Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM và công nghệ GPRS

c gia và quốc tế. Số quay trực tiếp để đạt tới thuê bao di động được gọi là MSISDN, được định nghĩa bởi kế hoạch đánh số E.164. Một cuộc gọi kết cuối di động được gửi tới chức năng GMSC. GMSC là một bộ chuyển mạch kết nối với HLR lấy các thông tin định tuyến. Do đó nó có một bảng các MSISDN tới HLR tương ứng. Thông §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t   ‐ 25 -  tin định tuyến được gửi lại GMSC là số roaming di động (MSRN). Các MSRN liên quan tới kế hoạch đánh số vùng địa lý, không được cung cấp cho thuê bao. Thủ tục định tuyến thường được sử dụng nhất bắt đầu với việc truy vấn HLR của thuê bao bị gọi để lấy MSRN. HLR chỉ lưu các địa chỉ SS7 VLR hiện tại của thuê bao mà không có MSRN. HLR do đó phải truy vấn VLR hiện tại của thuê bao mà cung cấp tạm thời MSRN. MSRN này được gửi lại HLR và GMSC, sau đó cuộc gọi được định tuyến tới MSC mới. Tại MSC mới, IMSI tương ứng MSRN được kiểm tra và thiết bị di động được nhắn trong vùng định vị hiện tại đang có mặt. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t   ‐ 26 -  CHƯƠNG 4: GIAO TIẾP VÔ TUYẾN Giao tiếp vô tuyến là tên gọi chung của đấu nối giữa MS và BTS. Giao tiếp sử dụng khái niệm TDMA với một khung TDMA cho một tần số mang. Một khung gồm 8 khe thời gian (Time Slot - TS). 4.1. Khái niệm về các kênh vô tuyến Mạng GSM/PLMN được dành 124 kênh sóng mang, sóng này ở dải tần: - Đường lên ( MS - BTS ) : 890 - 915 MHz . - Đường xuống ( BTS - MS ) : 935 - 960 MHz . Băng tần đường lên 890,2 – 914,8 MHz và đường xuống 935,2 – 959,8 MHz. Mỗi tần số sóng mang cách nhau 200 KHz, trên mỗi sóng mang thực hiện ghép kênh theo thời gian, thực hiện ghép khung TDMA ta có số kênh bằng: 124 x 8 (TS) = 992 kênh. 4.1.1 Kênh vật lý: Kênh vật lý là một khe thời gian ở một tần số vô tuyến dành để truyền tải thông tin ở đường vô tuyến của GSM. Mỗi một kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành các khung TDMA dài 4,615 ms gồm có 8 khe thời gian (một khe dài 577 μs). Tại BTS, các khung TDMA ở các kênh tần số ở cả đường lên và đường xuống đều được đồng bộ, mỗi MS được cấp một khe thời gian có cùng số thứ tự ở hướng lên hay hướng xuống để truyền bán song công. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t   ‐ 27 -  Về mặt thời gian, các kênh vật lý ở một kênh tần số được tổ chức theo cấu trúc khung, đa khung, siêu đa khung, siêu siêu khung như hình vẽ: 1 siªu siªu khung = 2048 siªu khung = 2715648 khungTDMA (3h28’53”760ms) 0 1 2 5049TCH BCCH0 25 0 1 49 50TCH0 1 24 25TCH 0 1 2 3 4 5 6 7 2045 2046 20470 1 2 n 1 siªu khung = 1326 khung (6,12s) 1 siªu khung = 1326 khung (6,12s) 1 ®a khung = 26 khung (120ms) 1 ®a khung = 51 khung (235ms) 1 khung TDMA = 8 TS Burst = 156,25 bit periods = 0,577 ms Hình 4.1- Tổ chức khung, đa khung 4.1.2 Kênh logic: Các kênh logic là các kênh được phân biệt theo chức năng, mang các thông tin điều khiển, báo hiệu giữa BTS và MS. Các kênh logic này §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t   ‐ 28 -  được đặt vào các kênh vật lý nói trên. Có thể chia các kênh logic này gồm hai loại kênh: Các kênh lưu lượng (TCH) và các kênh báo hiệu điều khiển. • Kênh lưu lượng (TCH - Traffic Channel): Các kênh lưu lượng này gồm hai loại được định nghĩa như sau: - Bm hay TCH toàn tốc (TCH/F - Traffic Channel at Fullrate): Kênh này mang thông tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ khoảng 22,8 Kbps. - Lm hay TCH bán tốc (TCH/H - Traffic Channel at Halfrate): Kênh này mang thông tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ khoảng 11,4 Kbps. • Kênh báo hiệu điều khiển : Các kênh báo hiệu điều khiển được chia làm ba loại: Kênh điều khiển quảng bá, kênh điều khiển chung, kênh dành riêng. - Kênh điều khiển quảng bá (BCCH - Broadcast Common Control Channel): Kênh phát quảng bá các thông tin chung về ô. Các bản tin này gọi là thông tin hệ thống, BCCH chỉ sử dụng cho đường xuống. - Các kênh điều khiển chung (CCCH - Common Control Channel) gồm: Kênh tìm gọi (PCH - Paging Channel) sử dụng cho đường xuống để tìm gọi máy di động. Kênh thâm nhập ngẫu nhiên (RACH - Random Access Channel) được MS dùng để yêu cầu cung cấp một kênh dành riêng SDCCH. Kênh cho phép thâm nhập (AGCH - Access Grant Channel) chỉ được sử dụng ở đường xuống để chỉ định một kênh SDCCH cho MS. - Các kênh điều khiển dành riêng (DCCH-Dedicated Control Channel) gồm: §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t   ‐ 29 -  Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình (SDCCH - Stand Alone DCCH) chỉ được sử dụng dành riêng cho báo hiệu với một MS. Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH - Slow Associcated Control Channel) liên kết với một TCH hay một SDCCH. Kênh điều khiển liên kết nhanh (FACCH - Fast Associcated Control Channel) liên kết với một TCH. FACCH làm việc ở chế độ lấy lén bằng cách thay đổi lưu lượng tiếng hay số liệu bằng báo hiệu. Kênh quảng bá (CBCH - Cellular Broadcast Channel): Chỉ được dùng đường xuống để phát quảng bá các bản tin ngắn (SMSCB) cho các tế bào CBCH sử dụng cùng kênh vật lý như kênh SDCCH. 4.2. Sắp xếp các kênh logic ở các kênh vật lý Xét một BTS với n sóng mang (truyền song công, mỗi sóng mang Co, ...,Cn) có 8 khe thời gian Ts. Với Co đường xuống, TSo được dùng chỉ định sắp xếp các kênh điều khiển. BCCH CCCH đường xuống Ghép các BCH và CCCH ở TS0: - Tso ở sóng mang Co, đường lên xuống chứa các kênh FCCH, SCH và BCCH, nó được dùng để thâm nhập BCCH, FCCH, SCH, FCH, 0 1 2 .......... 7 0 1 2 .......... 7 0 1 2 0 1 2 .......... 7 0 1 2 .......... 7 0 1 2 .......... F S B C F S C C F S C C F S C Các khung TDM §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t   ‐ 30 -  AGCH đường xuống riêng RACH ở đường lên. - Đối với TS1 được sử dụng để sắp xếp các kênh điều khiển dành riêng lên các kênh vật lý, do tốc độ bit trong quá trình thiết lập cuộc gọi và đăng ký khá thấp nên có thể 8 SDCCH ở một TS1, sử dụng TS hiệu quả hơn. Các cách ghép kênh ở TS1: - CDCCH + SACCH đường xuống. - SDCCH + SACCH đường lên. Ở TS1 thông tin của khe sẽ được sử dụng cho các kênh lưu thông TCH. TS2 - TS7 gọi là kênh thông tin lưu không logic với chu kỳ lặp lại là 26 TS. TSo: Là các kênh điều khiển logic, chu kỳ lặp lại là 51 Ts. TS1: Các kênh điều khiển logic, chu kỳ lặp lại là 102 Ts. - Với các sóng mang C1 - CN dành cho TS0 - TS7 đều là TCH. - Mỗi ô chỉ có 1 Co và chỉ có sau TCH ( TS2 - TS7 ). - Với sóng mang bổ xung, cả TS có thể sử dụng cho TCH. R R R R R R R R R .......................... 51 khung TDMA liên tiếp §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t   ‐ 31 -  CHƯƠNG 5: CÁC DỊCH VỤ TRONG GSM Các dịch vụ trong GSM thông thường là dịch vụ chuyển mạch kênh. Giao diện vô tuyến sau khi đã thực hiện sửa sai là 12 Kbps (hoặc 13 Kbps cho thoại). Tốc độ tối đa cho người sử dụng là 9,6 Kbps giữa MS và MSC. Trong nền tảng đó, GSM có các nhóm dịch vụ sau: 5.1. Dịch vụ thoại Là dịch vụ quan trọng nhất của GSM . Nó cho phép các cuộc gọi hai hướng diễn ra giữa người sử dụng GSM với thuê bao bất kỳ ở một mạng điện thoại nói chung nào . Dịch vụ cuộc gọi khẩn là một loại dịch vụ khác bắt nguồn từ dịch vụ thoại. Nó cho phép người dùng có thể liên lạc với các dịch vụ khẩn cấp như cảnh sát hay cứu hoả mà có thể có hoặc không SIM Card trong máy di động. Một dịch vụ khác nữa là VMS, cho phép các bản tin thoại có thể được lưu trữ rồi lấy ra ở thời điểm bất kỳ. 5.2. Dịch vụ số liệu GSM được thiết kế để đưa ra rất nhiều dịch vụ số liệu. Các dịch vụ số liệu được phân biệt với nhau bởi người sử dụng phương tiện (người sử dụng điện thoại PSTN, ISDN hoặc các mạng đặc biệt ...), bởi bản chất các luồng thông tin đầu cuối (dữ liệu thô, Fax, Videotex, Teletex ...), bởi phương tiện truyền dẫn (gói hay mạch , đồng bộ hay không đồng bộ ...) và bởi bản chất thiết bị đầu cuối. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t   ‐ 32 -  Các dịch vụ này chưa thực sự thích hợp với môi trường di động. Một trong các vấn đề đó là do yêu cầu thiết bị đầu cuối khá cồng kềnh, chỉ phù hợp với mục đích bán cố định hoặc thiết bị đặt trên ô tô. 5.3. Dịch vụ bản tin ngắn Dịch vụ bản tin ngắn khá phù hợp với môi trường di động. Các bản tin ngắn độ dài vài octet có thể được tiếp nhận bằng thiết bị đầu cuối rất nhỏ. Có hai loại dịch vụ bản tin ngắn: - Dịch vụ bản tin ngắn truyền điểm - điểm (giữa hai thuê bao). Loại này cũng chia làm hai loại: + Dịch vụ bản tin ngắn kết cuối di động, điểm - điểm (SMS - MO/PP): cho phép người sử dụng GSM nhận các bản tin ngắn. + Dịch vụ bản tin ngắn khởi đầu từ Mobile, điểm - điểm (SMS MI/PP): cho phép người sử dụng GSM gửi bản tin đến người sử dụng GSM khác. - Dịch vụ bản tin ngắn phát quảng bá: cho phép bản tin ngắn gửi đến máy di động trong một vùng địa lý nhất định. 5.4. Các dịch vụ phụ Các dịch vụ sửa đổi và làm phong phú thêm các dịch vụ cơ bản, chủ yếu cho phép người sử dụng lựa chọn cuộc gọi đến và đi sẽ được mạng xử lý như thế nào hoặc cung cấp cho người sử dụng các thông tin cho phép sử dụng dịch vụ hiệu quả hơn. Các dịch vụ thường là: §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t   ‐ 33 -  - Chặn hướng cuộc gọi (CB). - Giữ cuộc gọi (CH). - Chuyển cuộc gọi (CF). - Hiển thị số máy chủ gọi (CLIP). - Cấm hiển thị số máy chủ gọi (CLIR). - Đợi cuộc gọi (CW). - Tính cước cho thuê bao. - Hội nghị (MPTY). - Nhóm thuê (CUG). - Cho phép thuê bao chuyển vùng. - Cho phép thuê bao chuyển mạng. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t   ‐ 34 -  CHƯƠNG 6 : MỘT SỐ THÍ DỤ VỀ CUỘC GỌI TRONG MẠNG GSM 6.1. Cuộc gọi ra từ MS Các chuỗi tín hiệu cho cuộc gọi ra từ MS trình bày ở hình 6.1. Các tín hiệu báo hiệu ở hình như sau: Hình 6.1 : Chuỗi tín hiệu cho báo hiệu của cuộc gọi ra từ MS 1. MS thâm nhập mạng ở kênh RACH cùng với yêu cầu một kênh điều khiển dành riêng. Mạng trả lời MS ở kênh AGCH bằng ấn định kênh SDCCH. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t   ‐ 35 -  2. MS yêu cầu một dịch vụ CM (chẳng hạn kết nối chuyển mạch theo mạch, tích cực dịch vụ bổ xung, truyền bản tin ngắn) ở SDDCH được ấn định. Bản sao “Yêu cầu dịch vụ CM” được BTS gửi trả lại MS theo nguyên lý phân giải xung đột để tránh trường hợp khi nhiều MS cùng phát yêu cầu dịch vụ trên cùng một kênh SDDCH. 3. Trước khi tiếp nhận yêu cầu dịch vụ mạng có thể khởi đầu nhận thực MS. 4. Sau khi nhận thực thành công, mạng khởi đầu mật mã hóa đường vô tuyến ( chỉ khi cần thiết lập một kết nối mới ). Lệnh chế độ mật mã hóa đồng thời cũng là sự chấp nhận yêu cầu dịch vụ từ phía MS. 5. Bây giờ MS có thể bắt đầu báo hiệu điều khiển cuộc gọi thông thuờng như ta đã biết ở ISDN. Mạng (MSC) kiểm tra ở VLR xem MS có đăng ký dịch vụ mà nó yêu cầu ở “Thiết lập” trước khi chấp thuận cuộc gọi ( bằng “Đang tiến hành gọi” ). Cấp phát kênh TCH có thể sớm hoặc muộn. 6.2. Cuộc gọi vào từ mạng cố định Lưu đồ báo hiệu của cuộc gọi vào từ mạng cố định được cho ở hình 6.2. Các tín hiệu báo hiệu ở hình như sau: 1. Cuộc gọi vào được định tuyến đến tổng đài cổng của MSC ( GMSC ) của mạng GSM trên cơ sở của số MS-ISSDN ( MSISDN ) là số điện thoại của MS. 2. Để chuyển cuộc gọi đến vị trí hiện tại của MS, GMSC yêu cầu thông tin định tuyến ở HLR. HLR hoặc lưu trữ thông tin định tuyến ( MSRN - MS Roaming Number: số lưu động của tram di §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t   ‐ 36 -  động ) ở chính mình hoặc thu thập thông tin này từ VLR chịu trách nhiệm cho vùng nơi MS đang có mặt. MSRN được gửi trả lời GMSC, sau đó GMSC định tuyến cuộc gọi. 3. Khi cuộc gọi chuyển đến MSC đang quản lý vùng có MS, MSC yêu cầu VLR cung cấp số nhận dạng vùng định vị ( LAI: Location Area Indentity ) và sau đó tìm gọi MS ở vùng này. 4. Khi MS nhận nhận được yêu cầu tìm gọi, nó yêu cầu một kênh SDCCH ( xem bước 1 của cuộc gọi ra ) và trả lời bằng “Trả lời tìm gọi”. Sau đó mạng có thể khởi đầu nhận thực và mật mã ( xem các bước 3 và 4 ở cuộc gọi ra ). 5. Bây giờ mạng có thể hoàn thành cuộc gọi vào bằng cách sử dụng báo hiệu điều khiển cuộc gọi bằng báo hiệu như ta đã biết từ ISDN. Để tiết kiệm tiềm năng vô tuyến mạng chỉ cấp phát kênh lưu lượng cho cuộc gọi khi cuộc gọi này đã được MS tiếp nhận ( khẳng định cuộc gọi ). §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t   ‐ 37 -  Hình 6.2 : Chuỗi tín hiệu báo hiệu cho cuộc gọi vào từ mạng cố định §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 38 - CHƯƠNG 7: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ GPRS 7.1. Tổng quan GPRS (General Packet Radio Service) là dịch vụ truyền tải mới cho hẹ thống GSM, nó cải thiện một cách hiệu quả việc truy nhập vô tuyến tới các mạng truyền số liệu như X.25, Internet…bằng cách áp dụng nguyên lý gói vô tuyến để truyền số liệu của người sử dụng một cách hiệu quả giữa máy điện thoại di động tới các mạng truyền số liệu. Các gói tin có thể truyền trực tiếp từ máy di động GPRS tới các mạng chuyển mạch số liệu. Người sử dụng GPRS được lợi từ việc thời gian truy nhập ngắn hơn cũng như tốc độ truyền số liệu cao hơn. Trong hệ thống GSM thông thường việc thiết lập kết nối diễn ra trong vài giây và tốc độ truyền số liệu hạn chế ở 9,6 Kbit/s. GPRS cho phép thời gian thiết lập dưới một giây và tốc độ truyền số liệu tối đa đạt trên 115 Kbit/s. Chuyển mạch kênh không thích hợp cho lưu lượng lớn, vì người sử dụng phải trả tiền cho toàn bộ thời gian chiếm dụng kênh mặc dù có những thời điểm không có gói tin nào được gửi đi. Trái lại với công nghệ chuyển mạch gói (GPRS), khách hàng có thể sẽ chỉ phải trả tiền cho số các gói tin được chuyển đi, điều này thuận lợi cho người sử dụng khi kết nối trực tuyến một thời gian dài với mạng. Tóm lại, GPRS cải thiện việc sử dụng tài nguyên vô tuyến, tốc độ truyền số liệu cao hơn, khách hàng chỉ phải trả tiền cho số gói tin gửi và nhận, ngoài ra thời gian truy nhập cũng ngắn hơn. Công nghệ GPRS được viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu EISI phát triển và chuyển hoá cho dữ liệu gói trong các hệ thống GSM. Tại §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 39 - Mỹ, GPRS cũng được Hiệp hội Công nghiệp Viễn thông TIA chấp thuận như là tiêu chuẩn dữ liệu gói cho các hệ thống TDMA/IS – 136. Hiện đã được tiến hành triển khai tại một số nước trên Thế giới. 7.2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GPRS. 7.2.1. Cấu trúc logic mạng GPRS Mạng GPRS được xây dựng trên cơ sở cấu trúc mạng GSM hiện tại, cộng thêm một số phần tử mới. Một mạng GPRS gồm các phần tử sau đây: • Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN – Serving GPRS Support Node) • Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN – Gateway GPRS Support Node) • Trung tâm vận hành bảo dưỡng GPRS (OMC – G) • Hệ thống vô tuyến • Máy điện thoại di động hỗ trợ GPRS §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 40 - SMS – GMSC : Gateway MSC for short Message Service – MSC có cổng cho dịch vụ nhắn tin ngắn. SMS – IWMSC : Interworking MSC for Short Message Service – MSC liên mạng cho dịch vụ nhắn tin ngắn. SMS – C : Short Message Service Center – Trung tâm dịch vụ nhắn tin. MSC : Mobile Switching Center – Trung tâm chuyển mạch (tổng đài) di động VLR : Visitor Location Register – Bộ đăng ký tạm trú HLR : Home Location Register – Bộ đăng ký thường trú SMS-GMSC MSM-IWMSC SMS-C MSC/VL BS PCU BTS SGSN GGSN BG GGSN CG Bức tường lửa Hệ thống tính cước DNS DHCP Khác GC E Gd C D Gr GS A Gb GP Gf Gi HLR EIR Giao diện số liệu và báo hiệu Giao diện báo hiệu Hình 1.1. Cấu trúc hệ thống GPRS §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 41 - BSC : Base Station Controller – Bộ điều khiển trạm gốc PCU : Packet Control Unit – khối (đơn vị) điều khiển gói BTS : Base Transceiver Station – Trạm thu phát gốc SGSN : Serving GPRS Support Node – Nút hỗ trợ dịch vụ của GPRS GGSN : Gateway GPRS Support Node – Nút hỗ trợ cổng GPRS BG : Border Gateway – Cổng ngoại biên EIR : Equipment Identity Register – Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị CG : DHCP : DNC : Data Networking System or Domain Name Server – Hệ thống dữ liệu hoặc máy chủ tên miền. 7.2.2. Chức năng các phần tử trong mạng GPRS. a. Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN – Serving GPRS Support Node) phụ trách việc phân phân phát và định tuyến các gói số liệu giữa máy cầm tay MS và các mạng truyền số liệu bên ngoài. SGSN không chỉ định tuyến các gói số liệu giữa máy di động MS và nút hỗ trợ cổng GPRS – GGSN mà còn đăng ký cho các máy di động GPRS mới xuất hiện trong vùng phục vụ của nó. SGSN có các chức năng chính như sau: ™ Quản trị di động : Bao gồm qản lý việc nhập mạng, rời mạng của thuê bao GPRS, quản lý vị trí hiện diện của thuê bao trong §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 42 - vùng phục vụ, thực hiện các chức năng bảo mật, an ninh cho mạng. ™ Định tuyến và truyền tải các gói dữ liệu đi đến hay được xuất phát từ vùng phục vụ của SGSN đó. ™ Quản lý các trung kế logic bao gồm các kênh lưu lượng gói dữ liệu lưu lượng các bản tin ngắn (SMS) ™ Thiết lập hay huỷ bỏ các giao thức dữ liệu gói PDP phục vụ cho việc truyền tải các gói dữ liệu PDU giữa thuê bao GPRS và GGSN thông qua hai giao diện Gn và Gb. ™ Thực hiện kỹ thuật nén dữ liệu được truyền tải giữa SGSN và máy di động nhằm nâng cao hiệu quả của các kết nối trong mạng ™ Cung cấp các khả năng kết nối với các phần tử khác trong mạng như : SGSN – MSC/VLR, HLR, BSC … ™ Cung cấp khả năng tương tác với mạng GSM khi cả hai công nghệ này cùng sử dụng chung một nguồn tài nguyên. ™ Điều hành việc xếp hàng của các gói dữ liệu trao đổi giữa trạm gốc BSS và nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) Cung cấp dữ liệu ơhục vụ cho việc tính cước, các thông tin phục vụ tính cước được thu thập tại SGSN chỉ liên quan đến phần sử dụng mạng vô tuyến của các thuê bao. b. Nút hỗ trợ cổng GPRS (SGSN) Nhìn về mặt hệ thống, GGSN (Gateway GPRS Support Node) đóng vai trò như một GMSC (Gate Mobile Switching Center – Trung tâm chuyển mạch cổng di động). GGSN cung cấp một giao diện cổng phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu gói bên ngoài (PDN). Nó cung cấp địa chỉ §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 43 - định tuyến cho các dữ liệu được phân phối tới máy di động và gửi các số liệu xuất phát từ máy di động tới địa chỉ đã được chỉ định. GGSN cũng tương tác với các mạng chuyển mạch gói ngoài và được kết nối với SGSN theo giao thức IP dựa trên mạng đường trục GPRS. GGSN có hai giao diện Gi và Gn, trong đó giao diện Gi phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu giữa thuê bao GPRS với các mạng thiết bị đầu cuối thuộc mạng dữ liệu bên ngoài được kết nối với GGSN. Giao diện Gn phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu báo hiệu giữa GGSN và SGSN, kết nối này được thực hiện qua mạng IP (mạng đường trục GPRS). GGSN còn được nối với bộ đăng ký thường trú HLR qua giao diện Gc để thu thập thông tin định tuyến cũng như các dữ liệu về thuê bao GPRS. GGSN có các chức năng chính sau: ™ Cung cấp giao diện giữa mạng GPRS với các mạng dữ liệu bên ngoài. Nhìn từ phía các mạng bên ngoài GPRS đóng vai trò như một bộ định tuyến đến tất cả các thuê bao được phục vụ bởi GPRS. ™ Định tuyến và truyền tải dữ liệu giữa GPRS và các mạng dữ liệu GPRS. ™ Quản trị các phiên làm việc GPRS, thiết lập thông tin về phía các mạng bên ngoài. ™ Cung cấp khả năng chuyển đổi khuôn dạng các gói dữ liệu được trao đổi giữa mạng GPRS và các mạng dữ liệu khác. Điều này cho phép các gói dữ liệu X.25 và IP được truyền tải với cùng khuôn dạng về cước thông qua mạng GPRS. §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 44 - ™ Cung cấp dữ liệu phục vụ cho việc tính cước, các thông tin được thu thập tại GGSN chỉ liên quan đến phần sử dụng dữ liệu bên ngoài. ™ Điều khiển việc truy nhập trên GGSN ™ Chức năng bảo mật khi kết nối Internet. c. Sự kết hợp giữa nút hỗ trợ dịch vụ SGSN và nút hỗ trợ cổng GGSN. Các chức năng của SGSN và GGSN có thể kết hợp với nhau trong cùng một khối vật lý hoặc có thể tách biệt thành các khối riêng biệt. SGSN và GGSN có các chức năng định tuyến IP, chúng có thể kết hợp với các bộ định tuyến IP (router). Khi SGSN và GGSN thuộc về hai mạng di động mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network) khác nhau, chúng được kết nối thông qua giao diện Gn (giao diện giữa SGSN và GGSN nằm trong cùng một PLMN) công thêm chức năng về an ninh được yêu cầu khi trao đổi thông tin giữa các PLMN khác nhau, các chức năng về an ninh này được xây dựng tuỳ thuộc vào thoả thuận của các nhà khai thác. Khi đưa mạng GPRS vào khai thác, dựa trên mạng GSM hiện có thì các phần tử của mạng GSM cùng trở thành phần tử của mạng GPRS. d. Hệ thống trạm gốc BSS. Phần BSS cung cấp tất cả các chức năng điều khiển và truyền dẫn thông tin phần vô tuyến của mạng, bao gồm : * Khối điều khiển dữ liệu gói PSU (Packet Control Unit) Khối điều khiển dữ liệu gói PCU có nhiệm vụ kết hợp các chức năng điều khiển kênh vô tuyến GPRS với phần hệ thống trạm gốc BSS cảu mạng GSM hiện tại, PCU được đặt tại bộ điều khiển trạm gốc BSC và phục vụ BSC đó. PCU quản lý các chức năng về chuyển tiếp khung §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 45 - (nếu PCU được kết nối với GSM qua mạng chuyển tiếp khung), quản lý các thông tin báo hiệu về dịch vụ mạng, báo hiệu BSSGP (giao thức GPRS BSS), định tuyến các bản tin báo hiệu, quản lý tải tin các lớp RLC/MAC (Điều khiển kết nối vô tuyến/ Điều khiển truy nhập trung gian) và truyền tải dữ liệu của người sử dụng. Dữ liệu của người sử dụng sẽ được chuyển từ BTS tới BSC thông qua đường lên CCU (Channel Control Unit), sau đó truyền qua đường E1 tới PCU. Tại PCU các khối dữ liệu RLC sẽ được sắp xếp lại trong khung (điều khiển liên kết logic), sau đó được chuyển tới SGSN. Báo hiệu BSSGP và NS (dịch vụ mạng) sử dụng gaio thức chuyển tiếp khung, làm nhiệm vụ báo hiệu giữa PCU và SGSN. PCU được kết nối với GSN thông qua mạng chuyển tiếp khung hoặc cũng có thể được kết nối trực tiếp với GSN. * Bộ điều khiển trạm gốc BSC Trong mạng GPRS, BSC (Base Station Controller) đóng vai trò trung tâm phân phối, định tuyến dữ liệu và thông tin báo hiện GPRS. BSC cũng cung cấp tất cả các chức năng liên quan đến phần BSS của mạng. BSC có thể thiết lập, giám sát và huỷ bỏ kết nối của các cuộc gọi chuyển mạch kênh cũng như chuyển mạch gói. BSC còn cung cấp các chức năng về chuyển vùng, thiết lập các tham số của các tế bào (cell) trong mạng. * Trạm gốc BTS BTS (Base Transceiver Station) cung cấp khả năng ấn định các kênh vật lý tại các khe thời gian cho cuộc gọi chuyển mạch trong mạng §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS   Chu ót thËm – 05btt-07®t     - 46 - GSM và dữ liệu chuyển mạch gói GPRS. BTS kết hợp với PCU để thực hiện các chức năng về vô tuyến trong mạng GPRS. Dữ liệu gói của người sử dụng sẽ được chuyển từ BTS tới BSC qua đường lên CCU. CCU trong BTS thực hiện mã kênh bao gồm sửa lỗi trước (FEC), nó thực hiện việc đo kênh vô tuyến, sự ánh xạ của GPRS và báo hiệu trên giao diện Abis trên đường truyền tới BSC. e. Phần hệ chuyển mạch. * Trung tâm chuyển mạch di động / Bộ đăng ký tạm trú – MSC / VLR MSC/VLR (Mobile Switching Center/ Visitor Location Register) được sử dụng cho việc đăng ký và liên lạc với thuê bao nhưng không đóng vai trò gì trong việc định tuyến dữ liệu GPRS. Một MSC có thể được kết nối với một hoặc nhiều SGSN tuỳ thuộc vào lưu lượng thông tin. Trong hệ thống GPRS, MSC/VLR không được dùng cho thủ tục nhận thực thuê bao như trong hệ thống GSM mà thay vào đó là HLR, do đó SGSN sẽ nhận bộ ba thông số dành cho việc nhận thực từ bộ đăng ký thường trú/ trung tâm nhận thực – HLR/AUC. * Bộ đăng ký thường trú / trung tâm nhận thực HLR / AUC Bộ đăng ký thường trú HLR (Home Location Register) lưu giữ tất cả các thông tin về thuê bao GSM cũng như GPRS. Thông tin về thuê bao GPRS được trao đổi giữa HLR với SGSN. Thêm vào đó, như trên đã trình bày, HLR được sử dụng trực tiếp cho việc nhận thực thuê bao thay cho MSC/VLR trong hệ thống GSM. Trung tâm nhận thực AUC (Authentication User Center) cung cấp bộ ba thông số