Tải bản đầy đủ

Hệ thống thông tin di động 2.5G GPRS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - HẬU CẦN CAND
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
Học phần: Hệ thống viễn thông
Đề tài:
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2.5G - GPRS

Bắc Ninh, tháng 10 năm 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - HẬU CẦN CAND
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
Học phần: Hệ thống viễn thông
Đề tài:
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2.5G - GPRS
Nhóm học viên:

Vũ Duy Mạnh

Nguyễn Thị Huyền
Nguyễn Thành Nhân

Giáo viên hướng dẫn:

Vũ Quỳnh Nga

Bắc Ninh, tháng 10 năm 2017


MỤC LỤC


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng anh

Tiếng việt

BCS

Block Check Sequence

Chuỗi kiểm tra khối

BER

Bit Error Rate

Tốc độ lỗi bit

BG

Border Gateway

Cổng tiếp giáp


BSC

Base Station Controller

Đơn vị điều khiển trạm
gốc

BSIC
BSS

Base transceiver Station
Identity Code
Base Station Subsystem

Mã nhận dạng trạm thu
phát gốc
Phân hệ trạm gốc

BTS

Base Transceiver Station

CS

Coding Scheme

Trạm thu phát vô tuyến
gốc
Kiểu mã hoá kênh

DHCP

Dynamic Host Confinguration
Protocol

DNS

Domain Name Server

Dịch vụ tên miền

EIR

Equipment Identity Register

ETSI
FCS

European Telecommunications
Standards Institute
Frame Check Sequence

Thanh ghi nhận dạng
thiết bị
Viện tiêu chuẩn viễn
thông Châu Âu
Chuỗi kiểm tra khung

GGSN

Gateway GPRS Support Node

GMSC

GPRS Mobility Management
and Session Management

Nút cổng giao tiếp hỗ
trợ GPRS
Thực thể quản lý di
động và quản lý phiên

GMSC
GPRS
GSM

Mạng thông tin di động
mặt đất GSM
4


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS

PLMN
PDP
PSTN
PCCPCH

GSM Public Land Mobile
Network
Packet Data Protocol

Mạng di động mặt đất
công cộng
Giao thức số liệu gói

Public Switched Telephone
Network
Primary Common Control
Physical Channel

Mạng điện thoại chuyển
mạch công cộng
Kênh vật lý điều khiển
chung sơ cấp

5


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS

DANH MỤC HÌNH ẢNH

6


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS

7


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS
DANH MỤC BẢNG

8


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS

LỜI NÓI ĐẦU
Với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ trong những năm gần đây,
ngành viễn thông đã đạt được những bước tiến to lớn, có ý nghĩa quan trọng mà tiêu
biểu là công nghệ 2G – GSM. Mạng thông tin di động 2G – GSM là thế hệ kết nối
thông tin di động mang tính cách mạng, cung cấp cho người dùng những trải nghiệm
dịch vụ chất lượng cao mà các công nghệ trước đó không làm được.Tuy nhiên sau một
thời gian dài phát triển, thông tin di động thế hệ hai GSM bắt đầu bộc lộ những khiếm
khuyết của nó khi các thiết bị di động ngày càng hiện đại, phần cứng phát triển nhanh
chóng, được tích hợp nhiều tính năng, đáp ứng nhiều nhu cầu của người dùng, không
đơn thuần chỉ là tính năng thoại, SMS, từ đó nhu cầu dịch vụ truyền dữ liệu và các
dịch vụ băng rộng ngày căng tăng cao, đòi hỏi phải phát triển hệ thống thông tin di
động để đáp ứng nhu cầu người sử dụng . Hơn nữa tình trạng phát triển các mạng di
động 2G quá nhiều phát sinh ra một loạt các vấn đề cần giải quyết như phân bổ tần số
bị hạn chế, chuyển vùng phức tạp và không kinh tế, chất lượng chưa đạt được mức của
điện thoại cố định. Sự phát triển của mạng Internet cùng các thiết bị di động có khả
năng kết nối internet cũng đòi hỏi khả năng hỗ trợ truy cập Internet của mạng di động
và thực hiện thương mại điện tử di động. Thực tế cho thấy thuê bao di động hiện nay,
đặc biệt với điện thoại di động GSM, tốc độ thực tế không thể vượt qua được ngưỡng
9,6kbps (nhỏ hơn nhiều so với 56,6kpbs mà một kết nối Internet truyền thống có thể
đạt được). Để giải quyết những vấn đề trên, ITU đã đưa ra một chuẩn chung cho thông
tin di động thế hệ 3 trong một dự án gọi là IMT-2000. Việc phát triển mạng thông tin
di động sang thế hệ thứ ba là quá trình tất yếu, nhưng chí phí đầu tư quá lớn nên đòi
hỏi có một giải pháp quá độ mà có thể chấp nhận cả từ phía nhà sản xuất, nhà khai
thác và khách hàng. Do đó dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS ra đời dựa trên nền tảng
công nghệ GSM đã khắc phục được các nhược điểm chính của thông tin chuyển mạch
kênh truyền thống. Tốc độ dữ liệu trong GPRS có thể tăng lên tới 171Kb/s trên lý
thuyết và khoảng 115 Kb/s trên thực tế. Tốc độ này hơn 10 lần tốc độ cao nhất của một
hệ thống GSM hiện nay và gấp đôi tốc độ truy nhập Internet theo cách truyền thống.
Từ những ưu điểm trên, kết hợp việc giữ lại nền tảng công nghệ GSM, yêu cầu phát
triển dịch vụ GPRS là một trong những cách tốt nhất để sớm đưa hệ thông thông tin di
động nước ta tiến lên thế hệ thứ 3 trong tương lai. Nhận thức được tầm quan trọng của
GPRS trên bước tiến của hệ thống thông tin di động cũng như hệ thống viễn thông nên
chúng em đã chọn đề tài nghiên cứu mạng 2.5G GPRS để báo cáo chuyên đề bài thi
kết thúc học phần “Hệ thống viễn thông”. Để hoàn thành bài báo cáo này, chúng em
xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của cô Vũ Quỳnh Nga – Giáo viên giảng dạy học
9


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS
phần Hệ thống viễn thông của lớp B6D4, và các thầy cô giáo của khoa Điện tử viễn
thông trường T36 đã hỗ trợ, giải đáp những thắc mắc của chúng em. Bài báo cáo còn
nhiều thiếu sót, chúng em mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để
bài báo cáo thêm hoàn thiện.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm học viên

10


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG 2.5 GPRS
1.1. Giới thiệu sự ra đời của mạng 2.5G GPRS
Trong thời đại bùng nổ công nghệ thông tin như hiện nay, chúng ta không thể
phủ nhận các ưu điểm tuyệt vời mà internet mang lại. Mạng Internet phát triển
nhanh chóng trong những năm gần đây đã làm thay đổi cuộc sống của mọi người,
internet đã cung cấp cho người sử dụng các thông tin, các ứng dụng và các dịch vụ
mới nhất, nhanh nhất và hiệu quả nhất với một mức giá khá hợp lý. Tiềm năng sử
dụng Internet với mục đích thương mại và cá nhân không ngừng gia tăng. Tại Việt
Nam, hiện nay việc thương mại điện tử cũng đã được cung cấp và ngày càng thu hút
số lượng khách hàng lớn.
Trong khi đó, thông tin di động GSM đã và đang phát triển mạnh mẽ thông
qua số lượng thuê bao, vùng phủ sóng và số lượng dịch vụ cung cấp cho khách
hàng. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 GSM cung cấp các dịch vụ tiếng và số
liệu trên cơ sở chuyển mạch kênh, băng thông hẹp với tốc độ truyền thoại là
13kbit/s và truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s. Tốc độ này chỉ phù hợp cho các dịch
vụ số liệu giai đoạn trước. Khi vấn đề Internet toàn cầu và các mạng riêng khác phát
triển cả về quy mô và mức độ tiện ích, đã xuất hiện nhu cầu và dịch vụ truyền số
liệu mọi lúc mọi nơi. Người sử dụng có nhu cầu về các dịch vụ mới như truyền số
liệu tốc độ cao, điện thoại có hình, truy cập internet tốc độ cao từ máy di động và
các dịch vụ truyền thông đa phương tiện khác. Các nhu cầu trên vượt ra ngoài khả
năng của mạng GSM vì vậy các nhà khai thác mạng GSM trên thế giới đang từng
bước nâng cấp mạng GSM để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng. Đối với các nhà
khai thác, việc loại bỏ hoàn toàn công nghệ hiện tại để tiếp cận ngay công nghệ
mạng 3G là việc không khả thi, và vì vậy, họ phải chọn giải pháp là nâng cấp mạng
GSM qua bước trung gian là thế hệ 2.5G và 2.75G để tạm thời đáp ứng nhu cầu của
người sử dụng cũng như chuẩn bị cơ sở hạ tầng kĩ thuật để tiến lên 3G một cách
thuận lợi.
Để giải quyết những nhược điểm của mạng GSM hiện tại, hiệp hội viễn thông
quốc tế ITU đã đưa ra một chuẩn chung cho thông tin di động thế hệ 3 trong dự án
gọi là IMT-2000. Đó chính là công nghệ GSM pha 2+ mà tiêu biểu là dịch vụ vô
tuyến GPRS được chuẩn hóa bởi viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI.
GPRS là một dịch vụ mới dành cho GSM nhằm cải thiện và đơn giản hóa truy
nhâp không dây tới các mạng dữ liệu gói, chẳng hạn như tới mạng Internet. Nó sử
dụng nguyên tắc vô tuyến gói để truyền các gói dữ liệu của người sử dụng một các
11


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS
hiệu quả từ máy di động GPRS đến các mạng chuyển mạch. GSM pha 2+ có hai
mục đích chinh, đó là:
- Mục đích thứ nhất là đạt được tốc độ truyền dẫn cao hơn bằng cách kết hợp
các kênh và đưa ra các kế hoạch mã hóa kênh mới.
- Mục đích thứ hai là sử dụng các tài nguyên vô tuyến một cách hiệu quả hơn.
Bằng cách sử dụng GPRS đã khắc phục được các nhược điểm chính của thông tin
chuyển mạch kênh truyền thống bằng cách chia nhỏ số liệu rồi truyền đi theo một
trật tự quy định trước và chỉ sử dụng các tài nguyên vô tuyến khi người sử dụng
thực sự cần phát hoặc thu.
Sự xuất hiện của GPRS tạo ra một bước quan trọng trong quá trình trưởng
thành của mạng GSM. Đặc biệt không giống như GSM và HSCSD, là các dịch vụ
chuyển mạch kênh, GPRS là một hệ thống chuyển mạch gói. Mục đích của GPRS là
cung cấp các dịch vụ kiểu mạng Internet tới người sử dụng mobile, mang lại sự hội
tụ gần gũi hơn giữa IP và tính di động. Thực tế mà nói, ngoài việc nhắm vào một thị
trường tầm cỡ dưới quyền hạn của mình, rõ ràng GPRS có thể được xem như là một
bậc thang tiến triển quan trọng giữa GSM và UMTS.
1.2. Khái niệm mạng 2.5G GPRS
GPRS có tên đầy đủ là General Packet Radio Service – dịch vụ vô tuyến gói
chung. 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). GPRS 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.
GPRS giúp bạn truy cập giao thức ứng dụng như:
- Truy cập internet (giao thức ứng dụng không dây - WAP).
- Dịch vụ tin nhắn ngắn SMS.
- Tin nhắn đa phương tiện (MMS).
- Các dịch vụ liên lạc Internet như email và truy cập World Wide Web.
1.3. Các tính năng mới trong mạng 2.5G GPRS
- Các tốc độ dữ liệu của người sử dụng cao hơn trong mỗi kênh lưu lượng TCH ở
giao diện vô tuyến, từ 9.05Kb/s; 13.4Kb/s; 15.6Kb/s cho tới 21.4Kb/s với bốn
kiểu mã hoá khác nhau (CS1, CS2, CS3, CS4) kết hợp với sử dụng nhiều kênh
lưu lượng (tối đa 8 kênh lưu lượng có thể được sử dụng cho một người dùng).
- Các kênh vô tuyến mới được sử dụng, khả năng ấn định các kênh này rất mềm,
dẻo từ 1 đến 8 TS vô tuyến có thể được sử dụng cho một máy phát.

12


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS
- Nhiều người sử dụng cùng chia sẻ các khe thời gian, các kênh hướng xuống và
các kênh hướng lên xác định độc lập.
- Các tài nguyên vô tuyến chỉ được sử dụng khi truyền dữ liệu.
- Cải tiến hiệu quả truy cập tới cùng các tài nguyên vô tuyến vật lý.
- Tính cước dựa trên dữ liệu được truyền. Lợi ích của GPRS là giúp người dùng
tiết kiệm chi phí kết nối, liên lạc. Vì dữ liệu được truyền qua GPRS được tính theo
từng megabyte, trong khi cách thức kết nối truyền thống tính theo thời gian kết nối.
- Các tốc độ của người dùng cao hơn khi truy cập tới Internet hoặc các mạng dữ liệu
khác.

13


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC MẠNG 2.5G GPRS

Hình 2.1.1.1.1. Hình 2.1 Cấu trúc mạng 2.5G GPRS
Mạng 2.5G – GPRS được phát triển trên nền tảng mạng GSM hiện tại nên
trong mạng GPRS vẫn có các phần tử là MSC, HLR, VLR, BSS, EIR. Ngoài ra, để
thực hiện các yêu cầu về chuyển mạch gói, GPRS còn có thêm một số nâng cấp về
phần cứng, bao gồm SGSN, GGSN, MS, BSS và một số nâng cấp về phần mềm.
2.2. Thiết bị đầu cuối GPRS
Thiết bị đầu cuối mạng GPRS có thể chia làm 3 loại:
Loại 1: Hỗ trợ sử dụng đồng thời các dịch vụ thoại và số liệu: Đối với loại này,
người sử dụng có thể cùng lúc vừa nói chuyện vừa truyền số liệu , hay là sử dụng cả
2 dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói một cách đồng thời.
Loại 2: Hỗ trợ đồng thời việc truy nhập mạng GPRS và truy nhập mạng GSM,
nhưng lại không cho phép sử dụng đồng thời cả 2 dịch vụ tại một thời điểm. Người
sử dụng loại 2 có thể đăng kí ở mạng GSM và GPRS đồng thời nhưng không thể
vừa nói chuyện vừa truyền số liệu. Nếu người sử dụng đã có một phiên số liệu
GPRS và muốn thiết lập cuộc thoại thì phiên số liệu này sẽ bị treo và chờ cho đến
khi cuộc thoại này kết thúc.
Loại 3: Có thể nhập mạng GPRS hoặc GSM nhưng không thể truy nhập đồng
thời cả 2 mạng. Như vậy tại một thời điểm nhất định, thiết bị loại 3 hoặc là thiết bị
14


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS
GPRS hoặc là thiết bị GSM. Nếu đã nhập một loại dịch vụ thì có thể coi rằng thiết
bị đã rời bỏ dịch vụ kia.
2.3. Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN – serving GPRS Support Note)
SGSN phụ trách việc phân phát và định tuyến các gói số liệu giữa máy di động
và các mạng truyền số liệu bên ngoài. SGSN không chỉ định tuyến các gói số liệu
giữa máy di động MS và GGSN (nút hỗ trợ cổng GPRS) mà còn đăng kí cho các
máy di động GPRS mới xuất hiện trong vùng phục vụ của nó.
SGSN tương tự như MSC/VLR trong vùng chuyển mạch kênh nhưn g thực
hiện chức năng tương tự ở vùng chuyển mạch gói. Các chức năng này bao gồm:
quản lý di động, an ninh và các chức năng điều khiển truy nhập. Vùng phục vụ của
SGSN được chia thành các vùng định tuyến (RA: Routing Area), các vùng này
tương tự như vùng định vị LA ở vùng chuyển mạch kênh, khi máy di động GPRS
chuyển động từ một RA này đến một RA khác, nó thực hiện cập nhật vùng định
tuyến cũng giống như cập nhật vùng định vị trong vùng chuyển mạch kênh. Chỉ có
một sự khác nhau duy nhất là MS có thể cập nhật RA ngay cả khi đang thực hiện
phiên truyền số liệu. Theo thuật ngữ của GPRS thì phiên số liệu đang thực hiện gọi
là ngữ cảnh giao thức số liệu gói (PDP Context (Packet Data Protocol Context).
Ngược lại, khi một MS đang thực hiện một cuộc gọi chuyển mạch kênh, sự thay đổi
vùng định vị không dẫn đến cập nhật vùng định vị.
Một SGSN có thể phục vụ nhiều BSC, còn một BSC chỉ có thể giao diện với
một SGSN. Giao diện Gb giữa SGSN với BSC được sử dụng để chuyển giao báo
hiệu và các thông tin điều khiển cũng như lưu lượng của người sử dụng đến từ
SGSN.
SGSN có các chức năng sau:
+ Quản trị di động: bao gồm quản lý nhập mạng, rời mạng của thuê bao
GPRS, quản lý vị trí hiện diện của thuê bao trong vùng phục vụ, thực hiện các chức
năng bảo mật, an ninh mạng…
+ Định tuyến và truyền tải các gói dữ liệu đi, đến hay xuất phát từ vùng phục
vụ của SGSN đó. SGSN cũng giao diện với bộ ghi định vị thường trú HLR thông
qua giao diện Gr. Đây cũng là giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7. SGSN sử dụng
giao diện Gr để cập nhật vị trí các thuê bao GPRS ở HLR và để nhận thông tin đăng
kí của thuê bao liên quan đến GPRS đối với mọi thuê bao nằm trong vùng phục vụ
của SGSN. Ngoài ra, một SGSN có thể giao diện với MSC thông qua giao diện Gs.
Đây cũng là giao diện trên cơ sở mạng báo hiệu số 7. Mục đích của giao diện Gs là
đảm bảo sự kết hợp giữa MSC/VLR và GPRS cho các thuê bao sử dụng cả 2 dịch
15


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS
vụ. Nếu một thuê bao hỗ trợ cả dịch vụ thoại và dịch vụ số liệu gói và nó đã nhập
mạng GPRS thì MSC có thể tìm gọi thuê bao này cho cuộc gọi thoại thông qua
SGSN bằng cách sử dụng giao diện Gs.
2.3. Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN).
GGSN (Gateway GPRS Support Node) là điểm giao diện với các mạng số liệu
gói bên ngoài. Nút hỗ trợ cổng GPRS có một số chức năng sau:
-

-

-

Thủ tục GTP tạo kênh truyền dẫn: GTP là thủ tục của GPRS, được thiết kế để tạo
kênh truyền dẫn dữ liệu của người dùng và báo hiệu giữa các nút GPRS trong mạng
đường trục GPRS. GTP đóng gói các đơn vị dữ liệu sử dụng các giao thức PDP
điểm - điểm. Các kênh truyền GTP và các đường dẫn có thể được thiết lập giữa hai
GSN dùng bất cứ loại giao diện vật lý nào mà nó cung cấp IP như giao diện Gn, Gp.
Các chức năng điều khiển truy nhập mạng: Các chức năng cung cấp trong GGSN để
thực hiện chức năng truy nhập mạng được GPRS quy định kèm theo sự kiểm tra và
nhận thực MS thông qua RADIUS.
Quản lý di động: Được dùng để giữ liên lạc vùng hiện thời của MS trong PLMN
hay trong PLMN khác. GGSN cung cấp việc quản lý di động trong cùng SGSN .
Liên mạng Internet, Intranet: GGSN cung cấp liên mạng chạy trên giao thức IP.
Liên mạng được yêu cầu bất cứ khi nào PLMN cung cấp GPRS và bất cứ mạng
khác liên kết để thực hiện yêu cầu dịch vụ của GPRS.
Định tuyến gói tin và chuyển tiếp: Các chức năng chính được thực hiện là
chuyển tiếp, đóng gói, tạo kênh truyền và uỷ nhiệm DHCP. Với GPRS, một kênh
truyền GPRS được xác định bởi một cặp SGSN-GGSN, và đặc tả bởi số nhận dạng
kênh truyền (Tunel ID). Tất cả các bản tin liên quan đến người dùng được định
tuyến bên trong mỗi kênh truyền bằng mọi cách đến nhà cung cấp dịch vụ Internet/
Intranet. Việc chọn GGSN được thực hiện bởi SGSN và tuỳ thuộc vào đích đến
mong muốn.

-

Quản lý mạng đường trục: Các chức năng quản lý mạng cung cấp các cơ cấu để hỗ
trợ các chức năng hoạt động, quản trị và quản lý liên quan đến GPRS.
Quản lý dữ liệu cước: Chức năng thu thập dữ liệu này cần thiết để hỗ trợ quá trình
tính cước trong GPRS.
Chất lượng dịch vụ: Trong GPRS, chất lượng dịch vụ được kết hợp với bối cảnh
PDP. Chất lượng dịch vụ được xem là thông số độc lập với nhiều thuộc tính về trao
đổi dữ liệu. Nó xác định chất lượng dịch vụ mong muốn theo các thuộc tính: Lớp
quyền ưu tiên; Lớp trễ; Lớp thông lượng dữ liệu cực đại; Lớp thông lượng dữ liệu
trung bình.

16


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS
2.4. Hệ thống trạm gốc BSS (Base Station Symstem).
Phần BSS cung cấp tất cả các chức năng điều khiển và truyền dẫn thông tin
vô tuyến của mạng, bao gồm:
 Khối điều khiển dữ liệu gói PCU (Packet Control Unit)
Đơn vị kiểm soát gói được nâng cấp từ hệ thống BSS hiện hành. PDU thực
hiện chức năng quản lý gói tin GPRS trong BSS. Cụ thể là quản lý các lớp điều
khiển truy nhập trung gian (MAC) và điều khiển liên kết vô tuyến (RLC) của giao
diện vô tuyến cũng như các lớp BSSGP và dịch vụ mạng của giao diện Gb. Giao
diện Gb sẽ kết thúc tại PCU.
PCU bao gồm cả phần cứng và phần mềm. PCU có thể có một hoặc nhiều bộ
vi xử lý (RPP). Một RPP có thể đặt cấu hình để làm việc với cả giao diện Gb và
giao diện Abis hoặc chỉ làm việc với giao diện Gb. Chức năng của RPP là phân phối
các khung PCU giữa Gb và Abis. Nếu như PCU chỉ có một RPP thì RPP này sẽ làm
việc với cả hai giao diện Gb và A-bis. Nếu như PCU có nhiều RPP thì mỗi RPP có
thể làm việc với giao diện Abis hoặc cả giao diện Abis và giao diện Gb.
Khối điều khiển dữ liệu gói PCU là khối mới dùng trong GPRS so với mạng
GSM, có nhiệm vụ kết hợp các chức năng điều khiển kênh vô tuyến GPRS với phần
hệ thống trạm gốc BSS của mạng GSM hiện tại. PCU định tuyến các bản tin báo
hiệu và truyền tải dữ liệu của người sử dụng. PCU sẽ lắp ráp và sắp xếp trong khung
LLO (điều khiển liên kết logic), sau đó được chuyển tới SGSN. PCU đặt tại BSC và
phục vụ BSC đó.
 Bộ điều khiển trạm gốc BSC
Trong mạng GPRS, BCS đóng vai trò trung tâm phân phối, định tuyến dữ liệu
và thông tin báo hiệu GPRS. BSC có thể thiết lập, giám sát và hủy bỏ kết nối của
các cuộc gọi chuyển mạch kênh cũng như chuyển mạch gói.
 Trạm gốc BTS (Base Transceiver Station) cung cấp khả năng ấn định kênh vật lý tại
các khe thời gian cho cuộc gọi chuyển mạch kênh trong mạng GSM và dữ liệu
chuyển mạch gói GPRS. BTS kết hợp với BSC để thực hiện các chức năng vô
tuyến.
2.5. Phần chuyển mạch .
-

Trung tâm chuyển mạch di động / Bộ đăng ký tạm trú MSC/VLR (Mobile
Switching center / Visitor Location Register) được sử dụng cho việc đăng ký và liên
lạc thuê bao nhưng không đóng vai trò gì trong việc định tuyến dữ liệu GPRS.
Trong hệ thống GPRS, MSC/VLR không được dùng cho thủ tục nhận thực thuê bao
17


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS

-

như trong GSM mà thay vào đó là HLR, do đó SGSN sẽ nhận ba thông số dành cho
việc nhận thực từ bộ đăng ký thường trú / trung tâm nhận thực HLR/AUC.
Bộ đăng kí thường trú HLR (Home Location Register) lưu giữ tất cả các thông tin
về thuê bao GSM cũng như GPRS. Thông tin về thuê bao GPRS được trao đổi giữa
HLR và SGSN. Thêm vào đó, HLR được sử dụng trực tiếp cho việc nhận thực thuê
bao thay cho MSC/VLR trong hệ thống GSM. SGSN sẽ nhận bộ ba thông số nhận
thực từ HLR/ AUC. Các thông tin lưu giữ trong HLR bao gồm:
+ IMSI ( International Mobile Subscriber Identifier) là khoá nhận dạng chính.
+ MSISDN: Dùng cho dịch vụ tin ngắn.
+ SGSN number: Địa chỉ trong mạng SS7 của SGSN hiện đang phục vụ MS.
+ SGSN Address: Địa chỉ IP của SGSN hiện đang phục vụ MS.
+ Các tham số SMS: Có liên quan đến MS.
+ Loại bỏ MS khỏi GPRS: Thông báo về MS và bối cảnh PDP bị loại bỏ cho
SGSN.
+ MNSG: Khi không tìm thấy qua một SGSN thì MS sẽ bị đánh dấu là không
tìm thấy cho GPRS ở SGSN có thể cả ở GGSN.
+ Danh sách các GGSN: Chỉ số GSN và địa chỉ IP tối ưu của GGSN được kết
nối khi trạng thái tích cực của MS được phát hiện và MNRG được thiết lập. Chỉ số
GSN là chỉ số của GGSN hoặc GSN có giao thức hội tụ.
+ Kiểu PDP: Kiểu giao thức dữ liệu gói X25, IP...
+ Địa chỉ PDP: Địa chỉ theo giao thức dữ liệu gói. Trường này có thể bỏ trống
nếu sử dụng quá trình đánh địa chỉ động.
+ Kiểu QoS của thuê bao: Dùng cho bối cảnh PDP được thiết lập ở mức mặc
định nếu không có yêu cầu về một dạng QoS riêng biệt.
+ Địa chỉ VPLMN: Mô tả MS chỉ được sử dụng điểm truy cập dịch vụ APN
trong Domain của HPLMN hay không được sử dụng cả Domain của VPLMN.
+ Tên điểm truy cập VPN: Là một nhãn phù hợp với các chuẩn về DSN nhằm
mô tả điểm dịch vụ của các mạng dữ liệu gói.

-

AUC (Authentication User Centrer) cung cấp bộ ba thông số nhận thực dành cho
việc nhận thực và thực hiện mã hóa dường truyền. Thủ tục nhận thực trong GSM và
trong GPRS là như nhau, chỉ có quá trình mã hóa 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.

18


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS
-

Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register): EIR 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 kết nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm
tra sự được phép của thiết bị, một thiết bị không được phép sẽ bị cấm.
2.6. Thiết bị cung cấp dịch vụ nhắn tin ngắn (SMS - GMSC và SMS IWMSC) .
SMS - GMSC (tổng đài di động có cổng dịch vụ SMS) và SMS - IWMSC
(tổng đài di động liên mạng cho dịch vụ SMS) được kết nối với SGSN qua giao
diện Gd để cung cấp khả năng truyền tải các bản tin ngắn.
2.7. Mạng đường trục trong 2.5G GPRS.
Giao tiếp giữa các nút mạng SGSN, GGSN và các phần tử mạng dữ liệu bên
ngoài thông qua mạng đường trục GPRS và các giao diện dữ liệu chuẩn. Có hai loại
mạng đường trục trong GPRS:
- Mạng đường trục nội bộ PLMN: Là mạng IP kết nối các GSN trong cùng
một mạng PLMN.
- Mạng đường trục liên PLMN: Là mạng IP kết nối các GSN và các mạng
đường trục nội bộ PLMN thuộc các mạng PLMN khác nhau.

Hình 2.2 Mạng đường trục nội bộ và mạng đường trục liên PLMN

19


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS
Mỗi mạng đường trục nội bộ là một mạng IP riêng chỉ dành riêng cho dữ liệu
và báo hiệu. Mạng IP riêng là mạng mà trong đó một số cơ cấu điều khiển truy nhập
được áp dụng nhằm đạt được một mức độ bảo mật yêu cầu. Hai mạng đường trục
nội bộ được liên kết với nhau thông qua giao diện Gp sử dụng các cổng tiếp giáp
BG (Border Gateway) và một mạng đường trục liên PLMN được cho bởi một thoả
thuận chuyển mạng bao gồm tính bảo mật của BG. Tuy nhiên, BG không được quy
định trong phạm vi và mục tiêu của GPRS. Đường trục liên PLMN có thể là mạng
dữ liệu gói, tức là một mạng Internet hoặc một đường dành riêng.
Kết nối giữa BSS và SGSN được thực hiện thông qua giao diện Gb. Giao diện
này là giao tiếp giữa SGSN với một hoặc nhiều BSS. Giao diện Gb dựa trên các kết
nối điểm - điểm gọi là kết nối ảo dịch vụ mạng. Kỹ thuật Frame Relay- FR được sử
dụng như một mạng truyền dẫn. Nghĩa là kết nối ảo dịch vụ mạng được xắp xếp vào
một kết nối ảo vĩnh viễn FR. Giữa SGSN và BSS có thể có một hoặc nhiều kết nối
ảo dịch vụ mạng và do đó có nhiều kết nối ảo vĩnh viễn FR. Kết nối ảo vĩnh viễn
FR có thể được cung cấp bằng kết nối trực tiếp điểm - điểm giữa SGSN và BSS
hoặc bằng một mạng FR trung gian.
2.8. Các kỹ thuật chính sử dụng trong mạng GPRS.
Do mạng GPRS được phát triển trên nền tảng của mạng GSM và hoạt động
đồng thời với nhau.Do đó, các kỹ thuật chính sử dụng trong mạng GPRS thì hầu hết
kế thừa các kỹ thuật đã được sử dụng trong mạng GSM Đặ.c trưng cơ bản nhất của
mạng GPRS so với mạng GSM là tốc độ truyền dẫn dữ liệu hay tốc độ truyền thông
tin trong một khe thời gian trong mạng GPRS lớn hơn rất nhiều so với mạng GSM,
chất lượng mạng cao hơn và hiệu quả sử dụng phổ cũng tốt hơn. Do đó trong mạng
GPRS sẽ phải thêm vào các biện pháp kỹ thuật để làm tăng tốc độ truyền dẫn dữ
liệu, làm tăng tốc độ mạng và hiệu quả sử dụng phổ. Các kỹ thuật hỗ trợ làm tăng
tốc độ truyền dẫn, hỗ trợ truyền tải gói…. bao gồm: Kỹ thuật mã hóa dữ liệu, kỹ
thuật chuyển mạch gói và kỹ thuật xe đường truyền…
2.8.1 Kỹ thuật mã hóa dữ liệu.
Mạng 2.5G – GPRS sử dụng 4 phương pháp mã hóa dữ liệu từ CS1→CS4 (CS
- Coding Schemme), các phương pháp mã hóa được sử dụng nhằm mục đích chung
là chống lỗi xảy ra trên đường truyền dẫn qua giao diện vô tuyến.

20


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS

Bảng 2.1 Các phương pháp mã hóa GPRS
Các
phương
pháp mã
hóa
CS1
CS2
CS3
CS4

Tốc
độ

1/2
2/3
3/4
1

Số
bit
dữ
liệu
181
268
312
428

Kiểm
tra
chuỗi
(BCS)
40
16
16
16

Cờ
trạng
thái
đường
lên USF
3
6
6
12

Tổng
số bit
thêm
vào
4
4
4
0

Tổng
số bit
sau

hóa
456
588
676
456

Tổng
số bit
nén
0
132
220
0

Tốc độ
dữ liệu
(Kbps)
9,05
13,4
15,6
21,4

Phương pháp mã hóa CS-1: Phương pháp này sử dụng 3 bits cờ trạng thái
đường lên USF (Uplink State Flag) và 40 bits parity được sử dụng cho chuỗi khiểm
tra khối BCS (Block Check Sequence) để tăng cường sự bảo vệ, dò tìm lỗi. Phần
đầu và dữ liệu là 181 bits và thêm vào đó 4 bits đuôi. Tổng cộng được 228 bits, sau
đó qua bộ mã hóa xoắn với tốc độ 1/2. Kết quả được 456 bits (228 bit x 2). Do đó
tốc độ mã hóa dữ liệu sử dụng phương pháp CS-1 bằng 181 bits/20ms = 9,05 Kbps
(mỗi khối dữ liệu có độ dài là 20ms).
Phương pháp mã hóa CS-2: Với phương pháp này thì cờ trạng thái đường lên
USF sử dụng 6 bits, dùng để tăng độ chính xác khi truyền dữ liệu qua giao diện vô
tuyến Um. Khối kiểm tra chuỗi BCS sử dụng 16 bits, còn khối phần đầu và dữ liệu
là 268 bits, sau đó lại thêm vào 4 bits đuôi được tổng số bit là 294 bits trước khi đưa
vào bộ mã hóa xoắn. Tổng số bit sau khi qua bộ mã hóa xoắn với tốc độ 2/3, độ dài
ràng buộc k=5 là 588 bits (294bits x 2). Nhưng cấu trúc cụm của mạng GSM chỉ có
456 bits, do đó cần phải nén lại để giảm số bit đó xuống bằng cách cho khối dữ liệu
qua khối Punctured. Do đó tốc độ mã hóa dữ liệu sử dụng phương pháp CS-2 là
268bits/20ms, tương ứng với 13,4Kbps.
Phương pháp mã hóa CS-3: Về cơ bản phương pháp này giống với phương
pháp mã hóa CS-2, chỉ khác ở chỗ là phần đầu và dữ liệu không phải là 268 bits mà
là 312 bits và tốc độ mã hoá xấp xỉ 3/4. Do đó tốc độ mã hóa dữ liệu phương pháp
CS-3 là 312bits/20ms, tương ứng với 15,6 Kbps.

21


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS
Phương pháp mã hóa CS-4: Phương pháp này không gửi các bit sửa lỗi FEC
như các phương pháp trên, mục đích là để chứa nhiều thông tin của người sử dụng
hơn. Phần USF sử dụng 12 bits vì có sử dụng bộ mã CRC, còn khối kiểm tra chuỗi
BCS vẫn sử dụng 16 bits. Vì vậy sử dụng phương pháp này có thể mang 428 bits
header and Data, tốc độ mã hoá r=1, độ dài ràng buộc k=5. Tốc độ truyền dữ liệu
phương pháp CS-4 bằng 428bits/20ms, tương đương với 21,4 kb/s.
2.8.2 Kỹ thuật chuyển mạch gói.
Mạng GPRS sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói để truyền các gói tin trong
mạng thay chuyển mạch kênh hiện thời trong mạng GSM. Điều này cho phép người
sử dụng có rất nhiều lựa chọn sử dụng dịch vụ mới của mạng dữ liệu gói. Việc bổ
sung kỹ thuật chuyển mạch gói vào cấu trúc chuyển mạch kênh trong mạng GSM
không đòi hỏi sự thay đổi lớn về hạ tầng mạng mà chỉ cần bổ sung một số nút mới
và nâng cấp các phần tử hiện có trong mạng GSM.
Nguyên lý chung của kỹ thuật chuyển mạch gói:
- Dữ liệu cần vận chuyển được chia thành các gói có kích thước và định
dạng xác định. Thông thường khối 456 bits chia thành 4 gói phát trên 4 khe thời
gian riêng biệt trong cùng khung hay khác khung tới điểm thu.
- Mỗi gói sau khi chia ra sẽ được vận chuyển trên các đường truyền riêng
rẽ hoặc trên cùng một đường truyền đến nơi nhận. Như vậy các gói đó có thể sẽ
dịch chuyển trong cùng một thời điểm.
- Khi toàn bộ các gói dữ liệu đã đến nơi nhận tin thì chúng sẽ được tập hợp
lại và sắp xếp lại, khôi phục lại các gói tin đã mất hợp thành dữ liệu ban đầu đã phát
đi.
Mỗi gói dữ liệu có kích thước xác định được định nghĩa từ trước. Đối với
giao thức TCP/IP, kích thước tối đa của gói tin là 1500 bytes và thường gồm có 3
phần sau:
- Phần mào đầu (Header): Phần này chứa các thông tin về: địa chỉ nguồn,
địa chỉ đích, các thông tin về loại giao thức sử dụng và số thứ tự của gói.
- Phần tải dữ liệu (Data): Phần này chứa một trong những đoạn dữ liệu gốc
đã được chia nhỏ.
- Phần đuôi (Trailer): Phần này chứa các thông tin về kết thúc gói và thông
tin về sửa lỗi dữ liệu.
Một số giao thức được sử dụng trong kỹ thuật chuyển mạch gói:
- Giao thức điều khiển truyền dữ liệu/giao thức mạng Internet TCP/IP.
22


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS
- X.25.
- Giao thức chuyển tiếp khung Frame Relay.
- Giao thức IPX/SPX.
2.8.3 Kỹ thuật xe đường truyền.
Mạng GPRS có tốc độ truyền dẫn dữ liệu đạt tối đa trong một khe thời gian là
21,4 Kb/s, cao hơn rất nhiều so với tốc độ truyền dẫn dữ liệu trong một khe thời
gian của mạng GSM (9,6 Kb/s). Tuy nhiên do nhu cầu của người sử dụng trong
mạng ngày càng lớn về tốc độ truyền dẫn dữ liệu cũng như chất lượng mạng. Do đó
các nhà khai thác dịch vụ viễn thông đã áp dụng kỹ thuật xe đường truyền trong
mạng của mình.
Trong mạng GPRS thì kỹ thuật xe đường truyền không phụ thuộc vào đăng ký
dịch vụ tốc độ nhanh hay chậm mà là tất cả mọi người đăng ký dịch vụ GPRS thì
đều có tốc độ truyền dẫn như nhau.
Kỹ thuật xe đường truyền có thể giải thích được như sau: Khi một thuê bao
mạng GPRS muốn tải dữ liệu về thiết bị thì tại thời điểm đó mạng sẽ tính toán xem
có bao nhiêu khe thời gian sử dụng cho mạng GSM, thì số còn lại sẽ được dành cho
thuê bao đó tại thời điểm đó. Rất hiếm khi trong mạng GPRS trong một thời điểm
lại có 2 thuê bao trở lên cùng truy nhập mạng. Vì nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố
như cách bấm máy của người sử dụng, đời máy…Do đó, tại một thời điểm thì thuê
bao có thể sử dụng 1 khe hoặc tới 8 khe thời gian, điều này tùy thuộc vào tài nguyên
của mạng tại thời điểm đó. Như vậy, tốc độ truyền dẫn tối đa mà một thuê bao có
thể đạt được trong mạng GPRS là 8 x 21,4 kb/s = 171,2 kb/s (đây là tốc độ lý
thuyết, thực tế còn sử dụng một số bit dùng cho báo hiệu nên ốc độ thực tế không
đạt tốc độ này). Các khe thời gian sau khi cấp phát cho MS tải dữ liệu thì lại được
giải phóng ngay cho người khác sử dụng.

23


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS

CHƯƠNG 3: GIAO DIỆN VÔ TUYẾN
3.1. Kênh được sử dụng trong mạng 2.5G GPRS
3.1.1. Kênh vật lý.
Hệ thống mạng GPRS sử dụng hoàn toàn giao diện vô tuyến (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) và mỗi khung TDMA được tạo thành bởi 8
khe thời gian (TS) tần số vô tuyến.
Một khe thời gian tần số vô tuyến của khung TDMA được gọi là một kênh vật
lý. Thông tin gửi đi trên 1 khe thời gian tần số vô tuyến được gọi là một cụm
(burst). Một kênh vật lý có thể được sử dụng hoàn toàn cho một kênh logic hoặc
một phần của kênh logic.
Việc ấn định các kênh lưu lượng của GPRS khác với GSM. GPRS cho phép
một trạm di động truyền trên nhiều khe thời gian của một khung TDMA. Điều này
cho phép việc ấn định kênh rất linh hoạt: từ 1 đến 8 TS của một khung TDMA có
thể được ấn định cho một trạm di động, hơn thế nữa, đường lên và đường xuống
được ấn định riêng, điều này cho phép tăng hiệu suất đối với các mạng dữ liệu
không đối xứng. Ví dụ như ứng dụng Web thường dùng đường xuống nhiều hơn
đường lên.
Đối với GSM, một kênh tần số vô tuyến được ấn định vĩnh viễn cho một thuê
bao nhất định trong thời gian thực hiện cuộc gọi cho dù dữ liệu có được
truyền đi hay không. Ngược lại, đối với GPRS, các kênh tần số vô tuyến được ấn
định khi có các gói dữ liệu được truyền đi hoặc nhận và sau đó các kênh tần số vô
tuyến này được giải phóng sau khi kết thúc truyền hoặc nhận gói tin đó. Đối với
truyền dữ liệu không liên tục, điều này cho phép sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên
vô tuyến khan hiếm. Với nguyên tắc này thì nhiều thuê bao có thể sử dụng cùng một
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 PDCH. Các kênh dữ liệu gói được
tách ra từ tổ hợp các kênh trong ô. Do đó tài nguyên vô tuyến của ô được chia sẻ
cho tất cả các trạm di động GPRS cũng như các trạm di động không phải của
GPRS. Việc sắp xếp các kênh vật lý cho các dịch vụ chuyển mạch gói (GPRS) hoặc
các dịch vụ chuyển mạch kênh (GSM) có thể được thực hiện một cách linh hoạt phụ
thuộc vào tải hiện tại, mức độ ưu tiên của các dịch vụ yêu cầu và các khe thời gian
rỗi. Thủ tục giám sát được thực hiện để giám sát lưu lượng của kênh PDCH trong ô.
24


Mạng thông tin di động 2.5G – GPRS
Dựa vào tải hiện tại các kênh sẽ được ấn định cho các dịch vụ GPRS với số lượng
kênh PDCH có thể thay đổi. Các kênh vật lý hiện không sử dụng cho mạng GSM có
thể được ấn định thành các kênh PDCH để tăng số lượng kênh cho các dịch vụ
GPRS. Khi có yêu cầu về tài nguyên vô tuyến có mức ưu tiên cao thì các kênh
PDCH có thể được ấn định lại.
Như chúng ta đã biết là ánh xạ các kênh logic GSM vào trong các kênh vật lý
được thực hiện bởi hai thành phần là: ánh xạ trong miền tần số và ánh xạ trong miền
thời gian. ánh xạ trong miền tần số là dựa trên số khung TDMA và các tần số này
được cấp cho BTS và MS. Ánh xạ trong miền thời gian là dựa vào trong khi định
nghĩa các cấu trúc đa khung phức trên đầu mỗi khung TDMA.
Cấu trúc đa khung cho PDCH bao gồm 52 khung TDMA (với mỗi khung là 8
TS. Tương ứng các TS của PDCH ở bốn khung TDMA liên tiếp sẽ tạo thành một
khối vô tuyến (khối B0 – B11), hai khung TDMA được dành riêng cho việc truyền
của kênh PTCCH, và còn lại hai khung là các khung rỗi, một đa khung chiếm một
khoảng thời gian xấp xỉ 240 ms (52x4.615 ms), một khối vô tuyến bao gồm 456 bit.
Phần ánh xạ các kênh logic vào trong khối B10 – B11 của đa khung có thể
thay đổi từ khối này tới khối khác. Nó được điều khiển bởi các thông số được quảng
bá trên kênh PBCCH. GPRS sử dụng cấu trúc đa khung gồm 52 khung. Trong
52 đa khung này, các khung thứ 13 đều là khung trống. Các khung trống được
dùng để MS xác định mã nhận dạng trạm gốc, cập nhật định thời và đo mức nhiễu
để phục vụ mục đích điều khiển công suất. Các khung còn lại được sử dụng cho các
kênh logic của GPRS. Việc sử dụng lại cấu trúc 51 khung cho PCCCH cũng đã
được chuẩn hoá.

Hình 3.3 Cấu trúc đa khung với 52 khung TDMA
25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×