Đồ án Tổng quan về mạng thông tin di động GSM - GPRS

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ********* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM - GPRS GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN :TS. NGUYỄN HỮU THANH SINH VIÊN THỰC HIỆN :NGUYỄN MINH NGỌC LỚP :06TM – 02ĐT Hà Nội, 2009 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại công nghệ thông tin ngày nay, khái niệm GSM – GPRS không còn lạ lẫm đối với những người sử dụng điện thoại di động. GSM (Global System For Mobile Communication) hay còn gọi là hệ thống truyền thông di động toàn cầu sử dụng hoàn toàn kỹ thuật số khác với hệ thống mạng điện thoại analog cổ điển như AMPS (Advanced Mobile Phone Service: Dịch vụ điện thoại di động cao cấp). GSM là một hệ thống của Châu Âu được thiết kế theo kỹ thuật tín hiệu số. Nó không tương thích với các hệ thống trước đó và như vậy nó không bị ràng buộc bởi nhu cầu phải tương thích. Sau này hệ thống mạng GPRS (General Packet Radio Service – mạng thông tin di động thế hệ 2,5G) được phát triển dựa trên nền tảng của mạng GSM. Đó là dịch vụ vô tuyến gói chung được Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu tiêu chuẩn hóa vào năm 1993 sử dụng phương thức đa truy nhập theo thời gian TDMA. Công nghệ mà trước đây không khả thi đối với mạng GSM thì bây giờ có thể triển khai và cung cấp những ứng dụng Internet vô tuyến hấp dẫn hơn cho số lượng lớn người sử dụng. Vì GPRS được thiết kế để cho phép người sử dụng luôn được kết nối mà không cần sử dụng thêm các nguồn lực phụ trợ nên GPRS mang lại những cơ hội kinh doanh mới cho các nhà khai thác dịch vụ di động nhằm tăng doanh thu bằng việc đưa ra những dịch vụ IP mới và thu hút thêm những khách hàng mới với chi phí hợp lý cho người sử dụng đầu cuối. Về mặt đầu tư của nhà khai thác việc nhanh chóng đẩy mạnh mức độ bao phủ dịch vụ là có thể vì GPRS tận dụng được một cách hiệu quả mạng vô tuyến GSM. Các mạng thông tin di động hiện nay ở Việt Nam như Viettel, Vina phone, Mobi fone….. cũng đã cung cấp dịch vụ GPRS cho người sử dụng với giá thành hợp lý. Trong đó Viettel sử dụng giải pháp GPRS của Ericsson được thiết kế để đẩy nhanh việc triển khai GPRS mà vẫn giữ cho chi phí đầu vào thấp. Các khối Tổng quan về mạng GSM và GPRS 2 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT chức năng của mạng GSM chỉ cần nâng cấp phần mềm, ngoại trừ BSC cần nâng cấp cả phần cứng. Trong mạng GPRS có hai nút mạng mới, nút mạng hỗ trợ phục vụ GPRS (Serving GPRS Support Node – SGSN) và nút mạng hỗ trợ cổng GPRS (Gateway GPRS Support Node – GGSN) được giới thiệu. Trong giải pháp của Ericsson, hai nút mạng này có thể được kết hợp thành một nút vật lý. Một sự triển khai linh hoạt GPRS là có thể, ví dụ: bắt đầu với nút mạng GPRS tập trung hợp cả SGSN và GGSN. Ở bước tiếp theo, node tập trung có thể được tách ra thành SGSN và GGSN chuyên dụng. Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong những năm học tập chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông tại lớp 06TM02ĐT tại trường cán bộ công thương TW liên kết của trường đại học Bách Khoa Hà Nội và sau thời gian thực tập tại Đội kỹ thuật 11 chi nhánh kỹ thuật Hà Nội thuộc Tổng công ty viễn thông quân đội-Viettel telecom cùng với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Hữu Thanh, em đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Tổng quan về mạng thông tin di động GSM - GPRS”. Em xin chân thành cảm ơn đội trưởng đội kỹ thuật 11 Bùi Bá Quân, tổ trưởng tổ kỹ thuật Nguyễn Đức Tài và người trực tiếp hướng dẫn thực tế Lê Xuân Cảnh, Vũ Văn Chinh đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong đợt thực tập tốt nghiệp. Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Hữu Thanh cùng với tổ trưởng tổ kỹ thuật anh Nguyễn Đức Tài và các anh thuộc tổ kỹ thuật thuộc Đội kỹ thuật 11 chi nhánh kỹ thuật Hà Nội thuộc Tổng công ty viễn thông quân đội-Viettel telecom đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội, Ngày 25 Tháng 5 Năm 2009 Sinh viên thực hiện Nguyễn Minh Ngọc Tổng quan về mạng GSM và GPRS 3 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA Hình 1.1. Thị phần thông tin di động trên thế giới năm 2006 ...........................13 Hình 1.2. Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM ..................................................14 Hình 1.3. Base Station Controller – Bộ điều khiển trạm gốc ............................21 Hình 2.1. Cấu trúc của một mạng GPRS ............................................................23 Hình 2.2: Tốc độ kênh truyền trong GPRS. ........................................................26 Hình 2.3: Tốc độ cho các dịch vụ ứng dụng GPRS. ...........................................26 Hình 3.1: Các khối của mạng GPRS ....................................................................29 Hình 4.1. Lưu đồ trạng thái nhập/tách khỏi GPRS ............................................38 Hình 4.2. Rời khỏi GPRS do MS khởi xướng .....................................................41 Hình 4.3. Rút tách kết hợp GPRS/VLR do MS khởi xướng ..............................42 Hình 5.1: Quá trình mã hóa ..................................................................................44 Hình 5.2. Cập nhật vùng định tuyến trong một SGSN ......................................49 Hình 5.3. Cập nhật vùng định tuyến ngoài SGSN. .............................................52 Hình 5.4. Cập nhật kết hợp vùng định tuyến trong cùng một SGSN và vùng định vị trong cùng một MSC. ...............................................................................55 Hình 5.5: Cập nhật kết hợp vùng định vị ngoài MSC và vùng định tuyến trong cùng một SGSN ......................................................................................................58 Hình 5.6: Kết hợp cập nhật định vị ngoài MSC và định tuyến ngoài SGSN . . .60 Hình 5.7: Kích hoạt giao thức PDP do MS khởi tạo ..........................................65 Hình 5.8: Ngừng hoạt động khung giao thức PDP do MS khởi tạo. .................68 Hình 5.9: Nhắn tin GPRS. ....................................................................................71 Tổng quan về mạng GSM và GPRS 4 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT A AGCH Access Grant Channel Kênh truy cập khung ANSI American National Standards Tiêu chuẩn GSM 1900 của Mỹ Institude B BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá C CDMA Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo mã Access Cell Cellular Ô (tế bào) CGI Cell Global Identity Số định danh của Cell CEPT Conférence Européennedes Hiệp hội bưu chính viễn thông Châu Postes et Télécommunications Âu CPU Cyclic Redundancy Check Đơn vị điều khiển trung tâm. D FDMA Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần số Access DL Down Link Dữ liệu xuống Tổng quan về mạng GSM và GPRS 5 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT DNS Domain Name Server Server tên miền E EIR Equipment Identity Register Bộ ghi danh tính thiết bị ETSI European Telecommunication Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu Standards Institude G GGSN Gateway GPRS Support Node Nút định tuyến của GPRS GSM Global System for Mobile Thông tin di động toàn cầu Communication GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung H HLR Home Location Register Bộ đăng ký định vị thường trú I IMSI International Mobile Station Số hiệu nhận dạng thuê bao di động Indentity L LA Location Area Vùng định vị LAI Location Area Identity Số định danh cho LA LLC Logic Link Control Điều khiển liên kết logic N NSAPI Network Service Access Điểm truy cập dịch vụ mạng Point Identifier Tổng quan về mạng GSM và GPRS 6 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT M MS Mobile station Trạm di động MSC Mobile Service Switching Tổng đài di động Center MoU Memorandum of Bản ghi nhớ của 12 nước Châu Âu Understanding MT Mobile terminal Đầu cuối di động P PAGCH Packet Access Grant Channel Kênh cho phép truy cập gói PCS Personal communications Dịch vụ liên lạc cá nhân Service PCU Packet Control Unit Khối điều khiển PDM Packet Data Network Mạng dữ liệu gói PDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói PDTCH Packet Data Traffic Channel Kênh lưu lượng dữ liệu gói P-GSM Primary GSM Chuẩn GSM ban đầu sử dụng băng tần 900 MHz PPCH Packet Paging Channel Kênh nhắn tin gói PRACH Packet Random Access Kênh truy cập gói ngẫu nhiên Channel PTP-CLNS Point To Point - Dịch vụ mạng không hướng kết nối Connectionless Network Service Tổng quan về mạng GSM và GPRS 7 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT PTP-CONS Point To Point - Dịch vụ mạng hướng kết nối Connection Otiented Network Service P-TMSI Packet Temporary Mobile Số nhận dạng thuê bao di động tam Subscriber Identity thời R RAI Routing Area Identity Số nhận dạng vùng định tuyến RAC Routing Area Code Mã vùng định tuyến mới RACH Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên S SGSN Serving GPRS Support Node Nút phục vụ các thuê bao GPRS SF Stealing Flag Cờ chiếm khung SS Switching System Hệ thống chuyển mạch SMS-C Short Message Service Center Trung tâm dịch vụ tin nhắn SDP Standard Data Protocols Những ứng dụng theo dữ liệu chuẩn T TDMA Time DivisionMutiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian TE Terminal equipment Thiết bị đầu cuối TFI Temporary Flow Identifier Luồng tức thời TLLI Temporary Logical Link Tuyến logic tạm thời Identifier U USF Uplink State Flag Cờ trạng thái tuyến lên Tổng quan về mạng GSM và GPRS 8 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT UMTS Universal Mobile Thế hệ thứ ba của thông tin di động Telecommunications System (3G) V VLR Visitor Location Register Bộ ghi vị trí tạm trú Tổng quan về mạng GSM và GPRS 9 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT PHẦN MỞ ĐẦU Đề tài được chia làm ba phần: • Phần I: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VIỄN THÔNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG • Phần II: LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG GSM • Phần III: lỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG GPRS Phần I: của đề tài sẽ đề cập tới những vấn đề cơ bản nhất về mạng thông tin di động Phần II: Trình bày những vấn đề cơ bản về mạng thông tin di động GSM (2G) Phần III: Trình bày những vấn đề cơ bản về mạng thông tin di động GPRS (2,5G) Tổng quan về mạng GSM và GPRS 10 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT PHẦN I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VIỄN THÔNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG: 1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống viễn thông: • 1836-1866: Điện báo, kỹ thuật ghép kênh, cáp nối qua Đại tây dương. • 1876-1899: Điện thoại (A.G. Bell), tổng đài điện thoại, chuyển mạch tự động từng nấc. • 1887-1907: Điện báo không dây (Marconi) nối từ tầu biển vào bờ trên ĐTD. • 1820-1828: Lý thuyết truyền dẫn (Carson, Nyquist, Johnson, Hartley). • 1923-1938: Truyền hình, ống tia âm cực chân không (DuMont), phát thanh quảng bá. • 1948-1950: Lý thuyết thông tin (Shannon), các mã sửa lỗi (Hamming, Golay), ghép kênh theo thời gian ứng dụng vào điện thoại. • 1960: Mô phỏng laser (Maiman). • 1962: Thông tin vệ tinh Telstar I. • 1962-1966: Dịch vụ truyền số liệu được đưa ra thương mại; PCM khả thi cho truyền dẫn tín hiệu thoại và truyền hình; lý thuyết truyền dẫn số, mã sửa sai (Viterbi). • 1964: Khai thác các hệ thống chuyển mạch. • 1970-1975: CCITT phát triển các tiêu chuẩn về PCM. • 1975-1985: Hệ thống quang dung lượng lớn, chuyển mạch tích hợp cao, các bộ vi xử lý tín hiệu số; Mạng di động tổ ong hiện đại được đưa vào khai thác (NMT, AMPS); Mô hình tham chiếu OSI (tổ chức ISO). Tổng quan về mạng GSM và GPRS 11 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT • 1985- 1990: LAN, ISDN được chuẩn hoá, các DV truyền SL phổ biến, truyền dẫn quang thay cáp đồng trên các đường truyền dẫn băng rộng cự ly xa, phát triển SONET, chuẩn hoá và khai thác GSM, SDH. • 1990-1997: GSM tế bào số, truyền hình vệ tinh phổ biến rộng rãi trên thế giới; Internet mở rộng nhanh chóng nhờ WWW. • 1997-2000: Viễn thông mang tính cộng đồng, phát triển rộng rãi GSM, CDMA; Internet phát triển; WAN băng rộng nhờ ATM, LAN Gb. • 2001: HDTV, di động 3G, các mạng băng rộng, các hệ thống truy nhập đưa các dịch vụ đa phương tiện tới mọi người. Chúng ta có thể xét tiến trình phát triển của mạng thông tin di động qua các giai đoạn sau: Giai đoạn 2G: gồm có GSM, SMS, Cỉcuit Data Giai đoạn 2,5G (năm 2001 – 2002): HSCSD, GPRS, ASCI….. Giai đoạn 3 (GSM Phase 2+): ở giai đoạn này được chia làm 2 hướng phát triển là: Từ giai đoạn 2 lên UMTS Từ giai đoạn 2 thông qua EDGE lên UMTS. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 12 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Hình 1.1. Thị phần thông tin di động trên thế giới năm 2006 1.2. Xu hướng phát triển của mạng thông tin di động: Để đáp ứng được nhu cầu phát triển của công nghệ mới, nhu cầu sử dụng của thuê bao thì giai đoạn thứ 3 là một nhu cầu tất yếu. Tuy nhiên việc chuyển giao trực tiếp từ thông tin di động giai đoạn hai GSM lên WCDMA là rất tốn kém, đòi hỏi chi phí đầu tư lớn từ các nhà sản xuất và các nhà khai thác dịch vụ. Điều này dẫn tới sự tăng giá thành dịch vụ và ảnh hưởng trực tiếp đến lợi ích của các thuê bao. Do đó GPRS là một phương pháp khả thi cho một nền tảng GSM đã phát triển, đó là một bước đệm trong quá trình chuyển từ thông tin di động giai đoạn hai sang giai đoạn ba. Các công nghệ trong các bước đệm này đối với các mạng thông tin di động sử dụng công nghệ GSM ở giai đoạn hai là HSCSD (Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao). GPRS cho phép các chi phí mà người sản xuất, khai thác dịch vụ và quan trọng hơn cả là người sử dụng chấp nhận được. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 13 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Hình 1.2. Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM Tổng quan về mạng GSM và GPRS 14 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT PHẦN II. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG GSM: Chương 1. Lịch sử hình thành mạng GSM: 1.1. Lịch sử hình thành mạng GSM: -1982-1985 Conférence Européennedes Postes et Télécommunications (CEPT – Hiệp hội bưu chính viễn thông Châu Âu) bắt đầu đưa ra chuẩn viễn thông kỹ thuật số Châu Âu tại băng tần 900MHz, tên là GSM-Global System for Mobile communication (hệ thống truyền thông di động toàn 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 được lựa chọn. -1986: Hai kỹ thuật trên đã được kết hợp để tạo nên công nghệ phát cho GSM. Các nhà khai thác của 12 nước 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 nước gia nhập MoU. -1989: Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI – European Telecommunication Standards Institude) nhận trách nhiệm phát triển đặc tả GSM. -1990: Đặc tả giai đoạn 1 đã được đưa cho các nhà sản xuất phát triển thiết bị mạng. -1991: chuẩn GSM 1800 được công bố và thống nhất cho phép các nước ngoài CEPT được tham gia bản MoU. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 15 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT -1992: Đặc tả giai đoạn 1 hoàn tất. Mạng GSM giai đoạn 1 thương mại đầu tiên được công bố. Thỏa thuận chuyển vùng (roaming) quốc tế đầu tiên giữa Telecom Finland và Vodafone (Anh) được ký kết. -1993: Úc là nước đầu tiên ngoài CEPT ký MoU, khi đó MoU đã được 70 nước tham gia. Mạng GSM được công bố tại Áo, Ai-xơ-len, Hồng Kông, Na Uy và Úc. Thuê bao GSM lên đến hàng triệu. Hệ thống DCS thương mại đầu tiên được công bố ở Anh. -1994: MoU có hơn 100 tổ chức tham gia tại 60 nước. 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) được 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 nước và có trên 70 triệu thuê bao trên toàn cầu chiếm 31% thị trường di động thế giới. -6/2002 Hiệp hội GSM có 600 thành viên, đạt 79 triệu thuê bao chiếm 71% thị trường di động số trên 173 quốc gia. 1.2. Đặc tả GSM: GSM được 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 người thiết kế phần cứng sáng tạo thêm tính năng và cho phép công 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.. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 16 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT GSM 1800 được xem là phần phụ lục, nó chỉ đề cập đến sự khác nhau giữa GSM 900 và GSM 1800. GSM 1900 được viết dựa trên GSM 1800 nhưng có thay đổi cho phù hợp với chuẩn ANSI (American National Standards Institude) của Mỹ. 1.3. Kiến trúc mạng 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 được xây dựng trên nhiều thiết bị chuyên dụng khác nhau. Ngoài ra, giống như các mạng liên lạc khác, GSM cũng được 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 công việc liên quan đến truyền phát sóng radio. OMC thực hiện nhiệm vụ vận hành và bảo trì mạng, như theo dõi lưu lượng cảnh báo khi cần thiết. OMC có quyền truy xuất đến cả SS 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 người dùng luôn di chuyển nên kiến trúc phải có khả năng theo dõi được vị trí của thuê bao. 3. Ô (cell): Là đơn vị cơ bản của hệ thống tế bào, được định nghĩa theo vùng phủ sóng của BTS. Mỗi ô được cấp một số định danh duy nhất gọi là CGI (Cell Global Identity). Để phủ sóng toàn quốc, người ta cần đến một số lượng rất lớn BTS. Để phủ sóng toàn 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 Tổng quan về mạng GSM và GPRS 17 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT đặt đến gần 300 BTS (chiếm gần một nữa tổng số BTS của mạng); trong tương 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 lượng vùng phủ sóng. 4. Vùng định vị (LA-Location Area): Nhiều ô được 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 được lưu 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 không phải thực hiện qui trình trên. Khi có cuộc gọi đến thiết bị, thông điệp được phát ra (broadcast) toàn bộ các ô của LA đang quản lý thiết bị. 5. Vùng phục vụ của MSC: Nhiều vùng LA được quản lý bởi một MSC. Để có thể kết nối cuộc thoại đến thiết bị di động, thông tin vùng dịch vụ MSC cũng được theo dõi và lưu lại HLR. 6. Vùng phục vụ của nhà khai thác: Vùng phục vụ của nhà khai thác bao gồm toàn bộ các ô mà công ty có thể phục vụ; nói cách khác, đây chính là toàn 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 thông số vùng phục vụ riêng. Việt Nam hiện có hai vùng phục vụ MobiFone và Vinaphone, hy 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 toàn bộ vùng địa lý mà thuê bao có thể truy nhập vào mạng GSM, và sẽ càng mở rộng khi có thêm nhiều nhà khai thác ký thỏa ước 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 Tổng quan về mạng GSM và GPRS 18 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT năng cho phép thuê bao truy nhập mạng của mình từ mạng khác. Mô hình mạng di động tế bào có thể được 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 lượng, băng tần dần mở sang 1800 và 1900MHz, gọi là phiên bản mở rộng (E-GSM). Chính vì thế, thị trường đã xuất hiện nhiều loại điện thoại hỗ trợ nhiều băng tần nhằm tạo thuận lợi cho người dùng thường xuyên đi nước ngoài và tận dụng được hết ưu thế chuyển vùng quốc tế của mạng GSM hiện nay. 1.4. Các thủ tục cơ bản của GSM. Thiết bị sẽ tự động thực hiện quy trình cần thiết mà không cần đến sự quan tâm hay điều khiển của người dùng. 1.Đăng nhập thiết bị vào mạng: Khi thiết bị (điện thoại di động) ở trạng thái tắt, nó được tách ra khỏi mạng. Khi bật lên, thiết bị dò tần số GSM để tìm kênh điều khiển. Sau đó, thiết bị đo cường độ của tín hiệu từ các kênh và ghi lại. Cuối cùng thì chuyển sang kết nối với kênh có tín hiệu mạnh nhất. 2. 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 dò kênh để luôn 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 đòi hỏi phải có sự chấp thuận và hỗ trợ từ cấp nhà khai thác dịch vụ. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 19 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT *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 được gọi cho mạng, kiểm tra xem thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi ra đều được thực hiện trong bước này. - Nếu hợp lệ, MSC/VLR báo cho BSC/TRC một kênh đang rỗi. - MSC/VLR chuyển tiếp số được gọi cho mạng PSTN. - Nếu máy được gọi trả lời, kết nối sẽ được 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 không được biết chính xác. Chính vì thế trước khi kết nối, mạng phải thực hiện công việc xác định vị trí của thiết bị di động. 1. Từ điện thọai cố định, số điện thoại di động được 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. 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 được trả về GMSC với số điện thoại được 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 thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 20 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT 7. MSC/VLR biết địa chỉ LA của thiết bị nên gửi thông điệp đến BSC quản lý LA này. 8. BSC phát thông điệp ra toàn bộ các ô thuộc LA. Hình 1.3. Base Station Controller – Bộ điều khiển trạm gốc 9. Khi nhận được thông điệp, thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngược lại. 10. BSC cung cấp một khung thông điệp chứa thông tin. 11. Phân tích thông 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 được thiết lập. Trong trường hợp thực hiện cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động, quá trình cũng diễn ra tương tự nhưng điểm giao tiếp với mạng PSTN của điện thoại cố định sẽ được thay thế bằng MSC/VLR khác. DROPBACK giữa hai nhà khai thác dịch vụ. Đây là một ưu điểm Tổng quan về mạng GSM và GPRS 21 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT mà các nhà khai thác dịch vụ thường 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 thường tuyến kết nối sẽ đi ngược về Việt Nam; nếu ứng dụng tính năng dropback, tuyến kết nối sẽ được tối ưu trong vùng của Singapore. 1.5.Gửi và nhận tin nhắn trong mạng GSM: • Gửi tin nhắn: 1. Thiết bị di động kết nối vào mạng. Nếu kết nối đang có sẵn, quá trình này được bỏ qua. 2. Sau khi hoàn tất thành công quá trình xác thực, nội dung thông điệp sẽ được chuyển đến Trung Tâm Dịch Vụ Tin Nhắn (SMS -C – Short Message Service Center). • Nhận tin nhắn: 1. Người dùng gửi tin nhắn đến SMS-C. 2. SMS-C gửi tin nhắn đến SMS-GMS-C. 3. SMS-GMSC truy vấn HLR về thông tin định tuyến. 4. HLR đáp ứng truy vấn. 5. SMS-GMSC chuyển thông điệp lại cho MSC/VLR chỉ định. 6. Tiến hành nhắn tin tìm kiếm và kết nối thiết bị vào mạng. 7. Nếu xác thực thành công, MSC/VLR sẽ phát tin nhắn đến thiết bị. 8. Nếu truyền nhận tin nhắn thành công, MSC/VLR sẽ gửi báo cáo về SMS- C; ngược lại, MSC/VLR sẽ thông báo cho HLR và gửi báo cáo lỗi về SMS-C. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 22 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT PHẦN 3. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG GPRS: Chương 2. Lịch sử hình thành và khái quát chung về GPRS: Hình 2.1. Cấu trúc của một mạng GPRS GPRS (General Packet Radio Service) là một công nghệ mới đầy triển vọng được Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu tiêu chuẩn hoá vào năm 1993,đó là dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp được phát triển trên nền tảng công nghệ thông tin di động toàn cầu (GSM) sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA).Nguyên lý cơ bản của công nghệ là sử dụng các gói tin để truyền tải dữ liệu trên mạng khi và chỉ khi có dữ liệu được 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 nguyên lý gói vô tuyến để truyền số liệu của người 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 thường để truy nhập Internet. Nhờ GPRS người sử dụng có thể làm việc với thư điện tử của mình, với các server Web thông thường (chứ không phải với các versions WAP chuyên dụng) v.v... Tổng quan về mạng GSM và GPRS 23 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Ưu thế cơ bản của các mạng GPRS là ở chỗ người sử dụng chỉ phải chi trả cho lượng thông tin phát /thu chứ không phải cho thời gian vào mạng. Trước khi có tiêu chuẩn công 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 không. Nói một cách khác, tài nguyên 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 như để duyệt thư điện tử, tài nguyên mạng được giao cho các thuê bao khác sử dụng. Ngoài ra, công nghệ GPRS là một giai đoạn trung gian để chuyển từ thế hệ 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 171,2kbit/s nhanh hơn gần gấp 12 lần so với truyền số liệu trong các mạng GMS thông thường (9,6 kbit/s). Tuy nhiên,vào thời điểm hiện tại người ta chưa cần tốc độ cao như vậy mà thường chỉ trong khoảng 30-40kbit/s. Với các chức năng được tăng cường, GPRS làm giảm giá thành, tăng khả năng thâm nhập các dịch vụ số liệu cho người dùng. Hơn nữa, GPRS nâng cao các dịch vụ dữ liệu như độ tin cậy và đáp ứng các đặc tính hỗ trợ. Các ứng dụng sẽ được 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 lượng đường truyền trên các tài nguyên vô tuyến và các tiểu hệ thống cơ sở. Một phương pháp GPRS dùng để làm gim bớt các tác động đến dung lượng đường 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 được triển khai để hỗ trợ cho các dịch vụ số liệu được hiệu quả hơn. Để cung cấp các dịch vụ mới cho người sử dụng điện thoại di động, GPRS là bước 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 được sử dụng và mở rộng cho các dịch vụ Tổng quan về mạng GSM và GPRS 24 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT 3G cho các ứng dụng số liệu và thoại tích hợp. GPRS chứng tỏ được sự phát triển các dịch vụ và ứng dụng mới, cũng như được dùng để phát triển các dịch vụ 3G. Trước 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 được gửi. Giao thức TP được sử dụng trong mạng GPRS vì GPRS được thiết kế như một phương thức cung cấp dịch vụ mạng để hỗ trợ những ứng dụng theo dữ liệu chuẩn (Standard Data Protocols). Một trong những ưu điểm của chuyển mạch gói là cho phép nhiều người sử dụng phận chia một kênh vật lý. Điều này sẽ tối ưu hóa sử dụng phổ nhờ phân chia khe thời gian động giữa những người 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. Như vậy sẽ tiết kiệm chi phí cho cơ sở hạ tầng vì có thể triển khai phát triển trên nền hạ tầng sẵn có để hỗ trợ cho cả hai loại dịch vụ: thoại và dữ liệu. 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 nhưng chi phí rất cao và sử dụng không hiệu quả, thì GPRS với kỹ thuật chuyển mạch gói đưa tốc độ lên tới 171,2 kbit/s và phổ được 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 lược 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 như mô tả ở hình 3.2: Tổng quan về mạng GSM và GPRS 25 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Lược đồ Tỷ lệ mã Tốc độ dữ liệu trên 1 khe thời gian (kbit/s) Tốc độ dữ liệu trên 8 khe thời gian (kbit/s) CS-1 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 Hình 2.2: Tốc độ kênh truyền trong GPRS. Với khả năng có thể đưa ra linh hoạt từ 1 đến 8 kênh lưu lượng (hay 8 khe thời gian) trên một tần số sóng mang đơn (một khung TDMA), GPRS đã đưa tốc độ dữ liệu lên tối đa là 171,2 kbit/s đối với 1 người 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 nhưng chất lượng dịch vụ vẫn chấp nhận được. Các dịch vụ nêu ở hình 3.3: Các ứng dụng số liệu Tốc độ (kb/s) Các ứng dụng số liệu Tốc độ (kb/s) Telemetry Service Engineering Fleet Management Fax – Group 3 E-Commerce (Banking) Slow Video Internet Browsing 2,4 9,6 9,6 14,4 14,4 19,2 28,8 Electronic Newspapers Email Video Conference Database Access Data Transfer (UDI) Multi – User games Audio Visual (MPRG-4) 28,8 28,8 28,8 28,8 64 64 64 Hình 2.3: Tốc độ cho các dịch vụ ứng dụng GPRS. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 26 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT GPRS cũng cho phép phát triển dịch vụ bản tin ngắn SMSC (Short Message Service Centre) về khía cạnh tốc độ, thành phần và chiều dài bản tin bằng cách chuyển lưu lượng bản tin qua mạng GPRS (mạng GSM hiện tại truyền tải dữ liệu ở tốc độ 9,6 kbit/s và chiều dài bản tin ngắn là 160 ký tự). Yêu cầu cho người sử dụng có thể sử dụng dịch vụ GPRS: - Điện thoại di động hay thiết bị đầu cuối hỗ trợ GPRS. - Mạng điện thoại di động mà thuê bao sử dụng phải hỗ trợ GPRS. - GPRS được cung cấp cho người sử dụng. - Địa chỉ truyền và nhận dữ liệu phải thông qua mạng GPRS. Để có thể thiết lập GPRS dựa trên nền tảng mạng GSM cơ sở cần yêu cầu bổ sung thêm hai modul lõi sau: GGSN: Gateway GPRS Support Node. SGSN: Serving GPRS Support Node. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 27 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Chương 3. Kiến trúc của GPRS Các công nghệ GSM/GPRS/EDGE có cùng một cơ sở nền tảng đó là kỹ thuật truy cập TDMA và FDMA vì vậy hoạt động trên cùng một băng thông (với mỗi kênh băng tần số 200kHz). Kiến trúc mạng có sử dụng công nghệ GPRS được mô tả sơ lược trên hình vẽ. Trong cấu trúc này, các thành phần tiêu chuẩn của mạng GSM quen thuộc được mở rộng thêm bằng các phần tử mới hoặc được đổi mới. Nhìn chung, có tất cả bốn thành phần chính, trong đó có hai thành phần chưa có trong công nghệ GSM đang hoạt động. Các khối trong hệ thống GPRS: -MS (Mobile Station). -BSS (Base Station System). -SGSN (Serving GPRS Support Node). -GGSN (Gateway GPRS Support Node). Bên cạnh 4 thành phần chính nêu trên thì phần MSC (Mobile Switching Center) cũng không thể không kể đến. Mạng GPRS trong hệ thống GSM có các đặc điểm sau: - Tương tác giữa GPRS và mạng GSM hiện tại được thông qua hệ thống báo hiệu số 7. - MSC và VLR không thực sự cần thiết khi định tuyến dữ liệu GPRS nhưng nó được dùng khi kết nối GPRS trên mạng GSM hiện tại. - HLR chứa thông tin chi tiết về thuê bao trong mạng GPRS. - AUC được dùng để xử lý nhận thức và mật mã. - EIR được sử dụng cho nhận thức thiết bị di động. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 28 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Các khối của 1 mạng GPRS được biểu diễn ở hình 3.1: Hình 3.1: Các khối của mạng GPRS 3.1. MS (Mobile Station) - Trạm di động: Trạm di động (MS - mobile station) có thể là một máy tính xách tay hay bỏ túi, một máy điện thoại di động hoặc bất kỳ một thiết bị nào khác có hỗ trợ công nghệ GPRS.Về mặt chức năng, MS bao gồm hai cấu kiện: - Thiết bị đầu cuối TE (terminal equipment), chẳng hạn như một máy tính xách tay; Tổng quan về mạng GSM và GPRS 29 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT - Đầu cuối di động MT (Mobile Terminal),chẳng hạn như một modem. - Có 3 loại MS được quy định cho việc sử dụng mạng GPRS là A, B và C dựa vào sự đăng nhập tới mạng PLMN mà GPRS hỗ trợ, MS sẽ thông báo tới mạng về lớp GPRS và tiềm năng đa khe thời gian của nó. Tuỳ thuộc vào loại thiết bị và vào khả năng mạng,trạm di động sẽ hoạt động theo một trong ba chế độ làm việc: - Cấp A – hỗ trợ đồng thời sự đăng nhập, sự khởi hoạt (activiation), giám sát báo khẩn (invocation), lưu lượng cho phép trạm di động cùng một lúc phát đi cả dữ liệu và tiếng nói, có nghĩa là làm việc đồng thời trong cả mạng GSM lẫn GPRS. - Cấp B – hỗ trợ đồng thời sự đăng nhập , sự kích hoạt, giám sát. Tuy nhiên, nó chỉ hỗ trợ thông báo khẩn đồng thời trong giới hạn. Ví dụ như kênh ảo GPRS sẽ không được giải quyết do sự có mặt của lưu lượng chuyển mạch kênh. Trong trường hợp như vậy, sự kết nối ảo GPRS sẽ bị bận hoặc treo, đồng thời lưu lượng sẽ không được hỗ trợ bởi MS cấp B. Thuê bao có thể phát hoặc thu các cuộc gọi của cả 2 dịch vụ GSM và GPRS liên tiếp nhưng không đồng thời. Sự lựa chọn dịch vụ thích hợp được thực hiện tự động. Nói cách khác, cấp B cho phép trạm di động phát đi cả tiếng nói cả dữ liệu, nhưng vào các thời điểm khác nhau, có nghĩa là không đồng thời. - Cấp C – chỉ hỗ trợ sự đăng nhập không đồng thời. Nếu cả 2 dịch vụ được hỗ trợ thì MS loại C chỉ có thể phát hoặc thu hoặc đồng thời phát và thu các cuộc gọi chỉ từ dịch vụ tự lựa chọn hoặc mặc định. Trạng thái dịch vụ GSM hoặc GPRS không được lựa chọn bị loại khỏi mạng. Thêm vào đó, khả năng của MS cấp C để thu và phát bản tin ngắn SMS là tùy chọn. Nhưng đến hiện nay, cấp C chỉ cho phép trạm di động làm việc trong chế độ GPRS. Khi đấu nối vào mạng GPRS trạm di động (mà chính xác hơn là thành phần TE) sẽ nhận địa chỉ IP; địa chỉ này không thay đổi trước thời điểm đấu nối của đầu cuối di động MT; hơn nữa, trạm di động thậm chí có thể không nghi ngờ gì về việc Tổng quan về mạng GSM và GPRS 30 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT nó là di động. Trạm di động thiết lập kết nối với nút dịch vụ của các thuê bao GPRS, mà sẽ được mô tả ở sau. 3.2. BSS (Base Station System) - Trạm gốc: Trạm gốc BSS (Base Station System) thu tín hiệu vô tuyến từ trạm di động và tuỳ thuộc vào việc cái gì được phát đi (tiếng nói hay dữ liệu) mà nó sẽ chuyển tiếp lưu lượng: - tới trung tâm chuyển mạch di động MSC (Mobile Switching Center) vốn là thành phần tiêu chuẩn của mạng GSM; - tới nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN- Serving GPRS Support Node) là nơi chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu đến/đi của GPRS. Thành phần của BSS bao gồm: BSC, PCU và BTS. BSC làm các chức năng sau trong GPRS: -Quản lý mobile GPRS. -Xử lý tìm gọi của GPRS. -Quảng bá thông tin GPRS. Đây là phần không thể thiếu trong các dịch vụ GPRS của các mạng di động ở Việt Nam hiện nay. BTS làm các chức năng sau: -Tách riêng cuộc gọi giữa chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói trước khi chuyển đến MSC/VLR và dữ liệu gói khi đến SGSN. -Giao diên vô tuyến cho dữ liệu gói. Khối điều khiển gói (PCU - Packet Control Unit): Khối PCU được bổ sung vào cơ sở hạ tầng của GSM, có thể coi đây là sự nâng cấp phần mềm cho BSC, PCU có quan hệ với các giao thức vô tuyến lớp thấp, nó xử lý lưu lượng dữ liệu và tách ra khỏi lưu lượng thoại GSM. Ngoài ra, Tổng quan về mạng GSM và GPRS 31 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT PCU còn thêm chức năng tạo gói và điều khiển dộng liên kết vô tuyến. Điều này cho phép nhiều người sử dụng có thể truy cập tới nguồn tài nguyên vô tuyến giống nhau theo những phương pháp truy nhập riêng và giải phóng kênh truyền khi không sử dụng. PCU làm các chức năng sau: -Chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến dữ liệu gói trong BSS. -PCU chịu trách nhiệm xử lý lớp MAC và PLC của giao diện vô tuyến, lớp BSSGP và NS của giao diện Gb. -Truyền dữ liệu gói. 3.3. SGSN (Serving GPRS Support Node) - Nút phục vụ các thuê bao GPRS: Nút phục vụ thuê bao SGSN là thành phần chủ yếu của mạng GPRS. Nó có nhiệm vụ chuyển tiếp các gói IP mà trạm di động gửi đi và nhận được. Về thực chất nó cũng là một trung tâm chuyển mạch giống như MSC trong GSM, nhưng có khác ở chỗ nó chuyển mạch cho các gói chứ không phải các kênh. Thông thường, nút này được xây dựng trên cơ sở OC Unix và có địa chỉ IP riêng của nó.Từ quan điểm an toàn, SGSN có thể có các chức năng: * Kiểm tra sự cho phép các thuê bao sử dụng các dịch vụ đã được mã hoá (authentication). Cơ chế chứng thực của GPRS giống với cơ chế tương tự trong GSM; * Giám sát các thuê bao đang hoạt động. * Mã hoá các dữ liệu. Thuật toán mã hoá trong công nghệ GPRS (GEA 1, GEA 2, GEA 3) khác với các thuật toán mã hoá trong GSM (A5/1, A5/2, A5/3), nhưng được xử lý trên cơ sở các thuật toán đó. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 32 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT 3.4. GGSN (Gateway GPRS Support Node) - Nút định tuyến của GPRS: Nút định tuyến GGSN (gateway GPRS support node) cũng là một thành phần quan trọng của công nghệ GPRS và chịu trách nhiệm thu và phát các dữ liệu từ các mạng bên ngoài, chẳng hạn như Internet hay mạng của các nhà khai thác GPRS khác. Nói cách khác, nếu nhìn từ phía các mạng gói IP bên ngoài thì GGSN hoạt động như 1 bộ định tuyến cho các địa chỉ IP của mọi thuê bao được phục vụ bởi mạng GPRS. Từ quan điểm các nhà khai thác mạng GPRS bên ngoài thì đây là các bộ định tuyến thông thường (cũng giống như SGSN, chúng dựa trên Unix) có nhiệm vụ nhận các dữ liệu cho tất cả các thuê bao dịch vụ GPRS. Ngoài việc định tuyến GGSN còn có nhiệm vụ phân phối các địa chỉ IP và các dịch vụ tính cước. C 3.5. MSC (Mobile Switching Center): MSC đảm nhiệm các chức năng sau: -Cập nhật thông tin từ SGSN. -Yêu cầu gọi CS đến SGSN. -Kết hợp báo hiệu cho mobile loại A/B. -Ngưng tạm thời hoặc chiếm lại (A và Gb). Tổng quan về mạng GSM và GPRS 33 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Chương 4: Giao diện và hình thức quản lý của mạng GPRS 4.1. Các giao diện mạng: - Giao diện Gb là giao diện giữa BSS (PCU và SGSN). - Giao diện Gi là giao diện giữa GGSN và mạng dữ liệu công cộng. - Giao diện Gn là giao diện giữa SGSN và GGSN (hoặc giữa 2 SGSN) trong một mạng di động) - Giao diện Gp là giao diện giống như Gn nhưng giữa 2 mạng di động khác nhau. Các giao diện sau chỉ dùng để truyền tải báo hiệu: - Giao diện Gc: giữa GGSN và HLR/GR. - Giao diện Gf: giữa SGSN và EIR. - Giao diện Gr: giữa SGSN và HLR/GR. - Giao diện Gs: giữa SGSN/SLR và MSC/VLR. - Giao diện Gd: giữa 1 SGSN hoặc 1 MSC đấu nối tới trung tâm SMS. 4.2. Các kết nối trong mạng GPRS: Mạng GPRS thực hiện chức năng chuyển các gói dữ liệu từ điểm tới điểm (PTP-Point To Point) cho người sử dụng như: - Từ điểm truy nhập di động (Um) tới điểm truy nhập di động (Um). - Từ điểm truy nhập di động (Um) tới điểm truy nhập cố định (Gi). - Từ điểm truy nhập cố định (Gi) tới điểm truy nhập di động (Um). Chuẩn X.28 được áp dụng cho truy nhập từ MS tới GGSN. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 34 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Chuẩn X.25 được áp dụng cho truy nhập từ GGSN đến các mạng dữ liệu bên ngoài. Có 2 dạng kết nối hỗ trợ: - PTP-CLNS (Point To Point - Connectionless Network Service): Dịch vụ mạng không hướng kết nối, sử dụng giao thức IP. - PTP-CONS (Point To Point - Connection Otiented Network Service): Dịch vụ mạng hướng kết nối, sử dụng giao thức X.25 4.3. Nguyên tắc hoạt động của GPRS: Khi hoạt động, một thiết bị đầu cuối GPRS làm việc giống như một điện thoại di động chuẩn – cả hai liên lạc với một trạm gốc và cơ sở hạ tầng cung cấp tính năng xác thực, kết nối và dịch vụ. Điểm khác biệt chính là GPRS cho phép người sử dụng “được kết nối” liên tục với mạng. Thay vì gửi dữ liệu tới một đích cố định - kết nối quay số, GPRS cho phép các gói dữ liệu được chèn vào một luồng kết nối thường trực. Các gói tin từ những người sử dụng khác nhau trong một tế bào được đan xen, sao cho dung lượng truyền dẫn “luôn có” (always-on) được chia sẻ, mà không có khe thời gian định trước thường trực được phân bổ cho một cuộc gọi. Do đó, dung lượng có thể được phân bổ khi cần thiết và giải phóng khi không cần. Tốc độ truyền dữ liệu GSM là 14,4 kbit/s thông qua một kết nối cố định được thay thế trong GPRS băng cách truy nhập vào từ 1 tới 8 khe thời gian đồng thời chạy với dung lượng kết hợp vào khoảng 14,4 kbit/s cho mỗi khe. Tốc độ dữ liệu cụ thể tùy thuộc vào các điều kiện vô tuyến. Dung lượng này có được đến mức nào tùy thuộc vào các phiên bản GPRS khác nhau và các đặc tính khác nhau. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 35 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Ví dụ: GPRS lớp 8 (Class 8 GPRS) có thể xử lý tới 5 khe thời gian kế tiếp nhau, 4 khe nhận và 1 khe phát tín hiệu – cho tốc độ dữ liệu chiều về lên tới 50 kbit/s. Lớp 12 (Class 12 GPRS) cho phép bất kì tổ hợp nào của 5 khe giữa thu và phát. Tất cả các gói tin được truyền dẫn trên các khe thời gian được chuyển từ trạm gốc (BTS) nhờ nút mạng hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) một SGSN có thể hỗ trợ nhiều trạm gốc, SGSN truy tìm tất cả các máy di động trong phạm vi vùng phục vụ của nó. Khi một thiết bị di động gửi các gói dữ liệu, chúng đi qua SGSN tới GGSN, tại đây, các gói được biến đổi để truyền qua mạng có thể là Internet, X.25 hoặc một mạng riêng. Các gói tin nhận từ Internet (nghĩa là gói IP) gửi tới máy di động được nhận bởi GGSN, chuyển tiếp đến SGSN phù hợp và sau đó chuyển đến người sử dụng di động. Để chuyển tiếp các gói tin cho nhau thì SGSN và GGSN đóng gói chúng bằng một giao thức chuyên dùng gọi là giao thức đường hầm GPRS (GTP – GPRS Tunnel Protocol) hoạt động trên nền giao thức TCP/IP chuẩn. Các chi tiết chuyển đổi này của SGSN và GGSN là trong suốt với người sử dụng. 4.4. Các thành phần khác của mạng GPRS: * HLR (Home Location Register) - bộ ghi vị trí thường trú (các thuê bao riêng của mạng) có nhiệm vụ lưu trữ thông tin về mỗi cá nhân phải thanh toán cước dịch vụ cho nhà khai thác GPRS của chính mạng này. Đặc biệt là HLR lưu trữ thông tin về các dịch vụ phụ, về các tham số chứng thực và về địa chỉ IP v.v... Các thông tin này được trao đổi giữa HLR và SGSN. * VLR (Visitor Location Register) - bộ ghi vị trí tạm trú (các thuê bao chuyển vùng) có nhiệm vụ lưu trữ thông tin về mỗi trạm di động mà vào thời điểm cho trước đang nằm trong vùng phủ sóng của SGSN. Trong VLR có lưu trữ các thông tin về các thuê bao tương tự như trong HLR nhưng chỉ tới khi thuê bao rời khỏi vùng lãnh thổ mà bộ ghi tạm trú này phục vụ. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 36 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT * EIR (Equipment Identity Register) - bộ ghi danh tính thiết bị (ghi các dữ liệu để nhận dạng thiết bị) có nhiệm vụ lưu giữ các thông tin cho phép khoá các cuộc gọi từ các thiét bị gian lận, trộm cắp hoặc bất hợp pháp. 4.5. Quản lý di động GPRS: 4.5.1. Lưu đồ trạng thái quản lý di động. Đăng nhập GPRS: Đăng nhập GPRS được thực hiện để thông báo sự hiện diện của dịch vụ trong PLMN với mục đích sử dụng các dịch vụ PTM-G (Point To Multipoint – GPRS) hoặc GPRS PTP (GPRS Point To Point). Điều này có được ngay sau khi MS quyết định sử dụng dịch vụ GPRS. MS tự nhận biết do sử dụng đặc tính GSM của nó là số hiệu nhận dạng thuê bao di động IMSI (International Mobile Station Indentity) và số hiệu nhận dang tuyến logic tạm thời TLLI (Temporary Logical Link Identity). Rời khỏi GPRS: Rời khỏi GPRS được thực hiện khi MS thông báo tới PLMN về sự chuẩn bị kết thúc sử dụng dịch vụ GPRS. Một lần nữa, MS tự nhận biết do sử dụng đặc tính GSM của nó. Đăng ký thông số dịch vụ: Đăng ký thông số dịch vụ cho phép thuê bao tối ưu hiện trạng (profile) dịch vụ hiện tại để thực hiện các yêu cầu cần thiết thực tế của các thuê bao nắm trong khuôn khổ hiện trạng thuê bao. Kết quả đăng ký sẽ được thông báo lại MS trong thời hạn (term) được chấp nhận hay được đăng ký (accepted/registered) hoặc không được chấp nhận/không được đăng ký. Hiện trạng dịch vụ được đăng ký có hiệu lực trong toàn bộ quá trình thực hiện GPRS cho tới khi có sự thay đổi trong quá trình đăng ký, xóa hay thay đổi hiện trạng thuê bao. Các thông số dịch vụ có Tổng quan về mạng GSM và GPRS 37 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT thể được sửa đổi bao gồm: mức độ ưu tiên, mức độ tin cậy, khả năng tiếp thông (throighput), trễ, tính năng bảo an, … Hình 4.1. cho thấy lưu đồ trạng thái của MS và SGSN là tương tự nhau: Hình 4.1. Lưu đồ trạng thái nhập/tách khỏi GPRS Chuyển từ trạng thái rỗi (Idle) sang trạng thái sẵn sàng (Ready): Khi chuyển từ trạng thái rỗi sang sẵn sàng, trước tiên máy di động phải thực hiện đăng nhập và nếu thành công nó sẽ được mạng (SGSN) nhận biết. Nếu không thành công, máy di dộng sẽ quay lại trạng thái rỗi và SGSN cũng tương tự. Khi ở trạng thái sẵn sàng, giao thức dữ liệu gói PDP được kích hoạt cho phép người sử dụng MS được thiết lập lớn phiên (session) dữ liệu gói với mạng dữ liệu gói (PDN), điều này tạo liên kết mạng dữ liệu gói PDN (Packet Data Network) giữa MS và SGSN. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 38 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Trong phạm vi PDP có hiệu lực, có thể truyền các khối dữ liệu giao thức PDU (Packet Data Unit). Một khi quá trình phát các PDU kết thúc thì bộ định thời cho trạng thái sẵn sàng (Ready Timer) bắt đầu hoạt động với giá trị mặc định nhưng có thể thay đổi bởi SGSN. Tuy nhiên, cả hai MS và SGSN phải sử dụng cùng một giá trị. Lúc này MS sẽ cập nhật cùng định tuyến (Routing Area). Chuyển từ trạng thái sẵn sàng sang trạng thái dự phòng (Standby): Trường hợp này xảy ra khi mãn hạn bộ định thời cho trạng thái sẵn sàng hoặc sự cưỡng chế từ MS hay SGSN. Nếu xảy ra một trong các điều kiện vừa nêu trên giao diện RLC/MAC thì sau đó MS chuyển sang trạng thái dự phòng. Ở trường hợp này chỉ còn cập nhật vùng định tuyến. Chuyển từ trạng thái dự phòng sang trạng thái sẵn sàng: Một khi các khối PDU được phát/thu, MS và SGSN sẽ chuyển sang trạng thái sẵn sàng và vùng PDP được khởi hoạt. Chuyển từ trạng thái dự phòng sang trạng thái rỗi: Khi ở chế độ dự phòng thì bộ định thời thứ 2 cũng hoạt động. Khi mãn hạn định thời hoặc một bản tin MAP (Mobile Application Part) cũng hủy bỏ vị trí (Cancel Location) thu được từ HLR thì sau đó nó thực hiện chuyển sang trạng thái rỗi. Vùng PDP (Packet Data Protocol) và MM (Mobile Management) được chuyển đi từ MS, SGSN và GGSN. Chuyển từ trạng thái sẵn sàng sang trạng thái rỗi: Do tách khỏi GPRS hay hủy bỏ vị trí định vị sẽ làm thay đổi trạng thái từ sẵn sàng sang trạng thái rỗi và trong quá trình này, cả hai phạm vi PDP và MM sẽ được chuyển bỏ vì MS không còn được tiếp tục kết nối tới mạng GPRS. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 39 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT 4.5.2. Đăng nhập và rời khỏi GPRS: Trong quá trình đăng nhập GPRS, MS chuyển trạng thái của nó từ rỗi IDLE sang trạng thái sẵn sàng READY. Điều này có thể được thực hiện khi thuê bao mở máy hoặc khi thuê bao kích hoạt GPRS cho máy đầu cuối đã đăng nhập IMSI. Khi rời khỏi GPRS thì MS chuyển trạng thái của nó từ sẵn sàng READY hoặc dự phòng STANDBY sang trạng thái rỗi IDLE. Công việc này có thể được thực hiện khi thuê bao tắt nguồn máy di động hoặc ngừng kích hoạt GPRS thiết bị di động có đăng nhập IMSI. a. Đăng nhập GPRS: Quá trình đăng nhập GPRS rất giống quá trình cập nhật vùng định tuyến. Vì vậy chỉ những điều khác biệt giữa đăng nhập và cập nhật được trình bày như sau: Có hai sự khác biệt: - Không có các bản tin về khung giao thức PDP được trao đổi (ví dụ như giữa hai SGSN như ở quá trình cập nhật vùng định tuyến ngoài SGSN) vì toàn bộ các khung giao thức PDP không hoạt động do MS đã thoát khỏi GPRS. - Nếu thẻ SIM là mới thì bước đầu tiên khi yêu cầu đăng nhập MS cần phát đi yêu cầu này cùng với số nhận dạng IMSI không có P-TMSI bởi MS không có P- TMSI. Trong quá trình đăng nhập GPRS cũng có thể kết hợp quá trình đăng nhập IMSI nếu giao diện Gs giữa MSC/VLR và SGSN được trang bị. Nếu giao diện này không được trang bị và nếu MS muốn thực hiện cả đăng nhập GPRS và IMSI thì MS sẽ thực hiện đăng nhập IMSI trước. b. Rời khỏi GPRS: Chức năng rút khỏi GPRS cho phép MS thông tin cho mạng là MS muốn rút khỏi GPRS hoặc kết hợp rút khỏi GPRS/IMSI. Chức năng rút khỏi GPRS ngầm định cũng có thể sau khi định thời phạm vi di động đã mãn hạn hoặc sau khi một Tổng quan về mạng GSM và GPRS 40 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT sự cố vô tuyến không thể khắc phục được do mất tuyến logic. Lúc này mạng sẽ tự cắt MS mà không cần thông báo cho nó (bởi vì ở các trường hợp này MS cũng không còn duy trì được lâu hơn). Ở bản tin yêu cầu rút khỏi GPRS do MS phát đi có một dấu hiệu để thông báo cho SGSN biết để rút khỏi GPRS này phải do thiết bị tắt nguồn hay không. Điều này cần làm bởi nếu do tắt nguồn thì SGSN không cần phát đi bất kì bản tin tiếp nhận rút tách nào cho MS (Bởi vì MS không thể thu được). Hình 4.2. Rời khỏi GPRS do MS khởi xướng Quá trình rời khỏi GPRS cũng có thể kết hợp với quá trình rút tách IMSI nếu giao diện Gs giữa MSC/VLR và GGSN được trang bị. Nếu giao diện Gs không được trang bị mà MS muốn thực hiện cả rời khỏi GPRS và IMSI thì MS thực hiện rời khỏi GPRS trước. Quá trình rời khỏi GPRS khởi xướng từ MS (không yêu cầu rút tách IMSI và không trang bị giao diện Gs) mô tả ở hình 4.2 và được diễn giải như sau: 1. MS phát bản tin yêu cầu tách khỏi GPRS (mà không rút IMSI) có chứa số nhận dạng P-TMSI tới SGSN. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 41 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT 2. Các khung giao thức PDP đang hoạt động ở GGSN riêng cho MS này bị ngừng hoạt dộng do SGSN phát bản tin yêu cầu xóa khung PDP có chứa bộ nhận dạng kênh Tunnel TID tới GGSN. GGSN xác nhận bằng đáp ứng xóa khung PDP có chứa TID tương ứng. 3. MS muốn tiếp tục giữ đăng nhập IMSI, tức là vẫn tiếp tục dịch vụ thoại và SMS nên chỉ thực hiện rời khỏi GPRS. Lúc này SGSN phát đi chỉ thị rút khỏi GPRS có chứa IMSI tới VLR. VLR cắt bỏ sự liên kết với SGSN và tiến hành cập nhật định vị cứng như đánh số mà không cần qua SGSN. 4. Công việc rời khỏi GPRS này không phải do cắt nguồn thiết bị nên SGSN phát tới MS bản tin tiếp nhận rút tách. Quá trình rút tách kết hợp GPRS/IMSI do MS khởi xướng được mô tả ở hình 4.3 diễn giải chi tiết như sau: Hình 4.3. Rút tách kết hợp GPRS/VLR do MS khởi xướng 1. MS phát tới SGSN bản tin yêu cầu rút tách kết hợp GPRS/VLR có chứa số nhận dạng P_TMSI và dấu hiệu chỉ thị cắt di động. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 42 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT 2. Các khung giao thức PDP đang hoạt động ở GGSN liên quan tới MS này được SGSN làm ngừng hoạt động nhờ phát tới GGSN bản tin yêu cầu xóa khung giao thức PDP có chứa bộ nhận dạng kênh Tunnel TID. GGSN xác nhận nhờ đáp ứng xóa khung giao thức PDP có chứa TID tương ứng. 3. SGSN phát tới VLR chỉ thị rút tách IMSI cùng với IMSI này. Chương 5. Quản trị thuê bao di động GPRS. Các phương thức quản lý di động GPRS – MMP (GPRS Mobility Management Procedure). Giao thức quản lý di động MMP được thực hiện xuyên suốt từ thuê bao MS tới nút hỗ trợ GPRS – SGSN. Giao thức này không chỉ chứa đựng toàn bộ cách thức cần thiết để quản lý dịch vụ di động cho thuê bao (như cập nhật vùng định tuyến) mà còn bao gồm cả các phương thức bảo an (như thể thức nhận thực). 5.1. Mã hóa thông tin. Để tránh rối loạn, công việc khởi đầu truyền dẫn thông tin đã được mã hóa giữa MS và SGSN đều được định trước. MS bắt đầu mã hóa thông tin truyền dẫn của nó sau khi phát đi bản tin trả lời nhận thực, còn SGSN thì bắt đầu mã hóa khi thu được bản tin nhận thực hợp lệ từ MS. Công việc truyền tín hiệu mã hóa được thực hiện nhờ sử dụng khóa mã GPRS Kc và thuật toán mã A5. Nút hỗ trợ SGSN thu nhận GPRS Kc như là một bộ phận mã nhận được MS tính toán sau khi nhân được ở RAND từ SGSN. Có những điểm khác nhau cơ bản giữa mã hóa ở GSM và GPRS. Ở GSM việc mã hóa được thực hiện giữa MS và BTS sử dụng một trong ba kiểu thuật toán A5 (A5-0, A5-1 hoặc A5-2) tùy theo cấp bậc mã cho phép. Còn ở GPRS thông tin mã hóa được chuyển giao giữa MS và SGSN và áp dụng kiểu thuật toán A5 mới phát triển riêng cho truyền dẫn gói A5-3. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 43 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Mã Kc ở GPRS là một tham số đầu vào của thuật toán mã hóa GPRS A5 và đầu ra ở là dây bit mã (Ciph-S), dãy này được dùng để mã hóa phát đi và giải mã ở phía thu. Thuật toán mã và giải mã được thực hiện nhờ sử dụng phép toán cộng logic XOR như được mô tả ở hình 5.1. Để đơn giản, chúng ta dùng dãy 8 bit thay vì dãy có chiều dài bằng các khung LLC thực tế (Khung LLC là khung điều khiển liên kết logic: Logic Link Control Frame): Dãy bit tin cần phát đi là 01110010 Dãy mã số (Ciph-S) là 11100110 Hình 5.1: Quá trình mã hóa Tổng logic XOR là tổng từng bit của hai dãy theo quy luật sau: 0 + 0 = 0 1 + 0 = 1 0 + 1 = 1 1 + 1 = 0 Tổng quan về mạng GSM và GPRS 44 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Như vậy các bit trong Ciph-S và dãy bit tin cần phát được tổ hợp như sau: Các bit tin cần mã hóa là 01110010 Các bit dãy Ciph-S là 11100110 Dãy tổng XOR kết quả là 10010100 Dãy bit đã số hóa 10010100 được phát đi từ MS tới SGSN hoặc ngược lại, tại các điểm thu thì nó được giải mã như sau: Dãy bit cần giải mã là 10010100 Dãy Ciph-S là 11100110 Dãy tổng XOR kết quả là 01110010 Ở ví dụ này, dãy bit đã được mã hóa được phát đi và giải mã ở đầu thu sử dụng cùng dãy mã Ciph-S. Kết quả mã hóa cho ta dãy bit tin thu được giống với dãy bit đã phát đi. Quá trình mã hóa thực tế cũng diễn ra như vậy. Tuy nhiên trong thực tế, công việc mã hóa được thực hiện ở lớp LLC và dãy Ciph-S cần có độ dài như độ dài khung tin cần mã hóa. Độ dài khung LLC là biến dổi và có độ dài tối đa là 1523 Octet. Cần lưu ý là dãy Ciph-S dựa trên cơ sở chỉ số khung LLC và GPRS Kc không bao giờ được phát đi qua giao diện vô tuyến để đảm bảo sẽ rất khó khăn khi muốn đánh cắp. 5.2. Tái phân bổ số nhận dạng thuê bao di động tạm thời P-TMSI Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời kiểu gói P-TMSI (Packet Temporary Mobile Subscriber Identity) sử dụng như tên thuê bao tạm thời để nhận dạng thuê bao từ mạng. Nó thay thế tạm thời để nhận dạng thuê bao từ mạng. Nó thay thế tạm thời số nhận dạng thuê bao IMSI cần được chuyển qua giao diện vô tuyến càng ít càng tốt vì nó không được mã hóa. Số nhận dạng không được mã hóa này được phát tới SGSN vào thời điểm khởi tạo trao đổi giữa MS và mạng. Ở phần Tổng quan về mạng GSM và GPRS 45 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT cập nhật vùng định tuyến sau này và đăng nhập GPRS trước đây chúng ta thấy rằng đôi khi MS phải phát đi IMSI của nó do nó không có P-TMSI hoặc P-TMSI không hợp lệ. Sô nhận dạng thuê bao tạm thời nêu trên được SGSN phân bổ sau khi nhận thực và bắt đầu mã hóa, tức là sau mỗi lần nhận thực thì MS lại tiếp nhận một P- TMSI mới. Như vậy khi MS di chuyển tới vùng phục vụ của một SGSN mới thì SGSN mới này lại phân bổ cho một P-TMSI mới và P-TMSI của SGSN cũ sẽ dành cho thuê bao khác trong vùng phục vụ của nó. Mỗi SGSN có một khối lớn các P- TMSI. Khi MS lưu trú lâu ở một vùng SGSN thì SGSN có thể phân bố cho MS này một P-TMSI mới. 5.3. Kiểm tra số nhận dạng. Như đã thấy ở phần cấu trúc mạng, mạng di động được trang bị bộ phận nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register) để kiểm tra trạng thái thiết bị di động ME khi nó bị đánh cắp. Nếu EIR được trang bị thì công việc kiểm tra nhận dạng có thể làm được sau khi nhận thực và bắt đầu mã hóa. Nút SGSN phát yêu cầu căn cước tới MS và MS dùng IMEI để trả lời. Sau đó SGSN chuyển IMEI tới EIR để EIR kiểm tra IMEI đối với các danh sách khác nhau, đặc biệt kiểm tra để khẳng định nó không nằm ở danh sách đen. Sau đó EIR gửi trở lại một bản tin để chỉ thị MS này đã tìm thấy ở danh sách trắng, xám hay đen. 5.4. Quản lý định vị trong GPRS. Quản lý định vị là các hoạt động cần thiết khi MS đăng nhập GPRS (ở trạng thái dự phòng hay sẵn sàng) và di chuyển từ cell này sang cell khác. Ta đã xem cách thức đăng nhập GPRS ở mục 4.5.2 trước đây. Mỗi cell trong mạng đều được cung cấp thông tin chung về kênh điều khiển quảng bá của nó BCCH (Broadcast Control Channel). Các thông tin quan trọng đối Tổng quan về mạng GSM và GPRS 46 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT với việc quản lý đingj vị là số nhận dạng toàn cầu của cell CGI (Cell Global Identity). Số nhận dạng vùng định tuyến RAI (Routing Area Identity) và số nhận dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity). Khi MS di chuyển tới một cell mới thuộc vùng định tuyến mới hoặc vùng định vị mới sẽ diễn ra ba động thái sau: - MS khởi tạo cập nhật cell mới. - MS khởi tạo cập nhật vùng định tuyến mới. - MS khởi tạo cập nhật cả vùng định tuyến và vùng định vị mới. Trường hợp không có giao diện Gs giữa SGSN và MSC/VLR hiện tại và MS xác định cần thực hiện cập nhật vùng định vị trước, tức là giải mã kênh điều khiển quảng bá BCCH của cell mới và thông báo thực hiện phương thức điều hành mạng chế độ 2 hoặc 3 NOM-II/III (Network Operation Mode II/III) cho trường hợp không có giao diện MS, lúc đó các căn cước LAI và RAI phải thay đổi. Cần lưu ý rằng trường hợp sử dụng NOM I thì công việc cập nhật nêu trên được xử lý qua CMM (Common Mobility Management) ở SGSN. 5.4.1. Cập nhật Cell. Công việc cập nhật cell được thực hiện khi MS di chuyển vào một cell mới nằm trong vùng định tuyến hiện thời và MS ở trạng thái sẵn sàng (READY) (Nếu ở trạng thái dự phòng STANDBY thì không thực hiện được công việc cập nhật cell mà chỉ cập nhật được ở vùng định tuyến). Nếu vùng định tuyến thay đổi thì công việc cập nhật vùng định tuyến được xúc tiến. Máy thuê bao MS được thực hiện cập nhật cell bằng cách phát đi bản tin chứa P-TMSI tới SGSN, đồng thời thiết bị điều khiển gói PCU ở BSS cũng chuyển tới SGSN căn cước CGI (Cell Global Identity). Nút SGSN ghi nhận sự thay đổi cell này của MS và lúc đó lưu lượng định hướng tới MS này sẽ được chuyển về cell mới. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 47 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT 5.4.2. Cập nhật vùng định tuyến. Ở đây, để xem xét công việc cập nhật vùng định tuyến ta giả thiết rằng MS chỉ di chuyển vào vùng định tuyến mới mà không vào vùng định vị mới (tức là cập nhật vùng định tuyến trong một SGSN) hoặc không có giao diện Gs được trang bị. Như vậy, nếu MS xac định cần cập nhật cả vùng định vị và vùng định tuyến thì nó tiến hành cập nhật vùng định vị trước. Việc cập nhật cả vùng định vị và vùng định tuyến có giao diện Gs sẽ được xem xét như sau: Việc cập nhật vùng định tuyến diễn ra khi một máy di động MS có đăng nhập GPRS đang di chuyển vào một vùng định tuyến mới (NRA). Có hai kiểu cập nhật diễn ra: Một là cập nhật vùng định tuyến trong cùng một SGSN và thứ hai là cập nhật này diễn ra trong một SGSN khác, tức là vùng định tuyến cũ và mới được 2 Node SGSN khác nhau điều khiển. • Cập nhật vùng định tuyến trong cùng SGSN. Ở trường hợp này do MS di chuyển tới vùng định tuyến mới được điều khiển bởi cùng một SGSN nên SGSN này chỉ cần lưu lại số nhận dạng vùng định tuyến mới RAI của thuê bao, còn HLR hoặc GGSN không cần tiếp nhận thông tin về sự cập nhật này. Quá trình cập nhật được mô tả ở hình 5.2 với các bước sau: 1. MS phát yêu cầu cập nhật vùng định tuyến cùng với P-TMSI của nó và căn cước vùng định tuyến cũ RAI tới SGSN. Khối PCU sẽ bổ sung căn cước toàn cầu của cell mới CGI có chứa mã vùng định tuyến mới RAC (Routing Area Code) của cell vừa nhận bản tin yêu cầu cập nhật. 2. Các chức năng bảo an được thực hiện bao gồm nhận thực, khởi động mã hóa và kiểm tra nhận dạng các thiết bị tùy chọn. 3. Nút SGSN hợp thức hóa sự hiện diện của MS ở vùng định tuyến mới RA và xác định công việc cập nhật vùng định tuyến trong cùng SGSN cần được thực Tổng quan về mạng GSM và GPRS 48 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT hiện nhờ công tác kiểm tra và xác định chính SGSN này cũng đảm nhiệm điều khiển cả RA cũ, tức là SGSN này bao quát cả RA cũ và mới. Hình 5.2. Cập nhật vùng định tuyến trong một SGSN Ở trường hợp này, SGSN có đầy đủ các thông tin về MS mà không cần thông báo cho HLR hoặc GGSN về vị trí mới của MS. Bản tin chấp nhận cập nhật vùng định tuyến (có thể cùng với việc phân bổ một căn cước P-TMSI mới) được chuyển về cho MS. 4. Nếu P-TMSI được phân bổ lại thì MS phát tới SGSN một bản tin hoàn thành cập nhật vùng định tuyến để công nhận căn cước P-TMSI mới. • Cập nhật vùng định tuyến ngoài SGSN: Trường hợp này MS di chuyển tới một vùng định tuyến mới do SGSN khác điều khiển. Vì vậy SGSN mới cần phải lưu lại các thông tin chi tiết về thuê bao mới cùng với số nhận dạng vùng định tuyến. Vì vậy SGSN cần chuyển cho SGSN mới tất cả các gói tin đã lưu đệm và các gói tin mới đến trong khi chuyển vùng. Ngoài ra HLR và một hoặc một vài GGSN cũng cần được thông báo về việc thay Tổng quan về mạng GSM và GPRS 49 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT đổi SGSN này (trường hợp điều khiển dữ liệu gói chủ động). Quá trình cập nhật vùng định tuyến ngoài SGSN như ở Hình 5.3 được trình bày chi tiết như sau: 1. MS phát bản tin yêu cầu cập nhật vùng định tuyến cùng với P-TMSI của nó và số nhận dạng vùng định tuyến cũ RAI tới SGSN mới. Khối PCU cũng truyền bổ xung số nhận dạng cell CGI có chứa mã định tuyến mới RAC của cell vừa cập nhật bản tin yêu cầu cập nhật cho SGSN này. 2. Máy chủ (Server) tên miền DSN của mạng di động có chứa một cơ sở dữ liệu với tất cả các vùng định tuyến của mạng di động được ghép nối với SGSN tương ứng với chúng. Vì vậy nhờ Server DSN này mà SGSN mới có thể tìm được SGSN cũ cùng với số nhận dạng vùng định tuyến cũ RAI. SGSN mới phát bản tin hỏi thông tin tới SGSN cũ, bản tin này chứa địa chỉ IP của nó cũng như số nhận dạng P-TMSI và RAI cũ để yêu cầu cung cấp các thông tin về quản lý di động MM và giao thức dữ liệu gói PDP đối với MS. Node SGSN cũ lưu lại địa chỉ IP của SGSN mới để có thể phát các gói dữ liệu cho SGSN mới . Node SGSN cũ xác nhận P-TMSI của MS và phát quay về cho SGSN mới bản tin chứa IMSI của MS, bộ ba các khóa để nhận thực và mã hóa RAND, SRES, và Kc, toàn bộ các tình huống của giao thức dữ liệu gói PDP (số lượng các bản tin thu, phát trên lớp nén và phân gói IP thành khung LLC đối với giao diện Um + Gb và trên lớp giao thức đường hầm GPRS-GTP đối với giao diện Gm). SGSN cũ khởi động bộ định thời (giải thích ở bước 5) và ngừng phát các gói tin IP theo giao thức nén và phân khung LLC tới MS. 3. Các chức năng bảo an do SGSN mới điều hành thực hiện bao gồm nhận thực, khởi động mã hóa và kiểm tra số nhận dạng tùy chọn. 4. SGSN mới phát bản tin xác nhận trạng thái SGSN cho SGSN cũ. Nó thông báo cho SGSN cũ rằng SGSN mới đã sẵn sàng thu các gói dữ liệu thuộc các khung giao thức dữ liệu gói đã kích hoạt. 5. SGSN cũ sao lại các gói dữ liệu SNDCP được lưu đệm (các gói dữ liệu đã được nén và phân thành các khung điều khiển liên kết logic LLC-Logic Link Tổng quan về mạng GSM và GPRS 50 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Control) và chuyển chúng tới SGSN mới. Ngoài ra các gói dữ liệu SNDCP thu được từ SGSN trước định thời được mô tả ở bước 2 cũng được sao chép lại và chuyển cho SGSN mới. Các gói dữ liệu SNDCP đã phát cho MS theo phương thức có xác nhận mà tới nay chưa được MS xác nhận cũng được chuyển tới cho SGSN mới sau khi hết hạn định thời được mô tả ở bước 2. 6. SGSN mới phát bản tin yêu cầu phạm vi giao thức dữ liệu gói PDP cần cập nhật cho các GGSN liên quan. Bản tin này chứa địa chỉ IP riêng của nó, bộ nhận dạng kênh Tunnel TID và chất lượng dịch vụ đã được thương lượng. Các Node SGSN này cập nhật các trường dữ liệu giao thức PDP của chúng. Mỗi lần cập nhật cho mỗi trường dữ liệu đều có trả lời về cùng với TID. Các thông tin chi tiết về phạm vi giao thức PDP được trình bày ở mục 5.5 sau này. 7. SGSN thông báo cho HLR về sự thay đổi SGSN nhờ phát đi bản tin cập nhật định vị tới HLR. Bản tin này chứa trường tin nhận dạng báo hiệu SS7 của SGSN, địa chỉ IP của SGSN và căn cước IMSI của MS. 8. HLR phát bản tin xóa định vị tới SGSN cũ có IMSI đi kèm. SGSN cũ xóa bỏ các phạm vi liên quan tới MS của giao thức PDP và cách thức quản lý di động MM chỉ khi định thời mô tả ở bước 2 hết hạn. Điều này cho phép SGSN cũ hoàn thành công việc chuyển các gói dữ liệu SNDCP. Sau đó SGSN cũ phát đi bản tin xác nhận ngừng hoạt động định vị kèm theo IMSI tới HLR. 9. HLR phát tới SGSN mới bản tin nạp dữ liệu thuê bao kèm theo số nhận dạng IMSI và dữ liệu tham gia GPRS. SGSN tạo lập một ngăn xếp quản lý di động MM cho thuê bao và phát quay về cho HLR bản tin xác nhận nạp dữ liệu thuê bao cùng với IMSI. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 51 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Hình 5.3. Cập nhật vùng định tuyến ngoài SGSN. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 52 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT 10. HLR xác nhận cập nhật định vị nhờ phát đi bản tin xác nhận cập nhật định vị cùng với IMSI tới SGSN mới. 11. Tuyến logic được thiết lập giữa SGSN mới và MS. SGSN mới phát tới MS bản tin tiếp nhận cập nhật vùng định tuyến. Bản tin này chứa số nhận dạng P- TMSI mới và chỉ số tuyến đường lên UL cho các gói SNDCP đã được thu nhận (khẳng định tất cả các gói SNDCP khởi nguồn di động đã được chuyển giao đầy đủ trước khi khởi đầu công việc cập nhật). 12. MS xác nhận số nhận dạng P-TMSI mới bằng việc phát quay lại cho SGSN mới bản tin hoàn thành cập nhật vùng định tuyến. Bản tin này chứa số tuyến về (DL) đã thu được từ các gói dữ liệu SNDCP (khẳng định toàn bộ các gói dữ liệu SNDCP kết cuối di động đã chuyển giao đầy đủ trước khi khởi đầu công việc cập nhật) • Cập nhật vùng định tuyến ngoài mạng. Ở trường hợp này MS di chuyển vào mạng di động mới, ví dụ như khi qua biên giới hai nước (nếu hai mạng liên quan đã có thỏa thuận Roaming với nhau). Quá trình cập nhật hầu hết giống các bước đã nêu ở trên, chỉ có điểm khác là ở bước 2, Server tên miền DNS (Domain Name Server) của mạng mới cần tiếp cận với DNS của mạng cũ để nhận địa chỉ IP của SGSN cũ dựa theo số nhận dạng vùng định tuyến cũ. 5.4.3. Kết hợp cập nhật vùng định vị/ vùng định tuyến. Khi xem xét nội dung của mục này, ta giả thiết giao diện Gs giữa SGSN và MRC/VLR được trang bị. Trường hợp này MS có thể yêu cầu cập nhật kết hợp cả định vị và định tuyến khi nó di chuyển vào một vùng định vị mới. Cần lưu ý rằng vùng định tuyến luôn nhỏ hơn hoặc bằng vùng định vị và vùng định tuyến cần phải nằm hoàn toàn trong vùng định vị. Vì vậy sự thay đổi của vùng định vị luôn gắn liền với một sự thay đổi vùng định tuyến. MS chỉ cần tiếp cận với SGSN có lưu giữ căn cước vùng định tuyến mới và tiếp cận với VLR qua giao diện Gs để sau Tổng quan về mạng GSM và GPRS 53 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT này VLR sẽ lưu số nhận dạng vùng định vị mới LAI. Nhờ sự bổ trợ của giao diện Gs mà chỉ cần một yêu cầu qua giao diện vô tuyến. • Cập nhật vùng định vị trong một MSC và vùng định tuyến trong một SGSN. Ở trường hợp này khi MS di chuyển vào vùng định vị mới mà vùng này cũng nằm trong vùng phục vụ hiện thời của MSC/VLR; Điều này có nghĩa là MS cũng di chuyển vào một vùng định tuyến mới được phục vụ bởi chính SGSN hiện tại. Vì vậy HLR cần phải lưu số nhận dạng vùng định vị mới và SGSN cần phải lưu giữ số nhận dạng của vùng định tuyến mới; Còn HLR hoặc GGSN không cần thu nhận thông tin về sự cập nhật này. Quá trình cập nhật này mô tả ở hình 5.4 và diễn ra chi tiết như sau: 1. MS phát đi yêu cầu cập nhật kết hợp vùng định vị và vùng định tuyến tới SGSN. Yêu cầu này bao gồm P-TMSI của MS và số nhận dạng vùng định tuyến cũ RAI và chứa LAI cũ ( Số nhận dạng vùng định vị LAI). Khối PCU bổ sung vào cơ sở dữ liệu của nó căn cước toàn cầu của cell mới CGI có chứa mã vùng định tuyến mới RAC và mã vùng định vị mới LAC của cell mới này trước khi bản tin yêu cầu cập nhật được chuyển tới SGSN (Khối PCU hỗ trợ mạng GPRS được trang bị tại BSC trong khối BSS). 2. Các chức năng bảo an được tiến hành bao gồm nhận thực, khởi động mã số và kiểm tra căn cước thiết bị. 3. SGSN phát yêu cầu cập nhật định vị tới VLR. Yêu cầu này chứa LAI mới, IMSI của MS, bộ nhận dạng báo hiệu SS7 của SGSN. Bộ nhận dạng SS7 được chuyển từ LAI mới sang dạng bảng dữ liệu ở SGSN. Bộ nhận dạng này được lưu giữ ở VLR. 4. VLR mới phân bổ tùy chọn một VLR TMSI mới và chuyển bản tin trả lời chấp nhận cập nhật định vị mới tới SGSN. Bản tin trả lời này bao gồm cả VLR TMSI tùy chọn này. Công việc tái phân bổ VLR TMSI (căn cước tạm thời của máy thuê bao) được VLR tùy chọn vì VLR không thay đổi. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 54 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT 5. SGSN hợp thức hóa sự hiện diện của MS trong vùng định tuyến mới RA. Lúc này một bản tin chấp nhận cập nhật vùng định tuyến được chuyển lại cho MS. Có thể bản tin này được phân bổ một căn cước P-TMSI mới đi kèm. 6. Nếu căn cước P-TMSI và/hoặc VLR TMSI mới được tái phân bổ thì MS công nhận P-TMSI mới và/hoặc VLR TMSI mới này bằng việc phát trở lại cho SGSN bản tin hoàn thành cập nhật vùng định tuyến. 7. SGSN phát bản tin hoàn thành tái phân bổ TMSI tới VLR nếu VLR TMSI được MS xác nhận. Hình 5.4. Cập nhật kết hợp vùng định tuyến trong cùng một SGSN và vùng định vị trong cùng một MSC. • Cập nhật kết hợp vùng định vị ở ngoài MSC và vùng định tuyến trong cùng SGSN. Ở trường hợp này MS di chuyển vào vùng định vị mới do một MSC/VLR mới phục vụ và một vùng định tuyến mới phục vụ bởi cùng một SGSN (SGSN cũ). Lúc này cell mạng mà MS di chuyển vào hầu như chắc chắn gần các SGSN hơn Tổng quan về mạng GSM và GPRS 55 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT các MSC. Vì vậy VLR mới cần phải lưu số nhận dạng vùng định vị mới LAI và SGSN cần phải lưu số nhận dạng vùng định tuyến mới LAI. Ngoài ra HLR cũng phải lưu lại số nhận dạng của HLR mới. Quá trình cập nhật này mô tả ở hình 5.5 và diễn giải chi tiết như sau: 1. MS phát đi yêu cầu cập nhật kết hợp vùng định vị và vùng định tuyến cho SGSN. Bản tin yêu cầu này có chứa P-TMSI của MS, số nhận dạng vùng định tuyến RAI cũ với LAI cũ. Khối PCU ở BSC cũng bổ sung vào cơ sở dữ liệu của nó số nhận dạng toàn cầu của cell mới CGI có chứa mã vùng định vị RAC mới và mã vùng định tuyến LAC mới của cell đã thu nhận bản tin này trước khi chuyển tiếp nó tới SGSN. 2. Các chức năng bảo an như nhận thực, khởi tạo mã hóa và kiểm tra căn cước thiết bị đã gán. 3. SGSN phát yêu cầu cập nhật định vị tới VLR mới. Bản tin yêu cầu này bao gồm LAI mới. IMSI của MS và bộ nhận dạng báo hiệu SS7 của SGSN. Bộ nhận dạng SGSN SS7 mới này được chuyển từ căn cước RAI mới sang bản dữ liệu ở SGSN. VLR mới lưu giữ bộ nhận dang báo hiệu SGSN SS7 này. 4. Cập nhật vùng định vị GSM được tiến hành như sau: a. VLR mới phát yêu cầu cập nhật vùng định vị cùng với bộ phận dạng riêng VLR SS7 của nó và IMSI của MS tới HLR. b. HLR xoá dữ liệu ở VLR cũ nhờ phát đi bản tin xoá định vị chứa IMSI tới VLR cũ c. VLR cũ xác nhận xoá định vị nhờ phát đi bản tin xác nhận xoá định vị có chứa IMSI của thuê bao MS cần xoá. d. HLR phát bản tin nhập dữ liệu thuê bao tới VLR mới. Bản tin này chứa IMSI và dữ liệu thuê bao GSM của MS. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 56 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT e. VLR mới xác nhận nhập dữ liệu nhờ phát tới HLR bản tin xác nhận nhập dữ liệu chứa IMSI của MS. f. HLR trả lời VLR mới về nhập dữ liệu nhờ phát bản tin xác nhận cập nhật định vị có chứa IMSI của MS 5. VLR mới phân bổ cho MS một VLR TMSI mới và trả lời SGSN bản tin tiếp nhận cập nhật định vị có VLR TMSI mới. 6. SGSN hợp thức hoá sự có mặt của MS ở vùng định tuyến RA mới và phát về MS bản tin tiếp nhận cập nhật vùng định tuyến có thể bao gồm cả P-TMSI mói và TMSI mới được VLR phân bổ. 7. MS xác nhận VLR- TMSI mới (có thể cả P- TMSI mới nếu được SGSN phân bổ) nhờ bản tin hoàn thành cập nhậ vùng định tuyến phát cho SGSN 8. SGSN phát cho VLR mới bản tin hoàn thành tái phân bổ TMSI Tổng quan về mạng GSM và GPRS 57 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Hình 5.5: Cập nhật kết hợp vùng định vị ngoài MSC và vùng định tuyến trong cùng một SGSN Tổng quan về mạng GSM và GPRS BSS SGSN Old MSC/VLR New MSC/VLR HLR 58 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT • Kết hợp cập nhật vùng định vị ngoài MSC và vùng định tuyến ngoài SGSN. Ở trường hợp này MS di chuyển vào một vùng định vị mới do một MSC/VLR mới phục vụ và vào một vùng định tuyến mới do một SGSN mới phục vụ. Vì vậy VLR mới cần lưu giữ số nhận dạng vùng định vị LAI mới và SGSN mới cần lưu giữ số nhận dạng vùng định tuyến RAI mới. Như vậy HLR và một vài GGSN (trong trường hợp các phạm vi giao thức dữ liệu gói là tự chủ ở các GGSN) cần được biết về SGSN và VLR mới. Quá trình cập nhật vùng kiểu này mô tả ở Hình 5.6 và diễn giải chi tiết như sau: Tổng quan về mạng GSM và GPRS 59 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Hình 5.6: Kết hợp cập nhật định vị ngoài MSC và định tuyến ngoài SGSN Tổng quan về mạng GSM và GPRS BSS SGSN mới SGSN cũ GGSN 60 MSC/VLR mới HLR MSC/VLR cũ Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT 1. MS phát tới SGSN mới yêu cầu cập nhật kết hợp vùng định vị và vùng định tuyến. Bản tin yêu cầu này bao gồm P-TMSI của MS và căn cước vùng định tuyến RAI cũ chưa LAI cũ. Khối PCU ở BSS đưa thêm vào cơ sở dữ liệu của nó số nhận dạng toàn cầu CGI, Cell mới có chứa mã vùng định tuyến RAC mới và mã vùng định vị LAC mới của Cell vừa thu nhận bản tin yêu cầu cập nhật vừa nêu trước khi tiếp tục chuyển nó tới SGSN mới. 2. Server tên miền DNS của mạng di động chứa cơ sở dữ liệu tập trung hỗ trợ toàn bộ các vùng định tuyến của mạng di động được ghép nối SGSN tương ứng của chúng. Vì vậy nhờ Server DNS này mà SGSN mới có thể tìm được SGSN cũ đang sử dụng số nhận dạng RAI cũ. SGSN mới phát đi yêu cầu ghi thức SGSN chứa địa chỉ IP riêng của nó, số nhận dạng P-TMSI và RAI cũ tới SGSN cũ để yêu cầu nhận các nghi thức quản lý di động MM và giao thức dữ liệu gói PDP đối với MS. SGSN cũ lưu lại địa chỉ IP này của SGSN mới để nó có thể chuyển các gói dữ liệu tới SGSN mới này. SGSN cũ công nhận P-TMSI của MS và phát quay lại cho SGSN mới bản tin chứa ISMI của MS, bộ 3 nhận thực chưa được sử dụng nào đó được dùng để nhận thức và mã hoá sau này cùng với các chi tiết của tất cả các nghi thức của giao thức dữ liệu gói tự chủ PDP (Các bản tin thu phát được trên lớp SNDCP đối với giao diện Um + Gb và trên lớp GTP đối với giao diện Gn). Node SGSN cũ khởi tạo định thời (giải thích ở bước 5) và ngừng truyền dẫn các gói SNDCP tới MS. 3. Các chức năng bảo an do SGSN mới quản lý được xúc tiến như: Nhận thực, khởi đầu mã hoá và kiểm tra số nhận dạng thiết bị. 4. SGSN mới phát đi bản tin xác nhận nghi thức SGSN tới SGSN cũ. Bản tin này thông báo cho SGSN cũ rằng SGSN mới đã sẵn sàng thu các gói dữ liệu thuộc các phạm vi giao thức dữ liệu gói PDP đã được kích hoạt. 5. Node SGSN cũ sao chép lại các gói tin đã được nén và phân khung theo giao thức SNDCP và bắt đầu chuyển chúng qua kênh Tunnel tới SGSN mới. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 61 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT Ngoài ra các gói SNDCP đã thu được ở SGSN cũ trước lúc định thời (mô tả ở bước 2) mãn hạn cũng được sao chép lại và chuyển tới SGSN mới. Ngoài ra các gói dữ liệu đã được chuyển tới MS theo phương thức có xác nhận và tới nay chưa có xác nhận bởi MS thì cũng được chuyển tới SGSN mới. Sẽ không còn gói SNDCP nào nữa được chuyển tới SGSN mới sau khi hết hạn định thời như mô tả ở bước 2. 6. SGSN mới phát đi bản tin yêu cầu cập nhật phạm vi giao thức PDP tới các SGSN liên quan. Bản tin này bao gồm địa chỉ IP riêng của SGSN mới, bộ phận dạng kênh Tunnle TID, chất lượng dịch vụ đã thương lượng. Các GGSN này cập nhật các trường dữ liệu giao thức PDP và mỗi lần cập nhật đều có bản tin đáp lại kèm theo bộ nhận dạng kênh TID. Thông tin chi tiết về phạm vi giao thức PDP xem ở mục 5.5 sau này. 7. SGSN mới thông báo cho HLR về sự thay đổi của SGSN nhờ phát đi bản tin cập nhật định vị. Bản tin này có bộ nhận dạng SGSN SS7, địa chỉ IP của SGSN và số nhận dạng IMSI của MS. 8. HLR phát đi bản tin xoá định vị có chứa IMSI tới SGSN cũ. SGSN cũ chỉ thực hiện xoá các khung quản lý di động MM và các khung giao thức PDP của MS khi định thời mô tả ở bước 2 hết hạn. Điều này cho phép SGSN cũ hoàn thành công việc chuyển các gói SNDCP. SGSN cũ phát bản tin xác nhận xoá định vị có chứa IMSI tới HLR. 9. HLR phát đi bản tin nhập dữ liệu thuê bao có chứa IMSI và dữ liệu mô tả GPRS tới SGSN mới. SGSN thiết lập một khung quản lý MM cho MS và phát quay về cho HLR bản tin xác nhận nhập dữ liệu thuê bao cùng với IMSI 10. HLR xác nhận cập nhật định vị nhờ phát bản tin xác nhận cập nhật định vị với IMSI cho SGSN mới. 11. SGSN mới phát bản tin yêu cầu cập nhật định vị bao gồm LAI mới, IMSI và bộ nhận dạng SGSN SS7 cho VLR mới. Bộ nhận dạng VLR SS7 mới Tổng quan về mạng GSM và GPRS 62 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT được chuyển đổi từ số nhận dạng RAI mới thành bảng ở SGSN mới. VLR mới lưu lại bộ nhận dạng SGSN SS7 này. 12. Cập nhật định vị GSM được thực hiện như sau: a. VLR mới phát đi yêu cầu cập nhật định vị với bộ nhận dạng VLR SS7 riêng của nó và IMSI của MS cho HLR. b. HLR xoá dữ liệu ở VLR cũ bằng việc phát đi bản tin xoá định vị có chứa IMSI. c. HLR phát tới VLR mới bản tin nhập dữ liệu thuê bao. Bản tin này chứa IMSI và dữ liệu thuê bao GSM của MS. d. VLR mới xác nhận việc nhập dữ liệu nhờ bản tin xác nhận nhập dữ liệu thuê bao chứa căn cước IMSI. e. HLR trả lời VLR mới bằng bản tin xác nhận cập nhật định vị có chứa IMSI 13. VLR mới phân bổ căn cước VLR TMSI mới và trả lời SGSN mới bằng bản tin tiếp nhận cập nhật định vị. 14. SGSN mới hợp thức hoá việc có mặt của MS ở vùng định tuyến RA mới và phân bổ cho MS một căn cước P-TMSI mới. Một bản tin tiếp nhận cập nhật vùng định tuyến được phát quay về cho MS. Bản tin này bao gồm căn cước P- TMSI mới và VLR TMSI mới. 15. MS xác nhận P-TMSI và VLR TMSI mới bằng việc phát tới SGSN mới bản tin hoàn thành cập nhật vùng định tuyến. 16. SGSN mới phát cho VLR mới bản tin hoàn thành phân bổ lại TMSI cho MS. 5.5. Quản lý phiên Khung giao thức dữ liệu gói PDP (Packet Data Protocol) của một MS diễn tả tuyến dữ liệu giữa MS và một mạng dữ liệu ngoài. Khung giao thức này được diễn Tổng quan về mạng GSM và GPRS 63 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT tả ở MS, ở SGSN và ở GGSN. Khung này có thể ở trạng thái hoạt động hoặc không hoạt động. Một MS có thể có một hoặc một vài khung PDP. Một khung dữ liệu PDP có thể được kích hoạt hoặc cho ngừng hoạt động vào bất cứ lúc nào nếu MS ở trạng thái dự phòng STANDBY hoặc sẵn sàng READY. Các quá trình này chỉ có ý nghĩa ở lớp mạng lõi và ở MS mà không trực tiếp bao gồm GSS, tức là lớp quản lý phiên là xuyên suốt từ MS tới SGSN. Nếu MS ở trạng thái rỗi IDLE thì toàn bộ khung giao thức PDP ngừng hoạt động và không thể kích hoạt trước khi MS chuyển đổi trạng thái quản lý di động MM của nó, tức là công việc đăng nhập GPRS cần được thực hiện để MS chuyển đổi từ rỗi IDLE sang sẵn sàng READY 5.5.1. Kích hoạt khung giao thức PDP Để kích hoạt một khung giao thức PDP cần phải có một địa chỉ IP cho MS. Có hai kiểu phân bổ địa chỉ có thể thực hiện. - Phân bổ tĩnh: MS có một địa chỉ IP cố định, cách này thực tế hơn đối với Ipv6 vì với Ipv4 không có khả năng đủ địa chỉ IP để phân bổ. - Phân bổ động: GGSN tương ứng phân bổ một địa chỉ IP tạm thời cho MS, phân bổ kiểu này thường dung cho GPRS theo hệ thống IPv4. Khung giao thức PDP chỉ có thể được kích hoạt bởi MS. Để chuyển giao các gói tin kết cuối di động, GGSN cần phải khởi sướng đánh số cho MS có nhu cầu kích hoạt khung giao thức PDP để thu các gói tin này; GGSN này chỉ có thể yêu cầu kích hoạt khung giao thức PDP mà nó không thể khởi tạo công việc kích hoạt này. Cần lưu ý là yêu cầu kích hoạt khung giao thức từ GGSN chỉ có thể nếu GGSN đó có thông tin tĩnh về MS tương ứng, tức là nếu MS có một địa chỉ IP tĩnh được lưu trữ ở HLR. Sở dĩ như vậy là nhằm để các gói IP có thể truyền tới một MS xác định và người phát cần có một địa chỉ IP cho MS. Cho tới khi IPv6 được triển khai thì mỗi MS hiện nay mới có một địa chỉ IPv4 tạm thời khi nó kích hoạt khung giao Tổng quan về mạng GSM và GPRS 64 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT thức PDP. Điều này có nghĩa là việc chuyển giao các gói kế cuối di động sẽ gặp khó khăn khi sử dụng IPv4 vì nhà cung cấp dịch vụ không đủ địa chỉ IP để đánh giá địa chỉ cho MS của người sử dụng. Hình 5.7 dưới đây mô tả quá trình kích hoạt khung giao thức PDP do MS khởi tạo cùng với diễn giải chi tiết như sau MS SGSN GGSN 1. Yêu cầu kích hoạt khung PDP 2. Các chức năng bảo an 3. Yêu cầu tạo lập khung giao thức PDP 3. Đáp ứng tạo lập khung giao thức PDP 4. Tiếp nhận kích hoạt khung giao thức PDP Hình 5.7: Kích hoạt giao thức PDP do MS khởi tạo 1. MS phát đi bản tin yêu cầu kích hoạt khung giao thức PDP chứa đựng các thông tin sau: - Cụm nhận dạng điểm truy cập dịch vụ NSAPI (Network Service Access Point Identifier): Cụm nhận dạng này xác định ứng dụng riêng trên lớp xử lý gói dữ liệu SNDCP, tức là một ứng dụng có một NSAPI. - Cụm nhận dạng giao dịch TI (Transaction Identifier): Cụm này xác định các phiên riêng biệt ở lớp SM này. - Kiểu giao thức PDP: Nó xác định giao thức được sử dụng xuyên suốt từ MS tới GGSN, thường sử dụng giao thức IP (IPv4 hoặc IPv6) nhưng cũng có thể sử dụng giao thức X.25. - Địa chỉ giao thức PDP: Trường địa chỉ này hoặc chứa địa chỉ tĩnh IP của MS hoặc để trống để báo hiệu là MS cần nhận được một địa chỉ IP động (tạm thời). Tổng quan về mạng GSM và GPRS 65 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT - Tên điểm truy nhập APN (Access Point Name): Đây là tên logic nhận dạng mạng dữ liệu ngoài. APN này cần cho giao diện Gi đấu nối tới một mạng xác định. - Chất lượng dịch vụ QoS đòi hỏi từ SGSN đối với ứng dụng. 1. Các chức năng bảo an có thể được xúc tiến như nhận thực, khởi động mã hoá và kiểm tra căn cước thiết bị. 2. SGSN yêu cầu địa chỉ IP của GGSN từ Server tên miền cùng với tên điểm truy nhập APN. Sau đó SGSN tạo lập cụm nhận dạng kênh Tunnel TID cho khung giao thức PDP được yêu cầu nhờ sự kết hợp số nhận dạng IMSI với cụm nhận dạng điểm truy cập dịch vụ mạng NSAPI. Nếu MS yêu cầu một địa chỉ động thì SGSN phát đi yêu cầu phân bổ địa chỉ IP động (tạm thời) tới GGSN. SGSN có thể không đảm bảo đáp ứng chất lượng QoS theo yêu cầu và nó có thể hạn chế bớt chất lượng trên cơ sở khả năng của nó và lượng tải hiện tại. SGSN phát đi bản tin yêu cầu tạo lập khung giao thức PDP tới GGSN có chứa các thông tin sau: - Kiểu PDP - Địa chỉ PDP (trường địa chỉ này sẽ để trống nếu cần thiết một địa chỉ động). - Tên điểm truy nhập APN (GGSN có thể sử dụng APN này để tìm mạng ngoài theo yêu cầu). - QoS đã thoả thuận - Trường nhận dạng kênh Tunnel TID GGSN tạo lập đường dẫn mới vào bảng khung giao thức PDP của nó và lập ra khối lưu giữ số liệu cước CID (Charging ID). Đường dẫn vào này cho phép GGSN định tuyến các gói dữ liệu giữ SGSN và mạng PDP ngoài và để bắt đầu tạo ra các khối nhớ lưu dữ liệu cước CDR (Charging Data Records). GGSN có thể tiếp tục hạn chế QoS đã thoả thuận tuỳ theo năng lực của nó và tải tin hiện tại. Sau đó Tổng quan về mạng GSM và GPRS 66 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT GGSN phát quay về cho SGSN bản tin trả lời tạo lập khung PDP có chứa các trường tin sau: - Trường nhận dạng kênh Tunnel TID. - Địa chỉ giao thức PDP (địa chỉ này được đưa kèm nếu GGSN đã phân bổ một địa chỉ IP động) - QoS được thoả thuận. - Căn cước số liêu tính cước CID (Charging ID) 3. SGSN nạp vào khung PDP của nó khối nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ mạng NSAPI cùng với địa chỉ IP của GGSN. Nếu MS đã yêu cầu địa chỉ động thì địa chỉ PDP thu được từ GGSN được nạp vào khung giao thức PDP. SGSN phát về cho MS bản tin tiếp nhận kích hoạt khung giao thức PDP có chứa các thông tin sau: - Kiểu PDP - Địa chỉ PDP (Nếu yêu cầu một địa chỉ động) - Cụm nhận dạng giao dịch TI - QoS được thoả thuận Như vậy, SGSN bây giờ đã có thể định tuyến các gói dữ liệu giữa GGSN và MS, bắt đầu tạo ra các khối nhớ dữ liệu tính cước CDR có cùng căn cước dữ liệu tính cước CID vì CDR được lưu giữ ở GGSN cho thuê bao này. 5.5.2. Ngừng hoạt động khung giao thức PDP Công việc làm ngừng hoạt động khung giao thức PDP có thể do MS, SGSN hoặc GGSN khởi tạo. Tất cả các quá trình thực hiện là rất giống nhau. Các bước thực hiện như ở hình 5.8 và được mô tả cho trường hợp làm những hoạt động khung giao thức PDP do MS khởi tạo như sau: Tổng quan về mạng GSM và GPRS 67 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT MS SGSN GGSN 1. Yêu cầu làm ngừng hoạt động khung giao thức PDP 2. Các chức năng bảo an 3. Yêu cầu xoá khung giao thức PDP 3. Đáp ứng xoá khung giao thức PDP 4. Xác nhận ngừng hoạt động khung giao thức PDP Hình 5.8: Ngừng hoạt động khung giao thức PDP do MS khởi tạo. 1. MS phát bản tin yêu cầu ngừng hoạt động khung giao thức PDP cùng với cụm nhận dạng giao dịch TI cho SGSN. 2. Các chức năng bảo an được xúc tiến bao gồm nhận thức, khởi động mã hoá và kiểm tra số nhận dạng thiết bị. 3. SGSN phát bản tin yêu cầu xoá khung giao thức PDP có chứa trường nhận dạng kênh Tunnel TID tới GGSN. GGSN xoá khung giao thức PDP và phát quay về SGSN bản tin trả lời xoá khung giao thức PDP cùng với trường nhận dạng kênh Tunnel TID. Nếu MS đang sử dụng một địa chỉ PDP động thì SGSN giải phóng địa chỉ PDP này và tạo khả năng khả dụng để MS khác kích hoạt. 4. SGSN phát quay về cho MS bản tin tiếp nhận ngừng kích hoạt giao thức PDP cùng với cụm nhận dạng giao dịch TI (transaction Identifier) 5.6. Thể thức chuyển giao gói tin. Để bắt đầu một ứng dụng GPRS, MS cần được đăng nhập GPRS ở trạng thái chờ (STANDBY) hay sẵn sàng (READY) và đã được kích hoạt một khung giao thức PDP phù hợp. Căn cứ tuyến logic tạm thời TLLI (Temporary Logical Link Identifier) ở lớp điều khiển tuyến logic LLC (Logical Link Control) và cụm nhận dạng điểm truy Tổng quan về mạng GSM và GPRS 68 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT nhập dịch vụ mạng NSAPI (Network Service Access Point Identifỉer) ở lớp xử lý dữ liệu gói SNDCP nhận biết khung giao thức PDP giữa MS và SGSN. Trường nhận dạng kênh Tunnel TID nhận biết khung giao thức PDP giữa SGSN và GGSN. 5.6.1. Chuyển giao gói khởi nguồn di động. Khi một MS muốn chuyển dữ liệu qua mạng GPRS, đầu tiên nó phải phát đi yêu cầu kênh gói trên một kênh truy nhập gói ngẫu nhiên PRACH (Packet Random Access Channel) nếu kênh GPRS logic này được cấu trúc trong Cell hoặc theo kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel) nếu kênh PRACH không được thiết lập. Khối PCU phát quay về bản tin phân bổ gói trực tiếp có chứa một hoặc một vài cờ trạng thái tuyến lên USF (Nếu một vài khe thời gian được ghép lại cho MS thì MS có thể có một cờ khác cho mỗi khe thời gian – USF: Uplink State Flag) và một trường tin nhận dạng luồng tức thời TFI (Temporeary Flow Identifier) (Trường tin TFI giống nhau cho tất cả các khe thời gian). Bản tin quay về này được phát qua giao diện vô tuyến trên kênh cho phép truy cập gói PAGCH (Packet Access Grant Channel) nếu kênh logic cho GPRS được thiết lập trong cell hoặc trên kênh truy nhập AGCH (Access Grant Channel) nếu kênh truy nhập gói không được triển khai. Lúc này một hoặc một vài khe thời gian tuyến lên được phân bổ cho MS. Ngay sau đó MS thu được một cờ USF trên khe thời gian tuyến xuống DL tương ứng và MS có thể phát dữ liệu nào đó cùng với trường tin nhận dạng luồng tức thời TFI trên khối vô tuyến tuyến lên tiếp theo sau ở khe thời gian này. 5.6.2. Chuyển giao gói kết cuối di động Nếu MS đang ở trạng thái chờ (STANDBY) thì chỉ vùng định tuyến hiện tại mới được SGSN biết tới. Như vậy MS cần được SGSN nhắn tin trước khi có thể chuyển dữ liệu tuyến xuống DL (Down Link). Các bước nhắn tin GPRS mô tả ở hình 5.9 và diễn giải chi tiết như sau: Tổng quan về mạng GSM và GPRS 69 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT 1. SGSN thu một vài gói dữ liệu của một MS mà nó hiện đang ở trạng thái chờ STANDBY 2. SGSN phát bản tin yêu cầu nhắn tin giao thức GPRS đối với BSS gọi là giao thức BSSGP (BSS GPRS Protocol: lớp 3 của ngăn giao thức thuộc giao diện Gb giữa khối PCU và SGSN). Bản tin này có chứa số nhận dạng P-TMSI, số nhận dạng vùng định tuyến RAI và QoS đã thoả thuận đối với khung giao thức PDP) và khởi xướng quá trình nhắn tin cho BSS chứa MS. 3. Một hay một vài khối PCU (tuỳ theo các cell trong vùng định tuyến do một hay một vài PCU điều khiển) đánh địa chỉ cho MS nhờ bản tin yêu cầu nhắn tin (chứa số nhận dạng P-TMSI) ở trường cell thuộc vùng định tuyến liên quan. Mỗi bản tin được phát qua giao diện vô tuyến theo kênh nhắn tin gói PPCH (Packet Paging Channel) nếu kênh logic cho GPRS được tạo lập trong cell hoặc phát trên kênh nhắn tin PCH (Paging Channel) nếu kênh logic PPCH không được tạo lập. 4. Vào lúc thu bản tin yêu cầu nhắn tin GPRS, MS phát đi bản tin yêu cầu kênh gói theo kênh truy cập gói ngẫu nhiên PRACH (Packet Random Access Channel) nếu kênh logic cho GPRS được tạo lập trong cell, nếu không thì bản tin yêu cầu kênh gói được phát đi theo kênh truy cập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel) 5. Khối PCU phát về cho MS bản tin phân bổ trực tiếp cho gói (một hay một vài khe thời gian tuyến xuống DL được phân bổ cho MS). Bản tin này chứa trường tin nhận dạng luồng tức thời TFI (Temporary Flow Identifier) và được phát đi qua giao diện vô tuyến theo kênh chuyên truy cập gói PAGCH (Packet Access Grant Channel) nếu kênh logic cho GPRS được tạo lập trong cell, nếu không có kênh logic GPRS thì bản tin được phát theo kênh truy cập khung AGCH (Access Grant Channel) Tổng quan về mạng GSM và GPRS 70 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT 6. MS sẽ được trả lời bằng cách phát đi một khung điều khiển tuyến logic hợp lệ LLC và được GGSN coi là bản tin trả lời nhắn tin. Trong khi trả lời MS chuyển trạng thái quản lý di động MM sang trạng thái sẵn sàng (READY) 7. Vào lúc thu khung LLC, PCU bổ sung số nhận dạng toàn cầu cho cell CGI (Cell Global Identity) có chứa mã vùng định tuyến RAC (Routing Area Code) và mã vùng định vị LAC (Location Area Code) của cell và phát đi khung LLC tới SGSN. Lúc đó SGSN coi khung LLC như bản tin trả lời nhắn tin. MS GSS SGSN 1. Dữ liệu xuống DL 2. Yêu cầu nhắn tin 3. Yêu cầu nhắn tin GPRS 4. Yêu cầu kênh gói 5. Phân bổ tuyến lên UL cho chuyển gói 6. Khung dữ liệu tuyến logic LLC bất kỳ 7. Khung dữ liệu tuyến logic LLC bất kỳ Hình 5.9: Nhắn tin GPRS. Sau đó MS ở trạng thái thường trực và công nhận bộ nhận dạng luồng tạm thời riêng của nó theo một trong các khe thời gian DL được phân bổ cho nó, MS biết rằng nó là đích hợp pháp đối với khối vô tuyến DL (DownLink) này, tức là công việc chuyển giao gói đã bắt đầu. Tổng quan về mạng GSM và GPRS 71 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT KẾT LUẬN Việc nâng cấp mạng lưới là rất cần thiết cho sự hình thành và phát triển của các dịch vụ di động cao cấp ngoài dịch vụ thoại truyền thống, giúp nâng cao khả năng và dung lượng của hệ thống. Thêm vào đó, tính liền mạch và kế thừa khi nâng cấp là rất quan trọng vì tận dụng được hệ thống có sẵn, không lãng phí đầu tư, và nhất là bảo đảm sự hoạt động của nhiều loại công nghệ trong một hệ thống duy nhất. Sự nâng cấp liền mạch lên 3G này sẽ giúp các nhà khai thác duy trì được sự trung thành và thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao của khách hàng, đồng thời gia tăng cơ hội và doanh thu cho ngành viễn thông. Đồ án tốt nghiệp đã trình bày những nét cơ bản nhất về mạng thông tin di động GSM và GPRS. Do thời gian thực tập có hạn và những hạn chế không tránh khỏi của việc hiểu biết các vấn đề dựa trên lý thuyết là chính nên đồ án tốt nghiệp của em chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong có được những ý kiến đánh giá, góp ý của các thầy và các bạn để đồ án thêm hoàn thiện. Qua thời gian thực tập em thấy GSM và GPRS là một mảng đề tài rộng và cần thiết cho các mạng viễn thông hiện tại nói chung và mạng thông tin di động nói riêng. Về phần mình, em tin tưởng rằng trong tương lai nếu được làm việc trong lĩnh vực này, em sẽ tiếp tục có sự nghiên cứu một cách sâu sắc hơn nữa về đề tài này. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn Đội trưởng đội kỹ thuật 11 – Viettel telecom Bùi Bá Quân, tổ trưởng tổ kỹ thuật Nguyễn Đức Tài đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong đợt thực tập tốt nghiệp. Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Hữu Thanh cùng với tổ trưởng tổ kỹ thuật anh Nguyễn Đức Tài và các anh thuộc tổ kỹ thuật-đội kỹ thuật 11-chi nhánh kỹ thuật Hà Nội I-tổng công ty viễn thông quân đội Viettel telecom đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội, Ngày 01 tháng 06 năm 2009 Sinh viên thực hiện Nguyễn Minh Ngọc Tổng quan về mạng GSM và GPRS 72 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Đức Thọ, Tính toán mạng thông tin di động số CELLULAR, Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 1999. [2] cập cuối cùng ngày 23/05/2009. [3] PTS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động GSM, Nhà xuất bản bưu điện, Hà Nội 1999. [4] www.gprsbook.tfk.de, Geoff Sanders, Lionel Thorens, Manfred Reisky, Oliver Rulik, Stefan Deylitz GPRS networks Truy cập cuối cùng ngày 24/05/2009. [5] ©Alcatel University GPRS Introduction ed06 Tổng quan về mạng GSM và GPRS 73 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT PHỤ LỤC BẢNG ERLANG B (Sử dụng trong hệ thống GSM) TCH GoS (Grade of Service) 1 % 2 % 3 % 5 % 10 % 20 % 40 % TCH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 .01010 .02041 .03093 .05263 .11111 .25000 .66667 .15259 .22347 .28155 .38132 .59543 1.0000 2.0000 .45549 .60221 .71513 .89940 1.2708 1.9299 3.4798 .86942 1.0923 1.2589 1.5246 2.0454 2.9452 5.0210 1.3608 1.6571 1.8752 2.2185 2.8811 4.0104 6.5955 1.9090 2.2759 2.5431 2.9603 3.7548 5.1086 8.1907 2.5009 2.9354 3.2497 3.7378 4.6662 6.2302 9.7998 3.1276 3.6271 3.9865 4.5430 5.5971 7.3692 11.419 3.7825 4.3447 4.7479 5.3702 6.5464 8.5217 13.045 4.4612 5.0840 5.5294 6.2157 7.5106 9.6850 14.677 5.1599 5.8415 6.3280 7.0764 8.4871 10.857 16.314 5.8760 6.6147 7.1410 7.9501 9.4740 12.036 17.954 6.6072 7.4015 7.9967 8.8349 10.470 13.222 19.589 7.3517 8.2003 8.8035 9.7295 11.473 14.413 21.243 8.1080 9.0096 9.6500 10.633 12.484 15.608 22.891 8.8750 9.8284 10.505 11.544 13.500 16.807 24.541 9.6516 10.656 11.368 12.461 14.522 18.010 26.192 10.437 11.491 12.238 13.385 15.548 19.216 27.844 11.230 12.333 13.115 14.315 16.579 20.424 29.498 12.031 13.182 13.997 15.249 17.613 21.635 31.152 12.838 14.036 14.885 16.189 18.651 22.848 32.808 13.651 14.896 15.778 17.132 19.692 24.046 34.464 14.470 15.761 16.675 18.080 20.737 25.281 36.121 15.295 16.631 17.577 19.031 21.784 26.499 37.779 16.125 17.505 18.483 19.985 22.833 27.720 39.437 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Tổng quan về mạng GSM và GPRS 74 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Minh Ngọc – 06TM-02ĐT 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 16.959 18.383 19.392 20.943 23.885 28.941 41.096 17.797 19.265 20.305 21.904 24.939 30.164 42.755 18.640 20.150 21.221 22.867 25.995 31.388 44.414 19.487 21.039 22.140 23.833 27.053 32.614 46.074 20.337 21.932 23.062 24.802 28.113 33.840 47.735 21.191 22.827 23.987 25.773 29.174 35.067 49.395 22.048 23.725 24.914 26.746 30.237 36.295 51.056 22.909 24.626 25.844 27.721 31.301 37.524 52.718 23.772 25.529 26.776 28.698 32.367 38.754 54.379 24.638 26.455 27.711 29.677 33.434 39.985 56.041 25.507 27.343 28.647 30.657 34.503 41.216 57.703 26.378 28.254 29.585 31.640 35.572 42.448 59.365 27.252 29.166 30.526 32.624 36.643 43.680 61.028 28.129 30.081 31.468 33.609 37.715 44.913 62.690 29.007 30.997 32.412 34.596 38.787 46.147 64.353 29.888 31.916 33.357 35.584 39.864 47.381 66.016 30.771 32.836 34.