Upload
tu-nguyen
View
104
Download
7
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Báo cáo mạng GPRS trong GSM
Citation preview
HỆ THỐNG GPRS HỖ TRỢ MẠNG GSM.2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GPRS.
Do mạng GSM có những hạn chế về tốc độ và dung lượng truyền dẫn đã nói ở trên
nên đến năm 1999 các nhà khai thác mạng GSM đã áp dụng giải pháp GPRS, và đã triển
khai hoạt động trên cơ sở nền tảng của mạng GSM. GPRS áp dụng nguyên lý chuyển
mạch gói vô tuyến để truyền số liệu của người sử dụng một cách hiệu quả với tốc độ
truyền số liệu cao hơn chuyển mạch kênh mạng GSM hay HSCSD, mà không ảnh hưởng
tới các dịch vụ hiện thời của mạng GSM.
GPRS cho phép truyền số liệu với tốc độ cao hơn vì: Trong mạng GSM thì một
thuê bao chỉ sử dụng một khe thời gian trong suốt thời gian liên lạc của mình lên tốc độ
đạt được tối đa truyền dữ liệu là 9,6 kb/s và truyền thoại là 13,4 kb/s. Còn trong chuyển
mạch kênh tốc độ cao HSCSD thì mỗi một MS sử dụng tối đa 4 khe thời gian với tốc độ
tối đa cho phép truyền dữ liệu là 38,4 kb/s (4 khe x 9,6 kb/s). Nhưng với sự hỗ trợ của
GPRS bằng phương pháp chuyển mạch gói thì tốc độ tối đa cho phép truyền dữ liệu là
171,2 kb/s (sử dụng hết 8 khe thời gian x 21,4 kb/s).
GPRS cho phép thiết lập cuộc gọi nhanh hơn vì: Trong mạng GSM, thời gian thiết
lập trong vài giây, còn trong mạng GPRS thì cho phép thời gian kết nối dưới 1s và coi
như MS luôn kết nối với mạng số liệu.
GPRS cho phép tính cước ít hơn mạng GSM vì: Trong mạng GPRS tính cước theo
dung lượng truyền dẫn chứ không tính theo thời gian truyền dẫn như mạng GSM. Do đó
nó cho phép MS kết nối với mạng dài lâu mà không bị tính tiền như: Đọc web, thư điện
tử…
GPRS cho phép sử dụng phổ tần hiệu quả hơn vì: Trong truyền dẫn chuyển mạch
kênh, một kênh được ấn định cho một người sử dụng trong suốt khoảng thời gian của
cuộc gọi. Với một mạng chuyển mạch gói GPRS, phổ vô tuyến được chia cho tất cả mọi
người sử dụng trong một tế bào. Phổ tần được sử dụng chỉ khi nào thuê bao có thông tin
để gửi. Khi không có số liệu để phát, phổ hoàn toàn rỗi và được sử dụng cho các cuộc gọi
khác. Như vậy khi số liệu bùng nổ một cách tự nhiên, các tài nguyên mạng có thể được
cân bằng một cách hiệu quả hơn, bởi vì nhà khai thác có thể sử dụng những khoảng trống
trong truyền dẫn để điều khiển các cuộc gọi khác tức là: Sau khi MS gửi và nhận dữ liệu
xong thì tài nguyên vô tuyến được giải phóng ngay cho người khác sử dụng nếu có nhu
cầu. Như vậy một kênh vật lý (một khe thời gian) có thể sử dụng cho nhiều MS và mỗi
MS có thể sử dụng nhiều khe thời gian cùng một lúc. Vì tại một thời điểm mà MS đó
không sử dụng khe thời gian của mình để trao đổi thông tin thì khe rỗi đó sẽ được dành
cho người khác sử dụng.
GPRS sử dụng giao thức IP: Đây là một giao thức mới được sử dụng mà mạng
GSM không có. Vì xu hướng hiện nay là các mạng đều hỗ trợ giao thức IP, nó cho phép
liên kết các mạng với nhau và liên kết với mạng Internet toàn cầu. Nhờ có khả năng kết
nối với Internet lên GPRS cho phép MS sử dụng dịch vụ Internet di động. Khi nhu cầu
phát triển cao, tốc độ truyền số liệu cao hơn đến 2 Mb/s theo phương thức chuyển mạch
gói, sẽ được hỗ trợ trong tương lai thông qua sử dụng mạng 3G.
Chuyển mạch kênh không thích hợp cho lưu lượng lớn, vì người sử dụng phải trả
tiền cho toàn bộ thời gian chiếm dụng kênh mặc dù có những thời điểm không có gói tin
nào được gửi đi. Trái lại với công nghệ chuyển mạch gói GPRS, khách hàng chỉ phải trả
tiền cho số gói tin được chuyển đi (tức là thuê bao chỉ trả tiền theo dung lượng truyền
dẫn). Thuê bao GPRS chỉ chiếm tài nguyên mạng GSM khi có yêu cầu truyền tải, sau đó
nó sẽ giải phóng ngay điều này thuận lợi cho người sử dụng khi kết nối trực tuyến một
thời gian dài với mạng.
2.2. CẤU TRÚC MẠNG VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN
CHÍNH TRONG MẠNG GPRS.
2.2.1. Cấu trúc mạng GPRS.
GPRS được thiết kế bởi ETSI và được triển khai trên cơ sở hạ tầng sẵn có của
mạng GSM mà không làm ảnh hưởng đến các dịch vụ hiện thời của mạng. Với mục đích
triển khai nhanh các dịch vụ số liệu gói trên mạng GSM với chi phí đầu vào thấp, hiện tại
mạng GSM chỉ cần nâng cấp về phần mềm, ngoại trừ khối BSC phải nâng cấp về phần
cứng, cũng có một số tuyến truyền dẫn được sử dụng cho cả GSM và GPRS, như các
tuyến BTS và BSC…
Mạng GSM chỉ cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh, nhưng mạng GPRS lại cung
cấp chuyển mạch gói. Do đó để mạng GSM và GPRS hoạt động nhịp nhàng cùng với
nhau thì ta phải đưa thêm một số thiết bị mới hỗ trợ chuyển mạch gói vào sử dụng. Hai
nút mới được bổ sung đó là nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN: Service GPRS Support
Node) và nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN: Gateway GPRS Support Node) và khối điều
khiển gói PCU (Packet Control Unit). Do đó MS có thể chuyển các gói tin qua mạng
GSM tới một mạng dữ liệu gói bên ngoài (internet).
BSC/PCU
BSC/PCU
Giao diÖn Gb
M¹ NG D÷ LIÖU KH¸ C
INTERNET
M¹ NG LâI gpRS
GGSNSGSN
Thay đæi HW và SW cho GPRS
Giao diÖn AGiao diÖn A-bis
Giao diÖn Um
PLMNCSPDN
PSPDN
PSTNISDN
GMSC
HLR/AuC/EIR
MSC/VLR
OMC/ADC/NMC
NSS
MT TE
MS
MS
TEMT
BTS
BTS
BTS
TRAU
BSS
BSS
TRAU
BTS
BTS
BTS
MT TE
MS
MS
TEMT
Hình 2.1. Cấu trúc mạng GPRS.
2.2.2. Chức năng của các phẩn tử chính trong mạng GPRS.
2.2.2.1. Chức năng của các phần tử mới bổ sung trong mạng GPRS.
Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN- Serving GPRS Support Node):
Chức năng của nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) tương tự như chức năng của
MSC/VLR. Chỉ khác ở chỗ là MSC/VLR thực hiện các chức năng trong vùng chuyển
mạch kênh còn SGSN phục vụ trong vùng chuyển mạch gói. Tức là SGSN phụ trách việc
phân phát và định tuyến các gói số liệu giữa thiết bị MS và các mạng truyền số liệu bên
ngoài.
Khi có các gói tin gửi cho MS thì các gói này sẽ được định tuyến tới BSS. Lúc này
SGSN sẽ thực hiện việc chuyển đổi giao thức giữa mạng đường trục IP và giao thức tại
BSS/MS. Vùng phục vụ của SGSN thì được chia thành vùng định tuyến RA (Routing
Area), nó tương tự như các vùng định vị LA (Local Area) ở mạng chuyển mạch kênh.
Khi MS của mạng GPRS chuyển động từ RA này sang RA khác thì MS tiến hành cập
nhật vùng định tuyến cũng giống cập nhật vùng định vị trong mạng chuyển mạch kênh.
Chỉ có một điều khác nhau căn bản là MS có thể cập nhật vùng định tuyến trong khi đang
xảy ra phiên số liệu, còn trong chuyển mạch kênh thì MS không tiến hành cập nhật vùng
định vị.
Các nút SGSN phục vụ cho bất kỳ một thuê bao GPRS nào nằm trong vùng phục
vụ của nó và cho nhiều BSC, còn mỗi một BSC chỉ trao đổi thông tin với một SGSN
thông qua giao diện Gb và SGSN có các chức năng chính sau:
- Phục vụ tất cả các trạm di động GPRS trong một khu vực nào đó.
- Quản lý tính di động như: Nhập mạng, rời mạng, cập nhật RA và paging.
- Lưu trữ và duy trì thông tin thuê bao trong thanh ghi vị trí SGSN (SLR) của tất
cả các thuê bao đã đăng ký trong khu vực định tuyến thuộc về SGSN đó.
- Điều khiển gói: Truyền dữ liệu người dùng từ PCU tới SGSN và ngược lại.
- Quản lý phiên: Kích hoạt hoặc làm không hoạt động giao thức dữ liệu gói PDP
(Packet Data Protocol- context) để thiết lập một kết nối tới SGSN.
- Điều khiển cập nhật khu vực định tuyến inter-SGSN: SGSN mới – nơi thuê bao
đã đăng ký- liên lạc với SGSN cũ để nhận các thông tin về thuê bao đó thông qua thanh
ghi SLR (Subcriber Location Register).
- Thực hiện kỹ thuật nén dữ liệu, nhằm rút ngắn thời gian kết nối trong mạng.
- Điều khiển SMS: Trung tâm SMS có thể kết nối trực tiếp với SGSN qua Gd.
- Quản lý sự thực thi để đo lưu lượng trong vùng này của mạng.
- Duy trì và quản lý lỗi: Để phát hiện lỗi trong quá trình truyền và các thủ tục.
- Cung cấp các kết nối với các phần tử khác trong mạng: SGSN- MSC/VLR, HLR,
BSC….
- Cung cấp các khả năng tương tác với mạng GSM, trong khi cả hai công nghệ này
cùng sử dụng chung một nguồn tài nguyên vô tuyến.
- Điều hành việc sắp xếp theo trật tự các hàng của các gói dữ liệu khi tiến hành
trao đổi giữa BSS và SGSN.
- Tập hợp, cung cấp các dữ liệu phục vụ cho việc tính cước: Gồm các bộ dữ liệu
charging data đã truyền, từ đó tạo các file dùng để tính hóa đơn.
- Điều khiển trả trước: Ghi nợ các account đã trả tiền cho việc sử dụng GPRS.
Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN).
Chức năng của GGSN trong hệ thống GPRS, tương tự như chức năng của GMSC
trong mạng GSM. GGSN cung cấp một giao diện cổng Gi phục vụ cho việc trao đổi dữ
liệu gói giữa thuê bao với các mạng số liệu gói bên ngoài và GGSN có các chức năng
chính sau:
- Cung cấp giao diện Gi giữa mạng GPRS với các mạng dữ liệu bên ngoài, GGSN
đóng vai trò như một bộ định tuyến, kết nối tới mạng IP.
- Bảo mật IP.
- Định tuyến và truyền tải dữ liệu giữa các GSN và các phần tử trong mạng.
- Quản lý phiên làm việc trong mạng GPRS: GGSN hỗ trợ các thủ tục quản lý
phiên như: PDP context activation, deactivation và modification.
- Cung cấp khả năng chuyển đổi khuôn, dạng của các gói dữ liệu trao đổi giữa
mạng GPRS với các mạng dữ liệu khác. Điều này cho phép các gói dữ liệu X.25 và IP
được truyền tải với cùng khuôn dạng.
- Cung cấp các dữ liệu phục vụ cho việc tính cước.
- Điều khiển việc truy nhập của các thuê bao.
Sự kết hợp giữa nút hỗ trợ dịch vụ SGSN và nút hỗ trợ cổng GGSN:
Các chức năng của nút hỗ trợ dịch vụ SGSN và nút hỗ trợ cổng GGSN có thể kết
hợp được với nhau trong cùng một khối vật lý hoặc có thể tách thành các khối riêng biệt
để truyền đi. Khi mà hai nút đó thuộc hai mạng công cộng mặt đất PLMN khác nhau thì
chúng kết nối với nhau thông qua giao diện IP của GPRS.
Khối dữ liệu điều khiển gói PCU (Packet Control Unit):
Khối điều khiển dữ liệu gói PCU có nhiệm vụ kết hợp các chức năng điều khiển
kênh vô tuyến GPRS với phần hệ trạm gốc BSS của mạng GSM hiện tại, PCU được đặt
tại bộ điều khiển trạm gốc BSC và phục vụ cho BSC đó. PCU quản lý các chức năng về
chuyển tiếp khung, quản lý các thông tin báo hiệu về dịch vụ mạng, báo hiệu BSSGP,
định tuyến các bản tin báo hiệu, quản lý tải tin các lớp RLC/MAC và truyền tải dữ liệu
của người sử dụng.
Tại PCU các khối dữ liệu RLC sẽ được sắp xếp lại trong khung điều khiển kết nối
logic LLC (Logic Link Control), sau đó được chuyển tới SGSN. Báo hiệu BSSGP và NS
(dịch vụ mạng) sử dụng giao thức chuyển tiếp khung, làm nhiệm vụ báo hiệu giữa PCU
và SGSN. PCU được kết nối với SGSN thông qua mạng chuyển tiếp khung hoặc có thể
kết nối trực tiếp với SGSN.
2.2.2.2. Chức năng thêm của các phần tử cũ trong mạng.
Khi đưa thêm các phần tử mạng GPRS vào khai thác, dựa trên nền tảng sẵn có của
mạng GSM hiện tại thì các phần tử của mạng GSM cùng trở thành phần tử của mạng
GPRS. Tức là các phần tử đó hoạt động nhịp nhàng với cả hai mạng.
Trạm điều khiển gốc BSC: Đóng vai trò là trung tâm phân phối, định tuyến dữ liệu
và thông tin báo hiệu trong mạng GPRS, đồng thời nó cung cấp các chức năng liên quan
trong phần BSS. BSC cũng có thể thiết lập, giám sát và hủy bỏ các cuộc gọi chuyển mạch
gói. Ngoài ra nó còn thực hiện các chức năng chuyển vùng, thiết lập các tham số của các
tế bào thuộc phạm vi quản lý của nó trong mạng GPRS.
Trạm thu phát gốc BTS: Cung cấp khả năng ấn định các kênh vật lý cho các gói tin
trong mạng GPRS. Ngoài ra nó còn kết hợp với khối PCU thực hiện các chức năng về
giao diện vô tuyến trong mạng GPRS.
Trung tâm chuyển mạch di động/Bộ đăng ký tạm trú (MSC/VLR):
MSC/VLR được sử dụng cho việc đăng ký và liên lạc với thuê bao nhưng không
đóng vai trò gì trong việc định tuyến dữ liệu GPRS. Một MSC có thể được kết nối với
một hoặc nhiều SGSN tuỳ thuộc vào lưu lượng thông tin và cấu hình của hệ thống. Trong
hệ thống GPRS, MSC/VLR không được dùng cho thủ tục nhận thực thuê bao như trong
hệ thống GSM mà thay vào đó là HLR. Do đó SGSN sẽ nhận bộ ba thông số dành cho
việc nhận thực từ bộ đăng ký thường trú/trung tâm nhận thực HLR/AuC.
Bộ đăng ký thường trú/trung tâm nhận thực HLR/Auc.
HLR lưu trữ tất cả các thông tin về thuê bao của mạng GSM cũng như của mạng
GPRS. Thông tin về thuê bao GPRS được trao đổi giữa HLR với SGSN thông qua giao
diện Gc. HLR được sử dụng trực tiếp cho việc nhận thực thuê bao thay cho MSC/VLR
trong hệ thống GSM.
Trung tâm nhận thực AuC cung cấp bộ ba thông số dành cho việc nhận thực và
thực hiện mã hoá đường truyền. Thủ tục nhận thực trong GPRS và GSM là như nhau, chỉ
có quá trình mã hoá đường truyền là thay đổi so với hệ thống GSM.
Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR: EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến
thiết bị đầu cuối MS của mạng GSM/GPRS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu
để kiểm tra sự được phép của thiết bị, nếu thiết bị không được phép thì sẽ bị cấm.
Thiết bị đầu cuối GPRS (MT, TE):
Thiết bị đầu cuối TE (Terminal Equipment): Về bản chất là một máy tính, mà
thông qua nó người sử dụng có thể truy nhập và lấy thông tin từ mạng.
Đầu cuối di động MT (Mobile Terminal): Có nhiệm vụ kết nối TE với hệ thống
GPRS thông qua giao diện vô tuyến Um. MT là máy điện thoại GSM thông thường, tuy
nhiên nó được trang bị thêm một số chức năng để cung cấp dịch vụ số liệu gói.
Thiết bị đầu cuối GPRS có thể hoạt động được ở ba chế độ:
- Chế độ mà thiết bị đầu cuối di động có thể đăng nhập vào cả hai dịch vụ GSM và
GPRS, và có thể sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đồng
thời.
- Chế độ mà máy đầu cuối di động không thể sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch
kênh và chuyển mạch gói đồng thời, nhưng tại mỗi thời điểm chỉ sử dụng 1 dịch vụ theo
kiểu liên tiếp nhau.
- Chỉ cho phép máy đầu cuối di động sử dụng một dịch vụ chuyển mạch kênh hay
chuyển mạch gói tại một thời điểm.
2.2.3. Mặt phẳng truyền dẫn và mặt phẳng báo hiệu trong mạng GPRS.
2.2.3.1. Mặt phẳng truyền dẫn.
Mặt phẳng truyền dẫn bao gồm các cấu trúc giao thức phân lớp, kết hợp với các
thủ tục điểu khiển phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu của người sử dụng như: Điều khiển
luồng, phát hiện và sửa lỗi…
Hình 2.2. Mô tả Cấu trúc phân lớp giao thức.
Giao thức hội tụ phụ thuộc phân hệ mạng SNDCP (SUB-Network Dependent
Convergence Protocol): Thực hiện chuyển đổi các đặc tính lớp mạng và các đặc tính dưới
lớp mạng như:
- Ghép kênh các gói dữ liệu từ một hay nhiều ứng dụng vào một liên kết logic.
- Nén thông tin điều khiển và dữ liệu của người dùng trước khi được chuyển từ lớp
mạng xuống lớp điều khiển kết nối logic LLC.
- Phân mảnh và tập hợp dữ liệu: Thông tin sau khi được nén phân mảnh cho phù
hợp với kích cỡ của khung LLC.
Giao thức tạo đường hầm GPRS GTP (GPRS Tunnelling Protocol): Giao thức này
phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu giữa các nút SGSN và GGSN trong mạng đường trục
GPRS.
Giao thức điều khiển kết nối logic LLC (Logical Link Control): Cung cấp liên kết
dữ liệu tin cậy giữa các thiết bị đầu cuối MS và SGSN đang phục vụ thiết bị đầu cuối đó
thông qua giao diện Um và Gb. Giao thức LLC hỗ trợ các thủ tục sau:
- Phục vụ truyền tải các khối dữ liệu giao thức PDU (Protocol Data Unit) của LLC
giữa máy đầu cuối và SGSN ở chế độ xác nhận và chế độ không xác nhận.
- Phát hiện và khôi phục các PDU của LLC bị thất lạc hoặc ngắt quãng.
- Điều khiển luồng và mã hoá các PDU của LLC giữa máy đầu cuối và SGSN.
Giao thức điều khiển truyền dẫn/Giao thức gói dữ liệu người sử dụng TCP/UDF
(Transmission Control Protocol/User Dâtgram Protocol):
Giao thức TCP chuyển các khối trong mạng đường trục GPRS cho các giao thức
cần thiết để liên kết dữ liệu tin cậy. Còn giao thức UDP cung cấp khả năng bảo vệ chống
lại việc khối dữ liệu gói PDU của GTP bị ngắt quãng và chuyển các bản tin báo hiệu giữa
các GGSN.
Giao thức BSSGP: Giao thức này có nhiệm vụ vận chuyển các thông tin về định
tuyến và cấp độ phục vụ giữa BSC và SGSN.
Giao thức IP (Internet Protocol): Được sử dụng trong mạng đường trục GPRS,
phục vụ cho việc báo hiệu và định tuyến dữ liệu.
Giao thức điều khiển kết nối vô tuyến/Giao thức điều khiển truy nhập bắt buộc
RLC/MAC (Radio Link Control/Mandatory Access Control): Giao thức RLC cung cấp
một liên kết tin cậy trên giao diện vô tuyến. Giao thức MAC điều khiển vô tuyến và thủ
tục báo hiệu truy nhập trên kênh vô tuyến, thực hiện sắp xếp các khung LLC và các kênh
vật lý.
Giao thức chuyển tiếp: Trong BSC chức năng này sẽ chuyển tiếp các PDU của
LLC giữa giao diện Um và Gb. Tại SGSN thì nó sẽ chuyển tiếp các PDU của PDP giữa
các giao diện Gb và Gn.
Giao thức tần số vô tuyến GSM GSM RF: Tạo lập nên khung TDMA.
2.2.3.2. Mặt phẳng báo hiệu.
Hình 2.3. Mô tả các điểm chuẩn và giao diện trong hệ thống GPRS.
Mặt phẳng báo hiệu bao gồm các giao diện điều khiển và hỗ trợ cho các chức năng được
thực hiện ở mặt phẳng truyền dẫn bao gồm:
- Điều khiển việc truy nhập mạng GPRS như: Nhập mạng và rời mạng.
- Điều khiển thiết lập các kết nối trong mạng như khởi hoạt một địa chỉ PDP.
- Điều khiển việc định tuyến trong mạng, hỗ trợ khả năng di động của MS.
- Điều khiển việc ấn định tài nguyên
- Cung cấp các di động bổ sung.
Ngoài các giao diện trong mạng GSM sẵn có, hệ thống GPRS còn đưa thêm ra các
giao diện G mới cho mạng GSM.
Các kết nối của hệ thống GPRS tới các phần tử mạng và chuyển mạch NSC
(Network & Switching Subsystem) của hệ thống GSM được thực hiện thông qua mạng
báo hiệu số 7 CCSN7 gồm: Gc, Gd, Gf, Gr, Gs.
Các điểm chuẩn và các giao diện khác được thực hiện thông qua mạng backbone
Intra-PLMN (Gn), Inter-PLMN (Gp) hoặc các mạng ngoài (Gi).
Các giao diện hiện thời mạng GSM sẵn có:
- Giao diện Um: Là giao diện vô tuyến giữa MS và BTS.
- Giao diện A: Là giao diện phục vụ giữa BSC và MSC.
- Giao diện A-bis: Là giao diện giữa BTS và BSC.
- Giao diện B: Là giao diện giữa MSC và VLR liên quan. Giao diện này ở bên trong
MSC/VLR và báo hiệu trên giao diện này chưa được chuẩn hoá.
- Giao diện C: Là giao diện giữa MSC và HLR, MSC phải thẩm vấn HLR về thuê
bao được yêu cầu để có thông tin định tuyến nhằm chuyển một cuộc gọi hoặc tin nhắn tới
thuê bao đó. Báo hiệu trong giao diện này sử dụng giao thức MAP
- Giao diện D: Là giao diện giữa HLR và VLR, được dùng để trao đổi thông tin liên
quan tới vị trí của MS và để quản lý thuê bao này. Báo hiệu trong giao diện này cũng sử
dụng giao thức MAP.
- Giao diện E: Là giao diện giữa các MSC, được dùng để trao đổi số liệu phục vụ
việc chuyển giao giữa các MSC. Giao diện này cũng được dùng để chuyển tiếp các tin
nhắn. Báo hiệu trong giao diện này cũng sử dụng giao thức MAP.
- Giao diện F: Là giao diện giữa MSC và EIR.
- Giao diện G: Là giao diện giữa các VLR, khi MS khởi tạo việc cập nhật vị trí bằng
cách sử dụng TMSI, VLR có thể lấy IMSI và bộ nhận dạng từ VLR trước. Báo hiệu trong
giao diện này cũng dùng MAP.
Các giao diện mới mà hệ thống GPRS đưa vào sử dụng:
- Giao diện Gb: Là giao diện giữa một SGSN và một vài BTS/PCU, Gb mang báo
hiệu và lưu lượng giữa mạng GSM và GPRS. Frame Relay dựa trên các dịch vụ mạng NS
(Network Service) tạo ra khả năng điều khiển lưu lượng cho giao diện này và thực hiện
các chức năng sau:
+ Cho chức năng quản trị di động như: Nhập mạng, rời mạng, cập nhật vùng định
tuyến, cập nhật vùng định vị, khởi tạo hay hủy bỏ PDP context…
+ Cho phép dùng chung hạ tầng mạng như: Lưu lượng của dữ liệu truyền trên giao
diện A và Gb có thể cùng đi trên một đường E.
+ Cho phép kết hợp các liên kết như: Kết hợp nhiều giao diện Gb trên nhiều
đường E về một đường E.
+ Cho phép điều khiển luồng.
- Giao diện Gc: Là giao diện giữa GGSN và HLR, GGSN có thể yêu cầu thông tin
vị trí đối với NRCA (Network Requested Context Activation) thông qua giao diện tuỳ
chọn này. Trong tiêu chuẩn cũng xác định việc sử dụng một Proxy GSN, với vai trò
chuyển đổi giao thức GTP (GPRS Tunnelling Protocol) thành giao thức MAP (Mobile
Application Part), nhờ vậy nó tránh cho việc phải thực hiện giao thức MAP trong GGSN.
- Giao diện Gd: Là giao diện giữa SMS-GMSC và một nút SGSN, và giữa SMS-
IWMSC với SGSN. Giao diện Gd cho phép MS sử dụng dịch vụ SMS hiệu quả hơn như
tốc độ , dung lượng … qua kênh vô tuyến GPRS.
- Giao diện Gf: Là giao diện giữa một nút SGSN và EIR, Gf cho phép SGSN truy
nhập tới các thông tin về thiết bị. Trong EIR, các trạm di động được phân loại theo ba
danh sách: Đó là black list (cho các Mobile bị mất trộm), gray list (cho các Mobile đang
được theo dõi) và white list (cho các Mobile khác).
- Giao diện Gn: Là giao diện giữa hai GSN trong cùng mạng PLMN. Gn có cấu
hình như giao diện IP, nó tạo ra một giao diện báo hiệu và số liệu trong mạng trục Intra-
PLMN. Giao thức đường hầm của GPRS (GTP) được dùng trong Gn (và trong Gp) thông
qua mạng trục IP cơ sở.
- Giao diện Gp: Là giao diện giữa hai GSN trong các mạng PLMN khác nhau. Gp
cung cấp các chức năng giống như với giao diện Gn. Nhưng ngoài ra, cùng với BG và
Firewall, nó còn cung cấp tất cả các chức năng cần thiết khác cho việc đấu nối liên mạng
của mạng trục Inter-PLMN như: Chức năng bảo mật, định tuyến...
- Giao diện Gr: Là giao diện giữa SGSN và HLR, Gr cho phép SGSN truy nhập tới
các thông tin về thuê bao trong HLR. HLR có thể được đặt trong một mạng PLMN khác
so với mạng của SGSN hiện tại.
- Giao diện Gs: Là giao diện giữa SGSN và MSC, SGSN có thể gửi số liệu vị trí tới
MSC hoặc nhận về các yêu cầu nhắn tin từ MSC thông qua giao diện tuỳ chọn này. Gs sẽ
làm tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng và tài nguyên vô tuyến khi có sự kết hợp
giữa mạng GSM và GPRS. Giao diện này sử dụng giao thức BSSAP.
- Giao diện Um: Um là giao diện truy nhập cho MS tới mạng GPRS. MS có một
giao diện vô tuyến với BTS, và Um cũng giống với giao diện này của GSM nhưng ngoài
ra nó có một số thay đổi cho phù hợp với mạng GPRS.
Có hai điểm chuẩn khác nhau trong mạng GPRS là: Điểm chuẩn Gi dành riêng cho
mạng GPRS, và điểm chuẩn R được dùng chung cho cả mạng GPRS & GSM.
- Điểm chuẩn Gi: Là giao diện giữa GGSN với một mạng bên ngoài. Mạng GPRS
được nối tới mạng ngoài (mạng số liệu X.25 hay mạng IP,..) thông qua giao diện này. Hệ
thống GPRS sẽ hỗ trợ cho việc kết nối với nhiều kiểu mạng số liệu khác nhau và điều này
giải thích tại sao Gi không phải là một giao diện chuẩn hoá mà chỉ đơn thuần là một điểm
chuẩn.
- Điểm chuẩn R: Là giao diện giữa thiết bị đầu cuối và đầu cuối di động. Điểm
chuẩn này có chức năng kết nối thiết bị đầu cuối TE tới đầu cuối di động MT. Điểm
chuẩn R tuân theo các chuẩn ITU-T V.24/V.28 hoặc PCMCIA PC-card.
2.3. CẤU TRÚC KÊNH LOGIC TRONG MẠNG GPRS.
Hình 2.4. Mô tả cấu trúc kênh logic trong mạng GPRS.
Chú thích:
Chữ viết tắt
Tiếng Anh Tiếng Việt
PBCCH Packet Broadcast Control Channel Kênh điều khiển phát quảng bá gói
PCCCHs Packet Common Control Channels Các kênh điều khiển chung gói
PPCH Packet Paging Channel Kênh tìm gọi gói
PRACH Packet Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên gói
PAGCH Packet Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập gói
PNCH Packet Notification Channel Kênh thông báo gói
PDCCHs
Packet Discrate Control Channels Các kênh điều khiển riêng biệt gói
PACCH Packet Associate Control Channel Kênh điều khiển liên kết gói
PTCCH Packet Timing Control Channel Kênh điều khiển định thời gói
PDTCH Packet Data Traffic Channel Kênh lưu lượng dữ liệu gói
Mỗi một sóng mang GPRS là một kênh vô tuyến, trong mỗi kênh vô tuyến đó lại
có nhiều kênh vật lý khác nhau và mỗi kênh vật lý lại bao gồm nhiều kênh logic. Trong
hệ thống GPRS thì kênh logic được chia làm hai loại là: Kênh chung và kênh riêng biệt.
Trong mỗi kênh đó lại được chia ra làm hai loại, kênh chung bao gồm kênh quảng bá và
các kênh điều khiển chung, còn kênh riêng biệt gồm các kênh điều khiển riêng biệt và
kênh lưu lượng.
2.3.1. Kênh điều khiển phát quảng bá gói PBCCH.
Kênh này có nhiệm vụ phát quảng bá các thông tin về hệ thống dữ liệu gói GPRS
trong một tế bào, và được sử dụng ở đường xuống. Kênh PBCCH được sắp xếp trên kênh
vật lý tương tự như kênh điều khiển phát quảng bá BCCH trong mạng GSM và sự tồn tại
của kênh PBCCH trong hệ thống GPRS sẽ được kênh BCCH thông báo cho hệ thống
biết.
2.3.2. Các kênh điều khiển chung gói PCCCHs.
Chức năng của các kênh PCCCHs tương tự như các kênh điều khiển chung CCCH
trong mạng GSM và chức năng đó được thể hiện trong từng kênh riêng biệt. Nếu trong
một tế bào mà không tồn tại các kênh PCCCHs thì việc truyền tải dữ liệu do các kênh
CCCH đảm nhiệm.
Kênh tìm gọi gói PPCH (Packet Paging Channel): Kênh này chỉ được sử dụng ở
đường xuống, dùng để nhắn tìm MS trước khi kết nối hoặc tải dữ liệu xuống MS và nó có
thể hoạt động ở cả hai chế độ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Khi mà đang trong
chế độ nhận hoặc gửi dữ liệu thì có thể nhắn tìm MS cho các dịch vụ chuyển mạch thông
qua kênh điều khiển kết hợp kiểu gói PACCH.
Kênh truy nhập ngẫu nhiên gói PRACH (Packet Random Access Channel): Kênh
này chỉ được sử dụng ở đường lên khi MS muốn truy nhập mạng để thông báo cho mạng
biết nó cần tài nguyên để thực hiện phiên liên lạc hoặc trả lời thông tin báo hiệu như: Trả
lời bản tin tìm gọi,…
Kênh cho phép truy nhập gói PAGCH (Packet Access Grant Channel): Kênh này
được sử dụng ở đường xuống, BTS sử dụng nó để gửi bản tin ấn định tài nguyên đến một
MS sau khi MS gửi bản tin truy nhập mạng trên kênh PAGCH, và nó cũng có thể được
gửi tới MS trong trường hợp MS đang thực hiện việc truyền tải dữ liệu.
Kênh thông báo gói PNCH (Packet Notification Channel): Kênh này được sử dụng
ở đường xuống, và BTS dùng nó để gửi bản tin ấn đinh tài nguyên tới nhiều MS cùng
một lúc trong chế độ truyền tải dữ liệu điểm - đa điểm.
2.3.3. Các kênh điều khiển riêng biệt gói PDCCHs.
Gồm có kênh điều khiển liên kết gói và kênh điều khiển định thời gói.
Kênh điều khiển liên kết gói PACCH (Packet Associate Control Channel): Kênh
này được sử dụng ở cả đường lên xuống, nó được dùng để đo các kết quả hoạt động của
MS và sau đó gửi cho mạng như: Thông tin về điều khiển công suất, các bản tin ấn định
lại tài nguyên cho MS…Ngoài ra kênh này còn truyền tải các bản tin tìm gọi MS của
mạng cho các dịch vụ chuyển mạch kênh khi MS đó đang bận hay đang nhận hoặc gửi số
liệu. Ngoài ra đây là một kênh hai chiều dùng để báo hiệu trong khi các gói dữ liệu được
truyền đi và nó không được ấn định một tài nguyên cố định nào.
Kênh điều khiển định thời gói PTCCH (Packet Timing Control Channel): Kênh
PTCCH được sử dụng ở đường xuống, BTS dùng nó để truyền các thông tin về định thời
sớm như: Thời gian phát cho các MS hay các thông tin tính toán khác.
2.3.4. Kênh lưu lượng dữ liệu gói PDTCH.
Kênh PDTCH được sử dụng để truyền tải dữ liệu qua giao diện vô tuyến Um ở cả
đường lên xuống. Kênh này được dành riêng tạm thời cho một hay vài MS trong tế bào.
Một MS có thể sử dụng một hoặc tối đa 8 kênh lưu lượng để truyền tải dữ liệu.
Tóm lại: Chức năng của các kênh logic trong mạng GPRS cũng tương tự như các
kênh logic trong mạng GSM. Điều khác biệt là các kênh lưu lượng PDTCH trong mạng
GPRS có khả năng sử dụng linh hoạt hơn. Điều này tùy thuộc vào tài nguyên vô tuyến
của mạng, dịch vụ hay trạng thái hoạt động của mạng.
2.4. CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT CHÍNH SỬ DỤNG TRONG MẠNG
GPRS HỖ TRỢ MẠNG GSM.
Các kỹ thuật chính sử dụng trong mạng GPRS thì hầu như kế thừa các kỹ thuật đã
được sử dụng trong mạng GSM. Vì mạng GPRS xây dựng trên nền tảng của mạng GSM
và hoạt động đồng thời với nhau. Đặc trưng cơ bản nhất của mạng GPRS so với mạng
GSM là tốc độ truyền dẫn dữ liệu hay tốc độ truyền thông tin trong một khe thời gian ở
trong mạng GPRS lớn hơn rất nhiều so với trong mạng GSM, chất lượng mạng cao hơn
và hiệu quả sử dụng phổ cũng tốt hơn. Do đó trong mạng GPRS sẽ phải thêm vào các
biện pháp kỹ thuật để làm tăng tốc độ truyền dẫn dữ liệu, làm tăng chất lượng mạng và
hiệu quả sử dụng phổ. Các kỹ thuật hỗ trợ làm tăng tốc độ truyền dẫn, hỗ trợ truyền tải
gói…. Các kỹ thuật đó là: Kỹ thuật mã hóa dữ liệu, kỹ thuật chuyển mạch gói và kỹ thuật
xe đường truyền…
2.4.1. Kỹ thuật mã hõa dữ liệu.
Các phương pháp mã hóa dữ liệu trong mạng GPRS.
Có 4 phương pháp mã hóa dữ liệu trong mạng GPRS từ CS1→CS4 (CS-Coding
Schemme), các phương pháp mã hóa được sử dụng tuy có khác nhau nhưng đều có chung
một mục đích là chống lỗi xảy ra trên đường truyền dẫn qua giao diện vô tuyến.
Phương pháp mã hóa 1 (CS-1): Phương pháp này sử dụng 3 bits cờ trạng thái
đường lên USF (Uplink State Flag) và 40 bits parity được sử dụng cho chuỗi khiểm tra
khối BCS (Block Check Sequence) để tăng cường sự bảo vệ, dò tìm lỗi. Phần đầu và dữ
liệu là 181 bits và thêm vào đó 4 bits đuôi. Tổng cộng được 228 bits, sau đó qua bộ mã
hóa xoắn với tốc độ 1/2. Kết quả được 456 bits (228 bit x 2). Do đó tốc độ mã hóa dữ
liệu sử dụng phương pháp CS-1 bằng 181bits/20ms = 9,05Kbps (mỗi khối dữ liệu có độ
dài là 20ms).
Phương pháp mã hóa 2 (CS-2): Với phương pháp này thì cờ trạng thái đường lên
USF sử dụng 6 bits, dùng để tăng độ chính xác khi truyền dữ liệu qua giao diện vô tuyến
Um. Khối kiểm tra chuỗi BCS sử dụng 16 bits, còn khối phần đầu và dữ liệu là 268 bits,
sau đó lại thêm vào 4 bits đuôi được tổng số bit là 294 bits trước khi đưa vào bộ mã hóa
xoắn. Tổng số bit sau khi qua bộ mã hóa xoắn với tốc độ 2/3, độ dài ràng buộc k=5 là 588
bits (294bits x 2). Nhưng cấu trúc cụm của mạng GSM chỉ có 456 bits, do đó cần phải
nén lại để giảm số bit đó xuống bằng cách cho khối dữ liệu qua khối Punctured. Do đó
tốc độ mã hóa dữ liệu sử dụng phương pháp CS-2 là 268bits/20ms, tương ứng với
13,4Kbps.
Phương pháp mã hóa 3 (CS-3): Về cơ bản phương pháp này giống với phương
pháp mã hóa CS-2, chỉ khác ở chỗ là phần đầu và dữ liệu không phải là 268 bits mà là
312 bits và tốc độ mã hoá xấp xỉ 3/4. Do đó tốc độ mã hóa dữ liệu phương pháp CS-3 là
312bits/20ms, tương ứng với 15,6 Kbps.
Phương pháp mã hóa 4 (CS-4): Phương pháp này không gửi các bit sửa lỗi FEC
như các phương pháp trên, mục đích là để chứa nhiều thông tin của người sử dụng hơn.
Phần USF sử dụng 12 bits vì có sử dụng bộ mã CRC, còn khối kiểm tra chuỗi BCS vẫn
sử dụng 16 bits. Vì vậy sử dụng phương pháp này có thể mang 428 bits header and Data,
tốc độ mã hoá r=1, độ dài ràng buộc k=5. Tốc độ truyền dữ liệu phương pháp CS-4 bằng
428bits/20ms, tương đương với 21,4 kb/s.
Sau đây sẽ trình bày cụ thể về các thủ tục mã hóa CS-4.
Các thủ tục mã hóa trong mạng GPRS.
Trình bày các thủ tục mã hóa với phương pháp CS-4:
Dữ liệu đưa vào đầu vào bộ mã hóa có kích thước khối là 428 bits, với độ dài của
khối là 20 ms. Sau đó thêm vào 12 bits cờ trạng thái đường lên USF được 440 bits, cộng
với 16 bits chuỗi kiểm tra chuỗi, trong đó có sử dụng bộ mã CRC. Ta được tổng cộng là
456 bits, khối dữ liệu này tới khối mã hóa xoắn với r=1, k=5. Phương pháp này không sử
dụng bộ mã hóa lại trạng thái đường lên, không có bit đuôi được cộng vào và do khối sau
mã hóa xoắn có tổng số bit đúng bằng cụm Burst nên không cần phải qua khối
Puncturing để nén khối dữ liệu lại. Phương pháp này có tốc độ mã hóa dữ liệu
428bits/20ms, tương ứng với 21,4 kb/s.
BCS16 bits
USF Precoding 0bits
Add USF 12 bits
Add tail bit 0 bits
Convolution Coding r=1 k=5
Puncturing 0 bits
Data in
Data out
428bits
440bits 456bits
456bits
456bits456bits
456bits
Hình 2.5. Mô tả các thủ tục mã hoá CS-4.
Sau đây là bảng chi tiết các phương pháp mã hóa CS1-CS4:
Các
phương
pháp mã
hóa
Tốc
độ
mã
Số
bit
dữ
liệu
Kiểm
tra
chuỗi
(BCS)
Cờ
trạng
thái
đường
lên USF
Tổng
số bit
thêm
vào
Tổng
số bit
sau
mã
hóa
Tổng
số bit
nén
Tốc độ
dữ liệu
(Kbps)
CS1 1/2 181 40 3 4 456 0 9,05
CS2 2/3 268 16 6 4 588 132 13,4
CS3 3/4 312 16 6 4 676 220 15,6
CS4 1 428 16 12 0 456 0 21,4
Bảng 2.1. Bảng các phương pháp mã hóa GPRS.
2.4.2. Kỹ thuật chuyển mạch gói.
Khái quát chung.
Mạng GPRS đặt giao diện vô tuyến kiểu gói lên trên giao diện vô tuyến Um
chuyển mạch kênh hiện thời trong mạng GSM. Điều này cho phép người sử dụng có rất
nhiều lựa chọn sử dụng dịch vụ mới của mạng dữ liệu gói. Việc bổ sung kỹ thuật chuyển
mạch gói vào cấu trúc chuyển mạch kênh trong mạng GSM không đòi hỏi quá lớn về sự
thay đổi mạng. Thực tế các nhà khai thác dịch vụ chỉ cần bổ sung một số nút mới vào
nâng cấp các phần tử hiện có trong mạng GSM. Chủ yếu là sự thay đổi, nâng cấp về phần
mềm.
Kỹ thuật chuyển mạch gói là một loại kỹ thuật gửi dữ liệu từ một thiết bị đầu cuối
nguồn đến một thiết bị đầu cuối đích qua mạng, thông qua một loại giao thức (giao thức
sử dụng này tùy thuộc vào mạng) và thỏa mãn 3 điều kiện sau:
- Dữ liệu cần vận chuyển được chia thành các gói có kích thước và định dạng
xác định. Thông thường khối 456 bits chia thành 4 gói phát trên 4 khe thời gian riêng biệt
trong cùng khung hay khác khung tới điểm thu.
- Mỗi gói sau khi chia ra sẽ được vận chuyển trên các đường truyền riêng rẽ hoặc
trên cùng một đường truyền đến nơi nhận. Như vậy các gói đó có thể sẽ dịch chuyển
trong cùng một thời điểm.
- Khi toàn bộ các gói dữ liệu đã đến nơi nhận tin thì chúng sẽ được tập hợp lại và
sắp xếp lại, khôi phục lại các gói tin đã mất hợp thành dữ liệu ban đầu đã phát đi.
Mỗi gói dữ liệu có kích thước được định nghĩa từ trước. Đối với giao thức TCP/IP
thì kích thước tối đa của nó là 1500 bytes (còn một số giao thức khác được sử dụng thì
kích thước gói vào khoảng 1000 bytes) và thường gồm có 3 phần sau:
- Phần mào đầu (Header): Phần này chứa các thông tin sau: địa chỉ nguồn, địa
chỉ đích, các thông tin về loại giao thức sử dụng và số thứ tự của gói.
- Phần tải dữ liệu (Data hay Payload): Phần này chứa một trong những đoạn dữ
liệu gốc đã được chia nhỏ.
- Phần đuôi (Trailer): Phần này chứa các thông tin về kết thúc gói và thông tin về
sửa lỗi dữ liệu.
Các đặc điểm của kỹ thuật chuyển mạch gói.
Không cần có một đường dây truyền liên tục nối từ máy nguồn gửi đến máy đích.
Mà thay vào đó là các đường truyền dữ liệu giữa các bộ chuyển mạch. Các bộ này được
thiết lập một cách tạm thời từng cặp một để làm trung gian vận chuyển các gói từ địa chỉ
nguồn đến địa chỉ đích.
Các đoạn mạch nối trung chuyển không cần phải thiết lập từ trước mà chỉ đến khi
gói cần vận chuyển thì mới được hình thành.
Trong trường hợp tắc nghẽn hay xảy ra sự cố trên đường truyền dẫn thì các gói tin
có thể trung chuyển bằng các con đường khác thông qua các nút trung gian khác.
Dữ liệu vận chuyển bằng các gói tin đã chia nhỏ sẽ tiết kiệm thời gian hơn và hiệu
quả hơn là khi gửi trọn vẹn một khối dữ liệu khổng lồ. Vì trong trường hợp gói tin chia
nhỏ bị thất lạc hay lỗi thì thiết bị đầu cuối nguồn chỉ gửi lại gói tin đã bị mất hoặc lỗi thay
vì phải gửi lại toàn bộ dữ liệu gốc. Hơn nữa trong một số trường hợp mà gói tin bên nhận
bị thất lạc hay lỗi thì nhờ vào mã sửa lỗi hay quy luật mã hóa thì có thể khôi phục lại các
gói tin đó.
Trong mạng phức tạp có nhiều nút trung chuyển thì việc vận chuyển các gói tin sẽ
không thể biết trước được các gói tin sẽ được chuyển theo con đường nào (trừ trong
trường hợp là bên gửi có thông tin về đường đi cho gói). Điều này cũng không cần thiết
lắm vì các gói tin đó chỉ đến và ở lại địa chỉ đích mà thôi.
Kỹ thuật chuyển mạch gói này còn cho phép nối gần như với số lượng thiết bị đầu
cuối bất kỳ. Thực tế nó chỉ bị giới hạn bởi khả năng cho phép của giao thức cũng như khả
năng nối vào mạng của các bộ chuyển mạch với các thiết bị đầu cuối.
Vì các gói tin có thể được gửi qua các đường trung chuyển khác nhau nên thời
gian vận chuyển của mỗi gói tới địa chỉ đích cũng khác nhau và thứ tự các gói đến được
địa chỉ đích cũng có thể không theo thứ tự như khi đã gửi đi.
Một số giao thức được sử dụng trong kỹ thuật chuyển mạch gói là:
- Giao thức điều khiển truyền dữ liệu/giao thức mạng Internet TCP/IP.
- X.25.
- Giao thức chuyển tiếp khung Frame Relay.
- Giao thức IPX/SPX.
2.4.3. Kỹ thuật xe đường truyền.
Trong mạng GPRS thì tốc độ truyền dẫn dữ liệu đạt tối đa trong một khe thời gian
là 21,4 kb/s. Tuy đây là tốc độ truyền dẫn cao hơn rất nhiều so với tốc độ truyền dẫn dữ
liệu trong một khe thời gian của mạng GSM (9,6 kb/s). Nhưng nhu cầu của người sử
dụng trong mạng GSM hay GPRS đòi hỏi ngày càng cao về tốc độ truyền dẫn dữ liệu
cũng như chất lượng mạng. Do đó các nhà khai thác dịch vụ viễn thông GSM đã áp dụng
kỹ thuật xe đường truyền trong mạng của mình.
Trong mạng GSM thì kỹ thuật xe đường truyền được áp dụng cho mạng chuyển
mạch kênh tốc độ cao HSCSD. Với mạng này thì sóng mang được truyền trong một tế
bào mang theo các khung thời gian. Trong một khung thời gian thì lại có 8 khe thời gian
cho phép người sử dụng. Nếu người sử dụng trong một phiên liên lạc chỉ dùng thoại thì ta
có thể chỉ cần một khe thời gian cho người đó là đủ. Còn nếu trong một phiên liên lạc
thuê bao cần trao đổi dữ liệu với mạng, thì lúc đó tùy vào đăng ký sử dụng dịch vụ của
thuê bao và tài nguyên vô tuyến trên mạng, mà ta xe đường truyền cho phiên đó là 1 khe
hay 4 khe thời gian. Nếu sử dụng cả 4 khe thì tốc độ truyền dẫn dữ liệu đạt 4x9,6
kb/s=38,4 kb/s. Nhưng thuê bao sẽ phải trả tiền cao hơn rất nhiều so với sử dụng một khe.
Trong mạng GPRS thì kỹ thuật xe đường truyền không phụ thuộc vào đăng ký
dịch vụ tốc độ nhanh hay chậm mà là tất cả mọi người đăng ký dịch vụ GPRS thì đều có
tốc độ truyền dẫn như nhau. Kỹ thuật xe đường truyền có thể giải thích được như sau:
Khi một thuê bao mạng GPRS muốn tải dữ liệu về máy thì tại thời điểm đó mạng tính
toán xem là đã có bao nhiêu khe thời gain sử dụng cho mạng GSM, thì số còn lại sẽ được
dành cho thuê bao đó tại thời điểm đó. Hiếm khi trong mạng GPRS trong một thời điểm
lại có 2 thuê bao trở lên truy nhập mạng cùng một thời điểm. Vì nó phụ thuộc vào rất
nhiều yếu tố như: Cách bấm máy của hai người, đời máy…Cho nên tại một thời điểm thì
thuê bao có thể sử dụng 1 khe hoặc tới 8 khe thời gian, điều này tùy thuộc vào tài nguyên
của mạng lúc đó. Do đó tốc độ truyền dẫn tối đa mà một thuê bao có thể đạt được trong
mạng GPRS là 8x21,4 kb/s = 171,2 kb/s. Các khe thời gian sau khi cấp phát cho MS tải
dữ liệu thì lại được giải phóng ngay cho người khác sử dụng.
Điều khó khăn nhất trong mạng GPRS cũng như trong kỹ thuật xe đường truyền là
không biết chính xác tại một thời điểm thì tài nguyên vô tuyến còn lại là bao nhiêu. Vì
mạng GPRS được xây dựng trên nền tảng của mạng GSM mà lại hoạt động đồng thời
nữa. Hơn nữa sự ưu tiên của tài nguyên vô tuyến bao giờ cũng dành cho mạng GSM
trước. Cho nên đây cũng là một bài toán rất khó cho các nhà khai thác dịch vụ viễn thông.
Thông thường một thuê bao GPRS có thể truyền và nhận dữ liệu với tốc độ khoảng 115
kb/s.
2.5. GIẢI PHÁP THIẾT BỊ CỦA HAI NHÀ CUNG CẤP LỚN TRÊN THẾ
GIỚI CHO MẠNG LÕI HỆ THỐNG GPRS.
2.5.1. Thiết bị mạng lõi GPRS của Ericsson.
Chức năng của nút SGSN : Nút SGSN cung cấp các gói tin tới một vùng dịch vụ
SGSN. Nó phục vụ tất cả thuê bao GPRS nằm trong vùng phục vụ của SGSN và nó thực
hiện các chức năng sau:
- Định tuyến: Hỗ trợ việc định tuyến IP động hoặc IP tĩnh.
- Quản lý di động: Cho phép mạng kiểm soát các thuê bao đang di chuyển (SGSN
thực hiện cập nhật vùng định tuyến RA).
- Nhận thực: SGSN nhận thực thiết bị đầu cuối di động khi thiết bị khai báo liên
kết mạng.
- Quản lý phiên.
- Bảo mật: GPRS mật mã không được kết thúc trong BSC như với GSM nhưng
được hoàn thành trong SGSN.
- Chức năng tính cước: SGSN đưa ra các bản ghi chi tiết dung lượng truyền tải của
cuộc gọi để lập hoá đơn tính cước.
- Dịch vụ nhắn tin SMS: SGSN hỗ trợ giao diện Gd hoạt động cùng với mạng
GSM.
Chức năng của nút GGSN: Nút GGSN cung cấp giao diện với các mạng khác
cũng như giao diện với các mạng IP bên ngoài và nó thực hiện chức năng sau:
- Định tuyến tới các mạng bên ngoài khi trong mạng thuê bao có yêu cầu.
- Bức tường lửa: Để bảo vệ khỏi sự xâm nhập trái phép từ các thuê bao bên ngoài
trong khi tiến hành cuộc gọi.
- Cổng ngoại biên (Border Gateway): Cho phép nhà điều hành kết nối an toàn với
các mạng GPRS khác và với các mạng IP bên ngoài.
- Bảo mật: Để tăng cường sự bảo mật lưu lượng quản lý.
- Quản lý di động: Đảm bảo các gói tin được truyền đi theo giao thức đường hầm
đến GGSN thích hợp.
- Quản lý phiên: Hỗ trợ việc đánh địa chỉ IP động và tĩnh.
- Tính cước: GGSN đưa ra chi tiết các cuộc gọi CDR (Call Detail Records) giống
như chức năng này tại SGSN.
Phần cứng thiết bị mạng lõi GPRS của Ericsson: SGSN-25 và GGSN –25 được
xây dựng trên nền phần cứng của Ericsson, có độ tích hợp cao đảm bảo khả năng làm
việc liên tục, có cấu trúc dự phòng. Hệ thống có độ tin cậy cao, với các chức năng cho
phép phát hiện các lỗi của phần mềm.
Dung lượng của thiết bị mạng lõi GPRS được tính theo số lượng thuê bao sử dụng
đồng thời, số lượng PDP context và khả năng thông tải theo bảng sau:
Số thuê bao tối đa
truy nhập đồng thời
Số PDP
context tối đa
Năng suất truyền
tối đa gói/s
Năng suất tối
đa Mb/s
SGSN-25 25000 25.000 10.000 24
GGSN-25 - 25.000 10.000 24
GSN-25 25000 25000 7.000 17
Hình 2.2. Bảng dung lượng của thiết bị mạng lõi GPRS.
Các ưu điểm thiết bị mạng lõi GPRS của Ericsson:
- Chi phí thấp.
- Chất lượng mạng cao.
- Giảm thiểu thời gian cung cấp dịch vụ.
- Tăng doanh thu cho nhà khai thác.
- Giảm thiểu rủi ro và tăng tính bảo mật.
2.5.2. Thiết bị mạng lõi GPRS của Alcatel.
Về cơ bản, giải pháp GPRS của Alcatel thêm vào ba thành phần mới so với GSM
là: Thiết bị PCU, SGSN và GGSN.
Thiết bị điều khiển gói PCU: PCU được đặt tại BSC trong hệ thống và có các chức
năng sau:
- Tách và tái nhập gói.
- Quản lý và điều khiển truy nhập kênh vô tuyến.
- Phát hiện lỗi truyền dẫn và thực hiện phát lại theo phương thức ARQ.
- Điều khiển công suất.
Chức năng của nút SGSN: Nút SGSN trao đổi thông tin với BSS qua giao diện
Gb và có các chức năng sau:
- Quản lý di động của thuê bao GPRS.
- Mã hoá.
- Tính cước.
Chức năng của nút GGSN: Nút GGSN trao đổi thông tin với mạng số liệu bên
ngoài như: Internet/Intranet, X.25, mạng PLMN khác...
Những ưu thế của Alcatel trong hệ thống GPRS.
- Cung cấp dịch vụ số liệu gói từ đầu cuối đến đầu cuối.
- Sử dụng tối đa nguồn tài nguyên vô tuyến.
- Chỉ sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến khi dữ liệu được truyền đi, sau đó giải
phóng ngay.
- Kênh vô tuyến đường lên và đường xuống riêng biệt.
- Thoả thuận quyền ưu tiên dịch vụ.
- Tốc độ dữ liệu truyền lên đến 171,2 Kbps/sóng mang.
- Kết nối liên tục cho việc gửi và nhận thông tin.
- Tính cước.
- Thời gian kết nối dưới 1s.
- Khối lượng dữ liệu truyền tải lớn.
- Phí trả trước …
Đánh giá.
Hệ thống Công nghệ Dung lượng Tính cước
Ericsson Chuyển mạch gói 25 Mb/s
Theo số lượng byte, thời
gian, linh hoạt
Alcatel
Ethernet (dựa trên bộ
định tuyến tiêu chuẩn) 12Mb/s-150Mb/s
Theo số lượng byte, thời
gian, linh hoạt
Bảng 3.2 Mô tả công nghệ, dung lượng, tính cước của hãng Ericsson và Alcatel
2.6. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG GPRS.
Mặc dù mạng GPRS có nhiều những ưu điểm so với mạng GSM như: GPRS có
khả năng kết nối không đối xứng khi có yêu cầu. Do đó tài nguyên mạng có thể được sử
dụng tốt hơn, cung cấp khả năng IP di động cho các thiết bị di động, hay mở đầu cho
bước phát triển các dịch vụ gói.... Nhưng vẫn còn rất nhiều những hạn chế như: Dung
lượng tế bào còn hạn chế cho tất cả mọi người trong tế bào đó sử dụng, trễ chuyển tiếp
các gói tin vẫn còn xảy ra hay tốc độ truyền dữ liệu thực tế còn thấp.
Để đạt được tốc độ truyền dữ liệu tối đa dựa trên lý thuyết là 171,2 kb/s như đã
trình bày ở trên, thì một thuê bao sử dụng phải chiếm toàn bộ 8 khe thời gian cùng với
điều kiện không có mã sửa lỗi. Việc dành tất cả các khe thời gian chỉ cho một người sử
dụng là rất khó chấp nhận đối với nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, về thực tế rất khó xảy
ra như vậy. Cho nên thực tế thuê bao chỉ dành được trung bình từ 4 đến 6 khe thời gian.
Do đó băng thông dành cho thuê bao GPRS sử dụng sẽ rất hạn hẹp.
Khi kết nối chuyển mạch gói được sử dụng thì chất lượng dịch vụ có tính quan
trọng hàng đầu. Nhưng lưu lượng GPRS luôn luôn ở mức ưu tiên thứ hai trong mạng
GSM, vì mạng GPRS được xây dựng trên nền tảng của mạng cung cấp dịch vụ thoại, hơn
nữa là số thuê bao sử dụng mạng GPRS là rất ít so với thuê bao sử dụng mạng GSM. Cho
nên chỉ có các tài nguyên chưa sử dụng ở giao diện Um mới được dành cho lưu lượng
GPRS. Rõ ràng là không ai có thể đảm bảo luôn dành một độ rộng băng nhất định cho
lưu lượng GPRS vì không thể biết trước được tài nguyên chưa sử dụng tại giao diện vô
tuyến Um. Do đó tốc độ trung bình mà một thuê bao GPRS đạt được vào khoảng 115
kb/s.
Thực tế khi các nhà khai thác mạng GSM đưa hệ thống GPRS vào hoạt động đã
đáp ứng được như cầu của khách hàng trong thời gian đầu, và tốc độ truyền dữ liệu đã
tăng lên được đáng kể là 115 kb/s, so với mạng GSM là 9,6 kb/s. Hơn nữa chất lượng
mạng cũng được tăng lên và hiệu quả sử dụng phổ tăng rõ rệt khi dành các khe thời gian
trống, xe cho thuê bao khác trong phiên liên lạc.
Để giải quyết bài toán này thì các nhà khai thác dịch vụ mạng không ngừng tìm
tòi, nghiên cứu và đã áp dụng một kỹ thuật điều chế mới tại giao diện vô tuyến Um là 8-
PSK. Với kỹ thuật điều chế 8-PSK thì khi một ký tự truyền đi trên giao diện vô tuyến nó
sẽ mang theo 3 bits thông tin, do đó tốc độ truyền dữ liệu sẽ cải thiện được đáng kể.
Khi kỹ thuật điều chế 8-PSK kết hợp với các kỹ thuật mã hóa kênh phức tạp thì ta
có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu tối đa trên một khe thời gian là 59,2 kb/s so với 9,6
kb/s cho một kênh GSM truyền thống (mỗi một ký tự truyền đi trên Um thì mang theo
một bit), GPRS là 21,4 kb/s. Kỹ thuật làm tăng tốc độ truyền trên được gọi là EDGE
(Enhanced Data Rates for GSM Evolution).