Lời mở đầu

Lúc bắt đầu đồ án em vẫn chưa biết chọn đề tài gì, chỉ biết làm về 3G. Sau 1

thời gian thực tập và làm báo cáo thực tập em có điều kiện đọc nhiều hơn về công

nghệ GSM. Em đã quyết định làm đề tài “ Nghiên cứu tiến trình nâng cấp mạng

thông tin di động GSM và giao thức”, giúp em hiểu mạng thông tin di động GSM

tiến lên 4G như thế nào và liên kết với những mạng thông tin khác như thế nào, đây

là bước đặt vấn đề. Bước tiếp theo là giải quyết vấn đề, em sẽ tìm hiểu sau khi đi

làm hoặc học cao học.

Để hoàn thành đề tài đúng thời hạn, người đầu tiên em xin chân thành cám

ơn là Thầy – Nguyên Ngọc Văn đã tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn. Người

tiếp là, Thầy Quế - Học viện bưu chính viễn thông; Bác Giao, anh Phương, anh

Thắng ở phòng NGN -Viện kỹ thuật bưu điện; anh Hồng Anh – ở đài chuyển mạch

của Mobifone đã giúp em tài liệu và hướng dẫn chọn đề tài và anh trai thì luôn động

viên để hoàn thiện đồ án sớm nhất có thể

Hà Nội, ngày 15 tháng 5 nămg 2008

Sinh viên

Lê Thị Thu Trang

http://www.ebook.edu.vn

-2-

Tóm tắt đồ án

Nội dung đồ án chia làm 2 phần

- Phần một: Trình bày theo tiến trình nâng cấp, phát triển của mạng thông tin di

động GSM. Nội dung của mỗi Chương tập trung chủ yếu vào core network đó là; sơ

đồ cấu trúc mạng (tương ứng với mỗi công nghệ), chức năng của phần tử trong

mạng, giao diện và các kỹ thuật được sử dụng.

- Phần hai: Khái quát chung một số giao thức sử dụng trong miền gói dữ liệu (từ

GPRS đến 4G) như RTP, BICC, H.248/MEGACO, SIP Giao thức giống như một

quy tắc giao thông giúp cho việc lưu thông được thông suốt hơn

Vì số lượng trang trong đồ án không cho phép nên em vẫn còn thiếu nhiều mảng vô

tuyến trong thông tin di động, và phần giao thức vẫn chưa kỹ. Em sẽ tìm hiểu sau

Thesis Summary

The thesis content is devided two parts:

- Part one: present the upgrade of GSM mobile communication from 2G(GSM)

to 4G. The content of each chapter concentrate on the core network, as the

network structure, the function of the elements in network, the interface and few

used technologies

- Part two: Introduce generally some protocols used in data package domain (from

GPRS to 4G) such as RTP, BICC, H.248/MEGACO, SIP The protocol is

similar to the traffic rule that help traffic thông suốt hơn

Beacause of the page limitation in the thesis. Therefore, I am short of the fields of

the radio in the mobile communication, and lack the details of a protocol. I will

study later

http://www.ebook.edu.vn

-3-

Mục Lục

Lời mở đầu 1

Tóm tắt đồ án 2

Mục Lục 3

Danh sách các Hình vẽ 7

Danh sách các bảng .8

Phần I Các công nghệ mạng thông tin di động GSM .9

Chương 1 Mạng thông tin di động GSM 9

1.1 Lịch sử phát triển 9

1.2 Hệ thống GSM 9

1.2.1 Các thành phần của hệ thống. 11

1.2.1.1 phân hệ vô tuyến .12

1.2.1.2 phân hệ chuyển mạch 14

1.2.2 Các giao diện trong mạng GSM .16

1.2.2.1 Giao diện A giữa BSS – MSC .16

1.2.2.2 Giao diện Abis giữa BSC – BTS .17

1.2.2.3 Giao diện B giữa MSC server – VLR .18

1.2.2.4 Giao diện C giữa HLR và MSC server .18

1.2.2.5 Giao diện D giữa HLR và VLR 18

1.2.2.6 Giao diện E giữa những MSC server .18

1.2.2.7 Giao diện F giữa MSC server và EIR .19

1.2.2.8 Giao diện G giữa những VLR .19

1.2.2.9 Điểm giao diện Nc giữa MSC server và GMSC server .19

1.2.2.10 Giao diện H giữa HLR và AuC 19

1.3 Sự phát triển hệ thống không dây .19

Chương 2 Công nghệ GPRS .21

2.1 giới thiệu chung về GPRS 21

2.2 Phần tử mới trong GPRS 22

2.2.1 Những Node hỗ trợ của GPRS 22

2.2.2 Sự phân biệt Data/Voice trong BSS .23

2.2.3 Đơn vị điều khiển kênh (Channel Control Unit) 23

2.2.4 Mạng tổng đài roaming GPRS .24

2.3 Giao diện trong mạng GPRS 25

2.3.1 Giao diện Gb giữa BSS và SGSN .25

2.3.2 Giao diện Gr giữa SGSN và HLR 25

2.3.3 Giao diện Gn và Gp giữa SGSN và GGSN .26

2.3.4 Giao diện Gc là đường báo hiệu giữa GGSN và HLR .26

2.3.5 Giao diện Gf giữa SGSN và EIR .26

2.3.6 Giao diện Gs giữa MSC/VLR và SGSN 26

2.4 Giao thức GPRS .27

http://www.ebook.edu.vn

-4-

Chương 3 Công nghệ GSM/EDGE .27

3.1 Sự khác nhau về kỹ thuật giữa GPRS và EDGE .27

3.2 Chuẩn hoá .30

3.3 Tương lai của GSM/EDGE là hướng tới WCDMA .31

3.4 Lợi ích của EGPRS 31

Chương 4 Công nghệ UMTS Release ‘99 .32

4.1 Tổng quan về UMTS (là 3G) .32

4.2 Những phần tử mới trong R99 .35

4.3 Giao diện mới trong R99 38

4.3.1 Giao diện Iu giữa UTRAN – CN .38

4.3.2 Giao diện Iu CS 38

4.3.3 Giao diện Iu PS .40

4.3.4 Giao diện Iu BC .40

4.3.5 Giao diện Iur giữa RNC – RNC .41

4.3.6 Giao diện Iub giữa RNC – Node B 43

Chương 5 Công nghệ UMTS Release 4 45

5.1 Giới thiệu 45

5.2 Kiến trúc chuyển mạch mềm R4 46

5.2.1 MSC server .47

5.2.2 Media gateway (MGW) .47

5.2.3 Gateway MSC server (GMSC server) .47

5.3 Những giao diện mới trong R4 48

5.3.1 Giao diện Mc: (G)MSC server tới CS-MGW .48

5.3.2 Giao diện Nc giữa MSC server và MSC server .49

5.3.3 Giao diện Nb giữa 2 MGW 49

Chương 6 Công nghệ UMTS Release 5 .50

6.1 UMTS Realease 5: Giới thiệu IMS 50

6.1.1 Những phần tử mới trong R5 .50

6.1.1.1 CSCF – Call Session Control Function 50

6.1.1.2 MGCF và MGW 52

6.1.1.3 HSS (Home Subscriber Server) .52

6.1.1.4 AS (Application Server) 52

6.1.1.5 BGCF (Breakout Gateway Control Function) 52

6.1.1.6 MRF (Multimedia Resource Function) 53

6.1.1.7 SLF (Subscription Location Function) .53

6.1.1.8 Cổng báo hiệu (SGW) .53

6.1.1.9 Cổng bảo mật 54

6.1.1.10 PDF (Policy Decision Function) 54

6.1.2 Những giao diện trong kiến trúc IMS .55

6.2 UMTS Realease 5: Truy cập gói downlink tốc độ cao (HSDPA) .57

6.3 UMTS Release 6 và Release 7 58

6.3.1 UMTS Release 6 58

6.3.2 UMTS Release 7 và xa hơn .58

Chương 7 Các công nghệ không dây khác .59

http://www.ebook.edu.vn

-5-

7.1 Mạng WLAN 59

7.1.1 Giới thiệu chung về WLAN .59

7.1.2 So sánh WLAN và UMTS .60

7.2 WiMax (chuẩn 802.16) .64

7.2.1 Tổng quan về WiMax (802.16) 64

7.2.2 So sánh 802.16 (WiMax) với UMTS, HSDPA, và WLAN .68

7.3 UMTS vệ tinh (satellite UMTS) .69

Chương 8 Tổng quan về 4G 73

8.1 Yêu cầu xây dựng mạng di động không dây thế hệ mới 4G 73

8.2. Các quan điểm tiếp cận mạng thế hệ mới 4G .73

8.2.1. Cách tiếp cận theo quan điểm hệ thống .73

8.2.2. Cách tiếp cận theo quan điểm tích hợp mạng 74

8.3. Định nghĩa mạng di động ALL-IP 4G .74

8.4. Các thế hệ công nghệ 75

8.5 Các đặc điểm công nghệ 4G .78

8.5.1 Hỗ trợ lưu lượng IP 79

8.5.2 Hỗ trợ tính di động tốt 79

8.5.3 Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau .79

8.5.4 Không cần liên kết điều khiển .80

8.5.5 Hỗ trợ bảo mật đầu cuối-đầu cuối 80

8.6 Các mô hình khuyến nghị cho 4G 81

8.6.1 Mô hình tham chiếu cho mạng di động 4G của mobile it forum .81

8.6.2 Mô hình tham chiếu cho mạng di động 4g của mobi dick .82

8.6.3 Mô hình tham chiếu cho mạng di động 4g của cisco .82

8.7 Mạng 4G tổng quát .83

8.8 KẾT LUẬN 84

Phần 2 Giao Thức và hiện trạng mạng di động ở Việt Nam 84

Chương 9 Giao thức trong Release 4 84

9.1 Giao thức RTP 84

9.1.1 RTP ở giao diện Nb .84

9.1.2 Bộ nhận dạng nguồn 85

9.1.3 Bảo mật với RTP 86

9.1.4 Sự dư thừa trong RTP 86

9.2 Giao thức SDP (Session Description Protocol) 86

9.3 MGCP (Media Gateway Control Protocol) 86

9.4 Giao thức H.248 88

9.4.1. Lịch sử phát triển. 88

9.4.1.1 MEGACO và MGCP .88

9.4.2 Các thuật ngữ và mô hình kết nối 89

9.4.2.1 Media Gateway .89

9.4.2.2 Termination và Context .90

9.4.2.3 Đặc tính, sự kiện, tín hiệu và thống kê .91

9.4.2.4 Định nghĩa Lệnh .92

9.4.2.5 Bản tin, giao dịch, hành động .93

http://www.ebook.edu.vn

-6-

9.4.2.6 Gói 94

9.4.2.7 Mô tả .95

9.4.3 Chi tiết về các lệnh .96

9.4.3.1 ADD .96

9.4.3.2 MODIFY 97

9.4.3.3 SUBTRACT 98

9.4.3.4 MOVE 99

9.4.3.5 SERVICECHANGE .100

9.4.3.6 NOTIFY 100

9.4.4 Các kịch bản .100

9.4.4.1 Khởi tạo MG (khởi động lạnh) 100

9.4.4.2 Thiết lập cuộc gọi 102

9.4.4.3 Giải phóng cuộc gói: kịch bản 1, kịch bản 2, kịch bản 3 102

9.4.4.4 Kiểm tra giá trị_AuditValue 102

9.5 BICC (Bearer-Independent Call Control) .103

9.6 Giao thức SIGTRAN 104

9.7 Tổng kết 104

Chương 10 Giao thức trong Release 5 105

10.1 Giao thức SIP (Session Initiation Protocol) 105

10.1.1 Đánh địa chỉ SIP .105

10.1.2 Những thành phần SIP .106

10.1.2.1 UA (User Agent) .106

10.1.2.2 Proxy Server 107

10.1.2.3 Registrar server .107

10.1.2.4 Redirect server 107

10.1.2.5 Location service 107

10.1.3 SIP messages (Những bản tin SIP) 107

10.1.4 SIP responses 109

10.1.5 Conferencing with SIP .109

Chương 11 Hiện trạng mạng di động ở Việt Nam .110

11.1 Hiện trạng công nghệ CDMA, GSM và WiMax trên thế giới .110

11.1.1 CDMA 110

11.1.2 GSM .111

11.1.3 WiMAX .111

11.2 Tình hình tại Việt Nam .111

11.3 Tình hình chuẩn bị lên 3G của các nhà khai thác viễn thông ở Việt Nam

.113

Chữ viết tắt 117

Tài liệu tham khảo .124

http://www.ebook.edu.vn

-7-

Danh sách các Hình vẽ

Hình 1.1: Mô hình hệ thống GSM 12

Hình 2.1: Tổng quan những thay đổi trong BSS và mạng lõi GSM .21

Hình 2.2: Mạng tổng đài Roaming GPRS (GRX) .24

Hình 2.3: Những lớp của giao diện Gb 25

Hình 2.4: Giao thức của GPRS 27

Hình 3.1: EGPRS giới thiệu những thay đổi trên BSS trong mạng GPRS .28

Hình 3.2: Biều đồ I/Q chỉ ra những ích lợi điều chế của EDGE .29

Bảng 3.2: Tốc độ và điều chế của MCS-1 tới MCS-9 29

Hình 3.3: Giao thức của EDGE .31

Hình 3.4: Hội tụ nhiều chuẩn khác nhau về EDGE 32

Hình 4.1: Vùng phủ sóng của UMTS .33

Hình 4.2: Những phần tử mới cho mạng UMTS 35

Hình 4.3: Kiến trúc phần truy nhập .36

Hình 4.4: Cấu trúc giao thức Iu CS .39

Hình 4.5: Cấu trúc giao thức Iu PS 40

Hình 4.6: Nhóm giao thức của giao diện Iur. 41

Hình 4.7: Giống giao thức giao diện Iur .43

Hình 4.8: Mô hình logic của Node B đối với FDD .44

Hình 5.1: Khái niệm mạng đơn đối với R4 UMTS 45

Hình 5.2: Những phần tử mới cho mạng UMTS R4 46

Hình 5.3: Kiến trúc mạng BICC với giao diện A và Iu 48

Hình 5.4: User plane cho UMTS R4 .49

Hình 6.1: Hệ thống phụ đa truy nhậm ( IP multimedia subsystem (IMS) ) 50

Hình 6.2: Chuyển đổi báo hiệu trong SGW 54

Hình 6.3: Kiến trúc IMS .55

Hình 7.1: Kiến trúc của WLAN 59

Hình 7.2: Tốc độ dữ liệu và sự phụ thuộc của chúng vào di động .61

Hình 7.3: Kiến trúc nối liền giữa WLAN IEEE 802.11 và UMTS .62

Hình 7.4: Quan hệ nối liền giữa IEEE 802.11 WLAN AP và 3G-SGSN .63

Hình 7.5: Sơ đồ hệ thống mạng WiMax .65

Hình 7.6: Dự đoán phát triển của hệ thống mạng và dịch vụ .66

Hình 7.7: Cấu trúc mạng WiMax trên nền IP .67

Hình 7.8: Kiến trúc mạng UMTS vệ tinh 69

Hình 7.9: Cấu trúc bên trong của cổng .69

Hình 7.10: Viễn cảnh vệ tinh trong suốt – Tích hợp ở Iub ( NodeB BP )

và ở Iu ( RNC BP ) .71

Hình 8.1: Các công nghệ không dây tích hợp mạng 4G 75

Hình 8.2: Mô hình tham chiếu cho mạng di động 4g của mobile it forum 81

Hình 8.3: Mô hình tham chiếu cho mạng di động 4g của mobi dick .82

Hình 8.4: Mô hình tham chiếu cho mạng di động 4g của cisco .82

Hình 8.5: Kết nối liên tục giữa các mạng 83

http://www.ebook.edu.vn

-8-

Hình 9.1: Điều khiển cổng phương tiện (media) .87

Hình 9.2: Lịch sử phát triển của H.248 88

Hình 9.3: Mô tả kết nối H.248 .89

Hình 9.4: Vị trí của RTP 91

Hình 9.5: Mối quan hệ giữa bản tin và giao dịch .94

Hình 9.6: Mối quan hệ giữa giao dịch, context và lệnh .94

Hình 9.7: Các mô tả .95

Hình 9.8: Kiến trúc của BICC .104

Hình 10.1: Kiến trúc thành phần SIP .106

Hình 11.1: Xu hướng phát triển các chuẩn viễn thông .112

Hình 11.2: Mạng GPRS của MobiFone 114

Danh sách các bảng

Bảng 1.1: Tốc độ từ CS-1 đến CS-4 .24

Bảng 3.1: GPRS và EDGE: So sánh thông tin kỹ thuật 28

Bảng 3.2: tốc độ và điều chế của MCS-1 tới MCS-9 29

Bảng 9.1: Header của RTP 85

Bảng 9.2: RTP payload type assignment 85

Bảng 9.3: So sánh MEGACO và MGCP 88

Bảng 10.1: Những giải pháp SIP .108

Bảng 10.2: Những lớp code trả lời của SIP 10