Tìm hiểu mạng gsm và công nghệ gprs

  • 40 trang
  • file .pdf
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
TRƯỜNG CĐ-CNTT HỮU NGHỊ VIỆT-HÀN
KHOA:KHOA HỌC MÁY TÍNH
BÁO CÁO
CHUYÊN ĐỀ MÔN HỌC MẠNG KHÔNG DÂY
TÌM HIỂU MẠNG GSM VÀ CÔNG NGHỆ GPRS
Nhóm thực hiện:Nhóm 6
 VÕ Nguyễn Đức Tài
 Đinh Đức Tin
 Trần Ngọc Nam
 Phan Quang Duy
GVHD:Ninh Khánh Chi
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 1
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
Mục lục ...................................................................... Error! Bookmark not defined.
Phần I: Lời mở đầu .................................................. Error! Bookmark not defined.
Phần II: Nội dung .................................................... Error! Bookmark not defined.
Chương 1: Mạng GSM : ....................................... Error! Bookmark not defined.
1. Tổng quan mạng GSM :....................................... Error! Bookmark not defined.
1.1 Cấu trúc tổng thể : .............................................. Error! Bookmark not defined.
1.1.1 Cấu trúc NSS : ................................................ Error! Bookmark not defined.
1.1.2 Cấu trúc BSS : ................................................. Error! Bookmark not defined.
1.1.3 Cấu trúc MS : ................................................... Error! Bookmark not defined.
1.1.4 Cấu trúc OSS : ................................................. Error! Bookmark not defined.
2. Cách thức truyền sóng của GSM : ...................... Error! Bookmark not defined.
2.1.Băng tần mạng GSM : ....................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.Nguyên tắc Truyền Sóng GSM : ....................... Error! Bookmark not defined.
2.2.1.Trong tầng đối lưu :......................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2.Trong vô tuyến di đông : ................................. Error! Bookmark not defined.
3. Sử dụng tần số : .................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1 Các thông số đánh giá :. ..................................... Error! Bookmark not defined.
3.2 Tái sử dụng tần số : ............................................ Error! Bookmark not defined.
Chương 2 : Công nghệ GPRS :. .......................... Error! Bookmark not defined.
1. Giới thiệu GPRS : ................................................. Error! Bookmark not defined.
2. Khối chức năng mới: ............................................ Error! Bookmark not defined.
2.1 Chức năng của GSN: .......................................... Error! Bookmark not defined.
2.2 Cấu trúc GSN : ................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.1 Hệ thống phụ GSN :. ....................................... Error! Bookmark not defined.
2.3 Phần cứng GSN : ................................................ Error! Bookmark not defined.
2.4 Đặc điểm GSN : .................................................. Error! Bookmark not defined.
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 2
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
2.5 Giao diện và giao thức: ...................................... Error! Bookmark not defined.
2. BBS cho GPRS: ..................................................... Error! Bookmark not defined.
2.1 Cấu trúc BBS cho GPRS: .................................. Error! Bookmark not defined.
3.2 Xử lý nguồn vô tuyến GPRS : ........................... Error! Bookmark not defined.
3.3 Tác động lên mạng vô tuyến :. ........................... Error! Bookmark not defined.
4. CSS cho GPRS :. .................................................. Error! Bookmark not defined.
4.1 HLR :. .................................................................. Error! Bookmark not defined.
4.2 MSC/VLR :.......................................................... Error! Bookmark not defined.
4.3 SMS-GMSC và SMS-IWMSC:.......................... Error! Bookmark not defined.
4.4 AUC :. .................................................................. Error! Bookmark not defined.
4.5 EIR :. .................................................................... Error! Bookmark not defined.
5. Quản lý tính cước ,trợ giúp và quản lý mạng lưới trong GPRS :.Error! Bookmark
not defined.
5.1 Cổng tính cước (BGw) :. .................................... Error! Bookmark not defined.
5.2 Cổng yêu cầu dịch vụ (SOG) :. .......................... Error! Bookmark not defined.
6 Phần lõi/Truyền dẫn trong GPRS :. ..................... Error! Bookmark not defined.
Phần III: Kết luận chung ......................................... Error! Bookmark not defined.
III.1 Ưu điểm ......................................................... Error! Bookmark not defined.
III.2 Nhược điểm ................................................... Error! Bookmark not defined.
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 3
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
LỜI NÓI ĐẦU
Sự quan trọng của việc truyền dữ liệu trong thông tin di động ngày càng tăng trong khi đó
hệ thống thông tin di động GSM được thế kế chủ yếu để truyền tín hiệu thoại.Những nhu
cầu mới mạng di động cần đáp ứng như các dịch vụ dữ liệu (gửi nhận E-mails,WWW)
hay truy cập WAP trên nền mạng IP (như mạng Internet).Mạng GSM đã đáp ứng được
những điều đó tuy vẫn nhiều hạn chế nhất định.
GPRS là một công nghệ kỷ thuật gói đựa trên GSM.Lợi ích chính của GPRS là nguồn tài
nguyên vô tuyến đucợ truy xuất chỉ khi dữ liệu thật sự đuợc gửi đi giữa trạm di động và
mạng
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 4
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
PHẦN II.NỘI DUNG:
CHƯƠNG 1.MẠNG GSM:
1.1 CẤU TRÚC TỔNG THỂ.
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 5
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
1.1/. Phân hệ chuyển mạch NSS.
1.2/. Phân hệ trạm gốc BSS.
1.3/. Trạm di động MS.
1.4/. Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS.
1.1/. NSS
MSC = Trung tâm chuyển mạch di động.
HLR = Bộ ghi định vị thường trú.
VLR = Bộ ghi định vị tạm trú.
AC = Trung tâm nhận thực.
EIR = Bộ ghi nhận dạng thiết bị.
1.1.1/. MSC
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 6
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
Chức năng của MSC là : điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng
mạng GSM. Một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác nó giao tiếp với mạng
ngoài. MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng
(GatewayMSC).
1.1.2/. HLR
Là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin liên quan đến các thuê bao.
Các thông tin này mang tính cố định.
1.1.3/. VLR
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 7
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu giữ các thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ
MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR. Các thông tin này mang tính tạm thời.
1.1.4/. AC.
AC được tích hợp trên HLR để nhận thực cho SIM card, cho phép thuê bao kết nối với
mạng thông qua IMSI cung cấp thông tin về mã hoá thông tin như số KI, ID, RAND...
1.1.5/. EIR.
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 8
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
EIR là một cơ sở dữ liệu thông tin về tính hợp lệ của thiết bị ME qua số IMEI.
1.2/. BSS.
1.2.1/. TRAU : Đơn vị chuyển mã/đáp ứng
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 9
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
1.2.2/. BTS : Trạm thu phát gốc
1.2.3/. BSC : Bộ điều khiên trạm gốc
1.2.1/. BSC
-Điều khiển một số trạm vô tuyến BTS: xử lý các bản tin báo hiệu, điều khiển, vận
hành, bảo dưỡng đi/đến BTS.
-Khởi tạo kết nối.
-Điều khiển chuyển giao: Intra và Inter BTS HO.
-Kết nối các MSC, BTS, OMC.
1.2.2/.
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 10
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
-Thu phát vô tuyến.
-Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý.
-Mã hóa và giải mã hóa.
-Mật mã hóa và giải mật mã hóa.
-Điều chế và giải điều chế.
1.2.3/. TRAU
TRAU chuyển đổi tốc độ thoại 13Kbps hoặc dữ liệu tốc độ thấp thành tốc độ 64Kbps.
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 11
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
1.3/. CS
1.3.1/. ME : Thiết bị di động.
1.3.2/. SIM : Module nhận dạng thuê bao.
1.3.1/. ME
ME : Là thiết bị di động, là phần cứng và phần mềm của điện thoại di động. Mỗi một
điện thoại di động phân biệt nhau bởi số nhận dạng điện thoại di động IMEI (International
Mobile Equipment Indentity).
1.3.2/. SIM.
SIM : Là thiết bị lưu giữ các thông số thuê bao và mật mã thẻ thông minh xác thực.
Mỗi SIM phân biệt nhau bởi số nhận dạng thuê bao IMSI (International Mobile
Subcriber Indentity) để chống sử dụng trái phép số thuê bao bằng mật khẩu hay số nhận
dạng cá nhân.
1.4/. OSS.
-Khai thác và bảo dưỡng mạng.
-Quản lý thuê bao và tính cước.
-Quản lý thiết bị di động.
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 12
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
2/. CÁCH THỨC TRUYỀN SÓNG CỦA MẠNG GSM.
2.1/. BĂNG TẦNG MẠNG GSM.
-Tất cả các mạng điện thoại ở Việt Nam hiện đang phát ở băng tần 900MHz.
-Các nước trên thế giới sử dụng băng tần 1800MHz.
-Mỹ sử dụng băng tần 1900MHz.
2.2/. NGUYÊN TẮC TRUYỀN SÓNG.
2.2.1/.Truyền trong tầng đối lưu.
Tầng đối lưu là một môi trường có các tham số thay đổi theo thời gian và không gian.
Tầng đối lưu là một môi trường không đồng nhất. Nếu một vùng nào đó trong tầng đối
lưu không đồng nhất với môi trường xung quanh, theo nguyên lý quang, một tia sóng đi
vào trong vùng không đồng nhất sẽ bị khuếch tán ra mọi phía.
Trong thực tế, phương thức này ít được sử dụng do độ tin cậy kém, fading sâu, yêu cầu
công suất phát lớn và hướng tính anten cao.
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 13
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
2.2.2/. Trong vô tuyến di động.
Trong thông tin vô tuyến, sóng vô truyến được truyền qua môi trường vật lý có nhiều
cấu trúc và vật thể như tòa nhà, đồi núi, cây cối, xe cộ chuyển động…
Truyền sóng nhiều đường xảy ra khi có phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ.
Suy hao tín hiệu phạm vi rộng:
Suy hao đường truyền xảy ra do khoảng cách từ máy thu đến máy phát.
Che tối là sự thay đổi công suất thu vì suy hao tín hiệu gây ra do các vật cản giữa máy
phát và máy thu,hay còn gọi là fading chậm được đặc trưng bởi phân bố chuẩn loga.
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 14
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
Méo tín hiệu phạm vi hẹp:
Các đường truyền không trực tiếp này đến máy thu lệch pha nhau về thời gian và không
gian, điều này gây ra fading nhanh và các hiệu ứng phạm vi hẹp trong thông tin vô tuyến
di động như : trải trễ, trải góc và trải Doppler.
Các phương pháp phòng ngừa suy hao đường truyền do fading.
Phân tập không gian:
Là phương pháp sử dụng 2 hay nhiều hơn 2 anten cho các máy thu hoặc máy phát để
truyền đồng thời cùng một tín hiệu trên cùng một kênh vô tuyến.
2 anten độc lập thu cùng tín hiệu rồi kết hợp các tín hiệu này lại ta sẽ có một tín hiệu ra
khỏi bộ kết hợp ít bị fading hơn.
Phân tập tần số:
Là phương pháp truyền đồng thời một tín hiệu trên 2 tần số khác nhau trong cùng một
dải tần.
Bởi vì xác suất xảy ra đồng thời fading ở 2 tần số không tương quan với nhau là rất nhỏ.
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 15
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
Vì thế ta luôn thu được tín hiệu tốt và bằng cách kết hợp (hoặc chọn) tín hiệu giữa 2
đường truyền này ta sẽ được một tín hiệu tốt.
Mã hóa kênh:
Ở phương pháp mã hoá kênh ta phải phát đi một lượng thông tin có số bit lớn hơn
nhưng sẽ đạt độ an toàn chống lỗi cao hơn.
Mã hoá kênh có thể phát hiện và sửa lỗi ở từng bit thu.
Mỗi kênh kiểm tra lỗi dùng các loại mã hoá là mã khối và mã xoắn.
Ghép xen:
Các lỗi bit thường xảy ra theo từng cụm do các chỗ trũng fading sâu làm ảnh hưởng
nhiều bit liên tiếp.
Để giải quyết hiện tượng lỗi bit quá dài ta dùng phương pháp ghép kênh xen để tách các
bit liên tiếp của một bản tin sao cho các bit này gửi đi không liên tiếp.
3/. SỬ DỤNG TẦN SỐ.
3.1/. CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ.
3.1.1/. Tỷ số C/I:
Tỷ số này đánh giá được nhiễu đồng kênh, nhiễu do tín hiệu thu không mong muốn có
cùng tần số với tín hiệu thu mong muốn.
C/I = 10log(P0/Pi) (dB) trong đó:
Pi : công suất tín hiệu thu mong muốn
Po : công suất nhiễu thu được
Trong GSM, cho phép GSM nhỏ nhất là 10Db.
3.1.2/. Tỷ số C/R:
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 16
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
C/R được tính bằng tỉ số giữa năng lượng trong cửa sổ và năng lượng ngoài cửa sổ của
bộ cân bằng Equalizer.
C/R = 10logPd/Pr
Pd : công suất thực hiện nhận được từ đường trực tiếp.
Pr : công suất thực hiện nhận được từ đường gián tiếp.
3.1.2/. Tỷ số C/A:
Tỷ số sóng mang trên nhiễu giao thoa kênh lân cận:
C/A = 10log(P0/Pa) (dB)
P0: công suất tín hiệu thu mong muốn
Pa : công suất thu tín hiệu của kênh lân cận
3.2/. Tái sử dụng tần số.
Dải tần phát:
890MHz 25MHz 915MHz
Mỗi kênh chiếm một khe tần số 200KHz
125 kênh thoại
Điều khiển Thuê bao
Số thuê bao dùng trong một thời điểm là:
125 x 7 = 875 875 thuê bao
Để tăng số thuê bao sử dụng, cần sử dụng hiệu quả tần số vô tuyến cho phép, người ta đưa
ra rất nhiều phương pháp , trong đó phương pháp tái sử dụng tần số được sử dụng hiệu
quả nhất.
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 17
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
Trong mạng GSM, mỗi cell có một trạm BTS, được cấp phát một nhóm tần số vô tuyến,
và không trùng với các BTS liền kề. Một cụm cluster có kích thước N cell được lặp lại tại
các vị trí địa lý khác nhau trong toàn vùng phủ sóng.
CHƯƠNG 2.CÔNG NGHỆ GPRS:
Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS (General Package Radio Service) là một
công nghệ mới nhằm cung cấp những dịch vụ gói IP đầu cuối tới đầu cuối qua
mạng GSM. Với những ứng dụng IP mới GPRS, công nghệ mà trước đây không khả
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 18
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
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.
Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS (General Package Radio Service) là một công nghệ
mới nhằm cung cấp những dịch vụ gói IP đầu cuối tới đầu cuối qua mạng GSM. Với
những ứng dụng IP mới GPRS, 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.
2. Khối chức năng mới:
Các node GSN
2.1. Chức năng của GSN
Hai nút mới của hệ thống GSM Ericsson phụ trách chuyển các gói dữ liệu được
gọi là nút hỗ trợ phục vụ GPRS (SGSN) và nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN). Cả
SGSN và GGSN có thể được biểu thị bởi một khái niệm chung là nút hỗ trợ GPRS
(GSN).
Nhiệm vụ chính của SGSN:
- Định tuyến và truyền gói tin tới và từ vùng SGSN. Lưu lượng được định tuyến từ
SGSN tới BSC, qua BTS và tới trạm di động.
- Bảo mật trên truy nhập vô tuyến: mật mã và nhận thực
- Quản lý di động
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 19
Báo cáo chuyên đề môn học mạng không dây
- Quản lý kết nối logic tới trạm di động
- Kết nối tới các nút GSM: MSC, HLR, BSC, trung tâm dịch vụ tin nhắn ngắn,
v.v…
- Đầu ra của dữ liệu tính cước (Bản ghi chi tiết cuộc gọi, CDR)
Nhiệm vụ chính của GGSN:
- Giao tiếp với mạng IP gói ngoài
- Chức năng bảo mật đối với Internet
- Quản lý phiên GPRS theo mức IP, cài đặt liên lạc với các mạng bên ngoài.
- Đầu ra dữ liệu tính cước (CDR)
2.2. Kiến trúc GSN
GSN được xây dựng trên nền tảng gói vô tuyến của Ericsson, một nền tảng chuyển
mạch gói mới, đa năng và hiệu suất cao.
Nền tảng gói vô tuyến của Ericsson kết hợp những tính năng thường là liên quan
tới truyền thông dữ liệu như là tính chắc chắn và thiết thực với những tính năng
của truyền thông tin điện tử như mạnh và ổn định.
Những đặc điểm chính của nền tảng mới này là:
- Dựa trên những tiêu chuẩn của ngành cả về phần cứng và phần mềm
- Hệ thống có thể hỗ trợ sự tồn tại đồng thời của nhiều ứng dụng trong cùng một node.
Điều này có nghĩa là có thể hoạt động đồng thời trên một SGSN, một GGSN hay một
SGSN/GGSN kết hợp trong cùng một phần cứng.
- Bộ điều khiển và phần lưu lượng hoạt động với các bộ xử lý khác nhau. Có 3 loại
bộ xử lý được sử dụng:
+ Bộ xử lý ứng dụng trung tâm (AP/C) cho những chứng năng thuộc trung tâm và
có đặc điểm chung, như O&M
Trường CĐCNTT Hữu Nghị Việt Hàn 20