1. Giao thức báo hiệu
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.
GVHD: Th.S NGUYỄN HỒNG VỸ SVTH: TRỊNH THỊ TIẾN - LỚP: 09ĐT1
30
Hình 2.1: Giao thức báo hiệu trong mạng GSM
Các giao thức thường được sử dụng trong mạng GSM:
Abis: BSC – BTS Um (vô tuyến): MS-BTS
A: BSC – MSC E: MSC – MSC
B: MSC – VLR F: MSC – EIR
C: MSC – HLR G: VLR – VLR
GVHD: Th.S NGUYỄN HỒNG VỸ SVTH: TRỊNH THỊ TIẾN - LỚP: 09ĐT1
31
1.1. Giao diện A
Đây là giao diện giữa MSC và BSC của hệ thống trạm gốc BSS và nó được sử dụng để truyền các bản tin giữa MSC với BSC và MS. Các bản tin giữa MSC và MS sử dụng các giao thức sau:
- Giao thức quản lý nối thông CM: Giao thức này được sử dụng để điều khiển thiết lập, giám sát và giải phóng các cuộc gọi. Đồng thời quản lý các dịch vụ bổ sung và các dịch vụ bản tin ngắn.
- Giao thức quản lý di động MM: Được sử dụng để quản lý vị trí cũng như tính bảo mật của trạm di động.
Giao thức CM và MM thuộc lớp 3 và được đặt bên trong MSC. Thay cho việc sử dụng các bản tin ISDN-UP và MAP thì nó được biến đổi và truyền đi các bản tin CM và MM. Các bản tin điều khiển cuộc gọi như đăng ký các dịch vụ bổ sung cũng được sắp xếp ở bản tin MAP trong MSC.
Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc BSSAP là giao thức được sử dụng để truyền các bản tin CM và MM, để điều khiển trực tiếp BSS như khi MSC yêu cầu BSC ấn định kênh. BSSAP sử dụng các giao thức MTP và SCCP để truyền các bản tin sau: Các bản tin liên quan đến MS giữa BSC và MSC, các bản tin tới/từ MS ở chế độ định hướng theo nối thông và các bản tin phân phối dùng để phân loại giữa các bản tin BSSAP và DTAP.
1.2. Giao diện Abis
Đây là giao diện giữa BSC và BTS, các bản tin được trao đổi ở giao diện này có nhiều nguồn gốc và nơi nhận khác nhau như: Các bản tin điều khiển BTS, các bản tin đi từ MS và các bản tin tới MS từ nhiều nguồn khác nhau của mạng.
GVHD: Th.S NGUYỄN HỒNG VỸ SVTH: TRỊNH THỊ TIẾN - LỚP: 09ĐT1
32 Các bản tin lớp 3 từ MS được truyền trong suốt (không bị xử lý) qua BTS và giao diện A-bis tới BSC. Giao thức quản lý tiềm năng vô tuyến RR nằm trong BSC dùng để thiết lập, duy trì và giải phóng nối thông các tiềm năng vô tuyến ở các kênh điều khiển dành riêng. Hầu hết các bản tin ở giao thức RR được truyền đi trong suốt, nhưng cũng có một số bản tin liên quan mật thiết với BTS thì sẽ được xử lý tại BTS bởi giao thức quản lý BTS (BTSM) như: Bản tin mật mã thì khóa mật mã chỉ gửi đến BTS mà không gửi đến MS.
Giao thức được sử dụng ở lớp 2 trên giao diện A-bis là các thủ tục thâm nhập đường truyền ở kênh D (LAPD). Kênh D là kênh báo hiệu dùng để phân biệt với kênh B là kênh lưu lượng. Giao thức này có chức năng phát hiện lỗi, sửa lỗi và định hạn khung bằng cách đưa vào các cờ ở đầu khung và cuối khung.
1.3. Giao diện Um
Đây là giao diện rất quan trọng của hệ thống liên quan chặt chẽ tới tốc độ đường truyền và chất lượng mạng, là giao diện giữa BTS và MS.
Lớp báo hiệu 1: Đây là lớp vật lý trình bày các chức năng cần thiết để
truyền các luồng bit trên các kênh vật lý ở môi trường vô tuyến. Ở giao diện này các bản tin được gửi đi liên quan đến ấn định kênh vật lý và các thông tin hệ thống của lớp vật lý bao gồm:
- Sắp xếp các kênh logic trên các kênh vật lý.
- Mã hóa kênh để sửa lỗi trước FEC.
- Mã hóa kênh để phát hiện lỗi CRC.
GVHD: Th.S NGUYỄN HỒNG VỸ SVTH: TRỊNH THỊ TIẾN - LỚP: 09ĐT1
33 - Chọn ô ở chế độ rỗi.
- Thiết lập các kênh vật lý dành riêng.
- Đo cường độ trường của các kênh dành riêng và cường độ trường của
trạm gốc xung quanh.
- Thiết lập định trước thời gian và công suất theo sự điều khiển của mạng.
Các cổng mà qua đó lớp này cung cấp dịch vụ cho lớp 2 được gọi là các điểm thâm nhập dịch vụ SAP. Các cổng này tồn tại dưới dạng khác nhau cho các bản tin ngắn và cho các bản tin của lớp đường truyền.
Lớp báo hiệu 2: Lớp này sẽ ứng dụng các dịch vụ của lớp báo hiệu 1, với
mục đích là cung cấp đường truyền tin cậy thuê bao và mạng. Giao thức của lớp này là LAPDm, được xây dựng trên cơ sở giao thức LAPD của ISDN. Tuy nhiên LAPDm có một vài thay đổi so với giao thức LAPD để phù hợp với môi trường truyền dẫn vô tuyến và đạt được hiệu suất lớn hơn trong việc tiết kiệm phổ tần như:
Trong lớp 2 không sử dụng phần kiểm tra tổng, vì mã hóa kênh ở lớp 1 đã thực hiện chức năng này rồi. Trong lớp 2 thì lại có một số khung điều khiển mang thông tin về lớp 3 như: SABM và UA. Do đó tiết kiệm được thời gian truyền dẫn và phổ của tín hiệu.
Lớp báo hiệu 3: Đây là lớp cao nhất của MS đảm bảo các thủ tục báo hiệu
giữa MS và mạng và được chia thành 3 lớp con: Quản lý tiềm năng vô tuyến RR, quản lý di động MM và quản lý nối thông CM.
GVHD: Th.S NGUYỄN HỒNG VỸ SVTH: TRỊNH THỊ TIẾN - LỚP: 09ĐT1
34 - Quản lý tiềm năng vô tuyến RR: Các bản tin của lớp này được đặt bên trong BSC và được truyền trong suốt qua BTS. Bao gồm các chức năng cần thiết để thiết lập, duy trì và giải phóng đấu nối các tiềm năng trên các kênh điều khiển dành riêng:
+ Thiết lập chế độ mật mã.
+ Thay đổi kênh dành riêng khi vẫn ở ô như cũ. + Chuyển giao từ một ô này đến một ô khác.
+ Định nghĩa lại tần số sử dụng cho nhảy tần.
- Quản lý di động MM: Lớp con này chứa các chức năng liên quan đến tính di động của một thuê bao như: Nhận thực, ấn định lại IMSI và nhận dạng trạm di động bằng cách yêu cầu IMSI hay IMEI.
- Quản lý nối thông CM: Lớp này gồm có 3 phần tử sau: Điều khiển cuộc gọi CC, đảm bảo các dịch vụ bổ sung SS và đảm bảo các dịch vụ bản tin ngắn.
+ Điều khiển cuộc gọi CC (Call Control): Cung cấp các chức năng và các thủ tục để điều khiển cuộc gọi ISDN, các chức năng và các thủ tục này đã được cải tiến để phù hợp với môi trường truyền dẫn vô tuyến. Việc thiết lập lại cuộc gọi hay thay đổi trong quá trình gọi các dịch vụ mạng như: Thay đổi từ tiếng tới số liệu và ngược lại là hai thủ tục đặc biệt mới trong CC, hay báo hiệu giữa các thuê bao.
+ Phần tử đảm bảo các dịch vụ bổ sung SS (Suppliment Service): Xử lý các dịch vụ bổ sung không liên quan đến cuộc gọi như: Chuyển hướng cuộc gọi khi không có trả lời, đợi gọi…
GVHD: Th.S NGUYỄN HỒNG VỸ SVTH: TRỊNH THỊ TIẾN - LỚP: 09ĐT1
35 + Phần tử đảm bảo dịch vụ bản tin ngắn SMS (Short Message Service): Cung cấp các giao thức lớp để truyền tải các bản tin ngắn giữa mạng và thuê bao.
2. Quá trình thiết lập một cuộc gọi trong mạng GSM
2.1. Trạm di động MS thực hiện một cuộc gọi.
MS yêu cầu ấn định kênh: Sau khi thực hiện việc quay số, MS yêu cầu
được ấn định kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH. Khi nhận được yêu cầu này trạm thuphát gốc BTS sẽ giải mã bản tin. Phần mềm của BSS ấn định kênh điều khiển dànhriêng đứng riêng một mình SDCCH với bản tin ấn định kênh tức thời gửi trên kênhcho phép truy nhập ngẫu nhiên AGCH.
MS trả lời: MS trả lời bản tin ấn định kênh tức thời trên kênh điều khiển
dành riêng đứng riêng một mình SDCCH. MS sẽ truyền đi các bản tin SABM (kiểu cân bằng kênh không đồng bộ tổ hợp). Bên trong bản tin SABM bao gồm các chỉ thị yêu cầu các dịch vụ khác nhau như bản tin yêu cầu thực hiện cuộc gọi hay cập nhật vị trí. Các bản tin này được xử lý tại trạm gốc BSS và được chuyển tới trung tâm chuyển mạch MSC thông qua giao diện A-bis.
Yêu cầu nhận thực: Sau khi nhận được các yêu cầu về dịch vụ, trung tâm
chuyển mạch MSC sẽ gửi đi một yêu bản tin yêu cầu nhận thực đối với trạm di động MS. Các yêu cầu dịch vụ sẽ được gửi tới trạm gốc BSS thông qua đường báo hiệu CCSN7. Trạm thu phát gốc sẽ làm nhiệm vụ truyền các yêu cầu này tới MS trên kênh điều khiển chuyên dụng độc lập SDCCH.
MS trả lời nhận thực: Trạm di động MS trả lời yêu cầu nhận thực bằng một
đáp ứng nhận thực. Đáp ứng trả lời nhận thực của MS sẽ được trạm thu phát gốc BTS chuyển tới trung tâm chuyển mạch MSC trên đường báo hiệu vô tuyến.
GVHD: Th.S NGUYỄN HỒNG VỸ SVTH: TRỊNH THỊ TIẾN - LỚP: 09ĐT1
36
Yêu cầu mã hóa: Sau quá trình nhận thực được hoàn thành thì MSC sẽ gửi
đến BSC một lệnh yêu cầu mã hóa quá trình trao đổi thông tin giữa MS và MSC. Quá trình này có được thiết lập hay không là phụ thuộc vào BSC, và MSC thiết lập chế độ mã hóa Cipherring Mode là ON hay OFF, nếu là ON thì các thuật toán hay khóa bảo mật được sử dụng.
Hoàn thành quá trình mã hóa: MS trả lời hoàn thành quá trình mã hóa
bằng cách gửi bản tin thực hiện xong quá trình mã hóa tới MSC.
MS thiết lập cuộc gọi: Trạm di động MS gửi bản tin thiết lập cuộc gọi trên
kênh điều khiển chuyên dụng độc lập SDCCH tới tổng đài di động MSC yêu cầu dịch vụ thiết lập cuộc gọi.
Yêu cầu ấn định kênh lưu lượng: Sau khi tổng đài MSC nhận được bản tin
yêu cầu thiết lập cuộc gọi thì MSC sẽ gửi lại hệ thống BSS bản tin ấn định kênh lưu lượng, bản tin này chỉ thị loại kênh lưu lượng yêu cầu là kênh bán tốc hay toàn tốc hoặc là truyền số liệu. Trạm thu phát gốc BTS sẽ chỉ định và ấn định cho MS một kênh lưu lượng TCH bằng cách gửi một lệnh ấn định trên kênh SDCCH.
MS hoàn thành việc ấn định kênh TCH: Để đáp ứng lệnh ấn định thì MS
chiếm lấy kênh TCH và đồng thời gửi bản tin hoàn thành việc ấn định kênh trên kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH.
Bản tin đổ chuông: MSC gửi bản tin đổ chuông tới trạm di động MS gọi, bản tin này thông báo cho MS biết hoàn thành việc gọi và có tín hiệu hồi âm chuông được nghe thấy từ máy MS.
GVHD: Th.S NGUYỄN HỒNG VỸ SVTH: TRỊNH THỊ TIẾN - LỚP: 09ĐT1
37
Bản tin kết nối: Khi MS bị gọi nhấc máy trả lời thì một bản tin kết nối
được gửi tới thuê bao gọi, tín hiệu này là trong suốt đối với trạm BSS. Bản tin kết nối được truyền thông qua kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH. Để trả lời tín hiệu nối thì MS mở một đường tiếng và truyền đi thông qua kênh FACCH, bản tin kết nối với tổng đài di động MSC và cuộc gọi được thực hiện.
2.2. Trạm di động MS nhận một cuộc gọi.
Nhắn tin tìm gọi: Khi thuê bao nhận được tín hiệu tìm gọi thì tổng đài di động
MSC sẽ gửi một bản tin “ yêu cầu nhắn tin” đến hệ thống điều khiển trạm gốc BSC. Khi có tin nhắn đến thì BSC sẽ xử lý bản tin này và truyền chúng trên kênh nhắn tin PCH.
Thuê bao trả lời: Sau khi thu được bản tin Paging Request thì trạm di động
MS trả lời bằng cách gửi bản tin yêu cầu truyền trên kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH.
Ấn định kênh điều khiển chuyên dụng độc lập SDCCH: Khi nhận được bản tin ấn định kênh thì BSS sẽ xử lý bản tin và ngay lập tức ấn định một kênh điều khiển SDCCH. Việc ấn định này sẽ được mã hóa và truyền trên kênh cho phép truy nhập AGCH. Trạm di động MS được ấn định một kênh SDCCH và truyền một bản tin kiểu cân bằng không đồng bộ tổng hợp SABM để trả lời nhắn tin. Mạng sẽ trả lời trên đường lên để thiết lập kết nối vô tuyến lớp thứ hai. Sau khi được xử lý tại phần BSS thì bản tin trả lời tìm gọi sẽ được gửi tới MSC.
Yêu cầu nhận thực: Sau khi tổng đài di động MSC nhận được bản tin trả
GVHD: Th.S NGUYỄN HỒNG VỸ SVTH: TRỊNH THỊ TIẾN - LỚP: 09ĐT1
38 trạm gốc BSS. Tại đây BSS sẽ làm nhiệm vụ truyền các yêu cầu này tới trạm di động MS trên kênh điều khiển chuyên dụng độc lập SDCCH.
MS trả lời nhận thực: Trạm di động MS trả lời yêu cầu nhận thực bằng một
đáp ứng nhận thực tới trạm thu phát gốc BTS. Sau đó trạm thu phát gốc BTS chuyển tới trung tâm chuyển mạch MSC trên đường báo hiệu vô tuyến.
Yêu cầu mã hóa: Sau khi quá trình nhận thực được hoàn thành thì MSC sẽ
gửi đến BSC một lệnh yêu cầu mã hóa quá trình trao đổi thông tin giữa MS và MSC. Quá trình này được thiết lập phụ thuộc vào BSC và MSC đặt ở chế độ ON hay OFF.
Hoàn thành quá trình mã hóa: MS trả lời hoàn thành quá trình mã hóa
bằng cách gửi đi bản tin “Hoàn thành chế độ mã hóa” tới MSC.
Bản tin thiết lập: MSC gửi bản tin thiết lập tới MS yêu cầu các dịch vụ.
BSS gửi bản tin thiết lập trên kênh điều khiển chuyên dụng độc lập SDCCH.
MS xác nhận cuộc gọi: Khi MS nhận được bản tin thiết lập cuộc gọi, nó sẽ
gửi đi một bản tin xác nhận cuộc gọi và thông báo cho MSC có thể nhận được cuộc gọi.
Ấn định kênh: Khi nhận được bản tin xác nhận th. tổng đài di động MSC gửi đi một bản tin ấn định kênh. Hệ thống trạm gốc BSS nhận được bản tin này, ấn định kênh lưu lượng TCH và gửi đi bản tin ấn định kênh tới trạm di động MS trên kênh điều khiển chuyên dụng độc lập SDCCH.
Hoàn thành ấn định kênh: Trạm di động MS chiếm lấy kênh TCH và gửi đi
bản tin hoàn thành việc ấn định kênh trên kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH.
GVHD: Th.S NGUYỄN HỒNG VỸ SVTH: TRỊNH THỊ TIẾN - LỚP: 09ĐT1
39 Hệ thống trạm gốc sau khi nhận được bản tin này thì gửi nó tới tổng đài di động MSC.
Bản tin đổ chuông: MS gửi bản tin đổ chuông tới tổng đài di động MSC trên kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH. Sau đó tổng đài di động MSC gửi hồi âm chuông này cho máy chủ gọi.
MS thực hiện kết nối: Khi trạm di động bị gọi trả lời thì nó sẽ gửi bản tin
kết nối trên kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH tới MSC, và thiết lập một đường thoại đến MS gọi. Bản tin kết nối được truyền qua BSS tới tổng đài di động MSC trên đường báo hiệu. Bản tin xác nhận kết nối được gửi trả lại tổng đài di động MSC để tìm đến tổng đài của máy chủ gọi.
Thiết lập cuộc gọi thành công: Kết nối cuộc gọi được thiết lập và cuộc gọi
được diễn ra.
Kết luận chương I:
Để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông đa phương tiện trên phạm vi toàn cầu đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống GSM sẽ được nâng