Khi tắt nguồn một trạm MS hay lấy ra SIM CARD ra khỏi MS thì sẽ xảy ra quá trình trao đổi báo hiệu. Các trao đổi báo hiệu trong trường hợp này được thực hiện như sau:
— MS yêu cầu một kênh báo hiệu để phát đi bản tin thông báo cho mạng rằng MS chuẩn bị vào trạng thái khơng tích cực. Điều này có nghĩa rằng mạng khơng thể đạt đến MS nữa.
- MSC sẽ gửi bản tin IMSI đến VLR. Bản tin này không được trả lời cơng nhận vì MS sẽ khơng nhận được trả lời này. VLR sẽ thiết lập cờ rời bỏ IMSI và từ chối các cuộc gọi đến trạm MS.
- Thơng tin chuyển trạng thái có thể được lưu giữ tại VLR. Tùy chọn cờ rời mạng có thể cũng được thiết lập ở HLR và công nhận được gửi trở lại VLR.
3.4.2 Cập nhật vị trí
Cập nhật vị trí xảy ra khi trạm di động đang ở trạng thái rỗi nhưng nó di chuyển từ một vùng định vị này sang vùng định vị khác. Khi này trạm di động phải thông báo cho mạng về vị trí mới của nó để mạng ghi lại vị trí mới này vào VLR hoặc nếu cần thiết vào HLR.( Hình 3.12)
Thơng tin để thực hiện cập nhật vị trí dựa trên LAI được thơng báo thường xun từ BCCH của mỗi ơ.
Hình 3.12: Các trường hợp cập nhật vị trí khác nhau.
Tồn tại hai dạng cập nhật vị trí:
- MS chuyền từ ơ 3 thuộc LA2 sang ô 4 thuộc LAI. Cả hai ô này đều trực thuộc cùng một MSC/VLR. Trong trường hợp này cập nhật vị trí khơng cần thơng báo đến HLR vì HLR chỉ quản lý vị trí MS đến tổng đài MSC đang phục vụ nó. - MS chuyển từ ơ 3 thuộc LA2 sang ô 5 thuộc LA3, Hai ô này trực thuộc hai tổng
đài MSC khác nhau, vì thế cập nhật vị trí phải được thơng báo cho HLR để nó ghi lại vị trí của MSC//VLR mới. Ngồi ra thơng tin về th bao cũng được ghi lại ở VLR mới và xóa đi ở VLR cũ.
3.4.3 Cuộc gọi khỏi xướng từ trạm di dộng MOC (Mobile Originated Call).
Khi trạm MS ở trạng thái tích cực và đã đăng ký ở MSC/VLR phụ trách ơ, MS có thể thực hiện cuộc gọi. Quá trình thực hiện cuộc gọi được cho như sau.(Hình 2.13)
Ký Wu: (4) . .. _ _____ . _ --------- "■■■■■■ ........ 1a, 1 b Thiết lộp két RR 2: Chỉ thị dịch vu <s>______________________ 3: Nhân ——...... ..........................»
5; Khởi đấu cuộc gọt * 6: Ấn định kénh TCM.
(7) 7 Khàng định cuộc gcx.
8: Chấp nhận cuộc gơf
Hình 3.13: Thiết lập cuộc gọi khởi xướng từ MS.
(1) Đầu tiên MS gửi yêu cầu xin cấp phát kênh đến BTS thông qua kênh truy xuất ngẫu nhiên RACH.
(2) MS thơng báo rằng nó muốn thiết lập cuộc gọi. số nhận dạng trạm di động được phân tích và MS được đánh dấu bận ở VLR.
(3) Quá trình nhận thực được thực hiện để kiểm tra tính hợp lệ của MS. (4) Q trình mật mã hóa được thực hiện để bảo vệ bí mật thơng tin.
(5) MSC nhận được bản tin thiết lập từ MS có chứa thơng tin về loại dịch vụ mà MS yêu cầu, số thoại bị gọi. MSC kiểm tra là MS khơng có các dịch vụ cấm gọi ra (dịch vụ này có thể tích cực hoặc bởi thuê bao hoặc bởi nhà khai thác). Neu không bị cấm gọi ra quá trình thiết lập cuộc gọi được tiến hành. Giữa MSC và BSC đường truyền thiết
lập và kênh lưu lượng được chiếm. MSC gửi yêu cầu đến BSC để ấn định một kênh lưu lượng cho đường vơ tuyến.
(6) BSC kiểm tra nếu có kênh lưu lượng rồi nó ấn định kênh này cho cuộc gọi và yêu cầu BTS tích cực kênh này. BTS gửi trả lời cơng nhận khi việc tích cực kênh lưu lượng đã hoàn thành. BSC thơng báo cho MSC về sự hồn thành này. Hệ thống con điều khiển lưu lượng sẽ phân tích các chữ số của số thoại B và thiết lập kết nối đến thuê bao bị gọi. cuộc gọi được nối thơng qua chuyển mạch nhóm.
(7) Báo chng sẽ được gửi đến trạm MS cho thấy rằng phía gọi đang đổ chng. Tơng chng được tạo ra ở tổng đài phía thuê bao B và được gửi qua chuyển mạch nhóm đến MS. Như vậy tông chuông được gửi qua đường vô tuyến chứ không tạo ra ở MS.
(8) Khi thuê bao B trả lời mạng gửi bản tin kết nổi đến MS thông báo rằng cuộc thoại được chấp nhận. MS trả lời bằng công nhận kết nối, như vậy thiết lập cuộc gọi đã hoàn tất.
3.4.4 Cuộc gọi kết cuối trạm di động MTC (Mobile Terminated Call)
Cuộc gọi MTC phức tạp hơn MOC vì phía gọi khơng biết hiện thời MS đang ở đâu. Ta xét một cuộc gọi vào mạng di động từ mạng cố định. Quá trình báo hiệu cho cuộc gọi này được cho như sau:(Hình 2.15)
PSTN
(1)
Hình 3.14: Cuộc gọi từ mạng cố định kết cuối ở MS.
(1) Phía chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi: đó là số thuộc ISDN của thuê bao di động (MS ISDN). Neu cuộc gọi được khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau khi phân tích số thoại sẽ biết rằng đây là cuộc gọi cho một thuê bao GSM.
(2) Cuộc gọi được định tuyến đến tổng đài GMSC gần nhất, đây là một tổng đài có khả năng hỏi và định lại tuyến. Bằng phân tích MSISDN tổng đài GMSC tìm ra HLR nơi MS đăng ký.
(3) GMSC hỏi HLR thơng tin để có thể định tuyến đến MSC/VLR đang quản lý MS. Bằng HLR tìm ra địa chỉ của VLR nơi MS đang đăng ký tạm thời.
(4) HLR giao tiếp với VLR để nhận được số lưu động thuê bao (MSRN: Mobile Subscriber Roaming Number), đây là một số thoại thông thường thuộc tổng đài MSC.
(5) VLR gửi MSRN đến HLR, sau đó HLR chuyển số này đến GMSC.
(6) Bằng MSRN, GMSC có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC tương ứng. GMSC gửi bản tin nhận được từ PSTN đến MSC.
(7) MSC biết được vị trí của MS và nó gửi bản tin tìm gọi đến tất cả các BSC đang quản lý vùng định vị này.
(8) MSC gửi LAI (nhận dạng vùng định vị) xuống các BSC và BSC phân phát bản tin tìm gọi đến các BTS.
(9) Để tìm gọi MS, IMSI được sử dụng, có thể sử dụng số nhận dạng tạm thời TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) để đẩm bảo bí mật.
(10) Ngay sau khi nhận được bản tin tìm gọi MS gửi yêu cầu kênh báo hiệu. MSC có thể thực hiện nhận thực và khởi đầu mật mã hóa như đã xét ở phần trên. MSC có thể gửi đến MS thơng tin về các dịch vụ được yêu cầu : tiếng, số liệu, fax....
Bây giờ BSC sẽ lệnh cho BTS kích hoạt kênh TCH và giải phóng kênh báo hiệu, báo chng được gửi đi từ MS cho thấy rằng tông chuông được tạo ra ở MS. Tông chuông cho thuê bao chủ gọi được tạo ra ở MSC. Khi thuê bao di động nhấc máy MS gửi đi bản tin kết nối, mạng hồn thành đường nối thơng và gửi bản tin cơng nhận kết nối đến MS.
3.4.5 Các trưịng hợp chuyển giao (Handover)
Chuyển giao là quá trình xảy ra khi lưu lượng của MS được chuyển từ một kênh TCH này sang một kênh TCH khác trong q trình gọi. Có hai loại chuyển giao:
- Chuyển giao bên trong ô. - Chuyển giao giữa các ô.
+ Chuyển giao giữa các ô thuộc cùng một BSC: chuyển giao này do BSC điều hành.
+ Chuyển giao giữa các ô thuộc hai BTS khác nhau: chuyển giao này liên quan đến các tổng đài MSC quản lý hai BTS.
+ Chuyển giao giữa các ô thuộc hai tổng đài MSC khác nhau: chuyển giao này liên quan đến cả hai tổng đài phụ trách các ơ nói trên.
Trong trường hợp chuyển giao nhiều lần giữa hai ô thuộc hai MSC khác nhau, tổng đài MSC đầu tiên phụ trách MS được gọi là tổng đài q giang vì cuộc gọi ln ln được chuyển mạch qua tổng đài này. Lần chuyển giao giữa hai ô thuộc hai tống đài khác nhau thứ nhất được gọi là chuyển giao giữa hai lần đầu, còn các lần sau được gọi
là chuyển giao giữa các ô thuộc hai tổng đài tiếp theo. Ở GSM chỉ có thể thực hiện chuyển giao cứng do phải thay đổi tần số khi chuyên kênh.
3.4.6 Chuyển mạng di động (Roaming)
Chuyển mạng di động là q trình trong đó th bao di động có thể sử dụng SIM CARD của mình ở một mạng khác với mạng mà nó đăng ký. Thơng thường đế đảm bảo tính cạnh tranh chuyển mạng thường không được thực hiện trong một nước, mà được thực hiện giữa các nước khác nhau gọi là chuyển mạng quốc tế.
CẤU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3 •
Câu 1: Vẽ sơ đồ khối q trình xử lí tín hiệu số và biến đổi vào sóng vơ tuyến ở MS Câu 2:Trình bày hệ thống GSM trong thơng tin di động
Câu 3: Nêu các kênh tần số được sừ dụng trong mạng thông tin di động GSM Câu 4: Vẽ cấu trúc kênh logic ở giao diện vô tuyến
Câu 5: Trình bày các q trình mã hóa kênh, mật mã hóa và điều chế trong mạng di
động GSM
Câu 6: Nêu các q trình truyền dẫn của mạng thơng tin di động GSM Câu 7: Trình bày quá trình đăng ký lần đầu khi bật nguồn trong GSM Câu 8: Trình bày quá trình cập nhật vị trí trong mạng GSM
Câu 9: trình bày quá trình thiết lập cuộc gọi khởi xướng từ MS trong mạng GSM Câu 10: Trình bày quá trình chuyển giao và chuyên mạng di động trong mạng GSM
Chương 4: GPRS VA 3G UMTS
4.1 Mở đầu
Như các công nghệ khác, sau gần 20 năm phát triển, thông tin di động thế hệ hai bắt đầu bộc lộ những khiếm khuyết của nó khi nhu cầu dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ băng rộng ngày càng trở nên cấp thiết. Tình trạng phát triển các mạng di động 2G quá nhiều phát sinh ra một loạt các vấn đề cần giải quyết như phân bổ tần số bị hạn chế, chuyển vùng phức tạp và không kinh tế, chất lượng chưa đạt được mức của điện thoại cố định. Hai nhược điểm cơ bản của hệ thống GSM là: chuyển mạch kênh hiện tại khơng thích ứng được với các tốc độ số liệu cao, và trong hệ thống GSM một kênh vẫn ở trạng thái mở ngay cả khi khơng có lun lượng đi qua nó. Sự phát triển của mạng Internet cũng đòi hỏi khả năng hỗ trợ truy cập Internet và thực hiện thương mại điện tử di động. Nhìn chung các thuê bao di động hiện nay, đặc biệt với điện thoại di động GSM, thực tế không thể vượt qua được ngưỡng 9,6Kbs (nhỏ hơn nhiều so với 56,6Kpbs mà một kết nối Internet truyền thống có thể đạt được).
Đổ giải quyết những vấn đề trên. ITU đã đưa ra một chuẩn chung cho thông tin di động thế hệ 3 trong một dự án gọi là IMT-2000. Chuyển sang thế hệ thứ ba là q trình tất yếu, nhưng chí phí đầu tư quá lớn nên địi hỏi có một giải pháp q độ mà có thể chấp nhận cả từ phía nhà sản xuất, nhà khai thác và khách hàng. Đó chính là cơng nghệ thế hệ 2G mà tiêu biểu là Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPRS. GPRS đã khắc phục được các nhược điểm chính của thơng tin chuyển mạch kênh truyền thống bằng cách chia nhỏ số liệu thành từng gói nhỏ rồi truyền đi theo một trật tự quy định và chỉ sử dụng các tài nguyên vô tuyến khi một người dùng thực sự cần phát hoặc thu. Trong khoảng thời gian khi khơng có số liệu này được phát, kết nối tạm ngừng họat động nhưng nó lập tức kết nối lại ngay khi có u cầu. Thơng qua việc sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến như vậy, hàng trăm khách hàng có thể đồng thời chia sẻ một băng thơng và được một cell duy nhất phục vụ. Tốc độ dữ liệu trong GPRS có thể tăng lên tới 171Kb/s bằng cách sử dụng 8TS TDMA với tốc độ tối đa của một khe là 21.4Kb/s. Tốc độ này hơn 10 lần tốc độ cao nhất của một hệ thống GSM hiện nay và gấp đôi tốc độ truy nhập Internet theo cách truyền thống. Chính vì vậy, đã có 3 nhiều nhà sản xuất hàng đầu thế giới đưa ra thị trường các sản phẩm về GPRS, trong đó phải kể đến NOKIA, ERICSSON, và NOTEL.
4.2 Kiến trúc GPRS Gồm có 6 phần: - Thiết bị di động MS. - BỘBSS. - BỘMSCvàGMSC. - Lõi mạng. - Bộ định vị thường trú HLR. - VLR (Visitor Location Register).
Hình 4.1: Kiến trúc mạng GPRS4.2.1 Thiết bị di động MS 4.2.1 Thiết bị di động MS
Các thiết bị di động trong GPRS được chia thành 3 lớp A,B,C.
- Lớp thiết bị A hồ trợ đồng thời các dịch vụ GPRS và GSM. Sự hỗ trợ gồm các hoạt động đồng thời: vào mạng, hoạt hoá, giám sát và truyền dẫn. Một thiết bị lớp A có thể phát hoặc thu nhận đồng thời các cuộc gọi trên hai dịch vụ. Trên các dịch vụ chuyển mạch kênh hiện có, các mạch ảo GPRS sẽ được treo hoặc thiết lập trạng thái bận.
- Lớp thiết bị B có thể giám sát đồng thời các kênh GPRS và GSM nhưng chỉ hồ trợ một dịch vụ tại một thời điểm. Một thiết bị lớp B có thể hồ trợ đồng thời các q trình: Vào mạng, hoạt hố, giám sát nhưng khơng truyền dẫn. Trong thiết bị lớp A thì
các mạch ảo khơng bị ngắt khi có lưu lượng chuyển mạch kênh mà chỉ bị treo hoặc bận. Do đó người dùng có thể nhận hoặc truyền các cuộc gọi lần lượt trên chế độ gói hoặc trên chế độ chuyển mạch kênh.
- Lớp thiết bị c chỉ hỗ trợ việc truy cập không đồng thời. Người dùng phải lựa chọn loại dịch vụ để kết nối tới. Do đó, một thiết bị lớp c có thể thu hoặc truyền các cuộc gọi liên lạc từ dịch vụ mà người dùng chọn. Dịch vụ này nếu không được chọn thì sẽ khơng thực hiện được. Khả năng hồ trợ cho dịch vụ tin ngắn là tuỳ chọn.
4.2.2 BỘBSS
Hình 4.2: cấu trúc mạng GPRS chi tiết
BSS gồm BSC (Base Station Controller) và BTS (Base Transceiver Station). Mỗi BSC yêu cầu thiết lập một hay nhiều PCU và nâng cấp phần mềm.PCU cung cấp giao diện dữ liệu vật lý và logic ngồi trạm gốc (BSS) cho lưu lượng dữ liệu gói.
BTS cũng yêu cầu nâng cấp phần mềm, nhưng không cần thay đổi phần cứng. BSC cung cấp các chức năng của kênh vơ tuyến có liên quan. BSC có thế thiết lập, giám sát, ngắt kết nối cuộc gọi chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Nó là một chuyển mạch dung lượng cao cung cấp nhiều chức năng như : chuyển giao, ấn định kênh. Một MSC phục vụ một hay nhiều BSC.
Khi cả lưu lượng thoại và dữ liệu bắt nguồn từ một thiết bị đầu cuối thuê bao, thì nó được chuyển qua BTS và từ BTS đến BSC theo như chuẩn GSM. Tuy nhiên ở ngõ ra của BSC dữ liệu được tách ra, thoại được gửi đến trung tâm chuyển mạch di động (MSC) theo chuẩn GSM còn dữ liệu được gửi đến thiết bị mới là SGSN, ngang qua PCU thông qua giao tiếp frame relay.
4.2.3 BỘMSCvàGMSC
❖ MSC:
MSC thực hiện chức năng chuyển mạch mạch trong GSM, SGSN chuyển mạch gói. MSC điều khiển các cuộc gọi đến và đi từ các điện thoại khác hoặc các hệ thống dữ liệu, như mạng PSTN, mạng ISDN, PLMN và một mạng riêng khác.
Vùng định tuyến SGSN (RA) là một phần con của vùng định vị của MSC (LA). Một MSC LA là một nhóm các tế bào BSS. Hệ thống sử dụng LA để tìm thuê bao đang hoạt động. Một LA là một phần của mạng mà MS có thể di chuyển mà khơng cập nhật vị trí.
Có thể có nhiều MSC tương ứng với một SGSN. Một MSC có thể được kết nối với nhiều SGSN tùy thuộc vào lưu lượng thực tế.
❖ GMSC:
GMSC thì giống GMSC trong GSM. Nó chuyển mạch kênh các cuộc gọi giữa GSM và PSTN, mạng điện thoại cố định, vì thế nó hồ trợ chức năng định tuyến các cuộc gọi đến MSC nơi mà thuê bao đăng ký.
4.2.4 Lõi mạng
Trong mạng lõi, các MSC dựa trên kỳ thuật chuyển mạch kênh không xử lý được lưu lượng gói. Vì thế có hai thành phần mới được thêm vào là GGSN và SGSN