Tài liệu Truyền số liệu trên mạng gsm triển khai tại việt nam và ứng dụng hệ remote - dataloger

§¹i häc quèc gia Hµ Néi khoa c«ng nghÖ  TrÇn Quèc Kú TruyÒn sè liÖu trªn m¹ng GSM triÓn khai t¹i viÖt nam vµ øng dông hÖ remote - dataloger LuËn v¨n th¹c sÜ Hµ Néi - N¨m 2004 §¹i häc quèc gia Hµ Néi khoa c«ng nghÖ  TrÇn Quèc Kú TruyÒn sè liÖu trªn m¹ng GSM triÓn khai t¹i viÖt nam vµ øng dông hÖ remote - dataloger Chuyªn ngµnh: Kü thuËt v« tuyÕn ®iÖn tö vµ th«ng tin liªn l¹c M· sè: 2.07.00 LuËn v¨n th¹c sÜ Ng¦êi h-íng dÉn khoa häc Pgs.TS v¦¥NG §¹O Vy Hµ Néi - N¨m 2004 Mục lục MỤC LỤC Trang Mục lục 1 Danh mục các từ viết tắt 3 Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ và đồ thị 10 10 Mở đầu 12 Phần 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ TRUYỀN SỐ LIỆU TRÊN MẠNG GSM Chương 1 - CẤU TRÚC MẠNG GSM. 14 1.1 - Cấu trúc chung của hệ thống GSM 15 1.2 - Các thành phần hệ thống 17 1.2.1. Trạm di động MS 17 1.2.2. Phân hệ trạm gốc BSS 18 1.2.3. Phân hệ chuyển mạch NSS 19 1.2.4. Phân hệ khai thác OSS 1.3 - Tổ chức kênh - tần số. 1.3.1. Cấu trúc kênh vật lý 21 21 22 1.3.2. Cấu trúc kênh logic Chương 2 - TRUYỀN SỐ LIỆU TRÊN MẠNG GSM THẾ HỆ 2G 23 26 2.1 - Truyền số liệu tốc độ cơ sở trên mạng GSM 26 2.1.1. Truyền dẫn tiếng trên mạng GSM 26 2.1.2. Truyền dẫn số liệu trên mạng GSM 29 2.2 - Giới thiệu về WAP Chương 3 - TRUYỀN SỐ LIỆU TRÊN MẠNG GSM THẾ HỆ 2.5G 33 37 3.1 - Công nghệ truyền số liệu tốc độ cao GPRS trên mạng GSM 37 3.1.1. Giới thiệu công nghệ truyền số liệu tốc độ cao GPRS 37 3.1.2. Cấu trúc mạng GPRS và các giao thức 3.1.3. Quản lý di động GPRS 40 43 3.2 - Giao diện vô tuyến GPRS 46 3.2.1. Lớp vật lý 46 3.3 - Kết nối số liệu GPRS 49 3.4 - Chất lượng mạng phục vụ GPRS 52 Truyền số liệu trên mạng GSM -- 1 -- Trần Quốc Kỳ Mục lục 3.4.1. Các đặc tính truyền tải 52 3.4.2. Các đặc tính dịch vụ 54 Phần 2: TRIỂN KHAI TRUYỀN SỐ LIỆU TRÊN MẠNG GSM VIỆT NAM VÀ ỨNG DỤNG Chương 4 - TRUYỀN SỐ LIỆU TỐC ĐỘ CƠ SỞ TRÊN MẠNG GSM VIỆT NAM 58 4.1- Mô hình kết nối triển khai dịch vụ truyền số liệu GSM-2G. 58 4.2- Ứng dụng thực tế truyền số liệu trên mạng GSM Việt Nam 64 2G Chương 5 - TRUYỀN SỐ LIỆU TỐC ĐỘ CAO (GPRS) TRÊN MẠNG 66 GSM VIỆT NAM 2.5G 5.1 - Bước phát triển mạng GSM thực tế từ 2G lên 2.5G 66 5.1.1. Mạng thông tin di động GSM hiên tại 66 5.1.2. Giai đoạn kết hợp GPRS vào mạng GSM 67 5.2 - Giải pháp trên mạng MobiFone với thiết bị Alcatel 68 5.2.1. Phần vô tuyến – BSS 5.2.2. Phần chuyển mạch – NSS 69 70 5.2.3. Số liệu triển khai trên mạng MobiFone 72 5.3 - Các ứng dụng từ truyền số liệu GPRS Chương 6 - HỆ THỐNG ĐO XỬ LÝ SỐ LIỆU - ĐIỀU KHIỂN TỪ 77 84 XA SỬ DỤNG TRUYỀN SỐ LIỆU TRÊN MẠNG GSM 6.1 - Cấu trúc hệ thống 84 6.1.1. Cấu trúc hệ thống đo xử lý tin hiệu - điều khiển từ xa 85 6.1.2. Cấu tạo thiết bị Dataloger 87 6.2 - Hệ thống DATALOGER – 2004 thực tế: 88 Kết luận 94 Tài liệu tham khảo 99 Truyền số liệu trên mạng GSM -- 2 -- Trần Quốc Kỳ Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t A AB Access Burst Côm th©m nhËp AGCH Access Grant Channel Kªnh cho phÐp th©m nhËp APN Access Point Name Tªn ®iÓm truy nhËp ATM Asynchronous Transfer Mode Ph-¬ng thøc truyÒn cËn ®ång bé AUC Authentication Center Trung t©m nhËn thùc BCCH Broadcast Control Channel Kªnh ®iÒu khiÓn qu¶ng b¸ Bm Full Rate TCH TCH toµn tèc BSC Base Station Controller Bé ®iÒu khiÓn tr¹m gèc BSS Base Station Subsystem Ph©n hÖ tr¹m gèc BSSGP Base Station System GPRS Protocol Giao thøc GPRS hÖ thèng tr¹m gèc BTS Base Tranceiver Station Tr¹m thu ph¸t gèc BVCI BSSGP Virtual Connection Identifier NhËn d¹ng kÕt nèi ¶o BSSGP CBCH Cell Broadcasing Channel Kªnh qu¶ng b¸ tÕ bµo CCCH Common Control Channel Kªnh ®iÒu khiÓn chung CCITT International Telegraph & Telephone Uû ban t- vÊn viÔn th«ng quèc tÕ B C Consultative Committee CCSN7 Common Channel Signalling N7 B¸o hiÖu kªnh chung sè 7 CCU Channel Codec Unit Khèi m· ho¸ kªnh CDMA Code Division Multiple Access §a truy nhËp ph©n chia theo m· RF Receiving functionality (CGF). Chøc n¨ng thu nhËn CGF Charging Gateway Functionality Chøc n¨ng cæng tÝnh c-íc CGI Cell Global Identification NhËn d¹ng toµn cÇu tÕ bµo CLNP Connectionless network protocol Giao thøc m¹ng kh«ng liªn kÕt CLNS Connectionless Network Service DÞch vô m¹ng kh«ng liªn kÕt CS Circuit Switched ChuyÓn m¹ch kªnh TruyÒn sè liÖu trªn m¹ng GSM -- 3 -- TrÇn Quèc Kú Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t CSPDN Circuit Switched Packet Data Network M¹ng sè liÖu gãi chuyÓn m¹ch kªnh Close User Group Nhãm thuª bao DCCH Dedicated Control Channel Kªnh ®iÒu khiÓn dµnh riªng DCE Data Circuit-terminating Equipment ThiÕt bÞ kÕt cuèi - kªnh sè liÖu DCP Destination Point Code M· ®iÓm ®Ých DNS Domain Name System HÖ thèng tªn miÒn DTE Data Terminal Equipment ThiÕt bÞ kÕt cuèi sè liÖu EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhËn d¹ng thiÕt bÞ ETSI Eutopean Telecommunication ViÖn chuÈn ho¸ viÔn th«ng Ch©u Standardisation Institute ¢u Firewall T-êng löa CUG D E F F/W FACCH Fast Associated Control Channel Kªnh ®iÒu khiÓn liªn kÕt nhanh FAP Fixed Access Point §iÓm truy nhËp cè ®Þnh FB Frequency Correction Burst Côm hiÖu chØnh tÇn sè FCCH Frequency Correction Channel Kªnh hiÖu chØnh tÇn sè FDMA Frequency Division Multiple Access §a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè Charging data collection interface Giao diÖn tËp hîp sè liÖu tÝnh c-íc between a CDR transmitting unit (e.g. gi÷a khèi truyÒn ph¸t CDR vµ GGSN or SGSN) and a MSC MSC Gb Interface between an SGSN and a BSC Giao diÖn gi÷a SGSN vµ BSC Gc Interface between an GGSN and an Giao diÖn gi÷a GGSN vµ HLR G Ga HLR Gd Interface between an SMS-GMSC and Giao diÖn gi÷a SMS-GMSC, SMS- an SGSN, and between a SMS-IWMSC IWMSC vµ SGSN and an SGSN TruyÒn sè liÖu trªn m¹ng GSM -- 4 -- TrÇn Quèc Kú Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t Gf Interface between an SGSN and an EIR Giao diÖn gi÷a SGSN vµ EIR GGSN Gateway GPRS Support Node Gi Reference point between GPRS and an §iÓm tham kh¶o gi÷a GPRS vµ Nót hç trî GPRS cæng external packet data network m¹ng sè liÖu ngoµi GMSC Gateway MSC MSC cæng Gn Interface between two GSNs within the Giao diÖn gi÷a hai GSN trong cïng same PLMN PLMN Interface between two GSNs in Giao diÖn gi÷a hai GSN trong c¸c different PLMNs PLMN kh¸c nhau GPRS General Packet Radio Service DÞch vô v« tuyÕn gãi chung Gr Interface between an SGSN and an Giao diÖn gi÷a mét SGSN vµ HLR Gp HLR. Interface between an SGSN and an Giao diÖn gi÷a SGSN vµ MSC/VLR. MSC/VLR Group Special Mobile/Global System HÖ thèng toµn cÇu cho th«ng tin di for Mobile Communication ®éng GSN GPRS Support Node Nót hç trî GPRS GTP GPRS Tunnelling Protocol Giao thøc ®-êng hÇm GPRS HDLC High Level Data Link Control §iÒu khiÓn liªn kÕt sè liÖu møc cao HLR Home Location Register Bé ghi ®Þnh vÞ th-êng tró Internet Control Message Protocol Giao thøc b¶n tin ®iÒu khiÓn Gs GSM H I ICMP Internet IMEI International Mobile Equipment NhËn d¹ng thiÕt bÞ di ®éng quèc tÕ Identity IMSI International Mobile Station Identity NhËn d¹ng tr¹m di ®éng quèc tÕ IP Internet Protocol Giao thøc Internet IPX Internet Packet eXchange Tæng ®µi gãi Internet TruyÒn sè liÖu trªn m¹ng GSM -- 5 -- TrÇn Quèc Kú Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t ISDN Integrated Servises Digital Network M¹ng sè ®a dÞch vô ISP Internet Service Provider Nhµ cung cÊp dÞch vô Internet ISUP ISDN User Part PhÇn n-gêi sö dông ISDN ITU International Telecommunications Uû ban viÔn th«ng quèc tÕ Union Interworking Function Chøc n¨ng t-¬ng t¸c m¹ng LA Location Area Vïng ®Þnh vÞ LAC Location Area Code M· vïng ®Þnh vÞ LAI Location Area Identity NhËn d¹ng vïng ®Þnh vÞ LAPB Link Access Protocol Balanced Giao thøc truy nhËp liªn kÕt c©n IWF L b»ng LAPD Link Access Procedures on D Channel C¸c thñ tôc truy nhËp liªn kÕt trªn kªnh D LCP Link Control Protocol Giao thøc ®iÒu khiÓn liªn kÕt LLC Logical Link Control Giao thøc liªn kÕt logic LL-PDU LLC PDU LLC PDU Lm Half Rate TCH TCH b¸n tèc MAC Medium Access Control §iÒu khiÓn truy nhËp trung b×nh MAP Mobile Application Part PhÇn øng dông di ®éng M-CDR Mobility Management - Call Detail B¶n ghi chi tiÕt cuéc gäi - qu¶n lý Record di ®éng ME Mobile Equipment ThiÕt bÞ di ®éng MNRF Mobile station Not Reachable Flag Cê tr¹m di ®éng kh«ng t×m ®-îc MNRG Mobile station Not Reachable for Cê tr¹m di ®éng kh«ng t×m ®-îc GPRS flag cho GPRS MS Mobile Station Tr¹m di ®éng MSC Mobile Services Switching Center Trung t©m chuyÓn m¹ch dÞch vô di M ®éng TruyÒn sè liÖu trªn m¹ng GSM -- 6 -- TrÇn Quèc Kú Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t MSIN Mobile Station Identity Number Sè nhËn d¹ng tr¹m di ®éng MSISDN Mobile Station ISDN Number Sè ISDN tr¹m di ®éng MT Mobile Termination Di ®éng kÕt cuèi MUP Mobile User Part PhÇn ng-êi sö dông di ®éng NB Normal Burst Côm b×nh th-êng NCP Network Control Protocol Giao thøc ®iÒu khiÓn m¹ng NE Network Element Thµnh phÇn m¹ng NGAF Non-GPRS Alert Flag Cê c¶nh b¸o kh«ng dÞch vô GPRS NMG Network Management Gateway Cæng qu¶n lý m¹ng NMN Network Management Node Nót qu¶n lý m¹ng NS Network Service DÞch vô m¹ng NSDU Network service data unit Khèi sè liÖu dÞch vô m¹ng NSS Network and Switching Subsystem Ph©n hÖ chuyÓn m¹ch vµ m¹ng Operation and Maintenance Center Trung t©m khai th¸c b¶o d-ìng N O OMC OMC-R Operation and Maintenance Center OMC-S Trung t©m khai th¸c b¶o d-ìng - Radio V« tuyÕn Operation and Maintenance Center - Trung t©m khai th¸c b¶o d-ìng - Switching ChuyÓn m¹ch OMS Operation and Maintenance Subsystem Ph©n hÖ khai th¸c b¶o d-ìng OSF Operations System Function Chøc n¨ng ph©n hÖ khai th¸c OSS Operation and Support System Ph©n hÖ khai th¸c vµ hç trî PAD Packet Assembler/Disassembler G¾n/t¸ch gãi PCH Paging Channel Kªnh nh¾n tin PCU Packet Control Unit Khèi ®iÒu khiÓn gãi PDCH Packet Data CHannel Kªnh sè liÖu gãi PDN Packet Data Network M¹ng sè liÖu gãi PDP Packet Data Protocol, e.g., IP or X.25 Giao thøc sè liÖu gãi P TruyÒn sè liÖu trªn m¹ng GSM -- 7 -- TrÇn Quèc Kú Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t PDU Protocol Data Unit Khèi sè liÖu gãi PIN Personal Identity Number Sè nhËn d¹ng c¸ nh©n PLMN Public Land Mobile Network M¹ng di ®éng mÆt ®Êt c«ng céng PPF Paging Proceed Flag Cê ph¸t t×m gäi PPP Point-to-Point Protocol Giao thøc ®iÓm - ®iÓm PSTN Public Switched Telephone Network M¹ng ®iÖn tho¹i chuyÓn m¹ch c«ng céng PTM §iÓm - ®a ®iÓm Point To Multipoint PTM SC Point to Multipoint Service Centre Trung t©m dÞch vô ®iÓm - ®a ®iÓm PTM-G Point to Multipoint - Group Call Nhãm cuéc gäi ®iÓm - ®a ®iÓm PTM-M Point to Multipoint - Multicast Qu¶ng b¸ ®iÓm - ®a ®iÓm P-TMSI Packet TMSI TMSI gãi PTP Point-to-Point §iÓm - ®iÓm PVC Permanent Virtual Circuit Kªnh ¶o cè ®Þnh Quality of Service ChÊt l-îng dÞch vô RA Rate Adaptor Bé thÝch øng tèc ®é RACH Random Access Channel Kªnh th©m nhËp ngÉu nhiªn RCF Radio Control Function Chøc n¨ng ®iÒu khiÓn v« tuyÕn RCP Radio Control Part PhÇn ®iÒu khiÓn v« tuyÕn RLC Radio Link Control §iÒu khiÓn liªn kÕt v« tuyÕn RNC Radio Network Control §iÒu khiÓn m¹ng v« tuyÕn SACCH Slow Associated Cotrol Channel Kªnh ®iÒu khiÓn liªn kÕt chËm SAP Service access point §iÓm truy nhËp dÞch vô SB Synchronization Burst Côm ®ång bé SCCP Signalling Connection Control Part PhÇn ®iÒu khiÓn ®Êu nèi b¸o hiÖu SCH Synchronization Channel Kªnh ®ång bé SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel Kªnh dµnh riªng Q QoS R S TruyÒn sè liÖu trªn m¹ng GSM -- 8 -- TrÇn Quèc Kú Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t SDU Service Data Unit Khèi sè liÖu dÞch vô SGSN Serving GPRS Support Node Nót hç trî dÞch vô GPRS SIM Subscriber Identity Module Module nhËn d¹ng thuª bao SM Short Message B¶n tin ng¾n SNDC SubNetwork Dependent Convergence Héi tô phô thuéc ph©n hÖ m¹ng SNMP Simple Network Management Protocol Giao thøc qu¶n lý m¹ng ®¬n SS7 Signalling System No.7 HÖ thèng b¸o hiÖu sè 7 SSP Service Switching Point §iÓm chuyÓn m¹ch dÞch vô SVC Switched Vitual Circuit M¹ch ¶o chuyÓn m¹ch TAF Terminal Adaptation Function Chøc n¨ng thÝch øng ®Çu cuèi TCH Trafic Channel Kªnh l-u l-îng TCH/F TCH Full Rate TCH toµn tèc TCP Transmission Control Protocol Giao thøc ®iÒu khiÓn sù truyÒn TDMA Time Division Multiple Access §a truy nhËp ph©n chia theo thêi T gian TE Terminal Equipment ThiÕt bÞ ®Çu cuèi TLLI Temporate Logical Link Identity NhËn d¹ng liªn kÕt logic t¹m thêi TMSI Temporary Mobile Station Identity NhËn d¹ng tr¹m di ®éng t¹m thêi TRAU Transcoder and Rate Adaptor Unit Khèi chuyÓn ®æi m· vµ thÝch øng tèc ®é U UDP User Datagram Protocol Giao thøc d÷ liÖu ®å ng-êi sö dông Um The interface between the MS and the Giao diÖn gi÷a MS vµ GPRS GPRS fixed network part V VLR Visiting Locaton Register Thanh ghi ®Þnh vÞ t¹m tró VMS Vietnam Mobile Telecom Services Co C«ng ty th«ng tin di ®éng TruyÒn sè liÖu trªn m¹ng GSM -- 9 -- TrÇn Quèc Kú Danh môc c¸c b¶ng h×nh vÏ vµ ®å thÞ Danh môc c¸c b¶ng 1 2 3 4 5 B¶ng 3-1 B¶ng 3-2 B¶ng 3-3 B¶ng 3-4 B¶ng 5-5 6 B¶ng 6-6 Trang 40 53 55 56 80 Sè time slot sö dông trong c¸c kiÓu GPRS C¸c ®Æc tÝnh truyÒn t¶i C¸c líp ®é tin cËy C¸c líp trÔ Thèng kª sè liÖu GPRS ngµy 12/4/2004 m¹ng MobiFone §iÖn thÕ nèi vµo vµ sè ®Õm lèi ra cña Dtaloger 92 Danh môc c¸c h×nh vÏ vµ ®å thÞ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 H×nh 1-1 H×nh 1-2 H×nh 1-3 H×nh 2-4 H×nh 2-5 H×nh 2-6 H×nh 2-7 H×nh 2-8 H×nh 2-9 H×nh 2-10 H×nh 2-11 H×nh 2-12 H×nh 2-13 H×nh 3-14 H×nh 3-15 H×nh 3-16 H×nh 3-17 H×nh 3-18 CÊu tróc chung cña GSM M« h×nh hÖ thèng GSM Tæ chøc khung vµ côm Khe thêi gian dïng trong GSM S¬ ®å truyÒn dÉn tiÕng trong m¹ng GSM C¸c mÆt ph¼ng truyÒn sè liÖu S¬ ®å thÝch øng tèc ®é truyÒn sè liÖu GSM §Êu nèi víi PSTN §Êu nèi víi ISDN S¬ ®å thùc Mobile – Wap M« h×nh Wap So s¸nh gi÷a c«ng nghÖ Wap vµ Internet Qu¸ tr×nh Yªu cÇu-§¸p øng trong m« h×nh Wap Sè time slot sö dông trong GPRS CÊu tróc logic cña m¹ng GPRS vµ PLMN CÊu tróc giao thøc trong s¬ ®å truyÒn dÉn GPRS S¬ ®å ba tr¹ng th¸i cña MS trong GPRS Tèc ®é sè liÖu víi c¸c ph-¬ng ph¸p m· ho¸ GPRS TruyÒn sè liÖu trªn m¹ng GSM -- 10 -- Trang 15 16 24 26 28 29 30 31 32 34 34 35 35 37 41 42 44 47 TrÇn Quèc Kú Danh môc c¸c b¶ng h×nh vÏ vµ ®å thÞ 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 H×nh 3-19.a H×nh 3-19.b H×nh 4-20 H×nh 4-21 H×nh 4-22 H×nh 4-23 H×nh 4-24 H×nh 5-25 H×nh 5-26 H×nh 5-27 H×nh 5-28 H×nh 5-29 H×nh 5-30 H×nh 5-31 33 34 H×nh 5-32 H×nh 5-33 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 H×nh 5-34 H×nh 5-35 H×nh 5-36 H×nh 6-37 H×nh 6-38 H×nh 6-39 H×nh 6-40 H×nh 6-41 H×nh 6-42 H×nh 6-43 H×nh 7-44 Tæng quan vÒ cÊu tróc logic cña GPRS KÕt nèi tæng thÓ m¹ng GPRS KÕt nèi m¹ng GSM-MobiFone hiÖn t¹i M¹ng thùc hiÖn dÞch vô Wap KÕt nèi Wap trong m¹ng PLMN KÕt nèi Wap trong m¹ng MobiFone Trang Wap cña VNN CÊu tróc m¹ng GSM hiÖn t¹i Sù thay ®æi cÊu tróc m¹ng GSM hiÖn t¹i nªn GPRS Gi¶i ph¸p GPRS víi thiÕt bÞ Alcatel Gi¶i ph¸p thay ®æi kÕt nèi MSC-BSC CÊu tróc m¹ng GPRS cña Alcatel Gi¶i ph¸p kÕt nèi GPRS cho m¹ng MobiFone KÕt nèi ATM gi÷a GSM vµ c¸c node SGSN trªn m¹ng MobiFone Truy cËp trùc tiÕp Internet th«ng qua GPRS Qu¶n lý tèc ®é vµ l-u l-îng sö dông GPRS MobiFone BiÓu ®å tû lÖ kÝch ho¹t GPRS thµnh c«ng BiÓu ®å l-u l-îng d÷ liÖu GPRS BiÓu ®å thñ tôc ®¨ng nhËp dÞch vô GPRS CÊu tróc hÖ thèng Mobile remote Dataloger System S¬ ®å nguyªn lý ho¹t ®éng Dataloger ThiÕt bÞ Dataloger DL-005 nèi víi modem GSM C¸c cæng kÕt nèi vµo-ra cña Dataloger CÊu t¹o bªn trong bé Dataloger DL-005 M¸y tÝnh trung t©m ®-îc nèi víi modem GSM §-êng chuÈn ho¸ kÕt qu¶ Dataloger C¸c b-íc ph¸t triÓn cña dÞch vô truyÒn sè liÖu GSM TruyÒn sè liÖu trªn m¹ng GSM -- 11 -- 50 51 60 61 62 63 64 66 67 68 69 70 75 76 78 78 82 82 83 86 87 89 89 90 90 93 94 TrÇn Quèc Kú Chương 1- Cấu trúc mạng GSM PHẦN 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ TRUYỀN SỐ LIỆU TRÊN MẠNG GSM CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC MẠNG GSM  ính đến thời điểm hiện nay thông tin di động đã phát triển qua hai thế hệ. Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động sử dụng công nghệ tương tự, khởi đầu từ những năm 70 với các công nghệ tiêu biểu như AMPS (Advanced Mobile Phone System) tại North America (1983), NTT tại Japan (1977) và NMT (Nordic Mobile Telephone) tại Europe (1983). Do những hạn chế về chất lượng và dịch vụ, nên giữa những năm 80, thông tin di động số đã ra đời đầu tiên ở Châu Âu với công nghệ GSM (Special Mobile Group), ví dụ hệ thống NMT ở khu vực Scandinavia, hệ thống C-450 ở Germany và các hệ thống TACS và R-2000. Tiếp sau là những công nghệ D-AMPS (Tiêu chuẩn IS-136 tại North America), PDC và CDMA (IS-95). Hệ thống thông tin di động GSM đạt được hai mục đích: cải thiện công nghệ truyền dẫn và cung cấp một tiêu chuẩn thống nhất cho thông tin di động. So với các hệ thống thông tin di động đã có trước đó, hệ thống thông tin di động GSM có những ưu điểm sau: - Mã hoá số tín hiệu thoại với tốc độ bit thấp, cho phép ghép nhiều kênh thoại hơn vào dòng bit tốc độ chuẩn. - Đáp ứng nhiều dịch vụ tiện ích cho các thuê bao về thông tin thoại và truyền số liệu. - Giảm tin tức báo hiệu, dành tỷ lệ lớn cho tin tức người dùng. - Áp dụng kỹ thuật mã hoá kênh và mã hoá nguồn của truyền dẫn. - Điều khiển động trong việc cấp phát kênh liên lạc khiến việc sử dụng phổ tần hiệu quả hơn. - Có khả năng tương thích với các dịch vụ của các mạng có sẵn như mạng PSTN, PSPDN, ISDN và các mạng PLMN khác. - Tự động cập nhật vị trí cho từng thuê bao. Truyền số liệu trên mạng GSM Kỳ -- 14 -- Trần Quốc Chương 1- Cấu trúc mạng GSM - Độ linh hoạt cao, có thể sử dụng nhiêu loại máy đầu cuối khác nhau. - Hiệu quả sử dụng tần số cao nhờ kết hợp FDMA và TDMA. - Tính bảo mật cao nhờ việc đăng ký thuê bao được ghi ở modul nhận dạng thuê bao (SIM card) và sử dụng một mã số để ngăn chặn hoàn toàn việc nghe trộm ở đường vô tuyến. - Mạng di động có khả năng mở rộng được dung lượng lên 2 đến 3 lần nhờ việc sử dụng lại tần số và kỹ thuật phân chia ô. - Hệ thống GSM ở điều kiện xấu có chất lượng tốt hơn hẳn các hệ thống tương tự. Các dịch vụ số liệu có thể cung cấp chất lư ợng cao với ít lỗi ở tốc độ 9,6kbps với GSM - 2G. 1.1- CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG GSM GSM Ký hiệu: NSS: mạng và phân hệ chuyển mạch BSS: phân hệ trạm gốc OSS: phân hệ khai thác MS: trạm di động Hình 1-1: Truyền số liệu trên mạng GSM Kỳ Cấu trúc của G SM -- 15chung -- Trần Quốc Chương 1- Cấu trúc mạng GSM Hệ thống GSM chia thành các phân hệ gồm phân hệ chuyển mạch (NSS), phân hệ trạm gốc (BSS), phân hệ khai thác (OSS) và trạm di động (MS) như miêu tả ở Hình 1-1. Theo khuyến nghị của GSM, mô hình hệ thống của một mạng Thông tin di động có sơ đồ như sau: NSS AUC MAP ISDN ISUP VLR MAP PSPDN CSPDN HLR EIR MAP MAP MSC TUP BSSAP OSS PSTN PLMN BSS BSC MUP LAPD BTS Truyền báo hiệu Truyền lưu lượng LAPDm MS Hình 1-2.a: Mô hình hệ thống G SM Truyền số liệu trên mạng GSM Kỳ -- 16 -- Trần Quốc Chương 1- Cấu trúc mạng GSM Hình 1-2.b: Mô hình hệ thống GSM AUC: Trung tâm nhận thực BSS: Phân hệ trạm gốc VLR: Bộ ghi định vị tạm trú MS: Trạm di động HLR: Bộ ghi định vị thường trú OSS: Phân hệ khai thác bảo dưỡng EIR: Bộ ghi nhận dạng thiết bị PSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói MSC: Trung tâm chuyển mạch CSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh các dịch vụ di động PSTN: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng BSC: Bộ điều khiển trạm gốc PLMN: Mạng di động mặt đất BTS: Trạm thu phát gốc ISDN: Mạng số dịch vụ tích hợp NSS: Phân hệ chuyển mạch OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng 1.2 - CÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNG GSM 1.2.1. Trạm di động MS Trạm di động MS là thiết bị tương tác trực tiếp với người sử dụng hệ thố ng GSM. MS có thể là thiết bị đặt trong ô tô hay thiết bị xách tay hoặc cầm tay. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến, MS còn phải cung cấp các giao diện với người sử dụng (như micro, loa, màn hiển Truyền số liệu trên mạng GSM Kỳ -- 17 -- Trần Quốc Chương 1- Cấu trúc mạng GSM thị, bàn phím...) hoặc giao diện với một số thiết bị khác (như máy tính cá nhân, Fax...). MS có ba chức năng chính: - Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng GSM. - Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến. - Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động. MS bao gồm 2 phần là ME (thiết bị di động) và SIM (thẻ điện tử thông minh). 1.2.2. Phân hệ trạm gốc BSS BSS có chức năng cung cấp đường truyền giữa MS với tổng đài MSC. BSS trao đổi thông tin với MS trên giao diện vô tuyến Um và với MSC bằng các tuyến truyền dẫn 2Mbps qua giao diện A. BSS bao gồm các bộ phận sau: - Trạm thu phát gốc BTS. - Bộ điều khiển trạm gốc BSC. - Bộ đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU. 1.2.2.1. Trạm thu phát gốc BTS BTS có chức năng trao đổi thông tin với MS. Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến để cung cấp giao diện vô tuyến cho một cell. Mỗi BTS phục vụ có thể phục vụ đồn g thời một số cell. Có thể coi BTS như một MODEM vô tuyến phức tạp với các thành phần chức năng sau: - Khối vô tuyến tương tự để điều chế, khuếch đại và phối hợp thu phát. - Khối băng gốc để phối hợp tốc độ truyền thoại, số liệu và mã hoá kênh. - Khối điều khiển của trạm phục vụ cho chức năng vận hành và bảo dưỡng trạm BTS. - Khối truyền dẫn để ghép tín hiệu trên đường truyền Abis. Truyền số liệu trên mạng GSM Kỳ -- 18 -- Trần Quốc Chương 1- Cấu trúc mạng GSM 1.2.2.2. Bộ điều khiển trạm gốc BSC BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao. Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia nối với MSC của SS. Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có vai trò quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao. Một BSC có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc lưu lượng các BTS này. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện với BTS là giao diện Abis. 1.2.2.3. Bộ đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU Trong GSM, tín hiệu thoại trên giao diện vô tuyến được mã hoá ở tốc độ 13kbps sử dụng mã hoá tiền định tuyến tính LPC. Để thích ứng tốc độ này với tốc độ mạng thoại cố định PSTN cần có Bộ chuyển đổi mã TRAU để chuyển đổi giữa 13kbps LPC và 64kbps PCM giữa MS và MSC. TRAU có thể được đặt tại BTS, BSC hoặc tại MSC. Để giảm thiểu chi phí truyền dẫn, thường TRAU đặt ở MSC. Khi đó cần thêm báo hiệu bổ sung vào tiếng thoại 13kbps để truyền thông tin điều khiển từ bộ chuyển đổi mã từ xa RTH đặt ở BTS đến TRAU. Mỗi 20ms chứa 260 bit tiếng sẽ được bổ sung 60bit và tốc độ luồng số mỗi kênh đạt 16kbps. Với truyền số liệu, không cần chuyển đổi mã nhưng tốc độ số liệu thay đổi từ 9,6kbps lên 16kbps để truyền dẫn trên giao diện kênh mặt đất (trong đó có 3kbps TRAU). 1.2.3. Phân hệ chuyển mạch NSS NSS có chức năng chuyển mạch của mạng GSM và chứa cơ sở số liệu cần thiết cho dữ liệu thuê bao và quản lý di động. NSS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với các mạng khác. NSS bao gồm các khối chức năng sau: MSC, HLR, VLR, EIR và AUC. 1.2.3.1. Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC MSC: thực hiện chức năng chuyển mạch ở NSS. Nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM. Một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài (GMSC). NSS cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người dùng hoặc báo hiệu giữa Truyền số liệu trên mạng GSM Kỳ -- 19 -- Trần Quốc Chương 1- Cấu trúc mạng GSM các phần tử của mạng GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. MSC thực hiện các chức năng: xử lý cuộc gọi, vận hành và bảo dưỡng, chức năng tương tác (với các mạng khác), và tính cước. Việc giao tiếp với các mạng ngoài đòi hỏi cổng thích ứng (các chức năng tương tác IWF) để thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của GSM với các mạng đó. IWF cho phép kết nối với các mạng ISDN, PSPDN, CSPDN, PSTN. IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, khi hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở. GMSC: Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng được gọi là GMSC mà không cần biết vị trí hiện thời của thuê bao. GMSC có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao và định tuyến gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC tạm trú). Muốn vậy, trước hết các tổng đài phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này. GMSC có một giao diện với mạng bên ngoài, thông qua giao diện này nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối mạng bên ngoài với mạng GSM. Ngoài ra GMSC cũng có giao diện báo hiệu số 7 (CCS No7) để có thể tương tác với các phần tử khác của NSS. Tổng đài cổng thường kết hợp với MSC. 1.2.3.2. Bộ ghi định vị thường trú HLR Là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của mạng GSM, lưu trữ các số liệu và địa chỉ nhận dạng cũng như các thông số nhận thực của thuê bao trong mạng. Các thông số lưu trữ trong HLR gồm: nhận dạng thuê bao IMSI và MSISDN, VLR hiện thời, trạng thái thuê bao, khoá nhận thực và chức năng nhận thực, số lưu động trạm di động MSRN. HLR chứa những cơ sở dữ liệu bậc cao của tất cả các thuê bao trong GSM. Những dữ liệu này được truy nhập từ xa bởi các MSC và VLR của mạng. 1.2.3.3. Bộ ghi định vị tạm trú VLR VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng. VLR là một bản sao phần lớn dữ liệu chứa trong HLR. Tuy nhiên, đó là những dữ liệu tạm thời, chỉ tồn tại nếu thuê bao di chuyển trong vùng phục vụ của VLR. Dữ liệu trong VLR thường là vị Truyền số liệu trên mạng GSM Kỳ -- 20 -- Trần Quốc