Phân bố kênh, đánh giá chất lượng và dung lượng báo hiệu trong hệ tích hợp GSM, GPRS
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.11 MB, 112 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Đỗ Giang Nam
PHÂN BỐ KÊNH, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG
VÀ DUNG LƯỢNG BÁO HIỆU TRONG HỆ TÍCH HỢP
GSM/GPRS
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hà Nội - 2008
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Đỗ Giang Nam
PHÂN BỐ KÊNH, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG
VÀ DUNG LƯỢNG BÁO HIỆU TRONG HỆ TÍCH HỢP
GSM/GPRS
Ngành : Công nghệ điện tử-viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện và thông tin liên lạc.
Mã số : 2.07.00
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS-TS. NGUYỄN VIẾT KÍNH
Hà Nội - 2008
1
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể đồng nghiệp Công ty Viễn
Thông Viettel (Viettel Telecom) – TCT. Viễn Thông Quân Đội, đơn vị nơi em đang
công tác, các anh chị và các bạn tập thể lớp K11Đ2, những người đã giúp đỡ cho em
rất nhiều trong quá trình công tác và học tập.
Em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, những người đã có nhiều động
viên khuyến khích em trong công việc học tập cũng như trong cuộc sống.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới PGS-TS. Nguyễn Viết Kính,
người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, gợi ý giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
Những nhận xét quý báu của Thầy giúp em có những cái nhìn sâu sắc hơn để hoàn
thiện luận văn một cách tốt nhất có thể.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả những người đã hỗ trợ em trong
qúa trình hoàn thành đề tài luận văn này.
Hà Nội, tháng 7 năm 2008
Đỗ Giang Nam
2
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC HÌNH VẼ xi
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM 3
I.1. Giới thiệu chung 3
I.2. Các đặc tính của GSM. 3
I.3. Các dịch vụ của GSM. 3
I.3.1. Dịch vụ thoại. 4
I.3.2. Dịch vụ dữ liệu. 4
I.4. Cấu trúc mạng GSM 4
I.4.1. Trạm di động MS. 5
I.4.2. Phân hệ trạm gốc BSS. 5
I.4.2.1. Trạm thu phát gốc BTS 5
I.4.2.2. Bộ điều khiển trạm gốc BSC 6
I.4.2.3. Bộ chuyển đổi mã hóa và thích ứng tốc độ TRAU 6
I.4.3. Phân hệ chuyển mạch mạng NSS 7
I.4.3.1. Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC 7
I.4.3.2. Tổng đài vô tuyến cổng GMSC 7
I.4.3.3. Bộ ghi định vị thường trú HLR 7
I.4.3.4. Bộ ghi định vị tạm trú VLR 8
I.4.3.5. Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR 8
I.4.3.6. Trung tâm nhận thực AuC 8
I.4.4. Phân hệ khai thác OSS 8
I.4.4.1. Khai thác và bảo dưỡng mạng 9
I.4.4.2. Quản lý thuê bao 9
I.4.4.3. Quản lý thiết bị di động 9
I.5. Cấu trúc địa lý của mạng GSM. 9
I.6. Các số nhận dạng của GSM 11
I.6.1. Số thuê bao di động MSISDN 11
I.6.2. Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI.
12
I.6.3. Số chuyển vùng của thuê bao di động MSRN 12
I.6.4. Số nhận dạng tạm thời thuê bao di động TMSI 13
3
I.6.5. Số nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế IMEI 13
I.6.6. Số nhận dạng vùng định vị LAI. 13
I.6.7. Số nhận dạng ô toàn cầu CGI 13
I.7. Các trường hợp thông tin 13
I.7.1. Các trạng thái của MS 13
I.7.2. Thủ tục nhập mạng 14
I.7.3. Chuyển vùng và cập nhật vị trí. 14
I.7.4. Thủ tục rời mạng. 15
I.7.5. Các trường hợp cuộc gọi. 15
I.7.5.1. Thuê bao di động thực hiện cuộc gọi. 15
I.7.5.2. Các cuộc gọi tới thuê bao di động. 15
I.7.6. Chuyển giao Handover 16
I.8. Kết luận 17
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG GPRS 18
II.1. Giới thiệu chung. 18
II.1.2. Cấu trúc hệ thống GPRS. 19
II.1.2.1 GGSN. 19
II.1.2.2 SGSN 21
II.1.2.3 Đơn vị kiểm tra dữ liệu gói PCU 23
II.1.2.4 HLR, VLR, AUC và EIR 23
II.1.2.5 BSS (Base Station System). 24
II.2. Quản lý di động trong GPRS 24
II.2.1. Trạng thái Idle 24
II.2.2. Trạng thái Standby. 24
II.2.3. Trạng thái Ready 25
II.2.4. Mô hình chuyển đổi trạng thái 25
II.2.4.1. Từ Idle sang Ready 26
II.2.4.2. Từ Ready sang Standby 26
II.2.4.3. Từ Standby sang Ready 27
II.2.4.4. Từ Standby sang Idle 27
II.2.4.5. Từ Ready sang Idle. 27
II.3. Các giao thức của GPRS 27
II.4. Thủ tục nhập mạng và rời bỏ mạng GPRS. 30
II.4.1. Thủ tục nhập mạng. 30
II.4.2. Thủ tục rời bỏ mạng. 32
4
II.4.2.1. Thủ tục rời bỏ mạng GPRS bắt đầu từ MS. 33
II.4.2.2. Thủ tục rời bỏ bắt đầu từ SGSN 33
II.5. Thủ tục cập nhật Cell, RA và cập nhật tổng hợp LA/RA. 34
II.5.1. Thủ tục cập nhật CELL 34
II.5.2. Thủ tục cập nhật RA 34
II.5.3. Thủ tuc cập nhật tổng hợp LA/RA 35
II.5.3.1. Thủ tục Cập nhật vị trí inter-SGSN. 35
II.5.3.2 Thủ tục cập nhật vị trí intra-SGSN. 36
II.5.4. Tìm gọi 37
II.5.5. Lựa chọn lại cell. 38
II.6. Truyền và định tuyến gói 39
II.6.1. Địa chỉ IP động. 40
II.6.2. Địa chỉ IP tĩnh 40
II.6.3. Tên điểm truy nhập (APN:Access Point Name) 41
II.6.4. Kích hoạt PDP context 42
II.6.4.1. Thủ tuc kích hoạt PDP context đắt đầu từ MS 42
II.6.4.2. Quá trình mạng yêu cầu kích hoạt PDP context. 43
II.6.4.3. Quá trình thay đổi PDP context 44
II.6.4.4. Trường hợp rời bỏ PDP context. 45
II.6.4.5. Quá trình rời bỏ PDP context bắt đầu từ MS 45
II.6.4.6. Thủ tục rời bỏ PDP context bắt đầu từ SGSN. 46
II.6.4.7. Thủ tục rời PDP context bắt đầu GGSN 46
II.7. Kết luận 47
CHƯƠNG 3: PHÂN BỐ KÊNH, ĐÁNH GIÁ CHẤT
LƯỢNG VÀ DUNG LƯỢNG BÁO HIỆU TRONG HỆ
TÍCH HỢP GSM/GPRS 48
III.1. Phân bố kênh trong hệ tích hợp GSM/GPRS. 48
III.1.1. Các kênh logic dữ liệu gói. 48
III.1.2. Kênh lưu lượng dữ liệu gói. 50
III.1.3. Thủ tục truyền gói dữ liệu trên giao diện vô tuyến. 53
III.1.3.1. Thủ tục truyền gói dữ liệu khởi tạo từ MS 53
III.1.3.2. Thủ tục truyền gói dữ liệu đến một MS 55
III.1.4. Các phương pháp cấp phát kênh. 58
III.1.4.1. Cấp phát kênh động. 58
III.1.4.2. Cấp phát kênh tĩnh 60
III.1.5. Các phương án triển khai tích hợp mạng GPRS vào GSM 61
5
III.2. Đánh giá chất lượng hệ tích hợp GSM/GPRS. 62
III.2.1. Chất lượng đường truyền GPRS. 62
III.2.1.1. Giới thiệu: 62
III.2.1.2. Sự suy yếu của tín hiệu tần số vô tuyến. 63
III.2.1.3. Chất lượng bị can nhiễu hữu hạn. 64
III.2.2. Quản lý tài nguyên vô tuyến. 65
III.2.2.1. Điều khiển tài nguyên vô tuyến của hệ tích hợp
GSM/GPRS. 65
III.2.2.2. Thuật toán điều khiển tài nguyên dữ liệu. 67
III.2.2.3. Chiến lược kiểm tra theo vòng (Polling). 67
III.2.2.4. Thuật toán thích nghi đường truyền trong GPRS 69
III.2.3. Điều khiển công suất 71
III.2.3.1. Điều khiển công suất đường lên. 71
III.2.3.2. Điều khiển công suất đường xuống. 72
III.3. Dung lượng báo hiệu 73
III.3.1. Tiêu chuẩn dung lượng báo hiệu 73
III.3.2. Dung lượng báo hiệu cho thoại trong GSM. 74
III.3.2.1. Phương pháp 75
III.3.2.2. Các giả định lưu lượng GSM 75
III.3.2.3 Dung lượng SDCCH 76
III.3.3. Dung lượng báo hiệu trong GPRS. 76
III.3.3.1. Sự phân chia CCCH trong hệ thống GSM và GPRS 77
III.3.3.2. So sánh giữa CCCH và PCCCH. 79
III.4. Đặc điểm cấu trúc mạng GSM/GPRS của Viettel. 79
III.4.1. Mạng GSM. 79
III.4.2. Mạng GPRS 82
III.5. Kết luận 85
KẾT LUẬN
6
BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Nghĩa
AGCH Access Grant Channel Kênh chấp nhận truy cập
BCCH Broadcast Control CHannel Kênh điều khiển quảng bá
BCH Broadcast CHannel Kênh quảng bá
BCS Block Check Sequence Chuỗi kiểm tra khối
BLER Block Error Rate Tỉ lệ lỗi khối
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc
BSSGP Base Station System GPRS
Protocol
Giao thức GPRS hệ thống
trạm gốc
BSSAP Base Station System Application
Part
Phần ứng dụng hệ thống
trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
C/I Carrier-to-Interference ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
CCCH Common Control CHannel Kênh điều khiển chung
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã
CDR Call Data Record Bản ghi dữ liệu cuộc gọi
CGI Cell Global Identifier Số nhận dạng ô toàn cầu
CIR Carrier/Interference Nhiễu sóng mang
CS Coding Scheme Mô hình mã hóa
CSPDN Circuit Switched Public Data
Network
Mạng dữ liệu công cộng
chuyển mạch kênh
DCCH Dedicated Control CHannel Kênh điều khiển riêng
DL Down Link Đường xuống
DNS Domain Name Server Máy chủ tên miền
DRX Discontinuous Reception Quá trình thu gián đoạn
EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị
EGPRS Enhanced General Packet Radio
System
Hệ thống vô tuyến gói nâng
cao
ETSI European Telecommunications
Standards Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu
7
FACCH Fast Associated Control CHannel Kênh điều khiển liên kết nhanh
FCCH Frequency Correction CHannel Kênh hiệu chỉnh tần số
FDMA Frequency Division Multiple
Access
Đa truy cập phân chia theo
tần số
FH Frequency Hopping Nhảy tần
GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng
GMSC Gateway MSC MSC cổng
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM Global System for Mobile
communication
Hệ thống thông tin di động
toàn cầu
GSN GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS
GTP GPRS Tunnelling Protocol Giao thức đường hầm GPRS
HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú
IMEI International Mobile Equipment
Identity
Số nhận dạng thiết bị di động
quốc tế
IMSI International Mobile Subscriber
Identity
Số nhận dạng thuê bao di động
quốc tế
ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số dịch vụ tích hợp
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
ISUP ISDN User Part Phần người sử dụng ISDN
ITU International Telecommunications
Union
Hiệp hội viễn thông quốc tế
LA Location Area Vùng định vị
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LAPD Link Access Procedures on D
channel
Các thủ tục truy cập liên kết
trên kênh D
LAPDm Link Access Procedures on Dm
channel
Các thủ tục truy cập liên kết
trên kênh Dm
LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết logic
MAC Medium Access Control Điều khiển truy cập thiết bị
MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động
MCS Modulation and Coding Scheme Mô hình mã hóa và điều chế
MS Mobile Station Trạm di động
8
MSC Mobile services Switching Center Trung tâm chuyển mạch
các dịch vụ di động
MSISDN MS ISDN Number Số ISDN của MS
NS Network Service Dịch vụ mạng
NSS Network SubSystem Phân hệ mạng
NTP Network Time Protocol Giao thức định thời mạng
OMC Operation and Maintenance Center Trung tâm khai thác và
bảo dưỡng
OSS Operations Support System Hệ thống hỗ trợ khai thác
PACCH Packet Associated Control CHannel Kênh điều khiển liên kết gói
PAGCH Packet Access Grant CHannel Kênh chấp nhận truy cập gói
PBCCH Packet Broadcast Control CHannel Kênh điều khiển quảng bá gói
PCCH Packet Common Control CHannel Kênh điều khiển chung gói
PCH Paging CHannel Kênh tìm gọi
PCM Pulse Code Modulation Điều xung mã
PCU Packet Control Unit Khối điều khiển gói
PDCH Packet Data CHannel Kênh dữ liệu gói
PDN 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
PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất
công cộng
PPCH Packet Paging CHannel Kênh tìm gọi gói
PRACH Packet Random Access CHannel Kênh truy cập ngẫu nhiên gói
PSPDN Packet Switched Public Data
Network
Mạng dữ liệu công cộng
chuyển mạch gói
PSTN Public Switched Telephone
Network
Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
PTCH Packet Traffic CHannel Kênh lưu lượng gói
PTM Point-To-Multipoint Điểm - đa điểm
P-TMSI Packet TMSI TMSI gói
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
9
RA Routing Area Vùng định tuyến
RAC Routing Area Code Mã vùng định tuyến
RACH Random Access CHannel Kênh truy cập ngẫu nhiên
RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến
RR Radio Resource management Quản lý tài nguyên vô tuyến
SACCH Slow Associated Control CHannel Kênh điều khiển liên kết chậm
SCH Synchronous CHannel Kênh đồng bộ
SDCCH Standalone Dedicated Control
CHannel
Kênh điều khiển riêng
đứng đơn lẻ
SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ
SIM Subcriber Identity Module Modul nhận dạng thuê bao
SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn
SNDCP SubNetwork Dependent
Convergence Protocol
Giao thức hội tụ phụ thuộc
phân mạng
SNMP Simple Network Management
Protocol
Giao thức quản lý mạng
đơn giản
TA Timing Advance Định thời
TCH Traffic CHannel Kênh lưu lượng
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền
dẫn
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo
thời gian
TID Tunnel IDentifier Số nhận dạng đường hầm
TLLI Temporary Logical Link Identifier Số nhận dạng liên kết logic
tạm thời
TMN Telecommunication Management
Network
Mạng quản lý viễn thông
TMSI Temporary Mobile Subscriber
Identifier
Số nhận dạng thuê bao di động
tạm thời
TRAU Transcoder and Rate Adaptor Unit Khối thích ứng tốc độ và
chuyển đổi mã hoá
TRC TRanscoder Controller Bộ điều khiển chuyển đổi
10
mã hoá
TRX Transceiver Bộ thu phát
TSL Time Slot Khê thời gian
TUP Telephone User Part Phần người sử dụng điện thoại
UDP User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu đồ người
dùng
UMTS Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống viễn thông di động
toàn cầu
UL Up Link Đường lên
USF Uplink State Flag Cờ trạng thái đường lên
VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
WCDMA Wideband CDMA CDMA băng rộng
WPP Wireless Packet Platform Nguyên tắc gói không dây
11
BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Nghĩa
AGCH Access Grant Channel Kênh chấp nhận truy cập
BCCH Broadcast Control CHannel Kênh điều khiển quảng bá
BCH Broadcast CHannel Kênh quảng bá
BCS Block Check Sequence Chuỗi kiểm tra khối
BLER Block Error Rate Tỉ lệ lỗi khối
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc
BSSGP Base Station System GPRS
Protocol
Giao thức GPRS hệ thống
trạm gốc
BSSAP Base Station System Application
Part
Phần ứng dụng hệ thống
trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
C/I Carrier-to-Interference ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
CCCH Common Control CHannel Kênh điều khiển chung
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã
CDR Call Data Record Bản ghi dữ liệu cuộc gọi
CGI Cell Global Identifier Số nhận dạng ô toàn cầu
CIR Carrier/Interference Nhiễu sóng mang
CS Coding Scheme Mô hình mã hóa
CSPDN Circuit Switched Public Data
Network
Mạng dữ liệu công cộng
chuyển mạch kênh
DCCH Dedicated Control CHannel Kênh điều khiển riêng
DL Down Link Đường xuống
DNS Domain Name Server Máy chủ tên miền
DRX Discontinuous Reception Quá trình thu gián đoạn
EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị
EGPRS Enhanced General Packet Radio
System
Hệ thống vô tuyến gói nâng
cao
ETSI European Telecommunications
Standards Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu
12
FACCH Fast Associated Control CHannel Kênh điều khiển liên kết nhanh
FCCH Frequency Correction CHannel Kênh hiệu chỉnh tần số
FDMA Frequency Division Multiple
Access
Đa truy cập phân chia theo
tần số
FH Frequency Hopping Nhảy tần
GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng
GMSC Gateway MSC MSC cổng
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM Global System for Mobile
communication
Hệ thống thông tin di động
toàn cầu
GSN GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS
GTP GPRS Tunnelling Protocol Giao thức đường hầm GPRS
HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú
IMEI International Mobile Equipment
Identity
Số nhận dạng thiết bị di động
quốc tế
IMSI International Mobile Subscriber
Identity
Số nhận dạng thuê bao di động
quốc tế
ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số dịch vụ tích hợp
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
ISUP ISDN User Part Phần người sử dụng ISDN
ITU International Telecommunications
Union
Hiệp hội viễn thông quốc tế
LA Location Area Vùng định vị
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LAPD Link Access Procedures on D
channel
Các thủ tục truy cập liên kết
trên kênh D
LAPDm Link Access Procedures on Dm
channel
Các thủ tục truy cập liên kết
trên kênh Dm
LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết logic
MAC Medium Access Control Điều khiển truy cập thiết bị
MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động
MCS Modulation and Coding Scheme Mô hình mã hóa và điều chế
MS Mobile Station Trạm di động
13
MSC Mobile services Switching Center Trung tâm chuyển mạch
các dịch vụ di động
MSISDN MS ISDN Number Số ISDN của MS
NS Network Service Dịch vụ mạng
NSS Network SubSystem Phân hệ mạng
NTP Network Time Protocol Giao thức định thời mạng
OMC Operation and Maintenance Center Trung tâm khai thác và
bảo dưỡng
OSS Operations Support System Hệ thống hỗ trợ khai thác
PACCH Packet Associated Control CHannel Kênh điều khiển liên kết gói
PAGCH Packet Access Grant CHannel Kênh chấp nhận truy cập gói
PBCCH Packet Broadcast Control CHannel Kênh điều khiển quảng bá gói
PCCH Packet Common Control CHannel Kênh điều khiển chung gói
PCH Paging CHannel Kênh tìm gọi
PCM Pulse Code Modulation Điều xung mã
PCU Packet Control Unit Khối điều khiển gói
PDCH Packet Data CHannel Kênh dữ liệu gói
PDN 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
PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất
công cộng
PPCH Packet Paging CHannel Kênh tìm gọi gói
PRACH Packet Random Access CHannel Kênh truy cập ngẫu nhiên gói
PSPDN Packet Switched Public Data
Network
Mạng dữ liệu công cộng
chuyển mạch gói
PSTN Public Switched Telephone
Network
Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
PTCH Packet Traffic CHannel Kênh lưu lượng gói
PTM Point-To-Multipoint Điểm - đa điểm
P-TMSI Packet TMSI TMSI gói
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
14
RA Routing Area Vùng định tuyến
RAC Routing Area Code Mã vùng định tuyến
RACH Random Access CHannel Kênh truy cập ngẫu nhiên
RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến
RR Radio Resource management Quản lý tài nguyên vô tuyến
SACCH Slow Associated Control CHannel Kênh điều khiển liên kết chậm
SCH Synchronous CHannel Kênh đồng bộ
SDCCH Standalone Dedicated Control
CHannel
Kênh điều khiển riêng
đứng đơn lẻ
SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ
SIM Subcriber Identity Module Modul nhận dạng thuê bao
SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn
SNDCP SubNetwork Dependent
Convergence Protocol
Giao thức hội tụ phụ thuộc
phân mạng
SNMP Simple Network Management
Protocol
Giao thức quản lý mạng
đơn giản
TA Timing Advance Định thời
TCH Traffic CHannel Kênh lưu lượng
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền
dẫn
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo
thời gian
TID Tunnel IDentifier Số nhận dạng đường hầm
TLLI Temporary Logical Link Identifier Số nhận dạng liên kết logic
tạm thời
TMN Telecommunication Management
Network
Mạng quản lý viễn thông
TMSI Temporary Mobile Subscriber
Identifier
Số nhận dạng thuê bao di động
tạm thời
TRAU Transcoder and Rate Adaptor Unit Khối thích ứng tốc độ và
chuyển đổi mã hoá
TRC TRanscoder Controller Bộ điều khiển chuyển đổi
15
mã hoá
TRX Transceiver Bộ thu phát
TSL Time Slot Khê thời gian
TUP Telephone User Part Phần người sử dụng điện thoại
UDP User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu đồ người
dùng
UMTS Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống viễn thông di động
toàn cầu
UL Up Link Đường lên
USF Uplink State Flag Cờ trạng thái đường lên
VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
WCDMA Wideband CDMA CDMA băng rộng
WPP Wireless Packet Platform Nguyên tắc gói không dây
16
MỞ ĐẦU
Ngày nay trong chiến lược phát triển Kinh Tế - Chính Trị - Xã Hội, lĩnh vực
thông tin liên lạc được coi là mũi nhọn, cần phải đi trước để tạo tiền đề cho các ngành
khác phát triển. Thông tin di động đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới nói
chung và ở Việt Nam nói riêng. Sự ra đời của các mạng thông tin di động số GSM,
CDMA tạo nên sự cạnh tranh vô cùng khốc liệt giữa các nhà khai thác, đem tới những
lợi ích cho người sử dụng.
Để tăng tính cạnh tranh, đòi hỏi các mạng di động phải cải tiến về chất lượng
và dịch vụ cũng như cung cấp đa dịch vụ. Công nghệ GSM đã bộc lộ những nhược
điểm không thể đáp ứng được các yêu cầu này. Trước tình hình đó, xu thế tất yếu của
các nhà khai thác mạng di động GSM phải phát triển công nghệ mới, khắc phục nhược
điểm của thông tin di động thế hệ 2, đem lại những dịch vụ di động cao cấp hơn, đưa
thông tin di động phát triển lên một tầm cao mới, đó là thông tin di động thế hệ 3. Tuy
nhiên, việc chuyển trực tiếp từ thông tin di động GSM thế hệ 2 lên thế hệ 3 là rất tốn
kém, đòi hỏi chi phí đầu tư quá lớn đối với nhà khai thác, làm tăng giá thành dịch vụ
đối với thuê bao. Vì vậy, cần thiết phải có bước phát triển đệm với chi phí mà cả nhà
khai thác và người sử dụng chấp nhận được, đó là Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS.
GPRS mang lại nhiều ứng dụng di động mới cao cấp như truy cập Internet, Intranet,
E-mail, Đặc biệt hơn, việc triển khai GPRS không yêu cầu thay đổi nhiều cấu trúc
mạng GSM hiện tại, tận dụng được tài nguyên mạng 2G, chỉ nâng cấp phần mềm và
trang bị thêm một số phần cứng. Do đó tối thiểu được chi phí triển khai và tận dụng tối
đa các thiết bị GSM hiện có.
Vấn đề chất lượng và dung lượng báo hiệu của hệ tích hợp GSM/GPRS là một
vấn đề cần nghiên cứu và tối ưu trong qúa trình triển khai GPRS trên nền mạng GSM
hiện tại. Vì vậy, em chọn đề tài tốt nghiệp “Phân bố kênh, đánh giá chất lượng và
dung lượng báo hiệu của hệ tích hợp GSM/GPRS”. Nội dung của đề tài được chia
thành 3 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan hệ thống GSM. Trình bày một cách ngắn gọn về đặc
điểm, cấu trúc của từng node mạng trong mạng GSM nói chung.
17
Chương 2: Tổng quan hệ thống GPRS. Trình bày cấu trúc mạng GPRS, đặc
điểm các node mạng cũng như các thủ tục truyền phát gói tin…trong mạng chuyển
mạch gói GPRS.
Chương 3: Phân bố kênh, đánh giá chất lượng và dung lượng báo hiệu
trong hệ tích hợp GSM/GPRS. Khi sử dụng đồng thời tài nguyên vô tuyến cho cả dịch
vụ thoại và dịch vụ dữ liệu thì vấn đề được tính đến là quản lý tài nguyên, phân bố
kênh và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của hệ tích hợp. Chương này là chương
quan trọng nhất của luận văn, đưa ra cấu trúc, chức năng, phân bố các kênh báo hiệu
trên giao diện vô tuyến của hệ tích hợp GSM/GPRS. Đưa ra các kết quả đánh giá chất
lượng dựa trên các yếu tố tác động đến chất lượng của hệ tích hợp, đồng thời cũng đưa
ra dung lượng báo hiệu của hệ tích hợp.
18
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM
I.1. Giới thiệu chung. [9].[14]
Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo
thời gian TDMA đầu tiên trên thế giới ra đời ở Châu Âu gọi là Hệ thống thông tin di
động toàn cầu GSM (Gobal System for Mobile Communication). GSM được phát triển
từ năm 1982, khi các nước Bắc Âu đề nghị Hội nghị châu Âu về bưu chính viễn thông
CEPT quy định dịch vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900MHz.
GSM là hệ thống thông tin di động số chia ô. Trong mỗi ô có một trạm thu
phát gốc BTS liên lạc với mọi trạm di động MS có mặt trong ô. Đặc điểm của hệ thống
thông tin di động số chia ô là việc sử dụng lại tần số và diện tích mỗi ô khá nhỏ (350m
đến 35km). Mỗi ô sử dụng một nhóm tần số vô tuyến và nhóm tần số này được sử
dụng lại nhiều lần cho các ô khác nhằm tăng dung lượng mạng với khoảng cách đủ
lớn, công suất phát đủ nhỏ để nhiễu lẫn nhau không đáng kể.
I.2. Các đặc tính của GSM. [13].[14]
GSM có những đặc tính chủ yếu sau:
¾ Đáp ứng nhiều dịch vụ tiện ích cho thuê bao cả về thoại và dữ liệu.
¾ Có khả năng tương thích với dịch vụ của các mạng sẵn có như mạng PSTN,
PSPDN, CSPDN, ISDN và các mạng PLMN khác.
¾ Chất lượng GSM ở điều kiện xấu tốt, hơn hẳn các hệ thống tương tự.
¾ Sử dụng tần số hiệu quả cao, giải quyết sự hạn chế về dung lượng nhờ kết hợp
kỹ thuật FDMA và TDMA, sử dụng lại tần số và phân chia ô.
¾ Độ linh hoạt cao vì các loại đầu cuối khác nhau đều sử dụng được.
¾ Tự động định vị và cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động.
¾ Tính bảo mật cho thuê bao cao, ngăn chặn hoàn toàn việc nghe trộm.
19
I.3. Các dịch vụ của GSM. [12].[13]
GSM cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh cho thoại và dữ liệu. Tốc độ tối đa
cho người sử dụng là 9,6 kbps giữa MS và MSC.
I.3.1. Dịch vụ thoại.
Thoại là dịch vụ quan trọng nhất của GSM, cho phép thực hiện cuộc gọi hai
chiều giữa thuê bao GSM với thuê bao bất kỳ ở mạng điện thoại nói chung nào. Ngoài
ra còn có các dịch vụ sửa đổi và làm phong phú thêm dịch vụ thoại, cho phép thuê bao
lựa chọn cuộc gọi đến và đi sẽ được mạng xử lý như thế nào hoặc cung cấp thêm các
thông tin như: Chặn hướng/giữ/chuyển/đợi cuộc gọi, hiển thị/cấm hiển thị số máy chủ
gọi, cho phép thuê bao chuyển vùng/chuyển mạng
I.3.2. Dịch vụ dữ liệu.
GSM được thiết kế để đưa ra rất nhiều các dịch vụ dữ liệu như truyền dữ liệu,
dịch vụ nhắn tin ngắn SMS (các MS gửi cho nhau) và dịch vụ phát quảng bá trong ô
(cho phép thuê bao nhận được các bản tin ngắn do mạng gửi) .
I.4. Cấu trúc mạng GSM. [3]
Hình 1.1. Cấu trúc mạng GSM và các giao diện.
20
Mạng GSM gồm 3 phân hệ chính:
9 Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem).
9 Phân hệ chuyển mạch mạng NSS (Network Switching Subsystem).
9 Hệ thống khai thác và bảo dưỡng OSS (Operation & Support System).
I.4.1. Trạm di động (MS).
Thuê bao giao tiếp trực tiếp với mạng GSM qua MS. MS có thể là thiết bị đặt
trong ô tô, xách tay hoặc cầm tay. Ngoài chức năng giao diện vô tuyến với mạng
GSM, MS còn cung cấp các giao diện với người sử dụng (micro, loa, màn hiển thị, bàn
phím ) hoặc giao diện với một số thiết bị khác (máy tính cá nhân, Fax ).
MS gồm 2 phần: Thiết bị di động (ME) và mô đun nhận dạng thuê bao SIM.
ME là thiết bị phần cứng được thuê bao sử dụng để truy cập vào mạng. Mỗi MS có số
nhận dạng thiết bị quốc tế (IMEI) duy nhất chống việc đánh cắp ME. SIM là card cắm
vào ME, do nhà khai thác cung cấp và quản lý, chứa các thông tin về thuê bao, được
bảo vệ bằng số nhận dạng mật khẩu PIN. Giữa mạng và MS là truyền dẫn số vì mã hoá
và giải mã được thực hiện ngay tại MS. Do đó đảm bảo chất lượng truyền dẫn cao
ngay cả khi đường truyền vô tuyến không tốt nhờ sử dụng các loại mã chống lỗi và
bảo mật đường truyền. MS còn sử dụng các kỹ thuật tiết kiệm công suất như chế độ
nghỉ và truyền dẫn không liên tục nhằm kéo dài thời gian sử dụng pin.
I.4.2. Phân hệ trạm gốc (BSS).
BSS giám sát các đường ghép nối vô tuyến, liên kết kênh vô tuyến với máy
phát và quản lý cấu hình các kênh qua việc điều khiển thay đổi tần số và công suất
phát vô tuyến, mã hoá kênh, bảo mật kênh vô tuyến, phối hợp tốc độ truyền tin, quản
lý quá trình chuyển giao (Handover). BSS gồm trạm thu phát gốc BTS, bộ điều khiển
trạm gốc BSC, bộ chuyển đổi mã hóa và thích ứng tốc độ TRAU.
I.4.2.1. Trạm thu phát gốc BTS
21
Hình 1.2. Sơ đồ khối trạm thu phát gốc BTS với một TRX.
BTS trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến Um. Một BTS bao gồm
các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù. Có thể coi BTS như một
“modem” vô tuyến phức tạp với các chức năng sau:
¾ Phát quảng bá thông tin hệ thống trên BCCH, phát các thông tin tìm
gọi trên CCCH, ấn định các kênh DCCH dưới sự điều khiển của BSC.
¾ Khối vô tuyến tương tự để điều chế, khuếch đại và phối hợp thu phát.
¾ Khối băng gốc để phối hợp tốc độ thoại, dữ liệu và mã hoá kênh.
¾ Khối điều khiển thực hiện chức năng khai thác và bảo dưỡng BTS.
¾ Khối truyền dẫn để ghép tín hiệu trên giao diện Abis với BSC.
I.4.2.2. Bộ điều khiển trạm gốc BSC
BSC làm việc như thiết bị chuyển mạch. Một BSC có thể quản lý tới vài chục
BTS, phụ thuộc lưu lượng các BTS này. BSC gồm khối giao diện A với MSC, các
khối chức năng điều khiển BTS, khối giao diện với OMC và khối chuyển mạch. Các
chức năng của BSC:
Quản lý mạng vô tuyến: Quản lý các ô và kênh logic của chúng về lưu lượng ở 1 ô,
chất lượng vô tuyến, số cuộc gọi bị mất, số lần chuyển giao thành công/thất bại
Quản lý BTS: Trước khi đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình và các tần số cho mỗi
BTS. Nhờ việc quản lý này, BSC có một số kênh có sẵn dành cho cuộc gọi.
22
Điều khiển nối thông MS: BSC có nhiệm vụ thiết lập, theo dõi và giải phóng các đấu
nối đến MS. Dựa vào cường độ tín hiệu và chất lượng thoại đo ở MS, BSC quyết định
công suất phát tốt nhất để giảm nhiễu, nâng cao chất lượng nối thông. BSC còn điều
khiển quá trình chuyển giao để MS chuyển sang ô chất lượng tốt hơn, chuyển giao
giữa các TCH trong một ô khi chất lượng nối thông quá thấp nhưng không được phép
chuyển sang ô khác hoặc chuyển giao để cân bằng tải giữa các ô.
Quản lý mạng truyền dẫn: BSC quản lý, giám sát đường truyền từ BTS đến MSC để
đảm bảo thông tin đúng và chính xác.
I.4.2.3. Bộ chuyển đổi mã hóa và thích ứng tốc độ TRAU
Hình 1.3. Các vị trí có thể đặt TRAU.
GSM sử dụng mã hoá tiền định tuyến tính LPC cho thoại trên giao diện vô
tuyến Um ở tốc độ 13kbps. TRAU thực hiện chuyển đổi 13kbps LPC với tốc độ mạng
thoại cố định PSTN 64kbps PCM giữa MS và MSC. TRAU có thể đặt tại BTS, BSC
hoặc MSC. Để giảm thiểu chi phí truyền dẫn, thường đặt TRAU ở MSC.
I.4.3. Phân hệ chuyển mạch mạng NSS.
NSS bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở
dữ liệu cần thiết cho dữ liệu thuê bao và quản lý di động. Chức năng chính của NSS là
quản lý thông tin giữa các thuê bao GSM với nhau và với các mạng khác. NSS gồm
các khối chức năng sau: MSC, HLR, VLR, EIR và AuC.
I.4.3.1. Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC
23
MSC là hạt nhân của mạng PLMN, thường là một tổng đài lớn, điều khiển và
quản lý một số BSC, thực hiện chức năng chuyển mạch ở NSS. Nó làm nhiệm vụ định
tuyến và kết nối các phần tử mạng, các thuê bao di động với nhau hay với các thuê bao
của mạng khác như PSTN, ISDN MSC có giao diện với tất cả các phần tử trong
mạng (BSS/HLR/VLR/AuC/EIR/OMC) và với các mạng ISDN, PSTN qua các chức
năng tương tác IWF. Ngoài ra, nó chứa dữ liệu và thực hiện chuyển giao.
I.4.3.2. Tổng đài vô tuyến cổng GMSC
Cuộc gọi tới thuê bao GSM được định tuyến đến tổng đài cổng GMSC mà
không cần biết vị trí hiện tại của thuê bao. GMSC tìm thông tin về vị trí hiện tại của
thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài hiện tại đang quản lý thuê bao. GMSC có
giao diện với mạng bên ngoài để kết nối với mạng GSM và giao diện SS7 với các phần
tử khác của NSS. GMSC thường kết hợp với MSC.
I.4.3.3. Bộ ghi định vị thường trú HLR
HLR là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của mạng GSM, lưu trữ các dữ liệu về
thuê bao đăng ký trong mạng. HLR lưu trữ: MSRN, IMSI, MSISDN, dữ liệu về VLR
đang phục vụ thuê bao đó, trạng thái thuê bao, quyền truy cập của thuê bao. HLR
thường là một máy tính độc lập không có khả năng chuyển mạch nhưng quản lý hàng
trăm ngàn thuê bao. MSC/VLR có thể truy cập các dữ liệu này từ xa.
I.4.3.4. Bộ ghi định vị tạm trú VLR
VLR chứa các dữ liệu về mọi thuê bao đang ở trong vùng phục vụ của MSC,
gán cho các thuê bao từ vùng phục vụ MSC/VLR khác tới một số thuê bao tạm thời.
VLR còn thực hiện trao đổi thông tin về thuê bao chuyển vùng giữa HLR nơi thuê bao
đăng ký. Dữ liệu thuê bao lưu giữ trong VLR chính xác hơn trong HLR.
I.4.3.5. Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR
EIR bảo vệ mạng PLMN khỏi sự truy cập của các thuê bao trái phép bằng
cách từ chối thuê bao nếu không có sự tương ứng khi so sánh số IMEI do thuê bao gửi
đến và số IMEI lưu trong EIR. Trong mạng có thể có nhiều EIR.
