Tổng quan vũ mạng GPRS

thống ĐTDĐ AMPS (Advanced Mobile Phone Service) của Mỹ đã được đưa vào sử dụng và phát triển mạnh mẽ. ở châu Âu, các nước Bắc Âu đã phát triển hệ thống cellular NMT (Nordic Mobile Telephone) với băng tần 450 MHz (NMT - 450) vào năm 1981 và băng tần 900 MHz (NMT - 900) vào tháng 10 năm 1986. ở nước Anh phát triển hệ thống cellular 900 MHz trên cở sở tiêu chuẩn AMPS của Mỹ với tên gọi TACS (Total Access Communication System) vào năm 1985. Tại Tây Đức phát triển hệ thống cellular ở băng tần 450 MHz với tên là C-450 từ tháng 11 năm 1985. Tuy nhiên do nhu cầu ngày càng tăng nhất là về dung lượng, các hệ thống này dần dần không thoả mãn được nữa. Mặt khác do các tiêu chuẩn của các hệ thống không tương thích nhau làm cho sự chuyển giao không đủ rộng như mong muốn. Trước những vấn đề trên vào tháng 9 năm 1987 trong hội nghị Châu Âu về bưu chính viễn thông, 17 quốc gia Châu Âu đang sử dụng điện thoại di động số đã kí một biên bản ghi nhớ làm nền tảng cho mạng thông tin di động số thống nhất toàn Châu Âu. Năm 1988, viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI - European Telecommunication Standard Institute) đã thành lập nhóm chuyên trách về dịch vụ thông tin di động GSM (Global System for Mobile Telecommunication). Nhóm này có nhiệm vụ đưa ra các tiêu chuẩn thống nhất cho hệ thống thông tin di động số GSM dưới hình thức các khuyến nghị lấy các tiêu chuẩn này làm cơ sở cho mạng thông tin di động, làm cho chúng tương thích với nhau. Thực hiện điều này GSM có quan hệ mật thiết với các tổ chức tiêu chuẩn viễn thông khác trên thế giới. Với GSM việc thực hiện lưu động (roaming) ở châu Âu là hoàn toàn tự động, ngoài ra GSM còn cung cấp một số tính năng khác như thông tin số liệu tốc độ cao, Fax và các dịch vụ khác ... Ngày nay hệ thống TTDĐ toàn cầu GSM đã chiếm tới hơn 70% thị trường TTDĐ toàn thế giới với hơn 600 triệu thuê bao do hơn 450 nhà cung cấp dịch vụ ở 172 quốc gia. Qua đó khẳng định ưu thế của hệ thông GSM với các hệ thống TTDĐ khác. Các hệ thống GSM vẫn đang thu hút được sự quan tâm của các nhà khai thác dịch vụ mới do GSM có : Hệ thống tiêu chuẩn rõ ràng Dễ dàng trong triển khai, lắp đặt áp dụng cấu trúc mở cho việc roaming quốc tế Cung cấp dịch vụ gia tăng giá trị Do vậy việc chấp nhận GSM đồng nghĩa với việc thu được lợi nhuận nhanh, ít chịu rủi ro và thoả mãn được nhu cầu khách hàng. Điều tạo nên sự thành công của hệ thống GSM đó là giải pháp đầu cuối tới đầu cuối hoàn thiện, từ hạ tầng mạng lưới và dịch vụ đến thiết bị đầu cuối, máy cầm tay và hệ thống tính cước. Qua đó GSM trở thành tiêu chuẩn chung cho hệ thống thông tin di động toàn cầu mang lại nhiều dịch vụ di động cho khách hàng đồng thời cũng khẳng định vị thế mạnh mẽ nổi trội của mình trong thị trường các thế hệ thông tin di động. GSM tạo ra một hành lanh quan trọng cho sự phát triển lĩnh vực thông tin di động trong tương lai, qua việc đưa ra các giải pháp trực tiếp dẫn tới sự phát triển của công nghệ TTDĐ thế hệ 3 : GPRS, EDGE và W-CDMA. I.2 Những hạn chế của GSM trong thời kì hiện nay Vấn đề lớn nhất đặt ra cho các nhà khai thác dịch vụ thông tin di động GSM là tốc độ và dung lượng. Hệ thống GSM sẽ không còn duy trì được sức mạnh và thành công của mình nếu như các nhà khai thác sử dụng nhiều thế hệ công nghệ GSM kể trên để khai thác trên cùng một nền tảng mạng. Khi số lượng thuê bao tăng lên nhanh và những đỏi hỏi về tốc độ đã bắt đầu bộc lộ những hạn chế của hệ thống GSM: Chuyển mạch kênh không thích hợp với các tốc độ số liệu cao Sự lãng phí tài nguyên do một kênh luôn ở trạng thái mở ngay cả khi không có lưu lượng đi qua Do hạn chế về dung lượng của tần số sóng mang (mỗi tần số chỉ cho phép tối đa 8 kênh thoại cùng lúc) và việc sử dụng lại tần số gây ra nhiễu trùng tần số (C/I) nên vấn đề khó khăn đặt ra cho các nhà khai thác dịch vụ ở các thành phố lớn tập trung thuê bao với mật độ lớn là làm thế nào để đáp ứng dung lượng khách hàng mà không làm suy giảm chất lượng dịch vụ. Nền tảng của việc phân chia lưu lượng, phủ sóng của ĐTDĐ là dựa trên cơ sở mạng tế bào. Khi lưu lượng tăng lên vượt quá khả năng dung lượng của một trạm thu phát thì biện pháp giải quyết là phải tăng thêm trạm. Vấn đề đặt ra ở đây là chúng ta chỉ có thể tăng lên đến một mức giới hạn nào đó trong phạm vi khoảng cách giữa 2 trạm để không bị ảnh hưởng gây ra nhiễu. Hay nói cách khác là bán kính của tế bào phủ sóng có giới hạn. Nếu vượt quá giới hạn này thì chất lượng dịch vụ sẽ không đảm bảo. Chính vì các lí do đó nên hiệp hội GSM thế giới cùng với cộng đồng GSM đang tập trung nghiên cứu hình thành một làn sóng công nghệ mới. Đó là sự kết hợp thế giới công nghệ thông tin (IT/Internet) với thế giới TTDĐ, qua đó kết hợp sức mạnh kỹ năng, kinh nghiệm của 2 lĩnh vực này để tạo ra hành lang phát triển mới cho GSM, GPRS, 3G. I.3 Các thế hệ TTDĐ tiếp theo I.3.1 TTDĐ thế hệ 2+ Bước phát triển tiếp theo của tiến trình phát triển thông tin vô tuyến thế hệ 2 hướng tới thế hệ 3 là GPRS. GPRS là giải pháp cho phép chuyển tải và thực hiện các dịch vụ truyền số liệu trên mạng điện thoại di động. Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS cho phép áp dụng nguyên tắc vô tuyến gói để truyền dữ liệu của người sử dụng một cách hiệu quả giữa các máy đầu cuối di động GSM và mạng dữ liệu gói. Các gói dữ liệu có thể được định tuyến trực tiếp từ máy đầu cuối GPRS tới các mạng chuyển mạch gói. Phiên bản hiện nay của GPRS hỗ trợ các mạng dựa trên tiêu chuẩn IP như mạng Internet/Intranet cũng như các mạng X.25. Để thực hiện thêm chức năng này cần nâng cấp và lắp đặt thêm một số thiết bị chuyển mạch kênh dữ liệu và dịch vụ nhắn tin ngắn SMS. Tới nay đã có trên 70 mạng GPRS được khai thác, thương mại hoá. GPRS là công nghệ được sử dụng để cung cấp truyền số liệu với tốc độ cao hơn. GPRS sử dụng đa khe thời gian để tăng việc truyền dữ liệu nhưng GPRS không phân bố các khe thời gian này cho một người sử dụng mà nhiều người sử dụng cùng dung chung các khe thời gian để nhận và truyền dữ liệu khi cần. Vì vậy GPRS sử dụng các tần số vô tuyến hiệu quả hơn rất nhiều và làm tăng dung lượng của sóng mang. Tuy nhiên trong phương thức hoạt động của GPRS các ứng dụng của người sử dụng không được đáp ứng một cách tức thời mỗi khi có yêu cầu mà luôn có một độ trễ nhất định trong việc truyền dữ liệu. Vì vậy GPRS rất thích hợp cho các dịch vụ chuyển dữ liệu dạng gói như hiển thị Web, truyền tải hình ảnh hoặc dữ liệu. Thực tế hiện nay tốc độ truyền tải cao nhất của GPRS khoảng 40 Kbit/s tuy nhiên tốc độ này có thể được nâng cao hơn khi có các cải tiến về thiết bị đầu cuối và áp dụng mã hoá mới. Một đặc tính quan trọng nữa của GPRS là người sử dụng có thể đặt chế độ luôn kết nối (always online). Chế độ này không chiếm dụng các khe thời gian mà khe thời gian chỉ được sử dụng khi dữ liệu được truyền đi hay nhận đến nhưng nó cho phép sử dụng kết nối dịch vụ liên tục. VD: e-mail, intranet... Sự áp dụng dịch vụ gói dữ liệu vô tuyến chung GPRS cho hai chuẩn thế hệ hai là GSM và TDMA/136 mặc dầu đã nâng tốc độ truyền dữ liệu lên đến 171,2 Kbit/s vẫn chưa đáp ứng được chuẩn vô tuyến thế hệ 3 như IMT-2000 do đó sẽ hạn chế trong việc ứng dụng dịch vụ đa phương tiện. Dịch vụ GPRS tạo ra tốc độ cao chủ yếu nhờ sự kết hợp của các khe thời gian, cho phép tăng tốc độ truyền lên 8 lần nếu sử dụng cả 8 khe thời gian của tần số sóng mang. Tuy nhiên do kỹ thuật này vẫn dựa vào kỹ thuật điều chế GMSK nguyên thuỷ, kỹ thuật điều chế này làm hạn chế tốc độ truyền và có thể thay thế bằng một kỹ thuật điều chế mới có thể nâng tốc độ điều chế lên 2 đến 3 lần. Do đó nếu kết hợp việc ghép khe thời gian và thay đổi kỹ thuật điều chế ta sẽ có tốc độ truyền đạt yêu cầu của chuẩn di động thế hệ 3. Đó chính là công nghệ EDGE. Để tăng tốc độ truyền trong EDGE người ta sử dụng kỹ thuật điều chế 8PSK thay thế cho kỹ thuật điều chế GMSK. Hiên tại GSM/GPRS cung cấp tốc độ truyền dữ liệu từ 11,2 đến 22,8 Kbit/s cho một khe thời gian. EDGE sẽ cho phép tốc độ truyền từ 11,2 đến 59,2 Kbit/s cho một khe thời gian và nếu ghép nhiều khe thời gian sẽ cho tốc độ truyền tối đa 384 Kbit/s. I.3.2 Hướng tới thông tin di động thế hệ 3 (3G) Thông tin di động 3GSM là một bộ phận quan trọng trong dòng công nghệ họ GSM, và hiện đang được ủng hộ mạnh mẽ như là một giải pháp công nghệ tối ưu cho thông tin di động thế hệ 3. Năm 1992, tại Hội nghị về Thông tin vô tuyến thế giới (WARC), các nước đã đồng ý phân bổ dải tần dùng cho các hệ thống 3G là băng tần 2 GHz. ITU đẫ đặt tên cho các hệ thống 3G là IMT-2000, UMTS hay 3GSM/WCDMA. Đồng thời các cơ quan về tiêu chuẩn hoá đang xúc tiến việc xây dựng tiêu chuẩn gồm các tham số để đáp ứng yêu cầu của thông tin di động thế hệ 3 qua dự án có tên 3GPP(Third Generation Partnership Project). Tham gia dự án này có nhiều tổ chức tiêu chuẩn của các nước như Liên minh châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Bắc Mỹ ... Đến nay mạng 3G đầu tiên đã được triển khai tại Nhật Bản. Dự kiến các mạng 3G mới sẽ tiếp tục được triển khai trong các năm 2002-2003. Mạng 3G sẽ bao gồm các đặc tính sau : Dịch vụ thoại với chất lượng cao hơn nhiều so với mạng GSM nhờ sử dụng bộ mã có khả năng thích ứng đa tốc độ chất lượng cao(AMR). Truyền dẫn chuyển mạch kênh dữ liệu tốc độ cao, hiện nay cho phép truyền với tốc độ 64 Kbit/s. Nó có thể cho phép truyền hình ảnh video với chất lượng trung bình cho các ứng dụng của dịch vụ điện thoại thấy hình. Chuyển mạch gói tốc độ cao, cho phép cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu với tốc độ từ 384 Kbit/s tới 2Mbit/s Các dịch vụ định vị Các dịch vụ khác như : SMS, thư điện tử, bản tin hiển thị bằng hình ảnh, lời nói và các dịch vụ thông ti đa phương tiện khác. Chuyển tiếp cuộc gọi sang các mạng GSM/GPRS. Hiện tại 3GPP đang khẩn trương xúc tiến để xây dựng tiêu chuẩn 3G, dự kiến năm 2002- 2003 sẽ có được tiêu chuẩn áp dụng chung. Đến nay đã xác định được một số tham số như : Thoại băng rộng (wideband speech) Khả năng thông tin đa phương tiện đầy đủ, cho phép cung cấp các dịch vụ hỗn hợp gồm cả thoại, dữ liệu và hình ảnh video, cũng như truy nhập được vào mạng Internet (WWW) Tăng cường các dịch vụ định vị Di động thế hệ 3G GSM GPRS EDGE Trực tiếp Hình I.1: Hai phương hướng triển khai thế hệ di động 3G Theo thống kê của Hiệp hội GSM thế giới, đến nay đã có 80-85% số lượng các nhà khai thác thông tin di động trên thế giới, và tất cả các nhà khai thác tại châu Âu lựa chọn 3GSM/WCDMA là tiêu chuẩn mới cho phát triển thông tin di động thế hệ 3. Tuy 3GSM được chọn là nền tảng cho mạng thông tin di động tương lai, nhưng hiện nay các nhà khai thác đang nghiên cứu hướng phát triển đến 3G trên cơ sở thực tiễn tận dụng tối đa hạ tầng cơ sở GSM hiện nay qua việc xây dựng các tiêu chuẩn chuyển tiếp 2,5G như GPRS, EDGE. Trong đó nhiều khuyến nghị chọn GPRS là bước chuyển tiếp trung gian dẫn đến 3G. GPRS không phải là đường tắt nhanh nhất để phát triển đến 3G, mà nó giúp cho các nhà khai thác dễ dàng thực hiện chuyển đổi thị trường và mạng di động GSM hiện tại theo hướng 3G trên cơ sở đảm bảo tối ưu hoá vốn đầu tư, hạ tầng hiện có, đồng thời cũng cung cấp cho khách hàng sử dụng ngay được các dịch vụ mới của mạng 3G. Một hướng khác để phát triển lên 3G là từ GSM đấu nối trực tiếp với các mạng vô tuyến WCDMA. Phương thức này cho phép sử dụng ngay được hệ thống 3G hiện đại tốc độ cao nhưng chi phí để xây dựng rất tốn kém, giá thành dịch vụ cao, chậm thu hồi được vốn đầu tư. Chương Ii Tổng quan về mạng GPRS II.1 Các đặc điểm dịch vụ của GPRS GPRS cho phép người dùng truyền số liệu từ đầu cuối đến đầu cuối một cách hiệu quả với các ứng dụng có tính chất bùng phát. Đó là các ứng dụng có một trong các tính chất sau đây : Truyền số liệu gián đoạn, không có chu kỳ. Truyền số liệu có chu kỳ với cụm số liệu có kích thước nhỏ. Truyền số liệu không có chu kỳ với các cụm số liệu có kích thước lớn vài Kb. Trong GPRS có hai loại dịch vụ số liệu được hỗ trợ. Đó là: Dịch vụ điểm tới điểm PTP. Dịch vụ điểm tới đa điểm PTM. II.1.1 Dịch vụ PTP Các dịch vụ PTP cung cấp cho khách hàng khả năng trao đổi dữ liệu giữa 2 người dùng. Một người gửi dữ liệu còn người kia nhận. Có 2 loại dịch vụ PTP khác nhau : Dịch vụ PTP định hướng kết nối Dịch vụ PTP phi kết nối Dịch vụ định hướng kết nối cho phép người dùng gửi các gói tin tới người khác. Một chuyển mạch kênh ảo được thiết lập giữa các thuê bao và liên kết logic giữa các thuê bao được duy trì, việc truyền các bản tin là tin cậy. Với loại kết nối định hướng PTP này GPRS có thể hỗ trợ các giao thức như X.25 ... Dịch vụ phi kết nối cho phép người dùng gửi những gói tin đơn lẻ tới người khác. Từng gói tin là những thực thể riêng biệt và không có quan hệ với các gói có trước hoặc có sau. Đây là một loại dịch vụ datagram và việc chuyển các bản tin là đáng tin cậy. Loại dịch vụ này hỗ trợ các giao thức Internet IP. II.1.2 Dịch vụ PTM Dịch vụ PTM đưa ra cho thuê bao cơ hội gửi bản tin tới nhiều người nhận chỉ với một yêu cầu dịch vụ. Thuê bao có thể định nghĩa vùng mà bản tin được gửi và những thuộc tính khác. Dịch vụ PTM chia ra 2 loại : PTM - Multicast PTM - Group Call II.1.3 Chất lượng dịch vụ Một trong những điểm cần xem xét trong mạng GPRS đó là khả năng đáp ứng yêu cầu của khách hàng về tốc độ dữ liệu. GPRS có chức năng cho phép làm tăng hoặch giảm tài nguyên của mạng ấn định cho GPRS dựa trên khả năng phân bổ động và được điều khiển bởi nhà khai thác. Với mọi loại dịch vụ mong muốn cung cấp truyền số liệu, các khách hàng tương lai luôn muốn có sự tin cậy rằng họ sẽ được đảm bảo một cách chắc chắn về chất lượng. Do đó các kỹ thuật phải bao gồm các cơ chế giúp cho việc kiểm soát được tốt. Để làm được điều đó người ta đưa ra các thông số QoS thích hợp : Mức độ ưu tiên của dịch vụ : cao/trung bình/thấp Mức độ tin cậy : cao/trung bình/thấp Độ trễ : 4 lớp Độ thông tải : tốc độ bit tối đa(IRT) và tốc độ it trung bình. II.2 Các đặc trưng chính của GPRS từ góc độ người dùng II.2.1 Tốc độ Theo lý thuyết, tốc độ tối đa có thể đạt được với GPRS là 171,2 Kbps khi cả tám khe thời gian đều được sử dụng đồng thời và không có các biện pháp chống lỗi. Người ta cho rằng, GPRS có thể cung cấp cho người sử dụng các tốc độ từ 9,6 Kbps tới 115 Kbps. Tốc độ này lớn gấp khoảng 2 lần tốc độ truyền số liệu hiện tại của mạng cố định và gấp khoảng 10 lần tốc độ truyền số liệu trong GSM theo phương thức chuyển mạch kênh. II.2.2 Tính tức thời Việc truyền số liệu theo phương thức cũ của GSM cần thời gian thiết lập kết nối từ 20-25 giây. GPRS cung cấp các điều kiện thuận lợi cho việc tạo các kết nối tức thời trong đó số liệu có thể được gửi hoặc nhận một cách tức thời ngay khi cần thiết. Đây chính là lí do khiến người dùng cho rằng họ ở tình trạng “luôn kết nối”. Tính tức thời là một ưu điểm của GPRS so với việc truyền số liệu bằng phương thức chuyển mạch kênh của GSM. II.2.3 Các ứng dụng mới GPRS cho phép cung cấp nhiều ứng dụng mới cho người dùng. Những ứng dụng này trước đây không thể cung cấp cho người dùng do các giới hạn của chuyển mạch kênh. GPRS cho phép người dùng có thể duyệt Web, chat, FTP trên máy tính của họ thông qua mạng PLMN.  II.3 Các đặc trưng chính của GPRS từ góc độ mạng II.3.1 Chuyển mạch gói và hiệu quả sử dụng phổ GPRS thực hiện truyền số liệu người dùng qua GSM bằng phương thức chuyển mạch gói. Chuyển mạch gói đưa ra những ưu điểm đáng kể so với chuyển mạch kênh chủ yếu do bản chất không đối xứng và không liên tục của số liệu cần truyền qua mạng. Chuyển mạch kênh Chuyển mạch gói A B A B A B A B A B A B A B Hình II.1: Sự khác biệt giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Trong chuyển mạch gói nhiều kênh truyền được dùng chung và được chia sẻ cho nhiều người sử dụng mạng. GPRS cho phép một người dùng có thể chiếm dụng cả 8 khe thời gian để truyền số liệu mặt khác cũng có thể chia sẻ cho 8 người dùng. Hiện tại mạng GSM dựa trên các kết nối chuyển mạch kênh và do đó sửa đổi cấu trúc mạng là cần thiết để hỗ trợ công nghệ chuyển mạch gói của GPRS. Tuy nhiên các đặc tính vật lí quen thuộc và căn bản của giao diện vô tuyến gần như không bị thay đổi mặc dù một loạt các kênh vô tuyến GPRS mới đã được định nghĩa thêm. Tài nguyên vô tuyến của mạng có thể được chia sẻ “động” giữa các dịch vụ thoại và các dịch vụ số liệu. Như vậy số người dùng thực sự mà một cell phục vụ phụ thuộc vào ứng dụng nào đang thực hiện và bao nhiêu số liệu cần truyền. Điều này giúp giảm bớt số kênh dự phòng cho giờ cao điểm trong một cell so với chuyển mạch kênh. Từ hình vẽ cho ta thấy khác biệt cơ bản giữa phương thức chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Trong khi chuyển mạch theo phương thức kênh cung cấp một đấu nối trong toàn bộ thời gian phục vụ thì chuyển mạch gói chỉ cung cấp đấu nối khi có nhu cầu truyền các gói tin. II.3.2 Kết nối mạng số liệu GPRS có thể kết nối với các mạng số liệu X.25 và các mạng IP. Nhưng ta có thể thấy rằng phần lớn lưu lượng truyền tải qua mạng GPRS sẽ từ Internet hoặc tập hợp các Intranet và dưới dạng gói IP. Lúc đó mạng GPRS sẽ đóng vai trò như là một mạng con của Internet với các MS GPRS được coi như các máy đầu cuối. Do các ứng dụng trên Internet đều có thể thực hiện qua GPRS nên các nhà khai thác mạng PLMN có cơ hội để trở thành các nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây. II.3.3 Hỗ trợ cả TDMA và GSM Cần chú ý rằng GPRS không chỉ có thể triển khai trên GSM mà các mạng PLMN theo tiêu chuẩn TDMA/IS-136 hiện đang phổ biến ở Bắc Mỹ cũng có thể triển khai GPRS để tiến tới 3G. II.4 Các hạn chế của GPRS III.4.1 Dung lượng cell giới hạn cho tất cả người dùng GPRS có ảnh hưởng mạnh đến dung lượng cell hiện tại của mạng. Tài nguyên vô tuyến trong một cell là hữu hạn lại được sử dụng cho cả dịch vụ thoại và số liệu. Điều này sẽ làm giảm số kênh giành cho dịch vụ thoại. Sự ảnh hưởng này phụ thuộc vào số khe thời gian dự trữ cho GPRS. II.4.2 Trễ chuyển tiếp Các gói GPRS được truyền đi bằng nhiều đường khác nhau tới đích. Trong quá trình truyền có thể có gói bị thất lạc và phải truyền lại. Đó chính là nguyên nhân có thể gây ra trễ truyền dẫn trong GPRS. Điều này làm cho các ứng dụng cần video trở nên kém chất lượng. II.4.3 Tốc độ trong thực tế thấp hơn Tốc độ tối đa GPRS đạt được theo lý thuyết là 171,2 Kbps khi một người dùng chiếm cả 8 khe thời gian và không có lỗi. Điều này là không có thực trong thực tế. Do đó tốc độ sẽ thấp hơn và phụ thuộc vào nhà khai thác cũng như thiết bị. II.5 Các ứng dụng cho GPRS Chat : Nhiều thành viên trong mạng PLMN có xu hướng sử dụng dịch vụ phi thoại để bày tỏ ý kiến của mình. GPRS cho phép người dùng có thể tham gia vào các phòng chat có sẵn trên mạng Internet. Người dùng có thể sử dụng dịch vụ PTM-M cho mục đích này. Truyền các thông tin văn bản và hình ảnh : Các thông tin như : quảng cáo, giá cả, thời tiết, kết quả thể thao, giao thông ... có thể chuyển tới người sử dụng. Các thông tin này không nhất thiết phải ở dạng văn bản mà có thể là hình ảnh, biểu đồ ... hoặc các bản tin này dài quá 160 ký tự. Lúc đó GPRS sẽ được lựa chọn thay thế cho SMS. ảnh tĩnh : Các bức tranh, ảnh, thiệp mừng ... có thể truyền qua mạng di động như là trong mạng cố định. Duyệt Web : Duyệt Web với chuyển mạch kênh không thể được ứng dụng lâu dài. Vì tốc độ hạn chế của chuyển mạch kênh, nên Web Browser phải mất nhiều thời gian để chờ thông tin. GPRS cho phép cải thiện điều này. Truy nhập mạng LAN từ xa : Với tốc độ và tính tức thời của GPRS, người dùng hoàn toàn có thể truy nhập và lấy thông tin từ mạng LAN của họ ra trong khi đang di chuyển hoặc không ở gần máy tính của mình. Truyền file : ứng dụng này bao gồm mọi hình thức download số liệu qua mạng di động. Số liệu có thể là tài liệu hoặc là phần mềm chương trình. Nguồn số liệu có thể là các site FTP thông thường cũng có thể là Telnet, HTTP, cơ sở dữ liệu của công ty ... II.6 Cấu trúc mạng GPRS Internet Intranet PDN EIR Gateway MSC PSTN MSC/VLR BTS ISDN BSC IN ... HLR/AC PCU SSS MS GatewayGSN Serving GSN Operation Maintenane Center OMC BSS GSS GPRS Hình II.2: Cấu trúc Logic mạng GSM/GPRS. GPRS là dịch vụ chuyển mạch gói chung thực hiện trên mạng GSM, nó cho phép máy di động truy nhập được vào mạng Internet và các mạng dữ liệu gói PDN khác. Việc triển khai GPRS đòi hỏi sự thay đổi lớn trong kiến trúc mạng GSM để cho phép mạng làm việc được với cả số liệu của chuyển mạch kênh và số liệu chuyển mạch gói. Ba thực thể mới được thêm vào mạng. Đó là : GGSN : Gateway GPRS Support Node SGSN : Serving GPRS Support Node PCU : Parket Control Unit Các phần tử này liên kết với các phần tử của mạng GSM thông qua một loạt các giao diện mới định nghĩa. Các giao diện mới định nghĩa cho GPRS đều bắt đầu bằng tiền tố G. II.6.1 GGSN GGSN là phần tử có chức năng tương tự với GMSC trong GSM. GGSN là nút được truy nhập bởi mạng ngoài trong trường hợp cần truyền số liệu tới một MS trong mạng. GGSN sẽ nhận các gói số liệu định tuyến chúng tới SGSN đang phục vụ MS để SGSN truyền các gói này tới MS. GGSN được kết nối tới mạng PDN qua giao diện Gi. ở phía trong mạng GGSN được kết nối tới các SGSN qua giao diện Gn. Giao diện này cho phép các PDU của mạng IP và mạng X.25 bên ngoài đều được truyền đi như nhau trong mạng GPRS. II.6.1.1 Các chức năng chính của GGSN Quản lí di động Quản lí phiên. Chức năng này cung cấp khả năng để quản lí các Packet Data Protocol (PDP) Context trong các nút SGSN và GGSN. Nó bao gồm các thủ tục kích hoạt, thay đổi và ngưng kích hoạt PDP Context. Chỉ có GGSN mới có quyền kích hoạt PDP Context. Nếu PDP Context chưa có địa chỉ tĩnh thì GGSN có thể cung cấp một địa chỉ tạm thời hoặc lấy một địa chỉ từ vùng phục vụ (Radius Server) của ISP cho PDP Context. Quản lí gói. Chức năng này bao gồm tất cả các thủ tục cần thiết cho việc định tuyến và truyền các gói dữ liệu thông qua các nút SGSN hoặc GGSN. Mạng đường trục GPRS có chức năng định tuyến và các gói dữ liệu (PDUs) sẽ được truyền tới đích thông qua mạng. Việc này được thực hiện bởi một số giao thức như GTP hay IP. Ngoài chức năng này ra thì mạng GPRS cũng giống như bất kì một mạng IP nào khác. Trong mạng IP thì chức năng định tuyến được thực hiện bởi một IP router, còn trong mạng GPRS thì GGSN sẽ đảm nhiệm chức năng định tuyến. Các phần mềm hiện nay chỉ sử dụng được trong mạng IPversion4. Cơ sở dữ liệu. Khi GGSN thực hiện việc kích hoạt một PDP Context thì nó có nhiệm vụ phải lưu trữ và quản lí những dữ liệu sau: Nhận dạng thuê bao di động. Giao thức (PDP type) và địa chỉ (PDP address) gói dữ liệu. Địa chỉ IP của SGSN nơi mà MS đang hoạt động. Chất lượng dịch vụ QoS. II.6.1.2 Cấu trúc phần cứng của một GGSN GGSN Ethernet File server platform HUB File server (with DAT, HDD) File server (with DAT, HDD) SC to SGSN ATM SP platform ABC LIC:STM1 SP:GTP MCP SP:ISP to Internet LIC Gn Gi Hình II.3: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của một GGSN ATM SP platform bao gồm các khối sau : Bộ xử lí server (SP) chịu trách nhiệm xử lí các hoạt động hệ thống và các ứng dụng phần mềm. Card giao diện (LIC) cung cấp các kết nối : Gn, Gi ... Card điều khiển trung tâm kết hợp với SP để điều khiển hoạt động của hệ thống. File Server platform bao gồm các SPARC Compact PCI platform được nối với các thiết bị của ATM SP platform thông qua một bộ HUB. II.6.2 SGSN SGSN là phần tử có chức năng tương tự với MSC trong mạng GSM. SGSN phải giải quyết các vấn đề quản lý di động và an ninh. SGSN có thể được kết nối tới MSC/VLR của mạng GSM qua giao diện Gs. II.6.2.1 Các chức năng chính của SGSN Quản lý di động. Việc thiết lập dịch vụ chuyển mạch gói được khởi tạo từ MS sẽ được thực hiện bởi SGSN bao gồm các thủ tục nhận dạng và định địa chỉ. Số nhận dạng thuê bao quốc tế IMSI được sử dụng tại giao diện người dùng. Thuê bao GPRS sẽ được nhận thực qua thủ tục GPRS attach. HLR sẽ cập nhật khu vực hoạt động mới của thuê bao, sau đó cung cấp các thông số của thuê bao cho SGSN. Nhờ đó chức năng quản lí di động của SGSN sẽ thiết lập một liên kết logic tạm thời đến thuê bao di động. Chức năng này luôn phải thực hiện đầu tiên vì nếu không có thủ tục GPRS attach thì SGSN sẽ không nhận biết được sự có mặt của thuê bao di động trong hệ thống của mình. Khi thuê bao di động di chuyển sang một khu vực thuộc một SGSN khác thì nó phải khởi tạo một thủ tục cập nhật định tuyến, tuy nhiên thông tin về thuê bao này vẫn được SGSN cũ lưu giữ cho đến khi hoàn tất quá trình cập nhật khu vực mới. Chức năng an ninh. Chức năng nhận thực của GPRS hoạt động tương tự như của GSM tuy nhiên nó do SGSN thực hiện. Thủ tục nhận thực ở GPRS được khởi tạo cùng với quá trình cập nhật khu vực định tuyến khi một thuê bao GPRS di chuyển đến giới hạn quản lí của SGSN hoặc trong thủ tục GPRS attach. Để thực hiện quá trình nhận thực này thì SGSN mới sẽ gửi đến SGSN cũ một yêu cầu cập nhật ba thông số : Số ngẫu nhiên cho việc nhận thực (RAND) Signed response (SRES) Cipher key (Kc) Quá trình nhận thực sẽ so sánh thông số SRES được gửi tới bởi MS với số SRES được cung cấp bởi SGSN cũ. Nếu chúng trùng nhau thì quá trình nhận thực là hoàn thành. Ngược lại SGSN sẽ thông báo đến MS và thoát khỏi chức năng an ninh. Quản lí phiên. Quản lí phiên sẽ cung cấp các chức năng cho quá trình quản lí PDP Context trong các nút của GPRS bao gồm việc kích hoạt, thay đổi và ngưng kích hoạt PDP Context. Chức năng quản lí phiên được thực hiện cả ở SGSN và GGSN. Nó cung cấp tất cả các thông tin cần thiết của các cụm dữ liệu gói cần truyền (PDUs) cho quá trình khởi tạo PDP Context giữa một thuê bao và một PDN. Quản lí tài nguyên. Quản lí tài nguyên cung cấp các chức năng cho hoạt động của hệ thống đặc biệt là các thông số về chất lượng QoS. Nó định nghĩa các thủ tục tính toán để hỗ trợ yêu cầu tài nguyên truyền dữ liệu của người dùng, thủ tục quyết định nguồn tài nguyên có thể cung cấp ở đâu, thủ tục dự trữ tài nguyên... Quản lí gói dữ liệu. Quản lí gói bao gồm tất cả các chức năng cần cho quá trình định tuyến và truyền các gói dữ liệu (PDUs) trong các nút GGSN và SGSN. Quản lí hệ thống nhắn tin ngắn SMS. Một hệ thống SMS nếu truyền thông qua SGSN ví dụ như qua kênh vô tuyến của GPRS sẽ hiệu quả hơn là truyền qua MSC của GSM. Do đó, SGSN thiết lập một hệ thống SMS truyền các bản tin ngắn giữa các thuê bao của GPRS và GSM với trung tâm dịch vụ tin ngắn SMSC. Giao diện Gd được định nghĩa để kết nối SGSN với SMS-GMSC, nó hỗ trợ cho cả dịch vụ nhắn tin ngắn thông thường SMS MO và dịch vụ nhắn tin đầu cuối di động SMS TM. Cơ sở dữ liệu. SGSN lưu giữ các dữ liệu giống như ở MSC/VLR, bao gồm các thông tin quản lí di động : Số nhận dạng thuê bao di động GPRS. PDP type và PDP address Nhận dạng điểm truy nhập lớp mạng NSAPI Địa chỉ IP của GGSN và số TID Chất lượng mạng QoS SGSN quản lí tất cả các thuê bao di động GPRS trong khu vực dịch vụ của nó bằng các tạo ra các context quản lí di động và context giao thức đóng gói dữ liệu cho thuê bao di động. SGSN cũng kết nối với BSS thông qua các frame relay (FR) II.6.2.2 Cấu trúc phần cứng của SGSN Cấu trúc phần cứng của SGSN gồm ba khối chính là : hai khối ATM SP platform và một khối ATM MP platform. Trong một khối ATM MP platform gồm : Bộ xử lí chính (MP) là trung tâm xử lí và hoạt động của khối. Nó được cài đặt các phần mềm ứng dụng và các chức năng của GPRS được thực hiện ở đây. Card giao diện (LIC) cung cấp các giao diện tới mạng chuyển mạch ATM: Gd, Gr, Gs ... Mạng chuyển mạch ATM (ASN) nối giữa MP và LIC bao gồm các bộ ghép kênh ATM (AMX) và mạng lõi ASN. Trong một khối ATM SP platform gồm : Bộ xử lí server (SP) xử lí hoạt động của hệ thống và các ứng dụng phần mềm Card giao diện (LIC) cung cấp các kết nối : Gb,Gi,Gn ... Gb to GMSC to HLR/AC ATM SP platform ATM MP platform LIC:GTP MP:PD/SH ASN LIC:E1 Gn Gi SP:GTP MP:MM/CAP MP:SM to BSS MCP MP:ACC MP:SLT LIC:FR SP:GTP LIC:STM1 LIC:STM1 MCP TCP/IP SC LIC:STM1 LIC:STM1 MP:OAM/ STAT ATM SP platform Hình II.4: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của một SGSN II.6.3 PCU Chức năng chính của BSS cho GPRS chủ yếu nằm ở PCU, PCU phải quản lý các chức năng của Frame Relay, xử lý các báo hiệu dịch vụ mạng, các báo hiệu BSSGP, định tuyến các bản tin, truyền số liệu người dùng ... PCU cũng phải có các chức năng quản lý các kênh vô tuyến GPRS, tiến hành đo QoS, chuyển đổi các gói số liệu thành dạng có thể truyền trên giao diện vô tuyến. II.7 Giao diện trong mạng GPRS GPRS có các giao diện sau : II. 7.1 Gb : giao diện giữa SGSN với BSS Giao diện Gb là giao diện kết nối với mạng đường trục chuyển tiếp khung. Theo các tiêu chuẩn ETSI, giao diện giữa BSC và SGSN phải là các giao diện Gb. Việc truyền các gói dữ liệu đơn vị (PDU) giữa SGSN và BSC qua mạng chuyển tiếp khung được coi là hoàn toàn trong suốt. Một SGSN có thể kết nối với nhiều BSC nhưng một BSC chỉ được phép kết nối với duy nhất một SGSN thông qua một kết nối vật lí. Giao diện kết nối giữa SGSN và BSC (Gb) có thể được thực hiện theo phương thức trực tiếp điểm - điểm hay thực hiện qua một mạng chuyển tiếp khung. Các giao thức chuyển tiếp khung được quy định trong các tài liệu của (RFF – Frame Relay Forum). Trong cơ chế kết nối điểm - điểm, BSC sẽ đóng vai trò như một đối tượng sử dụng còn SGSN đóng vai trò như một mạng. Nếu kết nối giữa BSC và SGSN được thực hiện thông qua một mạng chuyển tiếp khung thì cả BSC và SGSN đều đóng vai trò như là các đối tượng sử dụng. Có 4 phương thức kết nối thông qua mạng chuyển tiếp khung: Kết nối trực tiếp cố định qua mạng có chuyển mạch thời gian không đồng bộ bit. Phương thức này áp dụng trong trường hợp SGSN và BSS được kết nối thông qua một kết nối cố định và không có chuyển tiếp khung, sở dĩ như vậy là do MSC sử dụng thiết bị chuyển mạch thời gian không đồng bộ bit. Tốc độ truyền số liệu tối đa cho một kết nối cố định ảo là 64 Kbit/s. Kết nối bằng mạng chuyển tiếp khung đồng bộ bit. Do dữ liệu được truyền theo phương thức đồng bộ bit, các khe thời gian có thể kết hợp để đạt được tốc độ 2 Mbit/s cho một kết nối. Kết nối bằng mạng chuyển tiếp khung không đồng bộ. Trong trường hợp này, thiết bị chuyển mạch thời gian không đồng bộ bit có nhiệm vụ xoá bit đồng bộ giữa hai khe thời gian. Kết quả ._.