Đồ án Nghiên cứu tiến trình nâng cấp mạng thông tin di động GSM và giao thức

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 -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 -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 -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 -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 -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  -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 c