MỞ ĐẦU Mạng thông tin di động toàn cầu (GSM - Global System for Mobile) đã cho thấy tính vượt trội so với mạng analog. Cùng với mạng PSTN, GSM đã thúc đẩy thị trường viễn thông thế giới phát triển. Hơn 20 năm qua, thông tin di động thế hệ 2 (2-G) bắt đầu lộ rõ những hạn chế của nó, nhất là khi dịch vụ truyền số liệu và dịch vụ băng rộng trở thành nhu cầu cấp thiết; ngoài nhược điểm hạn chế phân bố tần số, chuyển vùng phức tạp, chất lượng chưa cao…, còn có hai nhược điểm cơ bản của mạng GSM là chuyển mạch kênh không phù hợp với tốc độ cao khi truyền số liệu và lãng phí tài nguyên do kênh luôn luôn bị chiếm giữ ngay cả khi không có lưu lượng qua. Hiện tại phát triển của Internet rất mạnh và rộng lớn, các mạng viễn thông không chỉ truyền thoại, fax, số liệu mà còn có thêm dịch vụ mới như khả năng truy cập Internet, truyền file, giao dịch thương mại điện tử và Internet di động… được gọi chung là thông tin di động thế hệ thứ 3 (3-G).
Đây là xu hướng phát triển tất yếu của thông tin di động. Việc chọn con đường đi từ 2-G lên 3-G phụ thuộc vào cách phân tích và điều kiện của mỗi nước, nhất là điều kiện kinh tế và qui mô của GSM. Nhìn chung có hai xu hướng chính: đi thẳng từ 2-G lên 3-G và đi từ 2-G lên 3-G qua một bước công nghệ quá độ. Phương pháp thứ nhất không tận dụng được cơ sở hạ tầng hiện có mà phải xây dựng lại cơ sở hạ tầng mới; còn phương pháp thứ hai là tận dụng tối đa khả năng cơ sở hạ tầng của GSM với việc bổ sung công nghệ mới để đáp ứng cho yêu cầu 3-G - Công nghệ Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS - General Packet Radio Service, tất nhiên với công nghệ này chưa có thể khai thác hết tính ưu việt của 3-G.
Công nghệ quá độ GPRS 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hà Tuấn Minh Luận văn tốt nghiệp GPRS là phương pháp mới truyền dữ liệu qua mạng điện thoại di động. Trước khi ứng dụng GPRS, phương pháp chính để duyệt web, nhận email trên thiết bị đầu cuối di động là công nghệ WAP (Wireless Application Protocol), dựa trên phương thức truyền kênh CS (Circuit-switched method) – quay số, kết nối mạng và kết thức phiên làm việc. Còn GPRS được coi là công nghệ “luôn kết nối” với mạng di động GSM, duyệt web, email và ứng dụng mạng khác nhanh hơn giao thức WAP. Cùng với ưu thế về tốc độ cao hơn phương pháp quay số thông thường, dựa vào công nghệ của GPRS, điểm lợi chính cho người dùng là thuê bao không phải trả tiền cho thời gian kết nối mà chỉ phải trả tiền cho dung lượng dữ liệu thực tế mà thuê bao dùng.
CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA TRUYỀN SỐ LIỆU GÓI VÔ TUYẾN - Truyền số liệu theo phương thức kênh (Circuit-Switched): Trong kỹ thuật truyền số liệu theo phương thức kênh thì mạng cần phải thiết lập một kết nối hay một kênh vô tuyến từ trạm gốc BS tới trạm di động MS. Khi đã được thiết lập kết nối, quá trình truyền số liệu sẽ được bắt đầu, MS sẽ sử dụng toàn bộ kênh này suốt thời gian truyền cho dù có thời điểm chỉ có một lượng nhỏ số liệu truyền đi, như vậy người sử dụng phải trả chi phí cho toàn bộ thời gian kết nối. Phương thức này chỉ thích hợp cho các dịch vụ như: dịch vụ yêu cầu băng thông cố định; các dịch vụ nhạy cảm với trễ truyền dẫn (yêu cầu trễ truyền dẫn nhỏ); các dịch vụ thời gian thực… Tóm lại, phương thức này thích hợp cho dịch vụ thoại, hội nghị truyền hình (Video Conference)… - Truyền số liệu theo phương thức gói (Packet-Switched): Khác với phương thức kênh, trong phương thức gói, mạng chỉ truyền thông tin tới thuê bao khi có nhu cầu. Phương thức gói cho phép lưu lượng dữ liệu và báo hiệu đi cùng với nhau, các gói định tuyến độc lập nhau.
Điều này có nghĩa là cùng một kênh vô tuyến có thể sử dụng đồng thời nhiều trạm MS khác nhau. Không những thế, một MS có thể sử dụng đồng thời tới 8 khe thời gian vô tuyến. Khi MS cần chuyển một gói tin, mạng sẽ chuyển gói này đến khe thời Công nghệ quá độ GPRS 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hà Tuấn Minh Luận văn tốt nghiệp gian đầu tiên còn trống, và gói tiếp theo sẽ truyền trên khe thời gian khác nếu có thể. Do bản chất của thông tin số liệu thường tồn tại dưới dạng cụm nên việc cấp khe thời gian động (không cố định) sẽ giúp việc sử dụng kênh vô tuyến trở nên hiệu quả hơn.
Trong trường hợp bản tin lớn, thì được nhỏ thành nhiều gói. Khi các gói đến bên nhận, ở đây có nhiệm vụ sắp xếp và nối ghép lại tạo thành bản tin gốc. Việc định tuyến các gói tin tới đích được dựa vào các địa chỉ được gửi kèm theo trong mỗi gói. Phương thức gói số liệu phù hợp với các dịch vụ: dữ liệu tập trung dưới dạng cụm, dữ liệu nhạy cảm với các lỗi, dữ liệu không đòi hỏi thời gian thực… Nghĩa là nó đặc biệt phù hợp với các dịch vụ: thư điện tử, nhắn tin, đo lường từ xa, truy cập web… Như vậy có hai phương thức chuyển mạch cơ bản và điểm khác nhau ở đây là trong khi chuyển mạch kênh cung cấp một kết nối mở hai chiều trong toàn bộ thời gian phục vụ thì với chuyển mạch gói chỉ cung cấp kết nối một chiều mỗi khi có nhu cầu truyền gói tin.
- Đặc điểm của các dịch vụ hiện đại với mạng GSM: Hầu hết các dịch vụ hiện tại của mạng GSM như thoại, số liệu, đều sử dụng một kênh lưu lượng TCH (Traffic channel) trên giao diện vô tuyến. Những ứng dụng mới lại yêu cầu tốc độ truyền dẫn cao hơn nhiều, nên mạng GSM có các hạn chế như thời gian thiết lập kết nối dài; thuê bao chiếm toàn bộ kênh trong suốt quá trình nối; dịch vụ SMS (Short Message Service) hạn chế độ dài bản tin, tối đa chỉ 160 ký tự; dịch vụ số liệu có tốc độ thấp, tối đa 9,6 kb/s; mạng GSM/PLMN không có khả năng cung cấp trực tiếp dịch vụ Internet, mà phải đóng gói số liệu trên tín hiệu tương tự và truyền trên các kênh dữ liệu số; quản lý tài nguyên tần số không hiệu quả và tính cước thuê bao phải dùng và trả tiền cho kênh lưu lượng trong suốt quá trình kết nối. - Các đặc trưng của hệ thống GPRS: Hệ thống GPRS được xây dựng nhằm cung cấp các dịch vụ bổ sung cho mạng di động GSM đã có sẵn, cho phép người dùng có thể truy nhập Internet Công nghệ quá độ GPRS 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hà Tuấn Minh Luận văn tốt nghiệp hay một LAN công cộng thông qua việc sử dụng các thiết bị hỗ trợ truyền số liệu theo phương thức gói. Vấn đề mấu chốt của GPRS là sử dụng có hiệu quả tài nguyên vô tuyến nhằm cung cấp dịch vụ một cách linh hoạt.
Khác cơ bản của GPRS so với GSM là một kênh chỉ được cấp phát khi cần thiết và được giải phóng ngay sau khi gói tin truyền xong. Do điều này nên cho phép một kênh vật lý (khe thời gian) có thể chia sẻ bởi nhiều MS và một MS có thể sử dụng nhiều khe thời gian. Với nguyên tắc này thì GPRS đã phá vỡ cấu trúc truyền thống của TDMA trên giao diện vô tuyến. Nhờ đó, tốc độ dữ liệu có thể lên tới 171,2 kb/s khi sử dụng tối đa 8 khe thời gian.
BTS SGSN GGSN MS – Trạm di động Laptop – thuê bao Internet di động BTS – Base Station Transceiver - Trạm thu phát gốc SGSN – Serving GPRS Support Node – Nút hỗ trợ GPRS dịch vụ GGSN - Gateway GPRS Support Node – Nút hỗ trợ GPRS cổng Hình 1: Mô hình chia sẻ khe thời gian giữa các thuê bao Hình H.1 cho ví dụ về cách chia sẻ 3 khe thời gian TDMA đồng thời theo 3 thuê bao: 3 thuê bao sử dụng chung một khe thời gian và một thuê bao sử dụng đồng thời cả 3 khe thời gian. Công nghệ quá độ GPRS 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hà Tuấn Minh Luận văn tốt nghiệp Với GSM, thông thường thời gian kết nối mất vài giây, còn với GPRS chỉ 1 giây. Hệ thống GPRS sử dụng 4 kiểu mã hoá kênh từ CS-1 đến CS-4 như trên bảng 1, sẽ tạo ra các tốc độ bit và chất lượng truyền dẫn khác nhau. Các loại mã Tỷ lệ Tốc độ với 1 khe Tốc độ với 8 khe mã thời gian (kb/s) thời gian (kb/s) CS-1 (độ tin cậy cao nhất) 1/2 9,05 72,4 CS-2 ~ 2/3 13,4 107,2 CS-3 ~ 3/4 15,6 124,9 CS-4 (không có khả năng sửa lỗi) 1 21,4 171,2 - Một số nhận xét: o Hệ thống GPRS kết nối với mạng khác bằng giao thức Internet (IP).
Đây là một giao thức sử dụng phổ biến trên toàn thế giới, vì vậy GPRS có khả năng kết nối với các hệ thống khác nhau. o Tốc độ bit tăng và hiệu quả truyền dẫn tăng lên nên thuận lợi cho phương pháp tính cước và nó sẽ dần thay thế chuyển mạch kênh bằng các dịch vụ chuyển mạch gói GPRS. Hệ thống tính cước chuyển mạch kênh dựa theo thời gian vì khi một kênh bị chiếm thì toàn bộ kênh đó chỉ dành cho 1 thuê bao. Trong khi sử dụng Internet thì người sử dụng thường đọc thông tin nhiều hơn là truyền file, nên kênh truyền bị chiếm dụng một cách lãng phí và thuê bao phải trả cước phí tổn không đáng có.
GPRS cung cấp một cơ chế tính cước hoàn toàn mới, đó là tính cước dựa trên số lượng số liệu truyền dẫn. Điều này cho hiệu quả kinh tế với người sử dụng vì họ chỉ trả kinh phí cho những tài nguyên thực sự sử dụng. Ngoài ra GPRS sử dụng giao diện mở - đây là giao diện chuẩn nên có thể dùng các thiết bị do các nhà sản xuất khác nhau cung cấp mà không hề có cản trở. Công nghệ quá độ GPRS 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hà Tuấn Minh Luận văn tốt nghiệp 3.
KIẾN TRÚC HỆ THỐNG GPRS - Kiến trúc tổng thể hệ thống (hình H.2): Hình 2: Kiến trúc mạng GPRS GPRS được xem như là một dịch vụ của mạng GSM, được thiết kế bởi ETSI để triển khai trên cơ sở hạ tầng mạng GSM mà không ảnh hưởng đến dịch vụ hiện tại và cho ta khả năng triển khai nhanh với chi phí thấp. Các phần tử của mạng GSM chỉ cần nâng cấp phần mềm, ngoại trừ BSC phải nâng cấp cả phần cứng.