Báo hiệu trong GSM

Báo hiệu số 7 trong mạng di động GSM GVHD: Đàm thị Mỹ Hạnh SVTH: Phạm Ngọc Tân

1

1. Cấu trúc tổng quan mạng GSM :

Hình 1: Cấu trúc mạng GSM Truyền lưu lượng

Truyền báo hiệu Ghi chú : SS : Hệ thống chuyển mạch

VLR

AUC

EIR

MSC

HLR

BSC

MS

ISDN

PSPDN

CSPDN

PSTN

PLMN

OMC

BTS


2

AUC : Trung tâm nhận thực VLR : Bộ đăng kí định vị tạm trú HLR : Bộ đăng kí định vị thường trú EIR : Bộ ghi nhận dạng thiết bị MSC : Trung tâm chuyển mạch di động BSS : Hệ thống trạm gốc BSC : Đài điều khiển trạm gốc BTS : Trạm phát gốc MS : Máy di động OMC : Trung tâm vận hành và bảo dưỡng ISDN : Mạng số tích hợp đa dịch vụ PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng CSPDN : Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh PLMN : Mạng di động công cộng mặt đất MS : Máy di động 2. Khái niệm chung về báo hiệu : Trong thông tin thoại báo hiệu có nghĩa là chuyển và hướng dẫn thông tin từ một điểm tới 1 điểm khác thích hợp để thiết lập , giám sát và giải phóng cuộc gọi . Thông thường tín hiệu báo hiệu chia làm 2 loại : tín hiệu báo hiệu mạch vòng thuê bao và tín hiệu báo hiệu giữa các tổng đài . Tín hiệu báo hiệu giữa các tổng đài được chia thành tín hiệu báo hiệu kênh liên kết (CAS) ví dụ như tín hiệu báo hiệu trong băng hoặc ở kênh lien kết gần với kênh thoại . Thứ 2 là báo hiệu kênh chung (CCS) có nghĩa là tất cả các tín hiệu báo hiệu ở 1 kênh tách biệt với tín hiệu thoại và kênh báo hiệu này được dung cho 1 số lượng lớn các kênh thoại

Hình 1 : phân loại các tín hiệu báo hiệu

a. Báo hiệu giữa các tổng đài :

Tín hiệu báo hiệu

Thuê bao dấu nối tới tổng đài

Tổng đài nối tới tổng đài

CAS CCS


3

Thông tin báo hiệu giữa các tổng đài bao gồm tín hiệu đường dây và tín hiệu của bộ đăng ký . Các tín hiệu của bộ đăng ký được sử dụng trong quá trình thiết lập cuộc gọi để chuyển giao địa chỉ và loại thông tin . Các tín hiệu đường dây được sử dụng trong suốt quá trình diễn ra cuộc gọi để giám sát trạng thái của đường dây các tín hiệu như vậy được mang hay liên kết trực tiếp với kênh thoại cho nên kiểu báo hiệu truyền thống này gọi là báo hiệu kênh liên kết

Hình 2 : Các tín hiệu báo hiệu giữa các tổng đài b. Các loại báo hiệu : - Báo hiệu kênh liên kết CAS - Báo hiệu kênh chung CCS : ở đây ta tập trung nói về hệ thống báo

hiệu số 7 - Ưu điểm của hệ thống báo hiệu số 7 :

Xử lý nhanh : Trong hầu hết các trường hợp , thời gian thiết lập cuộc gọi giảm xuống còn dưới 1s

Dung lượng cao : mỗ kênh báo hiệu có thể xử lý tín hiệu báo hiệu cho vài nghìn cuộc gọi một lúc

Tính kinh tế : Cần số lượng thiết bị ít hơn so với các hệ thống báo hiệu truyền thống

Độ tin cậy cao : Nhờ sử dụng các tuyến báo hiệu đan xen nên mạng báo hiệu số 7 có độ tin cậy cao

Linh hoạt : Hệ thống chứa nhiều loại tín hiệu , có thể sử dụng cho nhiều mục đích chứ không chỉ riêng cho thoại

Chiếm

B trả lời

Xóa ngược Xóa thuận

Tổng đài Tổng đài

Con số của B

Đàm thoại


4

Do có nhiều ưu điểm như trên nên hệ thống báo hiệu số 7 được ứng dụng rất nhiều trong các dịch vụ viễn thông mới như : PSTN , ISDN , IN , PLMN . Sau đây ta đi tìm hiểu hoạt động của báo hiệu số 7 trong mạng GSM.

3. Báo hiệu số 7 trong GSM

Hình 3 : Báo hiệu số 7 trong mạng GSM

Báo hiệu trong mạng di động phức tạp hơn rất nhiều so với báo hiệu trong mạng điện thoại thông thường vì các MS thường xuyên di động nên thường xuyên phải cập nhật vị trí địa lý tương đối của nó them 1 yêu cầu nữa là phải có tín hiệu báo hiệu lúc MS di chuyển sang ô bên cạnh , từ các điều này yêu cầu phải có 1 hệ thống báo hiệu nhanh và chính xác

a. Các bản tin báo hiệu trong việc thiết lập một cuộc gọi Cuộc gọi của thuê bao di động đến thuê bao cố định :

ISDN

GMSC

MSC

PSTN

BSC

MS

VLR

VLR

AUC

HLR EIR

MSC

Hệ thống

trạm gộc (BSS)

Hệ thống

chuyển mạch (SS) MAP

MAP

MAP

MAP MAP

MAP

MAP (chuyển ô ) ISUP

TUP

BTS

LAPD

LAPDm

BSSA


5

i. Giả thiết MS đang hoạt động thiết bị dò tần số GSM để tìm kênh điều khiển. Sau đó, thiết bị đo cường độ của tín hiệu từ các kênh và ghi lại. Cuối cùng thì chuyển sang kết nối với kênh có tín hiệu mạnh nhất.Thuê bao sử dụng MS gọi là A muốn thực hiện 1 cuộc gọi tới 1 thuê bao cố định B . Thuê bao A sẽ quay tất cả những chữ số của thuê bao B và ấn phím gọi đi nó sẽ khởi đầu một tin báo “yêu cầu kênh” từ MS tới BSS . Điều này được thực hiện bằng việc BSS chỉ định một kênh điều khiển riêng (DCCH) và một kênh báo hiệu giữa MS và BSS được thiết lập .

ii. Tin báo “yêu cầu dịch vụ” được gửi từ BSS tới MSC sau đó tiếp tục được chuyển tới VLR . VLR sẽ tiến hành nhận thực nếu trước đây MS đăng ký ở VLR này nếu không phải như vậy thì VLR sẽ lấy các thông số nhận thực từ HLR

iii. Nhận thực thuê bao (tùy chọn )diễn ra bằng cách sử dụng tin báo nhận thực và các thuật toán bảo mật và nếu nhận thực thành công thì việc thiết lập cuộc gọi tiếp tục . Nếu mật mã được sử dụng thì nó được dùng từ thời điểm nhận thực thành công

iv. Tin báo “thiết lập”được gửi tới MSC cùng với thông tin về cuộc gọi (loại cuộc gọi , số bị gọi …) tin báo này hướng từ MSC tới VLR

v. MSC có thể khởi đầu việc kiểm tra IMEI của MS vi. Trong việc trả lời tin báo “thiết lập” (được gửi ở bước iv ), VLR

gửi tin báo “hoàn thành thiết lập cuộc gọi” tới MSC và MSC sẽ thông tin cho MS biết phương thức tiến hành cuộc gọi

vii. Sau đó MSC sẽ chỉ định một kênh lưu lượng tới BSS (“lệnh chỉ định”),BSS này lại ấn định một kênh lưu lượng trên giao diện vô tuyến , MS trả lời tới BSS (BSS này lại trả lời MSC) với tin báo hoàn thành địa chỉ.

viii. Một tin báo “địa chỉ đầu và địa chỉ cuối -IFAM”(Initial Final Address Message) được gửi tới mạng PSTN , mạng PSTN xử lý gây rung chuông bên thuê bao cố định và cấp tín hiệu hồi âm chuông về thuê bao di động

ix. Khi thuê bao B trả lời “ANS” tin báo “đấu nối” được hướng tới MS từ MSC , MSC cấp tín hiệu điều khiển ngắt hồi âm chuông ở MS , Sau đó MS nối một kênh lưu lượng GSM tới mạch PSTN , như vậy việc đấu nối từ thuê bao di động tới thuê bao cố định đã hoàn thành và quá trình đàm thoại bắt dầu diễn ra

Các bước tiến hành cuộc gọi từ thuê bao di động sang thuê bao cố định


6

MS BSS MSC VLR HLR PSTN EIR

Yêu cầu kênh

Ấn định DCCH

Kênh báo được thiết lập

Yêu cầu dịch vụ

Nhận thực

Đặt chế độ mật mã

Thiết lập

Yêu cầu ID thiết bị

Cuộc gọi hoàn thành

Phương thức tiến hành cuộc gọi

Lệnh chỉ định

Hoàn thành chỉ định

Địa chỉ đầu và địa chỉ cuối (IFAM)

Hoàn thành địa chỉ (ACM)

Báo chuông

Trả lời (ANS)

Đấu nối

Khẳng định đấu nối

<RACH>

<AGCH>

<SDCCH>

CR

Các chi tiết thuê bao nếu cần

thiết

Các chi tiết thuê bao

<SDCCH>

(Thông tin cuộc gọi)

CC

<SDCCH>

<SDCCH> (kênh) Mạch

<FACCH> (TCH)

<FACCH>

<FACCH>

<FACCH>

<TCH>

Bắt đầu tính cước


7

Thuê bao cố định gọi thuê bao di động : Điểm khác biệt quan trọng so với gọi từ thiết bị di động là vị trí của thiết bị không được biết chính xác. Chính vì thế trước khi kết nối, mạng phải thực hiện công việc xác định vị trí của thiết bị di động

i. Từ điện thọai cố định, số điện thoại di động được gửi đến mạng PSTN. Mạng sẽ phân tích, và nếu phát hiện ra từ khóa gọi ra mạng di động, mạng PSTN sẽ kết nối với trung tâm GMSC của nhà khai thác thích hợp

ii. GMSC phân tích số điện thoại di động để tìm ra vị trí đăng ký gốc trong HLR của thiết bị và cách thức nối đến MSC/VLR phục vụ.

iii. HLR phân tích số điện thoại di động để tìm ra MSC/VLR đang phục vụ cho thiết bị. Nếu có đăng ký dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi đến, cuộc gọi sẽ được trả về GMSC với số điện thoại được yêu cầu chuyển đến.

iv. HLR liên lạc với MSC/VLR đang phục vụ. v. MSC/VLR gửi thông điệp trả lời qua HLR đến GMSC.

vi. GMSC phân tích thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR

vii. MSC/VLR biết địa chỉ LA của thiết bị nên gửi thông điệp đến BSC quản lý LA này.

viii. BSC phát thông điệp ra toàn bộ các ô thuộc LA. ix. Khi nhận được thông điệp, thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngược lại. x. BSC cung cấp một khung thông điệp chứa thông tin

xi. . Phân tích thông điệp của BSC gửi đên để tiến hành thủ tục bật trạng thái của thiết bị lên tích cực, xác nhận, mã hóa, nhận diện thiết bị.

xii. MSC/VLR điều khiển BSC xác lập một kênh rỗi, đỗ chuông. Nếu thiết bị di động chấp nhận trả lời, kết nối được thiết lập. Trong trường hợp thực hiện cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động, qúa trình cũng diễn ra tương tự nhưng điểm giao tiếp với mạng PSTN của điện thoại cố định sẽ được thay thế bằng MSC/VLR khác

Sơ đồ quá trình thiết lập cuộc gọi từ thuê bao cố định sang di động như sau


8

(TMSI)


Gửi thông tin định tuyến

MSISDN

MSISDN (TMSI)

Thừa nhận thông tin định tuyến

(MSRN) (MSRN)


Yêu cầu nhắn tin

(MSRN)

(MSRN) Gửi thông tin cho thiết lập cuộc gọi

(LAI&TMSI) Nhắn tin

<PCH>

(TMSI)

Yêu cầu kênh <RACH>

ấn định DCCH <AGCH>

Kênh báo hiệu được thiết lập

<SDCCH>

<SDCCH>

(TMSI) (TMSI) & tình trạng

(Tình trạng)

Hoàn thành thiết lập cuộc gọi

(TMSI)

Thiết lập <SDCCH>

Khẳng định cuộc gọi

<SDCCH>

Hoàn thành địa chỉ (ACM)

Lệnh chỉ định (Kªnh) (M¹ch)

Hoàn thành chỉ định

<FACCH> Báo chuông

<FACCH>

<TCH>

Đấu nối

<FACCH>

Khẳng định đấu nối

Trả lời (ANS)

<FACCH> Bắt đầu tính cước

MS BSS MSC VLR HLR GMSC PSTN

<TCH>


9

Gửi và nhận tin nhắn : - Gửi tin nhắn :

i. Thiết bị di động kết nối vào mạng. Nếu kết nối đang có sẵn, quá trình này được bỏ qua

ii. Sau khi hoàn tất thành công qúa trình xác thực, nội dung thông điệp sẽ được chuyển đến Trung Tâm Dịch Vụ Tin Nhắn (SMS-C – Short Message Service Center)

- Nhận tin nhắn : i. Người dùng gửi tin nhắn đến SMS-C

ii. SMS-C gửi tin nhắn đến SMS-GMSC. iii. SMS-GMSC truy vấn HLR về thông tin định tuyến. iv. HLR đáp ứng truy vấn. v. SMS-GMSC chuyển thông điệp lại cho MSC/VLR chỉ định.

vi. Tiến hành nhắn tin tìm kiếm và kết nối thiết bị vào mạng. vii. Nếu xác thực thành công, MSC/VLR sẽ phát tin nhắn đến thiết bị.

viii. Nếu truyền nhận tin nhắn thành công, MSC/VLR sẽ gửi báo cáo về SMS-C; ngược lại, MSC/VLR sẽ thông báo cho HLR và gửi báo cáo lỗi về SMS-C.

4. Sử dụng SCCP : Trong mạng GSM , SCCP được sử dụng trong các trường hợp sau : Ở giao diện giữa MSC và BSC (gọi là giao diện A) , SCCP được sử

dụng bởi 2 phần ứng dụng : phần ứng dụng BSS (BSSAP) để điều khiển cuộc gọi , các dịch vị liên quan và phần ứng dụng vận hành và bảo dưỡng BSS (BSSOMAP) cho các mục đích khai thác và bảo dưỡng . Sử dụng giao thức lớp 0 và lớp 2

Các giao diện giữa các khối trong SS (VLR , HLR , AUC và EIR) sử dụng SCCP cùng với phần ứng dụng khả năng trao đổi (TCAP) và phần ứng dụng di động (MAP) Ở giao diện A có thể có các quá trình liên quan hoặc không liên quan đến kênh của người sử dụng. Chẳng hạn khi thiết lập cuộc gọi một số bản tin được trao đổi trước khi kênh của người sử dụng được ấn định cho cuộc gọi. Để tránh sự khác biệt không cần thiết cho các trường hợp khác nhau, trên toàn bộ mạng SCCP được sử dụng ở giao diện A (nghĩa là CIC không được sử dụng ở nhãn định tuyến). Nếu cần CIC trong bản tin thì nó được viết vào BSSAP hoặc BSSOMAP. Các lĩnh vực sau đây ở GSM có thể không sử dụng SCCP :

- Giao diện vô tuyến giữa trạm di động và trạm gốc, giao diện Abis giữa trạm BTS và BSC.


10

- Quá trình thiết lập và xoá cuộc gọi giữa các MSC, phần người sử dụng liên quan đến kênh sử dụng, phương pháp báo hiệu liên kết kênh (MFC R2), các tiến trình liên quan đến mạng cố định.

SCCP định địa chỉ : Nhiều địa chỉ SCCP được cần thiết để truy nhập các thành phần của hệ thống di động và định tuyến các bản tin hoặc hỗ trợ sự trao đổi với các tổng đài của mạng cố định. Các phần sau được coi là các điểm đầu cuối : - Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC). - Bộ ghi định vị thường trú (HLR) - Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) 4.1. Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC) Địa chỉ của SCCP được yêu cầu trong những trường hợp sau :

1. Bởi VLR khi vị trí của một máy di động cần phải được xác định 2. Bởi VLR khi trả lời một sự trao đổi hoặc khởi tạo bởi MSC 3. Bởi HLR để công nhận một yêu cầu hoặc thông tin từ MSC 4. Bởi MSC khác trong trường hợp chuyển giao Trong trường hợp 1 , VLR biết mã điểm báo hiệu (SPC) của MSC và có thể sử dụng nó như một địa chỉ cho tin báo Trong trường hợp 2 và 3 sự trao đổi được khởi tạo bởi chính MSC, vì vậy bản tin nhận được chứa thông tin cần thiết trong trường địa chỉ cuộc gọi. Nếu cả hai thành phần cùng trong một quốc gia, được nối tới cùng một mạng báo hiệu thì địa chỉ được gửi đến có thể là SPC của MSC. Nếu thành phần ở xa không cùng trong một mạng báo hiệu thì một tên toàn cầu phải được gửi ; đây là thông tin có thể là số roaming của trạm di động thích hợp hoặc một số được gửi trong dãy được phân cho MSC đó và sử dụng như một địa chỉ dịch vụ để nhận dạng tổng đài. Trong trường hợp 4 , MSC được gọi là tổng đài lân cận MSC nguồn vì vậy biết nhận dạng và địa chỉ của MSC đích. 4.2.1 Bộ ghi định vị thường trú HLR : HLR được gọi trong các trường hợp sau :

1. Bởi tổng đài cố định gọi MSC cổng khi một cuộc gọi tới thuê bao di động phải được thiết lập. Sự hỏi này được sử dụng để biết được số roaming của máy di động.


11

2. Bởi VLR khi phải thực hiện một thủ tục cập nhật vị trí. 3. Bởi VLR khi nó phải yêu cầu hoặc gửi một vài số liệu liên quan tới

một thuê bao nằm trong vùng của nó 4. Bởi một MSC khi phải thông tin trực tiếp tới HLR.

Trong trường hợp 1 , thông tin địa chỉ là số ISDN của thuê bao di động được gọi. Nếu cả hai đầu cuối cần trao đổi nằm trong cùng một quốc gia, SCCP có thể dịch địa chỉ này thành mã điểm báo hiệu (SPC) của HLR. Nếu chúng ở hai quốc gia khác nhau, số ISDN có thể được sử dụng như một tên toàn cầu để truy nhập tới HLR.

Trong trường hợp 2 có thể có hai trường hợp :

VLR và HLR cùng trong một quốc gia hoặc cùng một mạng PLMN. Do đó VLR có thể có một bảng giao dịch trong đó SPC của HLR có thể được biết từ những số đầu tiên của IMSI.

VLR và HLR không cùng trong một quốc gia. Để định tuyến bản tin cập nhật vị trí, số liệu duy nhất được biết bởi VLR là IMSI của thuê bao di động. Số IMSI không tuân theo luật kế hoạch đánh số ISDN Một cách giải quyết là sử dụng trực tiếp số IMSI như là tên toàn cầu để đánh địa chỉ HLR. Trong trường hợp thứ nhất, VLR có sự trao đổi đầu tiên không phải với HLR, thủ tục cập nhật vị trí đã được thực hiện. Vì vậy VLR đã chứa địa chỉ của HLR :

a) Nếu cả hai cùng một quốc gia thì địa chỉ được chứa là SPC của HLR

b) Nếu cả hai không cùng nằm trong cùng một quốc gia thì địa chỉ được chứa là một tên toàn cầu cho SCCP. Địa chỉ này có thể là số ISDN quốc tế của thuê bao di động hoặc một số được cấp để chỉ rõ HLR. Trong trường hợp này không khó khăn để tạo tuyến bản tin. Trong trường hợp thứ hai : trạm di động đã đăng ký trong VLR. Khi GMSC muốn khởi tạo một sự trao đổi với HLR, nó yêu cầu từ VLR của nó địa chỉ của SCCP được gọi.

4.3 Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) : Sự trao đổi với VLR xuất hiện trong những trường hợp sau :


12

1. Khi một trong các MSC nối với VLR đó bắt đầu một cuộc hội thoại với nó.

2. Khi một HLR muốn gửi một yêu cầu hoặc một vài thông tin tới VLR

3. Một VLR khác phải yêu cầu một số IMSI từ VLR đó. Trong trường hợp 1 , do mối quan hệ đặc biệt giữa VLR và MSC của nó, MSC biết mã điểm báo hiệu (SPC) cần thiết để đánh địa chỉ cho các bản tin Khi cập nhật vị trí, VLR gửi đến HLR địa chỉ mà có thể được sử dụng trong sự trao đổi. HLR chứa nó và sau đó không có vấn đề gì để bắt đầu một sự trao đổi. Vì vậy trường hợp 2 đã được giải quyết. Địa chỉ này là :

Nếu cả hai cùng nằm trong một quốc gia (hoặc cùng trong một mạng báo hiệu), địa chỉ được chứa có thể là SPC của VLR

Nếu HLR được đặt ở nước ngoài, địa chỉ được gửi là một số ISDN được cấp để chỉ rõ VLR đó có thể được sử dụng như một tên toàn cầu cho SCCP định tuyến. Trong trường hợp này, hai VLR trong mạng PLMN tương tự nhau sẽ hoàn toàn giống nhau do đó SPC của VLR đích sẽ được biết 5. Phần ứng dụng di động (MAP - Mobile Application): Phần ứng dụng di động (MAP) cung cấp các thủ tục báo hiệu cần thiết được yêu cầu để trao đổi thông tin giữa các phần tử của mạng GSM. Ở mô hình OSI, MAP ở trên TCAP. Cả MAP và TCAP đều thuộc về lớp 7. TCAP có thể được hỗ trợ bởi các lớp trình bày, lớp phiên và lớp vận chuyển, các dịch vụ và các giao thức, được gọi là phần dịch vụ trung gian (ISP). Đối với các dịch vụ không đấu nối được MAP sử dụng thì ISP được coi là trong suốt có nghĩa là không được sử dụng. Vì vậy TCAP phối ghép phần điều khiển đấu nối báo hiệu SCCP cùng với phần chuyển giao bản tin MTP phục vụ như nhà cung cấp dịch vụ của mạng . MAP được chia thành 5 thực thể ứng dụng (AE : Application Entity) là : MAP - MSC , MAP - HLR , MAP - VLR , MAP - EIR , MAP - AUC . Tất cả các thực thể này mỗi cái được phân định một số phân hệ (SSN). Các SSN được SCCP sử dụng để định địa chỉ một thực thể nào đó của mạng GSM.


13

Mỗi AE bao gồm một số các phần tử dịch vụ ứng dụng (ASE - Application Service Element). Các ASE được nhóm lại như là các ASE chung và các ASE đặc biệt . TCAP là một ASE chung và luôn luôn chứa các MAP - ASE . Các ASE hỗ trợ việc hòa mạng các AE và bao gồm một hoặc vài sự hoạt động với các lỗi và các tham số liên quan của chúng. Những sự hoạt động được sử dụng kết hợp để thực hiện một nhiệm vụ nào đó.

Hình 4 : Các thực thể ứng dụng (AE) và các phần tử dịch vụ ứng dụng (ASE) trong MAP Các thủ tục được thực hiện trong MAP là :

1. Cập nhật vị trí 2. Huỷ bỏ vị trí 3. Quản lý các thông tin của thuê bao. 4. Điều khiển, quản lý, thu nhận các dịch vụ thuê bao.

(Thực thể ứng dụng) MAP -MSC

ASE 1

ASE 2

ASE n

Phần ứng dụng di động - MSC

TCAP (ASE)

Phân lớp phần tử

Phân lớp giao dịch

MAP-

SCCP SSN SSN SSN SSN SSN

MAP- MAP-

MAP-EIR

MTP


14

5. Chuyển các số liệu bảo mật, nhận thực 6. Điều khiển các dịch vụ phụ. 7. Thực hiện chuyển ô.

6. Báo hiệu giữa MSC và BSS (BSSAP) Giao tiếp giữa MSC và BSS là giao tiếp A. MSC và hệ thống trạm cơ sở (BSS) được nối với nhau nhờ một kênh PCM. Ngoài một số các kênh thoại hoặc số liệu còn có các khe thời gian dự trữ cho báo hiệu. Số liệu báo hiệu khi đấu nối thiết lập cuộc gọi, chuyển ô, giải phóng cuộc gọi ... thường sử dụng kênh này và nó có thể phục vụ cho một hoặc nhiều trạm thu phát cơ sở (BTS). Các giao thức được sử dụng cho báo hiệu giữa MSC và BSS là BSSAP (BSS Application - Phần ứng dụng của BSS), SCCP và MTP .

Phần điều khiển đấu nối báo hiệu (SCCP) cung cấp khả năng để mang thông tin giữa MSC và BSS. SCCP cung cấp 2 nguyên tắc báo hiệu khác nhau là : Báo hiệu không đấu nối (CL) và Báo hiệu đấu nối định hướng (CO). Khi một số các tin báo liên quan được phát đi, sự đấu nối báo hiệu logic có thể được thiết lập và các tin

Giao tiếp A

BSS MSC

Hình 5: Báo hiệu giữa MSC và BSS


15

báo đấu nối định hướng có thể được phát ở đấu nối báo hiệu. BSSAP phát các tin báo liên quan với một MS cụ thể ở phương thức đấu nối định hướng SCCP.

BSSAP xử lý 2 nhóm tín hiệu :

Tin báo chuyển giao trực tiếp giữa MSC và MS, chuyển giao qua BSS. Sự chuyển giao này là điều khiển cuộc gọi (như lệnh rung chuông tới một MS cụ thể) và các tin báo quản lý di động.

Các tin báo quản lý BSS giữa MSC và BSS để quản lý nguồn, điều khiển chuyển ô, lệnh nhắn tin ... BSSAP có 2 chức năng của người sử dụng khác nhau cho các nhóm ở trên. Đó là : Phần ứng dụng chuyển giao trực tiếp (DTAP) và Phần ứng dụng quản lý BSS (BSSMAP). Sự phân bổ tin báo BSSAP giữa BSSMAP và DTAP được thực hiện ở lớp giao thức trung gian giữa SCCP và BSS - MAP/DTAP, được gọi là phân lớp phân bổ. Giao thức đối với phân lớp này bao gồm sự quản lý một hoặc hai octet khối số liệu phân bổ. Mỗi tin báo BSSAP chứa trong trường số liệu của người sử dụng SCCP phải có một khối số liệu phân bổ như là tiếp đầu theo tin báo của DTAP hoặc BSSAP cụ thể.

` Hình 6: Khuôn dạng của tin báo BSSAP

Khối số liệu phân bố

Độ dài

Tin báo

Phân biệt

Độ dài

Loại tin báo

Phần tử thông tin


Phân biệt DLCI

Độ dài


Loại tin báo


TI PD

BSSAP BSSMAP

DTAP


16

Ghi chú : DLCI : (Data Link Connection Identifier) : Nhận dạng đấu nối kênh số liệu.

TI (Transfer Identifier) : Khối nhận dạng giao dịch. PD : Khối phân biệt giao thức.

Tin báo DTAP cũng có một octet ở trường khối số liệu phân bổ, gọi là nhận dạng đấu nối kênh số liệu (DLCI). Nó thường được sử dụng để nhận dạng kênh vô tuyến và cũng để xác định giá trị khối nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ (SAPI - Service Access Point Identifier) sử dụng ở kênh vô tuyến (ví dụ SAPI = 0 nghĩa là báo hiệu). TI là khối nhận dạng giao dịch và PD là khối phân biệt giao thức. Có 3 loại tin báo xác định ở BSSAP là : tin báo BSSMAP, tin báo DTAP và tin báo khởi đầu MS.

Các tin báo BSSMAP :

Các tin báo BSSMAP được sử dụng để quản lý nguồn, điều khiển chuyển ô .. . Tin báo BSSMAP được chia thành tin báo không đấu nối và tin báo đấu nối định hướng.(xem hình 7)

Các tin báo DTAP và khởi đầu MS : Các tin báo DTAP và khởi đầu MS được chuyển giao giữa MSC và MS, và được kết hợp với điều khiển cuộc gọi, quản lý sự chuyển

Mạng

BSSMAP

MSC MS

DTAP

Tin báo khởi đầu MS

Hình 7: Sự khác biệt logic giữa các tin báo BSSMAP, DTAP và khởi đầu MS


17

dịch.. . Những tin báo này chứa 2 trường : Phân biệt giao thức (PD) và Nhận dạng giao dịch (TI) bên cạnh Loại tin báo và Các phần tử thông tin. Mục đích của phân bổ giao thức là để phân biệt giữa các tin báo thuộc về các thủ tục sau :

- Điều khiển cuộc gọi - Quản lý sự di động - Quản lý nguồn vô tuyến - Điều khiển dịch vụ bổ sung - Các thủ tục báo hiệu khác

Mục đích của nhận dạng giao dịch là để phân biệt giữa nhiều loại hoạt động song song (các giao dịch) trong một trạm di động. TI tương đương với chuẩn cuộc gọi đã xác định ở giao thức lớp 3 cho ISDN (khuyến nghị Q.931 của CCITT).

Hình 8: Các tin báo của BSSMAP

Các tin báo BSSMAP

Không đấu nối Chặn

Thừa nhận chặn Nhắn tin (Paging)

Thiết lập lại Thừa nhận thiết lập lại

Mạch thiết lập lại Thừa nhận mạch thiết lập lại

Giải toả Thừa nhận giải toả Đấu nối định hướng Yêu cầu phân định

Phân định xung Sự cố phân định

Ra lệnh phương thức mật mã Hoàn thành phương thức mật

mã Cập nhật loại

Lệnh xoá Xoá xong

Yêu cầu xoá Thông tin đầy đủ của lớp 3

Lệnh chuyển ô Sự cố chuyển ô

Chuyển ô được thực hiện Yêu cầu chuyển ô


18

Có 3 loại tin báo DTAP chính :

- Tin báo để quản lý sự di động. Xem hình 9 - Tin báo điều khiển cuộc gọi đấu nối chế độ mạch điện. Xem hình 10 - Tin báo cho cuộc gọi liên quan tới điều khiển dịch vụ bổ sung

Đối với loại tin báo này có một loại tin báo được xác định gọi là trang bị (Facility). Nó chứa một phần tử thông tin tên là "facility", ở phần tử này dịch vụ yêu cầu hỗ trợ được xác định.

Tin báo để quản lý sự di động

TIN BÁO ĐĂNG KÝ

Chấp nhận cập nhật vị trí Bãi bỏ cập nhật vị trí

TIN BÁO BẢO VỆ Bãi bỏ nhận thực

Yêu cầu nhận thực Đáp lại nhận thực

Yêu cầu nhận dạng ĐÁP LẠI NHẬN DẠNG TIN BÁO

QUẢN LÝ ĐẤU NỐI Chấp nhận dịch vụ CM

Bãi bỏ dịch vụ

Tin báo để điều khiển cuộc gọi đấu nối chế độ

mạch diện

TIN BÁO THIẾT LẬP CUỘC GỌI Báo hiệu chuông

Khẳng định cuộc gọi Quá trình cuộc gọi

Đấu nối Chấp nhận đấu nối Thiết lập khẩn cấp

Tiến hành Thiết lập

TIN BÁO GIAI ĐOẠN THÔNG TIN CỦA CUỘC GỌI

Sửa đổi Bãi bỏ sửa đổi

TIN BÁO XOÁ CUỘC GỌI Cắt cuộc gọi Giải phóng

Giải phóng xong TIN BÁO TẠP VỤ

Khởi động DTMF Bãi bỏ khởi động DTMF

Trạng thái Điều tra trạng thái

Hình 9: Các tin báo để quản lý sự di động

Hình 10: Tin báo điều khiển cuộc gọi đấu nối chế độ mạch điện


19

7. Báo hiệu giữa BSC và BTS (LAPD) Giao tiếp giữa bộ điều khiển trạm cơ sở và trạm thu phát cơ sở (BTS) được gọi là giao tiếp A- bis. Như vậy giao tiếp này ở trong hệ thống trạm cơ sở (BSS). Xem hình vẽ 11 Có 2 loại kênh thông tin giữa BSC và BTS - Kênh lưu lượng - mang thoại hoặc số liệu cho các kênh vô tuyến - Kênh báo hiệu - mang thông tin báo hiệu cho chính BTS hoặc cho

các MS

Giao thức sử dụng để vận chuyển những tin báo báo hiệu giữa BSC và BTS là LAPD (lớp 2), nó có cấu trúc giống như giao thức lớp 2 ở ISDN (báo hiệu của kênh D). LAPD cung cấp 2 loại tín hiệu :

- Chuyển giao thông tin không được thừa nhận, không đảm bảo phân phát khung thông tin đến địa chỉ đạt kết quả.

- Chuyển giao thông tin được thừa nhận, và hệ thống đảm bảo khung thông tin tới được đích. Cấu trúc khung trong LAPD được chỉ ra ở hình 12

BSC BTS

Giao tiếp A-Giao tiếp

Hệ thống trạm cơ sở

Hình 11: Giao tiếp A- bis


20

- Mỗi khung ở giao thức LAPD được giới hạn bởi cờ (Flag) ở dạng chuỗi 8 bit

01111110. Phía thu sử dụng cờ này để đồng bộ điểm khởi đầu của khung. Để tránh việc gửi nhầm ở bên trong khung người ta sử dụng kỹ thuật chèn bit : phía phát chèn một số “0” sau năm bit “1” liên tiếp còn phía thu sẽ loại bỏ bit “0” này. Trường địa chỉ chứa khối nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ (SAPI) và khối nhận dạng kết cuối của điểm cuối (TEI) được sử dụng để truy nhập vào thực thể đúng và chức năng đúng ở đầu thu. Trường điều khiển được sử dụng để điều khiển tuần tự và yêu cầu phát lại. Trường điều khiển phân biệt giữa chế độ có công nhận và không công nhận. Trong chế độ công nhận trường điều khiển chứa N(S) và N(R) để phát đi số thứ tự phát và số thứ tự thu. N(S) chỉ ra số thứ tự của khung được phát, còn N(R) chỉ ra số thứ tự mà phía phát khung này đang chờ thu. Các số thứ tự được sử dụng để thực hiện giao thức điều khiển luồng có tên là “Cửa sổ trượt”. Giao thức này cho phép phía phát một số khung nhất định (được gọi là “Kích thước cửa sổ”) mà không cần đợi sự công nhận cho mỗi khung. Việc đấu nối giữa BSC và BTS là nhờ một kênh PCM, ở đó một trong các kênh được dành cho báo hiệu, sử dụng giao LAPD. Có vài chức năng ở BTS, thí dụ có một số bộ thu phát (TRX) cũng được sử dụng để báo hiệu đến các máy di động. Cũng có một số chức năng điều khiển cơ sở (BCF)

F FCS Thông tin Đô dài Địa chỉ F

N(R) P(F) N(S) 0 CK SAPI 1 TEI 0

Lệnh

8 16

Hình 12: Cấu trúc khung của LAPD


21

trong BTS như bước nhảy tần số, các chức năng chung cho vị trí như là các cảnh báo bên ngoài, nguồn cung cấp ... Quản lý đường truyền (LAPD): là chức năng cơ bản để đảm bảo các đường truyền số liệu ở các kết nối vật lý 64 kbit/s giữa BSC và BTS. Các đường truyền này được cung cấp cho các mục đích sau :

Đường truyền báo hiệu vô tuyến (RSL). Đường truyền khai thác và bảo dưỡng (OML). Đường truyền quản lý lớp 2 (L2ML).

Mỗi đường vật lý (khe thời gian 64 kbit/s trong luồng 2M) chứa một tập hợp các đường truyền số liệu, mỗi đường truyền số liệu này được đánh số nhận dạng bằng một cặp TEI/SAPI duy nhất.

TEI : Terminal End Point Identifier (nhận dạng điểm cuối của đầu cuối). TEI ở trường địa chỉ được sử dụng để truy nhập vào các thực thể khác nhau như là một TRX riêng cho báo hiệu vô tuyến. Các thiết bị đầu cuối (được nhận dạng bằng các giá trị TEI) ở trong GSM của loại phân định TEI không tự động.

SAPI : Service Access Point Identifier (nhận dạng điểm thâm nhập dịch vụ). SAPI ở trường địa chỉ được sử dụng để truy nhập các chức năng khác nhau như TRX, BCF và các thủ tục quản lý lớp 2. Các giá trị của SAPI sau đây được sử dụng trong báo hiệu giữa BSC và BTS :

SAPI Các chức năng

0 Các thủ tục báo hiệu vô tuyến

62 Các thủ tục khai thác và bảo dưỡng

63 Các thủ tục quản lý lớp 2 Thiết lập đường truyền :

Trước hết các đường truyền số liệu LAPD được thiết lập ở các đấu nối vật lý giữa BSC và BTS khi lắp đặt hay mở rộng thiết bị. Một đấu nối vật lý được sử dụng cho báo hiệu tới một hay nhiều thiết bị đầu cuối (TRXC chẳng hạn) của BTS. Các thiết bị đầu cuối đấu nối đến đường vật lý này được nhận dạng bởi TEI (đấu nối phần cứng ở phía sau máy khi lắp đặt thiết bị) và lệnh do người khai thác cài đặt. Một đường truyền L2ML sẽ được cung cấp trên tất cả các kết nối vật lý. Sau đó


22

tất cả các thiết bị đầu cuối được trang bị một đường truyền OML và các phần tử báo hiệu vô tuyến được trang bị RLS.

Truyền dẫn số liệu : Trên các đường truyền số liệu đã được thiết lập phát lại và điều khiển luồng tín hiệu được thực hiện để đảm bảo cung cấp dịch vụ an toàn cho lớp 3 trong quá trình truyền dẫn số liệu. Điều khiển luồng thực hiện điều khiển trình tự, kiểm soát số khung thiếu và các điều kiện bận của máy thu. Số lần phát lại được giới hạn bởi thông số của hệ thống

Giám sát đường truyền : Để đảm bảo truyền dẫn tin cậy và hiệu quả các khung LAPD, việc phát hiện lỗi và phát hiện sự cố đường truyền được thực hiện ở lớp 2 để giám sát các đường truyền.

Giải phóng đường truyền : Giao thức LAPD bao hàm chức năng giải phóng đường truyền để phục vụ cho các lớp cao hơn.

8. Báo hiệu giữa BTS và MS (LAPDm) : LAPDm là giao thức sử dụng cho báo hiệu giữa bộ thu phát ở BTS và trạm di động (MS). Giao diện giữa MS và bộ thu phát được gọi là giao diện không gian (Um). Mục đích của giao thức LAPDm là để truyền dẫn báo hiệu qua kênh vô tuyến được an toàn. Điều này có nghĩa là tin báo của lớp 3 có thể được phát trong các điều kiện có điều khiển. LAPDm được đặt ở lớp 2 theo mô hình OSI. Phần người sử dụng đặt ở trên lớp LAPDm (lớp 3). Xem hình 13 Giao thức LAPDm tương tự như LAPD đã sử dụng ở giao diện Abis, ngoài ra nó được sửa đổi để phù hợp với các đặc trưng riêng biệt của kênh vô tuyến.


23

Các chức năng của giao thức LAPDm là :

- Sự đấu nối và không đấu nối của các kênh logic. - Thiết lập và giải phóng các kênh số liệu.

Chuyển giao số liệu đến và đi từ MS, sử dụng cả chế độ thừa nhận và không thừa nhận. LAPDm được điều khiển bằng một khối phần mềm gọi là khối xử lý kênh không gian (ALH) và LAPDm, chúng cùng xử lý tất cả báo hiệu của giao diện không gian. Xem hình 13. Chương trình của ALH sẽ được đặt ở TRXC (Bộ điều khiển thu phát), đây là bộ xử lý ở BSS. Khuôn dạng tin báo LAPDm rất giống với khuôn dạng tin báo LAPD. Xem hình 14

Khối quản lý AH LAPDm

Các tín hiệu đưa qua để truyền dẫn

Các người sử dụng

Lớp 1

Lớp 2

Lớp 3

Hình 13: LAPDm theo mô hình OSI


24

Ở trường địa chỉ, khối nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ (SAPI) có thể có 2 giá trị khác nhau :

- SAPI = 0 chỉ thị rằng tin báo hoặc chứa số liệu hoặc chứa tin báo điện

thoại. - SAPI = 3 chỉ thị đây là bản tin báo cáo.

Khuôn dạng khung loại A Số octet Khuôn dạng

khung loại B

Địa chỉ 1 Địa chỉ

Điều khiển 2 Điều khiển

Chỉ thị độ dài 3 Chỉ thị độ dài

Các bit làm đầy 4 Thông tin

Các bit làm đầy

Trong thủ tục LAPDm, người ta không dùng cờ vì cấu trúc khối có sẵn của lớp vật lý. Một khung LAPDm có cực đại 23 octet (1 byte 8 bit) trên TCH và 21 octet trên SACCH. Những octet không dùng được lấp đầy giá trị không nhầm được, chẳng hạn 00101011.Các khung ít tin có khả năng nhầm với cụm FCCH nên giá trị lấp trên đây ứng với tối thiểu xác xuất nhầm, riêng đường truyền MS-BTS vẫn lấp chỗ trống bằng 1111 1111 theo nếp cũ có từ trước.

9. Kết luận Báo hiệu là 1 thực thể không thể thiếu trong các hệ thống thông tin nói chung và mạng di động GSM nói riêng . Hệ thống càng hiện đại và phức tạp thì càng phải có hệ thống báo hiệu mạnh và chính xác.Báo hiệu kênh chung ngày càng được sử dụng rộng rãi trong thực tế và cho thấy những ưu điểm vượt trội của nó so với báo hiệu kênh kết hợp . Trong bài viết này em đã trình bày “Báo hiệu số 7 trong mạng di động GSM”. Do vốn kiến thức còn

Hình 14 - Khuôn dạng tin báo của LAPDm


25

hạn chế nên không thể tránh được một số sai sót . Em mong được đóng góp ý kiến để bài viết của mình được hoàn thiện hơn.Em xin chân thành cảm ơn.

Báo hiệu trong GSM

Documents

Transcript of Báo hiệu trong GSM