Tổng quan về mạng thông tin di động GSM - GPRS

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
*********
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM - GPRS
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN :TS. NGUYỄN HỮU THANH
SINH VIÊN THỰC HIỆN :NGUYỄN MINH NGỌC
LỚP :06TM – 02ĐT
Hà Nội, 2009
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại công nghệ thông tin ngày nay, khái niệm GSM – GPRS
không còn lạ lẫm đối với những người sử dụng điện thoại di động. GSM (Global
System For Mobile Communication) hay còn gọi là hệ thống truyền thông di động
toàn cầu sử dụng hoàn toàn kỹ thuật số khác với hệ thống mạng điện thoại analog
cổ điển như AMPS (Advanced Mobile Phone Service: Dịch vụ điện thoại di động
cao cấp). GSM là một hệ thống của Châu Âu được thiết kế theo kỹ thuật tín hiệu
số. Nó không tương thích với các hệ thống trước đó và như vậy nó không bị ràng
buộc bởi nhu cầu phải tương thích.
Sau này hệ thống mạng GPRS (General Packet Radio Service – mạng thông
tin di động thế hệ 2,5G) được phát triển dựa trên nền tảng của mạng GSM. Đó là
dịch vụ vô tuyến gói chung được Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu tiêu chuẩn
hóa vào năm 1993 sử dụng phương thức đa truy nhập theo thời gian TDMA. Công
nghệ mà trước đây không khả thi đối với mạng GSM thì bây giờ có thể triển khai
và cung cấp những ứng dụng Internet vô tuyến hấp dẫn hơn cho số lượng lớn
người sử dụng.
Vì GPRS được thiết kế để cho phép người sử dụng luôn được kết nối mà
không cần sử dụng thêm các nguồn lực phụ trợ nên GPRS mang lại những cơ hội
kinh doanh mới cho các nhà khai thác dịch vụ di động nhằm tăng doanh thu bằng
việc đưa ra những dịch vụ IP mới và thu hút thêm những khách hàng mới với chi

phí hợp lý cho người sử dụng đầu cuối. Về mặt đầu tư của nhà khai thác việc
nhanh chóng đẩy mạnh mức độ bao phủ dịch vụ là có thể vì GPRS tận dụng được
một cách hiệu quả mạng vô tuyến GSM.
Các mạng thông tin di động hiện nay ở Việt Nam như Viettel, Vina phone,
Mobi fone….. cũng đã cung cấp dịch vụ GPRS cho người sử dụng với giá thành
hợp lý. Trong đó Viettel sử dụng giải pháp GPRS của Ericsson được thiết kế để
đẩy nhanh việc triển khai GPRS mà vẫn giữ cho chi phí đầu vào thấp. Các khối
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
2
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
chức năng của mạng GSM chỉ cần nâng cấp phần mềm, ngoại trừ BSC cần nâng
cấp cả phần cứng. Trong mạng GPRS có hai nút mạng mới, nút mạng hỗ trợ phục
vụ GPRS (Serving GPRS Support Node – SGSN) và nút mạng hỗ trợ cổng GPRS
(Gateway GPRS Support Node – GGSN) được giới thiệu. Trong giải pháp của
Ericsson, hai nút mạng này có thể được kết hợp thành một nút vật lý. Một sự triển
khai linh hoạt GPRS là có thể, ví dụ: bắt đầu với nút mạng GPRS tập trung hợp cả
SGSN và GGSN. Ở bước tiếp theo, node tập trung có thể được tách ra thành SGSN
và GGSN chuyên dụng.
Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong những năm học tập chuyên ngành
Điện Tử - Viễn Thông tại lớp 06TM02ĐT tại trường cán bộ công thương TW liên
kết của trường đại học Bách Khoa Hà Nội và sau thời gian thực tập tại Đội kỹ thuật
11 chi nhánh kỹ thuật Hà Nội thuộc Tổng công ty viễn thông quân đội-Viettel
telecom cùng với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Hữu Thanh, em đã tìm hiểu,
nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Tổng quan về mạng thông
tin di động GSM - GPRS”.
Em xin chân thành cảm ơn đội trưởng đội kỹ thuật 11 Bùi Bá Quân, tổ
trưởng tổ kỹ thuật Nguyễn Đức Tài và người trực tiếp hướng dẫn thực tế Lê Xuân
Cảnh, Vũ Văn Chinh đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong đợt thực tập tốt nghiệp.
Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Hữu Thanh
cùng với tổ trưởng tổ kỹ thuật anh Nguyễn Đức Tài và các anh thuộc tổ kỹ thuật

thuộc Đội kỹ thuật 11 chi nhánh kỹ thuật Hà Nội thuộc Tổng công ty viễn thông
quân đội-Viettel telecom đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án
tốt nghiệp này.
Hà Nội, Ngày 25 Tháng 5 Năm 2009
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Ngọc
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
3
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA
Hình 1.1. Thị phần thông tin di động trên thế giới năm 2006 ............................ 13
Hình 1.2. Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM .................................................... 14
Hình 1.3. Base Station Controller – Bộ điều khiển trạm gốc ............................. 21
Hình 2.1. Cấu trúc của một mạng GPRS .............................................................. 23
Hình 2.2: Tốc độ kênh truyền trong GPRS. ......................................................... 26
Hình 2.3: Tốc độ cho các dịch vụ ứng dụng GPRS. ............................................. 26
Hình 3.1: Các khối của mạng GPRS ...................................................................... 29
Hình 4.1. Lưu đồ trạng thái nhập/tách khỏi GPRS ............................................. 38
Hình 4.2. Rời khỏi GPRS do MS khởi xướng ....................................................... 41
Hình 4.3. Rút tách kết hợp GPRS/VLR do MS khởi xướng .............................. 42
Hình 5.1: Quá trình mã hóa .................................................................................... 44
Hình 5.2. Cập nhật vùng định tuyến trong một SGSN ....................................... 49
Hình 5.3. Cập nhật vùng định tuyến ngoài SGSN. .............................................. 52
Hình 5.4. Cập nhật kết hợp vùng định tuyến trong cùng một SGSN và vùng
định vị trong cùng một MSC. ................................................................................. 55
Hình 5.5: Cập nhật kết hợp vùng định vị ngoài MSC và vùng định tuyến trong
cùng một SGSN ......................................................................................................... 58
Hình 5.6: Kết hợp cập nhật định vị ngoài MSC và định tuyến ngoài SGSN ... 60
Hình 5.7: Kích hoạt giao thức PDP do MS khởi tạo ............................................ 65
Hình 5.8: Ngừng hoạt động khung giao thức PDP do MS khởi tạo. ................. 68

Hình 5.9: Nhắn tin GPRS. ....................................................................................... 71
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
4
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
A
AGCH Access Grant Channel Kênh truy cập khung
ANSI American National Standards Tiêu chuẩn GSM 1900 của Mỹ
Institude
B
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá
C
CDMA Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo mã
Access
Cell Cellular Ô (tế bào)
CGI Cell Global Identity Số định danh của Cell
CEPT Conférence Européennedes Hiệp hội bưu chính viễn thông Châu
Postes et Télécommunications Âu
CPU Cyclic Redundancy Check Đơn vị điều khiển trung tâm.
D
FDMA Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần số
Access
DL Down Link Dữ liệu xuống
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
5
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
DNS Domain Name Server Server tên miền

E
EIR Equipment Identity Register Bộ ghi danh tính thiết bị
ETSI European Telecommunication Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu
Standards Institude
G
GGSN Gateway GPRS Support Node Nút định tuyến của GPRS
GSM Global System for Mobile Thông tin di động toàn cầu
Communication
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
H
HLR Home Location Register Bộ đăng ký định vị thường trú
I
IMSI International Mobile Station Số hiệu nhận dạng thuê bao di động
Indentity
L
LA Location Area Vùng định vị
LAI Location Area Identity Số định danh cho LA
LLC Logic Link Control Điều khiển liên kết logic
N
NSAPI Network Service Access Điểm truy cập dịch vụ mạng
Point Identifier
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
6
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
M
MS Mobile station Trạm di động
MSC Mobile Service Switching Tổng đài di động
Center
MoU Memorandum of Bản ghi nhớ của 12 nước Châu Âu
Understanding

MT Mobile terminal Đầu cuối di động
P
PAGCH Packet Access Grant Channel Kênh cho phép truy cập gói
PCS Personal communications Dịch vụ liên lạc cá nhân
Service
PCU Packet Control Unit Khối điều khiển
PDM Packet Data Network Mạng dữ liệu gói
PDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói
PDTCH Packet Data Traffic Channel Kênh lưu lượng dữ liệu gói
P-GSM Primary GSM Chuẩn GSM ban đầu sử dụng băng
tần 900 MHz
PPCH Packet Paging Channel Kênh nhắn tin gói
PRACH Packet Random Access Kênh truy cập gói ngẫu nhiên
Channel
PTP-CLNS Point To Point - Dịch vụ mạng không hướng kết nối
Connectionless Network
Service
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
7
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
PTP-CONS Point To Point - Dịch vụ mạng hướng kết nối
Connection Otiented
Network Service
P-TMSI Packet Temporary Mobile Số nhận dạng thuê bao di động tam
Subscriber Identity thời
R
RAI Routing Area Identity Số nhận dạng vùng định tuyến
RAC Routing Area Code Mã vùng định tuyến mới
RACH Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên
S

SGSN Serving GPRS Support Node Nút phục vụ các thuê bao GPRS
SF Stealing Flag Cờ chiếm khung
SS Switching System Hệ thống chuyển mạch
SMS-C Short Message Service Center Trung tâm dịch vụ tin nhắn
SDP Standard Data Protocols Những ứng dụng theo dữ liệu chuẩn
T
TDMA Time DivisionMutiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian
TE Terminal equipment Thiết bị đầu cuối
TFI Temporary Flow Identifier Luồng tức thời
TLLI Temporary Logical Link Tuyến logic tạm thời
Identifier
U
USF Uplink State Flag Cờ trạng thái tuyến lên
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
8
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
UMTS Universal Mobile Thế hệ thứ ba của thông tin di động
Telecommunications System (3G)
V
VLR Visitor Location Register Bộ ghi vị trí tạm trú
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
9
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
PHẦN MỞ ĐẦU
Đề tài được chia làm ba phần:
• Phần I: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VIỄN THÔNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT
TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
• Phần II: LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG GSM
• Phần III: lỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG GPRS
Phần I: của đề tài sẽ đề cập tới những vấn đề cơ bản nhất về mạng thông tin di

động
Phần II: Trình bày những vấn đề cơ bản về mạng thông tin di động GSM (2G)
Phần III: Trình bày những vấn đề cơ bản về mạng thông tin di động GPRS (2,5G)
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
10
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
PHẦN I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VIỄN THÔNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT
TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG:
1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống viễn thông:
• 1836-1866: Điện báo, kỹ thuật ghép kênh, cáp nối qua Đại tây dương.
• 1876-1899: Điện thoại (A.G. Bell), tổng đài điện thoại, chuyển mạch tự
động từng nấc.
• 1887-1907: Điện báo không dây (Marconi) nối từ tầu biển vào bờ trên ĐTD.
• 1820-1828: Lý thuyết truyền dẫn (Carson, Nyquist, Johnson, Hartley).
• 1923-1938: Truyền hình, ống tia âm cực chân không (DuMont), phát thanh
quảng bá.
• 1948-1950: Lý thuyết thông tin (Shannon), các mã sửa lỗi (Hamming,
Golay), ghép kênh theo thời gian ứng dụng vào điện thoại.
• 1960: Mô phỏng laser (Maiman).
• 1962: Thông tin vệ tinh Telstar I.
• 1962-1966: Dịch vụ truyền số liệu được đưa ra thương mại; PCM khả thi
cho truyền dẫn tín hiệu thoại và truyền hình; lý thuyết truyền dẫn số, mã sửa
sai (Viterbi).
• 1964: Khai thác các hệ thống chuyển mạch.
• 1970-1975: CCITT phát triển các tiêu chuẩn về PCM.
• 1975-1985: Hệ thống quang dung lượng lớn, chuyển mạch tích hợp cao, các
bộ vi xử lý tín hiệu số; Mạng di động tổ ong hiện đại được đưa vào khai thác
(NMT, AMPS); Mô hình tham chiếu OSI (tổ chức ISO).
• 1985- 1990: LAN, ISDN được chuẩn hoá, các DV truyền SL phổ biến,
truyền dẫn quang thay cáp đồng trên các đường truyền dẫn băng rộng cự ly

xa, phát triển SONET, chuẩn hoá và khai thác GSM, SDH.
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
11
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
• 1990-1997: GSM tế bào số, truyền hình vệ tinh phổ biến rộng rãi trên thế
giới; Internet mở rộng nhanh chóng nhờ WWW.
• 1997-2000: Viễn thông mang tính cộng đồng, phát triển rộng rãi GSM,
CDMA; Internet phát triển; WAN băng rộng nhờ ATM, LAN Gb.
• 2001: HDTV, di động 3G, các mạng băng rộng, các hệ thống truy nhập đưa
các dịch vụ đa phương tiện tới mọi người.
Chúng ta có thể xét tiến trình phát triển của mạng thông tin di động qua các
giai đoạn sau:
Giai đoạn 2G: gồm có GSM, SMS, Cỉcuit Data
Giai đoạn 2,5G (năm 2001 – 2002): HSCSD, GPRS, ASCI…..
Giai đoạn 3 (GSM Phase 2+): ở giai đoạn này được chia làm 2 hướng phát
triển là:
Từ giai đoạn 2 lên UMTS
Từ giai đoạn 2 thông qua EDGE lên UMTS.
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
12
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
Hình 1.1. Thị phần thông tin di động trên thế giới năm 2006
1.2. Xu hướng phát triển của mạng thông tin di động:
Để đáp ứng được nhu cầu phát triển của công nghệ mới, nhu cầu sử dụng
của thuê bao thì giai đoạn thứ 3 là một nhu cầu tất yếu. Tuy nhiên việc chuyển
giao trực tiếp từ thông tin di động giai đoạn hai GSM lên WCDMA là rất tốn kém,
đòi hỏi chi phí đầu tư lớn từ các nhà sản xuất và các nhà khai thác dịch vụ. Điều
này dẫn tới sự tăng giá thành dịch vụ và ảnh hưởng trực tiếp đến lợi ích của các
thuê bao. Do đó GPRS là một phương pháp khả thi cho một nền tảng GSM đã phát
triển, đó là một bước đệm trong quá trình chuyển từ thông tin di động giai đoạn hai

sang giai đoạn ba. Các công nghệ trong các bước đệm này đối với các mạng thông
tin di động sử dụng công nghệ GSM ở giai đoạn hai là HSCSD (Số liệu chuyển
mạch kênh tốc độ cao). GPRS cho phép các chi phí mà người sản xuất, khai thác
dịch vụ và quan trọng hơn cả là người sử dụng chấp nhận được.
Hình 1.2. Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
13
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
PHẦN II. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG GSM:
Chương 1. Lịch sử hình thành mạng GSM:
1.1. Lịch sử hình thành mạng GSM:
-1982-1985 Conférence Européennedes Postes et Télécommunications
(CEPT – Hiệp hội bưu chính viễn thông Châu Âu) bắt đầu đưa ra chuẩn viễn thông
kỹ thuật số Châu Âu tại băng tần 900MHz, tên là GSM-Global System for Mobile
communication (hệ thống truyền thông di động toàn cầu).
-1986: CEPT lập nhiều vùng thử nghiệm tại Paris để lựa chọn công nghệ
truyền phát. Cuối cùng kỹ thuật Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA –
Time Division Mutiple Access) và đa truy cập theo tần số (FDMA – Frequence
Division Mutiple Access) đã được lựa chọn.
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
14
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
-1986: Hai kỹ thuật trên đã được kết hợp để tạo nên công nghệ phát cho
GSM.
Các nhà khai thác của 12 nước Châu Âu đã cùng ký bản ghi nhớ
Memorandum of Understanding (MoU) quyết tân giới thiệu GSM vào năm 1991.
-1988: CEPT bắt đầu xây dựng đặc tả GSM cho giai đoạn hiện thực và đã có
thêm 5 nước gia nhập MoU.
-1989: Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI – European
Telecommunication Standards Institude) nhận trách nhiệm phát triển đặc tả GSM.

-1990: Đặc tả giai đoạn 1 đã được đưa cho các nhà sản xuất phát triển thiết
bị mạng.
-1991: chuẩn GSM 1800 được công bố và thống nhất cho phép các nước
ngoài CEPT được tham gia bản MoU.
-1992: Đặc tả giai đoạn 1 hoàn tất. Mạng GSM giai đoạn 1 thương mại đầu
tiên được công bố. Thỏa thuận chuyển vùng (roaming) quốc tế đầu tiên giữa
Telecom Finland và Vodafone (Anh) được ký kết.
-1993: Úc là nước đầu tiên ngoài CEPT ký MoU, khi đó MoU đã được 70
nước tham gia. Mạng GSM được công bố tại Áo, Ai-xơ-len, Hồng Kông, Na Uy và
Úc. Thuê bao GSM lên đến hàng triệu. Hệ thống DCS thương mại đầu tiên được
công bố ở Anh.
-1994: MoU có hơn 100 tổ chức tham gia tại 60 nước. Nhiều mạng GSM ra
đời, tổng số thuê bao lên 3 triệu.
-1995: Đặc tả cho Dịch vụ liên lạc cá nhân (PCS – Personal communications
Service) được phát triển tại Mỹ, đây là một phiên bản GSM hoạt động trên tần số
1900MHz. GSM tiếp tục phát triển nhanh, mỗi ngày thuê bao GSM tăng 10.000.
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
15
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
-4/1995:MoU có 188 thành viên trên 69 quốc gia. Hệ thống GSM 1900 có
hiệu lực tuân theo chuẩn PCS 1900.
-1998: Mou có 253 thành viên trên 100 nước và có trên 70 triệu thuê bao
trên toàn cầu chiếm 31% thị trường di động thế giới.
-6/2002 Hiệp hội GSM có 600 thành viên, đạt 79 triệu thuê bao chiếm 71%
thị trường di động số trên 173 quốc gia.
1.2. Đặc tả GSM:
GSM được thiết kế độc lập với hệ thống nên hoàn toàn không phụ thuộc vào
phần cứng mà chỉ tập trung vào chức năng và ngôn ngữ giao tiếp của hệ thống.
Điều này tạo điều kiện cho người thiết kế phần cứng sáng tạo thêm tính năng
và cho phép công ty vận hành mạng mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau.

Bản đặc tả gồm 12 mục, mỗi mục do 1 nhóm chuyên gia và 1 công ty riêng
biệt phụ trách viết, ESTI giữ vai trò điều phối chung..
GSM 1800 được xem là phần phụ lục, nó chỉ đề cập đến sự khác nhau giữa
GSM 900 và GSM 1800.
GSM 1900 được viết dựa trên GSM 1800 nhưng có thay đổi cho phù hợp
với chuẩn ANSI (American National Standards Institude) của Mỹ.
1.3. Kiến trúc mạng GSM:
Thành phần:
1. Mạng GSM được chia thành 2 hệ thống:
Hệ thống chuyển mạch (SS - switching system) và hệ thống trạm phát (BSS - base
station system). Mỗi hệ thống được xây dựng trên nhiều thiết bị chuyên dụng khác
nhau. Ngoài ra, giống như các mạng liên lạc khác, GSM cũng được vận hành, bảo
trì và quản lý bởi các trung tâm máy tính. Hệ thống chuyển mạch chuyên xử lý
cuộc gọi và các công việc liên quan đến thuê bao. BSS xử lý công việc liên quan
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
16
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
đến truyền phát sóng radio. OMC thực hiện nhiệm vụ vận hành và bảo trì mạng,
như theo dõi lưu lượng cảnh báo khi cần thiết. OMC có quyền truy xuất đến cả SS
và BSS.
2. Kiến thức dạng địa lý:
Với mọi mạng điện thoại, kiến trúc là nền tảng quan trọng để xây dựng qui
trình kết nối cuộc thoại đến đúng đích. Với mạng di động thì điều này lại càng
quan trọng: do người dùng luôn di chuyển nên kiến trúc phải có khả năng theo dõi
được vị trí của thuê bao.
3. Ô (cell):
Là đơn vị cơ bản của hệ thống tế bào, được định nghĩa theo vùng phủ sóng
của BTS. Mỗi ô được cấp một số định danh duy nhất gọi là CGI (Cell Global
Identity). Để phủ sóng toàn quốc, người ta cần đến một số lượng rất lớn BTS. Để
phủ sóng toàn bộ 61 tỉnh thành Mobifone bố trí 358 BTS, Việc bố trí dựa trên một

mức độ khai thác của từng khu vực, chỉ riêng khu vực 2 (từ Lâm Đồng trở vào) đã
đặt đến gần 300 BTS (chiếm gần một nữa tổng số BTS của mạng); trong tương lai,
GPC (công ty quản lý mạng Vinaphone) và VMS (MobiFone) vẫn sẽ tiếp tục lắp
đặt thêm BTS để mở rộng và nâng cấp chất lượng vùng phủ sóng.
4. Vùng định vị (LA-Location Area):
Nhiều ô được ghép nhóm và gọi là một LA. Trong mạng, vị trí của thuê bao
do LA khu vực của thuê bao nắm giữ. Số định danh cho LA được lưu thành thông
số LAI (Location Area Identity) ứng với từng thiết bị di động (điện thoại di động)
trong VLR. Khi thiết bị di chuyển sang ô của LA khác thì bắt buộc phải đăng ký lại
vị trí với mạng, nếu dịch chuyển giữa các ô trong cùng một LA thì không phải thực
hiện qui trình trên. Khi có cuộc gọi đến thiết bị, thông điệp được phát ra
(broadcast) toàn bộ các ô của LA đang quản lý thiết bị.
5. Vùng phục vụ của MSC:
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
17
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
Nhiều vùng LA được quản lý bởi một MSC. Để có thể kết nối cuộc thoại đến
thiết bị di động, thông tin vùng dịch vụ MSC cũng được theo dõi và lưu lại HLR.
6. Vùng phục vụ của nhà khai thác:
Vùng phục vụ của nhà khai thác bao gồm toàn bộ các ô mà công ty có thể
phục vụ; nói cách khác, đây chính là toàn bộ của vùng phủ sóng của nhà khai thác
mà thuê bao có thể truy nhập vào hệ thống. Mỗi nhà khai thác sẽ có thông số vùng
phục vụ riêng. Việt Nam hiện có hai vùng phục vụ MobiFone và Vinaphone, hy
vọng sắp tới sẽ sớm có thêm vùng phục vụ của Saigon Postel liên doanh với SLD
(Singapore), Vietel, Viễn Thông Sài Gòn.
Vùng dịch vụ GSM: Vùng dịch vụ GSM là toàn bộ vùng địa lý mà thuê bao
có thể truy nhập vào mạng GSM, và sẽ càng mở rộng khi có thêm nhiều nhà khai
thác ký thỏa ước hợp tác với nhau. Hiện tại thì vùng dịch vụ GSM đã phủ hàng
chục quốc gia, kéo dài từ Ai-xơ-len đến Châu Úc và Nam Phi. Chuyển vùng là khả
năng cho phép thuê bao truy nhập mạng của mình từ mạng khác. Mô hình mạng di

động tế bào có thể được trình bày giữa hai góc độ .
7. Băng tần:
Hiện tại mạng GSM đang hoạt động trên 3 băng tần: 900, 1800, 1900MHz.
Chuẩn GSM ban đầu sử dụng băng tần 900MHz, gọi là phiên bản P-GSM (Primary
GSM). Để tăng dung lượng, băng tần dần mở sang 1800 và 1900MHz, gọi là phiên
bản mở rộng (E-GSM). Chính vì thế, thị trường đã xuất hiện nhiều loại điện thoại
hỗ trợ nhiều băng tần nhằm tạo thuận lợi cho người dùng thường xuyên đi nước
ngoài và tận dụng được hết ưu thế chuyển vùng quốc tế của mạng GSM hiện nay.
1.4. Các thủ tục cơ bản của GSM.
Thiết bị sẽ tự động thực hiện quy trình cần thiết mà không cần đến sự quan
tâm hay điều khiển của người dùng.
1.Đăng nhập thiết bị vào mạng:
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
18
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
Khi thiết bị (điện thoại di động) ở trạng thái tắt, nó được tách ra khỏi mạng.
Khi bật lên, thiết bị dò tần số GSM để tìm kênh điều khiển. Sau đó, thiết bị đo
cường độ của tín hiệu từ các kênh và ghi lại. Cuối cùng thì chuyển sang kết nối với
kênh có tín hiệu mạnh nhất.
2. Chuyển vùng:
Vì GSM là một chuẩn chung nên thuê bao có thể dùng điện thoại hệ GSM
tại hầu hết các mạng GSM trên thế giới. Trong khi di chuyển, thiết bị liên tục dò
kênh để luôn duy trì tín hiệu với trạm là mạnh nhất. Khi tìm thấy trạm có tín hiệu
mạnh hơn, thiết bị sẽ tự động chuyển sang mạng mới; nếu trạm mới nằm trong LA
khác, thiết bị sẽ báo cho mạng biết vị trí mới của mình. Riêng với chế độ chuyển
vùng quốc tế hoặc chuyển vùng giữa mạng của hai nhà khai thác dịch vụ khác nhau
thì quá trình cập nhật vị trí đòi hỏi phải có sự chấp thuận và hỗ trợ từ cấp nhà khai
thác dịch vụ.
*Thực hiện cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định:
1. Thiết bị kiểu yêu cầu một kênh báo hiệu.

2. BSC/TRC sẽ chỉ định kênh báo hiệu.
3. Thiết bị gửi yêu cầu thiết lập cuộc gọi cho MSC/VLR. Thao tác đăng ký
trạng thái tích cực cho thiết bị vào VLR, xác thực, mã hóa, nhận dạng thiết bị, gửi
số được gọi cho mạng, kiểm tra xem thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi ra đều
được thực hiện trong bước này. - Nếu hợp lệ, MSC/VLR báo cho BSC/TRC một
kênh đang rỗi. - MSC/VLR chuyển tiếp số được gọi cho mạng PSTN. - Nếu máy
được gọi trả lời, kết nối sẽ được thiết lập.
*Thực hiện cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động:
Điểm khác biệt quan trọng so với gọi từ thiết bị di động là vị trí của thiết bị
không được biết chính xác. Chính vì thế trước khi kết nối, mạng phải thực hiện
công việc xác định vị trí của thiết bị di động.
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
19
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
1. Từ điện thọai cố định, số điện thoại di động được gửi đến mạng PSTN.
Mạng sẽ phân tích, và nếu phát hiện ra từ khóa gọi ra mạng di động, mạng PSTN
sẽ kết nối với trung tâm GMSC của nhà khai thác thích hợp.
2. GMSC phân tích số điện thoại di động để tìm ra vị trí đăng ký gốc
trong HLR của thiết bị và cách thức nối đến MSC/VLR phục vụ.
3. HLR phân tích số điện thoại di động để tìm ra MSC/VLR đang phục vụ
cho thiết bị. Nếu có đăng ký dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi đến, cuộc gọi sẽ được trả
về GMSC với số điện thoại được yêu cầu chuyển đến.
4. HLR liên lạc với MSC/VLR đang phục vụ.
5. MSC/VLR gửi thông điệp trả lời qua HLR đến GMSC.
6. GMSC phân tích thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR.
7. MSC/VLR biết địa chỉ LA của thiết bị nên gửi thông điệp đến BSC quản
lý LA này.
8. BSC phát thông điệp ra toàn bộ các ô thuộc LA.
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
20

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
Hình 1.3. Base Station Controller – Bộ điều khiển trạm gốc
9. Khi nhận được thông điệp, thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngược lại.
10. BSC cung cấp một khung thông điệp chứa thông tin.
11. Phân tích thông điệp của BSC gửi đên để tiến hành thủ tục bật trạng thái
của thiết bị lên tích cực, xác nhận, mã hóa, nhận diện thiết bị.
12. MSC/VLR điều khiển BSC xác lập một kênh rỗi, đổ chuông. Nếu thiết
bị di động chấp nhận trả lời, kết nối được thiết lập. Trong trường hợp thực hiện
cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động, quá trình cũng diễn ra tương tự
nhưng điểm giao tiếp với mạng PSTN của điện thoại cố định sẽ được thay thế bằng
MSC/VLR khác. DROPBACK giữa hai nhà khai thác dịch vụ. Đây là một ưu điểm
mà các nhà khai thác dịch vụ thường ứng dụng để tiết kiệm chi phí cho truyền phát
và xử lý. Ví dụ trong vùng chuyển vùng quốc tế, thuê bao đăng ký tại Việt Nam
thực hiện cuộc gọi tại Singapore cho một thiết bị di động tại Singapore. Thông
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
21
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
thường tuyến kết nối sẽ đi ngược về Việt Nam; nếu ứng dụng tính năng dropback,
tuyến kết nối sẽ được tối ưu trong vùng của Singapore.
1.5.Gửi và nhận tin nhắn trong mạng GSM:
• Gửi tin nhắn:
1. Thiết bị di động kết nối vào mạng. Nếu kết nối đang có sẵn, quá trình này
được bỏ qua.
2. Sau khi hoàn tất thành công quá trình xác thực, nội dung thông điệp sẽ
được chuyển đến Trung Tâm Dịch Vụ Tin Nhắn (SMS -C – Short Message Service
Center).
• Nhận tin nhắn:
1. Người dùng gửi tin nhắn đến SMS-C.
2. SMS-C gửi tin nhắn đến SMS-GMS-C.
3. SMS-GMSC truy vấn HLR về thông tin định tuyến.

4. HLR đáp ứng truy vấn.
5. SMS-GMSC chuyển thông điệp lại cho MSC/VLR chỉ định.
6. Tiến hành nhắn tin tìm kiếm và kết nối thiết bị vào mạng.
7. Nếu xác thực thành công, MSC/VLR sẽ phát tin nhắn đến thiết bị.
8. Nếu truyền nhận tin nhắn thành công, MSC/VLR sẽ gửi báo cáo về SMS-
C; ngược lại, MSC/VLR sẽ thông báo cho HLR và gửi báo cáo lỗi về
SMS-C.
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
22
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
PHẦN 3. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG GPRS:
Chương 2. Lịch sử hình thành và khái quát chung về GPRS:
Hình 2.1. Cấu trúc của một mạng GPRS
GPRS (General Packet Radio Service) là một công nghệ mới đầy triển vọng
được Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu tiêu chuẩn hoá vào năm 1993,đó là dịch
vụ vô tuyến gói tổng hợp được phát triển trên nền tảng công nghệ thông tin di động
toàn cầu (GSM) sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA).Nguyên lý
cơ bản của công nghệ là sử dụng các gói tin để truyền tải dữ liệu trên mạng khi và chỉ
khi có dữ liệu được gửi thay cho việc sử dụng kết nối kênh cố định của dịch vụ
GPRS. Công nghệ GPRS hay còn biết đến với mạng di động thế hệ 2.5G, áp dụng
nguyên lý gói vô tuyến để truyền số liệu của người sử dụng một cách có hiệu quả
giữa máy điện thoại di động tới các mạng truyền số liệu.
GPRS cho phép sử dụng các máy điện thoại di động thông thường để truy
nhập Internet. Nhờ GPRS người sử dụng có thể làm việc với thư điện tử của mình,
với các server Web thông thường (chứ không phải với các versions WAP chuyên
dụng) v.v...
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
23
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
Ưu thế cơ bản của các mạng GPRS là ở chỗ người sử dụng chỉ phải chi trả

cho lượng thông tin phát /thu chứ không phải cho thời gian vào mạng. Trước khi
có tiêu chuẩn công nghệ GPRS, thuê bao phải trả tiền cho toàn bộ thời gian kết nối
mà không phụ thuộc vào việc họ có sử dụng kênh truyền số liệu quy định hay
không. Nói một cách khác, tài nguyên của mạng chỉ phát huy hiệu lực trong thời
gian truyền số liệu trực tiếp từ máy điện thoại. Trong thời gian ngừng hoạt động,
chẳng hạn như để duyệt thư điện tử, tài nguyên mạng được giao cho các thuê bao
khác sử dụng. Ngoài ra, công nghệ GPRS là một giai đoạn trung gian để chuyển từ
thế hệ thứ hai (GMS) sang thế hệ thứ ba (UMTS - Universal Mobile
Telecommunications System). Trong GPRS, tốc độ truyền số liệu cao nhất có thể
có là 171,2kbit/s nhanh hơn gần gấp 12 lần so với truyền số liệu trong các mạng
GMS thông thường (9,6 kbit/s). Tuy nhiên,vào thời điểm hiện tại người ta chưa cần
tốc độ cao như vậy mà thường chỉ trong khoảng 30-40kbit/s.
Với các chức năng được tăng cường, GPRS làm giảm giá thành, tăng khả
năng thâm nhập các dịch vụ số liệu cho người dùng. Hơn nữa, GPRS nâng cao các
dịch vụ dữ liệu như độ tin cậy và đáp ứng các đặc tính hỗ trợ. Các ứng dụng sẽ
được phát triển với GPRS sẽ hấp dẫn hàng loạt các thuê bao di động và cho phép
các nhà khai thác đa dạng hoá các dịch vụ. Các dịch vụ mới sẽ làm tăng nhu cầu về
dung lượng đường truyền trên các tài nguyên vô tuyến và các tiểu hệ thống cơ sở.
Một phương pháp GPRS dùng để làm gim bớt các tác động đến dung lượng đường
truyền là chia sẻ cùng tài nguyên Radio giữa các trạm di động trong một tế bào.
Hơn nữa, các thành phần mạng cốt lõi sẽ được triển khai để hỗ trợ cho các dịch vụ
số liệu được hiệu quả hơn.
Để cung cấp các dịch vụ mới cho người sử dụng điện thoại di động, GPRS là
bước quan trọng hội nhập tới các mạng thông tin thế hệ ba (3G). GPRS cho phép
các nhà khai thác mạng triển khai trên nền một cấu trúc cốt lõi dựa trên mạng IP
cho các ứng dụng số liệu và sẽ tiếp tục được sử dụng và mở rộng cho các dịch vụ
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
24
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT
3G cho các ứng dụng số liệu và thoại tích hợp. GPRS chứng tỏ được sự phát triển

các dịch vụ và ứng dụng mới, cũng như được dùng để phát triển các dịch vụ 3G.
Trước những mong đợi về nhu cầu đa dạng và tinh vi của dịch vụ, GPRS đã cải
tiến cách truyền trong mạng GSM theo chuẩn ETSI (European Telecommunications
Standards Institute).
Về cơ bản là sử dụng các gói tin để truyền tải dữ liệu trên mạng thay cho
việc sử dụng kết nối kênh cố định của dịch vụ hiện tại khi và chỉ khi có dữ liệu
được gửi. Giao thức TP được sử dụng trong mạng GPRS vì GPRS được thiết kế
như một phương thức cung cấp dịch vụ mạng để hỗ trợ những ứng dụng theo dữ
liệu chuẩn (Standard Data Protocols).
Một trong những ưu điểm của chuyển mạch gói là cho phép nhiều người sử
dụng phận chia một kênh vật lý. Điều này sẽ tối ưu hóa sử dụng phổ nhờ phân chia
khe thời gian động giữa những người sử dụng và nâng cao hiệu suất sử dụng lên
gấp ba lần so với chuyển mạch kênh. Thuê bao có thể kết nối đến tất cả các khe
thời gian với thời gian thiết lập cuộc gọi nhỏ. Như vậy sẽ tiết kiệm chi phí cho cơ
sở hạ tầng vì có thể triển khai phát triển trên nền hạ tầng sẵn có để hỗ trợ cho cả
hai loại dịch vụ: thoại và dữ liệu.
Trong khi kỹ thuật chuyển mạch kênh có thể cho tốc độ truyền dẫn dữ liệu
lên 56 kbit/s đối với mạng thông tin cố định hay 9,6 kbit/s đối với mạng GSM hiện
tại nhưng chi phí rất cao và sử dụng không hiệu quả, thì GPRS với kỹ thuật chuyển
mạch gói đưa tốc độ lên tới 171,2 kbit/s và phổ được sử dụng hiệu quả hơn gấp 3
lần so với tốc độ truyền dẫn dữ liệu của mạng thông tin cố định và gấp 10 lần tốc
độ truyền dẫn dữ liệu của mạng GSM hiện tại.
Tốc độ dữ liệu cung cấp bởi GPRS phụ thuộc vào lược đồ mã hóa kênh. Có
4 chuẩn tốc độ cho một kênh truyền trong GPRS là: 9,05 kbit/s – 13,4 kbit/s – 15,6
kbit/s – 21,4 kbits như mô tả ở hình 3.2:
Tổng quan về mạng GSM và GPRS
25