ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘỈ
KHOA CÔNG NGHỆ
—

'SỊP' —NGUYỄN THÊ' NGỌC
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC TRIỂN k h a i DỊCII
VỤ GPRS ĐẾN DUNG LƯỢNG THOẠI TRONG MẠNG GSM
ĐANG KHAI THÁC
Chuyên ngành:
K Ỹ T H U Ậ T VÔ T U Y Ế N Đ IỆ N TỬ VẢ TIIÔ N C , T IN LIKN LẠC
Mã số: 2.07.00
LUẬN VĂN THẠC sĩ KHOA HỌC
ĐAI HỌC GUỐC G!A HA Nỏ' ị
'TI-UNnĩ/ 'T!i-
ị V-U)/90 j
NGƯỜI IIƯỚNG DẦN KIIOA MỌC:
TS. CHU NGỌC ANII
HÀ NÔI 5 - 2002
MỤC LỤC *
CH ƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỂ HỆ THỐNG (ỈSM 4
11 Các đặc lính của mạng thông tin di động GSM
4
1.2 Các dịch vụ của mạng GSM 5
1.3 Cấu Irúc mạng GSM 6
1.4 Các giao diện Irong mạng GSM I ị
1.5 Cấu hình kênh trôn giao diện vô luycn s
1.6 Mộl sò trường hợp Ihông tin diễn ra trong mạng CìSM X
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU DỊCH v ụ (ỈPRS XI

Trung
CHƯƠNG1 : TỔNG QUAN VỂ HỆ THỐNG C.SM
1 1 Các đặc lính của mạng Ihông lin di động GSM đ
'1
1.2 Các dịch vụ của mạng GSM
1.3 Cấu trúc mạng GSM 6
1.4 Các giao diện trong mạng GSM I I
1.5 Cấu hình kênh trên giao diện vổ luyến
1.6 Mộl số trường hợp thông lin diễn ra trong inạng GSM IX
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU DỊCH vụ GPRS 27
2.1 Cấu trúc mạng GPRS xây dựng trên cơ sở mạng CiSM 2X
2.2 Các giao diện và các điổm chuẩn trong mạng GPRS 3 I
2.3 Các giao thức mạng GPRS 34
2.4 Các dịch vụ trong mạng GPRS. 36
2.5 Mã hoá dữ liệu ở các khối vô luyến irong mạng GPRS 3M
2.6 Một số Iham số đánh giá chấl lượng dịch vụ GPKS 39
2.7 Quán lý di động Irong mạng GPRS 42
CHƯƠNG 3. ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC TRIỂN KHAI 46
DỊCH VỤ CỈPRS ĐỐI VỚI DUNG LƯỢNG THOẠI TRONíỉ
MANG GSM.
3.1 Mội số phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của việc triển khai 47
mạng GPRS đối với (Jung lượng thoại irong mạng CÍSM
CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ CÁC THUẬT NGỮ
3G 3nl Generation Công nghệ lliông tin di động
Ihố hệ thứ ha
A Giao diện giữa MSC và BSC
A-his Giao diện giữa BSC và BTS
Access Poinl Điểm truy nhập
APN Access Point Name Tên điểm Iruy nhập
AMPS Advanced Mobile Phone System Hạ tầng mạng thông till di

Gf
GGSN
G1
Gn
Gp
c .o s
GPRS
GSM
Gr
Gs
GSN
HLR
HSCSD
IMAP4
IMEI
I MSI
IN
Gateway GPRS Support Node
Grade of Service
General Packet Radio Service
Group Special Mobile/Global
Syslcm for Mobile
Communication
GPRS Support Node
Home Location Register
High-Speed Circuit Switched
Data
Internet Message Access
Protocol
Intenational Mobile Equipment

Nút hỗ trợ GPRS
Bộ định vị thường trú
Truyền số liệu chuyển mạch
kênh tốc độ cao
Giao thức dùng để nhận thư
điện lử
Nhận dạng thiết bị di động
quốc tố
Nhận dạng trạm di dòng
quốc tế
Mạng thông minh
1
IP
Internet Protocol
Giao thức Inlernct
ISDN
Integrated Services Digital
Network
Mạng số đa dịch vụ
LA
Location Area
Vùng định vị
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
MAC
Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi
trường
MAP Mobile Application Pari Phần ứng dụng di động
MS Mobile Station Trạm di động
MSC
Mobile Switching Center

Packet Data Protocol
Giao thức dữ liệu gói
PDTCH
Packet DataTraffic Chanel
Kênh lưu lượng dữ liệu gói
PLMN Public Land Mobile Network
Mạng di động mặl đất cổng
cộng
PNCH
Packet Notification Chanel
Kênh thông háo gói
PPCH
Packcl Paging Chanel
Kênh paging gói
ppp
Point -lo Poinl Protocol
Giao ihức điểm nối đicm
PRACH
Packet Random Access Channel
Kênh truy nhập ngẫu nhiên
gói
PSPDN
Packet Switched Public Data
Mạng dữ liệu công cộng
Network chuyển mạch gói
PTCCH
Packet Timing advance Control
Channel
Kênh diều khiển đồng bộ gỏi
P-TMSI Packet-Temporary Mobile

Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
TE
Terminal Equiment
Thiết bị đầu cuối
TRX
Transmit Recieve unit
Khối thu phát
UDP User Datagram Protocol
Giao thức truyền nằm trong
bộ giao thức TCP/IP
UMTS
Universal Mobile Telephone Tiêu chuẩn mạng thông tin
System
di dộng mới thay thế CrSM
với tốc độ truyền số liệu lên
lới 2MBps
VLAN Virtual LAN
Mạng LAN ảo
VLR
Visitor Location Register
Bộ ghi định vị tạm trú
VPN
Virtual Private Network
Mạng riêng áo
WAN
Wire Area Network
Mạng diện rộng
WAP Wireless Application Protocol
Giao thức ứng dụng không

ánh hưởng của việc triển khai dịch vụ GPRS đối với dung lượng thoại Irons; mạnụ
GSM là rất can thiết. Trong luận văn này lác giả chỉ đề cập lới ảnh hướng của
việc triển khai GPRS lên dung lượng thoại trong mạng GSM thông qua việc dưa
ra một số phương pháp lính loán tham số cấp độ dịch vụ (GOS) của mạng GSM
Iroim trường hợp triển khai dịch vụ GPRS.
Luận văn gồm có 4 chương: Chương 1 nêu khái quát cấu trúc mạng CÌSM
với các thành phần cơ bản nhâì nhằm giúp cho việc giới thiệu mạng CìPRS ứ
chương 2 được dễ dàng hơn. Chương 2 giới thiệu về dịch vụ GPRS, cấu trúc
mạng, các giao điện mới, các giao thức mới Chươnn 3 đề cập den một SŨ
phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của việc triển khai dịch vụ GPRS dối với
dung lượng thoại trong mạng GSM, đưa ra một số phương pháp phân chia các
kênh lưu lượng vì- những đánh giá ảnh hương llieo các cách phân chia này. Tronu
chương 3 cũng giới thiệu chương Irình mô phỏng sử dụ nu, để tính luán anil hướng
trong trường hợp các kênh lưu lượng được cấp phái cố định cho dịch vụ CỈPkS.
Kết quả mô phỏng cùng với phương pháp đánh giá ánh hưởng của việc (l ien khai
dịch vụ GPRS đối với dung lượng thoại của mạng GSM dựa Iren kết C|iiii mô
phỏnu được Irình bày ở cuối chương 3. Chương 4 là những đánh giá hước đau vé
ánh hưởng của việc triển khai dịch vụ GPRS đối với dung lượng Ihoại iroim
Irưòĩig hợp mạng GSM ử Việt nam.
Cuối cùng là kốl luận và các kliuyốn nghị.
Do hạn chố về mặl thòi gian, nguồn tài liệu tham khao cũng như khá lũum
mô phỏng hệ Ihống, trong luận văn này lác giả chí đề cập đốn mộl kliía cạnh nhỏ
liên quan đốn mang GSM/GPRS và dưa ra mộl số đánh giá han đầu nhầm h u tr<í
việc nghiên cứu Il'ie’n khai dịch vụ GPRS. Những Ihiếu SÓI, hạn chế là không lhê
3
Iránh khỏi. Tác ¿
2
iả rấi mong nhận đưực những ý kiến đóng góp đổ ban luân vãn
được hoàn thiện hơn.
Tôi xin được bày tỏ lòng biếl ơn sâu sắc tới tiến sĩ Chu Ngọc Anil, lliầv

động liêu chuẩn GSM. Mạng GSM lự động định vị và cập nhại vị Irí cho mọi thuê
5
hao di động. Việc sử dụng hăng lần ở 900Mh/, với hiệu qua cao bới sự kốt họp
giữa hai phưưng pháp TDMA và FDMA. Dung lượng mạng lăng lên nhò' việc sử
dụng lần số lôì hon và kỹ lluiậl ỏ nhỏ do vậy số Ihuô hao được phục vụ cũ nu sẽ
lã liu lên.
1.2 Các dịch vụ của mạng GSM
GSM là hệ (hống đa dịch vụ với các hình thức khác nhau. Các dịch vụ của
manu GSM cỏ thổ phân loại thành dịch vụ thoại và dịch vụ số liệu.
/.2.1 Dịch vụ thoại
Dịch vụ thoại là dịch vụ quan Irọng nlìấl của mạng GSM. Dịch vụ này cho
phép kết nối cuộc gọi hai hướng giữa mộl thuê bao GSM với bấl cứ mội 111 nê hao
llioại khác qua một mạng chung. Với sự phát triển của mạng lích hợp số lia dich
vụ. dịch vụ Ihoại đang và SC là mội phần quan trọng cúa mạng GSM
Các dịch vụ ihoại hao gồm :
- Chuyển hướng cuộc gọi vô điều kiện
- Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê hao (Ji động hận
- Chuyển hướng cuộc gọi khi không trả lời
- Chuyển hướng cuộc gọi khi không đốn được trạm di dộng
- Chuyển hướng cuộc gọi khi ứ nghẽn vò luyến
- Cấm tất cả các cuộc gọi ra
- Cấm lất cả các cuộc gọi ra quốc lố
- Cấm lất cá các cuộc gọi đốn
- Cấm lấl cả các cuộc gọi đến khi lưu động ỏ' ngoài nước cỏ PLMN
- Giữ cuộc gụi
- Đợi cuộc gọi
- Chuyển giao cuộc gọi
- Hoàn Ihành các cuộc gọi đến các lliuc bao hận
- Nhóm người sử dụng khép kín
- Dịch vụ ba phía

nhàn được dùng kèm iheo SIM- PlN(Pei\sonal Idenlily Number Code) de cliôn»:
lại sự sử dụng trái phép thẻ SIM.
Trạm di động có mộl số nhận dạng liêng là số nhận dạng ihiốl bị trạm ili
động quốc lố(Inlernalional Mobile Equipment Identity). IMEI bao ụồiiì inã cỏitu
nhận kiểu TAQType Appraval Code) theo liêu cluiẩn GSM và số thứ lự sán
phẩm do nhà sán xuấl đặl. Khi nhận thực, mạng sẽ thăm dò IBM í. so sánh với
IEMI ghi trong cư sơ dữ liệu mạng lừ khi đăng kí thuê bao VÌ
1
sẽ khóng chấp
nhận lliuê bao nếu so sánh này khổng tương ứng
1.3.2 Phân hệ vỏ tuyến BSS
X
BSS lliực hiện nhiệm vụ giám sál các đường ghép nối vô luyến, liên koi
kênh vỏ luyến với máy phát và quản lý cấu hình các kênh này.
Phân hệ BSS gồm 2 phần :
- Khối điều khiển vô luyến số BSC(Base Slalion Controller) : ỈỈSC tliựv
hiện các chức năng quản lý mạng vỏ tuyến, quản lý Irạm l!ìII phát gnc và (lieu
khiên nối Ihông máy di động. BSC cũng diều khiển quá trình chuyển uiiH) eú;i
máy di động. Ngoài ra, BSC còn có chức năng quản lý các đườnụ huyền <l;m lii
BTS đốn MSC đô’ dam bảo cho Ihông tin đúng và chính xác.
- Các trạm thu phát gốc BTS( Base Transcciver Slalion): B i'S cmm cap các
kC’iih vô luyến cho việc háo hiệu và cho lưu lượng dữ liệu của người sử dụm;.
Ngoài ra, BTS còn có chức năng xử lý tín hiệu thức như mã hoá, giái rníi
Khối chuyển đổi mã và Ihích ứng lốc độ(TRAU):
TRAU là một bộ phận của BTS . TRAU Ihực hiện chuyển dổi lliòng liu lù
kênh vô luyến có Lốc độ thấp 16kb/s sang kênh có lốc đô tiêu chuẩn 64kb/s lie
chuyên đốn lổng đài GSM và ngược lại.
1.3.3 Phân hệ chuyển mạch NSS
Phân hệ chuyến mạch gồm các khối chức năng sau :
- Trurg tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC

l;ìp được (.lường glicp nối vô luyen vói MvS với các liườiiịi lio'p ihólijLi lili.
Ü) Trung (am nhận III ực AUC:
Trong hộ ihống CìSM có nhiều biện pluíp an loàn kliiíc nhau (lirực diliiü ill'
Iránh sự sử tlụng liai pliép, clu) plióp hám và ghi cuộc gọi. Dưòng vô luyen ciinu
dược AUC cimg cấp mã hâo mật cliống sự Hglic liộm, mã này dược ihay (loi l iòiụ’
10
biệl cho lừng ihuê hao. Cơ sở dữ liêu của AUC còn ghi nhiều lliỏng till cán llúCi
vồ thuê bao và phái được bảo vệ chống mọi Ihâm nhập trái phép.
c) Bộ ghi nhận dạng thiết l)ị EỈR: EIR giúp cho việc hao vệ mạng PLMN
khỏi sự ihâm nhập của những lliuê bao trái phép bằng cách so sánh sỏ IM RI ciut
lime bao này gửi lới khi thiết lập lliông lin với số IMEI(ỉĩUemalional Mobile
Equipement Identity- Nhộn dạng thiết bị Irạm di động quốc lê*) lưu lrũ' Irony, IHR.
nếu không lương ứng, Ü1UC bao sẽ không Ihể truy nhập được.
1.3.4 Trung tâm VÛ
11
hành và bảo dưỡng OMC
OMC hao gồm cho cá phẩn vô luyến và phần clniyen mạch. CMC l;ì mòi
mạng máy lính cục bộ (LAN). Hệ thống này được nối với các phần tứ eúa manu,
như MSC, HLR/AUC, VLR BSC, BTS qua giao diện X25 nhằm giám sái diều
hành, báo dưỡng mạng và quản lý llniô hao mộl cách lập Irung. Hộ ilion»: I
1
HV
cũng là nơi cung cấp các thông lin quan trọng cho việc lập kế hoạch xây dựiiu và
mớ rộng mạng.
Các chức năng chính cúa OMC trong việc quản lý mạng:
• Thống kê các sự kiện xảy ra Iron g các phần lử cua mạng.
• Thu ihặp và lưu giữ các số liệu xuất hiện trong quá trình khai thác cúa
các phần lử của mạng.
• Tiếp nhận và lưu giữ các thông lin trạng thái gửi lới lừ các phần lử cúa manu
• Xử lý các Ihổng tin nhận được lừ Irong mạng.

Là giao diện giữa MSC và BSC, qua bộ chuyển đổi mã TRAU. Tuy Hicn
lliiốl kếcúa lừng hãng cụ lliổ, TRAU cỏ llìổ được gắn liền vó'i BSC hoặc tách lòi.
Giônụ như giao òiện A his, giao (Jiện A sử dụng cát: luồng chuẩn PCM M
(2Mb/s). Báo hiệu Irôn giao diện là CCS7 hao hỏm MTP, SCCP và BSSAP.
cl) (jiao diện B
Là giao diện giữa MSC và VLR đã được liêu chuẩn lioá ứ GSM pliit I.
Giao diện nàv sử dụng CCS7 đổ Irao đổi số liêu giữa MSC và VLK. nliư Cík so
liệu về quyền Iruy nhập của lliuê bao, các iham s ố xung quanh việc cluiycn UIỌC
nôi. số nhạn dạng sô của ihuô hao vãng lai và các số liệu chuẩn cẩn trao dổi ụiừa
lổng đài và thuê bao Irong thời gian nối mạch
c) (Hao diện c
Là giao diện giữa MSC và HLR. Giao diện này sứ dụng CCS7 và di rực- qui
định phần ứng dụng riêng cho GSM- MAP (Mobile Application Part). MSC' sử
dụng giao diện này đê Iruy nhập HLR lấy số liệu Irong các lru'0'nu hợp :
• Số roaming của MS khi cỏ cuộc gọi lừ mạng PSTN vào PLMN qua (ÌMSC.
• Thônu tin định luyến lừ HLR lới GMSC klú có cuộc gọi lừ mạng PSTN
vào mạnu di động PLMN.
13
f) (Jiao diện I)
Giao diện D là giao diện giữa VLR và MLR. D sử dung MAI’ đê’ Irao d:>i so
liệu về các lliuC hao (Ji động giữa các cơ sở dữ liệu của MLR và VLR. Ví dụ như :
• Các tham số về quyền truy cập mạng của thuê hao.
• Tái ihiốl lập lại số liệu của thuO hao trong VLR khi cần lliiốl.
• Khi có cu<)c gọi lừ mạng PSTN vào mạng GSM. 1ILR sẽ chuyển c á c yêu
cầu của GMSC VC MSRN cho VLR.
• Tliiốl lập mới các số liệu của thuê hao cho VLR khi MS di chuyển lừ vìmu
phục vụ khác lói.
• Xứ lý và lưu giữ các Ihồng till liên quan đến dịch vụ phụ khi có tluiê bao
nào đỏ yêu cầu.
i>) (jiao diện Li

Đày là giao diện giữa OMC và các phẩn tứ của mạng như MSC. VLk.
MLR, EIR, BSC do chức năng của phần BSS và NSS khác nhau nên hiện nay
OMC được lliiốl kế riêng cho lừng phần hệ thống. Tuy nhiên Irong lifting lai có
thổ ca mạng sẽ có một OMC duy nhấl. Giao diện này nhỉun mục dich diều hành,
khai lliác và báo dưỡng các phần tử Irong mạng.
b) Giao diện với PSiN.
Giao diện giữa mạng GSM với mạng thoại PSTN được chuẩn hoá hằng các
luồng PCM32, với hệ thống báo hiệu CCS7(TUP) hoặc MFC : R2. luv llniộc vito
15
mạng thoại. Chi có các dịch vụ có mặt ử cả hai mạng mới cung cấp được cho các
cuộc nổi liên quan đốn thuê hao trong mạng thoại.
(') Giao diện với ISDN
Giao diện mạng GSM với ISDN dược chuẩn hoá llico liêu chuẩn giao diện
của ISDN (giao diện sơ cấp) và sử dụng hệ thống háo hiệu CCS7 (ISUP) đổ CU
11
U
cấp các dịch vụ thoại, số liệu
íl) (jiao diện với PLMN qua PSTN/ISDN
Giao diện giữa các mạng GSM với nhau thông qua mạng PSTN hoặc ISDN
được liêu chuẩn hoá cho GSM. Giữa các MSC của hai mạng có hai loại háo 'ìiỌu
dược trao đổi khi nối mạng :
• Các chức nỉing xử lí cuộc gọi cơ bản, phụ Ihuộc vào hệ thống háo hiệu cùa
mạng cố định (CCS7-ỈSUP, R2)
• Các chức năng của MAP dành riêng cho GSM được qui (.lịnh Iron Li SCCP
của hệ thống báo hiệu số 7.
1.5 Cáu hình kênh trên giao diện vô tuyến
Giao diện vỏ luyến ià giao diện giữa giữa BTS và lliiết bị (lì lie hao di clòiiu
(MS). Giao diện vô luyến là giao diện quan trọng nhấl, dóng vai trồ quyết tlịnli
den chất lượng dịch vụ của mạng GSM . Trong mạng GSM, giao diện vỏ tuyên sử
dụng kốl liỢp hai phương pháp đa truy cập llico lần số và Iheo llùíi gian (I I3MA

hoá của người sử dụng. Đây là kênh ở cả hai đường lên và xuống, truyền lữ đièm
lới diem.
Có hai loại kênh TCH là kênh loàn tốc FR(Full Ralc) và kênh hán lốc
1 lR(Hall Ralc) cỏ lốc độ hằng một nửa kênh loàn lốc.
17
1.5.2.2 Cúc kênh điền khiển
Các kênh báo hiệu điều khiển được chia thành ba loại : Các kênh quáng há
BCCH, các kênh dieu khiển chung CCCH và các kênh điều khiển liêng DCCII.
a) Các kênh điều khiển quảng bú BCCII :
* Các kênh hiệu chỉnh lẩn số FCCH mang ihông lili cùa hộ llìốnu lie điều
chính lần số cho MS. Đây là kênh đương xuống, kốl nối điểm - đa điểm .
* Kênh đổng hộ SCTI mang thông lin đồng bộ khung cho MS và mã iilụm
dạng Irạm BTS , là kênh dường xuống, kết nối điểm - đa điểm
* Kênh điều khiển quảng bá BCCH mang các llìông lin ciia hộ ihốnu Iilur
số LAI, các Ihông số của ô. BCCM là kênh chí dùng clì() đường xuống
b) Kênh diều khiển c/imiiỊ CCCIÌ :
* Kênh tìm gọi PCH : dùng đổ phái lliồng báo tìm gụi MS (paging). PCI I
là kênh dùng cho dường xuống.
* Kênh Ihâm nhập nlìẫu nlìiên RACH : là kênh MS sử dụng đổ yêu cầu
được cung cấp 1 kênh DCCH, trả lời thông háo lìm gọi, đồng Ihừi đổ thực hiện
các Uni lục khởi dầu khi đãng kí cuộc gọi (nhân thực, chuyển số gọi ). RAOI
là kênh đường lên, kết nối đi cm- đa điổm
* Kênh cho phép lliAm nhập AGCH là kênh B IS sử dụng lliônu háo cho
MS de dành mội kenh DCCH hay dành u ực liếp mộl kênh TCI ! dổ kêì nòi \(Vi
MS. AGCI I là kênh đường xuống, kết nối điểm - điểm
(•) Các kênh điền khiển riêng DCCll
* Kênh điều khiển riêng dứng đơn lé SDCCH dùng dể báo hiệu hệ lliống
khi lliiếl lập cuộc gọi (đăng kí, nhận thực, quay số ) Inrớc khi ấn định mộl kênh
TCH. SD CCH dùng ở cả đường lên và xuống, kết nối diổm - điểm.
* Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH : kênh này không di mộl mình