Abis: BSC – BTS Um (vụ tuyến): MS-BTS A: BSC – MSC E: MSC – MSC B: MSC – VLR F: MSC – EIR C: MSC – HLR G: VLR – VLR D: VLR – HLR H: HLR – AuC 3.3. Cỏc khớa cạnh mạng
3.3.1 Quản lý tài nguyờn vụ tuyến
Quản lý tài nguyờn vụ tuyến là một lớp chức năng trong quản lý mạng, được xem xột thụng qua việc thiết lập một kờnh truyền giữa MS và MSC. Cỏc phần tử chức năng chớnh là MS, BSS và MSC. RR quản lý một phiờn RR là thời gian mà thiết bị di động ở một trạng thỏi xỏc định sử dụng cỏc kờnh vụ tuyến. Một phiờn RR được khởi tạo từ MS thụng qua một thủ tục truy nhập mạng hoặc cho cuộc gọi đi hoặc nhận bản tin nhắn. Khi nào một kờnh được cung cấp cho MS hay phõn kờnh nhắn sẽ được xử lý trong lớp RR. Hơn nữa, lớp RR cũng quản lý cả cỏc đặc tớnh vụ tuyến như điều khiển cụng suất, truyền nhận giỏn đoạn và định thời.
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt ‐ 21 -
Trong mạng cellular, cỏc kờnh vụ tuyến và cố định khụng được cấp phỏt lõu dài cho một cuộc gọi. Cuộc gọi sẽ được chuyển sang một kờnh hoặc một cell khỏc, được gọi là chuyển giao. Việc kiểm tra và thực hiện chuyển giao tạo nờn một trong những chức năng cơ bản của lớp RR. Cú 4 loại chuyển giao khỏc nhau trong hệ thống GSM, được thực hiện giữa:
- Cỏc kờnh (cỏc khe thời gian) trong cựng một cell
- Cỏc cell (BTS) do một BSC điều khiển
- Cỏc cell dưới sự điều khiển của nhiều BSC khỏc nhau nhưng thuộc cựng một MSC
- Cỏc cell của cỏc MSC khỏc nhau
Hai loại chuyển giao đầu tiờn gọi là chuyển giao cục bộ. Để tiết kiệm băng thụng bỏo hiệu, việc chuyển giao chỉ do BSC mà khụng cần MSC quản lý và chỉ thụng bỏo cho MSC khi hoàn thành chuyển giao. Hai loại chuyển giao cũn lại là chuyển giao ngoài do cỏc MSC quản lý. Chuyển giao cú thể được khởi tạo từ MS hoặc từ MSC. Trong khi cỏc khe thời gian ở trạng thỏi chờ, MS quột kờnh điều khiển quảng bỏ (BCCH) trong 16 cell lõn cận, chọn ra 6 cell tốt nhất để phục vụ chuyển giao dựa trờn độ dài tớn hiệu nhận được. Thụng tin này được truyền tới BSC và MSC ớt nhất 1 giõy một lần.
• Chuyển giao trong cựng một BSC:
Ở trường hợp này BSC phải thiết lập một đường nối đến BTS mới, dành riờng một TCH của mỡnh và ra lệnh cho MS phải chuyển đến 1 tần số mới đồng thời cũng chỉ ra một TCH mới. Tỡnh huống này khụng đũi hỏi thụng tin gỡ đến phần cũn lại của mạng. Sau khi chuyển giao MS phải nhận được cỏc thụng tin mới và cỏc ụ lõn cận. Nếu như việc thay
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt ‐ 22 -
đổi đến BTS mới cũng là thay đổi vựng định vị thỡ MS sẽ thụng bỏo cho mạng về LAI của mỡnh và yờu cầu cập nhật vị trớ.
• Chuyển giao giữa hai BSC khỏc nhau nhưng cựng một MSC/VLR:
Trường hợp này cho thấy sự chuyển giao trong cựng một vựng phục vụ nhưng giữa hai BSC khỏc nhau. Mạng can thiệp nhiều hơn khi quyết định chuyển giao. BSC phải yờu cầu chuyển giao từ MSC/VLR. Sau đú cú một đường nối thụng mới (MSC/VLR ⇔ BSC mới ⇔ BSC mới) phải được thiết lập nếu cú TCH rỗi. TCH này phải được dành cho chuyển giao. Sau đú khi MS nhận được lệnh chuyển đến tần số mới và TCH mới. Ngoài ra, sau khi chuyển giao MS được thụng bỏo về cỏc ụ lõn cận mới. Nếu việc thay đổi BTS cựng với việc thay đổi vựng định vị MS sẽ gửi đi yờu cầu cập nhật vị trớ trong quỏ trỡnh cuộc gọi hay sau cuộc gọi.
• Chuyển giao giữa hai vựng phục vụ MSC/VLR:
Đõy là trường hợp chuyển giao phức tạp nhất nhiều tớn hiệu được trao đổi trước khi thực hiện chuyển giao.
Ta sẽ xột 2 MSC/VLR, gọi MSC/VLR cũ (tham gia cuộc gọi trước khi chuyển giao) là tổng đài phục vụ và MSC/VLR mới là tổng đài đớch. Tổng đài cũ sẽ gửi yờu cầu chuyển giao đến tổng đài đớch. Sau đú, tổng đài đớch sẽ đảm nhận việc chuẩn bị nối ghộp tới BTS mới. Sau khi thiết lập đường nối giữa hai tổng đài cũ sẽ gửi đi lệnh chuyển giao đến MS.
3.3.2 Quản lý di động
Quản lý di động cũng là một lớp chức năng, là lớp trờn lớp RR, xử lý cỏc chức năng di động của thuờ bao và thực hiện nhận thực và bảo mật. Quản lý vị trớ liờn quan tới cỏc thủ tục cho phộp hệ thống biết vị trớ hiện tại của thiết bị di động để thực hiện định tuyến cỏc cuộc gọi.
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt ‐ 23 -
• Cập nhật vị trớ
MS được thụng bỏo cú một cuộc gọi đến bởi một bản tin ngắn được gửi qua kờnh PAGCH của cell. Một phần của kờnh được sử dụng để nhắn trong mỗi cell trong mạng, một phần được dựng để MS truyền cỏc bản tin cập nhật vị trớ ở cấp độ cell tới mạng. Do đú cỏc bản tin nhắn được gửi chớnh xỏc tới một cell nhưng sẽ rất lóng phớ băng thụng do số lượng cỏc bản tin cập nhật vị trớ lớn. Một giải phỏp được thực hiện trong GSM là nhúm cỏc cell thành cỏc vựng định vị LA (Location Area). Chỉ khi LA thay đổi, MS mới gửi cỏc bản tin cập nhật và cỏc MS được nhắn trong cỏc cell của vựng định vị.
Cỏc thủ tục cập nhật và định tuyến cuộc gọi thực hiện trong MSC, VLR và HLR. Khi MS vào một LA mới hoặc PLMN của một nhà vận hành khỏc, nú phải đăng ký với mạng để chỉ ra vị trớ hiện tại của mỡnh. Thụng thường, bản tin cập nhật vị trớ được gửi tới MSC/VLR mới mà lưu cỏc thụng tin về vựng định vị, sau đú gửi cỏc thụng tin này tới HLR của thuờ bao. Thụng tin được gửi tới HLR là địa chỉ SS7 của VLR mới, nú cú thể là số định tuyến. Nếu thuờ bao được phộp sử dụng dịch vụ, HLR gửi một tập cỏc thụng tin cần cho việc điều khiển cuộc gọi tới MSC/VLR mới và gửi một bản tin tới MSC/VLR cũ để xoỏ đăng ký cũ.
Để đảm bảo độ tin cậy, GSM thực hiện một thủ tục cập nhật vị trớ định kỳ. Thủ tục này liờn quan tới cập nhật vị trớ là gỏn và tỏch IMSI (IMSI attach/detach). Thực hiện detach chỉ ra rằng mạng khụng thể đạt tới MS nữa và khụng phải cấp phỏt cỏc kờnh và gửi bản tin nhắn. Một Attach tương tự như cập nhật vị trớ thụng bỏo cho mạng MS trở lại trạng thỏi hoạt động.
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt ‐ 24 -
Vỡ tài nguyờn vụ tuyến cú thể được truy nhập bởi bất kỳ người nào, nờn việc nhận thực người sử dụng là thành phần rất quan trọng trong mạng di động. Nhận thực được thực hiện giữa SIM card trong MS và trung tõm nhận thực AuC. Mỗi thuờ bao cú một khoỏ bảo mật, được lưu đồng thời trong SIM và AuC. Trong khi nhận thực AuC sẽ phỏt số ngẫu nhiờn tới MS. Cả MS và AuC sau đú sử dụng số ngẫu nhiờn này cựng với mó bảo mật của thuờ bao và thuật toỏn mó hoỏ để phỏt một đỏp ứng được ký hiệu (SRES) lại AuC. Nếu số được gửi từ MS giống với số được tớnh toỏn trong AuC, thuờ bao sẽ được nhận thực.
Một cấp bảo mật khỏc được thực hiện trong MS, mỗi thiết bị GSM được nhận dạng bởi số IMEI và được nhận thực bởi số này.
3.3.3 Quản lý truyền thụng
Quản lý truyền thụng (CM) là lớp trờn cựng, phục vụ điều khiển cuộc gọi, quản lý dịch vụ hỗ trợ và quản lý dịch vị bản tin ngắn. Mỗi chức năng được xem xột là một phõn lớp trong lớp CM. Cỏc chức năng của một phõn lớp bao gồm thiết lập, lựa chọn một dịch vụ và xoỏ một cuộc gọi.
• Định tuyến cuộc gọi
Khụng giống như định tuyến một cuộc gọi trong mạng cố định mà thiết bị được kết nối với bộ phận trung tõm, người sử dụng GSM cú thể chuyển vựng quốc gia và quốc tế. Số quay trực tiếp để đạt tới thuờ bao di động được gọi là MSISDN, được định nghĩa bởi kế hoạch đỏnh số E.164.
Một cuộc gọi kết cuối di động được gửi tới chức năng GMSC. GMSC là một bộ chuyển mạch kết nối với HLR lấy cỏc thụng tin định tuyến. Do đú nú cú một bảng cỏc MSISDN tới HLR tương ứng. Thụng
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt ‐ 25 -
tin định tuyến được gửi lại GMSC là số roaming di động (MSRN). Cỏc MSRN liờn quan tới kế hoạch đỏnh số vựng địa lý, khụng được cung cấp cho thuờ bao.
Thủ tục định tuyến thường được sử dụng nhất bắt đầu với việc truy vấn HLR của thuờ bao bị gọi để lấy MSRN. HLR chỉ lưu cỏc địa chỉ SS7 VLR hiện tại của thuờ bao mà khụng cú MSRN. HLR do đú phải truy vấn VLR hiện tại của thuờ bao mà cung cấp tạm thời MSRN. MSRN này được gửi lại HLR và GMSC, sau đú cuộc gọi được định tuyến tới MSC mới. Tại MSC mới, IMSI tương ứng MSRN được kiểm tra và thiết bị di động được nhắn trong vựng định vị hiện tại đang cú mặt.
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt ‐ 26 -
CHƯƠNG 4:
GIAO TIẾP Vễ TUYẾN
Giao tiếp vụ tuyến là tờn gọi chung của đấu nối giữa MS và BTS. Giao tiếp sử dụng khỏi niệm TDMA với một khung TDMA cho một tần số mang. Một khung gồm 8 khe thời gian (Time Slot - TS).
4.1. Khỏi niệm về cỏc kờnh vụ tuyến
Mạng GSM/PLMN được dành 124 kờnh súng mang, súng này ở dải tần:
- Đường lờn ( MS - BTS ) : 890 - 915 MHz . - Đường xuống ( BTS - MS ) : 935 - 960 MHz .
Băng tần đường lờn 890,2 – 914,8 MHz và đường xuống 935,2 – 959,8 MHz. Mỗi tần số súng mang cỏch nhau 200 KHz, trờn mỗi súng mang thực hiện ghộp kờnh theo thời gian, thực hiện ghộp khung TDMA ta cú số kờnh bằng: 124 x 8 (TS) = 992 kờnh.
4.1.1 Kờnh vật lý:
Kờnh vật lý là một khe thời gian ở một tần số vụ tuyến dành để truyền tải thụng tin ở đường vụ tuyến của GSM. Mỗi một kờnh tần số vụ tuyến được tổ chức thành cỏc khung TDMA dài 4,615 ms gồm cú 8 khe thời gian (một khe dài 577 μs). Tại BTS, cỏc khung TDMA ở cỏc kờnh tần số ở cả đường lờn và đường xuống đều được đồng bộ, mỗi MS được cấp một khe thời gian cú cựng số thứ tự ở hướng lờn hay hướng xuống để truyền bỏn song cụng.
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt ‐ 27 -
Về mặt thời gian, cỏc kờnh vật lý ở một kờnh tần số được tổ chức theo cấu trỳc khung, đa khung, siờu đa khung, siờu siờu khung như hỡnh vẽ:
1 siêu siêu khung = 2048 siêu khung = 2715648 khungTDMA (3h28’53”760ms) 0 1 2 TCH 49 50 0 BCCH 25 0 1 TCH 49 50 0 1 TCH 24 25 0 1 2 3 4 5 6 7 2045 2046 2047 0 1 2 n
1 siêu khung = 1326 khung (6,12s) 1 siêu khung = 1326 khung (6,12s)
1 đa khung = 26 khung (120ms) 1 đa khung = 51 khung (235ms)
1 khung TDMA = 8 TS
Burst = 156,25 bit periods = 0,577 ms
Hỡnh 4.1- Tổ chức khung, đa khung
4.1.2 Kờnh logic:
Cỏc kờnh logic là cỏc kờnh được phõn biệt theo chức năng, mang cỏc thụng tin điều khiển, bỏo hiệu giữa BTS và MS. Cỏc kờnh logic này
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt ‐ 28 -
được đặt vào cỏc kờnh vật lý núi trờn. Cú thể chia cỏc kờnh logic này gồm hai loại kờnh: Cỏc kờnh lưu lượng (TCH) và cỏc kờnh bỏo hiệu điều khiển.
• Kờnh lưu lượng (TCH - Traffic Channel):
Cỏc kờnh lưu lượng này gồm hai loại được định nghĩa như sau: - Bm hay TCH toàn tốc (TCH/F - Traffic Channel at Fullrate): Kờnh này mang thụng tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ khoảng 22,8 Kbps.
- Lm hay TCH bỏn tốc (TCH/H - Traffic Channel at Halfrate): Kờnh này mang thụng tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ khoảng 11,4 Kbps.
• Kờnh bỏo hiệu điều khiển :
Cỏc kờnh bỏo hiệu điều khiển được chia làm ba loại: Kờnh điều khiển quảng bỏ, kờnh điều khiển chung, kờnh dành riờng.
- Kờnh điều khiển quảng bỏ (BCCH - Broadcast Common Control Channel): Kờnh phỏt quảng bỏ cỏc thụng tin chung về ụ. Cỏc bản tin này gọi là thụng tin hệ thống, BCCH chỉ sử dụng cho đường xuống.
- Cỏc kờnh điều khiển chung (CCCH - Common Control Channel) gồm:
Kờnh tỡm gọi (PCH - Paging Channel) sử dụng cho đường xuống để tỡm gọi mỏy di động.
Kờnh thõm nhập ngẫu nhiờn (RACH - Random Access Channel) được MS dựng để yờu cầu cung cấp một kờnh dành riờng SDCCH.
Kờnh cho phộp thõm nhập (AGCH - Access Grant Channel) chỉ được sử dụng ở đường xuống để chỉ định một kờnh SDCCH cho MS.
- Cỏc kờnh điều khiển dành riờng (DCCH-Dedicated Control Channel) gồm:
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt ‐ 29 -
Kờnh điều khiển dành riờng đứng một mỡnh (SDCCH - Stand Alone DCCH) chỉ được sử dụng dành riờng cho bỏo hiệu với một MS.
Kờnh điều khiển liờn kết chậm (SACCH - Slow Associcated Control Channel) liờn kết với một TCH hay một SDCCH.
Kờnh điều khiển liờn kết nhanh (FACCH - Fast Associcated Control Channel) liờn kết với một TCH. FACCH làm việc ở chế độ lấy lộn bằng cỏch thay đổi lưu lượng tiếng hay số liệu bằng bỏo hiệu.
Kờnh quảng bỏ (CBCH - Cellular Broadcast Channel): Chỉ được dựng đường xuống để phỏt quảng bỏ cỏc bản tin ngắn (SMSCB) cho cỏc tế bào CBCH sử dụng cựng kờnh vật lý như kờnh SDCCH.
4.2. Sắp xếp cỏc kờnh logic ở cỏc kờnh vật lý
Xột một BTS với n súng mang (truyền song cụng, mỗi súng mang Co, ...,Cn) cú 8 khe thời gian Ts. Với Co đường xuống, TSo được dựng chỉ định sắp xếp cỏc kờnh điều khiển.
BCCH CCCH đường xuống
Ghộp cỏc BCH và CCCH ở TS0:
- Tso ở súng mang Co, đường lờn xuống chứa cỏc kờnh FCCH, SCH và BCCH, nú được dựng để thõm nhập BCCH, FCCH, SCH, FCH, 0 1 2 ... 7 0 1 2 ... 7 0 1 2 0 1 2 ... 7 0 1 2 ... 7 0 1 2 ... F S B C F S C C F S C C F S C Cỏc khung TDM
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt ‐ 30 -
AGCH đường xuống riờng RACH ở đường lờn.
- Đối với TS1 được sử dụng để sắp xếp cỏc kờnh điều khiển dành
riờng lờn cỏc kờnh vật lý, do tốc độ bit trong quỏ trỡnh thiết lập cuộc gọi và đăng ký khỏ thấp nờn cú thể 8 SDCCH ở một TS1, sử dụng TS hiệu quả hơn.
Cỏc cỏch ghộp kờnh ở TS1:
- CDCCH + SACCH đường xuống. - SDCCH + SACCH đường lờn.
Ở TS1 thụng tin của khe sẽ được sử dụng cho cỏc kờnh lưu thụng TCH. TS2 - TS7 gọi là kờnh thụng tin lưu khụng logic với chu kỳ lặp lại là 26 TS.
TSo: Là cỏc kờnh điều khiển logic, chu kỳ lặp lại là 51 Ts. TS1: Cỏc kờnh điều khiển logic, chu kỳ lặp lại là 102 Ts. - Với cỏc súng mang C1 - CN dành cho TS0 - TS7 đều là TCH. - Mỗi ụ chỉ cú 1 Co và chỉ cú sau TCH ( TS2 - TS7 ).
- Với súng mang bổ xung, cả TS cú thể sử dụng cho TCH.
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt ‐ 31 -
CHƯƠNG 5:
CÁC DỊCH VỤ TRONG GSM
Cỏc dịch vụ trong GSM thụng thường là dịch vụ chuyển mạch kờnh. Giao diện vụ tuyến sau khi đó thực hiện sửa sai là 12 Kbps (hoặc 13 Kbps cho thoại). Tốc độ tối đa cho người sử dụng là 9,6 Kbps giữa MS và MSC. Trong nền tảng đú, GSM cú cỏc nhúm dịch vụ sau:
5.1. Dịch vụ thoại
Là dịch vụ quan trọng nhất của GSM . Nú cho phộp cỏc cuộc gọi hai hướng diễn ra giữa người sử dụng GSM với thuờ bao bất kỳ ở một mạng điện thoại núi chung nào .
Dịch vụ cuộc gọi khẩn là một loại dịch vụ khỏc bắt nguồn từ dịch