Nhiệm vụ chính của báo hiệu là để thiết lập và xoá kết nối cuộc gọi. Ngày nay các ứng dụng mới luôn luôn được thêm vào. Trong đó là việc tự động truy cập cơ sở dữ liệu hoặc Các dịch vụ được mở rộng trên một vùng rộng lớn của mạng viễn thông.
2.1.1 Giao diện A
Trên lớp vật lý, giao diện A bao gồm một hoặc nhiều liên kết PCM giữa MSC và BSC với băng thông khoảng 2Mbps. Đặt giữa BSC và MSC là TRAU (Transcoder Adapter Rate Unit) là một thiết bị thích ứng tốc độ, ở đây còn có quá trình mã hoá và giãi mã tiếng một đặc thù trong thông tin di động được tiến hành. Vì thế có thể chia giao diện A thành 2 phần như sau:
• Phần thứ nhất giữa BSC và TRAU, nơi dữ liệu tải trọng truyền dẫn vẩn được nén. Hình 3.1 thể hiện một cấu hình kênh có thể cho 3 đường trung kế. Như trên giao diện Abis, một kênh lưu lượng đơn chỉ chiếm 2 trong số 8 bit của một kênh PCM. Điều này giải thích tại sao có thể truyền 4 kênh lưu lượng toàn tốc trên một kênh PCM. Không kể đến các TS nơi thông tin báo hiệu được mang. Thông tin báo hiệu yêu cầu toàn bộ 64Kbps của kênh.
• Phần thứ hai là giữa TRAU và MSC, tại nơi đó toàn bộ dữ liệu không được nén. Bởi vì mổi kênh lưu lượng yêu cầu tất cả 8 bit hoặc chiếm toàn bộ 64Kbps của kênh PCM. Vị trí của kênh báo hiệu có thể khác trước và sau TRAU (hình 2.2).
Hình 2.2: Cấu hình kênh có thể giữa BSC và MSC
Giao diện A là giao diện giữa BSC và MSC, nó được xây dựng trên chuẩn giao tiếp đang tồn tại là hệ thống báo hiệu SS7 được sử dụng khắp trong NSS. Chuẩn báo hiệu này rất phổ biến trong giao tiếp điện thoại. Trong mạng viễn thông PSTN và ISDN. Hệ thống báo hiệu kênh chung CSSN07 là tiêu chuẩn toàn cầu để định nghĩa truyền thông bằng liên minh truyền thông quốc tế ITU. Phần tiêu chuẩn hoá truyền thông ITU- T. Tiêu chuẩn này được định nghĩa thủ tục và giao thức bằng phần tử mạng trong mạng chuyển mạch công cộng PSTN thông tin chuyển mạch qua mạng báo hiệu số 7 tới tế bào (liên kết vô tuyến) và đường dây thiết lập cuộc gọi định tuyến và điều khiển. Ở CCSN7 đường báo hiệu tách riêng so với đường tiếng. Ở mạng này không nhất thiết có một kênh báo hiệu trên mọi đoạn nối, điều này có nghĩa là các bản tin báo hiệu có thể có các đoạn nối khác với đường dẫn để đến được điểm nhận, để tránh nhầm lẫn người ta gán nhãn cho từng bản tin. Kênh báo hiệu có thể chiếm một khe thời gian bất kỳ trên các đường truyền dẫn 2Mbps trừ khe TS0 và được sử dụng để truyền tất cả các báo hiệu của các kênh thoại ở đoạn nối tương ứng. Các giao thức được sử dụng trong SS7.
• Dịch vụ klhông dây như dịch vụ thông tin cá nhân (PCS) chuyển giao không giây và nhận thực thuê bao di động
• Di chuyển số định vị LNP
• Miễn thuế cước và dịch vụ đường dây tính cước
• Tăng đặc trưng gọi như định hướng cuộc gọi, tên cuộc gọi và hiển thị số, kết nối người thứ 3
• Truyền thông toàn cầu bảo mật và hiệu quả
Các phần quan trong nhất trong giao thức báo hiệu SS7 trong phạm vi của GSM, được minh hoạ trong hình 2.3.
Hình 2.3: Mô hình phân lớp hệ thống báo hiệu SS7
Chú ý: Phần tô mầu xám liên quan tới các bản tin báo hiệu chuyển giao.
Lớp thấp hơn của ngăn xếp giao thức SS7 (OSI lớp 1-3) được gọi là phần truyền dẫn bản tin MTP. Phần SCCP được xem như phần người sử dụng của MTP ẩn mình một ít trong lớp 3. SCCP cung cấp dịch vụ mạng phi kết nối và kết nối định hướng, chuyển đổi tên toàn cầu qua mức ba của MTP. Tên toàn cầu (GTT: Global Title Translation) là địa chỉ được chuyển đổi bởi SCCP thành mã địa chỉ đích và số hệ thống con. Duy nhất hệ thống con nhận dạng ứng dụng tại điểm báo hiệu đích. SCCP được sử dụng để chuyển đổi lớp cho dịch vụ cơ sở TCAP.
Đặc trưng báo hiệu GSM trong giao diện A được thực hiện bởi phần ứng dụng hệ thống trạm cơ sở Base Station Subsystem Application Path (BSSAP). Phần này được chia thành 2 lớp: BSSMAP và DTAP. BSSMAP điều khiển, quản lý bản tin RR còn DTAP quản lý điều khiển bản tin MM và CC. BSSMAP bao gồm các bản tin được trao đổi giữa MSC và BSC mà trên thực tế thì được tiến hành bởi BSC. Ví dụ các bản tin PAGING, HND_CMD và RESET. DTAP bao gồm tất cả các bản tin trao đổi giữa hệ thống con của NSS và MS. Các bản tin này được truyền trong suốt qua BSS ngoại trừ 3 bản tin của MM là LOC_UPD_REQ, IMSI_DET_IND và CM_SERV_REQ. Điều này được minh hoạ dưới hình 2.4.
Hình 2.4: Mối liên hệ của bản tin BSSMAP tới báo hiệu trong mạng GSM
Cấu trúc bản tin của BSSAP:
Hình 2.5 mô tả cấu trúc chung của các bản tin BSSAP. Toàn bộ bản tin BSSAP gắn vào trong một bản tin SCCP. 8 hoặc 16 bit đầu tiên của BSSAP để phân biệt giữa BSSMAP và DTAP. Phần đầu của DTAP dài 2 byte và bao gồm tham số phân biệt bản tin (01 = DTAP) và nhận dạng kết nối liên kết dữ liệu (DLCI). 3 bit Header của DLCI nhận dạng điểm truy cập dịch vụ (SAPI), nó được sử dụng trên giao diện Air (SAPI = 0 cho RR, MM và CC; SAPI = 3 cho SMS và SS).
Hình 2.5: Định dạng bản tin BSSAP
Phần Header của BSSMAP chỉ 1 byte và bao gồm chỉ là tham số nhận dạng bản tin (00 = BSSMAP). Trong BSSMAP không có octet DLCI. 8 bit chỉ thị độ dài cho biết chiều dài của trường dữ liệu, theo sau header trong cả hai trường hợp BSSMAP và DTAP. Hình 2.6 thể hiện cấu trúc bên trong của bản tin BSSMAP.
Trên thực tế các tham số theo sau kiểu bản tin MT là tuỳ ý, mổi tham số luôn bao gồm trường nhận dạng yếu tố thông tin IEI, trường chỉ thị độ dài, trường dữ liệu. Một số bản tin của BSSMAP: HND_RQD, HND_REQ, HND_RQD_ACK, HND_REQ_ACK, HND_CMD, HND_CMP, HND_FAIL, HND_DET, CLR_CMD, CLR_REQ, CLR_CMP ...vv.
Giải mã bản tin BSSMAP:
Hình 2.7 thể hiện bản tin CLR_CMD ở cả hệ hex và dạng đả giải mã. Những tham số này là 2 yếu tố thông tin: Thông tin Header lớp 3 và cause (lý do):
Hình 2.7: Giải mã bản tin CLR_CMD
Phần thông tin Header của lớp 3 bao gồm phân biệt giao thức PD và nhận dạng sự giao dịch TI chúng có ý nghĩa là để sử dụng trên giao diện Air. Phần 2 Cause (lý do của bản tin) nhận biết lý do tại sao tài nguyên vô tuyến
riêng sẻ được giải phóng. Thông thường giá trị là 09 đại diện cho CC, chỉ ra rằng CC yêu cầu giải phóng kết nối khi cuộc gọi kết thúc và 0B chỉ ra rằng chuyển giao thành công.
2.1.2 Giao diện Abis
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: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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.