BÁO HIỆU ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI: Báo hiệu trong mạng di động tế bào

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG -🙞🙜🕮🙞🙜 - BÀI TIỂU LUẬN BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI BÁO HIỆU TRONG MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO Giảng viên: Ths Nguyễn Thanh Trà NHÓM 08 STT Sinh viên thực Lớp 18 Tạ Thị Hảo D18CQVT03-B 20 Tô Dương Đức Hiền D18CQVT02-B 45 Nguyễn Anh Minh D18CQVT02-B 14 Hoàng Thành Đạt D18CQVT03-B Hà Nội - Tháng 10,2021 LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống thơng tin di động tồn cầu GMS cơng nghệ dùng cho mạng thông tin di động Dịch vụ GSM sử dụng hai tỷ người 212 quốc gia vùng lãnh thổ GMS cho phép nhà điều hành mạng sẵn sàng dịch vụ khắp nơi, người sử dụng sử dụng điện thoại khắp nơi giới Năm 1992, Tổng cục Bưu điện đàm phán với đối tác để chuẩn bị đưa công nghệ GSM triển khai phạm vi toàn quốc Tháng 7/1993, lựa chọn Acaltel nhà sản xuất thiết bị để triển khai mạng di động Hà Nội Sau đó, cuối năm 1993 đầu năm 1994, mạng GSM tiếp tục mở rộng TP.HCM với đối tác Ericsson Đến năm 1994, mạng GSM thiết lập thức cung cấp dịch vụ số thành phố lớn Công nghệ lựa chọn dựa tiêu chuẩn châu Âu ITU để đưa vào thị trường Việt Nam Ngày 16/4/1993, Mạng di động Việt Nam đời với thương hiệu MobiFone Xuất phát từ định hướng mà nhóm em xin chọn đề tài nghiên cứu mạng di động Báo cáo vào tìm hiểu đầy đủ vấn đề mạng di động tế bào từ cấu trúc, giao diện, thủ tục báo hiệu mạng Theo đó, báo cáo nhóm em tiến hành nghiên cứu nội dung “Báo hiệu mạng di động tế bào” Bố cục tiểu luận gồm chương Chương 1: Tổng quan hệ thống GSM Chương 2: Các thủ tục báo hiệu GSM Bằng cố gắng nỗ lực nhóm em hồn thành xong tiểu luận nhóm.Do có hạn chế mặt thời gian mức độ hiểu biết thân nên tránh khỏi thiếu sót q trình nghiên cứu Vì thế, nhóm em mong nhận lời góp ý bảo thêm Cô giáo bạn để nhóm em có thêm kiến thức phục vụ cho học tập công việc sau MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GMS 1.1 Lịch sử phát triển mạng di động tế bào 1.2 Kiến trúc lớp giao diện hệ thống GSM 11 1.3 Kiến trúc lớp giao thức hệ thống GSM 14 CHƯƠNG CÁC THỦ TỤC BÁO HIỆU GSM 24 2.1 Thủ tục tìm gọi 24 2.2 Thủ tục khởi xướng gọi 24 2.3 Thủ tục nhận gọi 25 2.4 Mạng di động thông minh 26 2.4.1 Định nghĩa 26 2.4.2 Quá trình phát triển 26 2.4.3 Mơ hình mạng 27 2.4.4 Mơ hình xử lý logic gọi mạng IN 29 2.4.5 Những tiện ích dịch vụ mạng thông minh 30 KẾT LUẬN 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Lộ trình phát triển hệ mạng di động………………………………… Hình 1.2: Vị trí giao diện hệ thống GSM…………………………………….13 Hình 1.3: Sơ đồ ngăn xếp giao thức GMS…………………………………………… 14 Hình 1.4: Ngăn xếp giao thức GSM………………………………………………… 15 Hình 1.5: Ngăn xếp giao thức giao diện Abis…………………………………… 16 Hình 1.6: Các liên kết liệu logic qua giao diện Abis……………………………… 17 Hình 1.7: Cấu trúc khung LAP-D…………………………………………………… 18 Hình 1.8: Chuyển tin RR…………………………………………………… 22 Hình 1.9: Chuyển tin nhắn MM CM……………………………………………22 Hình 2.1: Mạng thơng minh (IN/1)………………………………………………… 26 Hình 2.2: Mơ hình khái niệm mạng thơng minh……………………………………….27 Hình 2.3: Mơ hình mặt phẳng chức tổng thể…………………………………… 28 Hình 2.4: Mặt phẳng DFP…………………………………………………………… 29 Hình 2.5: Kiến trúc mạng IN theo Ericsson……………………………………………29 Hình 2.6: Các thành phần mơ tả BCSM………………………………………… 30 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các giao diện hệ thống GSM…………………………………………….12 Bảng 1.2: Vị trí giao diện hệ thống GSM……………………………………13 Bảng 1.3: Giá trị SAPI sử dụng GSM…………………………………… 17 Bảng 1.4: Định dạng khung LAP-D………………………………………………… 19 Bảng 1.5: Chức khung LAP-D………………………………………………… 20 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT PLMR Public Land Mobile Radio Vô tuyến di động công cộng AMPS Advanced Mobile Phone Hệ thống điện thoại di Service động tiên tiến NMT Nordic Mobile Telephony Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu DECT Digital European Cordless Hệ thống viễn thông Telecommunications không dây số UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông di Telecommunications System động vạn ITU International Liên minh viễn thông Telecommunication Union quốc tế FPLMT Future Public Land Mobile Hệ thống viễn thông di S Telecommunications System động mặt đất công cộng tương lai IMT International Mobile Viễn thông di động quốc Telecommunications tế CDMA Code Division Multiple Đa truy nhập theo mã Access MS Mobile Station Trạm di động BSS Base Station Subsystem Hệ thống trạm phát BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát sóng MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch VRL Visitor Location Register Nơi lưu trữ thông tin tạm thời thuê bao GMSC Gateway Mobile services Trung tâm chuyển mạch Switching Centers dịch vụ di động cổng mạng HRL Home Location Register Nơi lưu trữ thông tin thuê bao CM Connection Management Quản lý tài nguyên kết nối MM Mobility Management Quản lý tài nguyên di động RR Radio Resource Tài nguyên vô tuyến LAPDm Link Access Procedures on Giao thức truy cập liên kết kênh Dm LAPD Kênh D Giao thức Truy cập Liên kết BTSM Quản lý BTS BSSAP Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc SCCP Phần điều khiển kết nối báo hiệu MTP Phần chuyển tin nhắn MAP Phần ứng dụng di động TCAP Phần ứng dụng khả giao dịch ISUP Phần người sử dụng ISDN LAI Location Area Indentification Nhận dạng khu vực cục OACSU Off- Air- Call- Set-Up ( Thiết lập gọi sang Series Q) phương tiện vô tuyến GSM Special Mobile Group Nhóm đặt biệt di động PSTN Packet Swithched Pulic Data Mạng điện thoại chuyển Network mạch công cộng IMSI International Mobile Station Trạm di động quốc tế Identity MSRN Mobile Station Roaming Số chuyển vùng trạm Number di động IN Intelligent Network Mạng thông minh GFP Global Function Plane Mặt phẳng chức tổng thể GSL Global Service Logic Logic dịch vụ toàn cầu DFP Distributed Functional Plane Mặt phẳng chức phân phối FE Functional Entity Thực thể chức FEA Functional Entity Action hành vi thực thể chức Dm-Channel Link Access Procedures on D-Channel BTS Management Base Station System Application Part Signalling Connection Control Part Message Transfer Part Mobile Application Part Transaction Capabilities Application Part ISDN Telephone User Part Bài tiểu luận Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GMS 1.1 Lịch sử phát triển mạng di động tế bào a) Hệ thống vô tuyến di động tế bào hệ thứ 1G ( 1st Generation): Hệ thống viễn thông di động lần giới thiệu vào đầu năm 1980 Các hệ thống hệ (1G) sử dụng kỹ thuật liên lạc tương tự, tương tự kỹ thuật sử dụng đài phát tương tự truyền thống Các ô riêng lẻ lớn hệ thống không sử dụng hiệu phổ tần số vơ tuyến sẵn có, đó, dung lượng chúng theo tiêu chuẩn ngày nhỏ Các thiết bị di động lớn đắt tiền bán thị trường cho người dùng doanh nghiệp Chứng kiến đời số hệ thống vô tuyến tế bào tương tự, thường gọi mạng vô tuyến di động mặt đất công cộng PLMR Tiêu biểu Hệ thống dịch vụ điện thoại di động tiên tiến AMPS Mỹ công tác dải tần 800 MHz Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu NMT 450 công tác dải tần 450 MHz, sau dải 900 MHz (NMT 900) Làm việc dải UHF, mạng cho thấy thay đổi vượt bậc độ phức tạp hệ thống thông tin liên lạc dân Chúng cho phép người sử dụng có đàm thoại di động với hay với đối tượng có nối tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN mạng thơng tin số đa dịch vụ tích hợp ISDN b) Hệ thống vô tuyến di động hệ thứ hai 2G (2nd Generation): Viễn thông di động trở thành sản phẩm tiêu dùng với đời hệ thống hệ thứ hai (2G) vào đầu năm 1990 Những hệ thống hệ thống sử dụng công nghệ kỹ thuật số, cho phép sử dụng hiệu phổ tần vô tuyến giới thiệu thiết bị nhỏ hơn, rẻ Ban đầu chúng thiết kế dành cho giọng nói, sau cải tiến để hỗ trợ nhắn tin tức thơng qua Dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS) Tại thời điểm có bước tiến với việc áp dụng hệ thống thông tin di động tế bào số (digital cellular system), tiêu biểu thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile communications) Châu Âu công tác dải tần 900 MHz 1800 MHz, hệ thống Mỹ IS-136 làm việc hai dải 800 MHz 1900 MHz hay IS-95 (cịn gọi cdmaOne) cơng tác dải 800 MHz hệ thống viễn thông không dây số (digital cordless telecommunication system) hệ thống viễn thông không dây số Châu Âu DECT Trong số hệ thống 2G kể trên, hệ thống GSM xem hệ thống thành cơng Ngồi dịch vụ điện thoại truyền thống, hệ thống vô tuyến di động số hệ thứ hai cung cấp mảng dịch vụ khác thư thoại (voice-mail), truyền số liệu tốc độ thấp, truyền fax, tin ngắn (short message) Bước chuyển đổi từ 2G sang 3G gọi 2.5G, cung cấp số lợi ích mạng 3G (ví dụ chuyển mạch gói) dùng sở hạ tầng tồn 2G mạng GSM CDMA.GPRS công nghệ dùng nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM Một vài giao thức, chẳng hạn EDGE cho GSM CDMA2000 1x- Bài tiểu luận môn Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS RTT cho CDMA, đạt chất lượng dịch vụ 3G (bởi chúng có dùng tốc độ truyền liệu 144 kbit/s), xem dịch vụ 2.5G (hoặc nghe phức tạp 2.75G) chậm vài lần so với dịch vụ 3G thực c) Hệ thống vô tuyến di động hệ thứ 3G (3rd Generation): Hệ thống 3G sử dụng kỹ thuật khác để truyền vô tuyến tiếp nhận từ người tiền nhiệm 2G chúng, giúp tăng tốc độ liệu cao mà chúng xử lý giúp sử dụng hiệu phổ tần vơ tuyến có sẵn Các hệ thống thơng tin di động hệ thứ hai chủ yếu nhắm vào phục vụ dịch vụ thoại Dịch vụ số liệu mà chúng đáp ứng chủ yếu dịch vụ truyền số liệu chuyển mạch kênh tốc độ thấp (dưới 10 kb/s), không đáp ứng nhu cầu truyền số liệu ngày tăng Chính phát triển nhanh chóng nhu cầu dịch vụ liệu, Internet, thúc đẩy mạnh mẽ công nghiệp vô tuyến động lực phát triển hệ thống thơng tin di động hệ thứ ba 3G (3rd Generation) đa dịch vụ Các nỗ lực phát triển thông tin di động 3G phát động trước tiên Châu Âu Vào năm 1988, dự án RACE 1043 hình thành với mục đích ấn định cơng nghệ dịch vụ cho hệ thống 3G gọi Hệ thống viễn thông di động vạn (UMTS: Universal Mobile Telecommunications System) Song song với dự án RACE 1043, Liên minh viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) thành lập ban TG8/1, ban đầu đặt bảo trợ CCIR (Uỷ ban tư vấn quốc tế vô tuyến), nhằm phối hợp hoạt động nghiên cứu phát triển hệ thống 3G với tên gọi Hệ thống viễn thông di động mặt đất công cộng tương lai(FPLMTS: Future Public Land Mobile Telecommunications System), mục đích ban đầu xây dựng tiêu chuẩn 3G chung cho toàn giới Sau TG8/1 bỏ tên gọi FPLMTS, thay Viễn thông di động quốc tế cho năm 2000 (IMT-2000: International Mobile Telecommunications-2000) chấp nhận họ tiêu chuẩn cho 3G Dự án IMT-2000 xây dựng yêu cầu chung cho hệ thống thông tin di động 3G nhằm phục vụ nhiều loại hình dịch vụ, với tốc độ tối đa lên tới Mb/s Các yêu cầu hệ thống thông tin di động 3G, cách vắn tắt, bao gồm: Có khả truyền thơng đa phương tiện với tốc độ: 384 kb/s (đi bộ) 144 kb/s (trên xe) mơi trường ngồi trời (out-door) có vùng phủ sóng tương đối rộng; tới Mb/s mơi trường nhà (in-door) có vùng phủ sóng hẹp; có khả cung cấp đa dịch vụ thoại, hội nghị truyền hình (video conferencing), liệu gói Hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói truyền liệu khơng đối xứng (tốc độ bít cao đường xuống tốc độ bít thấp đường lên); có khả lưu động chuyển vùng quốc gia lẫn quốc tế; Có khả tương thích, tồn liên kết với vệ tinh viễn thơng;Cơ cấu tính cước theo dung lượng truyền khơng theo thời gian kết nối; có tới mười sáu đề xuất tiêu chuẩn cho hệ thống 3G, mười cho mạng 3G mặt đất sáu cho hệ thống di động vệ tinh MSS (Mobile Satellite Systems) Đa số đề xuất ủng hộ chọn CDMA (Code Division Multiple Access-Đa truy nhập theo mã) làm phương thức đa truy nhập ITU chấp thuận tiêu chuẩn Bài tiểu luận môn Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS IMT-2000 bao gồm năm công nghệ sau: IMT DS (Direct Sequence): Công nghệ gọi rộng rãi UTRA FDD W-CDMA, UTRA Truy nhập vơ tuyến mặt đất cho UMTS (UMTS Terrestrial Radio Access), FDD song cơng phân chia theo tần số (Frequency Division Duplex), cịn W W-CDMA băng rộng (Wideband) IMT MC (MultiCarrier): Hệ thống (còn gọi cdma2000) phiên 3G IS-95 (nay gọi cdmaOne), sử dụng đa sóng mang; IMT TC (Time Code): Đây UTRA TDD, tức kiểu UTRA sử dụng song công phân chia theo thời gian (Time Division Duplex); IMT SC (Single Carrier): IMT đơn sóng mang, nguyên thuỷ dạng GSM pha 2+ gọi EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution); IMT FT (Frequency Time): IMT tần số-thời gian, hệ thống viễn thông không dây tăng cường DECT (Digitally Enhanced Cordless Telecommunications) Hiện nay, ITU thực việc phân loại mạng di động quốc tế thành loại hệ thống gồm: hệ thống IMT-2000 hệ thống 3G (UMTS, CDMA2000); hệ thống enhanced IMT-2000 (thế hệ sau 3G) IMT-Advance hệ thống 4G Để tiến tới 4G, LTE coi đường cho phát triển cơng nghệ phát triển 3GPP Hình 1.1: Lộ trình phát triển hệ mạng di động 3GPP-LTE công nghệ hướng tới hệ thống di động tốc độ cao tích hợp với chuẩn ứng dụng dịch vụ khác Do đó, người dùng dễ dàng thực gọi truyền liệu LTE mạng GSM/GPRS UMTS WCDMA 3GPP-LTE hỗ trợ chế cấp phát phổ tần linh động dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao thiết bị di chuyển Thật không may, hệ thống 3G ban đầu bị thổi phồng mức hiệu suất chúng lúc đầu không đạt mong đợi Do đó, 3G phát triển tốt sau hệ thống 3.5G đời vào khoảng năm 2005 Bài tiểu luận môn Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS d) Hệ thống vô tuyến di động hệ thứ 4G (4th generation): Sự phát triển điện thoại thông minh mạng di động mở hệ khả tiêu chuẩn mới, gọi chung 4G Hệ thống 4G cung cấp truy cập Internet băng thông rộng cho nhiều loại thiết bị di động, bao gồm máy tính xách tay, điện thoại thơng minh máy tính bảng Mạng 4G hỗ trợ truy cập web di động ứng dụng băng thông cao TV di động độ nét cao, hội nghị truyền hình di động dịch vụ trị chơi Những yêu cầu dẫn đến phát triển công nghệ không dây di động hệ thứ tư (4G) thiết kế để tối đa hóa băng thơng thơng lượng đồng thời tối đa hóa hiệu phổ ITU ban hành thị cho mạng 4G Theo ITU, hệ thống di động IMT-Advanced (hoặc 4G) phải đáp ứng số yêu cầu tối thiểu, bao gồm: ● Dựa mạng chuyển mạch gói tồn IP ● Hỗ trợ tốc độ liệu cao lên đến khoảng 100 Mbps cho truy cập di động có tính di động cao lên đến khoảng Gbps cho truy cập có tính di động thấp truy cập không dây cục ● Tự động chia sẻ sử dụng tài nguyên mạng để hỗ trợ nhiều người dùng đồng thời ô ● Hỗ trợ chuyển giao trơn tru mạng không đồng ● Hỗ trợ chất lượng dịch vụ cao cho ứng dụng đa phương tiện hệ Trái ngược với hệ trước, hệ thống 4G không hỗ trợ dịch vụ điện thoại chuyển mạch kênh truyền thống mà cung cấp dịch vụ điện thoại IP Long Term Evolution (LTE), phát triển Dự án Đối tác Third Generation Partnership Project (3GPP), tập đoàn tổ chức tiêu chuẩn viễn thông Châu Á, Châu Âu Bắc Mỹ LTE sử dụng OFDMA túy đường xuống, kỹ thuật dựa OFDMA mang lại hiệu lượng nâng cao cho đường lên Tất nhà mạng lớn Hoa Kỳ, bao gồm AT&T, Verizon T-Mobile, áp dụng phiên LTE dựa song công phân chia theo tần số (FDD), China Mobile, nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn giới, áp dụng phiên LTE dựa song công phân chia theo thời gian (TDD) Sự phát triển LTE kỷ nguyên 3G phát hành cung cấp dịch vụ 3G dịch vụ 3G nâng cao LTE-Advanced dựa hai công nghệ để đạt tốc độ liệu cao hiệu phổ: ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) ăng-ten đa đầu vào / đa đầu (MIMO) Đối với đường xuống, LTE-Advanced sử dụng OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực giao) cho SC-FDMA đường lên (FDMA đơn sóng mang) Tín hiệu OFDM có tỷ lệ cơng suất đỉnh trung bình (PAPR) cao, yêu cầu khuếch đại cơng suất tuyến tính với hiệu suất tổng thể thấp Đây chất lượng thiết bị cầm tay chạy pin Trong phức tạp, SC-FDMA có PAPR thấp phù hợp với việc triển khai di động 10 Bài tiểu luận môn Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS Lớp 3: Tại Lớp 3, BSC BTS, diễn hai loại luồng thông điệp khác nhau, tức thông điệp suốt không rõ ràng Định dạng trường kiểm soát Tên khung Loại khung Độ dài trường điều khiển (octet) Chỉ huy I khung Thông tin (I) S khung Máy thu sẵn sàng (RR) Phản hồi lệnh Người nhận chưa sẵn sàng (RNR) Phản hồi lệnh Từ chối (REJ) Phản hồi lệnh Chỉ huy Phản ứng Thông tin không đánh số (Giao diện người dùng) Chỉ huy Ngắt kết nối (DISC) Chỉ huy Không đánh số Phản ứng Phản ứng Chỉ huy Khung chữ U Đặt cân không đồng chế độ mở rộng (SABME) Chế độ ngắt kết nối (DM) xác nhận (UA) Từ chối khung hình (FRMR) Nhận dạng trao đổi (XID) Bảng 1.4: Định dạng khung LAP-D 19 Bài tiểu luận môn Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS Khung Chức Thông tin (I) Khung I mang thông tin Lớp qua kết nối liên kết liệu trình dịch vụ truyền thừa nhận Máy thu sẵn sàng (RR) Khung RR sử dụng để ra: ■Thực thể lớp sẵn sàng để nhận ■ Xác nhận khung I nhận trước Người nhận chưa Nó sử dụng để thực thể lớp liên kết liệu sẵn sàng (RNR) bận chấp nhận khung I Từ chối (REJ) Khung lệnh từ chối yêu cầu truyền lại I khung bắt đầu khung đánh số N (R) Như phản hồi, khung REJ cho biết tình trạng bận Đặt chế độ cân không đồng mở rộng (SABME) Khung SABME bắt đầu kết nối liên kết liệu cho dịch vụ truyền thông tin thừa nhận Chế độ ngắt kết nối Bên truyền sử dụng khung DM để khơng cịn có (DM) thể trì kết nối Lớp Thơng tin không Khung giao diện người dùng mang thông tin Lớp qua kết nối đánh số (Giao liên kết liệu dịch vụ truyền chưa xác nhận diện người dùng) Ngắt kết nối (DISC) Bên truyền cho biết ý định cắt đứt kết nối Lớp cách gửi khung DISC Xác nhận không Khung UA sử dụng làm phản hồi cho khung SABME đánh số (UA) DISC Từ chối khung hình Khơng giống khung từ chối, FRMR sử dụng để báo (FRMR) cáo tình trạng lỗi khơng thể khơi phục cách truyền lại khung Ví dụ: lỗi giao thức phát thông báo Lớp đặt cách truyền lại khung 20 Bài tiểu luận môn Báo hiệu điều khiển kết nối Nhận dạng trao đổi (XID) Chương Tổng quan hệ thống GMS Không sử dụng GSM Bảng 1.5: Chức khung LAP-D Các thông điệp suốt qua BTS mà không cần hành động giải mã Những thông điệp từ MS dành cho BSC/MSC ngược lại Các thơng điệp CM MM ví dụ thông điệp suốt BTS không xử lý tin nhắn Tuy nhiên, lớp RR chứa thông báo hai loại Trong trường hợp này, thông báo không rõ ràng thông báo liên quan đến thiết bị vô tuyến cần xử lý trạm BTS Lớp quản lý BTS BTS diễn giải thông điệp thực hành động Một ví dụ tin RR khơng rõ ràng tin mã hóa, khóa mật mã gửi đến BTS, khơng phải đến MS Kênh báo hiệu BTS BSC mang ba kênh logic: RSL, OML L2ML SAPI gán cho kênh logic RSL, gán SAPI0, mang tín hiệu người dùng, tức tất thông báo liên quan đến thiết lập kết nối, phát hành, SMS dịch vụ bổ sung (SS) Các tin nhắn gửi qua RSL chia thành bốn nhóm Quản lý lớp liên kết vơ tuyến (RLM) RLM chứa thông báo liên quan đến trạng thái điều khiển kết nối Lớp BTS BSC Quản lý kênh chung (CCM) CCM chứa tin mang liệu báo hiệu kênh điều khiển chung (CCCH) đến từ giao diện khơng khí Quản lý TRX (TRXM) TRXM chứa thông báo liên quan đến quản lý TRX Quản lý kênh chuyên dụng (DCM) DCM chứa thông báo liên quan đến trạng thái kiểm sốt Lớp giao diện khơng khí c, A Interface Giao thức báo hiệu giao diện bao gồm ba lớp tương tự Hệ thống báo hiệu số Lớp vật lý (Lớp 1) BSS kết nối với MSC đa khối El kỹ thuật số Phần lớn kênh ghép kênh 64kb/s trung kế kỹ thuật số Trong gọi, trung kế kỹ thuật số, với kênh TCH, truyền liệu lời nói người dùng MS MS MSC Các kênh E1 khác liên kết liệu báo hiệu Các lớp giao thức nêu bên Lớp liên kết liệu (Lớp 2) Điều bao gồm Phần truyền tin mức (MTP2) Hệ thống báo hiệu số (SS7) MTP2 có khả tương ứng với việc chuyển giao tin cậy tin báo hiệu MSC BSS Lớp Thông báo (Lớp 3) Phần Ứng dụng Hệ thống Trạm gốc (BSSAP) có mặt MSC BSS Nó người sử dụng phần điều khiển kết nối báo hiệu (SCCP) SS7 Đây số ứng dụng SCCP hướng kết nối Kết nối báo hiệu thiết lập kênh chuyên dụng (SDCCH, FACCH FACCH) gán cho MS BSSAP bao gồm hai phần: Phần Ứng dụng Chuyển giao Trực tiếp (DTAP) Phần Ứng dụng Quản lý BSS (BSSMAP) Bắt đầu với BSSMAP BSS RR BSS liên quan đến việc cấp phát, mã hóa giải phóng kênh vơ tuyến chuyên dụng 21 Bài tiểu luận môn Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS truyền nhận tin RR kênh vô tuyến điều khiển chung BSSMAP BSS MSC xử lý việc chuyển tin BSSMAP liên quan đến RR Tại BSS, RR BSSMAP giao tiếp với Hình 1.8 minh họa vài tương tác RR –BSSMAP Trong ví dụ (a), MS gửi tin RR — RACH — để yêu cầu kênh vô tuyến chuyên dụng Sau đó, RR BSS phân bổ kênh, trả tin RR PAGCH bao gồm danh tính kênh thơng báo cho BSSMAP nó, sau soạn tin thơng báo cho MSC gửi đến BSSMAP MSC Trong ví dụ (b), MSC gửi tin BSSMAP yêu cầu truyền tin RR kênh vô tuyến điều khiển chung Tin nhắn RR yêu cầu tin nhắn phân trang Hình 1.8: Chuyển tin RR Hình 1.9: Chuyển tin nhắn MM CM 22 Bài tiểu luận môn Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS Việc chuyển tin BSSMAP DTAP liên quan đến SCCP MTP MS BSS SCCP đầu gửi thêm tham số phân biệt vào thông báo, cho biết liệu thơng báo thuộc BSSMAP hay DTAP sử dụng SCCP đầu nhận để gửi thơng điệp đến thực thể thích hợp 23 Bài tiểu luận Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS CHƯƠNG CÁC THỦ TỤC BÁO HIỆU GSM 2.1 Thủ tục tìm gọi Khi có gọi tới cho thuê bao di động MS Đầu tiên số thuê bao bị gọi gửi tới MSC/VLR Trước thực chuyển mạch MSC truy xuất vào VLR để xác định vị trí thuê bao bị gọi sau gửi tin tìm gọi đến BTS thông qua BSC Các tin thông báo đến tất BTS thuộc LAI Tất MS LAI nhận thơng báo tìm gọi có MS bị gọi đáp lại thơng báo Đầu tiên MS phát tin yêu cầu cấp phát kênh để tiếp nhận gọi đến Trước định cho MS kênh vật lý cụ thể hệ thống thực kiểm tra trình nhận thực thuê bao, đồng thời bắt buộc giữ BTS MS phải thỏa thuận mật mã để bảo mật thông tin Khi yêu cầu hệ thống đáp ứng sẵn sang lúc thuê bao quyền thiết lập gọi tới 2.2 Thủ tục khởi xướng gọi Khi trạm MS trạng thái tích cực đăng ký vị trí, MS thực gọi Q trình thực gọi mô tả sau: Đầu tiên MS gửi yêu cầu xin cấp phát kênh đến BTS thông qua kênh truy xuất ngẫu nhiên MS thông báo muốn thiết lập gọi Số nhận dạng trạm di động phân tích MS đánh dấu bận VLR Trước kênh hệ thống yêu cầu thực công việc sau: Nhận thực thuê bao Thỏa thuận khóa mật mã đường truyền vơ tuyến MSC nhận tin thiết lập từ MS có chứa thơng tin loại dịch vụ mà MS yêu cầu, số thoại bị gọi MSC kiểm tra MS khơng có dịch vụ cần gọi ( dịch vụ kích hoạt th bao nhà khai thác ) Nếu không bị cấm gọi trình thiết lập gọi tiến hành Giữa MSC BSC đường truyền thiết lập kênh lưu lượng chiếm MSC gửi yêu cầu đến BSC để ấn định kênh lưu lượng cho đường vơ tuyến BSC kiểm tra có kênh lưu lượng rỗi ấn định kênh cho gọi yêu cầu BTS kích hoạt kênh BTS gửi trả lời cơng nhận việc kích hoạt kênh lưu lượng hồn thành BSC thơng báo cho MSC hồn thành Hệ thống điều khiển lưu lượng phân tích chữ số số thoại B thiết lập kết nối đến thuê bao bị gọi Cuộc gọi nối thơng qua chuyển mạch nhóm Báo chng gửi đến trạm MS cho thấy bên bị gọi đổ chuông Chuông tạo tổng đài phía thuê bao M gửi qua chuyển mạch nhóm đếm MS Như chng gửi qua đường vô tuyến không tạo MS Khi thuê bao B trả lời mạng gửi tin kết nối đến MS thông báo thoại chấp nhận MS trả lời công nhận kết nối, thiết lập gọi hoàn tất 24 Bài tiểu luận Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS Quá trình thiết lập gọi khởi xướng từ trạm di động trình bày cho gọi MOC khơng có OACSU ( without off call setup: thiết lập sớm) Thiết lập sớm có nghĩa mạng cấp phát kênh lưu lượng cho MS trước khởi đầu thiết lập gọi mạng cố định Cũng có tùy chọn với OACSU giai đoạn sau GSM Lúc mạng định cấp phát kênh lưu lượng Cấp phát thực thời điểm sau khởi đầu thiết lập gọi mạng cố định Cực điểm mạng cấp kênh lưu lượng sau thuê bao B trả lời gọi Bản tin báo chuông gửi đến MS đổ chng phía bị gọi Sự khác so với trường hợp thiết lập sớm (without OACSU ) tông báo hiệu chuông tạo MS kênh lưu lượng chưa cấp phát Khi thuê bao trả lời mạng khởi xướng thủ tục ấn định để cấp phát kênh lưu lượng 2.3 Thủ tục nhận gọi MTC phức tạp MOC phía gọi khơng biết thờI MS đầu Quá trình báo hiệu cho gọi thể sau: Phía Chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi: số dịch vụ, số liên kết thuê bao di động (MS ISDN) Nếu gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN tổng đài sau phân tích số điện thoại biết gọi cho thuê bao GSM Cuộc gọi định tuyến đến tổng đài GMSC gần Đây tổng đài có khả hỏi định tuyến Bằng phân tích MSISDN tổng đài GMSC tìm HLR nơi MS đăng ký GMSC hỏi HLR thông tin để định tuyến đến MSC/VLR quản lý MS Bằng MSISDN tìm IMSI ghi thuê bao IMSI số thuê bao sử dụng mạng báo hiệu, địa VLR nơi MS đăng ký tạm thời lưu giữ với IMSI VLR HLR giao tiếp với VLR để nhận số lưu động thuê bao (MSRN: mobile subscriber roaming number) loại số thoại thông thường thuộc tổng đài MSC VLR gửi MSRN đến HLR, sau HLR chuyển số đến GMSC MSRN GMSC định tuyến lại gọi đến MSC tương ứng GMSC gửi tin nhận từ PSTN đến MSC MSC biết vị trí MS gửi tin tìm gọi đến tất BSC quản lý vùng định vị Mạng GSM tồn hai khả thông tin ô trục thuộc vùng định vị lưu giữ MSC , thông tin lưu giữ MSC LAI ( nhận dạng vùng định vị) xuống BSC BSC phân tán tin tìm gọi đến BTS Để tìm gọi MS , IMSI sử dụng, sử dụng số dạng tạm thời TMSI để đảm bảo bí mật sau nhận tin tìm gọi MS gửi yêu cầu kênh báo hiệu MSC thực nhận thực khởi đầu mật mã hóa xét phần MSC gửi đến MS thông tin dịch vụ yêu cầu: tiếng, số liệu , fax Bây BSC lên cho BTS kích hoạt kênh TCH giải phóng kênh báo hiệu báo chông gửi từ MS cho thấy chuông tạo MS tông chuông cho thuê bao chủ gọi tạo MSC Khi thuê bao di động nhấc máy MS gửi tin kết nối Mạng hoàn thành đường nối thông gửi tin công nhận kết nối đến MS 25 Bài tiểu luận Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS 2.4 Mạng di động thông minh 2.4.1 Định nghĩa Mạng thông minh IN mạng viễn thông độc lập dịch vụ Mạng IN cho phép hệ thống chuyển mạch hệ thống điều khiển dịch vụ xuất xứ từ nhà cung cấp khác làm việc với cách độc lập Điều cung cấp cho nhà điều hành mạng phương tiện để phát triển điều khiển dịch vụ hiệu Các dịch vụ giới thiệu cách nhanh chóng mạng dễ dàng thiết lập phù hợp với nhu cầu khách hàng mà thay đổi cấu trúc nút chuyển mạch mạng 2.4.2 Quá trình phát triển Trong suốt năm 1980, công ty thành viên Bell trực thuộc khu vực (RBOCs) bắt đầu đề tính nhằm đáp ứng mục tiêu sau: Phát triển nhanh dịch vụ mạng Những giao diện chuẩn Những hội mà khơng có RBOC để đưa dịch vụ để tăng tính sử dụng mạng Telcordia Technologies đáp lại yêu cầu phát triển thêm khái niệm mạng thông minh (IN/1) mơ tả Hình 2.1 Hình 2.1 Mạng thơng minh (IN/1) Trong năm gần đây, Ngành Viễn thông nước ta phát triển với tốc độ nhanh Các loại hình dịch vụ ngày đa dạng Sự đắn việc lựa chọn công nghệ tiên tiến, hợp xu đưa Việt Nam trở thành nước có dịch vụ viễn thơng phát triển tiên tiến giới Dịch vụ điện thoại cố định dịch vụ có mặt lâu đời nước ta Cho đến dịch vụ phát triển nhanh, đáp ứng nhu cầu thông tin bản, đa dạng dịch vụ khiêm tốn Các nhà khai thác dịch vụ cố định đời vùng với dịch vụ công nghệ VoiIP với giá cước thấp Năm 1993, Dịch vụ di động Mobifone đời dựa công nghệ GSM, Đây mạng di động nước ta, đánh dấu bước phát triển viễn thông Việt Nam lĩnh vực di động Hai năm sau, mạng di động thứ Việt Nam26 Bài tiểu luận Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS VinaPhone(GSM) bắt đầu đưa vào khai thác, môi trường cạnh tranh lĩnh vực thơng tin di động bắt đầu hình thành Trong thời kỳ dịch vụ di động đơn giản gồm dịch vụ trả sau với giá cước cao, thủ tục đăng ký hòa mạng phức tạp, dành cho người có thu nhập Các chức thoại, nhắn tin số dịch vụ giá trị gia tăng khác ứng dụng chủ yếu thời điểm Năm 1998, dịch vụ trả trước đưa vào khai thác Mobifone VinaPhone Đây dịch vụ thông minh lĩnh vực di động sử dụng Việt Nam mang lại lợi ích hiệu cao Chính đơn giản thủ tục, giá cước ngày hấp dẫn, dịch vụ phong phú dịch vụ trả trước làm cho thông tin di động ngày gần gũi với thành phần xã hội Tốc độ phát triển thuê bao dịch vụ trả trước ngày nhiều theo cấp số nhân Tổng số thuê bao di động nước ta vào thời điểm 2016 148 triệu thuê bao có khoảng 20 triệu thuê bao 3G Mật độ điện thoại di động Việt Nam mức 1,5 thuê bao/người dân Đây tỷ lệ điện thoại di động cao so với nhiều quốc gia có mức kinh tế Việt Nam Nhìn chung lĩnh vực dịch vụ thơng minh chủ yếu dịch vụ trả trước Ở nước khác giới có nhiều loại dịch vụ thơng minh sử dụng Trong lĩnh vực cố định truyền thông Dịch vụ IN bắt đầu trọng phát triển 2.4.3 Mơ hình mạng Hình 2.2: Mơ hình khái niệm mạng thơng minh Mơ hình mang tính khái niệm mạng thông minh bao gồm mặt phẳng Mỗi mặt phẳng tượng trưng cho quan điểm trừu tƣợng khác khả mạng cấu trúc theo kiểu IN Các quan điểm nhằm vào khía cạnh dịch vụ, tính tổng thể, tính phân phối khía cạnh vật lý mạng IN Mặt phẳng dịch vụ: Mặt phẳng dịch vụ minh hoạ cho dịch vụ cung cấp mạng IN (Chẳng hạn dịch vụ Prepaid, Freephone ,Tevoting…) Một dịch vụ bao gồm 27 Bài tiểu luận Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS nhiều đặc tính dịch vụ SF (Service Feature) tăng cường vào đặc tính dịch vụ khác SF có loại: lõi dịch vụ tùy chọn dịch vụ Một đặc tính dịch vụ SF phần tử nhỏ dịch vụ mà người sử dụng dịch vụ nhận thức Những SF đóng vai trị việc đặc tả thiết kế dịch vụ phức tạp hơn, muốn tạo dịch vụ cần tạo SF phần lõi muốn nâng cấp dịch vụ cần kết hợp thêm SF tùy chọn Nhờ mà dịch vụ mạng IN cung cấp cách nhanh chóng đa dạng Mặt phẳng chức tổng thể GFP (Global Function Plane): GFP tạo mơ hình chức mạng từ quan điểm tổng thể Vì mạng có cấu trúc IN đƣợc nhìn nhận thực thể đơn GFP Trong mặt phẳng này, dịch vụ SF định nghĩa lại mặt chức mạng rộng, chức dịch vụ hay đặc tính dịch vụ riêng biệt mà tham chiếu khối xây dựng dịch vụ độc lập Khối xây dựng dịch vụ độc lập xử lý gọi sở chương trình Logic dịch vụ tổng thể GSL (Global Service Logic) GSL mô tả khối xây dựng dịch vụ độc lập kết hợp với sử dụng để mơ tả đặc tính dịch vụ SF Hình 2.3: Mơ hình mặt phẳng chức tổng thể Mặt phẳng chức phân phối DFP (Distributed Functional Plane): DFP gồm thực thể chức FE (Functional Entity) Một chương trình logic dịch vụ (SLP) GFP đại diện nhóm SIB phân phối FE Đặc biệt, SIB thực DFP chuỗi hoạt động thực thể chức cụ thể FEA (Functional Entity Action) thực FE Một số FEA tạo luồng thơng tin FE; có nghĩa trao đổi tin FE thông qua FEA 28 Bài tiểu luận Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS Hình 2.4: Mặt phẳng DFP Mặt phẳng vật lý: Mặt phẳng vật lý mơ hình mạng thơng minh bao gồm thực thể vật lý PE khác tương tác chúng Mỗi PE gồm nhiều FE xác định chức mạng IN Có thể đặt nhiều thực thể chức FE PE Ngồi FE khơng thể tách hai PE, FE ánh xạ hoàn toàn PE Cuối cùng, trường hợp FE ánh xạ đến PE khác khơng PE Hình 2.5: Kiến trúc mạng IN theo Ericsson 2.4.4 Mơ hình xử lý logic gọi mạng IN Để hiểu rõ chức FE trình xử lý gọi mạng IN xét ví dụ mơ hình xử lý logic gọi BCSM Ở đây, CCF thực chức điều khiển chuyển mạch tổng đài 29 Bài tiểu luận Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS có để kết nối đường truyền thông hệ thống quản lý gọi (BCSM) Khi có gọi yêu cầu thiết lập BCSM dị tìm gọi yếu tố điều khiển kết nối mà dẫn tới yêu cầu tính logic dịch vụ IN thơng báo trường hợp logic dịch vụ IN trạng thái tích cực Như BCSM xác định chuỗi hoạt động kết nối phục vụ cho gọi sở chức CCF hoạt động tương tác với để xử lý gọi thực kết nối BCSM cung cấp cấu: để mô tả kiện gọi/kết nối dẫn tới yêu cầu logic dịch vụ IN, để mô tả dịch vụ(IN) gọi tiến trình xử lý gọi/kết nối mà kiện phát hiện, để mơ tả điểm xử lý gọi/kết nối xảy chuyển giao điều khiển cho SCF Các thành phần BCSM mô tả sau: Hình 2.6: Các thành phần mơ tả BCSM 2.4.5 Những tiện ích dịch vụ mạng thơng minh Lợi ích IN khả cải tiến dịch vụ phát triển tài nguyên quốc gia Để đáp ứng mục tiêu này, nhà cung cấp mong muốn có khả giải hoàn hảo vấn đề sau: Đưa dịch vụ cách nhanh chóng - IN đưa khả cung cấp dịch vụ thay đổi dịch vụ có toàn mạng can thiệp vật lý Cung cấp dịch vụ theo yêu cầu khách hàng - Các nhà cung cấp mong muốn có khả thay đổi phương thức thực dịch vụ cách nhanh chóng hiệu Những khách hàng hạn chế đòi hỏi khắt khe dịch vụ riêng họ để làm thỏa mãn thứ cần thiết riêng họ Thiết lập đại lý cung cấp độc lập - Một tiêu chuẩn chủ yếu cho nhà cung cấp dịch vụ phần mềm phải phát triển nhanh chóng rẻ Để hồn thành điều này, người cung cấp hệ thống phải kết hợp phần mềm thương mại sẵn có để tạo ứng dụng nhà cung cấp dịch vụ yêu cầu 30 Bài tiểu luận Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS Tạo giao diện mở - giao diện mở cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa nhân tố mạng nhanh chóng để cá nhân báo dịch vụ khách hàng Phần mềm phải giao diện chung sản phẩn đại lý cung cấp khác nhau, trì tiêu chuẩn vận hành mạng cách nghiêm ngặt Những nhà cung cấp dịch vụ dựa vào hai đại lý cung cấp để cung cấp thiết bị phần mềm để đáp ứng yêu cầu khách hàng 31 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu với nỗ lực nhóm, đề tài “Báo hiệu mạng di động tế bào” nhóm sinh viên Tạ Thị Hảo, Tô Dương Đức Hiền, Nguyễn Anh Minh, Hoàng Thành Đạt hoàn thành với số kết sau ● Tìm hiểu khái quát trình hình thành phát triển mạng di động tế bào từ hệ thứ (1G) đến hệ thứ (5G) ● Tìm hiểu kỹ kiến trúc hệ thống GSM, thủ tục báo hiệu GSM ● Khảo sát mạng mạng di động thông minh Do thời gian nghiên cứu có hạn nên tiểu luận khơng thể tránh khỏi thiếu sót, nhóm em mong nhận ý kiến đóng góp từ bạn Một lần em xin chân thành cảm ơn Cô giáo Nguyễn Thanh Trà giảng dạy môn Báo hiệu Điều khiển Kết nối giúp cho nhóm em hồn thiện tiểu luận Kính chúc gia đình ln hạnh phúc, khỏe mạnh thành cơng sống! Nhóm em xin chân thành cảm ơn! 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bài Giảng Báo Hiệu Và Điều Khiển Kết Nối – Biên soạn Ths GVC Hoàng Trọng Minh chủ biên Ths Nguyễn Thanh Trà, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng (2013) [2] Sách “ A comprehensive Introduction” - William Stallings (2021) [3] IPv4/IPv6 Inter-working in IMS by using Session Border Controller - Cao Xinzhou, National Key Laboratory of Switching and Networking, Beijing University of Posts and Telecommunications (October 2008) [4] Sách” Signaling in Telecommunication Network”- Fabrizio U Devetak, Johh G.van Bosse [5] Sách “ VoLTE and 4G Mobile Communications” – Wiley(2014) 33 ... Bài tiểu luận Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GMS 1.1 Lịch sử phát triển mạng di động tế bào a) Hệ thống vô tuyến di động tế bào hệ thứ 1G... 16/4/1993, Mạng di động Việt Nam đời với thương hiệu MobiFone Xuất phát từ định hướng mà nhóm em xin chọn đề tài nghiên cứu mạng di động Báo cáo vào tìm hiểu đầy đủ vấn đề mạng di động tế bào từ... bao di động nhấc máy MS gửi tin kết nối Mạng hồn thành đường nối thơng gửi tin công nhận kết nối đến MS 25 Bài tiểu luận Báo hiệu điều khiển kết nối Chương Tổng quan hệ thống GMS 2.4 Mạng di động