Thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ cho trạm viễn thông

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
Thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ cho trạm viễn thông
Nhiệm vụ đồ án thực hiện từ tổng quát đến chi tiết phần giao tiếp giữa vi
điều khiển với module SIM, cảm biến nhiệt độ nhằm thực hiện các mục tiêu giám
sát nhiệt độ cho một hệ thống trạm viễn thông ở xa qua mạng GSM thông qua kiến
thức đã học và ứng dụng thực tiễn.
Nội dung đồ án gồm:
- Tổng quan
- Nghiên cứu về vi điều khiển và module SIM 900
- Thiết kế hệ thống
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2016
Sinh viên

Phạm Ngọc Quý

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan về nội dung của đồ án ”Thiết kế hệ thống giám sát nhiệt
độ cho trạm viễn thông” là do tôi tự tìm hiểu, nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của cô
giáo Ths.Mạc Thị Phượng. Mọi trích dẫn và tài liệu mà tôi tham khảo đều được ghi
rõ nguồn gốc.
Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỉ luật của trường Đại học Công nghệ
thông tin và Truyền thông.
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2016
Sinh viên

Phạm Ngọc Quý

ii

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo
trong trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin Và Truyền Thông nói chung và các
thầy cô trong khoa Công Nghệ Điện Tử Và Truyền Thông nói riêng đã tận tình
giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời
gian qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô Mạc Thị Phượng, cô đã tận tình giúp
đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
Trong thời gian làm việc với cô, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ
ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm
túc, hiệu quả. Đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và
công tác sau này.
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên,
đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ án
tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2016

iii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN.................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN....................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... iii
MỤC LỤC .............................................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH ......................................................................................vi
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .....................................................................................vii

LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ....................................................................................2
1.1 Giới thiệu chung về trạm viễn thông...............................................................2
1.2 Tổng quan về mạng di động của Vietel...........................................................6
1.2.1 Cấu trúc mạng ..........................................................................................6
1.2.2 Chức năng của các thành phần trong mạng di động ..................................7
1.2.3. Xử lý các cuộc gọi qua mạng di động....................................................10
1.2.4. Kết luận chương I..................................................................................12
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ HỆ THỐNG...............................13
2.1 Vi điều khiển PIC 16F877A .........................................................................13
2.1.1. Mô tả cấu trúc .......................................................................................13
2.1.2. Sự tổ chức bộ nhớ PIC 16F877A...........................................................15
2.1.3. Các cổng vào/ra....................................................................................18
2.1.4. Các bộ Timer của chip...........................................................................20
2.2 Công nghệ GSM và module Sim900 ............................................................23
2.2.1. Khái quát về công nghệ GSM................................................................23
2.2.2. Giới thiệu về công nghệ GSM ...............................................................24
2.2.3. Đặc điểm của công nghệ GSM ..............................................................24
2.2.4. Cấu trúc của mạng GSM .......................................................................25
2.2.5. Giới thiệu về tin nhắn SMS ...................................................................27
2.2.6. Cơ sở lý thuyết về SIM900....................................................................30
2.2.7. Đặc điểm của module sim900................................................................30
2.2.8. Sơ đồ chân module sim900....................................................................31

iv


2.2.9. Phần cứng của module sim900 ..............................................................35
2.2.10. Tập lệnh AT của module sim900.........................................................37
2.3 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 ........................................................................40

2.4 Màn hình LCD .............................................................................................41
2.5 Kết luận chương II........................................................................................46
CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG...........................................47
3.1 Ý tưởng thiết kế............................................................................................47
3.2 Thiết kế phần cứng .......................................................................................47
3.2.1 Sơ đồ khối của phần cứng ......................................................................48
3.2.2 Linh kiện sử dụng...................................................................................49
3.3 Lưu đồ thuật toán .........................................................................................52
3.4 Chương trình thực hiện.................................................................................53
3.5 Kết quả sản phẩm .........................................................................................54
3.6 Kết luận chương III ......................................................................................56
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..............................................................57
PHỤ LỤC..............................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................61
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN....................................................62

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Mô hình chung của một trạm viễn thông ..................................................3
Hình 1.2. Mô hình của một trạm Host......................................................................3
Hình 1.3. Mô hình bên trong một trạm vệ tinh .........................................................4
Hình 1.4. Mô hình một trạm BTS ............................................................................4
Hình 1.5. kết cấu một tủ nguồn của trạm viễn thông ................................................5
Hình 1.6 Cấu trúc mạng di động Vietel....................................................................7
Hình 1.7 Mô tả hoạt động xử lý gọi từ MS đến các thuê bao trong mạng GSM......10
Hình 1.8 Quá trình thiết lập cuộc gọi từ thuê bao cố định đến thuê bao di động.....12
Hình 2.1. Sơ đồ các chân của PIC 16F877A ..........................................................14
Hình 2.2. Bản đồ bộ nhớ chương trình và các ngăn xếp. ........................................16

Hình 2.3. Sơ đồ khối chức năng của PIC 16F877A................................................17
Hình 2.4. cấu trúc mạng GSM ...............................................................................25
Hình 2.5. Các thành phần mạng GSM....................................................................26
Hình 2.6. Hình ảnh thực tế module sim900............................................................31
Hình 2.7. Sơ đồ chân của module sim900 ..............................................................32
Hình 2.8. Mạch nguồn sử dụng chip LM2596........................................................35
Hình 2.9. Module simcard .....................................................................................35
Hình 2.10. Mô tả chức năng chân ..........................................................................36
Hình 2.11. mạch đèn báo thông tin trạng thái.........................................................36
Hình 2.12. Cảm biến nhiệt độ DS18B20................................................................40
Hình 2.13. Hình dáng của loại LCD thông dụng ....................................................41
Hình 2.14. Sơ đồ chân của LCD ............................................................................41
Hình 2.15. Sơ đồ khối của HD44780 .....................................................................43
Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống .........................................................................48
Hình 3.2. module nguồn BUCK cung cấp cho SIM900..........................................49
Hình 3.3. Module Sim900 .....................................................................................50
Hình 3.4. Màn hình LCD16x2 ...............................................................................50
Hình 3.5. Khối vi điều khiển..................................................................................51
Hình 3.6. Sơ đồ mạch in của mạch vi điều khiển ...................................................51
Hình 3.7. Sơ đồ mạch in của cảm biến nhiệt ..........................................................52
Hình 3.8. Mạch thực tế ..........................................................................................55
Hình 3.9. Kết quả gửi về điện thoại qua tin nhắn SMS ..........................................56
vi


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AC

Address Counter

Bộ đếm địa chỉ

ATO

Return to online data state

Trở lại tới dữ liệu

AUC

Authentication Center

Trung tâm Chứng thực

BF

Busy Flag

Cờ báo bận

BGM

Background Music

Hệ thống nhạc nền

BSC

Base Station Controler

Thiết bị điều khiển trạm gốc

BSS

Base Station Subsystem

Phân hệ trạm gốc

BTS

Base Tranceiver Station

Trạm thu phát gốc

CGRAM

Character Generator RAM

CGROM

Character Generator ROM

Chứa các mẫu kí tự

CRBT

Colour Ringback Tone

Hệ thống nhạc chuông chờ.

DDRAM

Display Data RAM

Hiển thị dữ liệu RAM

DR

Data Register

Thanh ghi dữ liệu

DTE

Data Terminal Equipment

Thiết bị cuối xử lý số liệu

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút hỗ trợ cổng nối GPRS

GMSC

Gateway Mobile Switching

Cổng trung tâm cho mạch

Center
GPRS

General Packet Radio Services

Dịch vụ dữ liệu di động dạng gói

GSM

Global System for Mobile

Hệ thống thông tin di động toàn

Communication

cầu

HLR

Home Location Register

Bộ đăng ký vị trí thường trú

ICSP

In Circuit Serial Programming

Chương trình trên mạch điện nối
tiếp

IMSI

International Mobile Subscriber
Identity

IR

Instructor Register

Thanh ghi lệnh

ISDN

Integrated Services Digital

Mạng số dịch vụ tích hợp.

Network
MCA

Misscall Alert System

Hệ thống cảnh báo cuộc gọi nhỡ

vii


ME

Mobile Equipment

Thiết bị di động

MGW

Media gateway

Cổng giao tiếp đa phương tiện

MO

Mobile Originated

Chiều tin nhắn gửi đi từ điện thoại

MS

Mobile Station

Trạm di động

MSC

Mobile Service Switching Center Tổng đài di động

MT

Mobile Terminated

Chiều tin nhắn đến điện thoại

MSSP

Master Synchronous Serial

Ngõ vào của bộ giao tiếp

Port Serial Port
NSS

Network Switching Subsystem

Phân hệ chuyển mạch

OSS

Operation Subsystem

Phân hệ bảo dưỡng và khai thác

PDU

Protocol Data Unit

Nhóm các thông tin được bổ sung

PIC

Programable Intelligent

Máy tính thông minh khả trình

Computer
PLMN

Public Land Mobile Network

Mạng di động mặt đất.

PSPDN

Packet Switched Public Data

Mạng số liệu công cộng chuyển

Network

mạch gói.

Public Switched Telephone

Mạng điện thoại chuyển mạch công

Network

cộng.

RNC

Radio Network Controller

Điều khiển trạm phát sóng di động

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút hỗ trợ dịch vụ của GPRS

SIM

Subsriber Identify Module

thiết bị xác thực đăng kí

SMS

Short Message Service

Dịch vụ tin nhắn ngắn

SMSC

Short Message Service Center

Hệ thống tin nhắn

SSP

Synchronous Serial Port

Chuẩn giao tiếp nối tiếp

STP

Signaling Tranfer Point

Điểm trung chuyển báo hiệu

ULR

Uniform Resource Locator

Bộ ghi định vị tạm trú.

VLR

Visitor Location Register

Bộ ghi định vị khách

PSTN

viii


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay khoa học kĩ thuật phát triển rất mạnh mẽ và được ứng dụng trong
tất cả các lĩnh vực của cuộc sống. Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật để giám sát an
ninh, nhiệt độ là rất cần thiết. Hiện nay có rất nhiều ứng dụng đã được ứng dụng

mang tính thực tiễn. Vì vậy em chọn đề tài cho Đồ án tốt nghiệp đại học của em là:
“Thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ cho trạm viễn thông”, đề tài gồm 3 chương:
Chương 1: TỔNG QUAN
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Chương 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Mặc dù có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện nhưng Đồ án không tránh
khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự góp ý, đóng góp của các thầy cô và các bạn
để đồ án có thể áp dụng rộng rãi vào thực tế một cách thiết thực nhất.
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2016.
Sinh Viên thực hiện

Phạm Ngọc Quý

1


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu chung về trạm viễn thông
Trạm viễn thông là một khái niệm chung để chỉ cơ sở hạ tầng kết cấu thiết bị
của một nhà mạng. Đây là một trạm được đặt ở gần hoặc xa so với các trạm điều
khiển chính, kết cấu bên trong trạm bao gồm các thiết bị đảm bảo cung ứng các dịch
vụ mà nhà mạng cung cấp nhằm đảm bảo đáp ứng “dịch vụ thông tin mọi lúc, mọi
nơi” của các nhà mạng viễn thông. Kết cấu trạm thường bố trí kiểu trạm HOST,
trạm vệ tinh, trạm BTS.
Trạm Host: Được đặt ở trung tâm tỉnh, thành phố bao gồm các thiết bị mạng
lõi của mạng: thiết bị truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch, thiết bị giám sát, điều khiển,
thiết bị truy nhập từ xa. Các thiết bị này có thể đặt chung một phòng hoặc khác
phòng nhưng cạnh nhau nhằm đảm bảo dễ quản lý, đấu nối, phối hợp trong quản lý
mạng. Trong phòng ngoài thiết bị trên còn có các thiết bị đính kèm như hệ thống
nguồn, accu, máy nổ, máy điều hòa để duy trì nhiệt độ ở mức độ ổn định khoảng

180C đến 250C nhằm đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định và tăng tuổi thọ thiết bị.
Trạm vệ tinh: Được đặt ở trung tâm huyện, thị xã là một phần hoạt động
theo dung lượng chi phối của trạm HOST nó cũng bao gồm các thiết bị truyền dẫn,
thiết bị chuyển mạch, thiết bị truy nhập từ xa. các thiết bị này thường đặt chung một
phòng và bổ sung các thiết bị đính kèm như hệ thống nguồn, accu, máy nổ, máy
điều hòa để duy trì nhiệt độ ở mức độ ổn định khoảng 180C đến 250C nhằm đảm
bảo thiết bị hoạt động ổn định và tăng tuổi thọ thiết bị.
Trạm BTS: Được đặt ở mọi nơi trong thành phố, thị xã, thị trấn, vùng nông
thôn nó bao gồm thiết bị thu phát sóng di động, cột an ten, thiết bị cung cấp nguồn,
điều hòa không khí, hệ thống dây dẫn… Mô hình kết cấu trạm như hình 1.4

2


Hình 1.1. Mô hình chung của một trạm viễn thông

Hình 1.2. Mô hình của một trạm Host

3


Hình 1.3. Mô hình bên trong một trạm vệ tinh

Hình 1.4. Mô hình một trạm BTS
BTS là một cơ sở hạ tầng viễn thông được sử dụng nhằm tạo thông tin liên
lạc không dây giữa các thiết bị thuê bao viễn thông và nhà điều hành mạng. Các
thiết bị thuê bao có thể là điện thoại di động, thiết bị internet không dây trong khi
các nhà điều hành mạng có thể là mạng di động GSM, CDMA hay hệ thống TDMA
cơ bản.
Một BTS điển hình bao gồm: một trạm thu phát (TRX) nhằm xử lý việc

truyền và nhận tín hiệu, gửi và nhận các tín hiệu từ các phần tử mạng cao hơn, một
bộ tổ hợp sẽ kết hợp nguồn cấp dữ liệu từ một số trạm thu phát để được gửi đi thông
qua một ăng-ten duy nhất do đó làm giảm số lượng ăng-ten cần cài đặt, một bộ
khuếch đại công suất giúp khuếch đại tín hiệu từ trạm thu phát để truyền thông tin

4


qua ăng-ten, một bộ song công được sử dụng để tách việc gửi và nhận tín hiệu từ
các ăng-ten hoặc từ một ăng-ten là một phần bên ngoài của BTS.
Các thiết bị BTS thường được đặt trong một nơi trú ẩn để bảo vệ các thiết bị
viễn thông tránh khỏi các tác nhân bên ngoài như bụi, ăn mòn, rỉ sét, trộm cắp.
Một nhà trạm bao gồm các thiết bị BTS như đã đề cập ở trên, một máy điều
hòa không khí được sử dụng để làm mát không gian trong trạm do nhiệt sinh ra bởi
các thiết bị, một bình điện để cung cấp điện và đèn an ninh cho các thiết bị.
Nhiệt độ của trạm viễn thông trong thời gian hoạt động vượt quá 55°C là một
tình trạng hoạt động tốt cho các thiết bị điện tử BTS. Điều này đòi hỏi sự cần thiết
của máy điều hòa không khí, đặc biệt là tại nơi có khí hậu nhiệt đới để duy trì nhiệt
độ của nhà trạm giữ ở mức 25°C nhằm kéo dài tuổi thọ của thiết bị BTS và pin.
Độ ẩm tương đối cũng là mối quan tâm hàng đầu và nó cần được được duy
trì ở mức dưới 60% để tránh sự ngưng tụ của chất lỏng trên thiết bị. Trong hầu hết
các trường hợp, điều hòa không khí thường thực hiện cả 2 chức năng là làm mát và
hút ẩm nhằm mục đích duy trì độ ẩm chấp nhận được.

Hình 1.5. kết cấu một tủ nguồn của trạm viễn thông
Chức năng của tủ nuồn: Điều khiển tự động đóng ngắt, chuyển nguồn từ máy
phát điện sang điện lưới và ngược lại. Điều khiển tự động chuyển tải, có 2 chế độ
hoạt động:
 Chế độ AUTO:
-

Điều khiển tự động đóng ngắt, chuyển nguồn từ máy phát điện sang điện

lưới và ngược lại.

5


-

Điều khiển tự động chuyển tải sang sử dụng điện lưới khi phát hiện điện

lưới được cung cấp trở lại.Điều khiển tự động đề máy phát điện.
-

Số lần đề lại không quá 08 lần, cho phép cài đặt thủ công.

 Ở chế độ MANUAL:
-

Điều khiển nhân công, cho phép nhân công vận hành đóng ngắt, chuyển

nguồn từ máy phát điện sang điện lưới và ngược lại.
-

Thiết lập được thời gian trễ đề, chờ khi điện áp cấp từ máy phát điện hoặc

điện lưới ổn định mới tiến hành chuyển đổi nguồn.
-

Cho phép điều khiển từ xa bằng phần mềm PACC NetSys.

Các chỉ tiêu và thông số cụ thể:
-

Điện áp hoạt động: 180 VAC - 275 VAC/3 pha

-

Dòng điện cung cấp: 3 pha/ 4 pha/ 10 - 380 A

-

Số cực động lực: 4 cực

-

Công suất tổng: 3 - 190 KVA

-

Tự động dò điện áp lưới và máy nổ: có

-

Chức năng điều khiển tự động và điều khiển bằng nhân công: có

-

Cảnh báo máy phát không đề: có

-

Trung tính lưới - máy phát: tách riêng

1.2 Tổng quan về mạng di động của Vietel
1.2.1 Cấu trúc mạng
Mạng di động của có thể chia làm 4 lớp sau:
- Lớp người dùng: Gồm thiết bị đầu cuối người dùng, thiết bị di động…
- Lớp truy nhập: Gồm các trạm BTS, BSC(2G), NodeB.
- Lớp lõi: Gồm có khối chuyển mạch MSC+MGW(media gateway), các nút
hỗ trợ.
- Lớp ứng dụng: Các chương trình ứng dụng trên mạng di động như
OCS, SMS,MCA, BGM…
Sơ đồ cấu trúc mạng di động được thể hiện sơ lược qua mô hình cấu trúc hình 1.6.

6


Hình 1.6. Cấu trúc mạng di động Vietel
1.2.2 Chức năng của các thành phần trong mạng di động
1.2.2.1. Lớp người dùng
Thiết bị di động và đầu cuối người dùng
- ME (mạng 2G): Đây là máy điện thoại di động, kết nối với BTS qua giao
diện Um.
- UE (mạng 3G): Đây không chỉ là điện thoại di động mà còn có thể là các
thiết bị đầu cuối truy nhập internet như modem (Dcom 3G, homegateway), kết nối
với NodeB qua giao diện Uu.
1.2.2.2 Lớp truy nhập
* BTS (mạng 2G)

- Chức năng: BTS thực hiện nhiều chức năng như: Thu phát vô tuyến, ánh
xạ kênh logic vào kênh vật lý, mã hóa/giải mã…
- Kết nối với BSC qua giao diện Abis.
- Tần số sử dụng: 900MHz hoặc 1800MHz.
* BSC
Là khối chức năng điều khiển, giám sát các BTS, quản lý tài nguyên
vô tuyến trong hệ thống, thực hiện một số chức năng như:

7


- Quản lý một số trạm BTS.
- Quản lý mạng vô tuyến: Xử lý các bản tin báo hiệu, điều khiển….
- Quản lý kênh vô tuyến: Ấn định, khởi tạo, giải phóng kênh vô tuyến.
- Quản lý chuyển giao.
- Tập trung lưu lượng.
- Kết nối với MSCqua giao diện A, sử dụng giao thức BSSAP cho dịch vụ
thoại. BTS kết nối đến SGSN qua giao diện Gb cho dịch vụ data .
* NodeB (mạng 3G)
- Chức năng: NodeB thực hiện một số chức năng như: Quản lý tài nguyên
vô tuyến, điều khiên công suất sao cho tín hiệu nhận được từ các đầu cuối người
dùng là tương đương.
- Kết nối với RNC qua giao diện Iu bằng mạng Metro Ethernet hoặc IP trên SDH.
- Tần số: 2110 –2170 MHz.
* RNC
RNC thực hiện một số các chức năng sau:
- Quản lý một số NodeB và điều khiển các tài nguyên của chúng như: Cấp
phát, giải phóng kênh, cấp phát tài nguyên.
- Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn.
Sau thủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khóa bảo mật và toàn vẹn được đặt

vào RNC.
- RNC kết nối với nhau qua giao diện Iub. RNC được nối đến lớp lõi bằng
hai kết nối, một kết nối tới MGW –MSC Server bằng giao diện Iu-CS(luồng thoại)
và một kết nối đến SGSN bằng giao diện Iu-PS (luồng data).
1.2.2.3. Lớp lõi
* MSC (MGW + MSC Server)
MSC có trách nhiệm kết nối và giám sát cuộc gọi đến MS và từ MS đi. Có
nhiều chức năng được thực hiện trong MSC như:
- Quản lý di động.
- Quản lý chuyển giao.
- Xử lý cuộc gọi.

8


- Xử lý tính cước.
- Tương tác mạng (IWF –Internet Working Functions): G -MSC
Các MSC có giao diện kết nối với các BSC, RNC qua các luồng STM1 hoặc
các luồng GE(IP), Giao diện báo hiệu của MSC với BSC sử dụng giao thức BSSAP.
Giao diện kết nối MSC với các thành phần mạng core khác như MSC khác, STP,
HLR,GMSC... bằng các giao diện IP trên mạng MPBN, các giao thức sử dụng gồm
SCCP,ISUP, MAP, CAP của báo hiệu số 7.
*SGSN
Là nút chính trong miền chuyển mạch gói, chịu trách nhiệm cho tất cả các
kết nối PS của tất cả các thuê bao. SGSN chứa thông tin đăng ký thuê bao và thông
tin vị trí thuê bao. Kết nối đến BSC qua giao diện Iu-CS dành cho thoại, kết nối đến
RNC qua giao diện Iu-PS, kết nối với HLR/Auc qua giao diện Gr (sử dụng báo
hiệu MAP) và kết nối với GGSN qua giao diện Gn+.
*GGSN
Là một nút cổng dữ liệu giữa mạng PS kết nối với mạng internet, các dữ liệu

truyền từ thuê bao ra mạng ngoài đều qua GGSN. GGSN cũng chứa thông tin đăng
ký và thông tin vị trí thuê bao. Giao diện kết nối đến mạng internet qua router P
của mạng Internet.
* GMSC
Là MSC có chức năng cổng để nối ra các mạng ngoài như PSTN. Tổng đài
GMSC có giao diện kết nối với ngoại mạng cho cả di động và cố định qua giao diện
kết nối là các STM1. Các giao diện này sử dụng ISUP báo hiệu số 7.
GMSC kết nối tới MSC sử dụng giao thức báo hiệu như: MAP, ISUP, kết
nối đến
HLR/Auc sử dụng giao thức báo hiệu MAP,kết nối tới tổng đài quốc tế IGW.
* HLR/AuC
Là cơ sở dữ liệu thông tin về thuêbao và nhận thực thuê bao. HLR/AuC kết
nối đến GMSC qua giao diện C (dùng báo hiện MAP). Ngoài ra, HLR còn kết nối
đến VLR (Vistor Location Register – Bộ ghi định vị khách) qua giao diện D
(sử dụng báo hiệu MAP). HLR/AuC lưu giữ các thông tin như:

9


o Các số nhận dạng IMSI, MSISDN.
o Các mã khóa các nhân Ki
o Các thông tin về thuê bao.
o Danh sách các dịch vụ mà MS được/hạn chế sử dụng.
o Số hiệu VLR đang phục vụ MS.
* STP (Signaling Tranfer Point –Điểm trung chuyển báo hiệu)
Chức năng chính của STP là chuyển tiếp các bản tin báo hiệu (hay chức năng
định tuyến báo hiệu). STP là một bộ chuyển mạch gói hoạt động như một hub gửi
các bản tin báo hiệu tới các STP, SCP hay SSP khác. STP định tuyến các bản tin
thông qua việc kiểm tra thông tin định tuyến được gắn kèm với mỗi bản tin báo hiệu
và gửi chúng tới điểm báo hiệu cần thiết.Thay vì các node mạng lõi đấu nối báo

hiệu trực tiếp vớinhau tạo ra một mạng mesh phức tạp, STP sẽ đóng vai trò node
trung tâm trongmạng báo hiệu, quản lý mạng báo hiệu trong sáng hơn.
*) Mạng CS cho các cuộc gọi về thoại: UE; NodeB; RNC; MSC server.
*) Mạng PS cho các cuộc gọi về data: UE; NodeB; RNC; SGSN; GGSN;
Mạng internet.
1.2.2.4. Lớp ứng dụng
Thực hiện chức năng là giao diện kết nối giữa các mạng khác nhau, cung cấp
các dịch vụ trên nền di động như: OCS, MCA, BGM, CRBT.
- OCS: Hệ thống tính cước thuê bao trả trước.
- SMSC: Hệ thống tin nhắn.
- MCA (Misscall Alert System): Hệ thống cảnh báo cuộc gọi nhỡ.
- BGM (Background Music): Hệ thống nhạc nền.
- CRBT (Colour Ringback Tone): Hệ thống nhạc chuông chờ.
1.2.3. Xử lý các cuộc gọi qua mạng di động
1.2.3.1. Cuộc gọi từ MS
(1)
(2)

BTS

VLR
BSC

MSC

Hình 1.7. Mô tả hoạt động xử lý gọi từ MS đến các thuê bao trong mạng GSM
10


Giả sử MS đang hoạt động ở trạng thái rỗi, người sử dụng quay tất cả các

chữ số thuê bao bị gọi và bắt đầu thủ tục cho cuộc gọi bằng cách ấn phím gọi (Ok
hoặc Yes). Lúc đó, MS sẽ gửi thông báo trên kênh RACH để yêu cầu thâm nhập.
MSC nhận thông báo này thông qua BTS và yêu cầu BSC cấp cho MS một kênh
SDCCH để cho các thủ tục nhận thực và đánh dấu trạng thái bận cho thuê bao này
trong việc phát thông báo tìm gọi lúc này. BSC gửi thông báo chấp nhận thâm nhập
trên kênh AGCH cho MS trong đó có thông báo về kênh SDCCH cho các thủ tục
nhân thực. Nếu thuê bao chủ gọi là hợp lệ thì MSC/VLR sẽ chấp nhận yêu cầu thâm
nhập. Sau đó, MS mới thiết lập cuộc gọi và các chữ số của thuê bao bị gọi. MSC sẽ
định tuyến cuộc gọi đến GMSC, tuỳ theo thuê bao bị gọi là di động hay cố định mà
số của nó sẽ được phân tích trực tiếp ở GMSC hay tiếp tục được định tuyến đến
tổng đài quá giang của mạng PLMN. Khi kênh đã nối sẵn sàng thì thông báo thiết
lập cuộc gọi từ MS được MSC công nhận và cấp cho MS một kênh TCH riêng. Sau
đó đợi tín hiệu trả lời từ thuê bao bị gọi.
1.2.3.2 Cuộc gọi từ mạng cố định đến MS
Giả sử muốn thiêt lập một cuộc gọi từ thuê bao cố định đến thuê bao di động
(ví dụ thuê bao A) thì phải qua những bước sau như hình sau.
- Một cuộc gọi từ mạng cố định được định tuyến đến GMSC yêu cầu nối
mạch với thuê bao A nào đó.
- GMSC yêu cầu HLR cho biết vị trí hiện hành của thuê bao A.
- HLR cung cấp thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao A cho
GMSC.
- Dựa vào đó GMSC sẽ định tuyến và gửi thông tin cần thiết đến MSC mà ở
đó thuê bao A đang có mặt.
- MSC yêu cầu VLR cung cấp số liệu về liên quan đến thuê bao A.
- VLR cung cấp các thông tin về thuê bao A cho MSC.
- MSC tiến hành gọi thuê bao A trên tất cả các trạm BTS thuộc nó kiểm
soát vì MSC không biết thuê bao A đang ở đâu.

11

- Sau khi thuê bao A nhấc máy bắt đầu quá trình trao đổi thông tin giữa thuê
bao A và mạng để kiểm tra SIM và cách thức mã hoá trên đường truyền vô tuyến.
Sau đó VLR tạo ra TMSI và mạng tiến hành nối mạch.
- Khi cuộc gọi kết thúc, các kênh truyền dẫn logic và các số liệu liên quan
chứa trong các phần tử của mạng được giải phóng và MSC ghi các số liệu về cước
vào băng từ hoặc đĩa cứng.
(1)

TĐNH

(2)

(3)

GMSC

HLR
1 2

3

4 5

6

7 8

9

8

#

*

(5)

(6a)
(6b)

(4)

PSTN
VLR
MSC

(7)
BSC

(8)

(8)

(9)
(9)
(10)

Hình 1.8. Quá trình thiết lập cuộc gọi từ thuê bao cố định đến thuê bao di động
1.2.4. Kết luận chương I

Mỗi trạm viễn thông đều có cách bố trí các thiết bị ở các vị trí cũng như thành phần
thiết bị khác nhau, có trạm dung lượng lớn thì số lượng các card trong thiết bị bố trí
mật độ lớn hơn, trạm dung lượng nhỏ số lượng card ít. Tuy nhiên tất cả các trạm
đều phải thực hiện tính năng chung của nhà mạng là đảm bảo thiết bị hoạt động ổn
định và cung ứng các tính năng phục vụ các dịch vụ viễn thông cho khách hang do
đó để tiết kiệm nhân lực và tự động hóa quản lý hệ thống, đối với các trạm ở xa và
có dung lượng ít chỉ cần theo dõi từ xa qua mạng mà không cần bố trí nhân lực trực
trạm. Để đảm bảo điều này cần có một hệ thống theo dõi, giám sát từ xa và thông
báo các thông số không đạt chuẩn về trạm chủ.
12


CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1 Vi điều khiển PIC 16F877A
Giới thiệu về vi điều khiển PIC:
PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”,tạm dịch là “máy tính
thông minh khả trình” của hãng Microchip. Hiện tại ở Việt Nam và trên thế giới sử
dụng PIC khá rộng rãi. Các tính năng đa dạng họ vi điều khiển PIC cũng như các
công cụ hỗ trợ lập trình cho họ vi điều khiển PIC không ngừng được cải tiến và phát
triển và đã tạo ra những ứng dụng vượt trội của PIC so với các họ vi điều khiển
khác.
Các kí hiệu của họ vi điều khiển PIC:
PIC 12xxxx: độ dài lệnh 12 bit
PIC 16xxxx: độ dài lệnh 14 bit
PIC 18xxxx: độ dài lệnh 16 bit
C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM)
F: PIC có bộ nhớ Flash
LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp
LV: Tương tự như LF
Bên cạnh đó có một số vi điều khiển có kí hiệu 16Fxxx là EEPROM, nếu có

thêm chữ A ở cuối flash(ví dụ 16F877 là EEPROM,16F877A là flas).Ngoài ra còn
có thêm một dòng vi điều khiển PIC mới là dsPIC.Ở việt nam phổ biến nhất là các
họ vi điều khiển PIC do hãng Mcrochip sản xuất.
2.1.1. Mô tả cấu trúc
Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài
14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động
tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình
8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung
lượng 256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O.
Các đặc tính ngoại vi bao gồmcác khối chức năng sau:
Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.

13


Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm
dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep.
Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler. Hai bộ Capture/so
sánh/điều chế độ rông xung. Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial
Port), SPI và I2C. Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ. Cổng giao tiếp
song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR, CS ở bên
ngoài. Các đặc tính Analog: 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit. Hai bộ so sánh.
Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như: Bộ nhớ flash với
khả năng ghi xóa được 100.000 lần. Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được
1.000.000 lần. Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm. Khả năng tự nạp
chương trình với sự điều khiển của phần mềm. Nạp được chương trình ngay trên
mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua 2 chân. Watchdog Timer
với bộ dao động trong. Chức năng bảo mật mã chương trình. Chế độ Sleep. Có thể
hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau.

Hình 2.1. Sơ đồ các chân của PIC 16F877A

14


2.1.2. Sự tổ chức bộ nhớ PIC 16F877A
Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương
trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory).
Tổ chức bộ nhớ chương trình FLASH và Stack nhớ
Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash, dung
lượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang (từ page0
đến page 3). Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được 8*1024 = 8192
lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit).
Để mã hóa được địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương
trình có dung lượng 13 bit (PC<12:0>).
Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h
(Reset vector). Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h
(Interrupt vector).
Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóa
bởi bộ đếm chương trình. Bộ nhớ stack sẽ được đề cập cụ thể trong phần sau.

15


Hình 2.2. Bản đồ bộ nhớ chương trình và các ngăn xếp.

16


Hình 2.3. Sơ đồ khối chức năng của PIC 16F877A

17