Phân H Ệ Đ I Ề U Khi Ể N Chuy Ể N M Ạ Ch Nss

liệu. Tốc độ dữ liệu luôn được nhấn mạnh trong lộ trình tiến đến UMTS là tốc độ dữ liệu trong điều kiện không có can nhiễu. Điều này trong thực tế rất hiếm xảy ra. Hầu như tất cả các liên kết đều chịu sự ảnh hưởng của một số can nhiễu trên mạng vô tuyến. Trong tiêu chuẩn GSM, thuật toán mã hoá tiếng nói là rất hiệu quả và những can nhiễu nhỏ không làm ảnh hưởng đến chất lượng tiếng nói. Khi truyền dữ liệu qua kênh vô tuyến, can nhiễu xảy ra nhiều hơn, yêu cầu phải đưa thêm vào các bít kiểm tra lỗi. Như vậy, số bít thông tin sẽ giảm đi, nói cách khác tốc độ dữ liệu bị giảm đi. Kết luận là cần có một mạng vô tuyến chất lượng thật cao trước khi đưa ra bất kỳ một dịch vụ dữ liệu mới nào.

Một giải pháp đáng quan tâm để duy trì chất lượng mạng lưới khi gia tăng dung lượng thoại và dữ liệu là tăng thêm phổ. Phổ gia tăng trong trường hợp này là băng tần 1800 MHz. Bằng việc sử dụng cả băng tần 1800 MHz, chúng ta có thể xây dựng mạng vô tuyến có cấu trúc hai băng tần (900/1800 MHz). Băng tần 900 MHz sẽ được dùng để tăng khả năng phủ sóng và vẫn dùng để chuyển tải thoại. Băng tần 1800 MHz sẽ được sử dụng để cung cấp thêm dung lượng chuyển tải hầu hết lưu lượng dữ liệu. Vì có nhiều kênh dữ liệu trên băng tần 1800 MHz nên có thể giả thiết can nhiễu trên các kênh này ít đi, như vậy tốc độ dữ liệu sẽ cao hơn. Băng tần GSM 1800 là giải pháp tốt để tăng dung lượng trên mạng vì có thể lắp đặt trên chính các BTS hay chính các cabinet hiện có. Điều này tạo cho GSM 1800 giá thành rẻ khi cung cấp các dịch vụ thoại và dữ liệu trong tương lai.

3.2.2. Phân hệ điều khiển chuyển mạch NSS

Tất cả các cuộc gọi luôn luôn được kết nối với nhau và thông qua NSS. Trung tâm chuyển mạch MSC là một phần của NSS nó điều khiển tất cả các cuộc gọi. MSC chia làm hai phần MSC/VRL có chức năng duy trì kết nối, quản

lý di động, trao đổi thông tin với BSS và GMSC có chức năng quản lý thông tin và kết nối với những mạng khác.

Mạng lưới hiện tại gồm các chuyển mạch MSC. Những MSC này chuyển mạch cuộc gọi trong nội bộ mạng và liên kết nối với các mạng khác. Khi chuyển đổi mạng lên mức tiến hoá hơn, các MSC sẽ được nâng cấp về phần cứng & phần mềm để tạo khả năng chuyển mạch lưu lượng dữ liệu lưu chuyển qua mạng. Thay vì chuyển mạch thoại và chuyển mạch dữ liệu thông thường như hiện nay, các MSC sẽ chuyển mạch nhiều gói dữ liệu.

Bộ đăng ký vị trí tạm trú VLR (Visitor Location Register) chức năng chính là lưu trữ dữ liệu thuê bao, cung cấp dịch vụ và quản lý di động.

Bộ đăng ký vị trí thường trú HLR (Home Location Register) là nơi mà thông tin về các thuê bao được lưu trữ cố định. Chức năng chính của HLR là dữ liệu về thuê bao.

Trung tâm nhận thực AuC và nhận dạng thiết bị EIR là một phần cuả NSS duy trì bảo mật thông tin. AuC duy trì bảo mật thông tin và nhận dạng thuê bao cùng với VLR. EIR duy trì nhận dạng thiết bị di động (phần cứng) liên kết với thông tin bảo mật cùng với VLR.

Tên chung cho trung tâm dịch vụ gọi node mạng tương ứng là phần dịch vụ giá trị gia tăng VAS (Value Additional Service):

Phần cứng dịch vụ giá trị gia tăng. VAS đơn giản nhất cũng gồm hai loại thiết bị: trung tâm dịch vụ tin ngắn SMSC (Short Message Service Center) và hệ thống thư thoại VMS (Voice Mail System). Về mặt kỹ thuật, VAS đảm bảo cung cấp một số loại dịch vụ nhất định bằng cách sử dụng các giao diện chuẩn với mạng GSM và nó có thể có hoặc không có các giao diện ra các mạng khác. Trên

quan điểm phát triển dịch vụ, VAS là bước đầu tiên để tạo doanh thu với các dịch vụ giá trị gia tăng trên mạng GSM.

Khái niệm mạng thông minh IN (Intelligent Network) được tích hợp cùng với mạng GSM. Về mặt kỹ thuật, nó làm thay đổi cơ bản các phần tử của mạng chuyển mạch nhằm thêm vào chức năng IN, ngoài ra bản thân mạng IN là một bộ phận tương đối phức tạp. IN có khả năng phát triển dịch vụ hướng tới tính cá nhân và nhà khai thác mạng có thể nhờ IN để đảm bảo an toàn kinh doanh, ví dụ, các thuê bao trả trước hầu hết được triển khai nhờ công nghệ IN.

3.2.3. Phân hệ khai thác và bảo dưỡng mạng NMS

NMS là phần khai thác và bảo dưỡng mạng. Nó cũng cần cho việc điều khiển mạng. Việc theo dõi vận hành và chất lượng bảo dưỡng và cung cấp dịch vụ của mạng thông qua NMS.

3.2.4. Phân hệ máy con MS

MS là tổ hợp của thiết bị đầu cuối ME và module nhận dạng dịch vụ của thuê bao SIM.

MS = ME + SIM.

3.3. Giai đoạn HSCSD

Trong giai đoạn đầu, thuê bao GSM sử dụng đường truyền dữ liệu chuyển mạch gói, đối xứng với tốc độ 9,6 Kb/s. Do sức ép của Internet và thư điện tử lên đường truyền dữ liệu di động tăng nhanh, hơn nữa thực tế cho thấy sự phát triển này đã bị đánh giá quá thấp tại thời điểm thiết kế mạng GSM.

Hiện nay về mặt kỹ thuật có hai giải pháp sau:

- Tối ưu tốc độ mã hoá kênh. Thực hiện được việc này ta đã làm tăng tốc độ bit từ 9,6 Kb/s lên 14,4 Kb/s.

- Làm cho dữ liệu đi qua giao diện Um nhiều hơn bằng cách sử dụng một vài kênh lưu lượng thay vì một kênh. Giải pháp này được gọi là dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD (High Speed Curcuit Switched Data) như hình vẽ.

Quản lý mạng (NMS)

BSS

NSS

BTS BSC TRAU

MSC/VLR GMS

ISDN

PSPDN

PSTN X25

HLR/AuC/EIR

A S

CSPDN

Thay đổi HW& SW cho SCSD

Um A

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 105 trang tài liệu này.

Hình 3.4. Mạng dư liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao - HSCSD

Trong môi trường tối ưu, một thuê bao HSCSD có thể đạt đến tốc độ truyền dữ liệu 40-50Kb/s. Giải pháp kỹ thuật này có hạn chế là láng phí tài nguyên và giá cước sẽ cao hơn. Việc sử dụng giải pháp HSCSD phụ thuộc rất nhiều vào chính sách giá của nhà khai thác mạng. Một vấn đề khác là phần lớn lưu lượng dữ liệu về bản chất là không đối xứng, điển hình là dùng đường truyền tốc độ thấp từ thiết bị đầu cuối đến mạng (đường lên) và dùng tốc độ cao cho đường ngược lại (đường xuống). Về mặt kỹ thuật, giao diện chuyển mạch kênh không đối xứng Um không phải là môi trường truy nhập tốt nhất cho kết nối dữ

liệu. Điều này đặt ra yêu cầu phải nâng cấp mạng GSM nhằm thích hợp hơn cho việc truyền dữ liệu một cách hiệu quả.

3.4. Giai đoạn GPRS

GPRS là cầu nối giữa hệ thống thông tin GSM thế hệ 2 và thế hệ 3.

GPRS là một dịch vụ số liệu chuyển mạch gói trên cơ sở hạ tầng GSM. Công nghệ chuyển mạch gói được đưa ra để tối ưu việc truyền số liệu cụm và tạo điều kiện truyền tải cho một lượng dữ liệu lớn.

Về mặt lý thuyết, GPRS có thể cung cấp tốc độ số liệu lên đến 171 kbps ở giao diện vô tuyến, mặc dù các mạng thực tế không bao giờ có thể đạt được tốc độ này (do cần phải dành một phần dung lượng cho việc hiệu chỉnh lỗi trên đường truyền vô tuyến). Trong thực tế, giá trị cực đại của tốc độ chỉ cao hơn 100 kbps một chút với tốc độ khả thi thường vào khoảng 40kbps hoặc 50 kbps. Tuy nhiên, các tốc độ nói trên cũng lớn hơn nhiều so với tốc độ cực đại ở GSM.

GPRS đảm bảo tốc độ số liệu cao hơn nhưng vẫn sử dụng giao diện vô tuyến giống GSM (cùng kênh tần số 200 KHz được chia thành 8 khe thời gian). Tuy nhiên bằng GPRS, MS có thể truy nhập đến nhiều khe thời gian hơn.

Ngoài ra, mã hóa kênh của GPRS cũng hơi khác với mã hóa kênh của GSM. GPRS định nghĩa một số sơ đồ mã hóa kênh khác nhau. Sơ đồ mã hóa kênh thường được dùng nhất cho truyền số liệu gói là Sơ đồ mã hóa (Coding Scheme) 2 (CS-2). Sơ đồ mã hóa này cho phép một khe thời gian có thể mang số liệu ở tốc độ 13,4 kbps. Nếu một người sử dụng truy nhập đến nhiều khe thời gian thì có thể đạt đến tốc độ 40,2 hay 53,6 kbps. Sơ đồ này đảm bảo hiệu chỉnh lỗi khá tốt ở giao diện vô tuyến. Mặc dù CS-3 và CS-4 cung cấp thông lượng cao hơn, nhưng chúng nhạy cảm cao với lỗi ở giao diện vô tuyến. Thực ra CS-4 hoàn toàn không đảm bảo hiệu chỉnh lỗi ở giao diện vô tuyến. CS-3 và đặc biệt là CS-

4 đòi hỏi truyền lại nhiều hơn ở giao diện vô tuyến, vì thế thông lượng thực sự hầu như không tốt hơn CS-2.

Các tốc độ giao diện vô tuyến ở bảng trên đảm bảo các tốc độ số liệu khác nhau của người sử dụng ở giao diện này. Tuy nhiên, có nhiều lớp cao hơn giao diện vô tuyến cũng tham dự vào việc truyền số liệu ở GPRS. Mỗi lớp bổ sung thêm thông tin vào số liệu nhận được từ lớp trên. Lượng thông tin bổ sung do từng lớp tạo ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố dễ nhận thấy nhất là kích cỡ của gói ứng dụng cần truyền. Đối với một lượng số liệu cần truyền cho trước, các kích cỡ của gói số liệu ứng dụng nhỏ hơn sẽ dẫn đến thông tin bổ sung lớn hơn các kích cỡ của gói số liệu lớn hơn. Kết quả là tốc độ số liệu có thể sử dụng được thấp hơn tốc độ số liệu giao diện vô tuyến 20-30%.

Tất nhiên ưu điểm lớn nhất của GPRS không chỉ đơn giản là ở chỗ nó cho phép tốc độ số liệu cao hơn. Ưu điểm lớn nhất của GPRS là nó sử dụng công nghệ chuyển mạch gói. Điều này có nghĩa là một người sử dụng chỉ tiêu phí tài nguyên khi người này cần truyền hoặc nhận số liệu. Nếu một người sử dụng không phát số liệu ở một thời điểm thì các khe thời gian ở giao diện vô tuyến tại thời điểm này sẽ được dành cho các người sử dụng khác.

Việc GPRS cho phép nhiều người sử dụng cùng chia sẻ tài nguyên vô tuyến là một ưu điểm lớn. Điều này có nghĩa rằng mỗi khi một người sử dụng muốn truyền số liệu thì MS phải yêu cầu được truy nhập đến các tài nguyên này và mạng phải cấp phát các tài nguyên này trước khi xảy ra truyền số liệu. Mặc dù điều này có vẻ như nghịch lý với việc dịch vụ luôn luôn được kết nối nhưng GPRS hoạt động sao cho thủ tục yêu cầu-cấp phát không bị phát hiện, vì thế người sử dụng và dịch vụ dường như luôn luôn được kết nối.

GPRS phù hợp với một phạm vi rộng các ứng dụng từ thư điện tử (E- mail), văn phòng di động (Mobile Office), các ứng dụng đo lường lưu lượng từ xa, tới tất cả các ứng dụng dữ liệu cụm, chẳng hạn như truy cập Internet. GPRS cho phép hỗ trợ các ứng dụng dữ liệu của mạng cố định hiện tại trên các đầu cuối di động. Dịch vụ GPRS được định hướng chủ yếu cho các ứng dụng với các đặc tính lưu lượng của truyền tải chu kỳ với khối lượng nhỏ và truyền không theo chu kỳ của các dữ liệu có kích nhỏ hoặc trung bình. Điều này tạo khả năng cho hệ thống có thể phục vụ các dịch vụ và ứng dụng mới. Sự truyền tải một lượng lớn dữ liệu vẫn sẽ được duy trì qua các kênh chuyển mạch kênh để tránh trở ngại của phổ vô tuyến gói. Các ứng dụng của GPRS có thể tiến hành từ các công cụ thông tin trong một máy tính xách tay PC (thư điện tử, truyền dẫn file và hiển thị trang web (www)) đến các ứng dụng đặc biệt liên quan tới các truyền tải thấp (máy đo từ xa, điều khiển lưu lượng đường sắt và đường giao thông, thông tin điều hành taxi và xe tải, hướng dẫn đường động lực và giao dịch tiền tệ...).

Vì lúc đầu GSM được thiết kế cho lưu lượng chuyển mạch kênh, nên việc đưa dịch vụ chuyển mạch gói vào đòi hỏi phải bổ sung thêm thiết bị cho mạng (hình 7). Mạng GPRS kết nối với các mạng số liệu công cộng như IP và mạng

X.25. Nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) và nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) thực hiện nhận và truyền các gói số liệu giữa các MS và các thiết bị đầu cuối số liệu cố định của mạng số liệu công cộng (PDN). Nút GGSN còn cho phép truyền nhận các gói số liệu đến các MS ở các mạng thông tin di động GSM khác.

Giao diện vô tuyến của GPRS sử dụng các tính năng cơ bản của giao diện vô tuyến GSM. Như vậy, cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đều có thể sử dụng cùng sóng mang. Tuy nhiên, mạng đường trục của GPRS được thiết kế sao cho nó không phụ thuộc vào giao diện vô tuyến.

Tính cước vẫn là một chủ đề mở đối với ETSI. Việc tính cước sẽ có thể mở ra đối với các nhà khai thác một phương pháp luận mới, đó là tính cước cho thuê bao dựa trên khối lượng dữ liệu truyền đi/ nhận về thay vì cho việc tính cước truyền thống đó là dựa trên “đơn vị thời gian”.

Quản lý mạng (NMS)

BSS

NSS

BTS BSC

TRAU

MSC/VLR

GMSC

ISDN

PSPDN

PSDN X25

CSPDN

HLR/AuC/EIR

Thay đổi HW& SW cho GPRS

A S

M¹ng lâi gãi GPRS

SGSN

GGSN

M¹ng d÷ liÖu kh¸c

Internet

Um A

Hình 3.5. Cấu trúc mạng GPRS

3.5. Giai đoạn EDGE

Một kỹ thuật điều chế mới có thể áp dụng tại giao diện vô tuyến là 8-PSK sao cho một ký tự có thể mang một tổ hợp 3 bit thông tin và do vậy tốc độ bit sẽ được cải thiện đáng kể. Khi kỹ thuật này được kết hợp với các kỹ thuật mã hóa kênh phức tạp, người ta có thể đạt được tốc độ dữ liệu 48 kbps so với 9,6 kbps cho một kênh ở GSM truyền thống và trong trường hợp này một bit thông tin chính là một ký tự tại giao diện vô tuyến. Kỹ thuật làm tăng tốc độ dữ liệu trên được gọi là EDGE (Enhanced Data Rates for Global/GSM Evolution) như hình vẽ.

Sự phát triển của EDGE chia làm hai giai đoạn: