Phân Hệ Khai Thác Và Bảo Dưỡng Oss (Operation And Support System)

Hình 1.7. Vị trí và chức năng của TRAU.

Trung tâm điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller).

BSC là khối chức năng điều khiển, giám sát các BTS và các liên lạc vô tuyến trong hệ thống. BSC điều khiển công suất, quản lý giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển của BTS và MS.

Vai trò chủ yếu của BSC là quản lý các kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao. Một BSC quản lý hàng chục BTS tạo thành một trạm gốc. Một tập hợp các trạm gốc gọi là phân hệ trạm gốc. Giao diện Abis được quy định bởi BSC và MSC. Sau đó, giao diện Abis cũng được quy định giữa BSC và BTS.

Các chức năng chính của BSC.

Quản lý mạng vô tuyến

Việc quản mạng vô tuyến chính là quản lý các cell và các kênh logic của chúng. Các số liệu quản lý điều được đưa về BSC để đo đạt và xử lý, ví dụ như lưu lượng thông tin ở một cell, môi trường vô tuyến, số lượng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển giao thành công, thất bại …

Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS

Trước khi đưa vào khai thác thì BSC lập cấu hình của BTS (số máy thu/ phát TRX, tần số cho mỗi trạm …). Nhờ đó mà BSC có sẵn một tập các kênh vô tuyến giành cho điều khiển và nối thông cuộc gọi.

Điều khiển thông tin cuộc gọi

BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đầu nối tới máy di động MS. Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSC giám sát. Cường độ tín hiệu, chất lượng các cuộc đấu nối được ở máy di động và TRX gửi đến BSC. Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc đấu nối. BSC còn điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để quyết định chuyển giao MS sang các Cell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộc gọi tốt hơn.

Trong trường hợp chuyển giao sang Cell của một BSC khác thì nó phải nhờ sự trợ giúp của MSC. Ngoài ra, BSC còn có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh trong một Cell hoặc từ Cell này sang kênh của Cell khác khi Cell này bị ngẽn hoặc nhiễu.

Quản lý truyền dẫn

BSC có chức năng quản lý cấu hình các đường truyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin. Trong trường hợp có sự cố một tuyến nào đó thì nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng.

1.3.5.2. Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem)

Phân hệ chuyển mạch SS bao gồm các chức năng chính của mạng GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao.

Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.

Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng sau:

- Trung tâm chuyển mạch di động MSC.

- Thanh ghi định vị thường trú HLR.

- Thanh ghi định vị tạm trú VLR.

- Trung tâm nhận thực AUC.

- Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR.

Trung tâm chuyển mạch di động MSC (Mobile Sevice Switch Center)

Ở phân hệ chuyển mạch SS, chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện. Tổng đài di động MSC (Module Service Switch Center) thường là một tổng đài di động lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, vì vậy nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, ngoài ra MSC giao tiếp với phân hệ BSS và giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC (Gateway Mobile Switching Center). Để kết nối MSC với một số mạng khác, cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của GSM với các mạng này. Tổng đài có một giao diện với các mạng bên ngoài và mạng GSM. Về mặt kinh tế, không phải bao giờ tổng đài cũng đứng riêng mà thường được kết hợp với MSC.

Chức năng chính của tổng đài MSC:

- Xử lý cuộc gọi (Call Processing).

- Điều khiển chuyển giao (Handover Control).

- Quản lý di động (Mobilelity Management).

- Tương tác mạng IWF (Interworking Function) qua GMSC

Hình 1.8. Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC.

- (1): Khi thuê bao chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ số liên kết của thuê bao di động, sẽ có hai trường hợp sảy ra:

- (1a): Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau khi phân tích số thuê bao sẽ biết đây là cuộc gọi cho một thuê bao di động. Cuộc gọi sẽ được định tuyến tới tổng đài cổng GMSC gần nhất.

- (1b): Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC phụ trách ô mà trạm di động trực thuộc sẽ nhận được bản tin thiết lập cuộc gọi từ MS thông qua BTS có chứa số thoại của thuê bao di động bị gọi.

- (2): MSC (hay GMSC) sẽ phân tích số MSISDN (The Mobile Station ISDN) của thuê bao bị gọi để tìm ra HLR nơi MS đăng kí.

- (3): MSC (hay GMSC) sẽ rời khỏi HLR thông tin để có thể định tuyến đến MSC/VLR quản lý MS.

- (4): HLR sẽ trả lời, khi đó MSC (hay GMSC) này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết. Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS. Vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM, đó là chức năng xử lý cuộc gọi của MSC.

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này. Các thích ứng đó được gọi là chức năng tương tác IWF (Internet Working Function). IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở.

Bộ đăng kí định vị thường trú HLR (Home Location Register).

Trong GSM, mỗi hoạt động đều được lưu giữ số liệu cùng những thông tin về tất cả các thuê bao. Dữ liệu được lưu trữ trên một hay nhiều HLR.

HLR chứa thông tin về thuê bao như: dịch vụ mà thuê bao lựa chọn và các thông sốnhận thực. Bất kể MS ở đâu, HLR đều lưu giữ thông tin về MS, kể cả vị trí hiện thời củaMS. Ngoài ra, HLR sẽ nhận dạng thông tin do AUC cung cấp. HLR kết nối với các MSCvà VLR thông qua giao thức GSM MAP.

Bộ định vị tạm trú VLR (Visitor Loacation Register).

Là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC. Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC.

Khi MS lưu động vào một vùng MSC mới, VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời, HLR sẽ được thông báo MS đang ở vùng MSC nào. Các số liệu về thuê bao trong VLR chính xác hơn số liệu tương ứng trong HLR. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR. Khi MS tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị.

Chức năng của VLR được liên kết với chức năng MSC. MSC/VLR thực hiện chuyển mạch các cuộc gọi và trạm nên điểm điều khiển để cập nhật vị trí và chuyển giao MSC chủ yếu chịu trách nhiệm cho thiết lập, điều khiển cuộc gọi và tính cước.

Tổng đài GMSC (Gateway MSC)

Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến cho tổng đài vô tuyến cổng Gateway-MSC.

Nếu một thuê bao ở mạng cố định PSTN muốn thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng GSM/PLMN, tổng đài tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này đến MSC có trang bị một chức năng được gọi là chức năng cổng. MSC này gọi là MSC cổng và nó có thể là một MSC bất kỳ ở mạng GSM. G-MSC phải tìm ra vị trí của MS cần tìm bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký. HLR sẽ trả lời và MSC này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết. Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS. Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM. Như vậy, G-MSC có chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi.

Trung tâm nhận thực AUC (Authentication Center).

Được nối đến HLR, chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đường vô tuyến cũng được AUC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép.

Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register)

Để kiểm tra thiết bị di động, EIR sẽ kết nối với MSC qua một đường báo hiệu, cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế IMEI (International Mobile Equiptment Indentity) và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị. ME thuộc một trong ba danh sách sau:

- ME thuộc danh sách trắng (White list): được quyền truy nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký.

- ME thuộc danh sách xám (Gray list): có nghi vấn và cần kiểm tra.

- ME thuộc danh sách đen (Black list): cấm không cho truy nhập mạng.

1.3.5.3. Trạm di động MS (Mobile Station)

Trạm di động MS là đầu cuối di động, MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô tô. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến, MS còn phải cung cấp các giao diện với người sử dụng như: micro, loa, màn hình hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi, hoặc giao diện với các thiết bị khác như: giao diện với máy tính các nhân, FAX ….

Trạm di động MS bao gồm thiết bị trạm di động ME (Mobile Equipment) và một khối module nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identity Module).

ME (Mobile Equipment)

- Trên xe: lắp đặt trong xe, anten ngoài xe.

- Xách tay: anten không liền tổ hợp cầm tay.

- Cầm tay: anten liền với tổ hợp cầm tay, máy cầm tay nằm gọn trong lòng bàn

tay.

Module nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Indentity Module)

Là một card điện tử cắm vào ME để nhận dạng thuê bao và các loại dịch vụ mà

thuê bao đăng ký. Nhà cung cấp dịch vụ di động bán SIM cho thuê bao đăng ký.

Chức năng chính của MS:

- Thiết bị đầu cuối: thực hiện các dịch vụ người sử dụng (thoại, fax, số liệu).

- Kết cuối trạm di động: thực hiện chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến và mạng.

- Bộ thích ứng đầu cuối: liên kết thiết bị đầu cuối với kết cuối di động. Khi lắp đặt các thiết bị đầu cuối tuân theo tiêu chuẩn ISDN, thiết bị đầu cuối có giao diện với module.

1.3.5.4. Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS (Operation and Support System)

Hệ thống OSS được kết nối với tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyển mạch và nối đến BSC. OSS thực hiện 3 chức năng chính:

- Khai thác và bảo dưỡng mạng.

- Quản lý thuê bao và tính cước.

- Quản lý thiết bị di động.

1.4. GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO VÀ CÁC LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH

1.4.1. Giới thiệu về Arduino

Arduino là một board mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh viên Ý thiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm 2005. Mạch Arduino được sử dụng để cảm nhận và điều khiển nhiều đối tượng khác nhau. Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ từ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, và nhiều đối tượng khác. Ngoài ra mạch còn có khả năng liên kết với nhiều module khác nhau như module đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, … để tăng khả năng ứng dụng của mạch.

Arduino sử dụng ngôn ngữ lập trình C++ được điều khiển biên dịch bởi Arduino IDE và các trình biên dịch đi kèm.

Khả năng kết nối

Arduino có thể hoạt động hoàn toàn độc lập hoặc các Arduino có thể kết nối với nhau.

Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động, phát hiện kim loại, khí độc, …).

Ứng dụng của Arduino trong đời sống

 Làm robot.

 Máy bay không người lái.

 Máy in 3D.

 Điều khiển đèn tín hiệu giao thông.

 Điều khiển các thiết bị cảm biến ánh sáng, âm thanh,... .

Một số loại board Arduino thông dụng hiện nay

Hình 1.9. Một số loại Arduino thông dụng hiện nay.

1.4.1.1. Board Arduino UNO R3

Hiện phần cứng của Arduino có tất cả 6 phiên bản, các phiên bản thường được sử dụng nhiều nhất là Arduino Uno và Arduino Mega. Trong đó Arduino Uno được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới.

Hình 1.10. Board Arduino UNO thực tế.

Thông số kỹ thuật của Arduino UNO R3

Bảng 1.3. Một số thông số kỹ thuật của board Arduino UNO R3

Chip điều khiển chính

Atmega328P
Chip nạp và giao tiếp UART	Atmega16U2
Điện áp hoạt động	5V-DC (chỉ được cấp qua USB)
Tần số hoạt động	16 MHz
Dòng tiêu thụ	30 mA
Số chân Digital I/O	14 (6 chân PWM)
Số chân Analog	6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O	30 mA
Dòng ra tối đa (5V)	500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V)	50 mA
Bộ nhớ flash	32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi boarotloade
SRAM	2 KB (ATmega328
EEPROM	KB (ATmega328)