CHƯƠNG 1. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ VÀ DỊCH VỤ MẠNG DI ĐỘNG 1. Sự phát triển của công nghệ di động 1. Giới thiệu chung về các mạng di động Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng điện thoại, đặc biệt là điện thoại di động của người dân ngày càng tăng.
Ngoài chức năng gọi điện, điện thoại di động còn giúp mọi người có thể trao đổi thông tin với thế giới bên ngoài bằng cách kết nối điện thoại với internet. Với nhu cầu ngày càng cao của người khách hàng, thì các nhà cung cấp dịch vụ di động phải thường xuyên tìm cách nâng cao chất lượng mạng, nâng cao tốc độ truyền tải dữ liệu. Do đó, đã có khá nhiều cuộc cách mạng về điện thoại di động trong những năm qua. Thế hệ điện thoại di động thứ nhất (1G) ra đời trong những năm 1980 dựa trên kỹ thuật tương tự.
Đến những năm 1990, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) ra đời như GSM, PDC, IS-95 dựa trên kỹ thuật số. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) cũng dựa trên kỹ thuật số cho thoại, dữ liệu, đa phương tiện. Tuy nhiên, mạng thông tin di động thế hệ 3G vẫn chưa đáp ứng được tất cả nhu cầu của khách hàng cần sử dụng giao tiếp thông tin tốc độ cao, như: hội nghị truyền hình, truyền các file dữ liệu dung lượng lớn… Do đó, hiện nay một số nước đã bắt đầu nghiên cứu và thử nghiệm hệ thống thông tin di động thế hệ 4 có sử dụng OFDM nhằm nâng cao tốc độ truyền dẫn, hiệu suất sử dụng phổ, khả năng truy nhập mạng,… Hình 1.1: Tốc độ truyền dẫn Học viên: Vũ Đình Vinh -1- GVHD: TS. Nguyễn Viết Nguyên CAMEL phase 2 trong mạng thông minh và ứng dụng trong hệ thống tính cước dịch vụ gia tăng thời gian thực trong thông tin di động 1.
Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G) Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 ra đời là một bước ngoặt trong lịch sử ngành truyền thông thế giới. Từ sử dụng toàn bộ các thiết bị với tín hiệu tương tự sang sử dụng các thiết bị tín hiệu số đã giúp chất lượng mạng được cải thiện đáng kể. Sơ đồ mô hình của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 GSM như hình 1. Ở đây hệ thống GSM được chia thành một số phân hệ con: - Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem) - Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) - Phân hệ bảo dưỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem) - Thuê bao MS (Mobile Station) Phân hệ chuyển mạch NSS: Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao.
Chức năng chính của NSS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác. Phân hệ chuyển mạch bao gồm: Trung tâm chuyển mạch di động (MSC: Mobile Switching Centre): Nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM. Một mặt MSC giao tiếp với hệ thống con BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài. MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng.
Để kết nối MSC với các mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn GSM với các mạng đó. Các thích ứng này được gọi là chức năng tương tác IWF (Interworking function). IWF cho phép kết nối với các mạng PSTN, ISDN,… và có thể được thực hiện kết hợp trong cùng các chức năng MSC hoặc trong thiết bị riêng. Học viên: Vũ Đình Vinh -2- GVHD: TS.
Nguyễn Viết Nguyên CAMEL phase 2 trong mạng thông minh và ứng dụng trong hệ thống tính cước dịch vụ gia tăng thời gian thực trong thông tin di động NSS AUC ISDN VLR HLR EIR PSPDN MSC CSPDN OSS BSS BSC PSTN BTS PLMN MS -------- : TruyÒn b¸o hiÖu : TruyÒn lu lîng Hình 1.2: Mô hình mạng GSM Bộ ghi định vị thường trú (HLR: Home Location Register): Ngoài MSC, SS còn bao gồm các cơ sở dữ liệu. Bất kể vị trí của thuê bao, mọi thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông đều được lưu giữ trong HLR. HLR thường là một máy tính đứng riêng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao nhưng không có khả năng chuyển mạch. Một chức năng nữa của HLR là nhận dạng thông tin nhận thực AUC, mà nhiệm vụ của trung tâm này là quản lý số liệu bảo mật về tính hợp pháp của thuê bao.
Bộ ghi định vị tạm trú (VLR: Visitor Location Register): VLR là một cơ sở dữ liệu được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao ở mức độ chính xác hơn HLR. GMSC: Tổng đài cổng SS có thể chứa nhiều MSC, VLR và HLR. Để thiết lập một cuộc gọi liên quan đến GSM mà không cần biết đến vị trí hiện thời của thuê bao MS, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng GMSC để lấy thông tin về vị trí thuê Học viên: Vũ Đình Vinh -3- GVHD: TS. Nguyễn Viết Nguyên CAMEL phase 2 trong mạng thông minh và ứng dụng trong hệ thống tính cước dịch vụ gia tăng thời gian thực trong thông tin di động bao và định tuyến cuộc gọi đến MSC nào hiện đang quản lý thuê bao đó.
Để thực hiện việc này, trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này. GMSC có giao diện với các mạng ngoài để kết nối mạng bên ngoài với mạng GSM. Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến nên nó bao gồm các thiết bị phát và thu đường vô tuyến và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài NSS, thực hiện đấu nối các MS với tổng đài, tức là kết nối thuê bao di động MS với những người sử dụng viễn thông khác.
BSS gồm hai thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC. Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station): BTS bao gồm các thiết bị phát, thu, anten và khối xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Một bộ phận quan trọng của BTS là khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit). TRAU thực hiện quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù cho GSM.
Đồng thời ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS nhưng cũng có thể được đặt xa BTS, chẳng hạn đặt giữa BSC và MSC. Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller): Bộ điều khiển trạm gốc có nhiệm vụ quản lý tất cả các giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao.
Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia được nối với MSC của NSS. Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao ô. Một BSC trung bình có thể quản lý hàng chục đến hàng ngàn BTS tạo thành một hệ thống trạm gốc.
Tập hợp các trạm gốc trong mạng gọi là phân hệ trạm gốc. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BSC và BTS là giao diện Abis. Thuê bao MS (Mobile Station): MS gồm hai thiết bị: thiết bị di động ME và module nhận dạng thuê bao SIM. SIM có dạng như một card thông minh hoặc được chia nhỏ hơn gắn trên giá có thể tháo khỏi MS một các dễ dàng.
Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến, MS còn phải cung cấp các giao diện với người dùng như micro, loa, màn hiển thị,… Như vậy, ta thấy MS có 3 chức năng chính sau: Học viên: Vũ Đình Vinh -4- GVHD: TS. Nguyễn Viết Nguyên CAMEL phase 2 trong mạng thông minh và ứng dụng trong hệ thống tính cước dịch vụ gia tăng thời gian thực trong thông tin di động + Thiết bị đầu cuối: Để thực hiện các dịch vụ người sử dụng (thoại, fax, màn hiển thị,…). + Kết cuối di động: Để thực hiện truyền dẫn ở giao diện vô tuyến vào mạng. + Thích ứng đầu cuối: làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối vào kết cuối di động.
Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS: Hiện nay, OSS được xây dựng theo nguyên lý của mạng quản lý viễn thông TMN (Telecommunication Management Network). Một mặt OSS được nối đến các phần tử mạng viễn thông (MSC, BSC, HLR,…), mặt khác OSS lại được nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy. OSS thực hiện ba chức năng chính là khai thác và bảo dưỡng mạng, quản lý thuê bao và tính cước, quản lý thiết bị di động. Để tăng tốc độ truyền số liệu trong mạng 2G, người ta có thể sử dụng công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS) và EDGE.
Bước trung gian này được gọi là thế hệ 2,5G. Mạng thông tin di động thế hệ thứ 2 ra đời là một bước ngoặt của ngành thông tin di động, chuyển từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Kết quả là tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn, có khả năng kết nối Internet,… Tuy nhiên, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 vẫn còn một số hạn chế: Tốc độ truyền dữ liệu thấp, không đáp ứng được nhu cầu của khách hàng, đặc biệt là các khách hàng cần trao đổi thông tin nhanh, như hội nghị truyền hình,… 1. Hệ thống thông tin di động 2,5G (GPRS) Cấu trúc lôgíc mạng GPRS Mạng GPRS được xây dung trên cơ sở cấu trúc mạng GSM hiện tại và cộng thêm một số phần tử mới.
• Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (GGSN, SGSN). • Khối điều khiển gói PCU (Packet Control Unit). Học viên: Vũ Đình Vinh -5- GVHD: TS. Nguyễn Viết Nguyên CAMEL phase 2 trong mạng thông minh và ứng dụng trong hệ thống tính cước dịch vụ gia tăng thời gian thực trong thông tin di động Mô hình tham khảo mạng GPRS: Hình 1.