4. Cấu trúc báo hiệu trong giao diện vô tuyến Um
4.3. Lớp báo hiệu 3
Lớp 3 là lớp mạng, đảm bảo các thủ tục báo hiệu giữa trạm di động và mạng. Các thuộc tính đặc thù của giao diện vô tuyến đòi hỏi phải chia lớp này thành 3 lớp con RR, MM, CM. Trong đó mỗi bản tin báo hiệu chỉ trực thuộc 1 và chỉ 1 trong số các lớp con này (hình 3.28).
- Quản lý tiềm năng vô tuyến (RR)
Là lớp con thấp nhất trong 3 lớp con, bao gồm các chức năng cần thiết để thiết lập, duy trì và giải phóng kết nối logic ở DCCD (chẳng hạn SDCCH và FACCH). Các chức năng đợc lớp này thực hiện bao gồm:
+ Thiết lập chế độ mật mã
+ Thay đổi kênh dành riêng khi vẫn ở ô cũ nh: từ SDCCH đến kênh lu lợng. + Chuyển giao từ 1 ô này đến ô khác.
+ Định nghĩa lại tần số (sử dụng cho nhảy tần).
LPD SAPI C/R Độ dài M Lớp 3 Các bít đệm 1 2 3 n 23 Trường địa chỉ Trường điều khiển Chỉ thị độ dài
Các bản tin của lớp này đợc đặt bên trong BSC, và đợc truyền trong suốt qua BTS.
- Quản lý di động MM: là lớp con thứ 2, xử lý các thủ tục mặc dù cần thiết cho điều hành MS, nhng chỉ liên kết gián tiếp đến việc thiết lập và xoá cuộc gọi nh: cập nhật vị trí, nhận thực.
Lớp con này chứa các chức năng liên quan đến di động của thuê bao nh: + Nhận thực
+ ấn định tại TMSI.
+ Nhận dạng trạm di động bằng cách yêu cầu IMSI hay IMEI.
Trạm di động có thể thực hiện dời mạng IMSI để thông báo rằng không thể đạt tới trạm này vì thế các cuộc gọi vào sẽ đợc mạng chuyển hớng hoặc chặn chứ không tìm gọi trạm di động nói trên. Các bản tin tới/từ lớp CM đợc truyền trong suốt bởi mật mã. CM ở phía phát yêu cầu thiết lập MM và mật mã lại yêu cầu thiết lập đấu nối RR.
- Quản lý nối thông CM: là lớp con cao nhất, đợc chia thành 3 phần không phân cấp tơng đơng với 3 ngời sử dụng MM: điều khiển cuộc gọi CC, hỗ trợ dịch vụ bổ sung SS và dịch vụ bản tin ngắn SMS.
- Điều khiển cuộc gọi CC cung cấp các chức năng và các thủ tục để điều khiển cuộc gọi ISDN, các chức năng và các thủ tục này đã đợc cải tiến để phù hợp với môi trờng truyền dẫn vô tuyến, việc thiết lập lại cuộc gọi hay thay đổi trong quá trình gọi các dịch vụ mạng chẳng hạn thay đổi từ tiếng tới số liệu là 2 thủ tục đặc biệt mới trong CC. CC cũng chứa các chức năng cho các dịch vụ bổ sung đặc biệt nh: báo hiệu giữa các ngời sử dụng.
- Phần tử đảm bảo các dịch vụ bổ sung SS xử lý các dịch vụ bổ sung không liên quan đến cuộc gọi nh: chuyển hớng cuộc gọi không có trả lời, đợi gọi,...
- Phần tử đảm bảo các dịch vụ bản tin ngắn SMS cung cấp các giao thức lớp để truyền các bản tin ngắn giữa mạng và 1 trạm di động.
Cấu trúc của các khối thông tin 23 byte (khung lớp 2) ở các kênh SDCCH, FACCH, PCH, AGCH, BCCH đợc cho ở hình 3.28. Cấu trúc khung của trờng điều khiển đợc cho ở hình 3.29.
Khung Khuôndạng Mẫuhết trả lờiLệnh thông tinTrờng
I N(R) P N(S) 0 Lệnh Có
S
RR N(R) P/F 0 0 0 1 Cả hai Không
RNR N(R) P/F 0 1 0 1 Cả hai Không
REJ N(R) P/F 1 0 0 1 Cả hai Không
U SABM 001 P 1 1 1 1 Lệnh Có thể DM 000 F 1 1 1 1 Trả lời Không UI 000 P 0 0 1 1 Lệnh Có DISC 010 P 0 0 1 1 Lệnh Không UA 011 F 0 0 F 1 Trả lời Có thể
Hình 3.29. Cấu trúc đờng điều khiển của khung lớp 2
Ký hiệu:
I S U
RR (Recevie Ready) RNR (Recevie not ready) REJ (Reject)
SABM (Set Synchronous Balanced Mode) DM (Disconnect Mode) UI (Unmumbered Information) DISC (Disconnect) UA (Unnumbered Acknouwledge) P (Poll) F (Final)
: Khung thông tin : Khung giám sát : Khung không đánh số : Sẵn sàng thu : Không sẵn sàng thu : Từ chối : Lập chế độ đồng bộ cân bằng : Chế độ không kết nối
: Thông tin không đánh số : Giải phóng kết nối
: Công nhận không đánh số : Bít dò hỏi
Hình 3.30. Các giao thức và giao diện lớp báo hiệu (lớp 3)
Trờng địa chỉ chứa:
- Phân biệt giao thức đờng truyền LPD để phân biệt giữa giao thức GSM và các giao thức khác (giao thức đặc thù quốc gia hay nhà sản xuất).
- Nhận dạng điểm thâm nhập dịch vụ SAPI để phân biệt dịch vụ bản tin ngắn SMS và các phần khác của lớp 3 (RR, MM, CC, SSS) trong trờng thông tin. Một khuôn dạng đặc biệt của lớp 3 đợc sử dụng cho SMS và các bản tin SMS đợc đánh số không phụ thuộc vào các bản tin khác trong trờng điều khiển.
- Bít chỉ thị trờng lệnh/trả lời (C/R) để phân biệt giữa lệnh (bản tin do bản thân phát đi) và trả lời (các phản ứng tới lệnh thu đợc).
Trờng điều khiển đợc dành để đánh số hoặc công nhận các bản tin (xem hình 3.29). - 60 - BSC BTS MS MSC SS HLR
Chỉ thị độ dài, xác định độ dài của các byte trong trờng thông tin. Chỉ thị này còn chứa bít "còn số liệu tiếp" (M: More Date Bit) để xác định lớp 3 có mở rộng thêm ở khung lớp 2 tiếp theo hay không. Có thể xảy ra trờng hợp bản tin là lớp 3 dài hơn 20 byte vì thế phải đợc phân bố ở 1 số khung lớp 2. Khi này khung cuối cùng đợc phát với M = 0 còn các khung trớc đợc phát với M = 1 ("tiếp tục ở lần phát sau"). Nếu các bản tin lớp 3 đặt vào 1 khung lớp 2 thì bít còn tiếp số liệu M=0 ("hết").
Trờng điều khiển phân biệt 3 kiểu khung: các khung thông tin (các khung I) các khung giám sát (các khung S) và các khung đánh số (các khung U).
Các khung thông tin đợc nhận dạng bởi chữ số 0 ở bít có dạng số thấp nhất trong trờng điều khiển. Các khung này đợc sử dụng để truyền dẫn các bản tin có bảo vệ chống lỗi. Để bảo vệ chống lỗi từng bản tin đợc đánh số và đợc công nhận, khi xảy ra lỗi truyền dẫn hay sự cố phía thu máy thu có thể yêu cầu phát lại bản tin. Vì thế trờng điều khiển chứa một số phát N(S) và 1 số thu N(R) đều có độ dài 3 bít. Số phát đánh số lần lợt cho tất cả các khung phát đi cùng 1 phía ở kênh CCH, còn các bản tin của dịch vụ bản tin ngắn (SMS) và bản tin của các lớp 3 khác đợc đếm riêng. Số thu xác định khung I nào là khung cần đợi tiếp theo ở hớng ngợc lại, nh vậy số này là khung I cuối cùng thu đúng + 1. Các khung I luôn luôn là lệnh là luôn luôn chứa trờng thông tin.
Các khung giám sát đợc nhận dạng bởi tổ hợp bít "01" ở 2 bít có trọng số thấp nhất trong trờng điều khiển. Các khung này đợc sử dụng để công nhận các khung thông tin thu đợc và không đồng thời cung cấp thông tin mới. Vì thế trờng của khung S chỉ chứa số thu N(R) chỉ ra số khung I dự kiến tiếp theo ở hớng ngợc lại. Có 3 kiểu khung S khác nhau:
- Sẵn sàng thu (RR): công nhận ở hoạt động bình thờng
- Không sẵn sàng thu (RNR): công nhận nhng đồng thời thông báo rằng do quá tải nên hiện thời không nhận tiếp khung I.
- Từ chối (REJ): từ chối (chẳng hạn phát lại yêu cầu).
Các khung giám sát có thể là lệnh lẫn trả lời; chúng có cả trờng thông tin nếu các khung thông tin và giám sát đợc trao đổi giữa MS và BS ở 1 CCH, thì ta nói rằng tồn tại kết nối lớp 2 ở CCCH này. Việc thiết lập 1 kết nối lớp 2 có nghĩa rằng cả 2 phía dành 1 không gian nhớ cho các số phát và thu đúng cũng nh bộ đệm cho các khung I cha đợc công nhận (cần phát lại các khung này) không gian nhớ này đợc giải phóng khi xoá kết nối lớp 2.
Vì các bản tin BMS đợc đánh số riêng so với các bản tin khác, nên trong cùng 1 kênh CCH có thể tồn tại 2 kết nối lớp 2 độc lập: một cho các bản tin SMS và 1 cho các bản tin lớp 3 khác.
Các khung không đánh số đợc nhận dạng bởi số 1 trong 2 bít có ý nghĩa thấp nhất của trờng điều khiển. Các khung này không có sốt phát cũng nh số thu. Các khugn này không đợc công nhận vì thế máy thu không thể yêu cầu phát lại. Các khung không đánh số đợc phân biệt thành:
- Thiết lập chế độ đồng bộ cân bằng (SABM): thiết lập kết nối lớp 2. - Giải phóng kết nối (DISC): xoá kết nối lớp 2.
- Công nhận không đánh số (UA): để công nhận SABM hay 1 UA khác.
- Chế độ không kết nối (DM): phủ định SABM; nó cũng đợc sử dụng khi 1 khung I hay S đợc phát đến mà kết nối lớp 2 cha đợc thiết lập.
- Thông tin không đánh số (UI): phát trờng thông tin không có kết nối lớp 2. SABM, DISC và UI là các lệnh, còn UA và DM là các trả lời. UI luôn luôn chứa trờng thông tin, nhng DISC và DM không bao giờ có. Tuỳ chọn SABM và UA có thể chứa trờng thông tin.
Vì các kết nối lớp 2 chỉ tồn tại ở SDCCH và FACCH, nên các khung UI chỉ sử dụng ở các BCCH, AGCH, PCH và SACCH.
Các bít P,F đợc gọi là các bít dò hỏi ở các lệnh và các bít kết thúc ở các trả lời. Bình thờng chúng có giá trị bằng 0. Bằng cách phát P=1, 1 phía (MS hay BS) có thể yêu cầu phía kia gửi trả lời với F=1. Phơng pháp dò hỏi này đợc sử dụng để thiết lập hay xoá 1 kết nối lớp 2 (SABM hay DISC với P=1, UA với F=1). Dò hỏi cũng đợc sử dụng bổ sung khi 1 phía báo cáo quá tải bằng RNR: phía kia định kỳ hỏi (lệnh RR với P=1) xem còn quá tải hay không (trả lời RNR với F=1 nếu còn và RR với F=0 nếu hết).
Sau cùng ta sẽ xét 1 vài thuật ngữ liên quan đến kết nối và xoá kết nối lớp 2 sau đây:
- Kết nối lớp 2 luôn luôn đợc thiết lập bằng cách phát lệnh SABM với P=1 còn phía kia trả lời bằng UA với F=1. Nếu SABM chứa trờng thông tin thì thuật ngữ "thủ tục phân giải xung đột" đợc sử dụng, ngợc lại thiết lập đợc coi là 1 thủ tục thiết lập bình thờng. "Thủ tục phân giải xung đột" chỉ có thể đợc khởi xớng bởi MS, còn "thủ tục thiết lập bình thờng" có thể đợc khởi xớng từ cả 2 phía (MS và BS). Thủ tục phân giải xung đột đợc sử dụng khi kênh SDCCH mới đợc cấp phát để tránh trờng hợp nhiều trạm MS tranh chấp 1 SDCCH. ở thủ tục này các SABM phát đi có trờng thông
tin I khác nhau và BS trả lời ằng UA với trờng thông tin mà nó chấp thuận. Các MS có trờng thông tin khác phải rời bỏ kênh này, thủ tục thiết lập bình thờng sử dụng kênh SDCCH ở những lần sau, khi này SABM phát đi bít dò hỏi P=1 và NA trả lời bằng bít F=1. Cả 2 SABM và NA đều không chứa trờng thông tin.
- Thủ tục xoá bình thờng cho các kết nối lớp 2 bao gồm việc 1 trong số 2 phía (MA hay BS) phát đi lệnh DSC với P=1 và phía kia trả lời bằng UA với F=1. Ngoài thủ tục xoá bình thờng còn có thủ tục "xoá nội bộ", ở đây cả 2 phía đều coi rằng kết nối đã kết thúc mà không có trao đổi bản tin và cả 2 phía giải phóng tiềm năng. Rõ ràng rằng xoá nội bộ đợc thực hiện do các thủ tục ở lớp 3 khi thấy rằng không cần thiết kết nối lớp 2. Chẳng hạn chuyển giao: sau khi hoàn thành chuyển giao cả 2 MS và BS đều thấy rằng kết nối lớp 2 ở FACCH của TCH cũ không còn cần thiết nữa. Nh vậy cả 2 phía giải phóng tiềm năng dành cho kết nối này mà không cần trao đổi bản tin.