Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm trong đất từ xa thông qua mạng thông tin di động ứng dụng trong nông nghiệp

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH
VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ
ẨM TRONG ĐẤT TỪ XA THÔNG QUA MẠNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP

Sinh viên thực hiện:

HOÀNG HUY HUỲNH

Lớp:

53K2 - ĐTTT

Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. LÊ VĂN CHƢƠNG

NGHỆ AN, 05 - 2017


TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH
VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ
ẨM TRONG ĐẤT TỪ XA THÔNG QUA MẠNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP

Sinh viên thực hiện:

HOÀNG HUY HUỲNH

Lớp:

53K2 - ĐTTT

Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. LÊ VĂN CHƢƠNG
Cán bộ phản biện:

...........................................

NGHỆ AN, 05 - 2017


LỜI NĨI ĐẦU
Sau q trình học tập và rèn luyện tại Viện Kỹ Thuật và Công Nghệ, Trƣờng
Đại học Vinh em đã đƣợc trang bị các kiến thức cơ bản, các kỹ năng thực tế để có
thể hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình.
Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Viện Kỹ Thuật và Công Nghệ,
Trƣờng Đại học Vinh đã quan tâm hƣớng dẫn truyền đạt những kiến thức quý báu
và kinh nghiệm cho em trong suốt thời gian học ở trƣờng nói chung và trong đồ án
tốt nghiệp nói riêng. Qua đây em xin chân thành cảm ơn ThS. Lê Văn Chƣơng đã
hƣớng dẫn tận tình để giúp em hồn thành đồ án tốt nghiệp.
Trong suốt thời gian làm đồ án em đã cố gắng hồn thành nhƣng khơng tránh
khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của q thầy cơ
và các bạn để đồ án em có tính thiết thực hơn.

Cuối cùng em xin chúc các thầy, cô giáo sức khỏe, nhiều thành công trong sự
nghiệp trồng ngƣời.
Em xin chân thành cảm ơn

1


TĨM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án trình bày về phƣơng pháp thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ và độ ẩm
của đất từ xa thông qua mạng thông tin di động có nhiều ứng dụng thiết thực trong
nơng nghiệp thơng minh. Hệ thống sử dụng các cảm biến đo nhiệt độ, cảm biến đo
độ ẩm đất kết hợp với vi điều khiển PIC và module GSM/GPRS để gửi thông tin thu
nhập đƣợc lên mạng Internet cho phép việc giám sát từ xa. Trên cơ sở những dữ
liệu thu thập đƣợc từ hệ thống sẽ cho phép các kỹ sƣ nông nghiệp, các nhà quản lý
đƣa ra những quyết định thích hợp về thực hiện tƣới tiêu cho các khu vực trồng trọt
nhằm thu đƣợc những năng suất tối ƣu nhất.

ABSTRACT
This project describes how to design a system for remote monitoring
temperature and humidity of soil through a mobile communication network with
many practial applications in smart agriculture. The system uses temperature
sensors, soil humidity sensors and PIC microcontrollers and GSM/GPRS modules
to send information is collected to the Internet for remote monitoring. Based on the
data is collected from the system, it will allow agricultural engineers and managers
to make appropriate decisions about irrigation in the plantation areas to obtain best
productivity.

2

MỤC MỤC
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................1
TÓM TẮT ĐỒ ÁN......................................................................................................2
MỤC MỤC..................................................................................................................3
DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................5
DẠNH MỤC BẢNG ...................................................................................................6
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................7
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................8
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT MÔI
TRƢỜNG TRONG NÔNG NGHIỆP .....................................................................9
1.1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC GIÁM SÁT MÔI TRƢỜNG TRONG
NÔNG NGHIỆP..........................................................................................................9
1.2. YÊU CẦU CỦA CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT MÔI TRƢỜNG TRONG
NÔNG NGHIỆP........................................................................................................10
1.3. CÁC SẢN PHẨM VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT MÔI TRƢỜNG ...................10
1.4. KẾT LUẬN ........................................................................................................14
CHƢƠNG 2: HỆ THỒNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ MẠNG DỮ LIỆU DI
ĐỘNG GPRS ...........................................................................................................15
2.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ................................15
2.2.1. Lịch sử phát triển ........................................................................................15
2.1.2. Kiến trúc mạng thông tin di động GSM .....................................................16
2.1.3. Các thủ tục cơ bản của GSM ......................................................................18
2.2. MẠNG DỮ LIỆU DI ĐỘNG GPRS..................................................................21
2.2.1. Khái quát chung về mạng GPRS ................................................................21
2.2.2. Kiến trúc của GPRS ....................................................................................24
2.2.3. Nguyên tắc hoạt động của GPRS................................................................29
2.3. GIAO THỨC TCP/IP .........................................................................................30
2.3.1. Lịch sử ........................................................................................................30
2.3.2. Khái niệm về giao thức TCP/IP ..................................................................32
2.4.3. Giao thức TCP/IP........................................................................................32

3


2.3.4. Giao thức IP ................................................................................................34
2.3.5. Giao thức điều khiển truyền dữ liệu TCP ...................................................37
2.4. KẾT LUẬN ........................................................................................................42
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM MÔI
TRƢỜNG ĐẤT TỪ XA THÔNG QUA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ỨNG
DỤNG TRONG NƠNG NGHIỆP .........................................................................43
3.1. PHÂN TÍCH U CẦU THIẾT KẾ .................................................................43
3.2. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG ...................................................43
3.2.1. Sơ đồ tổng quan hệ thống ...........................................................................43
3.3. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .................................................................................44
3.3.1. Khối vi điều khiển.......................................................................................44
3.3.2. Module giao tiếp mạng dữ liệu Sim900A...................................................48
3.3.3. Khối cảm biến nhiệt độ LM35 ....................................................................56
3.3.4. Modul cảm biến đo độ ẩm đất ....................................................................57
3.3.5. Màn hình LCD ............................................................................................58
3.4. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN....................................................61
3.5. CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM .........................................................................62
3.5.1. Sơ đồ nguyên lý ..........................................................................................62
3.5.2. Chế tạo ........................................................................................................62
3.6. KẾT LUẬN ........................................................................................................64
KẾT LUẬN ..............................................................................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................66
PHỤ LỤC .................................................................................................................67

4

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hệ thống giám sát............ .. ......................................................................11
Hình 2.1. Base Station Controller – Bộ điều khiển trạm gốc ...................................20
Hình 2.2. Cấu trúc của một mạng GPRS ..................................................................21
Hình 2.3. Các khối mạng của GPRS .........................................................................25
Hình 2.4. Các tầng trong bộ giao thức TCP/IP .........................................................33
Hình 2.5. Cấu trúc các lớp địa chỉ IP ........................................................................35
Hình 2.6. Ví dụ cấu trúc các lớp địa chỉ IP ...............................................................35
Hình 2.7. Dạng thức của gói tin IP............................................................................36
Hình 2.8. Cổng truy nhập dịch vụ TCP.....................................................................38
Hình 3.1. Sơ đồ tổng quan hệ thống..........................................................................43
Hình 3.2. Sơ đồ chân của PIC 16F887 ......................................................................44
Hình 3.3. Cấu trúc bên trong của PIC 16F887 ..........................................................44
Hình 3.4. Module SIM900 ........................................................................................48
Hình 3.5. Khối nguồn ................................................................................................50
Hình 3.6. Khối Sim900A ..........................................................................................50
Hình 3.7..Khối UART ...............................................................................................51
Hình 3.8. Khối Microphone ......................................................................................51
Hình 3.9. Khối Sim card........................................................................................51
Hình 3.10. Khối Speaker ...........................................................................................51
Hình 3.11. Sơ đồ chân SIM900 .................................................................................52
Hình 3.12. Sơ đồ thiết kế Breakout của Module SIM900 .........................................53
Hình 3.13. Cấu hình mặc định cho SIM900 .............................................................56
Hình 3.14. Cảm biến đo nhiệt độ LM35 ...................................................................57
Hình 3.15. Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến độ ẩm đất ............................................58
Hình 3.16. Text LCD 16x2 .......................................................................................59
Hình 3.17. Kết nối Text LCD với Vi điều khiển ......................................................60
Hình 3.18. Lƣu đồ thuật tốn ...................................................................................61
Hình 3.19. Sơ đồ mạch ngun lý .............................................................................62
Hình 3.20. Mạch in đo nhiệt độ, độ ẩm đất ...............................................................63

Hình 3.21. Mạch đo nhiệt độ, độ ẩm đất kết nối với modul Sim900 ........................63
Hình 3.22. Hoạt động của mạch giám sát nhiệt độ, độ ẩm đất .................................63
Hình 3.23. Giao diện giám sát nhiệt độ, độ ẩm đất trong trang web ........................64
5


DẠNH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Tốc độ dữ liệu truyền trong GPRS ...........................................................23
Bảng 2.2. Tốc độ kênh truyền trong GPRS...............................................................24
Bảng 2.3. Một số cổng TCP phổ biến .......................................................................39
Bảng 2.4. Dạng thức của segment TCP ....................................................................41
Bảng 3.1. Chức năng chân của LCD .........................................................................59

6


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

GSM

Global System for Mobile
communication

Hệ thống truyền thơng

di động tồn cầu

TDMA

Time Division Mutiple Access

Đa truy cập phân chia
theo thời gian

FDMA

Frequence Division Mutiple Access

Đa truy cập phân chia
theo tần số

ETSI

European Telecommunication
Standards Institude

Viện tiêu chuẩn viễn
thông Châu Âu

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm gốc

BSS

Base Station System

Hệ thống trạm gốc

HLR

Home Location Register

Thanh ghi định vị
thƣờng trú

VLR

Visitor Location Register

Thanh ghi định vị tạm
trú

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ vơ tuyến gói
tổng hợp

SMSC

Short Message Service Centre

Dịch vụ bản tin ngắn

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút phục vụ các thuê
bao GPRS

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút định tuyến của
GPRS

TCP/IP

Transmission Control
Protocol/Internet Protocol

Giao thức Điều Khiển
Truyền Thông/Giao
thức Internet

ICMP

Internet control message protocol

Giao thức điều khiển
thông điệp Internet

IGMP

Internet group management protocol

Giao thức quản lý
nhóm Internet

7


MỞ ĐẦU
Hiện nay cùng với sự phát triển của kinh tế - xã hội, nông nghiệp thông minh
đang nhận đƣợc sự quan tâm lớn từ xã hội. Trong các hệ thống giám sát thì hệ thống
giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong đất rất quan trọng trong ứng dụng nông nghiệp.
Việc giám sát thu thập thông tin dữ liệu sẽ cho phép các kỹ sƣ nông nghiệp giám sát
môi trƣờng từ xa từ một vƣờn thông minh hay các khu vực sản xuất nông nghiệp
lớn để đánh giá và đƣa ra các quyết định thích hợp mà khơng phải trực tiếp đến từng
nơi để giám sát. Cùng với đó sự bùng nổ của Internet tạo môi trƣờng thuận lợi cho
việc truy cập và thu thập dữ liệu.
Việc giám sát thu thập dữ liệu là một bài toán thiết thực, vận dụng linh hoạt
kiến thức và ứng dụng rất nhiều trong thực tế. Đây là một chủ đề mới mẻ và đang
đƣợc nhiều công ty, nông trƣờng,... áp dụng để nâng cao hiệu quả sản suất đảm bảo
môi trƣờng tốt cho cây trồng phát triển.
Chính vì các lý do nhƣ trên nên em quyết định chọn đề tài “ Nghiên cứu thiết
kế hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm trong đất từ xa thông qua mạng thông tin
di động ứng dụng trong nông nghiệp”
Nội dung của đồ án đƣợc trình bày trong 3 chƣơng

Chƣơng 1. Tổng quan về các hệ thống giám sát môi trƣờng trong nông nghiệp
Chƣơng 2. Hệ thống thông tin di động và mạng dữ liệu di động GPRS
Chƣơng 3. Thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm môi trƣờng đất từ xa
thông qua mạng thông tin di động ứng dụng trong nơng nghiệp
Mặc dù có nhiều cố gắng tuy nhiên do thời gian khơng nhiều và điều kiện làm
việc cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi những thiếu sót.
Rất mong thầy cơ và các bạn góp ý và bổ sung thêm.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nghệ An, tháng 05 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Hoàng Huy Huỳnh

8


CHƢƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT MÔI TRƢỜNG
TRONG NÔNG NGHIỆP
1.1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC GIÁM SÁT MÔI TRƢỜNG TRONG
NÔNG NGHIỆP
Ngày nay với việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào trong quá trình sản xuất là
vấn đề đƣợc nhiều sự quan tâm. Với sự phát triển của kinh tế - xã hội, nền nông
nghiệp thông minh đang đƣợc sự quan tâm lớn từ xã hội. Đã đƣợc nhiều nƣớc trên
thế giới áp dụng để nâng cao hiệu quả sản suất đảm bảo môi trƣờng tốt cho cây
trồng phát triển. Trong chƣơng này chúng ta tìm hiểu về tầm quan trọng, yêu cầu và
các ứng dụng của hệ thống giám sát trong môi trƣờng trong nông nghiệp.
Các hệ thống giám sát, cảnh báo đã đƣợc ra đời và áp dụng ngày càng tăng
trong nông nghiệp hiện đại vào trang trại, nông trƣờng nhằm đáp ứng nhu cầu của
con ngƣời trong khi duy trì hoặc nâng cao chất lƣợng môi trƣờng và bảo tồn tài
nguyên thiên nhiên.

Theo truyền thống nông nghiệp đƣợc thực hiện một nhiệm vụ cụ thể chẳng
hạn nhƣ trồng, chăm sóc, tƣới tiêu và thu hoạch với lịch trình định trƣớc. Nhƣng
bằng cách thu thập dữ liệu thời gian thực về thời tiết, đất và chất lƣợng khơng khí...
nhằm theo dõi sự trƣởng thành của cây trồng sẽ cải thiện đƣợc năng suất, nâng cao
hiệu quả sản suất, giảm chi phí đầu tƣ, tăng năng suất cây trồng, có thể tạo sản phẩn
nơng nghiệp theo yêu cầu thị trƣờng mà không quan tâm đến mùa vụ,... Ngồi ra
việc phát triển ngành nơng nghiệp ứng dụng công nghệ cao cũng là sân cho sự sáng
tạo, ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào sản xuất, đem lại nhiều hiệu quả
kinh tế.
Trong ứng dụng hàng ngày, nhu cầu theo dõi nhiệt độ và độ ẩm ngày càng
trở nên phổ biến và thiết thực và đƣợc sử dụng nhiều trong: Sản xuất chế biến nông
nghiệp hiển thị và thực thi điều khiển, theo dõi giám sát môi trƣờng. Nhiệt độ và độ
ẩm là yếu tố ảnh hƣởng trực tiếp đến tích chất của vật chất và môi trƣờng sống cây
trồng.

9


Kỹ thuật đo lƣờng trong việc phát triển nông nghiệp xanh đã mang lại những
hiệu quả hết sức to lớn với quy mô nhà trồng hay nông trại rộng ...
Nhƣ vậy có thể thấy việc đo lƣờng giám sát nhiệt độ, độ ẩm là điều rất quan
trọng phù hợp với xu thế chung của nền nông nghiệp thế giới và đối với phát triển
nông nghiệp ở nƣớc ta.
1.2. YÊU CẦU CỦA CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT MÔI TRƢỜNG TRONG
NÔNG NGHIỆP
Yêu cầu của hệ thống giám sát môi tƣờng cụ thể phải đạt đƣợc các tiêu chí
sau: Duy trì và làm tăng năng suất, lợi nhuận công nghiệp trong khi đảm bảo việc
cung cấp thực phẩm và các dịch vụ hệ sinh thái trên cơ sở bền vững, giảm thiểu các
tác động tiêu cực bên ngồi và khí thải nhà kính nông nghiệp, tái tạo lại các nguồn
tài nguyên sinh thái. Ngồi ra tác dụng lâu dài của nơng nghiệp xanh có thể mang

lại cho vụ thu hoạch cây trồng nhiều hơn.
Nơng nghiệp xanh trong lĩnh vực trồng trọt thƣờng địi hỏi khắt khe về việc
duy trì nhiệt độ và độ ẩm cho môi trƣờng sinh trƣởng của cây trồng theo từng loại
cây cũng nhu thời gian sinh trƣởng của chúng. Điều này đòi hỏi phải giám sát và
thu nhập số liệu về nhiệt độ và độ ẩm tại nhiều vị trí khác nhau trong mơi trƣờng
sinh trƣởng cây trồng. Nhờ giám sát và thu thập số liệu nhiệt độ,độ ẩm trong đất
nhà nơng có thể theo dõi đƣợc độ ẩm của các loại cây để quyết định thời điểm thu
hoạch thích hợp. Biết đƣợc độ ẩm của đất, độ ẩm- nhiệt độ của khơng khí sẽ cho
phép nhà nơng điều chỉnh canh tác cả mình một cách thích hợp để đạt đƣợc tối ƣu
năng suất cây trồng.
1.3. CÁC SẢN PHẨM VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT MÔI TRƢỜNG
 Hệ thống kiểm sốt nhiệt độ trong nhà kính:
Là hệ thống đặc biệt cần thiết với nhà kính nơng nghiệp, đặc biệt là ở các
vùng địa lý có khí hậu biến đổi liên tục theo mùa.
Trên thế giới hệ thống kiểm soát nhiệt độ tự động đã đƣợc ứng dụng từ năm
1985. Các sản phẩm này giúp nhiệt độ trong nhà kính ln ổn định, hoặc thay đổi
theo quá hƣớng phục vụ quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây trồng. Ngồi ra
hệ thống cịn tích hợp chức năng quản lý hệ thống tƣới và hệ thống châm phân,
phun thuốc hoá sinh….
10


Hệ thống kiểm soát nhiệt độ tự động trong nhà kính đƣợc thiết kế để giúp
ngƣời trồng tối đa hóa năng suất cây trồng và giúp bảo tồn nguồn nƣớc và tiết kiệm
năng lƣợng vận hành cho nhà kính.

Hình 1.1. Hệ thống giám sát
+ Các tính năng cơ bản của hệ thống kiểm sốt nhiệt độ nhà kính nơng
nghiệp hiện nay:
- Khả năng lập trình điều khiển từ xa qua internet.

- Có thể hoạt động tự động hồn tồn hoặc bán tự động với thao tác của
ngƣời vận hành.
- Tính năng hoạt động theo trình tự thời gian hoặc yêu cầu thực tế bên trong
nhà kính.
- Hệ thống có thể tiếp nhận và xử lý cùng lúc nhiều thông tin bên trong nhà
kính nhƣ: Nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, dinh dƣỡng…
- Kết hợp điều khiển ánh sang, phục vụ quá trình sinh trƣởng của cây cũng
nhƣ quá trình canh tác của con ngƣời.
- Kiểm sốt lƣợng khí thải CO2, quạt thơng gió.
- Xử lý lƣợng nƣớc tƣới và nƣớc thừa.
Một số hệ thống giám sát trên thế giới
+ Hệ thống giám sát và cảnh báo thảm họa
Nhật Bản là quốc gia phải hứng chịu nhiều thảm họa thiên nhiên, khơng chỉ
có động đất hay sóng thần mà cả các cơn bão, lở đất và núi lửa phun trào. Tất cả các
thảm họa này có thể xảy ra thƣờng xuyên tại bất cứ nơi nào trên nƣớc Nhật. Nhật
Bản cũng đƣợc biết đến là một trong các nƣớc thành công trong việc triển khai và
11


vận hành hệ thống giám sát và cảnh báo thảm họa. Ngồi các thảm họa thiên nhiên
nhƣ động đất, sóng thần, bão, tuyết, lũ lụt thì các thảm họa do tai nạn gây ra nhƣ
hỏa hoạn, cháy rừng, đƣờng sắt, hàng hải... cũng đƣợc theo dõi và giám sát và thông
báo đến cho ngƣời dân.
Hệ thống giám sát môi trƣờng là hệ thống các thiết bị cảm biến đƣợc lắp đặt
tại các vị trí trọng yếu nhƣ bờ biển, núi, đƣờng ray, rừng. cho phép theo dõi và thu
thập các dữ liệu từ môi trƣờng nhƣ độ ẩm, nhiệt độ, mực nƣớc.
Các dữ liệu thu thập từ hệ thống giám sát mơi trƣờng đƣợc chuyển đến các
cơ quan khí tƣợng thủy văn. Khi có thảm họa xảy ra, dựa vào kết quả dự báo về loại
hình và mức độ tác động của thảm họa mà cơ quan khí tƣợng thủy văn sẽ quyết
định có cần thơng báo đến các cơ quan liên quan hay không. Các cơ quan liên quan

bao gồm Chính phủ, các Bộ, ngành liên quan và các địa phƣơng nằm trong vùng
ảnh hƣởng của thảm họa sẽ nhận đƣợc các cảnh báo về nguy cơ thảm họa. Các
thông tin cảnh báo từ trung ƣơng đƣợc gửi đến các địa phƣơng và đƣợc thông báo
cho ngƣời dân thông qua nhiều loại hình khác nhau nhƣ: hệ thống loa phóng thanh
trên các tịa nhà, dọc đƣờng, trên các phƣơng tiện giao thơng cơng cộng, đài phát
thanh, đài truyền hình. Các cảnh báo này còn đƣợc gửi qua hệ thống tin nhắn điện
thoại mà khơng bị tính cƣớc.
+ Hệ thống giám sát môi trƣờng trong nông nghiệp
Nhiều nƣớc trên thế giới nhƣ: Nhật Bản, Australia, Israel. đã và đang nghiên
cứu và ứng dụng các hệ thống sensor để giám sát môi trƣờng phục vụ cho nông
nghiệp. Với các phƣơng pháp giám sát truyền thống, chi phí nhân cơng là rất lớn.
Đặc biệt, nó cịn gặp hạn chế về số lƣợng các điểm có thể tiếp cận cũng nhƣ tần suất
đo. Để khắc phục các hạn chế này, ngƣời ta đã sử dụng các hệ thống ICT sensor để
thu thập các dữ liệu tại các điểm trồng cây. Các thông tin thu thập đƣợc bao gồm
nhiệt độ, độ ẩm, áp suất. Các thơng tin này đƣợc sử dụng để phân tích và tối ƣu thời
gian thu hoạch, thời gian tƣới cây, thời điểm phun thuốc phịng trừ sâu bệnh. nhằm
tạo mơi trƣờng thuận lợi nhất cho cây trồng sinh trƣởng và phát triển, tạo ra các vụ
mùa bội thu.
Các hệ thống ICT sensor trƣớc đây thƣờng đƣợc dùng ở các ruộng cây trong
nhà nhằm giám sát hỏa hoạn, nhiệt độ và độ ẩm để điều khiển môi trƣờng tối ƣu cho
12


cây hoa màu và các loại cây ăn quả phát triển. Để mở rộng phạm vi ứng dụng của
hệ thống các sensor, đặc biệt là cho các nông trại rộng lớn, các mạng sensor không
dây đang đƣợc đẩy mạnh nghiên cứu xây dựng. Hệ thống sensor không dây gồm
các điểm có đặt các sensor cùng với các thiết bị xử lý thông tin cho phép
truyền/nhận dữ liệu không dây. Các điểm này hoạt động độc lập và thu thập các
thông tin về điều kiện môi trƣờng.
Một số hệ thống giám sát môi trƣờng và cảnh báo tại Việt Nam:

+ Hệ thống giám sát mơi trƣờng có tích hợp GPS:
Các chức năng chính của thiết bị chế tạo đƣợc gồm:
- Thu nhận dữ liệu về kinh độ, vĩ độ, tốc độ và thời gian.
- Thu nhận các thông số môi trƣờng đƣợc đo từ các cảm biến gồm CO, CH4,
nhiệt độ và độ ẩm.
- Truyền dữ liệu vị trí và các thông số môi trƣờng trực tuyến về trung tâm
giám sát thông qua đƣờng truyền GPRS và mạng Internet.
- Hiển thị thông số môi trƣờng đo đƣợc của các khu vực cần giám sát theo vị
trí trực tuyến trên bản đồ số GIS.
Thiết bị đƣợc chế tạo với đầy đủ tính năng của một bộ cảm biến giám sát các
thông số mơi trƣờng. Thiết bị cịn cho phép sử dụng trong điều kiện làm việc di
động, thay đổi vị trí khác nhau dựa vào khả năng nhận biết vị trí thơng qua hệ thống
GPS. Các kết quả thu nhận đƣợc còn có khả năng thể hiện trực quan trên bản đồ số
GIS.
+ Hệ thống AGRASYS
Hệ thống AGRASYS là một trong các kết quả nghiên cứu của đề tài cấp Nhà
nƣớc có tên "Nghiên cứu và phát triển một số sản phẩm tính tốn khắp nơi và di
động (Ubiquitous & Mobile Computing)" do Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
chủ trì thực hiện. Đây là hệ thống đƣợc phát triển với mục đích hỗ trợ cho hoạt
động thu thập số liệu và điều khiển môi trƣờng phục vụ trồng trọt. Một số đặc tính
của hệ thống:
- Về truy nhập: Cho phép truy nhập từ xa qua mạng Internet, GPRS, 3G hoặc
truy nhập trong nội bộ qua mạng LAN, WiFi. Các thiết bị đầu cuối có thể sử dụng
Laptop, PC hoặc điện thoại di động.
13


- Về giám sát: Các thông số môi trƣờng thu thập đƣợc có thể hiển thị trên
giao diện web hoặc qua các màn hình hiển thị chuyên dụng dùng cho hệ thống. Hệ
thống cho phép hiển thị các thông số môi trƣờng theo thời gian thực, trong một

ngày bất kỳ, trong tuần hoặc trong tháng.
- Về thu thập dữ liệu: Giá trị các tham số môi trƣờng đo đạc đƣợc tại hiện
trƣờng từ nhiều sensor đƣợc lƣu trong bộ nhớ.
- Về điều khiển: Hệ thống cho phép điều khiển nhiều loại tải khác nhau phù
hợp cho nhiều loại thiết bị đƣợc sử dụng trên cánh đồng nhƣ hệ thống tƣới phun, hệ
thống tƣới nhỏ giọt... Hình thức điều khiển thiết bị đa dạng nhƣ điều khiển tự động,
điều khiển qua web, điều khiển bằng tay hay điều khiển tại chỗ (sử dụng các bộ
điều khiển kèm theo hệ thống).
Hệ thống AGRASYS đã đƣợc nghiên cứu, phát triển và triển khai tại Vƣờn
thực nghiệm của Viện nghiên cứu cây rau, cây ăn quả và Khu vƣờn lan của Trƣờng
Đại học Nông nghiệp I.[4]
1.4. KẾT LUẬN
Từ chƣơng chúng ta có đƣợc một cái nhìn tổng quan về hệ thống giám sát
mơi trƣờng. Từ đó giúp chúng ta hiểu và biết đƣợc tầm quan trọng và ứng dụng của
việc giám sát trong môi trƣờng nông nghiệp.

14


CHƢƠNG 2:
HỆ THỒNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ MẠNG DỮ LIỆU DI ĐỘNG GPRS
2.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
2.2.1. Lịch sử phát triển
Dịch vụ điện thoại di động bắt đầu xuất hiện ở các dạng sử dụng đƣợc vào
đầu những năm 1960, các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi và
dung lƣợng thấp. Năm 1982 hệ thống thông tin di động số ra đời ở Châu Âu có tên
là (Global System for Mobile Communications) viết tắt là GSM. Dịch vụ GSM
đƣợc sử dụng bởi hơn 2 tỷ ngƣời trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Khả năng có
thể phủ sóng khắp nơi của chuẩn GSM khiến nó trở nên phổ biến trên thế giới, cho
phép ngƣời sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng trên thế giới. Từ

đây chúng ta có thể thấy hệ thống thơng tin di động giúp ta tiện lợi hơn rất nhiều
trong thông tin liên lạc hàng ngày. Bây giờ chúng ta sẽ đi tìm hiểu về hệ thống
thơng tin di động và mạng dữ liệu di động để hiểu rõ hơn hoạt động của nó.
- 1982-1985 Conference Europeennedes Postes et Telecommunications
(CEPT Hiệp hội bƣu chính viễn thơng Châu Âu) bắt đầu đƣa ra chuẩn viễn thông kỹ
thuật số Châu Âu tại băng tần 900MHz, tên là GSM-Global System for Mobile
communication (hệ thống truyền thơng di động tồn 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 đƣợc lựa chọn.
- 1986: Hai kỹ thuật trên đã đƣợc kết hợp để tạo nên công nghệ phát cho
GSM.
Các nhà khai thác của 12 nƣớc 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 nƣớc gia nhập MoU.
- 1989: Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ( European Telecommunication
Standards Institude) nhận trách nhiệm phát triển đặc tả GSM.
- 1990: Đặc tả giai đoạn 1 đã đƣợc đƣa cho các nhà sản xuất phát triển thiết
15


bị mạng.
- 1991: chuẩn GSM 1800 đƣợc công bố và thống nhất cho phép các nƣớc
ngoài CEPT đƣợc tham gia bản MoU.
- 1992: Đặc tả giai đoạn 1 hoàn tất. Mạng GSM giai đoạn 1 thƣơng mại đầu
tiên đƣợc công bố. Thỏa thuận chuyển vùng (roaming) quốc tế đầu tiên giữa
Telecom Finland và Vodafone (Anh) đƣợc ký kết.
- 1993: Úc là nƣớc đầu tiên ngồi CEPT ký MoU, khi đó MoU đã đƣợc 70

nƣớc tham gia. Mạng GSM đƣợc công bố tại Áo, Ai-xơ-len, Hồng Kông, Na Uy và
Úc. Thuê bao GSM lên đến hàng triệu. Hệ thống DCS thƣơng mại đầu tiên đƣợc
cơng bố ở Anh.
- 1994: MoU có hơn 100 tổ chức tham gia tại 60 nƣớc. 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) đƣợc 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.
- 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 nƣớc và có trên 70 triệu thuê bao
trên toàn cầu chiếm 31% thị trƣờng di động thế giới.
- 6/2002 Hiệp hội GSM có 600 thành viên, đạt 79 triệu thuê bao chiếm 71%
thị trƣờng di động số trên 173 quốc gia.[4]
2.1.2. Kiến trúc mạng thông tin di động 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 đƣợc xây dựng trên nhiều thiết bị chuyên dụng
khác nhau. Ngoài ra, giống nhƣ các mạng liên lạc khác, GSM cũng đƣợc 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 cơng việc liên quan
đến truyền phát sóng radio. OMC thực hiện nhiệm vụ vận hành và bảo trì mạng,
nhƣ theo dõi lƣu lƣợng cảnh báo khi cần thiết. OMC có quyền truy xuất đến cả SS
16


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 ngƣời dùng ln di chuyển nên kiến trúc phải có khả năng theo dõi đƣợc
vị trí của th bao.
3. Ơ (cell)
Là đơn vị cơ bản của hệ thống tế bào, đƣợc định nghĩa theo vùng phủ sóng
của BTS. Mỗi ơ đƣợc cấp một số định danh duy nhất gọi là CGI (Cell Global
Identity). Để phủ sóng tồn quốc, ngƣời ta cần đến một số lƣợng rất lớn BTS. Để
phủ sóng tồn 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 tƣơng 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 lƣợng vùng phủ sóng.
4. Vùng định vị (LA-Location Area)
Nhiều ơ đƣợc 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 đƣợc lƣu 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 khơng phải thực
hiện qui trình trên. Khi có cuộc gọi đến thiết bị, thông điệp đƣợc phát ra (broadcast)
tồn bộ các ơ của LA đang quản lý thiết bị.
5. Vùng phục vụ của MSC
Nhiều vùng LA đƣợc quản lý bởi một MSC. Để có thể kết nối cuộc thoại đến
thiết bị di động, thông tin vùng dịch vụ MSC cũng đƣợc theo dõi và lƣu lại HLR.
6. Vùng phục vụ của nhà khai thác
Vùng phục vụ của nhà khai thác bao gồm tồn bộ các ơ mà cơng ty có thể
phục vụ; nói cách khác, đây chính là tồn 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 thơng số vùng
phục vụ riêng. Việt Nam hiện có hai vùng phục vụ MobiFone và Vinaphone, hy
17

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 tồn bộ vùng địa lý mà th bao
có thể truy nhập vào mạng GSM, và sẽ càng mở rộng khi có thêm nhiều nhà khai
thác ký thỏa ƣớc 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. Mơ hình mạng di động
tế bào có thể đƣợc 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 lƣợng, băng tần dần mở sang 1800 và 1900MHz, gọi là phiên
bản mở rộng (E-GSM). Chính vì thế, thị trƣờng đã xuất hiện nhiều loại điện thoại
hỗ trợ nhiều băng tần nhằm tạo thuận lợi cho ngƣời dùng thƣờng xuyên đi nƣớc
ngoài và tận dụng đƣợc hết ƣu thế chuyển vùng quốc tế của mạng GSM hiện nay.
8. Đặc tả GSM
GSM đƣợc 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 ngƣời thiết kế phần cứng sáng tạo thêm tính năng
và cho phép cơng 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 đƣợc xem là phần phụ lục, nó chỉ đề cập đến sự khác nhau giữa
GSM 900 và GSM 1800.
GSM 1900 đƣợc viết dựa trên GSM 1800 nhƣng có thay đổi cho phù hợp với
chuẩn ANSI (American National Standards Institude) của Mỹ.
2.1.3. Các thủ tục cơ bản của GSM
Thiết bị sẽ tự động thực hiện quy trình cần thiết mà khơng cần đến sự quan
tâm hay điều khiển của ngƣời dùng.
- Đăng nhập thiết bị vào mạng

18


Khi thiết bị (điện thoại di động) ở trạng thái tắt, nó đƣợc tách ra khỏi mạng.
Khi bật lên, thiết bị dị tần số GSM để tìm kênh điều khiển. Sau đó, thiết bị đo
cƣờng độ của tín hiệu từ các kênh và ghi lại. Cuối cùng thì chuyển sang kết nối với
kênh có tín hiệu mạnh nhất.
- 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 dị kênh
để ln 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 địi 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 đƣợc gọi cho mạng, kiểm tra xem thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi ra đều
đƣợc thực hiện trong bƣớc này. Nếu hợp lệ, MSC/VLR báo cho BSC/TRC một
kênh đang rỗi. MSC/VLR chuyển tiếp số đƣợc gọi cho mạng PSTN. Nếu máy đƣợc
gọi trả lời, kết nối sẽ đƣợc 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
khơng đƣợc biết chính xác. Chính vì thế trƣớc khi kết nối, mạng phải thực hiện
cơng việc xác định vị trí của thiết bị di động.

1. Từ điện thọai cố định, số điện thoại di động đƣợc 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.
19


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 đƣợc trả
về GMSC với số điện thoại đƣợc 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 thơng 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 thơng điệp ra tồn bộ các ơ thuộc LA.

Hình 2.1. Base Station Controller – Bộ điều khiển trạm gốc
9. Khi nhận đƣợc thông điệp, thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngƣợc lại.
10. BSC cung cấp một khung thơng điệp chứa thơng tin.
11. Phân tích thơng 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 đƣợc thiết lập. Trong trƣờng hợp thực hiện cuộc
gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động, quá trình cũng diễn ra tƣơng tự nhƣng
điểm giao tiếp với mạng PSTN của điện thoại cố định sẽ đƣợc thay thế bằng
MSC/VLR khác. DROPBACK giữa hai nhà khai thác dịch vụ. Đây là một ƣu điểm
mà các nhà khai thác dịch vụ thƣờng 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
thƣờng tuyến kết nối sẽ đi ngƣợc về Việt Nam; nếu ứng dụng tính năng dropback,
tuyến kết nối sẽ đƣợc tối ƣu trong vùng của Singapore.

20


2.2. MẠNG DỮ LIỆU DI ĐỘNG GPRS
2.2.1. Khái quát chung về mạng GPRS

Hình 2.2. Cấu trúc của một mạng GPRS
GPRS (General Packet Radio Service) là một công nghệ mới đầy triển vọng
đƣợc Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu tiêu chuẩn hố vào năm 1993,đó là dịch
vụ vơ tuyến gói tổng hợp đƣợc phát triển trên nền tảng công nghệ thơng tin di động
tồn cầu (GSM) sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Nguyên lý cơ
bản của cơng nghệ là sử dụng các gói tin để truyền tải dữ liệu trên mạng khi và chỉ khi
có dữ liệu đƣợc 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 ngun lý
gói vơ tuyến để truyền số liệu của ngƣời 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 thƣờng để truy
nhập Internet. Nhờ GPRS ngƣời sử dụng có thể làm việc với thƣ điện tử của mình,
với các server Web thơng thƣờng (chứ khơng phải với các versions WAP chuyên
dụng) ...
Ƣu thế cơ bản của các mạng GPRS là ở chỗ ngƣời sử dụng chỉ phải chi trả
cho lƣợng thông tin phát /thu chứ không phải cho thời gian vào mạng. Trƣớc khi có
tiêu chuẩn cơng 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 khơng.
Nói một cách khác, tài ngun 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 nhƣ để duyệt thƣ điện tử, tài nguyên mạng đƣợc giao cho các thuê bao khác sử
dụng. Ngoài ra, công nghệ GPRS là một giai đoạn trung gian để chuyển từ thế hệ
21


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 171,2 kbit/s nhanh
hơn gần gấp 12 lần so với truyền số liệu trong các mạng GMS thông thƣờng (9,6
kbit/s). Tuy nhiên,vào thời điểm hiện tại ngƣời ta chƣa cần tốc độ cao nhƣ vậy mà
thƣờng chỉ trong khoảng 30-40kbit/s.
Với các chức năng đƣợc tăng cƣờng, GPRS làm giảm giá thành, tăng khả
năng thâm nhập các dịch vụ số liệu cho ngƣời dùng. Hơn nữa, GPRS nâng cao các
dịch vụ dữ liệu nhƣ độ tin cậy và đáp ứng các đặc tính hỗ trợ. Các ứng dụng sẽ đƣợc
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
lƣợng đƣờng truyền trên các tài nguyên vô tuyến và các tiểu hệ thống cơ sở. Một
phƣơng pháp GPRS dùng để làm giảm bớt các tác động đến dung lƣợng đƣờng
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 đƣợc triển khai để hỗ trợ cho các dịch vụ
số liệu đƣợc hiệu quả hơn.
Để cung cấp các dịch vụ mới cho ngƣời sử dụng điện thoại di động, GPRS là
bƣớc 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 đƣợc sử dụng và mở rộng cho các dịch vụ
3G cho các ứng dụng số liệu và thoại tích hợp. GPRS chứng tỏ đƣợc sự phát triển
các dịch vụ và ứng dụng mới, cũng nhƣ đƣợc dùng để phát triển các dịch vụ 3G.
Trƣớc 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 đƣợc gửi.
Giao thức TP đƣợc sử dụng trong mạng GPRS vì GPRS đƣợc thiết kế nhƣ một
phƣơng thức cung cấp dịch vụ mạng để hỗ trợ những ứng dụng theo dữ liệu chuẩn
(Standard Data Protocols).
Một trong những ƣu điểm của chuyển mạch gói là cho phép nhiều ngƣời sử
dụng phận chia một kênh vật lý. Điều này sẽ tối ƣu hóa sử dụng phổ nhờ phân chia
22


khe thời gian động giữa những ngƣời 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.
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 nhƣng chi phí rất cao và sử dụng khơng hiệu quả, thì GPRS với kỹ thuật chuyển
mạch gói đƣa tốc độ lên tới 171,2 kbit/s và phổ đƣợc 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 lƣợc 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
Bảng 2.1. Tốc độ dữ liệu truyền trong GPRS
Tốc độ dữ liệu trên 1 khe

Tốc độ dữ liệu trên 8 khe

thời gian (kbit/s)

thời gian (kbit/s)

1/2

9,05

72,4

CS-2

2/3

13,4

107,2

CS-3

3/4

15,6

124,8

CS-4

1

21,4

171,2

Lƣợc đồ

Tỷ lệ mã

CS-1

Với khả năng có thể đƣa ra linh hoạt từ 1 đến 8 kênh lƣu lƣợng (hay 8 khe
thời gian) trên một tần số sóng mang đơn (một khung TDMA), GPRS đã đƣa tốc độ
dữ liệu lên tối đa là 171,2 kbit/s đối với 1 ngƣời sử dụng. Trên thực tế, do sự cần
thiết phải mã hóa kênh và phân phối đa khe thời gian nên giới hạn tốc độ sẽ chỉ là
115 kbit/s. Tuy nhiên, phần lớn các ứng dụng lại ở tốc độ thấp hơn nhiều nhƣng
chất lƣợng dịch vụ vẫn chấp nhận đƣợc.

23