Tài liệu Nghiên cứu và xây dựng phương án thử nghiệm mạng NGN - MOBILE Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ VIỆT HÀ NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THỬ NGHIỆM MẠNG NGN-MOBILE VIỆT NAM Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông. Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử Mã số : 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS NGUYỄN CẢNH TUẤN HÀ NỘI - 2008 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................I DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................II DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................III MỞ ĐẦU .............................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC MẠNG MOBILE HIỆN TẠI.............................3 1.1. KHÁI QUÁT QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CÁC MẠNG MOBILE................ 3 1.2. MẠNG MOBILE CÔNG NGHỆ GSM .............................................................. 7 1.1.2. CẤU TRÚC ĐỊA LÝ MẠNG GSM................................................................ 7 1.2.2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GSM ...................................................................... 9 1.2.3. TRẠM DI ĐỘNG ........................................................................................ 13 1.2.4. PHÂN HỆ QUẢN LÝ - OSS ........................................................................ 14 1.3. MẠNG MOBILE CÔNG NGHỆ CDMA......................................................... 14 1.3.1. CDMA-ONE................................................................................................. 15 1.3.2. CDMA2000 .................................................................................................. 16 1.3.3. CẤU TRÚC VẬT LÝ MẠNG CDMA.......................................................... 16 1.4. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC MẠNG MOBILE HIỆN TẠI ..................... 18 1.5. NHỮNG HẠN CHẾ CỦA CÁC MẠNG DI ĐỘNG HIỆN TẠI...................... 20 1.6. XU THẾ PHÁT TRIỂN THEO NGN-MOBILE ............................................. 20 CHƯƠNG II: CẤU TRÚC MẠNG NGN-MOBILE.............................................22 2.1. ĐỊNH NGHĨA MẠNG NGN-MOBILE THEO ITU........................................ 22 2.2. CẤU TRÚC PHÂN LỚP CỦA NGN-MOBILE............................................... 23 2.3. CẤU TRÚC DỰA TRÊN SOFTSWITCH VÀ IMS ........................................ 25 2.3.1. CẤU TRÚC TRÊN CƠ SỞ SOFTSWITCH ................................................. 25 2.3.2. CẤU TRÚC TRÊN CƠ SỞ IMS................................................................... 29 2.4. TIẾN TRÌNH CHUYỂN ĐỔI LÊN NGN-MOBILE ....................................... 37 2.4.1. TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN NGN-MOBILE....................... 39 2.4.2. TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ CDMA LÊN NGN-MOBILE.................... 46 2.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGN-MOBILE TRÊN THẾ GIỚI................... 54 2.5.1. GIẢI PHÁP NGN-MOBILE CỦA CÁC NHÀ CUNG CẤP THIẾT BỊ ........ 55 2.5.2. CÁC MÔ HÌNH TRIỂN KHAI NGN-MOBILE TRÊN THẾ GIỚI .............. 59 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THỬ NGHIỆM MẠNG NGN-MOBILE TẠI VIỆT NAM ..................................................................................................63 3.1. XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG NGN-MOBILE VIỆT NAM ..................... 63 3.1.1. YÊU CẦU CHUNG...................................................................................... 63 3.1.2. XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG ............................................................... 64 3.2. NGUYÊN TẮC TỔ CHỨC MẠNG NGN-MOBILE TẠI VIỆT NAM .......... 66 3.2.1. PHÂN VÙNG MẠNG .................................................................................. 66 3.2.2. TỔ CHỨC CÁC LỚP TRONG CẤU TRÚC MẠNG.................................... 67 3.2.3. LIÊN KẾT GIỮA NGN-MOBILE VỚI CÁC MẠNG .................................. 71 3.3. XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN MẠNG NGN-MOBILE THỬ NGHIỆM ........... 73 3.3.1. YÊU CẦU VÀ CÁC MỤC TIÊU ................................................................. 73 3.3.2. CẤU TRÚC MẠNG MOBILE HIỆN TẠI.................................................... 74 3.3.3. XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THỬ NGHIỆM ............................................... 75 3.3.4. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VÀ QUY MÔ MẠNG THỬ NGHIỆM................. 79 3.3.5. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ....................... 90 KẾT LUẬN......................................................................................................100 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................101 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Xu hướng công nghệ và ứng dụng của các mạng Mobile .......................................... 3 Hình 1.2 Phân cấp cấu trúc địa lý và phân vùng mạng PLMN - GSM ..................................... 7 Hình 1.3 Vùng dịch vụ và vùng định vị trong GSM ................................................................ 8 Hình 1.4 Cấu trúc vật lý mạng GSM ....................................................................................... 9 Hình 1.5 Mạng tế bào CDMA cho cấu trúc IS-95 và CDMA2000......................................... 17 Hình 1.6 Cấu trúc tổng thể mạng thông tin di động ............................................................... 19 Hình 2.1 Cấu trúc phân lớp của NGN-Mobile ....................................................................... 24 Hình 2.2 So sánh cấu trúc chuyển mạch kênh với cấu trúc Softswitch................................... 25 Hình 2.3 Các phần tử và giao thức đặc trưng trong cấu trúc Softswitch................................. 26 Hình 2.4 Cấu trúc lớp chức năng của softswitch.................................................................... 28 Hình 2.5 Cấu trúc lớp chức năng IMS ................................................................................... 30 Hình 2.6 Liên kết thực thể trong lớp ứng dụng với CSCF và HSS ......................................... 31 Hình 2.7 Giao diện Diameter giữa HSS, SLF và CSCF ......................................................... 35 Hình 2.8 Liên kết các thực thể trong IMS với các mạng ngoài .............................................. 36 Hình 2.9 Mô hình tiến hóa của các mạng di động.................................................................. 38 Hình 2.10 Cấu trúc và giao diện trong 3GPP-R99 ................................................................. 40 Hình 2.11 Cấu trúc và giao diện trong 3GPP-R4 ................................................................... 42 Hình 2.12 Cấu trúc và giao diện trong 3GPP-R5 ................................................................... 43 Hình 2.13 Kiến trúc mạng của 3GPP LTE............................................................................. 45 Hình 2.14 Lộ trình tiến hóa của hệ thống CDMA.................................................................. 46 Hình 2.15 Các bước tiến hóa trong cấu trúc mạng lõi CDMA ............................................... 51 Hình 2.16 Cấu trúc bổ sung LMSD ....................................................................................... 52 Hình 2.17 Cấu trúc chuyển đổi R12/R5 của Ericson.............................................................. 56 Hình 2.18 Cấu hình TAO sau chuyển đổi............................................................................. 60 Hình 2.19 Cấu trúc mạng giai đoạn 4 của China Unicom ...................................................... 61 i Hình 3.1 Thị phần của các nhà cung cấp di động lớn tại Việt Nam....................................... 63 Hình 3.2 Cấu trúc mạng NGN-Mobile .................................................................................. 64 Hình 3.3 Nguyên tắc phân vùng mạng .................................................................................. 66 Hình 3.4 Tổ chức lớp dịch vụ................................................................................................ 67 Hình 3.5 Tổ chức lớp điều khiển........................................................................................... 68 Hình 3.6 Tổ chức lớp truyền tải ............................................................................................ 69 Hình 3.7 Kết nối với mạng GSM-TDM................................................................................. 71 Hình 3.8 Kết nối với mạng PSTN ......................................................................................... 72 Hình 3.9 Kết nối với mạng NGN cố định .............................................................................. 72 Hình 3.10 Mạng di động hiện tại của VNPT ......................................................................... 75 Hình 3.11 Liên kết MSOFTX3000 và các thực thể mạng ...................................................... 83 Hình 3.12 Các giao thức liên kết mạng của MSOFT3000...................................................... 84 Hình 3.13 Cấu trúc chức năng của UMG8900 trong liên kết mạng........................................ 85 Hình 3.14 Cấu trúc và vị trí của SGSN9810 trong miền lõi PS .............................................. 86 Hình 3.15 Giao diện liên kết các thực thể mạng của GGSN9811........................................... 86 Hình 3.16 Mô hình mạng truy nhập với RNC-BSC6800 ....................................................... 87 Hình 3.17 Cấu trúc iManager2000 ........................................................................................ 88 Hình 3.18 Cấu trúc mạng thử nghiệm NGN-Mobile.............................................................. 89 Hình 3.19 Kiến trúc QoS End to End .................................................................................... 98 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Lưu lượng người dùng trong giờ bận ....................................................................... 91 Bảng 2: Lưu lượng người dùng trung bình trong BH............................................................. 91 Bảng 3: Các tham số giả thiết tính toán quỹ đường truyền..................................................... 92 Bảng 4: Kích thước vùng phủ ............................................................................................... 92 Bảng 5: Lưu lượng trung bình BH quy đổi của mỗi thuê bao................................................. 93 Bảng 6: Lưu lượng người dùng cho mỗi RNC....................................................................... 94 Bảng 7: Thông số QoS cơ bản đối với dịch vụ tải.................................................................. 99 ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1G 1xEV-DO 1xEV-DV 1xRTT 2G 3G 3GPP 3GPP2 3xRTT AAA AC ACM A-F AMPS API A-RACF AS AS-F ATM AuC BcN BGCF BGF BICC BSC BSS BSSAP BTS CA CA-F First Generation 1x Evolution-Data Only 1x Evolution-Data Voice 1x Radio Transmission Technology Second Generation Third Generation Third - Generation Partnership Project Third - Generation Partnership Project 2 3x Radio Transmission Technology A Authentication, Authorization, and Accounting Authentication Center Adaptive Modulation and Coding Accounting Funtion Advanced Mobile Phone Systems Aplication Programming Interface Access- Routing Area Code Function Application Server Application Server Function Asynchronous Transfer Mode Authentication Center B Broadband convergence Network Breakout Gateway Control Function Border Gateway Funtion Bearer Independent Call Control Base Station Controller Base Station SystemBase Station System Application Part Base Transceiver Station C Certification Authority Call Agent Funtion iii CAMEL CAP CDMA CDR CG CN CS CSCF CS-MGW DAMPS DHCP DMB DNS DS-CDMA EDGE EIA EIR ETSI FDD FPLMTS FTTH GMSC GERAN GGSN G-MSC GPRS GSM GSTN HARQ HLR HLRe HSPA Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic CAMEL Application Part Code Division Multiple Access Call Detail Record Charging Gateway Core Netwwork Circuit Switched Call Session Control Function Circuit Switched Media Gateway D Digital Advanced Mobile Phone Service Dynamic Host Configuration Protocol Digital Multimedia Broadcasting Domain Name System Direct Sequence Code Division Multiple Access E Enhanced Data Rates for Global GSM Evolution Electronic Industries Association Equypment Identity Register European Telecommunications Standards Institute F Frequency Division Duplex Future Public Land Mobile Telecommunications System Fiber To The Home G Gateway Mobile Switching Center GSM EDGE Radio Access Network Gateway GPRS Support Node Gateway - Mobile Service Switching Center General Packet Radio Service Global System for Mobile Communications General Switched Telephone Network H Hybrid Automatic Repeat-Request Home Location Register Home Location Register emulation High-Speed Packet Access iv HSPDA HSS IAS I-CSCF IETF IMEI IMS IM-SSF IN INAP IP IPv4/ IPv6 ISUP ITU ITU-T IWF L2TP LA LAN LDAP LMSD LTE MAP MBMS MC-CDMA MG MGC MGCF MGW MIMO MMD MMS MPLS MRC High Speed Downlink Packet Access Home Subscriber Server I IMS Application Server Interrogating Call State Control Function Internet Engineering Task Force International Mobile Equypment Identity IP Multimedia Session Subsystem IP Multimedia Service Switching Function Intelligent Network Intelligent Network Application Part Internet Protocol Internet Protocol version 4/ version 6 ISDN User Part International Telecommunications Union ITU Telecommunication Standardization Sector Interworking Function L Layer-2 Tunneling Protocol Location Area Local Area Network Lightweight Directory Access Protocol Legacy MS Domain Long Term Evolution M Mobile Application Part Multimedia Broadcast and Multicast Service Multi-Carrier Code Division Multiple Access Media Gateway Media Gateway Controller Media Gateway Control Function Media Gateway Multi In Multi Out Multimedia Domain Multimedia Messaging Service Multi Protocol Label Switching Multimedia Resource Controller v MRF MRFC MRFP MS MSC MSCe MS-F MSISDN MWIF NAM N-AMPS NMS NNI OMC OSS OSA OSA-API OSA-SCS PCF P-CSCF PDF PDN PDNS PDP PDS PIN PPP PS PSPDN PSS PSTN QoS Multimedia Resource Function Multimedia Resource Function Controller Media Resource Function Processor Mobile Station Mobile-services Switching Center Mobile Switching Center emulation Media Server Function Mobile Subscriber ISDN Number Mobile Wireless Internet Forum N Network Architecture Model Narrowband AMPS Network Management System Network to Network Interface O Operation and Maintenance Center Operation and Support System Open Service Access OSA -Application Programming Interface Open Service Access-Serving Capability Server P Policy Control Funtions Proxy Call State Control Function Policy Decision Function Packet Data Network Packet Data Serving Node Packet Data Protocol Packet Data Subsystem Personal Identity Number Point-to-Point Protocol Packet Switched Packet Switched Public Data Network Packet-switched Streaming Services Public Switched Telephone Network Q Quality of Service R vi RAC RACS RADIUS RAN RANAP R-F RN RNC RNS RTCP SCP SCPe S-CSCF SDMA SBC SG/ SGW SGCP SGSN SIGTRAN SIM SIP SIP-AS SIP-T SLF SMS SN SNMP SS7 STP SS TACS TCAP TCP TDD TDMA Routing Area Code Resource and Admission Control Subsystem Remote Authentication Dial In User Service Radio Access Network Radio Access Network Application Part Routing Funtion Radio Network Radio Network Controller Radio Network Subsystem Real-Time Transport Protocol S Service Control Point Service Control Point emulation Serving Call State Control Function Spatial Division Multiple Access Session Border Controllers Signal Gateway Simple Gateway Control Protocol Serving GPRS Support Node Signaling Transport Protocol Subscriber Identity Module Session Initiation Protocol SIP-Access Server SIP for Telephone Subscriber Location Funtion Short Message Service Service Node Simple Network Management Protocol Signaling System No. 7 Signalling Transfer Point Switching System T Total Access Communications Services Transactional Capabilities Application Part Transmission Control Protocol Time Division Duplex Time Division Multiple Access vii TE TFO TIA TMN TMSI TRAU TrFO UDP UE UMB UMTS UNI USIM UTRAN ViG VLR VMSC VoIP VPN WB-AMR WCDMA WIMAX WLAN Terminal Equypment Tandem Free Operation Telecommunications Industry Association Telecommunication Management Network Temporary Mobile Subscriber Identity Transcoding and Rate Adapter Unit Transcoder Free Operation U User Datagram Protocol User Equypment Ultra Mobile Broadband Universal Mobile Telecommunications System Network to User Interface UMTS Subscriber Identity Module UMTS Terrestrial Radio Access Network V Video Gateway Visitor Location Register Visited Mobile Switching Center Voice over IP Virtual Private Network W Wide Band Adaptive Multi-Rate. Wideband Code Division Multiple Access Worldwide Interoperability for Microwave Access Wireless Local Area Network viii 1 MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển không ngừng của thị trường viễn thông Thế giới, thị trường viễn thông Việt Nam cũng đang phát triển một cách mạnh mẽ. Áp lực cạnh tranh giữa các nhà khai thác dịch vụ viễn thông, đặc biệt là dịch vụ thông tin di động ngày càng tăng. Hạ tầng mạng thông tin di động 2G, 2,5G tại Việt Nam đã được khai thác tối đa cho các dịch vụ truyền thống. Để có hạ tầng mạng thích hợp cung cấp các dịch vụ mới trên nền IP, các dịch vụ truyền thông đa phương tiện multimedia, các dịch vụ hội tụ Di động - Cố định…, với giá thành thấp, đòi hỏi các nhà khai thác cần có những bước chuyển đổi, nâng cấp hạ tầng mạng với những lộ trình cụ thể. Đứng trước xu hướng tự do hóa thị trường, cạnh tranh và hội nhập, việc nâng cấp và chuyển đổi mạng di động hiện tại theo hướng NGN với các công nghệ phù hợp là một giải pháp tất yếu hiện nay đối với các nhà cung cấp dịch vụ di động. Giải pháp này đã được nhiều hãng thiết bị đề xuất và nhiều nhà khai thác triển khai trên thực tế với những kết quả rất khả quan. Các tổ chức tiêu chuẩn lớn trên thế giới như 3GPP, ETSI, ITU, 3GPP2, TISPAN… cũng đã chuẩn hoá cấu trúc hệ thống này. Trước các yêu cầu thực tế đó, việc xây dựng cấu trúc mạng NGN-Mobile thử nghiệm, nhằm mục đích đưa ra một công cụ đánh giá khả năng triển khai mạng thông tin di động và cung cấp các dịch vụ tiên tiến phù hợp với hạ tầng truyền dẫn và điều kiện địa lý thực tế tại Việt Nam sẽ có ý nghĩa về mặt thực tiễn. Đây chính là mục đích lựa chọn của luận văn: “NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THỬ NGHIỆM MẠNG NGN-MOBILE VIỆT NAM”. Nội dung luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan các mạng Mobile hiện tại Giới thiệu tổng quan về đặc điểm cấu trúc của các mạng thông tin di động hiện tại, những hạn chế xuất phát từ cấu trúc và khả năng cung cấp dịch vụ của các mạng thông tin di động này. Từ đó, đề cập đến xu thế phát triển tất yếu của các các mạng di động theo mô hình NGN. 2 Chương 2: Cấu trúc mạng NGN-Mobile Trình bày về nguyên tắc, cấu trúc, các phần tử cơ bản của mạng NGNMobile, tiến trình chuyển đổi các mạng di động sang NGN-Mobile. Giới thiệu một số nghiên cứu và các các giải pháp chuyển đổi sang NGNMobile của một số quốc gia, các nhà cung cấp thiết bị trên thế giới. Thông qua các mô hình đã và đang được triển khai có thể phân tích và rút ra các bài học kinh nghiệm trong việc ứng dụng vào triển khai tại Việt Nam. Chương 3: Xây dựng phương án thử nghiệm mạng NGN-Mobile tại Việt Nam. Xây dựng nguyên tắc, cấu trúc và các phần tử mạng NGN-Mobile tại Việt Nam. Giải quyết các vấn đề liên kết giữa mạng NGN-Mobile Việt Nam với các mạng thông tin hiện có. Trên cơ sở cấu trúc mạng NGN-Mobile đã xây dựng, kết hợp với việc phân tích các mô hình đã được triển khai trên thế giới, lựa chọn phần tử mạng và xây dựng mạng NGN-Mobie thử nghiệm có tính mở, phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam. NGN-Mobile là xu hướng tất yếu cho các mạng di động hiện nay, nhưng lại là một lĩnh vực rất mới, hạn chế về tài liệu. Hơn nữa, phạm vi của luận văn đòi hỏi phải tiếp cận nhiều cấu trúc hệ thống trong một phạm vi rộng. Chính vì vậy, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các Thầy, Cô và các đồng nghiệp. Để hoàn thành luận văn này tôi đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều của các Thầy, Cô và đồng nghiệp. Qua đây, cho tôi gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô trong khoa Điện tử - Viễn thông, Đại học Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội, các bạn bè, đồng nghiệp tại: Ban Viễn thông-VNPT, công ty Vinaphone, Mobiphone, Viettel, VTI, VTN… Đặc biệt, cho tôi gửi lời biết ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Cảnh Tuấn, người đã hết sức tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Học viên Lê Việt Hà 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC MẠNG MOBILE HIỆN TẠI 1.1. KHÁI QUÁT QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CÁC MẠNG MOBILE Một thế hệ thông tin di động mới thường được đánh dấu bằng những cải tiến quan trọng về đặc điểm cấu trúc và tính năng hoạt động. Trong lịch sử, các mạng mobile đã phát triển qua ba thế hệ. Các thế hệ mobile thường được định nghĩa thông qua các công nghệ giao tiếp không gian, công nghệ truyền tải, cũng như khả năng cung cấp dịch vụ tới người dùng. Để có cái nhìn khái quát về quá trình phát triển của các thế hệ thông tin di động, có thể mô tả một cách tổng quan các thế hệ mobile, các công nghệ truyền tải và các ứng dụng của nó như sau: Hình 1.1 Xu hướng công nghệ và ứng dụng của các mạng Mobile Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) Ở thế hệ thứ nhất: công nghệ sử dụng dựa trên cơ sở tế bào tương tự (analog cellular technology). Thế hệ di động này đáp ứng các ứng dụng điện thoại di động cơ bản, dựa trên công nghệ truy cập phân chia theo tần số (FDMA) để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động. Nhược điểm của các hệ thống này là chất lượng thấp, vùng phủ sóng hẹp và dung lượng nhỏ. Các hệ thống này phát triển ở cả Châu Âu, Bắc Mỹ và Nhật Bản. Có thể đưa ra một số mạng di động tiêu biểu của thế hệ 1G như sau: - Hệ thống di động tổ ong tương tự đầu tiên của hãng NTT được đưa ra năm 1979. 4 - Tiếp sau đó, hệ thống điện thoại di động của Bắc Âu (NMT-Nordic Mobile Telephone) được đưa vào khai thác năm 1981. Hệ thống này hoạt động ở cả hai băng tần 450-900MHz. - Năm 1983, Mỹ cho ra đời hệ thống thông tin di động tiên tiến (AMPSAdvance Mobile Phone System). Tiếp theo, năm 1985, hệ thống thông tin truy nhập tổng thể (TACS-Total Access Communication) được bắt đầu sử dụng ở nước Anh và sau đó là ở Đức. - Năm 1991, Mỹ phát triển hệ thống AMPS thành hệ thống AMPS băng hẹp N-AMPS (Narrowband AMPS). Với một số thay đổi về băng tần, hệ thống N-AMPS có thể phục vụ nhiều thuê bao hơn mà không cần thêm các cell mới. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) Các mạng vô tuyến thế hệ thứ 2 bắt đầu xuất hiện từ đầu những năm 1990. Chúng có những cải tiến đáng kể so với các mạng vô tuyến 1G. Trong đó, công nghệ truyền dẫn và xử lý tín hiệu số được sử dụng nhằm tăng cường dung lượng hệ thống vô tuyến và nâng cao hiệu suất phổ. Các tiêu chuẩn cho mạng lõi và mạng truy nhập được cải tiến để nâng cao chất lượng thoại, hỗ trợ chuyển vùng giữa các mạng của các nhà khai thác khác nhau và giữa các quốc gia với nhau. Các mạng tiêu biểu cho 2G có thể kể đến như sau: - Tại Bắc Mỹ: Hai tiêu chuẩn 2G chính được đưa ra trong những năm 1990 là: IS-136 cho các hệ thống Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và IS-95 cho các hệ thống Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA). - Tại Châu Âu: Các quốc gia Châu Âu quyết định cùng tham gia phát triển bộ tiêu chuẩn cho hệ thống vô tuyến 2G và mạng lõi 2G để thay thế các hệ thống vô tuyến 1G đã được sử dụng tại Châu Âu. Kết quả là GSM (Global System for Mobile communications) ra đời. GSM hoạt động ở băng tần 900Mhz và 1800Mhz ở Châu Âu và băng tần 800Mhz và 1900Mhz tại Mỹ. - Năm 1993, NTT đưa ra tiêu chuẩn di động số đầu tiên của nước này (JPD-Japanish Personal Digital Cellular System) và phát triển hệ thống thông tin 5 di động số cá nhân (PDC-Personal Digital Cellular) với băng tần hoạt động là 900-1400MHz. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2,5G Trong quá trình phát triển của mình, rất nhiều mạng di động thế hệ 2G đã ứng dụng công nghệ chuyển mạch gói (những mạng 2G tích hợp công nghệ chuyển mạch gói này còn được biết đến với cái tên 2,5G). Đây có thể coi là một bước ngoặt đáng kể trong quá trình chuyển tiếp giữa 2G và 3G và có tác động rất lớn đến những người sử dụng dịch vụ. Vào năm 1999, DoCoMo lần đầu tiên đưa ra dịch vụ I-mode, đặt dấu mốc quan trọng trong việc chuyển đổi từ 2G sang 2,5G. Đây được coi như một động lực hướng đến người dùng của nhà cung cấp dịch vụ. I-mode đã trở thành dịch vụ đầu tiên trên thế giới cho phép các thiết bị cầm tay thông minh sử dụng trình duyệt định vị và truy cập các trang web. Các cải tiến trong các dịch vụ dữ liệu không dây, dạng gói, cho phép một người dùng có thể sử dụng dịch vụ trên nhiều thiết bị cầm tay khác nhau. Thêm vào đó, chức năng tính toán di động của các dịch vụ này cũng cho phép người dùng thực hiện các tiện ích đa dạng khác như: Telephone Banking, đặt chỗ máy bay, giao dịch chứng khoán, gửi/nhận thư điện tử, chơi game, xem các bản tin thời tiết, truy cập web… Một hệ thống tiêu biểu trong các tiện ích tính toán di động có thể kể đến là DPC-P (Pesonal Digital Cellunar Packet). Trong hệ thống DPC-P người ta sử dụng các gói dữ liệu trên giao diện không gian, trong khi vẫn sử dụng mạng chuyển mạch kênh DPC. Điều này cho phép người sử dụng có thể tùy chọn các dịch vụ dữ liệu trên cơ sở gói. Dịch vụ I-mode hoạt động trên cơ sở các dịch vụ gói này, nhờ vào đó nó vẫn tiếp tục gặt hái được những thành công. Tiếp theo sự thành công của mạng DPC-P, GPRS-General Packet Radio Service được biết như một dịch vụ giá trị gia tăng phi thoại. Dịch vụ này cho phép người sử dụng có thể gửi và nhận thông tin qua mạng thông tin di động. Mạng thông tin di động 2,5G có thể dễ dàng kết nối và gửi, nhận thông tin ngay lập tức. Chính vì vậy, các thiết bị mobile 2,5G còn được gọi như các thiết bị “mọi lúc, mọi nơi – always connected, always on” [8]. Các kết nối dịch vụ 6 Internet cung cấp cho người sử dụng trong mạng 2,5G được coi là một chức năng nhảy vọt trong quá trình phát triển của mạng mobile. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) Ngày nay, các mạng thông tin di dộng ngày nay đang tiến tới một hệ thống thế hệ thứ ba (3G). Các mạng di động 3G với đặc điểm: có khả năng mang dung lượng thoại lớn hơn, kết nối dữ liệu di động tốc độ cao hơn, sử dụng các ứng dụng đa phương tiện... Các hệ thống di động thế hệ này cũng cung cấp các dịch vụ thoại với chất lượng tương đương các hệ thống hữu tuyến và dịch vụ truyền số liệu có tốc độ từ 144Kbps đến 2Mbps (lớn hơn rất nhiều tốc độ 9,6 kbps ở mạng 2G và lớn hơn vài chục lần so với mạng 2,5G). Các tiêu chuẩn về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đã được ITU-R tiến hành chuẩn hoá cho IMT-2000. Tại thời điểm hiện tại, mạng di động 3G dã được triển khai ở một số Quốc gia trên thế giới và một số Quốc gia khác cũng sớm triển khai mạng này trong tương lai gần. Hệ thống thông tin di động 3,5G và 4G Hệ thống 3,5G là sự nâng cấp của 3G sử dụng các công nghệ như công nghệ truy cập gói dữ liệu tốc độ cao HSPDA (High Speed Downlink Packet Acces), song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex) và các công nghệ đặc quyền như Flash OFDM. Mạng 3,5G và 4G là một sự hội tụ của nhiều công nghệ mạng hiện có và đang phát triển như 2G, 3G, WiMAX, Wi-Fi, IEEE 802.20, IEEE 802.22, pre4G, UMB, satellite… Nó không hẳn chỉ giới hạn như là một mở rộng của mạng tế bào. Với các công nghệ tiên tiến, thế hệ mạng 3,5G/4G mang tính chất hội tụ rõ nét để cung cấp kết nối vô tuyến đúng nghĩa: rộng khắp, mọi lúc, mọi nơi, không kể mạng thuộc nhà cung cấp nào, không kể người dùng đang dùng thiết bị di động gì. Người dùng trong các mạng thuộc thế hệ này có thể kết nối mạng bất cứ nơi đâu với tốc độ cao, giá thành thấp, dịch vụ chất lượng đảm bảo và mang tính đặc thù cho từng cá nhân. 7 1.2. MẠNG MOBILE CÔNG NGHỆ GSM Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile Communications) là một tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động số toàn Châu Âu đã được ETSI (European Telecommunication Standard Institute - Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu) phát triển. Đây là một trong những công nghệ mạng điện thoại di động phổ biến nhất trên thế giới. Cho đến nay, công nghệ này có hơn 2 tỷ thuê bao sử dụng trên phạm vi toàn thế giới. Giao tiếp vô tuyến của GSM dựa trên công nghệ TDMA (Đa truy nhập phân chia theo thời gian) kết hợp với FDMA (Đa truy nhập phân chia theo tần số). Ưu điểm của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh và truyền số liệu với chất lượng cao còn cho phép dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau do công nghệ GSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ. 1.1.2. CẤU TRÚC ĐỊA LÝ MẠNG GSM Trong hệ thống GSM, mạng được phân chia thành các phân vùng địa lý, bao gồm: Tế bào (cell), các vùng định vị (LA), các vùng dịch vụ (MSC/VLR) và các vùng mạng (PLMN). 1.2.1.1. VÙNG MẠNG PLMN Phân cấp đầu tiên trong các vùng địa lý GSM là vùng mạng PLMN (Public Land Mobile Network). Đây là vùng dịch vụ mà tại đó vùng phục vụ thuộc một nhà khai thác dịch vụ. PLMN có thể là một hay nhiều vùng trong một quốc gia tùy theo kích thước của vùng phục vụ. Hình 1.2 Phân cấp cấu trúc địa lý và phân vùng mạng PLMN - GSM 8 Các đường truyền kết nối giữa mạng di động GSM/PLMN và các mạng khác đều ở mức tổng đài trung kế Quốc gia hay Quốc tế. Tất cả các cuộc gọi vào hay ra mạng GSM/PLMN đều được định tuyến thông qua tổng đài vô tuyến cổng G-MSC (Gateway - Mobile Service Switching Center). 1.2.1.2. VÙNG DỊCH VỤ MSC/VLR Vùng dịch vụ MSC/VLR là một phần của mạng GSM. Nó là vùng phục vụ của một MSC. Mọi thông tin để định tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động hiện đang trong vùng phục vụ của MSC được lưu giữ trong bộ ghi định vị tạm trú VLR. Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng dịch vụ MSC/VLR. 1.2.1.3. VÙNG ĐỊNH VỊ Hình 1.3 Vùng dịch vụ và vùng định vị trong GSM Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị LA (LA - Location Area). Vùng định vị là một phần của vùng dịch vụ MSC/VLR, mà ở đó một MS có thể hoạt động mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này. Vùng định vị này là một vùng mà ở đó thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm một thuê bao di động bị gọi. Vùng định vị LA được hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động. 1.2.1.4. CELL (Tế bào) Vùng định vị được chia thành một số cell (tế bào) mà khi MS di chuyển trong đó thì không cần cập nhật thông tin về vị trí với mạng. Cell là đơn vị cơ sở 9 của mạng, là một vùng phủ sóng vô tuyến. Mỗi cell được quản lý bởi một trạm vô tuyến gốc BTS. 1.2.2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GSM Hình 1.4 Cấu trúc vật lý mạng GSM Có rất nhiều thành phần trong một mạng thông tin tế bào. Tuy nhiên, cấu trúc của một hệ thống GSM có thể phân chia thành bốn phân hệ chính như sau: ü Phân hệ chuyển mạch (Switching System – SS) ü ü ü Phân hệ trạm gốc (Base Station System- BSS) Trạm di động (Mobile Station – MS) Phân hệ quản lý (Operation and Support System - OSS) 1.2.2.1. PHÂN HỆ CHUYỂN MẠCH - SS Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao, đôi khi phân hệ này còn được gọi là mạng lõi CN (core network) của hệ thống. 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 SS bao gồm các khối chức năng chính sau: ü ü Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC Thanh ghi định vị thường trú HLR