Giao diện Abis kết nối BTS với BSC. Giao diện là phần cố định của mạng và giao tiếp thông qua bởi cáp thông thường. Điển hình là một liên kết PSM 30 (cũng như ISDN 30) được sử dụng với 32 kênh mỗi kênh 64kbps, cung cấp băng thông 2Mbps. Công nghệ nén cho phép GSM sử dụng các gói lên tới 8 kênh lưu lượng trên một kênh đơn 64kbps. Điều này cho phép tới 10 TRXs trong BTS, nhưng một đặc thù cài đặt là
một BTS có 1 đến 4 TRXs. Khi sử dụng 2 liên kết ISDN 30, tối đa 16 TRXs có thể được cài đặt trên một BTS. Theo mô hình tham chiếu chuẩn OSI thì giao diện Abis sẻ được chia thành 3 lớp hình 2.8:
Lớp 1 của giao diện Abis là kênh D của đường liên kết ISDN 30. ISDN 30 bao gồm 30
kênh B cho lưu lượng (mổi kênh 64 kbps) và một kênh D cho báo hiệu.
Hình 2.8: Ngăn xếp giao thức của giao diện Abis
Lớp 2 Giao thức trên kênh D mạng ISDN được GSM sử dụng giao thức LAPD cho báo
hiệu trên giao diện Abis. Các nguyên tắc chung được quy định trong Q.920 (I.440) và các thủ tục được quy định trong Q.921 (I.441). Mục đích của các giao thức LAPD là tạo ra cơ chế truyền số liệu với khả năng đảm bảo không lỗi. Hình 2.9a và hình 2.9b là định dạng của khung LAPD kiêu 8 và 128.
Trường FLAG: 8 bit đầu tiên và cuối cùng của mỗi khung LAPD là trường cờ, cờ mở và cờ đóng. Đặc điểm đầu tiên của trường này là luôn được đặt giá trị bằng 01111110 (7EH).
Trường ADDRESS: Tiếp theo cờ mở là trường địa chỉ có độ dài 2 byte. Trường này chứa nhận dạng điểm truy cập dịch vụ SAPI và nhận dạng điểm kết cuối thiết bị TEI. Ở đây mỗi TEI tương đương với một TRX trong BTS. Trường CONTROL: Có 3 kiểu khung được định nghĩa trong LAPD. Trường
điều khiển có nhiệm vụ thông báo cho thiết bị thu về kiểu thông tin đang được phát trong khung. Trường này cũng có hệ thống đánh số khung phát và thu tiếp theo (NS và NR). Độ dài của trường phụ thuộc kiểu LAPD. LAPD module 8 trường này sẻ có độ dài 8 bit, nếu LAPD module 128 trường này có độ dài 16bit.
Trường INFO: Trường thông tin là nơi chứa thông tin lớp 3. Trường này có độ dài thay đổi phụ thuộc vào dữ liệu.
Trường FCS: 2 byte cuối cùng ngay trước trường cờ kết thúc một khung LAPD là trường dãy kiểm tra khung.
Hình 2.9a. Định dạng khung LAPD module 128
Có hai kiểu LAPD được sử dụng trong mạng GSM. LAPD Module 8 thì trường điều khiển chỉ có 8 bít trong đó 3 bit để biểu diển cho mổi N(R) hoặc N(S), còn LAPD module 128 thì trường điều khiển dài 16 bit và 7 bit dành cho mổi N(R) và N(S).
Hình 2.9b : Định dạng khung LAPD module 8
Trường FLAG
Tất cả các khung LAPD bắt đầu và kết thúc bằng trường FLAG, trường này luôn được đặt bằng 01111110 hay 7E16, mục đích đồng bộ là chỉ thị vị trí bắt đầu và kết thúc một khung. Vì số liệu trong trường thông tin có thể thay đổi chứa mẫu cờ 01111110 nên một bit 0 được chèn vào 5 bit 1 liên tiếp, chỉ có cờ này không được chèn để tránh việc nhầm lẩn đáng tiếc. Bên thu tìm cờ, toàn bộ số liệu không phải là mẫu cờ sẽ được đưa qua bộ xoá bit 0 để khôi phục lại chuổi dữ liệu ban đầu.
Trường ADDRESS
Nhận dạng điểm truy cập SAPI
BSC phải có khả năng đánh địa chỉ cho mỗi TRX riêng (hình 2.11).
Hình 2.11. Kết nối liên kết dữ liệu trên kênh D
Đánh địa chỉ trong LAPD được thực hiện trong 2 byte của trường địa chỉ. Địa chỉ được chia làm hai phần SAPI và TEI kết hợp với nhau để định hướng khung đi đến điểm kết nối logic chính xác.
6 bit nhận dạng điểm truy cập dịch vụ SAPI. Chức năng của SAPI tương tự như chức năng của hệ thống con SSN với SCCP. SAPI được dùng để định hướng thông tin trong khung LAPD đến phần thực thể logic chính xác. Một phần thực thể logic có thể được xem như là một khối phần mềm điều khiển một tập hợp các chức năng. Ví dụ về các chức năng là khởi tạo cuộc gọi, trả lời cuộc gọi, kết thúc cuộc gọi .... Tất cả các bản tin liên quan đến điều khiển cuộc gọi của các mạch đã định phải có cùng một SAPI nên định hướng bản tin đến thực thể logic chính xác.GSM sử dụng 3 giá trị của SAPI trong giao diện Abis cho dưới hình 2.12. SAPI cũng chỉ ra ưu tiên di chuyển của một bản tin. Giá trị SAPI_62 và SAPI_63 có được sự ưu tiên cao hơn là SAPI_0.
Bít lệnh/đáp ứng C/R :
Bit C/R (lệnh/đáp ứng) chỉ ra khung là khung điều khiển hay đáp ứng. Bít này sẻ cho biết một bản tin là lệnh, trả lời hay xác nhận của một lệnh. Khung lệnh do BSC gửi đến BTS và khung đáp ứng do BTS gửi đến BSC có C/R = 1, ngược lại khung lệnh do BTS gửi đến BSC và khung đáp ứng do BSC gửi đến BTS có C/R = 0 (hình 2.13).
Hình 2.13 : Bit C/R với lệnh và đáp ứng
Nhận dạng thiết bị đầu cuối TEI :
7 bit TEI được dùng để phân biệt giữa các TRX. Một TEI được gán cho mỗi TRX cung cấp khả năng phân biệt giữa các TRX trong khi phân tích một file xác định. Do có 7 bit nên tổng đài có thể phuc vụ 127 thiết bị.
Các bít trường địa chỉ mỡ rộng :
Trường địa chỉ gồm mỗi bit EA cho mỗi octet. Bit EA của octet thứ nhất được đặt bằng 0,nó chỉ ra rằng octet theo sau nó chính là một octet của trường địa chỉ và EA của trường thứ 2 được đặt bằng 1 nó chỉ rằng đó là octet cuối cùng của trường địa chỉ.
Trường điều khiển
Chiều dài của trường điều khiển phụ thuộc vào kiểu khung. 8 hoặc 16 bit. Nó bao gồm các thông tin sau:
Bit đầu Polling (P), bit cuối Final (F) và bit P/F:
Thay cho các kiểu khung mà có thể được dùng chỉ là lệnh tương ứng với bit P hay chỉ là đáp ứng tương ứng với bit F hay bit P/F là cho cả hai. Thông tin bit P nhận một bản tin lệnh mà bên gữi mong chờ một câu trả lời, còn nếu kiểu bản tin thông thường không muốn yêu cầu một xác nhận. Trên thực tế bit Polling trên giao diện Abis được dùng chỉ khi BSC và BTS ở trong trạng thái rỗi và cần kiểm tra kết nối định (ví dụ trao đổi của khung RR).
Khi khung lệnh được nhận thì bit P được đặt bằng 1, khung trả lời cần được quay trở lại bit F được đặt lên 1. LAPD cho phép xác nhận của khung I khi này bit P được đặt
bằng 0 với cả khung I và khung S. Tuy nhiên khung I, nơi bit P được đặt bằng 1 thì có được xác nhận cùng lúc với khung S. Bit P của khung UI luôn đặt bằng 0. Mà tại sao khung một khung UI mặc dù lệnh theo định nghĩa lại không được yêu cầu một xác nhận.
Số tiếp theo gữi N(S) và số tiếp theo nhận N(R):
N(S) và N(R) phục vụ mục đích của sự thừa nhận việc trao đổi và nhận của khung I. Cách thức đếm có thể là module 8 hay module 128. Trong trường hợp module 8, 3 bit sẻ được sử dụng cho bộ đếm, tính đến giá trị của các số khung giữa 0 và 7. 7 bit sẻ được sử dụng cho bộ đếm trong trường hợp module 128, tính đến các giá trị giữa 0 và 127. Trên giao diện Air (LAPDm) chỉ module 8 được sử dụng. Khi một phía (BSC hoặc BTS) gửi một khung I, bộ đếm N(S) bên gửi sẻ tăng lên 1. Nó thể hiện rằng giá trị N(S) trong khung I vừa mới gửi vẩn có giá trị cũ, giá trị chỉ tăng lên sau khung đả gửi.
Khi khung I đến nơi nhận nó sẻ được kiểm tra để thấy nếu như giá trị nhận được của N(S) và N(R) phù hợp với những giá trị nhận được đả được lưu trước đó. Giá trị N(S) cho khung I được nhận để phù hợp với giá trị thực tế của N(R) bên nhận. Nếu khung cũng không có lỗi (FCS), bên nhận tăng giá trị của N(R) và gửi giá trị mới trong khung RR trở lại cho bên gửi. Phía bên gửi mong chờ xác nhận trong một khung thời gian được ghi rỏ. Nếu mà chu kỳ thời gian kết thúc không có xác nhận, khung I sẻ gửi lại. Chú ý rằng theo quy định Q920 và Q.921, sự xác nhận không phải mang bởi khung giám sát S nhưng cũng có thể mang bởi khung I. Bởi thế sự gửi một khung RR không cần thiết nếu như bên nhận cũng đả gửi một khung I. Tuy nhiên GSM không tạo ra cách dùng của sự lựa chọn ấy. Tất cả các khung I đều được xác nhận với một khung RR. Cho tới khi sự xác nhận đả được nhận, bên gửi cất khung I vào bộ đệm. Ví dụ dưới sẻ minh hoạ điều này.
Chức năng của N(S) và N(R):
BTS gửi một khung I và tăng bộ đếm N(S) của nó. BSC nhận khung I và tăng bộ đếm N(R) và gửi một khung RR với một giá trị của N(R) trở lại cho BTS. BTS không cần duy trì đệm khung I sau khi nó nhận xác nhận từ BSC.
Tiếp theo BSC gửi một khung I tới cho BTS và tăng bộ đếm N(S) của nó lên 1. Một lần nữa chỉ ra rằng giá trị của N(S) và N(R) trong khung I được truyền tương ứng ngược lại tới một khung được lưu trong BTS. Khi BTS kiểm tra tính chắc chắn của thông tin và nếu mọi thứ đều đúng, bộ đếm N(R) của nó được tăng và gửi đáp ứng lại BSC với một khung RR và một giá trị mới của N(R). Thủ tục này được thể hiện trong hình 2.14.
Hình 2.14: Chức năng của N(R) và N(S)
Khung RR cần được trao đổi giữa BSC và BTS trong khoảng thời gian nào đó vì thế được gọi là trường hợp rổi, khi không có dữ liệu được truyền, giá trị của N(R) và N(S) không thay đổi trong quá trình đó, cái mà được gọi là phần đầu.Tuy nhiên chúng phải tưng ứng với chiều ngược lại tới mỗi cái khác.
Kiểu khung:
Có 3 kiểu của trường điều khiển khung LAPD (hình 2.9) như sau:
- Khung thông tin (I) : các khung này có thể so sánh được với đơn vị tín hiệu bản tin MSU của SS7. Khung này được sử dụng để truyền các bản tin Q.931 (lớp 3 bản tin lớp mạng) hoặc X.25 trên kênh D. Chỉ duy nhất khung này sử dụng trường NS và NR. NS là số thứ tự của khung đang truyền, còn NR là số thứ tự của khung chờ đợi tiếp theo. Nhờ cơ chế này mà TE và LT giám sát được các khung bị mất.
- Các khung giám sát (S) : Điều khiển việc trao đổi các khung I. Nó được dùng để xác nhận các khung I, thông tin điều khiển truyền, yêu cầu truyền lại các khung I bị mất trên cơ sở NS và NR. Có 3 kiểu khung S được xác định bằn các bít S. Khung này không có trường thông tin và có thể so sánh với những đơn vị trạng thái liên kết (LSSU) của SS7.
- Khung không được đánh số U : Có 7 loại khung U, các khung U được dùng để thiết lập và giải phóng các kết nối logic, xác định các tham số liên kết số liệu và chỉ thị các lỗi không thể sữa chữa sau khi truyền lại. NS và NR không được dùng ở khung này. Bít M đung để xác định kiểu khung U. Chỉ khung UI duy nhất trong nhóm các khung U là có trường thông tin, mang bản tin lớp mạng. Khung UI có TEI =127 mang thông tin quảng bá tới tất cả các TE trên đường DSL.
Hình 2.15: Các kiểu khung của LAPD
Hình 2.15 là toàn bộ các khung của LAPD các giá trị ở hệ 16 đi kèm để nhận dạng khung. Ở khoá luận này chúng ta chỉ quan tâm tới hai khung có liên quan tới quá trình chuyển giao là khung UA và khung SABME. Dưới đây ta sẻ đi tìm hiểu chi tiết hai khung này.
Hình 2.16: Dữ liệu chứa hệ 16 chứa trong khung LAPD chỉ thị khung
Khung SABME: Khung này được truyền để yêu cầu một kết nối lớp 2.
Khung UA : Khung UA được sử dụng để trả lời khung SABME hoặc khung DISC. Nó xác nhận một kết nối lớp 2 tồn tại đả được thiết lập.
Hình 2.18: Trường điều khiển của khung UA
Trường kiểm tra tổng (FSC):
Trường liên tục kiểm tra khung FSC được sử dung cho việc dò tìm lổi. Kiểm tra tổng sẻ được tính toán, sử dụng dữ liệu giữa cờ bắt đầu và trường FSC. Kết quả gửi trong trường FSC. Quá trình hoạt động tương tự được thực hiện tại đầu nhận và giá trị của các FSC tương ứng được so sánh. Bên nhận sẻ yêu cầu truyền lại nếu như việc tính toán FSC không phù hợp với cái nhận được.
Hình 2.19: Liên tục kiểm tra khung
Lớp 3 chia thành 4 lớp con: quản lý TRX (TRX Management), quản lý kênh chung
(CCM), quản lý liên kết vô tuyến (RLM) và quản lý kênh chuyên dụng (DCM). Lớp con TRXM được sử dụng để chiếm lấy các TRX vào trong và ngoài của dịch vụ và điều khiển các trạng thái của chúng. CCM được sử dụng cho bản tin quảng bá cho sự tồn tại của cell, ví dụ như một MS (mạng cố gắng để kết nối tới MS, khi nó được gọi hoặc một bản tin SMS được nhận), SMS quảng bá, và thông tin về cell. RLM là cho điều khiển lớp 2 của liên kết vô tuyến giữa MS và BTS. Điều này bao gồm thiết lập và giải phóng kế nối. DCM được sử dụng cho điều khiển lớp 1 của giao diện Air như việc chuyển giao, đo lường, phân/lấy lại kênh và cài đặt mã hoá. RLM và DCM chỉ được sử dụng cho hoạt động liên kết trên giao diện Air, nơi đó không giao tiếp trên chúng trong chế độ rỗi. Hình 2.8 thể hiện ngăn xếp giao thức của giao diện Abis.
Phần trên cùng của lớp 3, dữ liệu tải trọng được chuyên chở. Giao diện Abis được sử dụng hầu hết cho sự trao đổi của các bản tin RM, CC, và MM được miêu tả trong phần giao diện Air. Giao diện Abis nói rỏ chi tiết hơn trong chương sau.