Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hóa mạng thông tin di đông GSM
- Tạo một hệ thống có thể phục vụ cho các MS trên các tầu viễn dương
như một mạng mở rộng cho các dịch vụ di động mặt đất
2. Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật
- Chất lượng của thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ
thống di động tương tự trước đó trong điều kiện vân hành thực tế.
- Hệ thống có khả năng mật mã hoá thông tin người dùng mà không ảnh
hưởng gì đến hệ thống cũng như không ảnh hưởng đến các thuê bao khác không
dùng đến khả năng này.
3. Về sử dụng tần số
- Hệ thống cho phép mức độ cao về hiệu quả của dải tần mà có thể phục
vụ ở vùng thành thị và nông thôn cũng như các dịch vụ mới phát triển.
- Dải tần số hoạt động là 890 - 915 và 935 - 960 Mhz.
- Hệ thống GSM 900Mhz phải có thể cùng tồn tại với các hệ thống dùng
900Mhz trước đây.
4. Về mạng
- Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT.
- Kế hoạch đánh số dựa trên khuyến nghị của CCITT.
- Hệ thống phải cho phép cấu trúc và tỷ lệ tính cước khác nhau khi được
dùng trong các mạng khác nhau.
- Trung tâm chuyển mạch và các thanh ghi định vị phải dùng hệ thống
báo hiệu được tiêu chuẩn hoá quốc tế.
- Chức năng bảo vệ thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển mạng phải
được cung cấp trong hệ thống.
III. CẤU TRÚC ĐỊA LÝ CỦA MẠNG
Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc
gọi đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. Ở một mạng di động,
cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng.
Trong hệ thống GSM, mạng được phân chia thành các phân vùng sau (hình 1.2):
Khoa công nghệ - Lớp 45k
2
-ĐTVT Sinh viên: Cao Đăng Hợp
5
Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hóa mạng thông tin di đông GSM
Hình 1.1 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM
Hình 1.2 Phân vùng và chia ô
Khoa công nghệ - Lớp 45k
2
-ĐTVT Sinh viên: Cao Đăng Hợp
6
Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hóa mạng thông tin di đông GSM
1. Vùng phục vụ PLMN
Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng phục vụ do sự kết hợp của các quốc
gia thành viên nên những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác
nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới.
Phân cấp tiếp theo là vùng phục vụ PLMN, đó có thể là một hay nhiều
vùng trong một quốc gia tùy theo kích thước của vùng phục vụ.
Kết nối các đường truyền giữa mạng di động GSM/PLMN và các mạng
khác (cố định hay di động) đều ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế.
Tất cả các cuộc gọi vào hay ra mạng GSM/PLMN đều được định tuyến thông
qua tổng đài vô tuyến cổng G-MSC (Gateway - Mobile Service Switching
Center). G-MSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN.
2. Vùng phục vụ MSC
MSC (Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động, gọi tắt là tổng đài
di động). Vùng MSC là một bộ phận của mạng được một MSC quản lý. Để định
tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động. Mọi thông tin để định tuyến cuộc
gọi tới thuê bao di động hiện đang trong vùng phục vụ của MSC được lưu giữ
trong bộ ghi định vị tạm trú VLR.
Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục
vụ MSC/VLR.
3. Vùng định vị LA
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị LA.
Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR, mà ở đó một trạm di
động có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho
tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này. Vùng định vị này là một vùng
mà ở đó thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm một thuê bao di động bị
gọi. Vùng định vị LA được hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng
thái hoạt động.
Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng
vùng định vị LAI (Location Area Identity):
LAI = MCC + MNC + LAC
MCC (Mobile Country Code): mã quốc gia
MNC (Mobile Network Code): mã mạng di động
Khoa công nghệ - Lớp 45k
2
-ĐTVT Sinh viên: Cao Đăng Hợp
7
Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hóa mạng thông tin di đông GSM
LAC (Location Area Code) : mã vùng định vị (16 bit)
4. Cell
Vùng định vị được chia thành một số ô mà khi MS di chuyển trong đó thì
không cần cập nhật thông tin về vị trí với mạng. Cell là đơn vị cơ sở của mạng,
là một vùng phủ sóng vô tuyến được nhận dạng bằng nhận đạng ô toàn cầu
(CGI). Mỗi ô được quản lý bởi một trạm vô tuyến gốc BTS.
CGI = MCC + MNC + LAC + CI
CI (Cell Identity): Nhận dạng ô để xác định vị trí trong vùng định vị.
Trạm di động MS tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng
trạm gốc BSIC (Base Station Identification Code).
IV. BĂNG TẦN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỒNG GSM
2 5 M h z
2 0 0 K h z
2 5 M h z
2 0 0 K h z
8 9 0 M h z
9 1 5 M h z
9 3 5 M h z
9 6 0 M h z
B ¨ n g t Ç n l ª n
( T õ M S - B T S )
B ¨ n g t Ç n x u è n g
( T õ B T S - M S )
8 8 2 M h z
9 1 5 M h z
9 2 7 M h z
9 6 0 M h z
1 7 1 0 M h z
1 7 8 5 M h z
1 8 0 5 M h z
1 8 8 0 M h z
G S M
m ë
r é n g
D S C
Hình 1.2 băng tần cơ bản và mở rộng của GSM
Hệ thống thông tin di động GSM làm việc trong băng tần 890 – 960 KHz,
băng tầ này được chia làm 2 phần:
- Băng tần lên (uplink band): 890 – 915 KHz cho các kênh vô tuyến từ
trạm di động đến hệ thống tram thu phát gốc.
- Băng tần xuốn (downlink band): 935 – 960 KHz cho các kênh vô tuyến
từ tram thu phát gốc đếm trạm di động
Mỗi băng rộng 23KHz , được chia làm 24 sóng mang. Các sóng mang
cạnh nhau cách nhau 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần só riêng biệt, một cho
đường lên, một cho đường xuống. các kênh này được gọi là kênh song công.
Khoảng cách giữa 2 tần số là không thay đổi và bằng 45KHz, được gọi là
Khoa công nghệ - Lớp 45k
2
-ĐTVT Sinh viên: Cao Đăng Hợp
8
Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hóa mạng thông tin di đông GSM
khoảng cách song công. Kênh vô tuyến này được chia làm 8 khe thời gian, mỗi
khe thời gian là một kênh vật lý để trao đổi thông tin giữa trạm thu phát và trạm
di động. Ngoài băng tần trên GSM còn mở rộng băng tần DCS (Digital Cellular
System)
V. PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP TRONG THỒNG TIN DI ĐỘNG
Ở giao diện vô tuyến, MS và BTS liên lạc với nhau bằng sóng vô tuyến.
Để sử dụng tài nguyên tần số có hiệu quả, ngoài việc sử dụng lại tần số, số kênh
vô tuyến được dùng theo kiểu kênh trung kế. Hệ thống trung kế vô tuyến là hệ
thống vô tuyến có số kênh sẵn sàng phục vụ ít hơn số người dùng khả dĩ.
Phương thức sử dụng các kênh gọi là phương pháp đa truy nhập. Người dùng khi
có nhu cầu thì được đảm bảo về sự truy nhập vào trung kế.
Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frquency Division Multiple
Access): phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau. Người dùng được
cấp phát một kênh trong tập hợp các kênh trong lĩnh vực tần số. Phổ tần số được
chia thành 2N dải tần số kế tiếp, cách nhau một khoảng bảo vệ. Mỗi dải tần số
được gán một kênh liên lạc, N dải dành cho liên lạc hướng lên, N dải dành cho
liên lạc hướng xuống.
Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple
Access): khi có yêu cầu một cuộc gọi thì một kênh vô tuyến được ấn định. Các
thuê bao khác nhau dùng chung một kênh nhờ cài xen thời gian. Mỗi thuê bao
được cấp một khe trong cấu trúc khung tuần hoàn 8 khe.
Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple
Access): là phương pháp trai phổ tín hiệu, gán cho mỗi MS một mã riêng biệt
cho phép nhiều MS cùng thu, phát độc lập trên mặt băng tần nên tăng dung
lượng cho hệ thống. Hiện tại công nghệ CDMA đang được triển khai tại mộ số
quốc gia. Tại Việt Nam hiện có mạng thông tin di động S- Fone của công ty cổ
phần viễn thông Sài Gòn (SPT) đang sử dụng công nghệ này.
Ngoài ra còn sử dụng phương pháp truy nhạp theo không gian SDMA.
Mạng GSM sử dụng phương pháp TDMA kết hợp FDMA.
Khoa công nghệ - Lớp 45k
2
-ĐTVT Sinh viên: Cao Đăng Hợp
9
Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hóa mạng thông tin di đông GSM
CHƯƠNG 2
CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
I. MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
Hình 1.3: cấu trúc mạng GSM
OSS : Phân hệ khai thác và bảo dưỡng
SS : Phân hệ chuyển mạch
Auc : Trung tâm nhận thực
EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị
HLR : Bộ ghi định vị thường trú
VLR : Bộ ghi định vị tạm trú
MSC : Tổng đài di động
BSS : Phân hệ trạm gốc
BSC : Bộ điều khiển trạm gốc
BTS : Trạm thu phát gốc
MS : Trạm di động
ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ
PSPDN : Mạng chuyển mạch gói công cộng
PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng
CSPDN : Mạng chuyển mạch kênh cộng cộng
PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng
Khoa công nghệ - Lớp 45k
2
-ĐTVT Sinh viên: Cao Đăng Hợp
10
Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hóa mạng thông tin di đông GSM
II. CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
1. Phân hệ chuyển mạch SS
Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính
của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di
động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những
người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.
1.1. Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC
Trong SS, chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện. Nhiệm vụ
chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng
mạng GSM. Một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác nó giao tiếp với
mạng ngoài.
MSC thực hiện cung cấp các dịch vụ của mạng cho thuê bao, chứa dữ
liệu và thực hiện các quá trinh chuyển giao cuộc gọi (Handover). Ngoài ra MSC
còn làm nhiệm vụ phát tin tức báo hiệu ra các giao diện ngoại vi.
1.2. Bộ ghi định vị thường trú HLR
Là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của hệ thống thông tin di động GSM.
HLR lưu trử các số liệu và địa chỉ nhận dạng cũng như các thông số nhận thực
của thuê bao trong mạng. các thông tin lưu trử trong HLR gồm: khóa nhận dạng
thuê bao IMSI, MSISDN, VLR hiện thời, trạng thái thuê bao, khóa nhận thực và
chức năng nhận thực, số lưu động tram di động MSRN
HLR chứa những cơ sở dữ liệu bậc cao của tất cả các thuê bao trong
mạng GSM. Những dữ liệu này được truy nhập từ xa bởi các MSC và VLR của
mạng.
HLR lưu giử các dịch vụ mà thê bao đăng kí, lưu giử số liệu động về
vùng mà ở đó đang chứa thuê bao của nó.
1.3. Bộ ghi định vị tạm trú VLR
VLR là cơ sở dữ liệu thứ 2 trong mạng GSM. Nó được nối với một hay
nhiều MSC và có nhêm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao hiện đang nằm
trong vùng phuc vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giử số liệu về vị trí
thuê bao nói trên ở mức đọ chính xác hơn HLR. Các chức năng của VLR thường
được liên kết với các chức năng của MSC.
1.4. Trung tâm nhận thực AuC
AuC quản lí các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá
nhân thuê bao dựa trên một khóa nhận dạng bí mật Ki để đảm bảo an toàn số liệu
cho các thuê bao được phép. Khóa này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật
Khoa công nghệ - Lớp 45k
2
-ĐTVT Sinh viên: Cao Đăng Hợp
11
Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hóa mạng thông tin di đông GSM
trong bộ nhớ ở MS. Bộ nhớ này có dạng Simcard có thể rút ra và cắm lại được.
AuC có thể được đặt trong HLR hoặc MSC hoặc độc lập với cả hai.
1.5. Bộ đăng kí nhận dạng thiết bị EIR
Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị
EIR. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến phần thiết bị di động ME của
trạm di động MS. EIR được nối với MSC thông qua đường báo hiệu để kiển tra
sự được phép của thiết bị bằnng cách so sánh các tham số nhận dạng thiết bị di
động quốc tế IMEI (International Mobile Equipment Identity) của thê bao gửi
tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu giữ trong EIR phòng trường hợp đây
là những thiết bị đầu cuối bị đánh cắp, nếu so sánh không đúng thì thiết bị không
thể truy nhập vào mạng được.
1.6. Tổng đài di động cổng G – MSC
Tất cả các cuộc gọi vào mạng GSM sẽ được định tuyến cho tổng đài di
động cổng Gateway – MSC. Nếu một người nào đó ở mạng cố định PSTN muốn
thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng GSM. Tổng đài tại
PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này đến MSC có trang bị một chức năng đựoc gọi là
chức năng cổng. Tổng đài MSC này gọi là MSC cổng và nó có thể là một MSC
bất kỳ ở mạng GSM. G- MSC sẽ phải tìm ra vị trí của MSC cần tìm. Điều này
được thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký. HLR sẽ trả lời, khi đó MSC
này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết. Khi cuộc gọi đến MSC
này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS. Như vậy có thể nối thông một
cuộc gọi ở mạng GSM có sự khác biệt giữa thiết bị vật lý và đăng ký thuê bao.
1.7. Khối IWF
Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm
truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức
năng tương tác IWF. IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền
dẫn. IWF có thể thực hiện trong chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở
trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở.
2. Phân hệ trạm gốc BSS
BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông
qua giao diện vô tuyến. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở
phân hệ chuyển mạch SS. Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài
và nhờ vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử
Khoa công nghệ - Lớp 45k
2
-ĐTVT Sinh viên: Cao Đăng Hợp
12
Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hóa mạng thông tin di đông GSM
dụng viễn thông khác. BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối
với phân hệ vận hành và bảo dưỡng OSS. Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm:
- BSC (Base Station Controler): Bộ điều khiển trạm gốc.
- BTS (Base Transceiver Station): Trạm thu phát gốc
BSS thực hiện nhiệm vụ giám sát các đường ghép nối vô tuyến, liên kết
kênh vô tuyến với máy phát và quản lý cấu hình của các kênh này. Đó là:
- Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đường ghép nối (Frequency
Hopping) và sự thay đổi công suất phát vô tuyến.
- Thực hiện mã hóa kênh và tín hiệu thoại số, phối hợp tốc độ truyền
thông tin.
- Quản lý quá trình Handover.
- Thực hiện bảo mật vô tuyến.
2.1. Trạm thu phát gốc BTS
Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu tín hiệu sóng vô tuyến, anten, bộ
phận mã hóa và giải mã giao tiếp với BSC và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao
diện vô tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số
các chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder and
Rate Adapter Unit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ). Khối thích ứng và
chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh vô tuyến (16 Kb/s)
theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64 Kb/s) trước khi chuyển đến
tổng đài. TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù
riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong
trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể
đặt cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt giữa BSC và
MSC.
BTS có các chức năng sau:
- Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến
- Quản lý giao thức cho liên kết số liệu giữa MS và BSC
- Vận hành và bảo dưỡng trạm BTS
- Cung cấp các thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp A-bis
2.2. Bộ điều khiển trạm gốc BSC
BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh
điều khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải
phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (Handover). Một phía BSC được
Khoa công nghệ - Lớp 45k
2
-ĐTVT Sinh viên: Cao Đăng Hợp
13
Đồ án tốt nghiệp Tối ưu hóa mạng thông tin di đông GSM
nối với BTS còn phía kia nối với MSC của SS. Trong thực tế, BSC là một tổng
đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Một BSC có thể quản lý vài chục BTS
tuỳ theo lưu lượng các BTS này. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A,
còn giao diện giữa nó với BTS là giao diện A-bis.
Nhân viên khai thác có thể từ trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC nạp
phần mềm mới và dữ liệu xuống BSC, thực hiện một số chức năng khai thác và
bảo dưỡng, hiển thị cấu hình của BSC.
BSC có thể thu thập số liệu đo từ BTS và BIE (Base Station Interface
Equipment: Thiết bị giao diện trạm gốc), lưu trữ chúng trong bộ nhớ và cung
cấp chúng cho OMC theo yêu cầu.
3. Trạm di động MS
Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên
nhìn thấy của hệ thống. MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt
trên ô tô. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện
vô tuyến MS còn phải cung cấp các giao diện với người sử dụng (như micrô, loa,
màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với môt số các thiết
bị khác (như giao diện với máy tính cá nhân, Fax…). Hiện nay, người ta đang cố
gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động. Ba chức
năng chính của MS:
- Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng
GSM.
- Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền đẫn
ở giao diện vô tuyến.
- Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiêt bị đầu cuối
với kết cuối di động. Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài
trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, còn thiết bị đầu
cuối lại có thể giao diện đầu cuối – modem.
Máy di động MS gồm hai phần: Module nhận dạng thuê bao SIM
(Subscriber Identity Module) và thiết bị di động ME (Mobile Equipment).
Để đăng ký và quản lý thuê bao, mỗi thuê bao phải có một bộ phận gọi là
SIM. SIM là một module riêng được tiêu chuẩn hoá trong GSM. Tất cả các bộ
phận thu, phát, báo hiệu tạo thành thiết bị ME. ME không chứa các tham số liên
quan đến khách hàng, mà tất cả các thông tin này được lưu trữ trong SIM. SIM
Khoa công nghệ - Lớp 45k
2
-ĐTVT Sinh viên: Cao Đăng Hợp
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét