Tiểu luận môn thông tin di động Quá trình thiết lập cuộc gọi

Tiểu luận môn thông tin di động Quá trình thiết lập cuộc gọi Thiết lập cuộc gọi được yêu cầu để thiết lập đường truyền giữa MS và NSS. NSS có nhiệm vụ thiết lập kết nối với thuê bao tương ứng. Các loại cuộc gọi khác nhau yêu cầu dịch vụ thoại khác nhau. Các cuộc gọi quản lý tính di động : dùng để tập hợp các thông tin MS, ví dụ: cập nhật vị trí. Chỉ trao đổi các bản tin giao thức (protocol), do đó chỉ sử dụng 1 kênh báo hiệu.

I/ Tổng quan:

1) Mục đích:

Thiết lập cuộc gọi được yêu cầu để thiết lập đường truyền giữa MS và NSS NSS có nhiệm vụ thiết lập kết nối với thuê bao tương ứng Các loại cuộc gọi khác nhau yêu cầu dịch vụ thoại khác nhau

2) Các loại cuộc gọi cơ bản:

- Các cuộc gọi quản lý tính di động : dùng để tập hợp các thông tin MS, ví dụ:

cập nhật vị trí Chỉ trao đổi các bản tin giao thức (protocol), do đó chỉ sử dụng 1 kênh báo hiệu

- Các cuộc gọi dịch vụ : các cuộc gọi này chỉ chuyển một lượng thông tin nhỏ,

như cuộc gọi SMS hay SS, nên cũng chỉ dùng 1 kênh báo hiệu

- Các cuộc gọi lưu lượng của khách hàng : các cuộc gọi này có thể chuyển một

lượng thông tin lớn, như cuộc gọi thoại hay dữ liệu đến đích tương ứng, do đó cần băng thông lớn hơn 1 kênh báo hiệu Những cuộc gọi này dùng kênh lưu lượng

*/Kênh dùng cho báo hiệu là SDCCH, dùng cho lưu lượng là TCH.

Vai trò của BSS trong quá trình thiết lập cuộc gọi là để ấn định đúng kênh , và để cung cấp , quản lý một đường liên lạc giữa MS và MSC

3) Các giai đoạn của thiết lập cuộc gọi :

Thiết lập kết nối vô tuyến :

Tìm gọi (paging) (đối với máy được gọi) để chỉ ra MS được gọi

Nếu attach_detach_allowed được kích hoạt, bản tin IMSI_detach MS có thể

loại trừ nhu cầu tìm gọi

Quá trình ấn định tức thời sẽ cấp 1 tài nguyên cho MS và thiết lập 1 kết nối báo hiệu vô tuyến giữa BSS và MS

1 kết nối giao diện để ấn định 1 kênh báo hiệu SCCP giữa BSC và MSC

ấn định đường chuyển mạch xuyên qua BSC

Ấn định kênh lưu lượng, nếu có yêu cầu.

Kết nối cuộc gọi

II/ Quá trình thiết lập cuộc gọi từ thuê bao chủ gọi:

Một cuộc gọi được bắt đầu bởi một MS có thể là một thuê bao , trong đó tiếng nói hay dữ liệu được truyền xuyên qua mạng , hay là một cuộc gọi cập nhật

vị trí từ MS trong chế độ rảnh.Thông tin cập nhật vị trí được truyền trên kết nối báo hiệu.Vì vậy thủ tục cập nhật vị trí ban đầu tương tự như thuê bao gọi.Cập nhật

vị trí không yêu cầu kênh lưu lượng

1) Thiết lập kết nối vô tuyến :

Hình 1: Quá trình thiết lập kết nối vô tuyến cho thuê bao gọi

Bước 1: Yêu cầu cấp kênh :

MS khởi đầu cuộc gọi bằng việc gởi bản tin channel-request trên kênh RACH với

nội dung:

+/ 1 REF (Random Access Information Value) nêu nguyên nhân thiết lập cuộc gọi

+/ 1 RAND (được dùng cho nhận thực)

Các lý do thiết lập cuộc gọi có thể có trong REF (7 trường hợp):

* Cuộc gọi khẩn

* Cuộc gọi yêu cầu tái thiết lập

* Trả lời bản tin tìm gọi

* Cuộc gọi thoại của thuê bao chủ gọi

* Cuộc gọi dữ liệu của thuê bao chủ gọi

* Cập nhật vị trí

* Cuộc gọi dịch vụ (vd SMS )

Trong mỗi bản tin channel-request, MS còn gởi kèm số ngẫu nhiên và số

khung Những số này giúp MS nhận ra bản tin được phúc đáp từ BSS trên kênh AGCH – kênh được giám sát bởi nhiều MS MS sẽ giải mã tất cả những bản tin trên kênh này, và chỉ nhận một bản tin có số ngẫu nhiên và số khung phù hợp với một trong 3 bản tin yêu cầu được gởi đi ngay trước đó

MS sẽ tiếp tục gởi bản tin channel-request cho đến khi nào nhận được phúc đáp Nếu không nhận được phúc đáp nào trước khi truyền một số Retries, MS sẽ :

Hiển thị một bản tin báo lỗi mạng cho tất cả các loại cuộc gọi ngoại trừ cuộc gọi cập nhật vị trí

• Tiến hành chọn tự động lại các cuộc gọi cập nhật vị trí Có nghĩa là MS nỗ lực truy nhập ngẫu nhiên ở một cell khác

Khi nhận bản tin request từ MS, BTS sẽ gởi cho BSC 1 bản tin required Bản tin này chứa số ngẫu nhiên của MS và khoảng định thời do BTS

channel-đưa ra

Bước 2 : Kích hoạt kênh SDCCH :

BSC sẽ kiểm tra bản tin channel-required để đảm bảo nó có thể chấp nhận yêu

cầu hay không BSC sẽ kiểm tra xem có kênh SDCCH nào rỗi hay không , nếu còn nó sẽ cấp cho MS một kênh SDCCH Phần mềm quản lý tài nguyên của BSC chỉ định kênh SD trên nền kênh lưu lượng có nhiều kênh SD rỗi nhất Điều này nhằm đảm bảo tải được trãi đều trên tất cả các kênh lưu lượng

Sau đó BSC sẽ gởi cho BTS bản tin channel-activation Đồng thời thiết lập một

timer để đợi báo nhận (acknowledgement) từ BTS, báo cho biết BTS sẵn sàng kích hoạt

kênh Bản tin channel-activation bao gồm :

Mô tả kênh D được dùng

MS đầu tiên trên kênh D, sau đó gởi BSC bản tin channel_activation_ack BSC

sẽ dừng khoảng thời gian bảo vệ

Hình 2: Quá trình kích hoạt kênh SDCCH

Hình 3:Quá trình ấn định tức thời

Tiếp đó BTS gởi cho MS bản tin immediate_assignment trên kênh AGCH.

MS kiểm tra số ngẫu nhiên và số khung trong bản tin này xem có hợp với một trong 3 bản tin channel_request mà nó gởi đi gần đây nhất không, nếu đúng MS sẽ

chuyển sang kênh D dành riêng này và đặt TA của mình vào value indicate trong bản tin immediate-assignment

Bước 4: Thiết lập mode cân bằng bất đồng bộ:

a) Khung lớp 2 đầu tiên được gởi đi trên kênh D là khung loại LAPDm chuẩn (LAPDm là một phiên bản của LAPD dùng trong di động) được gọi là set asynchronous balanced mode - tương đương với với khung set asynchronous balanced mode Extended trong LAPD Trên giao diện Air, nó thiết lập kết nối

LAPDm với BTS Khung này cũng chứa nội dung lớp 3

b) Giải pháp tranh chấp:

MS khởi tạo kết nối LAPDm và gởi đi bản tin lớp 3 trong khung đầu tiên của mình BTS dùng bản tin này cho giải pháp tranh chấp BTS gởi đến MS 1 báo nhận ACK chứa nội dung giống bản tin lớp 3 Do đó, chỉ có MS nào đã gởi bản tin mới có thể nhận biết được ACK từ BTS và tự kết nối

Hình 4:Thiết lập kết nối cho thuê bao gọi

Đối với MS gọi đi, bản tin lớp 3 từ nó gồm :

Một phần thông tin chỉ rõ :

CM dịch vô yêu cầu (thoại/dữ liệu, SMS, cuộc gọi khẩn)

Yêu cầu cập nhật vị trí (thủ tôc cập nhật vị trí)

CM yêu cầu tái thiết lập (sau khi bị rớt).

Bước 5: Dấu hiệu thiết lập

BTS gởi bản tin establish-indication đến BSC để báo MS đã kết nối BSC chấm

dứt khoảng thời gian bảo vệ, trích thông tin trong CM và khởi tạo kết nối SCCP với MSC

a) Thủ tục Classmark : Nội dung của classmark IE được gởi trong suốt quá trình

thiết lập kết nối vô tuyến phụ thuộc vào loại MS Thông tin classmark được dùng cho điều khiển công suất của MS và cài mật mã MSC có thể yêu cầu cập nhật classmark để chắc chắn đúng thông tin

b) Quá trình nhận thực : Nhận thực đặc tính của MS , kiểm tra MS có thông tin cá

nhân đúng về thuê bao Khóa nhận thực chứa trong SIM dùng trong quá trình mật mã

c) Mật mã : Thông tin vượt qua giao diện Air phải đượ bảo vệ MSC có thể yêu cầu BSS cài chế độ mật mã trước khi thông tin được truyền trền kênh SDCCH.

3) Quá trình ấn định thông thường :

Bước 1: Khi quá trình thiết lập kết nối vô tuyến thành công, giữa MS và mạng có 1

đường báo hiệu Nếu cuộc gọi yêu cầu 1 kênh lưu lượng để liên lạc (communicate) với

thuê bao bị gọi, MS sẽ gởi 1 bản tin setup Bản tin này sẽ chỉ ra loại dịch vụ yêu cầu (tele

hay bearer) và số thuê bao bị gọi Thông tin này được truyền xuyên qua BSS Bản tin này

có thể chứa nhiều hơn 1 thành phần dịch vụ bearer, và một thông số cho biết thuê bao có thể yêu cầu thay đổi yêu cầu dịch vụ (in-call modification) trong suốt cuộc gọi

MSC gởi MS 1 bản tin call_proceeding Bản tin này cho biết MSC đã nhận các thông số cuộc gọi, và các nổ lực thiết lập kết nối với called party là under way

Bước 2: Yêu cầu kênh

MSC bắt đầu ấn định kênh lưu lượng bằng cách gởi BSC bản tin request và lập 1 timer để giám sát đáp ứng từ BSC.

BSC kiểm tra bản tin phải chứa 1 loại kênh (kênh lưu lượng là thoại hay dữ liệu

và tốc độ dữ liệu ) Bản tin này cũng chứa classmark MS mà BTS dùng đến trong trường hợp chưa nhận được classmark từ MS

Bản tin assignment-request có thể chứa 1 danh sách codec, giving, tính hợp lệ của các mức ưu tiên, loại codec hay dùng (vd, loại hỗ trợ kênh thoại toàn tốc tăng cường) Trong trường hợp này, BSC sẽ kiểm tra danh sách được cung cấp bởi cell và chọn ra loại codec ưu có thể dùng cho cả BTS và MS

Nếu BSC tìm thấy 1 lỗi trong bản tin assignment-request, nó sẽ gởi bản tin assignment-failure Nếu không phát hiện ra lỗi nào, nó sẽ bắt đầu quá trình ấn định

thông thường hướng đến MS

Hình 5: Quá trình ấn định thông thường cho thuê bao gọi

Bước 3: Ấn định kênh lưu lượng

BSC, đảm bảo rằng nó không đang chạy bất kỳ tiến trình khác cho MS và ấn định tài nguyên cho kênh lưu lượng Việc ấn định tài nguyên được tính toán dựa vào thuật

toán trong BSC BSC có thể nhận 1 bản tin asignment-request trong nhiều tình

huống khác nhau Do đó, nó có các thuật toán ấn định tài nguyên kênh lưu lượng cho :

 Ấn định thông thường

 In-call modification

 Chuyển giao giữa các cell

 Chuyển giao bên trong cell

 Directed retry (Xử lý định hướng lại)

 Các cell đồng tâm

 Microcells

Trong các điều kiện thông thường (đối với MS gọi đi, trường hợp ấn định thông thường), thuật toán ấn định thông thường được sử dông BSC giữ 1 bảng danh sách các kênh rỗi được sắp xếp theo mức nhiễu (1= thấp, 5= cao)

Mức nhiễu của tất cả các kênh được giám sát bởi BTS Thông tin này được gởi định kỳ

đến BSC trên bản tin RF-resource-indication BSC không ấn định kênh có mức nhiễu

thấp nhất một cách tự động, vì một số kênh được dự trữ cho chuyển giao Sau khi đã tính các kênh dự trữ, kênh được ấn định sẽ là kênh có mức nhiễu nhá nhất Nếu số kênh dự trữ vượt quá số kênh rỗi, BSC sẽ ấn định một kênh có mức nhiễu cao nhất (từ các kênh dự

trữ ) Nếu không có sẵn kênh, BSC gởi bản tin assignment-failure cho MSC chỉ nguyên

nhân lỗi

Bước 4 : Kích hoạt kênh lưu lượng

BSC gởi BTS bản tin physical-context-request để chỉ ra công suất và timing

advance hiện thời của MS trên kênh SDCCH

BTS đáp ứng bằng bản tin physical-context-confirm chứa các thông tin liên

quan Nếu không có sẵn kênh nào, hàng đợi được cho phép, cuộc gọi được xếp vào hàng đợi

Hình 6: Quá trình kích hoạt kênh lưu lượng

BSC gởi BTS bản tin channel-activation với nội dung :

Mô tả kênh lưu lượng được sử dụng

Timing advance MS được áp dụng

Thuật toán mật mã và khoá mật mã (giống như ấn định SDCCH)Chỉ số truyền gián đoạn cho hướng lên (không SD) và hướng xuống

Công suất MS sử dụng

Công suất BTS sử dụng

BSC khởi tạo 1 timer, và đợi BTS báo (ack) nó đã kích hoạt kênh

BTS kích khởi nguồn tài nguyên kênh lưu lượng, lập mã mật, gởi TA và thông tin công suất cho MS trên kênh SACCH – kênh kết hợp với kênh TCH và được MS

giám sát thường xuyên Cùng lúc, BTS gởi BSC bản tin chanel-activation-acknowledge.

BSC sẽ ngưng khoảng timer của nó và gởi MS bản tin command trên kênh D Bản tin này hướng dẫn MS chuyển sang kênh lưu lượng.

assignment-Khi nhận bản tin assignment-command, MS sẽ không kết nối lớp vật lý và

thực hiện giải phóng kết nối LAPDm của kênh SD

Hình 7: Quá trình gán kênh lưu lượng

Bước 5: Gán kênh lưu lượng

Sau đó MS thiết lập kết nối LAPDm (qua SABM trên kênh FACCH) cho kênh lưu lượng

BTS gởi BSC bản tin establish-indication Đồng thời cũng lập chuyển mã

(transcoder) và thuật toán phát hiện lỗi kết nối vô tuyến của nó BTS gởi MS 1 báo nhận ở lớp 2

MS gởi BSC bản tin assignment-complete.

Khi nhận bản tin establish-indication, BSC thiết lập đường chuyển mạch tài nguyên giữa giao diện Abis được ấn định và trên giao diện A Khi nhận bản tin assignment- complete, BSC sẽ gởi MSC bản tin assignment-complete và bắt đầu giải phóng kênh

SD

Bước 6: Kết nối cuộc gọi :

Khi việc kết nối với thuê bao bị gọi được thiết lập (nhưng trước khi thuê bao bị gọi

trả lời), MSC sẽ gởi MS 1 bản tin alerting MS sẽ phát ra 1 ring tone (hồi âm

chuông)

Khi thuê bao bị gọi trả lời, MSC gởi MS bản tin connect MS đáp ứng bằng bản tin connect-acknowledgement Cuộc gọi được thiết lập.

Hình 8: quá trình kết nối cuộc gọi cho thuê bao gọi

III/ Quá trình thiết lập cuộc gọi từ thuê bao bị gọi :

Một cuộc gọi từ NSS đến MS có thể được định tuyến từ thuê bao gọi xuyên qua NSS, cũng có thể được khởi đầu bởi NSS quản lí MS đó.

Quá trình thiết lập cuộc gọi từ thuê bao bị gọi bao gồm các thủ tục giống như thuê bao gọi Phần này chỉ mô tả những phần khác nhau

Hình 9 : quá trình thiết lập kết nối vô tuyến cho thuê bao bị gọi

1) Thiết lập kết nối vô tuyến :

a)Tìm gọi (Paging) :

Trước khi BSS thiết lập đường báo hiệu, MS phải được dò tìm trước Quá trình

này được khởi đầu bởi MSC Nó gởi bản tin paging đến BSC, nơi quản lí vùng định

vị (LA) và là nơi MS gởi cập nhật vị trí gần đây nhất Bản tin này được gởi ở connectionless mode và bao gồm : :

• Số nhận dạng MS (TMSI hay IMSI của MS bị gọi)

• Danh sách nhận dạng cell, chỉ ra các cell mà yêu cầu tìm kiếm gởi đi Có thể là tất cả các cell hay 1 nhóm cell

MSC lập 1 timer để đợi MS đáp ứng bằng bản tin paging-response.

BSC kiểm tra bản tin paging, nếu hợp lệ BSC sẽ tính toán nhóm paging cho MS và

Time Slots CCCH cho nhóm này

BSC sẽ gởi bản tin paging-command đến từng BTS, chỉ rõ TMSI hay IMSI,

nhóm paging và số kênh

Mỗi BTS định dạng thông tin và quảng bá bản tin paging-request trên kênh Paging b) MS “lắng nghe” các bản tin được gởi đến nhóm paging của mình Khi nhận được bản tin paging đúng với số nhận dạng MS của mình, MS sẽ gởi bản tin channel-request trên kênh RACH đến BTS, để đáp ứng bản tin paging-request.

Sau đó, BSS thực hiện quá trình quá trình thiết lập kết nối vô tuyến (như được mô tả ở thuê bao gọi)

Hình 10: Quá trình ấn định thông thường cho thuê bao bị gọi

MSC gởi MS bản tin set-up điều khiển cuộc gọi ở lớp 3, chỉ ra dịch vô bearer và tele

cho cuộc gọi MSC có thể chỉ ra hơn 1 dịch vô bearer

MS kiểm tra bản tin này Nếu chấp nhận cuộc gọi, nó sẽ gởi bản tin call-confirm

chứa 1 thông số dịch vô bearer – cho biết dịch vô bearer nào được ưa dùng hơn

BSS tiến hành ấn định kênh và context vật lí Một khi kênh vật lí đã được ấn định, MS

sẽ báo cho user và gởi MSC bản tin connection MSC gởi lại MS bản tin acknowledgment và kết nối cuộc gọi.

connection-Tất cả các bản tin này đều là bản tin điều khiển cuộc gọi ở lớp 3, và được truyền xuyên qua BSS

4) IMSI Attach-Detach :

IMSI Attach-Detach là một đặc trưng trong di động liên quan chủ yếu đến MSC và MS Cùng với quá trình cập nhật vị trí định kỳ, IMSI Attach-Detach cho

phép mạng cung cấp nhiều tính năng hơn và cho phép sử dụng nguồn tài nguyên

hiệu quả hơn

Ví dụ , nếu thuê bao bị gọi đến chỗ thuê bao gọi đang “detached”, MSC biết rằng MS không active và không cần phải bắt đầu 1 yêu cầu paging nào Đối với BSS, điều này có thể làm tiết kiệm tải trên PCH

Khởi đầu của quá trình IMSI Attach-Detach được điều khiển bởi 1 thông số

trong BSS, Attach-Detach-allowed Khi thông số này được lập, BSS quảng bá thông

tin hệ thống trên tất cả các cell để báo rằng mạng đang hỗ trợ IMSI Attach-Detach.

Những MS có kết nối thành công và tự log vào mạng, sau đó obliged để tiến hành quá trình IMSI Attach-Detach

IV/ Tìm gọi (Paging) :

Paging là quá trình mạng contact (tiếp xúc) với MS Ví dụ , nếu cần báo cho MS biết

có cuộc gọi đến, nó sẽ tìm gọi MS để nhắc MS yêu cầu kênh Sau quá trình ấn định

tức thì, bản tin service-request từ MS sẽ báo đây là kết nối đáp ứng bản tin paging Các bản tin paging được phát trên kênh CCCH Ở hướng downlink, CCCH mang

AGCH và PCH

PCH được chia thành những kênh phô, mỗi kênh này tương ứng với 1 nhóm tìm gọi

Để hạn chế việc MS phải giám sát mỗi sự xuất hiện của PCH, mỗi MS được ấn định một nhóm tìm gọi được tính toán từ IMSI Mỗi MS tính toán nhóm tìm gọi của mình

và chỉ giám sát kênh PCH phô đó Điều này giúp MS tiết kiệm pin

Số nhóm tìm gọi và cách tổ chức kênh CCCH thay đổi với từng cấu hình MS biết được cách tổ chức CCCH từ thông tin được truyền trên BCCH

AGCH gởi bản tin immediate-assignment đến MS Một số block được dự trữ cho

AGCH dùng thông số BS-AG-BLKS-RES Nếu thông số này được lập mức 0 thì bản

tin immediate-assignment được gởi trên PCH.

Hình sau minh hoạ 1 khung TDMA với 9 block CCCH, 3 trong số đó được dùng cho

AGCH, phần còn lại cho PCH Thông số để dự trữ các block này (BS-AG-BLKS-RES)

được lập bằng 3 :