .5 1.4 Phương pháp truy nhập trong thông tin di động . .6 Chương 2: Cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM .9 2.1. Cấu trúc hệ thống .9 2.2. Chức năng các phần tử trong mạng GSM .10 Chương 3: Mạng báo hiệu và các khía cạnh mạng 17 3.1. Các giao thức báo hiệu trong hệ thống GSM .17 3.2. Các giao diện trong hệ thống GSM 20 3.3. Các khía cạnh mạng .20 Chương 4: Giao tiếp vô tuyến 26 4.1. Khái niệm về các kênh vô tuyến 26 4.2. Sắp xếp các kênh logic ở các kênh vật lý .29 Chương 5: Các dịch vụ trong GSM .31 5.1. Dịch vụ thoại 31 5.2. Dịch vụ số liệu .31 5.3. Dịch vụ bản tin ngắn 32 5.4. Các dịch vụ phụ .32 Chương 6: Một số thí dụ về cuộc gọi trong mạng GSM 34 6.1. Cuộc gọi ra từ MS 34 6.2. Cuộc gọi vào từ mạng cố định .35 Chương 7: Giới thiệu chung về công nghệ GPRS 38 7.1. Tổng quan về công nghệ GPRS .38 7.2. Cấu trúc hệ thống GPRS 39 Chương 8: Các giao diện và giao thức trong mạng GPRS 48 8.1. Mặt phẳng truyền dẫn 48 8.2. Mặt phẳng báo hiệu 51 8.3. Giao diện vô tuyến UM 59 8.4. Mạng vô tuyến GPRS 63 8.5. Quản lý tài nguyên vô tuyến 72 Chương 9: Triển khai GPRS trên mạng thông tin di động GSM tại Việt Nam .76 9.1. Đánh giá hiện trạng và nhu cầu 76 9.2. Dịch vụ .77 9.3. Số lượng thuê bao của mạng 77 9.4. Đánh giá nhu cầu .77 9.5. Một số đề xuất triển khai dịch vụ GPRS 78 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay mạng GSM với những ưu điểm nổi bật như: dung lượng lớn, chất lượng kết nối tốt, tính bảo mật cao , đã có một chỗ đứng vững chắc trên thị trường Viễn thông thế giới. Ở Việt Nam, khi chúng ta bắt đầu có những máy điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM 900 đầu tiên vào những năm 1993 đã đánh dấu một bước phát triển vượt bậc về công nghệ Viễn thông của đất nước. Các thuê bao di động tại Việt Nam sử dụng dịch vụ thoại truyền thống với tốc độ bit là 13Kbit/s và truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s. Các nhà khai thác GSM trên thế giới đang đứng trước một số giải pháp để có được dịch vụ số liệu truyền tốc độ cao qua mạng thông tin di động hiện có của họ và đang nghiên cứu kế hoạch để chuyển đổi lên công nghệ 3G. Có hai hướng để lựa chọn : một là có thể nâng cấp mạng của họ lên thẳng CDMA (Đa truy nhạp phân chia theo mã) hay nâng cápp lên để có dịch vụ GPRS (General Packet Radio Service – Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp), E – GPRS (Enhanced GPRS – Dịch vụ GPRS nâng cao) và sau đó thì sẽ đầu tư, nâng cấp để loại dần công nghệ GSM tiến lên công nghệ W-CDMA (Đa truy nhập phân kênh theo mã băng rộng). Đối với các nhà khai thác, không thể có được việc nâng cấp thẳng lên công nghệ W-CDMA với các giải pháp đơn giản và chi phí chấp nhận được. Quá trình nâng cấp là một quá trình phức tạp, yêu cầu các phần tử mạng mới và các máy đầu cuối mới. Do vậy, vấn đề cần cân nhắc ở đây chính là các khía cạnh về kinh tế và kỹ thuật cho việc nâng cấp, buộc các nhà khai thác phải suy tính. Chính vì vậy, GPRS là sự lựa chọn của các nhà khai thác GSM như một bước chuẩn bị về cơ sở hạ tầng kỹ thuật, để tiến lên công nghệ thông tin di động thế hệ thứ 3. Giải pháp GPRS cho hệ thống GSM đã trở thành hiện thực năm 1999. Giống như HSCSD, GPRS cung cấp các dịch vụ số liệu tốc độ cao hơn cho người sử dụng di động. Tuy nhiên dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, GPRS phù hợp với bản chất bùng nổ đột ngột cao của hầu hết các ứng dụng số liệu hơn công nghệ chuyển mạch kênh HSCSD, nó lý tưởng hơn cho các dịch vụ truy nhập cơ sở dữ liệu và thư điện tử, thí dụ những người sử dụng không muốn trả cứoc phí cuộc gọi cao cho các bản tin ngắn. GPRS cũng cho phép người sử dụng nhận các cuộc gọi số liệu. Các tin nhắn cũng được phân phát trực tiếp đến điện thoại của người sử dụng, them chí không cần kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối một cách liên tục. Khi bật máy điện thoại, người sử dụng nhận được một thông báo là họ đang có một tin nhắn. Họ có thể chọn các thông báo tải về ngay lập tức hay cất đi để xem sau. GPRS cũng cung cấp việc thiết lập cuộc gọi nhanh hơn HSCSD và kết nối với mạng sử dụng giao thức IP hiệu quả hơn, bao gồm các mạng Intranet của công ty và các mạng LAN, cũng như Internet. Thông qua việc kết hợp các khe thời gian TDMA khác nhau, GPRS có thể điều khiển tất cả các kiểu truyền dẫn từ các mẫu tin ngắn tốc độ thấp đến các tốc độ cao hơn cần cho việc xem xét các trang Wed. GPRS cung cấp tốc độ số liệu gói cao hơn 100 kbit/s. Tốc độ tối đa là 171,2 kbit/s qua 8 kênh 21,4 kbit/s (sử dụng mã hoá CS-4).

pdf91 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 11/06/2013 | Lượt xem: 4327 | Lượt tải: 20download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM và công nghệ GPRS, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
hông số dành cho việc nhận thực và thực hiện mã hoá đường truyền. Thủ tục nhận thực trong GPRS và GSM là như nhau, chỉ có quá §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 47 - trình mã hoá đường truyền là thay đổi so với hệ thống GSM, sự thay đổi này không tác động gì đến AUC, do đó không cần cập nhật AUC. * Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị – EIR Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register) vẫn thực hiện chức năng như trong hệ thống GSM. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến thiết bị đầu cuối MS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được pháp của thiết bị, một thiết bị không được phép sẽ bị cấm. f. Thiết bị đầu cuối GPRS (MS) Thiết bị đầu cuối GPRS có thể hoạt động được ở 3 chế độ : • Chế độ 1 (Class 1) : ở chế độ này máy đầu cuối di động có thể sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đồng thời. • Chế độ 2 (Class 2) : ở chế độ này máy đầu cuối di động không thể sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đồng thời, nhưng có thể sử dụng hai dịch vụ này theo kiểu liên tiếp nhau, trên cơ sở các dịch vụ này được lựa chọn tự động. Máy đầu cuối di động có thể nhận được nhắn tin cho dịch vụ chuyển mạch kênh trong khi đang truyền tải dữ liệu dưới dạng gói. Khi đó máy đầu cuối di động có thể tạm dừng việc truyền tải dữ liệu trong khoảng thời gian thực hiện kết nối này kết thúc, máy đầu cuối di động sẽ tự động chuyển về trạng thái truyền tải dữ liệu. • Chế độ 3 (Class 3) : ở chế độ này chỉ cho phép máy đầu cuối di động sử dụng một dịch vụ chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói tại một thời điểm. Sự lựa chọn này được thực hiện bằng nhân công §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 48 - hoặc mặc định. Máy đầu cuối di động nào chỉ hỗ trợ GPRS luôn hoạt động ở chế độ này. g. Thiết bị cung cấp dịch vụ SMS – nhắn tin ngắn (SMS – GMSC và SMS – IWMSC) SMS – GMSC (Tổng đài di động có cổng cho dịch vụ nhắn tin ngắn) và SMS – IWMSC (Tổng đài di động liên mạng cho dịch vụ nhắn tin ngắn) được kết nối với SGSN qua giao diện Gd nhằm cung cấp khả năng truyền tải các bản tin ngắn trên các kênh vô tuyến. CHƯƠNG 8 : CÁC GIAO DIỆN VÀ GIAO THỨC TRONG MẠNG GPRS Các giao thức của GPRS cung cấp các chức năng điều khiển và truyền tải dữ liệu trên mặt phẳng báo hiệu và mặt phẳng truyền dẫn. 8.1. Mặt phẳng truyền dẫn Mặt phẳng truyền dẫn bao gồm các cấu trúc giao thức phân lớp phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu của người sử dụng, kết hợp với các thủ tục điều khiển phục vụ cho việc truyền tải như : điều khiển luồng, phát hiện và sửa lỗi … §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 49 - • Giao thức GTP (GPRS Tunnelling Protocol – giao thức tạo đường hầm GPRS): Giao thức này phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu giữa các GSN trong mạng đường trục GPRS. Tất cả các PTP, PDP, PDU đều đựoc kết hợp bởi GTP. GTP cũng có thể cung cấp khả năng điều khiển luồng giữa các GSN. • Giao thức TCP/UDP (Transmission Control Protocol/ User Datagram Protocol – giao thức điều khiển truyền dẫn/ Giao thức dữ liệu gói người sử dụng) : TCP chuyển các khối điều khiển dữ liệu gói (PDU) của GTP trong mạng đường trục GPRS cho các giao thức cần thiết để liên kết dữ liệu tin cậy (như X.25). TCP cung cấp khả năng điều khiển luồng và bảo vệ chống lại sự thất thoát hay ngắt quãng các PDU của GTP. UDP chuyển các PDU cảu GTP cho các giao thức không cần phải có một liên kết dữ liệu tin cậy (ví dụ như IP). UDP cung cấp khả năng bảo vệ chống lại việc PDU của GTP bị ngắt quãng và chuyển các bản tin báo hiệu giữa các GSN. ứng dụng IP/X25 SNDPC LLC RLC MAC GSM RF Chuyển tiếp RLC BSSGP MAC GSM RF Chuyển tiếp khung L1 bis Chuyển tiếp IP SNDCP GTP LLC UDP/TCP BSSGP IP Chuyển tiếp khung L1 bis L2 L1 IP/X25 GTP UDP/TCP IP L2 L1 MS Um BSS Gb SGSN Gn GGSN Hình 2.1. Cấu trúc phân lớp giao thức §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 50 - • Giao thức IP (Internet Protocol): Là giao thức được dụng trong mạng đường trục GPRS, phục vụ cho việc báo hiệu và định tuyến dữ liệu. • Giao thức SNDCP (SubNetwork Dependent Convergence Protocol – Giao thức hội tụ phụ thuộc phân hệ mạng): Giao thức phụ trách chuyển đổi các đặc tính lớp mạng và các đặc tính dưới lớp mạng. SNDCP thực hiện các chức năng: - Ghép kênh các gói dữ liệu từ một hay nhiều ứng dụng vào một liên kết logic. - Nén thông tin điều khiển và dữ liệu của người dùng trước khi được chuyển từ lớp mạng xuống lớp điều khiển kết nối logic LLC. - Phân mảnh và tập hợp dữ liệu : thông tin sau khi được nén sẽ được phân mảnh cho phù hợp với kích cỡ của khung LLC. • Điều khiển kết nối logic (LLC – Logital Link Control): Cung cấp liên kết dữ liệu tin cậy giữa máy đầu cuối và SGSN đang phục vụ máy đầu cuối đó. LLC sẽ cung cấp các dịch vụ cần thiết cho việc bảo dưỡng liên kết dữ liệu được mã hoá giữa máy đầu cuối và SGSN. LLC hỗ trợ các thủ tục: - Phục vụ truyền tải các PDU của LLC giữa các máy đầu cuối và SGSN ở chế độ xác nhận và chế độ không xác nhận. - Phát hiện và khôi phục các PDU của LLC bị thất lạc hoặc ngắt quãng. - Điều khiển luồng và mã hoá các PDU của LLC giữa máy đầu cuối và SGSN. Các kết nối logic này được truyền mang tính trong suốt đối với BSC. Tất các bản tin báo hiệu tới BSC sẽ §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 51 - đi từ máy di động qua BSC tới SGSN rồi mới quay trở lại BSC. • Chuyển tiếp (Relay): Trong BSC chức năng này sẽ được chuyển tiếp các PDU của LLC giữa giao diện Um và Gb. Tại SGSN, nó sẽ chuyển tiếp các PDU của PDP (Packet Data Protocol – Giao thức dữ liệu gói) giữa các giao diện Gb và Gn. • Giao thức BSSGP (BSS GPRS Protocol – giao thức GPRS của BSS): Giao thức này có trách nhiệm vận chuyển các thông tin về định tuyến và cấp độ phục vụ (GoS) giữa BSC và SGSN, BSSGP không thực hiện chức năng sửa lỗi. • Dịch vụ mạng: Truyền tải các khối điều khiển dữ liệu PDU dựa trên giao thức BSSGP. • Điều khiển liên kết vô tuyến/ Điều khiển truy nhập không gian (RLC/MAC – Radio Link Radio/ Medium Access Control): Chức năng LLC cung cấp một liên kết tin cậy trên giao diện vô tuyến. Còn chức năng MAC điều khiển các thủ tục báo hiệu truy nhập trên kênh vô tuyến và thực hiện sắp xếp các khung LLC vào các kênh vật lý. • GSM RF (Tần số vô tuyến GSM): tạo lập nên khung TDMA. 8.2. Mặt phẳng báo hiệu Mặt phẳng báo hiệu bao gồm các giao thức điều khiển và hỗ trợ cho các chức năng được thực hiện ở mặt phẳng truyền dẫn, nó bao gồm: • Điều khiển việc truy nhập mạng GPRS như nhập mạng và rời mạng. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 52 - • Điều khiển thiết lập các kết nối trong mạng như quá trình khởi hoạt một địa chỉ PDP. • Điều khiển việc định tuyến trong mạng, hỗ trợ khả năng di dộng của MS. • Điều khiển việc ấn định, cấp phát tài nguyên. • Cung cấp các dịch vụ bổ sung. 8.2.1. Giao diện Gb Giao diện Gb là giao diện giữa BSS và SGSN. Hình 2.2 mô tả giao diện Gb. SGSN với một hay nhiều khối điều khiển gói PCU (Packet Control Unit) được kết nối với nhau qua giao diện Gb. Nó cho phép nhiều người sử dụng có thể cùng chia sẻ nguồn tài nguyên chung. Các bản tin báo hiệu và dữ liệu người dùng có thể được gửi trên cùng nguồn tài nguyên vật lý. GMM/SM (GPRS Mobility Management/ Session Management – Quản lý di động GPRS/ Quản lý phiên): Giao thức này hỗ trợ cho chức năng quản trị di động trong mạng GPRS như nhập mạng, rời mạng, cập nhật vùng định tuyến, cập nhật vùng định vị, khởi tạo/ huỷ bỏ PDP context. Giao diện này hỗ trợ: - Dùng chung hạ tầng mạng: cho phép lưu lượng trên giao diện A (trong GSM) và Gb có thể cùng đi trên một con đường E1. - Kết hợp các liên kết: Cho phép kết hợp nhiều giao diện Gb trên nhiều đường E1 về một đường E1. - Điều khiển luồng. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 53 - LLC: Lớp điều khiển liên kết logic RLC: Lớp điều khiển kết nối vô tuyến L1 bis: Lớp 1 bis MAC: Lớp điều khiển truy nhập trung gian GMM/SM: Quản lý di động GPRS/ Quản lý phiên GSM RF : Tần số vô tuyến GSM. 8.2.2. Giao diện Gr Giao diện Gr là giao diện giữa HLR và SGSN để chuyển các thông tin về hồ sơ thuê bao, địa chỉ SGSN hiện tại và địa chỉ PDP. Hình 2.3 là cấu trúc của giao diện Gr: GMM/SM LLC RLC MAC GSM RF RLC MAC GSM RF BSSGP Dịch vụ mạng L1 bis L1 bis Dịch vụ mạng RLC LLC GMM/SM MS Um BSS Gb SGSN Hình 2.2. Ngăn xếp giao thức Gb §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 54 - MAP (Mobile Application Port): Cổng ứng dụng di động TCAP (Transation Capabilities Application Part): Phần ứng dụng các khả năng giao dịch SCCP (Signaling Connection Control Part): Phần điều khiển kết nối báo hiệu MTP (Message Transfer Part): Phần chuyển giao tin báo. L1 (Layer 1): Lớp 1. Giao diện này kết nối SGSN với HLR bởi báo hiệu số 7, cung cấp khả năng truy nhập tới tất cả các nút trong mạng báo hiệu số 7, bao gồm HLR của nội mạng PLMN khác. Tại giao diện này, giao thức MAP hỗ trợ cho khả năng trao đổi tín hiệu giữa SGSN và HLR. Còn các giao thức TCAP, SCCP, MTP3, MTP2 giống như giao thức được sử dụng hỗ trợ MAP trong mạng GSM. 8.2.3. Giao diện Gs MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 L1 MAP TCAP MTP3 SCCP MTP2 L1 SGSN Gr HLR Hình 2.3. Ngăn xếp giao thức Gr §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 55 - Giao diện Gs là giao diện giữa SGSN và MSC/VLR trong trường hợp kết hợp giữa các dịch vụ chuyển mạch gói GPRS và chuyển mạch kênh GSM. Cấu trúc của giao diện Gs: Tại giao diện này, giao thức BSSAP+ là một phần trong các thủ tục BSSAP nhằm hỗ trợ cho việc báo hiệu giữa SGSN và MSC/VLR. 8.2.4. Giao diện Gf Giao diện Gf là giao diện giữa bộ ghi định vị nhận dạng thiết bị EIR và SGSN để có thể hỏi về số IMEI của trạm di động. Tại giao diện này, giao thức MAP hỗ trợ cho báo hiệu giữa hai phần tử SGSN và EIR phục vụ cho việc nhận dạng thiết bị đầu cuối. BSSAP SCCP MTP3 L1 MTP2 BSSAP SCCP MTP3 L1 MTP2 SGSN Gs MSC/VLR Hình 2.4. Ngăn xếp giao thức Gs MAP TCAP SCCP MTP3 MAP TCAP MTP3 SCCP §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 56 - EIR (Equipment Identity Register): Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị. 8.2.5. Giao diện Gd Cấu trúc của giao diện Gd: MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 L1 MAP TCAP MTP3 SCCP MTP2 L1 SGSN Gd SMS- GMSC Hình 2.6. Ngăn xếp giao thức Gd §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 57 - SGSN (Serving GPRS Support Node): Nút hỗ trợ dịch vụ của GPRS. SMS – GMSC (Gateway MSC for Short Message Service): Tổng đài di động liên mạng cho dịch vụ nhắn tin ngắn. Gd là giao diện giữa SGSN với SMS – GMSC và SGSN với SMS – IWMSC. Tại giao diện này, giao thức MAP hỗ trợ cho việc báo hiệu giữa SGSN và SMS – SMSC phục vụ cho việc truyền tải các bản tin ngắn. 8.2.6. Giao diện Gn Cấu trúc của giao diện Gn: GGSN (Gateway GPRS Support Node): Nút hỗ trợ cổng nối GPRS GTP (GPRS Tunneling Protocol): Giao thức tạo đường hầm GPRS UDP (User Datagram Protocol): Giao thức dữ liệu gói người sử dụng IP (Internet Protocol): Giao thức Internet GTP UDP IP L2 L1 GTP UDP IP L2 L1 SGSN Gn GGSN Hình 2.7. Ngăn xếp giao thức Gn §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 58 - Gn là giao diện giữa các SGSN hay giữa SGSN và GGSN, chức năng của các lớp, các giao thức đã được mô tả ở các phần trước. Gn thường được cấu hình như các giao diện IP, các giao diện này sử dụng các giao diện vật lý riêng biệt với các địa chỉ IP riêng biệt. Việc ghép kênh (multiplexing) các giao diện IP này được thực hiện ở mức định tuyến IP. 8.2.7. Giao diện Gi Cấu trúc của giao diện Gi: Gi là giao diện giữa GGSN và các mạng số liệu bên ngoài như mạng dữ liệu gói chuyển mạch công cộng PSPDN (Public Switched Data Network), mạng dữ liệu gói chuyển mạch kênh CSPDN (Circuit Switched Packet Data network), Internet, Intranet … nhằm phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu giữa thuê bao di động và các mạng ngoài. 8.2.8. Giao diện Gc Cấu trúc của giao diện Gc: ứng dụng IP SNDCP LLC RLC MAC GSM RF L2 UDP/TC P IP L2 L1 L2’ L1’ MAC IP GSM RF MAC MS Um GGS N Gi Hệ thống cuối Hình 2.8. Ngăn xếp giao thức Gi §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 59 - Qua giao diện này, các phần tử GGSN và HLR có thể trao đổi thông tin báo hiệu cho nhau. Có hai cách thiết lập tuyến báo hiệu này, cụ thể: - Nếu giao tuyến báo hiệu số (SS7) được cài đặt trong GGSN, giao thức MAP được sử dụng để trao đổi thông tin giữa GGSN và HLR. - Nếu giao diện SS7 không được cài đặt trong GGSN, khi đó bất kỳ phần tử GSN (GPRS Support Node – Nút hỗ trợ GPRS) nào trong cùng mạng di động mặt đất công cộng PLMN được cài đặt giao diện SS7 với vai trò GGSN có thể sử dụng việc trao đổi GTP và MAP để trao đổi thông tin giữa GGSN và HLR. 8.3. Giao diện vô tuyến Um Giao diện vô tuyến Um là giao diện giữa máy di động và phân hệ trạm gốc BSS mà trên đó máy di động và mạng có thể trao đổi báo hiệu MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 L1 MAP TCAP MTP3 SCCP MTP2 L1 GGSN Gc HLR Hình 2.9. Ngăn xếp giao thức Gc §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 60 - và dữ liệu cho nhau. Giao diện vô tuyến GPRS có thể được phân cấp thành các lớp logic (Hình 2.10) Lớp vật lý được phân chia theo chức năng thành hai lớp con: Lớp RF vật lý và lớp kết nối vật lý. 8.3.1. Lớp RF vật lý Thực hiện điều chế dạng sóng tín hiệu từ chuỗi bit nhận được từ lớp liên kết vật lý. Lớp này cũng giải điều chế dạng sóng thu được thành các chuỗi bit để chuyển lên lớp liên kết vật lý. Lớp này được sử dụng như là nền tảng cho GPRS. 8.3.2. Lớp kết nối vật lý Cung cấp các kênh vật lý giữa trạm di động MS và mạng. Chức năng này bao gồm ghép khối dữ liệu, mã hoá số liệu, phát hiện và hiệu chỉnh lỗi truyền dẫn trên đường truyền vật lý. Lớp liên kết vật lý sử dụng các dịch vụ của lớp RF vật lý. Chức năng điều khiển lớp liên kết vật lý cho phép duy trì thông tin trên các kênh vật lý giữa MS và mạng. Các Kết nối vật lý SNDCP LLC RLC MAC RF vật lý Kết nối vật lý SNDCP LLC RLC MAC RF vật lý Trạm di động MS Um Mạng Hình 2.10. Giao diện vô tuyến §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 61 - thủ tục chuyển giao sẽ không được sử dụng trong GPRS, thay vào đó là các thủ tục cập nhật định tuyến và cập nhật ô (cell) Lớp liên kết vật lý có nhiệm vụ thực hiện các thủ tục sau: - Mã hoá sửa lỗi trước, cho phép phát hiện và hiệu chỉnh từ mã đã phát đi và chỉ thị các từ mã không thể hiệu chỉnh được. - Ghép xen - Thủ tục phát hiện nghẽn trên các liên kết vật lý - Thủ tục đồng bộ để điều chỉnh tại tham số TA (Timing Advance - Định thời sớm) - Định thời sớm thủ tục giám sát và đánh giá chất lượng tín hiệu - Thủ tục lựa chọn và tái lựa chọn ô - Thủ tục điều khiển công suet phát - Thủ tục cho phép tiết kiệm pin như thu không liên tục DRX (Discontinuous Reception) … 8.3.3. Lớp RLC/MAC MAC (Medium Access Control - Điều khiển truy nhập trung gian) xác định các thủ tục cho phép nhiều máy di động có thể cùng chia sẻ tài nguyên chung (ví dụ như cùng chia sẻ các kênh vật lý), MAC cho phép một máy di động đơn lẻ có thể sử dụng nhiều kênh vật lý đồng thời. RLC (Radio Link Control - Điều khiển kết nối vô tuyến) xác định thủ tục truyền lại các khối dữ liệu RLC bị lỗi, nó cũng cung cấp khả năng phân mảnh và sắp xếp lại các khối dữ liệu gói PDU trong lớp LLC vào trong khối dữ liệu RLC. Cụ thể: Chức năng của MAC: §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 62 - - Cung cấp khả năng ghép kênh dữ liệu và báo hiệu ở cả đường lên và đường xuống. - Điều khiển truy nhập các kênh vô tuyến, thực hiện các thủ tục phát hiện, khôi phục và tránh xung đột (đối với việc truy nhập được khởi tạo từ máy di động) - Quản lý hàng đợi của các gói dữ liệu đối với truy nhập kênh kết nối ở MS. - Quản lý các mức ưu tiên. Chức năng của RLC: - Truyền tải các PDU của LLC giữa lớp LLC và chức năng MAC - Phân mảnh và sắp xếp các PDU của LLC vào các khối dữ liệu RLC - Sửa lỗi lùi BEC (Back Error Correction), nó cho phép truyền lại các từ mã có thể không đúng. - Truyền tải các từ mã tuỳ thuộc vào điều kiện của các kênh truyền dẫn. 8.3.4. Lớp LLC Các chức năng của lớp LLC bao gồm: - Truyền tải các khối dữ liệu giao thức phân hệ mạng SN – PDU (SubNetwork – Protocol Data Unit) giữa lớp SNDCP và lớp LLC. - Truyền tải các khối dữ liệu gói PDU của lớp điều khiển kết nối logic LL (LL – PDU) giữa máy di động SGSN. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 63 - - Phân phát LL – PDU từ điểm đến điểm ở cả hai chế độ: xác nhận và không xác nhận giữa máy di động SGSN. - Phân phát LL – PDU từ điểm đến đa điểm giữa máy di động và SGSN. - Phát hiện và khôi phục các LL – PDU bị thất lạc - Điều khiển luồng và các LL – PDU giữa máy di động và SGSN. - Mã hoá các LL – PDU 8.3.5. Giao thức GMM/SM (Quản lý di động GPRS/ Quản lý phiên) Hỗ trợ cho chức năng quản trị di động trong mạng GPRS bao gồm: quản lý việc nhập mạng, rời mạng, cập nhật vùng định tuyến, cập nhật vùng định vị, khởi tạo/ huỷ bỏ PDP context. Cần lưu ý rằng SNDCP chỉ là một phần của giao thức GMM/SM. 8.4. Mạng vô tuyến GPRS. 8.4.1. Kênh vật lý Hệ thống mạng GPRS sử dụng hoàn toàn giao diện không gian (Air Interface) hay là kết nối giữa trạm di động MS và trạm thu phát gốc BTS của mạng GSM có nghĩa là đa truy nhập theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Asscess) và mỗi khung TDMA được tạo thành bởi 8 khe thời gian tần số vô tuyến (Radio Frequency Time Slot). Một khe thời gian tần số vô tuyến của khung TDMA được gọi là một kênh vât lý. Thông tin gửi đi trên một khe thời gian tần số vô tuyến được gọi là một cụm (Burst). Một kênh vật lý có thể được sử dụng cho một kênh logic hoặc một phần của kênh logic. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 64 - Việc ấn định các kênh của GPRS khác với GSM. GPRS cho phép một trạm di động truyền trên nhiều khe thời gian của cùng một khung TDMA (hoạt động theo kiểu đa khe thời gian). Điều này cho phép ấn định kênh rất linh hoạt, từ 1 đến 8 khe thời gian trong một khung TDMA có thể ấn định cho một trạm di động. Hơn thế nữa, đường up-link và down-link được ấn định riêng, điều này cho phép tăng hiệu suất đối với các dạng dữ liệu không đối xứng như trình duyệt WEB chẳng hạn là dạng ứng dụng dùng đường down-link nhiều hơn đường up-link. Đối với GSM, một kênh tần số được ấn định vĩnh viễn cho một thuê bao nhất định trong thời gian cuộc gọi cho dù dữ liệu có được truyền đi hay không. Ngược lại, đối với GPRS, các kênh tần số được ấn định khi các gói dữ liệu được gửi đi hoặc nhận về và sau đó các kênh tần số này sẽ được giải phóng sau khi kết thúc truyền. Đối với việc truyền không liên tục dữ liệu, điều này cho phép sử dụng có hiệu quả hơn nguồn tài nguyên vô tuyến khan hiếm. Với nguyên tắc này, nhiều thuê bao có thể chia sẻ 1 kênh vật lý. Một ô của GPRS có thể ấn định các kênh vật lý cho lưu lượng GPRS. Kênh vật lý này được biểu thị bằng kênh dữ liệu gói (Packet Data Channel). Các kênh PDCH được tách ra từ tổ hợp các kênh rỗi trong ô. Do đó, tài nguyên ô được chia sẻ bởi tất cả các trạm di động GPRS cũng như các trạm không phải GPRS. Việc sắp xếp các kênh vật lý cho các dịch vụ chuyển mạch gói (GPRS) hoặc các dịch vụ chuuyển mạch kênh (GSM) có thể được thực hiện một cách linh động (nguyên tắc dung lượng theo yêu cầu) phụ thuộc vào tải hiện tại, mức độ ưu tiên của dịch vụ và mức đa khe thời gian. Thủ tục giám sát tải được sử dụng để giám sát tải của kênh PDCH trong ô. Dựa vào nhu cầu hiện tại, các kênh sẽ được ấn định cho dịch vụ GPRS với số lượng kênh PDCH có thể thay đổi. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 65 - Các kênh vật lý hiện không sử dụng cho dịch vụ GSM có thể được ấn định thành các kênh PDCH để tăng số lượng kênh cho các dịch vụ GPRS. Khi đó nhu cầu về tài nguyên vô tuyến cho các dịch vụ có mức ưu tien cao, các kênh PDCH có thể ấn định lại. 8.4.2. Các kênh logic của GPRS Nhiều loại thông tin khác nhau có thể truyền giữa trạm thu phát gốc và trạm di động như báo hiệu, quảng bá các thông tin chung của hệ thống, đồng bộ, ấn định kênh, paging hoặc truyền tải. Các loại thông tin khác nhau đó được truyền bằng kênh vật lý và được phân loại thành các nhóm khác nhau gọi là kênh logic. Các kênh logic này được sắp xếp trên các kênh vật lý theo một sơ đồ sắp xếp. Bảng sau đây liệt kê các kênh logic chứa gói dữ liệu được xác định bởi GPRS. Giống như GSM, các kênh logic được chia thành 2 loại. Các kênh lưu lượng và các kênh báo hiệu (điều khiển) §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 66 - a. Kênh lưu lượng dữ liệu gói PDTCH (Packet Data Traffic Channel) PDTCH được dùng để truyền số liệu của người sử dụng. Nó cung cấp tạm thời cho một MS hoặc một nhóm MS. Một MS có thể cùng một lúc dùng nhiều kênh PDCH để phục vụ cho việc truyền tải gói. Tốc độ truyền tải gói thông tin trê giao diện vô tuyến được thực hiện với tốc độ mã hoá khác nhau CS1-CS4. Thông tin tốc độ mã hoá như sau: Từ MS đến BSS và ngược lại Kênh điều khiển chung gói Từ MS đến BSS Từ BSS đến MS Từ BSS đến MS Từ BSS đến MS Từ MS đến BSS và ngược lại Nhóm Kênh Chức năng Hướng Kênh lưu lượng dữ liệu ói PDTCH Lưu lượng dữ liệu Kênh điều khiển quảng bá gói PBCCH Điều khiển quảng bá PRACH Truy nhập ngẫu nhiên PAGCH Cho phép truy nhập PPCH Paging PNCH Thông báo Kênh điều khiển riêng gói PACCH PTCCH Điều khiển kết hợp Điều khiển đồng bộ Bảng 1: Các kênh logic của GPRS §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 67 - b. Kênh điều khiển quảng bá gói PBCH (Packet Broadcast Control Channel) PBCH là kênh báo hiệu một hướng điểm tới đa điểm từ phân hệ trạm gốc BSS tới các trạm di động. Kênh này được BSS sử dụng để quảng bá những thông tin nhất định về tổ chức mạng vô tuyến GPRS tới tất cả các trạm di động GPRS nằm trên một ô. Ngoài các thông số về GPRS, kênh PBCH cũng quảng bá các thông tin hệ thống quan trọng về các dịch vụ chuyển mạch kênh để trạm di động GPRS/GSM không dùng kênh diều khiển quảng bá BCCH (Broadcast Control Channel) thông thường của trạm GSM. c. Kênh điều khiển chung gói PCCCH (Packet Common Control Channel) PCCCH là một kênh báo hiệu hai chiều từ điểm tới đa điểm để chuyển các thông tin về quản lý truy nhập mạng ví dụ như ấn định tài nguyên vô tuyến và Paging. Kênh PCCCH gồm 4 kênh nhỏ: Coding scheme Tốc độ CS1 CS2 CS3 CS4 9,05 kbps 13,4 kbps 15,6 kbps 21,4 kbps Bảng 2. Tốc độ mã hoá §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 68 - ™ Kênh truy nhập ngẫu nhiên gói PRACH (Packet Random Access Channel) được sử dụng bởi trạm di động để yêu cầu thêm một hoặc nhiều kênh PDTCH. ™ Kênh truy nhập gói PPCH (Packet Paging CHannel) được sử dụng để cấp thêm một hoặc nhiều kênh PDTCH cho trạm di động. ™ Kênh Paging gói PPCH được BSS sử dụng để tìm ra vị trí của trạm di động (Paging) trước khi truyền gói trên đường down-link. ™ Kênh thông báo gói PNCH (Packet Notifiction Channel) được sử dụng để thông báo cho trạm di động về một bản tin PTM. d. Kênh điều khiển riêng gói Là kênh báo hiệu hai chiều điểm tới điểm – Kênh này gồm hai kênh PACCH và PTCCH. ™ Kênh điều khiển kết hợp gói PACCH (Packet Associated Control Channel) luôn được ấn định cùng với một hoặc nhiều kênh PDCH được cấp cho một trạm di động. Kênh PACCH chuyển thông tin báo hiệu ví dụ như điều khiển công suất tới một trạm di động nhất định. ™ Kênh điều khiển đồng bộ gói PTCCH (Packet Timing Advance Control Channel) được sử dụng cho việc đồng bộ khung. a. Sắp xếp các kênh dữ liệu gói trên các kênh vật lý Việc sắp xếp các kênh logic trên các kênh vật lý bao gồm hai yếu tố: Sắp xếp tần số và sắp xếp thời gian. Sắp xếp tần số dựa trên số khung §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 69 - TDMA và các tần số được ấn định cho trạm thu phát gốc BTS và trạm di động. Sắp xếp thời gian dựa trên việc xác định các cấu trúc đa khung phức hợp trên các khung TDMA. Một cấu trúc đa khung cho các kênh PDCH gồm 52 khung TDMA như hình 2.11. Sự kết hợp của hai khung TDMA tạo nên một khối (12 khối, từ Bo đến B11). Hai khung TDMA được dùng cho việc truyền kênh PTCCH, hai khung TDMA còn lại là khung rỗi. Việc sắp xếp các kênh logic trên các khối từ Bo đến B11 của đa khung có thể thay đổi từ khối này đến khối khác và được điều khiển bởi các tham số được quảng bá trên kênh PBCCH. Ngoài đa khung gồm 52 khung, được sử dụng cho tất cả các kênh logic của GPRS còn có loại cấu trúc đa khung gồm 51 khung. Cấu trúc khung này được sử dụng khi các kênh PDCH chỉ chứa kênh logic PCCH và PBCCH và không chứa kênh logic nào khác. e. Dự trữ đường truyền GPRS Việc điều chỉnh chất lượng mạng GPRS theo chất lượng đường kết nối vô tuyến dễ dàng hơn việc điều chỉnh chất lượng mạng GSM, người B B11 Đa khung với 52 khung TDMA (240ms) B 1 B B3 T B4 B5 X B6 B7 B8 B9 T B10 T : Khung cho kênh PTCCH X Kh ỗi Hình 2.11. Cấu trúc đa khung với 52 khung X §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 70 - sử dụng có thể dễ dàng điều chế theo các sơ đồ mã hoá khác nhau (từ CS1 đến CS4) với các mức độ mã hoá chống lỗi khác nhau. Với dạng điều chế chống lỗi kém nhất là CS1 thì kết nối GPRS vẫn được duy trì khi tỷ số tín hiệu trên nhiễu (C/I: Carrier to Interference) dưới 6 dB. Trong khi đó, chất lượng thoại của kết nối chuyển mạch kênh trên mạng GSM chỉ có thể được duy trì khi tỷ số tín hiệu trên nhiễu C/I lớn hơn 9 dB đối với hệ thống nhảy tần (Frequency Hopping). Do đó, khi đã có quy hoạch mạng GSM để có vùng phủ sóng cho dịch vụ thoại tốt có nghĩa là đạt tỷ số C/I lớn hơn 9 dB, không cần thiết phải tối ưu hoá và quy hoạch ô (cell panning) lại khi triển khai mạng GPRS. Những mạng có chất lượng đường kết nối vô tuyến cao, với tỷ số C/I lớn hơn 9 dB, đòi hỏi ít phải truyền lại gói dữ liệu bị lỗi do đó có thể sử dụng các dạng điều chế như CS-2, CS-3 và CS-4 với lượng thông tin truyền nhiều hơn, hiệu năng cao hơn là dạng điều chế CS-1. Bằng cách thay đổi dạng điều chế tuỳ thuộc vào chất lượng mạng vô tuyến, băng thông của người sử dụng được mang GPRS trên một kênh vật lý sẽ tăng lên khi chất lượng khối vô tuyến tăng lên. Đa số các hệ thống GPRS hiện nay chỉ sử dụng dạng điều chế CS-1 và dạng điều chế CS-2 với tốc độ đạt tới kps (kết nối 4 khe thời gian), sử dụng cơ chế chống lỗi của dạng điều chế CS-1, GPRS vẫn có khả năng duy trì đường kết nối giữa trạm và mạng ngay cả khi chất lượng mạng vô tuyến giảm xuống đến mức không thể chấp nhận được đối với chất lượng thoại của mạng GSM. f. Ảnh hưởng của GPRS đến chất lượng thoại trên mạng vô tuyến GPRS sử dụng chung một phân thức điều chế, cấu trúc cụm và các kênh vô tuyến của mạng GSM chuyển mạch kênh. Và gói dữ liệu GPRS cũng gây ra nhiễu như thoại của mạng GSM. Tuy nhiên, dạng nhiễu từ §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 71 - kênh GPRS khác với dạng nhiễu của kênh thoại do thứ tự tắt mở (On – Off) trên kênh dữ liệu gói khác với thứ tự tắt mở trên kênh thoại. Ngoài ra, GPRS và kênh thoại cũng sử dụng các cơ chế điều chỉnh công suất khác nhau. Trong một mạng nhảy tần với việc ấn định kênh động cho tải chuyển mạch kênh và tải GPRS trên các kênh, nhiễu gây ra sẽ là nhiễu do cả tải GSM và tải GPRS. Tuy nhiên, trên mạng vô tuyến sử dụng nhảy tần với tải chủ yếu là tải chuyển mạch kênh, nhiễu gây ra do tải của một số ít máy đầu cuối sử dụng GPRS không thể gây ra một ảnh hưởng đáng kể đến nhiễu chung của hệ thống. Do đó, có thể nói rằng nhiễu do việc sử dụng tải chuyển mạch gói GPRS là ảnh hưởng không đáng kể đến chất lượng thoại trên mạng vô tuyến chuyển mạch kênh GSM. g. Khu vực dịch vụ GPRS, khu vực SGSN, khu vực định tuyến RA và khu vực định vị LA. * Khu vực dịch vụ GPRS Là khu vực địa lý trong đó dịch vụ GPRS được cung cấp cho trạm di động, có nghĩa là khu vực mà ở đó trạm di động có thể gửi và nhận dữ liệu trong mạng GPRS. Khu vực dịch vụ GPRS có thể bao gồm một hoặc nhiều mạng di động mặt đất công cộng PLMN. Mạng di động mặt đất công cộng PLMN là khu vực trong đó dịch vụ GPRS được cung cấp bởi một nhà khai thác mạng. *Khu vực SGSN Là một phần của mạng được phục vụ bởi một nút hỗ trợ GPRS hiện hành SGSN, một khu vực SGSN có thể bao gồm nhiều khu vực định tuyến. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 72 - * Khu vực định tuyến RA (Routing Area) Là một phần của khu vực định vị LA (Location Area). Trong một khu vực định tuyến một trạm di động có thể di động mà không cần cập nhật SGSN. Một nút hỗ trợ GPRS hiện hành SGSN có thể bao gồm một số khu vực định tuyến. Kích thước của khu vực định tuyến có thể thay đổi từ một phần của thành phố cho đến một tỉnh hoặc một nước. Một khu vực định tuyến RA có thể một hay nhiều ô. *Khu vực định vị LA Là khu vực ở đó trạm di động có thể di động mà không cần cập nhật VLR. Một khu vực định vị có thể có một hoặc một số ô. Việc cập nhật khu vực định tuyến RA và khu vực định vị LA có thể được thực hiện đồng thời khi trạm di động giữa các nút hỗ trợ GPRS hiện hành SGSN. 8.5. Quản lý tài nguyên vô tuyến 8.5.1. Phân phối tài nguyên cho GPRS Một ô hỗ trợ GPRS sẽ phân phối tài nguyên của nó trên một hay nhiều kênh vật lý để phục vụ lưu lượng GPRS. Các kênh vật lý như kênh dữ liệu gói (PDCH – Packet Data Channel) được chia sẻ cho các kênh vật lý có sẵn trong ô. Các kênh vật lý được cung cấp phát động cho các dịch vụ chuyển mạch kênh và GPRS theo nguyên lý “dung lượng theo nhu cầu” sẽ được mô tả dưới đây. Báo hiệu kênh chung được GPRS yêu cầu trong giai đoạn khởi đầu truyền số liệu gói được mang trên các kênh PCCCH (nếu được cấp phát) hoặc kênh CCCH. Điều này cho phép nhà khai thác phân phối lưu lượng cho GPRS trong một ô chỉ khi một gói được chuyển giao. 8.5.2 Khái niệm Chủ – Tớ (Master – Slave) §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 73 - Tồn tại ít nhất một kênh dữ liệu gói (PDCH), hoạt động như một kênh chủ (master) cung cấp các kênh điều khiển chung kiểu gói (PCCCH) để mang tất cả báo hiệu cần thiết cho việc khởi đầu truyền gói số liệu cũng như số liệu người dùng và báo hiệu dành riêng (kênh lưu lượng dữ liệu gói – PDTCH và kênh điều khiển gói kết hợp – PACCH). Các kênh PDCH khác hoạt động như kênh tớ (slave) được sử dụng cho số liệu người dùng và báo hiệu dành riêng. 8.5.3. Khái niệm dung lượng theo yêu cầu GPRS không yêu cầu các PDCH cấp phát thường trực hay vĩnh cửu. Cấp phát dung lượng cho GPRS có thể dựa trên nhu cầu thực sự về việc truyền số liệu và nhà khai thác có thể tự do xác định nên cấp phát vĩnh cửu hoặc tạm thời nguồn tài nguyên vật lý cho lưu lượng GPRS. Khi xảy ra tắc nghẽn trên các kênh dữ liệu gói (PDCH) do tải lưu lượng GPRS và vẫn còn kênh rỗi trong ô, mạng có thể phân phối thêm các kênh vật lý hoạt động như kênh PDCH. Tuy nhiên, sự tồn tại của kênh PDCH không kéo theo sự tồn tại của kênh điều khiển chung kiểu gói (PCCCH), đối với các ô không có kênh PCCCH, các MS của GPRS sẽ lắng nghe các kênh điều khiển (CCCH), như trong chế độ rỗi. Để trả lời “ Yêu cầu kênh gói” được gửi trên kênh điều khiển chung (CCCH) ở máy di động cần truyền gói số liệu, mạng sẽ gán các kênh cần thiết trên kênh dữ liệu gói (PDCH) để truyền số liệu. Khi truyền số liệu kết thúc, máy di động sẽ quay lại kênh điều khiển chung (CCCH) hay chuyển đến kênh điều khiển chung kiểu gói (PCCCH) mới. Đối với các ô được cấp phát kênh điều khiển chung kiểu gói (PCCCH), các MS của GPRS trong ô sẽ bám vào kênh này. Kênh PCCCH có thể được cấp phát khi nhu cầu truyền số liệu gói tăng lên hoặc bất cứ khi nào các kênh vật lý trong ô không được sử dụng. Thông §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 74 - tin về kênh PCCCH sẽ được phát quảng bá trên kênh điều khiển quảng bá (BCCH), khi dung lượng của kênh điều khiển chung kiểu gói (PCCCH) không thể đáp ứng nhu cầu thì có thể cấp thêm các kênh PCCCH lên một hoặc nhiều kênh dữ liệu gói (PDCH). Mạng cũng có khả năng giải phóng kênh PCCCH để buộc trạm di động MS quay trở về kênh điều khiển chung (CCCH). 8.5.4. Các thủ tục hỗ trợ dung lượng theo nhu cầu. Số kênh cấp phát cho kênh dữ liệu gói (PDCH) trong một ô có thể tăng hoặc giảm theo nhu cầu. Nguyên tắc cấp phát có thể được thực hiện như sau: • Giám sát lưu lượng : Chức năng giám sát lưu lượng cho phép giám sát lưu lượng trên kênh dữ liệu gói (PDCH) và do đó số kênh PDCH được cấp phát trong một ô có thể được tăng hoặc giảm theo nhu cầu. Chức năng giám sát này được thực hiện như một phần của chức năng điều khiển truy nhập MAC. • Cấp phát động : Các kênh không sử dụng có thể được cấp phát như là kênh dữ liệu gói (PDCH) để tăng chất lượng dịch vụ GPRS. Khi nhu cầu về các dịch vụ khác có độ ưu tiên lớn hơn tăng lên thì các kênh PDCH được giải phóng. 8.5.5. Giải phóng các kênh dữ liệu gói (PDCH) không mang kênh điều khiển chung kiểu gói (PCCCH). Khả năng giải phóng nhanh các kênh dữ liệu gói (PDCH) là một đặc trưng quan trọng trong cấp phát kênh vô tuyến động ở dịch vụ chuyển mạch gói và kênh. Cụ thể: • Chờ đợi tất cả các thiết lập kết thúc trên kênh dữ liệu gói (PDCH) đó. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 75 - • Thông báo riêng tới tất cả thuê bao được cấp phát kênh dữ liệu gói (PDCH) đó. Các bản tin thiết lập lại kênh gói có thể được sử dụng cho mục đích này, mạng sẽ gửi thông báo này trên kênh điều khiển gói kết hợp (PACCH) tới mỗi trạm di động MS, các kênh PACCH này có thể được gán trên các khe thời gian khác nhau. • Phát quảng bá các thông tin về giải phóng kênh. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 76 - Chương 9: TRIỂN KHAI GPRS TRÊN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM TẠI VIỆT NAM Trước nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng về các dịch vụ mới của mạng di động, đặc biết là các dịch vụ số liệu thì việc triển khai dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao theo nguyên tắc chuyển mạch gói GPRS là rất cần thiết. Hiện nay ở Việt Nam có hai nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động lớn nhất là VMS (Mobilephone) và GPC (Vinaphone). Thực chất hai mạng này hoạt động song song độc lập với nhau nhưng cùng được quản lý bởi một nhà kinh doanh dịch vụ viễn thông là VNPT, cùng sử dụng công nghệ GSM, cơ sở hạ tầng của mạng không có gì khác nhau. Tuy nhiên, khi đưa vào triển khai dịch vụ số liệu thì hai mạng có khác nhau về các bước triển khai và lựa chọn thiết bị của các hãng, cả hai mạng đã từng bước thực hiện từ đầu năm 2002. Sau đây sẽ đề cập tới hiện trạng và nhu cầu của hai mạng VMS và Vinaphone và cấu trúc mạng GPRS chung của hai mạng. 9.1. Đánh giá hiện trạng và nhu cầu 9.1.1. Cấu trúc mạng VMS là mạng thông tin di động GSM đầu tiên hoạt động tại Việt Nam. Đây là công ty hoạt động theo hình thức hợp đồng hợp tác kinh doanh giữa VNPT và tập đoàn Comvik của Thụy Điển. Cấu trúc mạng VMS được chia theo ba khu vực: - Khu vực 1 (Hà Nội và các tỉnh phía Bắc): PLMN 1 là loại PLMN của Alcatel gồm một số MSC và các HLR cùng VLR. Khu vực 2 (TP Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam): gồm hai PLMN là loại PLMN của Ericsson. Mạng VMS khu vực 2 hiện nay có 4 tổng đài MSC, 2 HLR và các VLR. Một MSC của Ericsson đóng vai trò là GMSC cho khu vực 2. - Khu vực 3 (Đà Nẵng và các tỉnh miền Trung): PLMN 3 là loại PLMN của Ericsson. 9.1.2- Cấu trúc mạng Vinaphone Mạng thông tin di động Vinaphone ra đời từ năm 1996, dùng công nghệ GSM của Siemens. Tổ chức mạng hình thành trên ba trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (MSC) sử dụng tổng đài EWSD (Siemens) đặt tại 3 khu vực chính trong nước là Hà Nội, TP Hồ chí Minh §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 77 - và Đà Nẵng. Các MSC đều được nối với nhau và có đường thông ra mạng PSTN cũng như các mạng khác. Hệ thống điều khiển trạm gốc BSC gồm 11 trạm, trong đó Hà Nội có 4 trạm, TP Hồ Chí Minh 5 trạm và Đà Nẵng 2 trạm. Các trạm BTS được phân bố trên khắp các tỉnh thành trong cả nước với tổng số 214 trạm. Trong đó, Hà Nội có 87 trạm, TP Hồ Chí Minh có 94 trạm và Đà nẵng có 33 trạm. Đường kết nối giữa BTS và BSC sử dụng hệ thống vi ba hoặc cáp quang. 9.2. Dịch vụ Hiện nay, mạng VMS và Vinaphone cung cấp các dịch vụ: - Thoại: là dịch vụ chính hiện nay - Fax - Dịch vụ nhắn tin ngắn SMS: đang đi vào khai thác có hiệu quả - Các dịch vụ trả trước (Card): đã triển khai và sử dụng rộng rãi - Truyền số liệu: dịch vụ này chưa phát triển do bị hạn chế về tốc độ truyền. 9.3. Số lượng thuê bao của mạng Hai mạng đã phủ sóng toàn quốc, đã thực hiện roaming trong nước và một số nước khác. Với ưu thế vượt trội về vùng phủ sóng so với VMS, số thuê bao của mạng vinaphone đã phát triển nhanh chóng vướt quá cả dự báo trước đây. Tại thời điểm năm 2000, số lượng thuê bao di động của Vinaphone vào khoảng trên 300.000 thuê bao. Dự kiến đến năm 2010 sẽ đạt trên 1.000.000 thuê bao. 9.4. Đánh giá nhu cầu Theo Tổng công ty Bưu chính Viễn thông, dự báo số lượng thuê bao di động (của VMS và vinaphone) tính tới năm 2005 như sau: Năm 2000 2001 2002 2003 2004 2005 VMS 334.000 346.000 585.000 669.000 718.000 767.000 Vinaphone 321.000 455.000 609.000 768.000 946.000 1.155.000 Tổng số 655.000 801.000 1.194.000 1.437.000 1.664.000 1.922.000 §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 78 - Căn cứ theo dự báo phát triển thuê bao di động của hai nhà cung cấp dịch vụ di động Vinaphone và VMS, số lượng thuê bao di động cũng như tỷ trọng của các thuê bao có nhu cầu đối với dịch vụ số liệu như sau: N¨m 2000 2001 2002 2003 2004 2005 D©n sè (triÖu) 82,225 83,639 85,015 86,382 87,793 88,967 Tæng thuª bao 655.000 801.000 1.194.000 1.437.000 1.664.000 1.922.000 Sè m¸y/100 d©n 0,7963 0,9577 1,4044 1,6634 1,8965 2,1604 Multimedia cao 8.0320 28.830 N¨m 2006 2007 2008 2009 2010 D©n sè (triÖu) 90,190 91,273 92,368 93,476 94,598 Tæng thuª bao 2.210.000 2.542.000 2.923.000 3.508.000 4.210.000 Sè m¸y/100 d©n 2,4507 2,7849 3,1646 3,7525 4,4496 Multimedia cao 66.309 420.929 420.929 420.929 420.929 Như vậy, theo kết quả dự báo ta nhận thấy số lượng thuê bao di động sẽ tăng lên từ 600 nghìn (năm 2000) lên tới trên 4 triệu (năm 2010). Trong đó, số thuê bao di động sử dụng dịch vụ số liệu nói chung xuất hiện vào cuối năm 2001 và sẽ tăng từ 5% (năm 2002) lên 30% (năm 2008). Tính từ 2008 đến 2010, trong số thuê bao di động có nhu cầu sử dụng dịch vụ số liệu nói chung (chiếm 30% tổng số) thì chỉ có 5% sử dụng dịch vụ đa phương tiện (mutilmedia). Với kết quả dự báo đó thì từ nay đến năm 2010, việc triển khai dịch vụ số liệu tốc độ cao dựa trên công nghệ chuyển mạch gói vô tuyến GPRS của các nhà khai thác di động GSM tại Việt Nam là hợp lý cả về góc độ đầu tư nâng cấp tận dụng hệ thống GSM hiện có, cũng như đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ phù hợp với nhu cầu về loại hình dịch vụ và mức độ tăng trưởng về số lượng khách hàng. 9.5. Một số đề xuất triển khai dịch vụ GPRS 9.5.1. Những vấn đề liên quan đến dung lượng khi triển khai dịch vụ số liệu trên mạng GSM §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 79 - Khi triển khai dịch vụ số liệu, mạng sẽ xuất hiện đồng thời cả lưu lượng thoại và số liệu. Đối với phần lưu lượng số liệu thì khả năng thông tải phụ thuộc chính vào chất lượng của giao diện không gian. Việc nghẽn mạng sẽ giảm đáng kể khả năng thông tải nhất là đối với dịch vụ HSCSD và GPRS khi lưu lượng thoại GSM có mức ưu tiên cao hơn. Đối với việc triển khai dịch vụ GPRS, cần lưu ý một số điểm quan trọng dưới đây khi xác dịnh dung lượng: Trong giai đoạn đầu, khi số lượng thuê bao ít hơn, phần lưu lượng chuyển mạch kênh (thoại GSM, HSCSD) thường có mức ưu tiên dịch vụ cao hơn so với lưu lượng GPRS. Bởi vậy, trước tiên các cell sẽ được tính toán cho đủ dung lượng đáp ứng cho chuyển mạch kênh với một xác suất nghẽn cho trước, sau đó sẽ tính cho lưu lượng của GPRS nếu mạng còn khả năng cung cấp. Thông thường, mạng sẽ dành ra một số lượng nhất định (1 hoặc 2) khe thời gian gán cho GPRS. Do vậy, khả năng thông tải của GPRS sẽ được xác định bởi những khe thời gian này cùng với những khe thời gian khác mà GPRS có thể được cấp phát thêm khi tình trạng tải lưu lượng của chuyển mạch kênh cho phép. Trong giai đoạn sau, khi tỷ trọng của thuê bao số liệu trong mạng lớn hơn thì mức ưu tiên của lưu lượng GPRS ngang bằng với chuyển mạch kênh. Các khe thời gian đã được cấp phát và được GPRS sử dụng sẽ không bị thu hồi cho chuyển mạch kênh khi dung lượng của mạng không đủ đáp ứng. Lúc này, cuộc gọi đến của chuyển mạch kênh sẽ bị nghẽn. 9.5.2. Triển khai dịch vụ GPRS a- Các phương án chia dung lượng Khi đưa dịch vụ GPRS vào hệ thống GSM, việc phân chia dung lượng hiện có của mạng cho GPRS cũng như các dịch vụ truyền thống của GSM được thực hiện theo một trong ba phương án sau: Phương án 1 - chia riêng dung lượng: Theo phương án này, tổng dung lượng của cell được chia thành hai phần riêng biệt, một dành cho lưu lượng GSM, một dành cho lưu lượng GPRS. Trong phần dung lượng riêng của mình, đương nhiên chúng phải dành ra một phần cho handover (chuyển giao). Với kiểu phân chia này, toàn bộ hệ thống được xem như hai hệ thống riêng rẽ hợp lại. Do không có sự điều phối dung lượng giữa hai phần với nhau nên việc điều khiển quản lý tương đối đơn giản. Tuy nhiên điểm bất lợi chính của phương án này là không linh hoạt trong việc điều chuyển dung lượng hệ thống. Do vậy hiệu quả sử dụng tài nguyên chung là rất thấp. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 80 - Phương án 2 – Dùng chung toàn bộ dung lượng: Dung lượng của cell được dùng chung cho cả GSM và GPRS. Tuy nhiên trong đó vẫn dành ra một phần dung lượng cho handover của chúng. Thông thường thì trong phương án này, mức ưu tiên của GSM thường cao hơn GPRS. Do vậy, lưu lượng của các dịch vụ truyền thống GSM hoàn toàn có khả năng sử dụng toàn bộ dung lượng cell khi cần. Mặt khác, trong điều kiện cho phép (chất lượng giao diện không gian tốt, lưu lượng GSM thấp) thì các kết nối GPRS vẫn hoàn toàn có khả năng đạt được tốc độ tối đa của mình. Ưu điểm chính của phương án này là khả năng sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên chung của mạng và dịch vụ số liệu có thể đạt được tốc độ tối đa của mình nếu điều kiện cho phép. Phương án 3 – chia sẻ từng phần dung lượng Theo phương án này thì toàn bộ dung lượng của cell được chia thành ba phần, một phần cho GSM, một phần cho GPRS và phần còn lại được dùng chung cho cả GSM và GPRS. Phần dung lượng dành cho handover được lấy từ dung lượng riêng của GSM và GPRS hoặc dùng ở phần dung lượng chung. Phần dung lượng dành cho GPRS được chia theo nguyên tắc: đủ lớn để đảm bảo một giá trị QoS nhất định và đủ nhỏ để không lãng phí khi lưu lượng GPRS là thấp. Ưu điểm của phương án này là luôn có một phần dung lượng cố định để phục vụ cho lưu lượng của GPRS với khả năng đảm bảo một giá trị QoS nào đó. Về điểm này, nó tận dụng được ưu thế của phương án 1. Mặt khác, với phần dung lượng để dùng chung giữa GSM và GPRS, nó cho phép nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên chung của mạng, tận dụng được ưu điểm của phương án 2. Qua việc phân tích và đánh giá ba phương án phân chia dung lượng nói trên, ta nhận thấy mỗi phương án đều có những ưu, nhược điểm nhất định. Việc sử dụng phương án nào hoàn toàn tuỳ thuộc vào sự lựa chọn của nhà khai thác trong điều kiện cụ thể. Tuy nhiên theo đánh giá chung, phương án 3 có nhiều ưu điểm hơn cả vì nó tận dụng được ưu điểm và hạn chế nhược điểm của cả hai phương án 1 và 2, cho nên đây là phương án được khuyến nghị lựa chọn để triển khai dịch vụ GPRS trên mạng di động. b- Cấu hình mạng khi triển khai dịch vụ GPRS Các thuê bao số liệu di động đã xuất hiện vào cuối năm 2001, đầu năm 2002 với số lượng còn rất ít so với các thuê bao điện thoại di động. Dự báo, cùng với sự gia tăng về nhu cầu dịch vụ số liệu trên mạng di động, lượng thuê bao số liệu di động sẽ tăng dần từ năm 2002 (chiếm 5%) đến năm 2008 (chiếm 30%) và năm 2010. Như vậy, thời điểm này §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 81 - là thích hợp cho việc triển khai dịch vụ GPRS trên mạng Vinaphone (vì đã xuất hiện nhu cầu) và phù hợp với năng lực hiện có của mạng (vì tỷ lệ thuê bao di động số liệu chưa lớn). Qua đó có thể kích thích nhu cầu của khách hàng và tích luỹ cũng như rút ra những kinh nghiệm cần thiết cho việc điều hành khai thác mạng khi cung cấp dịch vụ mới. Về thiết bị, có nhiều giải pháp của các hãng khác nhau cung cấp GPRS một cách hiệu quả. Các thiết bị này đều dựa trên các công nghệ tiên tiến như ATM, Ethernet...Tuy nhiên trong giai đoạn đầu để triển khai GPRS, mạng Vinaphone có thể sử dụng sản phẩm tích hợp chung các nút hỗ trợ của Ericsson hay Siemens để cung cấp dịch vụ vì chúng có một số ưu thế như: vừa đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, nhu cầu khách hàng và giảm giá thành đầu tư ban đầu vì đây là thiết bị dung lượng vừa phải. Ngoài ra các thiết bị này dựa trên công nghệ ATM, phù hợp với môi trường dịch vụ băng rộng và đa phương tiện sau này. Cho phép mở rộng dễ dàng khi nhu cầu tăng cũng như có khả năng nâng cấp lên 3G. Khả năng kết nối mạng của Vinaphone với mạng của các nhà khai thác trong việc cung cấp dịch vụ GPRS, được xem xét trên cơ sở các mạng PLMN, PDN và Internet hiện có tại Việt Nam như sau: - PLMN: hiện nay ngoài Vinaphone, VMS còn có S-Fone và mới đây Công ty Điện tử Viễn thông Quân Đội (Viettel) cũng bắt đầu triển khai dịch vụ thông tin di động tại Việt Nam. - PDN:Mạng số liệu gói, hình thành trên hệ thống tổng đài chuyển mạch chuyển mạch gói 1100 TPX của Acatel được đặt tại Hà Nội, TP Hồ Chí Minh và Đà Nẵng. Trong đó tổng đài Gateway được đặt tại Hà Nội. - Internet: SIP và IAP lớn nhất hiện nay tại Việt Nam là VDC. Kết nối Internet quốc tế bằng các sóng mang 2M, 256K qua trạm mặt đất Gateway quốc tế đặt tại Hà Nộ và TP Hồ Chí Minh. Về địa điểm khai thác sử dụng dịch vụ GPRS, trước mắt hướng tới các khu vực giàu tiềm năng như các thành phố lớn, nơi tập trung nhiều đơn vị, doanh nghiệp, tổ chức, cá nhân, cơ quan đại diện trong và ngoài nước, các khu vực chế xuất, công nghiệp, du lịch dịch vụ... Cấu hình cơ bản mạng di động GSM triển khai dịch vụ GPRS như sau: §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 82 - M SC B SS M S G SN -2 5 B G In te rn et P ST N P D N In tr a- B ac kb on e In te r- B ac kb on e M SC M SC B SS B SS M S M S G SN -2 5 G SN -2 5 B G B G P L M N k h¸ c H µ N éi § µ N ½n g T P . H C M H ×n h IV .1 - C Êu tr óc m ¹n g th ö ng hi Öm c un g cÊ p dÞ ch v ô G P R S §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vµ c«ng nghÖ GPRS Chu ót thËm – 05btt-07®t KẾT LUẬN Việc xây dựng cơ sở hạ tầng cho 3G yêu cầu lượng vốn bỏ ra rất lớn. Do đó, GPRS thực sự là một bước quá độ cần thiết, có hiệu quả và tính kinh tế cao để đưa một mạng thông tin di động GSM sẵn có tiến lên thế hệ điện thoại di động thứ ba. Đối với việt Nam, việc hội nhập thông tin di động thế hệ thứ ba trải qua bước quá độ sử dụng công nghệ GPRS là hoàn toàn hợp lý. Nó giúp cho các nhà khai thác có thể tận dụng được cơ sở hạ tầng đang tồn tại, đồng thời có thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng gia tăng của người sử dụng. Trong quá trình thực hiện đồ án tôi đã thu thập được rất nhiều kiến thức về điện thoại di động. Những kiến thức này rất có giá trị khi tôi tiếp tục nghiên cứu về các công nghệ 3G, chúng cũng rất hữu ích khi tôi có điều kiện làm việc trong các lĩnh vực về thông tin di động sau này. Một lần nữa xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS. Phạm Văn Bình và các thầy cô trong khoa Điện tử – Viễn thông đã chỉ bảo và giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Do trình độ và thời gian nghiên cứu còn hạn hẹp, nên mặc dù đã cố gắng nhưng sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô và bè bạn đồng nghiệp. Sinh viên thực hiện

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfTổng quan về hệ thống thông tin di động GSM và công nghệ GPRS.pdf
Luận văn liên quan